Estos
días se está hablando mucho de los aerosoles y de su presunta importancia en la
propagación de la pandemia por COVID-19 que venimos sufriendo desde hace
tiempo. Los medios de comunicación se hacen eco de evidencias y de estudios, a
veces contradictorios, sobre aerosoles que se forman en espacios cerrados exhalados
por las personas presentes y del importante papel que parece ser que juegan en
el contagio del virus. La opinión pública, así como las autoridades sanitarias,
están confusas con los hábitos higiénicos a seguir para atajar la incidencia.
No hablar en grupo, no fumar en la calle, ventilar continuamente y pasar frío…
¿qué es lo que debe hacerse? ¿Son tan importantes los aerosoles en el contagio?
¿Sabemos qué es y cómo se produce un aerosol?.
Vamos
a ver en este artículo qué es un aerosol desde el punto de vista de la
composición estructural de la materia y cuáles son las propiedades que hacen
tan especiales a los aerosoles, para mostrar a continuación la evidencia de que
los aerosoles producidos cerca de personas infectadas serían un importantísimo
vehículo de transmisión del contagio, razón por la que cada vez más expertos
insisten en que se tengan muy en cuenta a la hora de proponer restricciones que
modifiquen nuestros hábitos, por la salud y el bien de de todos.
¿Qué son los aerosoles?
Un
aerosol es una dispersión coloidal de un sólido o un líquido en una fase
dispersante gaseosa. ¿…?
Bien, vale. Pero… ¿qué es un aerosol? Citemos algunos ejemplos para empezar. Son
aerosoles el aire que hay dentro de una sauna o el que se respira dentro de una
galería en una mina de carbón, el humo que desprende un cigarrillo y la nube de
perfume que sale del frasco cuando pulsamos el atomizador (la nube es el
aerosol, ¡no el frasco!). Para ver qué tienen en común y qué los distingue de
otros sistemas materiales será mejor que empecemos por el principio.
Clasificación general de
los sistemas materiales
Toda
la materia que nos rodea se presenta ante nuestros ojos en forma de distintos sistemas materiales, que podemos
clasificar para su estudio y mejor comprensión en diferentes categorías
atendiendo a su composición.
Si
el sistema está formado por un único componente, se trata entonces de una sustancia química pura. A su vez, las sustancias puras pueden ser elementos químicos (hidrógeno,
oxígeno, cloro, sodio) o compuestos químicos (agua, cloruro de sodio), según
estén formados por una sola clase de átomos o una combinación química en
proporción definida de átomos diferentes. Todas las sustancias químicas tienen
una fórmula química precisa (para los elementos del ejemplo: H2, O2,
Cl2, Na; y para los compuestos: H2O, NaCl)
En
la naturaleza es muy difícil encontrar sustancias puras, lo más habitual es que
los sistemas materiales estén formados por varios componentes, hablamos
entonces de mezclas de sustancias. En
las mezclas, las sustancias que las forman pueden estar todo lo “revueltas” que
queramos imaginar, pero éstas no están unidas químicamente formando una nueva
sustancia, por lo que la mezcla admite cualquier proporción entre sus
componentes, no tiene una fórmula química propiamente dicha y las sustancias que
la componen se pueden volver a separar por medios puramente físicos mediante
una técnica adecuada. Un ejemplo de mezcla puede ser el agua salada (mezcla de
dos componentes: H2O y NaCl). el agua y el cloruro de sodio siguen
ahí, y para separarlas basta con calentar un poco y dejar que se evapore el
agua.
Las
propiedades de una mezcla dependerán evidentemente de su composición y de la
proporción de sus componentes. Así se nos pueden ocurrir infinitas
posibilidades de sistemas materiales diferentes. Para clasificar y comprender
mejor las mezclas y sus propiedades, es muy práctico considerarlas como un
conjunto formado por una fase
dispersante, que puede ser líquida, sólida o gaseosa, y estar formada por
una o varias sustancias componentes, y una o varias fases dispersas, formadas por las sustancias que se encuentran en
menor proporción.
