Filtro mecánico (respirador)

Los filtros mecánicos , que forman parte de los respiradores de partículas , son un tipo de filtro para mascarillas respiratorias purificadoras de aire que impide mecánicamente que las partículas lleguen a la nariz y la boca del usuario. Existen en diversas formas físicas.

Los respiradores con filtro mecánico retienen partículas como el polvo generado durante el trabajo de la madera o el procesamiento de metales, cuando el aire contaminado pasa a través del material filtrante. La lana se sigue utilizando como filtro, junto con plástico, vidrio, celulosa y combinaciones de dos o más de estos materiales. Dado que los filtros no se pueden limpiar ni reutilizar y tienen una vida útil limitada, el costo y la facilidad de desecho son factores clave. Existen modelos de un solo uso, desechables y con cartuchos reemplazables. ^{[ 3 ]}

Los filtros mecánicos eliminan los contaminantes del aire de las siguientes maneras: ^{[ 4 ] [ 5 ]}

1. por intercepción cuando las partículas que siguen una línea de flujo en la corriente de aire se encuentran dentro de un radio de una fibra y se adhieren a ella; ^{[ 3 ]}
2. por impacto , cuando las partículas más grandes que no pueden seguir los contornos curvos de la corriente de aire se ven obligadas a incrustarse directamente en una de las fibras; esto aumenta con la disminución de la separación de las fibras y una mayor velocidad del flujo de aire ^{[ 3 ].}
3. mediante un mecanismo de mejora llamado difusión , donde las moléculas de gas chocan con las partículas más pequeñas, especialmente aquellas de menos de 100  nm de diámetro, que de este modo se ven impedidas y retrasadas en su trayectoria a través del filtro; este efecto es similar al movimiento browniano y aumenta la probabilidad de que las partículas sean detenidas por cualquiera de los dos mecanismos anteriores; se vuelve dominante a velocidades de flujo de aire más bajas ^{[ 3 ].}
4. mediante el uso de material filtrante electret (generalmente, fibras plásticas electrohiladas) para atraer o repeler partículas con una carga electrostática , de modo que tengan más probabilidades de colisionar con la superficie del filtro ^{[ 4 ] [ 5 ].}
5. por las propias partículas, que obstruyen el filtro y aumentan la eficiencia de filtración ^{[ 6 ]}

Entre los mecanismos menos conocidos se incluyen:

1. mediante el uso de ciertos recubrimientos en las fibras que matan o desactivan las partículas infecciosas que chocan con ellas (como la sal) ^{[ 7 ].}
2. mediante el uso de la gravedad y permitiendo que las partículas se depositen en el material filtrante (este efecto suele ser insignificante) ^{[ 8 ].}

Considerando únicamente las partículas transportadas por una corriente de aire y un filtro de malla de fibra, la difusión predomina por debajo del  tamaño de partícula de 0,1 μm de diámetro. Por encima de 0,4  μm, predominan la impactación y la intercepción. Entre estos valores, cerca del tamaño de partícula de mayor penetración de 0,3  μm, predominan la difusión y la intercepción. ^{[ 3 ]}

Sección transversal de filtros P95 aprobados por NIOSH utilizados en operaciones de metalurgia . Incluso los procesos industriales "limpios" suelen generar grandes cantidades de partículas nocivas y requieren protección respiratoria.

Las mascarillas respiratorias de filtro rígido suelen ser desechables, para un uso continuo o intermitente de hasta 8 horas. Un laboratorio observó una disminución en la calidad del ajuste tras cinco usos consecutivos. ^{[ 58 ]} Una vez que se obstruyen demasiado como para permitir la respiración, deben reemplazarse.

Las mascarillas respiratorias de filtro rígido a veces se reutilizan, especialmente durante las pandemias, cuando hay escasez. Las partículas infecciosas podrían sobrevivir en las mascarillas hasta 24 horas después de finalizar su uso, según estudios que utilizan modelos de SARS-CoV-2 ; ^{[ 58 ]} En la pandemia de COVID-19, los CDC de EE. UU. recomendaron que, si escasean las mascarillas, cada trabajador de la salud debería recibir cinco mascarillas, una para usar por día, de manera que cada mascarilla permanezca al menos cinco días almacenada en una bolsa de papel entre cada uso. Si no hay suficientes mascarillas para hacer esto, recomiendan esterilizar las mascarillas entre usos. ^{[ 59 ]} Algunos hospitales han estado almacenando mascarillas usadas como medida de precaución. ^{[ 60 ]} Los CDC de EE. UU. emitieron directrices sobre cómo optimizar el uso de las mascarillas N95, recomendando el uso prolongado en lugar de la reutilización. Destacaron el riesgo de infección por tocar la superficie exterior contaminada de la mascarilla, algo que incluso los profesionales hacen con frecuencia sin intención, y recomendaron lavarse las manos cada vez antes de tocar la mascarilla. Para reducir la contaminación de la superficie de las mascarillas, recomendaron el uso de protectores faciales y pedir a los pacientes que también usaran mascarillas ("enmascaramiento de la fuente"). ^{[ 61 ]}

Además del tiempo, se han probado otros métodos de desinfección. Se han observado daños físicos en las mascarillas al calentarlas en el microondas, calentarlas en una bolsa de vapor, dejarlas expuestas a calor húmedo y exponerlas a dosis excesivamente altas de radiación germicida ultravioleta (UVGI). Los métodos basados ​​en cloro, como la lejía , pueden causar olor residual, liberación de cloro cuando la mascarilla se humedece y, en un estudio, deterioro físico de las almohadillas nasales, lo que provoca un aumento de las fugas. ^{[ 58 ]} El ajuste y la comodidad no parecen verse afectados por la UVGI, la incubación en calor húmedo ni el vapor generado por microondas. ^{[ 58 ]}

Algunos métodos pueden no dañar visiblemente la mascarilla, pero sí deterioran su capacidad de filtrado. Esto se ha observado en intentos de esterilización mediante inmersión en agua y jabón, calentamiento en seco a 160 °C (320 °F) y tratamiento con alcohol isopropílico al 70 % y plasma de gas de peróxido de hidrógeno ^{[ 58 ]} (generado al vacío con ondas de radio ^{[ 62 ]} ). La carga electrostática de las microfibras se destruye con algunos métodos de limpieza. La luz ultravioleta (UVGI), el vapor de agua hirviendo y el calentamiento en horno seco no parecen reducir la eficiencia del filtro, y estos métodos descontaminan con éxito las mascarillas. ^{[ 58 ]}  

La UVGI (un método ultravioleta), el óxido de etileno , el calentamiento en horno seco y el peróxido de hidrógeno vaporizado son actualmente los métodos más utilizados en los hospitales, pero ninguno ha sido probado adecuadamente. ^{[ 58 ]} Cuando se dispone de suficientes mascarillas, se prefiere rotarlas y reutilizar una mascarilla solo después de dejarla sin usar durante cinco días. ^{[ 59 ]}

Se ha demostrado que las mascarillas también pueden esterilizarse mediante radiación ionizante. ^{[ 63 ]} La radiación gamma y los electrones de alta energía penetran profundamente en el material y pueden utilizarse para esterilizar grandes lotes de mascarillas en poco tiempo. Las mascarillas pueden esterilizarse hasta dos veces, pero deben recargarse después de cada esterilización, ya que la carga superficial se pierde al ser irradiadas.

Un desarrollo reciente es un tejido compuesto que puede desactivar amenazas tanto biológicas como químicas. ^{[ 64 ]}