Dicho
esto, resulta muy útil clasificar las mezclas en tres grandes categorías
atendiendo al aspecto más o menos homogéneo que presentan. La homogeneidad
(uniformidad de aspecto y propiedades en todas las partes de la mezcla) o
heterogeneidad (falta de uniformidad) de
una mezcla es una consecuencia directa del tamaño que tienen las partículas de
las sustancias que forman la fase dispersa, o lo que es muy parecido, de la
cantidad total de átomos agregados que formen las partículas. Como se puede ver
en la tabla, los sistemas materiales de varios componentes o mezclas en
general, pueden ser:
Por
ejemplo, el agua salada del mar sería
una disolución líquida, la arena de la playa sería una mezcla heterogénea de
sólidos, mientras que el agua turbia, la espuma y la bruma provocados por el
oleaje serían dispersiones coloidales.
Dispersiones coloidales
y aerosoles
Para
comprender qué son los aerosoles vamos a fijarnos ahora en las dispersiones coloidales, también llamadas
coloides. Las dispersiones coloidales son unos sistemas materiales muy
interesantes por su abundante presencia y diversidad así como por sus múltiples
aplicaciones.
Los
coloides se encuentran a medio camino entre las disoluciones verdaderas y las
mezclas heterogéneas. El tamaño medio de las partículas de la sustancia
dispersa está comprendido entre 1 y 1000 nm (nanómetros ó millonésimas de
milímetro)
Un
ejemplo. Supongamos dos sistemas materiales como aire (esencialmente una
disolución gaseosa de dos elementos, nitrógeno y oxígeno) y agua líquida (un
compuesto químico puro). Vamos a mezclar el agua con el aire. Si dejamos
evaporar el agua, las moléculas de ésta (partículas de 0,1nm de tamaño) se
difunden en el seno del aire y el resultado es una disolución gaseosa de
aspecto totalmente similar al aire original. Si esperamos a que el vapor de
agua se condense, se formará una niebla cuando las moléculas de agua se agregan
entre sí formando pequeñísimas gotas de
agua líquida de 1 a 1000 nm de tamaño, que permanecen en suspensión dispersas
entre el aire de forma aparentemente homogénea; es una dispersión coloidal.
Finalmente, si las gotas siguen creciendo hasta alcanzar un tamaño de décimas
de milímetro o más, empezarán a ser visibles individualmente y distinguibles
del aire, con lo que tendremos una mezcla heterogénea de un líquido en gas,
como es la nube que va a originar la lluvia.
La
tabla siguiente muestra los distintos tipos de dispersiones coloidales que
pueden darse en función del estado de
agregación de la fase dispersante, formada por partículas de tamaño
atómico-molecular y que va a dar el
aspecto sólido, líquido o gaseoso final a la mezcla; y de la fase dispersa,
constituida por la sustancia o sustancias que, siendo insolubles en la
dispersante, se reparten más o menos homogéneamente en su seno en forma de
pequeñas partículas de tamaño nanométrico (nanopartículas). Como se puede ver, los aerosoles son las dispersiones
coloidales formadas al dispersarse partículas microscópicas de un
líquido o de un sólido en un medio gaseoso. El aspecto de un aerosol es el
de una atmósfera difusa, turbia o sucia,
como puede ser la niebla o el humo.
En
la foto puede observarse el aerosol formado en el aire de una ciudad por las
partículas en suspensión (principalmente restos sólidos de combustiones y
neumáticos, además de polvo). Su estructura a nivel microscópico sería más o
menos como la que muestra el dibujo. La fase dispersante es el aire, que es una
disolución gaseosa de 78% de nitrógeno (N2), 21% de oxígeno, y 1% de
otros gases, incluidos el dióxido de carbono (CO2) y el vapor de
agua (H2O). La fase dispersa está constituida por pequeñas
partículas de carbón e hidrocarburos, entre otras muchas más. Para hacernos una
idea fiel a la realidad, en el dibujo tendríamos que imaginar las moléculas del
aire en continuo movimiento de traslación chocando unas con otras y contra las
partículas dispersas.
Algunas propiedades típicas de los
aerosoles
En
las dispersiones coloidales en general y los aerosoles en particular, las partículas
dispersas tienen un tamaño tal que aun siendo muchísimo mayores que las del
disolvente, no son lo suficientemente grandes como para que dejen de ser
comparables, o como para considerarlas como una fase separada totalmente de
dicho disolvente. Este hecho hace que los aerosoles no se comporten como una
mezcla heterogénea de fragmentos de sólido o gotas de líquido en un medio
gaseoso, pero tampoco como la disolución verdadera que sería una mezcla gaseosa
totalmente homogénea. En consecuencia, los aerosoles, como los demás coloides, tendrán
una serie de propiedades características y diferenciadoras de los demás
sistemas materiales. Resumamos las más importantes:
Propiedades
ópticas.
Tienen
que ver con la propagación de la luz en el medio. La más característica es la
dispersión luminosa. A diferencia de una verdadera disolución gaseosa como el
aire limpio, un aerosol presenta el llamado efecto
Tyndall que consiste en la dispersión de un rayo de luz que lo atraviese, que
hace que se ensanche y se haga visible. En el aire limpio no se vería el paso
del rayo.
Propiedades
cinéticas.
Están
relacionadas con el movimiento de las partículas que forman el aerosol. La más significativa
es el denominado movimiento browniano.
Éste fenómeno fue descubierto accidentalmente observando al microscopio un sol
(coloide de sólido en líquido) en el que se veían las partículas dispersas en
constante agitación. Fue explicado y cuantificado por A. Einstein como el
resultado de las colisiones aleatorias entre las moléculas de la fase dispersante (invisibles al
microscopio) y las micropartículas de la fase dispersa.
Propiedades
electrostáticas.
Las
partículas de los aerosoles pueden tener descompensaciones en la neutralidad de
su carga eléctrica por ionización o polarización; además, estas partículas
tienen una relación superficie/volumen enorme, dado su
pequeño tamaño. Debido a esto, las propiedades eléctricas se manifiestan
sobre todo en la superficie de las partículas, por lo que va a dar lugar a unas
interesantes propiedades de naturaleza superficial. Una de éstas es la adsorción, que es la tendencia a retener
adheridas a la superficie de la partícula del aerosol otras partículas
diferentes que puedan estar presentes. Cuando la adsorción da lugar a que se unan
unas partículas con otras formando copos cada vez mayores, favoreciendo así la
sedimentación del aerosol por efecto de la gravedad, se habla entonces del
fenómeno de floculación.
Factores que influyen en
la estabilidad del aerosol
Conociendo
las propiedades anteriores, estaremos en condiciones de comprender qué factores
determinan la persistencia y estabilidad de un aerosol, es decir, la
permanencia o precipitación de las partículas de la fase dispersa en el seno de
la fase dispersante.
Vamos
a centrarnos ya en los casos más concretos de un aerosol líquido como el
formado por una niebla o el aire exhalado por una persona al hablar o toser, o
también el aire en el que se ha dispersado el humo expulsado por una persona
que está fumando.
Los
aerosoles que se forman en estos casos definen un sistema polidisperso liófobo, lo que quiere decir que las
partículas de líquido (gotitas de agua) o sólido (micropartículas de ceniza)
que están dispersas en el seno del gas (aire) son de muy diferentes tamaños y
están claramente separadas de éste porque no son solubles en él. Hay una
superficie de separación neta entre cada partícula y el aire que la rodea,
denominada interfase, en la que
tienen lugar interacciones superficiales de naturaleza electrostática o
cinética, tanto con el aire como entre partículas próximas. El balance de estas
interacciones será el que determine la estabilidad del aerosol y, con ésta, el
tiempo de permanencia en suspensión de las partículas dispersas, su crecimiento
en tamaño debido a la adsorción superficial y la consiguiente tendencia a
precipitarse por gravedad, e incluso su tendencia a retener en la interfase
otras partículas de menor tamaño como puede ser ¡un coronavirus!
Teniendo
en cuenta todo esto, la permanencia de un aerosol de determinada concentración en
el aire será mayor o menor en función de varios factores:
La densidad.
O mejor dicho, la diferencia de
densidad de la fase
dispersa con el gas. La gravedad actúa tendiendo a precipitar las gotitas de
líquido o de sólido, que siempre serán mucho más densas que el aire.
El tamaño medio de las
partículas dispersas.
Cuanto menor sea éste, más tiempo permanecen en dispersión. Si su radio es
inferior a 1000 nm (10-6 m) el movimiento browniano ya es
suficientemente importante como para impedir la sedimentación de las
partículas.
La composición.
Concretamente, la composición del aire y la composición y
estructura de las sustancias que forman las partículas dispersas en éste. Esto influye en la
intensidad de las interacciones eléctricas gas-líquido y líquido–líquido en la
interfase, favoreciendo o perjudicando la floculación de las partículas. Así, si
el resto de las condiciones fuesen iguales, el humo tendería a persistir más
que la niebla, y el aerosol resultante de un estornudo duraría más en aire seco
que húmedo.
La temperatura.
Actúa principalmente favoreciendo la
agitación de las partículas, favoreciendo la dispersión frente a la
sedimentación.
Las superficies externas.
La extensión, rugosidad y material
de las paredes del recipiente que contiene al aerosol o de otras superficies de
objetos presentes determinan que exista una adsorción adicional de las
partículas que tiende a irlas retirando del aerosol.
La convección.
Es el efecto producido al remover el
aire, que favorece totalmente la permanencia de las partículas en suspensión e
impide su sedimentación por gravedad. Sería un gran error pretender disipar una
niebla o un ambiente cargado de humo de tabaco en una habitación cerrada haciendo
funcionar un ventilador.
La ventilación.
Consiste en introducir aire puro y a
la vez dejar espacio libre para evacuar el aerosol que estaba presente. No se
sedimenta el aerosol, simplemente se lo echa afuera. Evidentemente este es el
método más rápido y efectivo para hacer desaparecer un aerosol de un recipiente
cerrado o de una habitación.
Los aerosoles como vehículo de contagio
de la COVID-19
Parece
ya fuera de toda duda que los aerosoles en el entorno de las personas
infectadas por el coronavirus SARS-CoV-2, responsable de la pandemia de COVID-19
tienen un papel protagonista como en el contagio a otras personas. Ya sea porque
los exhalen ellas mismas o porque esos aerosoles ya estén presentes en el
ambiente.
La
veracidad de esta hipótesis parece muy probable teniendo en cuenta las
propiedades de los aerosoles y las características del virus, así como el
mecanismo de la respiración humana. Para sostener su verosimilitud, podemos
partir de algunos datos comprobados que nos permiten hacer algunas
estimaciones.
El
diámetro de un virus SARS-CoV-2 es de
unas 0,07 micras (70 nm = 7.10-7 m)
Se
ha comprobado mediante PCR cuantitativa que una persona infectada puede aportar
entre diez mil y diez millones de coronavirus por mililitro de saliva.
Cada
vez que una persona infectada estornuda o tose, emite al aire una cantidad importante
de gotitas microscópicas de saliva, llamadas gotas de Flügge, cuyo diámetro es
de varias decenas de micras (más de 10.000 nm =10-5 m).
Además
de al toser o estornudar, cuando una persona jadea o habla a voces, y por
supuesto cuando fuma, emite miles de gotitas
o nanopartículas de unas decenas a un millar de nanómetros de tamaño que forman
un aerosol, como puede apreciarse en la fotografía. Se han hecho estudios sobre
la permanencia de estas pequeñas gotas en el aire estanco antes de sedimentar
llegando a la conclusión de que las gotas de 100 micras de radio se depositan
en 10 segundos, pero las de 10 micras
ya permanecen hasta 17 minutos.
Finalmente, las de 1 micra (1000 nm) que ya entrarían en la categoría de las
partículas de un aerosol propiamente dicho permanecen dispersas en suspensión por
un tiempo indefinido.
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La imagen muestra un estornudo: una lluvia de
gotas más grandes (en verde) cuyas trayectorias pueden alcanzar hasta
dos metros desde la persona que estornuda y una nube
(en rojo) compuesta por gotitas más pequeñas suspendidas en el aire. (Fotografía de Lydia Bourouiba, MIT. Publ. En National Geografic)
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Con
los datos anteriores se pueden hacer algunas estimaciones:
Una
persona infectada puede expulsar al aire
un número de coronavirus del orden del número de pequeñas gotitas se forman, y
hay que tener en cuenta que éstas se cuentan por miles o más.
Una
partícula coloidal de un tamaño de 1000 nm del aerosol que se forma al exhalar
podría albergar en teoría más de un centenar de coronavirus distribuidos por su
superficie. Esto no quiere decir que sea así, pero sí que indica que los virus
pueden permanecer “a sus anchas” adsorbidos superficialmente a estas partículas.
El peligro estriba en que cuando una persona infectada jadea o eleva la voz, y
no digamos ya si estornuda o fuma, estos aerosoles contaminados son proyectados
a gran distancia y permanecen dispersos en el aire durante un tiempo
indefinido. En consecuencia es lógico pensar que si se está en un espacio
cerrado, no se sustituye el aire de la estancia en la que se forma ese aerosol
“infectado” y no se renueva rápidamente por aire sano del exterior mediante
ventilación hacia afuera o circulando
por un circuito con filtros, la posibilidad de contagiar a las demás
personas presentes será muy alta. Hay que tener en cuanta además que las
partículas del aerosol menores de 5 micras pueden penetrar por las vías
respiratorias y depositarse en las fosas nasales o llegar directamente hasta
los pulmones, donde la infección sería más grave.
¿Cómo se está afrontando
el problema?
Varios
equipos de expertos ya llevan tiempo haciendo estudios encaminados a verificar
la hipótesis del contagio por aerosoles. Así, en aquel famoso estudio inicial
del 16 de abril acerca de la persistencia del virus sobre diferentes sustratos
ya se advertía de que la estabilidad de los aerosoles los haría ser sería mucho
más importantes que las pequeñas gotas en la difusión del virus. En ese mismo
mes, un equipo interdisciplinar de 35 científicos coordinados por la Dra. Lidia
Morawska concluían que, estimando por lo bajo, más del 75% de los contagios
estarían producidos por los aerosoles. Así se lo comunicaron a la OMS
(Organización Mundial de la Salud), insistiendo en que “la propagación del
virus por el aire es real y peligrosa, y las autoridades sanitarias tienen que
informar y actuar ya”. La OMS desoyó las evidencias presentadas por este grupo,
hasta que el 6 de julio, en una carta abierta publicada en la revista Clinical Infection Diseases, encabezada
por el Dr. Milton y firmada por 239 científicos expertos más, se volvía una vez
más a destacar la responsabilidad de los aerosoles en la propagación de la COVID-19. Tras
reunirse con la OMS, ésta modificó tímidamente su postura citando la “hipótesis
de un contagio por aerosoles”.
Al
principio la OMS parece que no supo o no quiso reconocer la evidencia de la
responsabilidad de los aerosoles en la propagación de la pandemia, quitándole
importancia al problema y escudándose en el argumento de que no estaba
suficientemente probado con estudios científicos. Pero las evidencias citadas
exigían desde el primer momento la aplicación del Principio de precaución. Recordemos que este principio exige atajar
la presunta causa del problema antes de que llegue a demostrarse al 100% su más
que probable efecto. El de los aerosoles producidos en espacios cerrados con
personas que se concentran dentro es un caso claro en el que debe ser aplicado
este principio de precaución y tomar inmediatamente medidas contundentes que
contribuyan a frenar la expansión de la pandemia, como de hecho ya se está
haciendo en muchos casos, independientemente de que haya muchos estudios o
pocos. A día de hoy, las autoridades políticas y sanitarias de muchos países aun
son reacias a dictar normas higiénicas de actuación drásticas para evitar la
exposición a estos aerosoles, quitándole importancia al problema, o ignorándolo
directamente. Suscribo humildemente la opinión de los expertos, de que ese no
es el camino adecuado.
Moraleja:
En espacios cerrados hay que evitar la concentración de personas, llevar
siempre la mascarilla correctamente colocada y asegurar la ventilación al
exterior o la filtración inmediata del aire. Los aerosoles no descansan
mientras nosotros esperamos pasivamente a que se generalice la vacunación.
