Decontaminazione e ri-uso delle mascherine parte II
E’ possibile decontaminare le mascherine per consentirne il ri-uso senza alterare i requisiti specifici di prestazione e sicurezza?
L’elevato consumo di mascherine chirurgiche monouso ha impattato negativamente sull’ambiente tanto da chiedersi se per limitare l’uso eccessivo si possano sviluppare dei protocolli di decontaminazione efficaci che ne consentano un ri-uso tale da conservare l’efficienza delle prestazioni e la sicurezza nell’impiego.
Come descritto nel precedente articolo, la decontaminazione delle mascherine è stato un argomento molto affrontato dalla comunità scientifica.
La prof. Gaudiello è stata relatrice di una tesi di laurea incentrata proprio sullo sviluppo e l’analisi di un protocollo per decontaminare le mascherine chirurgiche.
Lo studio oggetto della tesi si è basato sull’investigazione di 4 protocolli di decontaminazione, due attraverso l’impiego di prodotti chimici ed altri due mediante mezzi fisici.
Decontaminazione chimica.
La decontaminazione chimica consiste nell’utilizzare prodotti chimici dall’azione disinfettante,1 ossia un biocida PT (product type) 022 in quanto non esistono prodotti specifici per le mascherine, così come non è ancora indicato un vero e proprio protocollo di decontaminazione per questi dispositivi di protezione.
Esistono diversi tipi di disinfettanti in commercio che potrebbero essere presi in considerazione, tuttavia la scelta del prodotto e quindi anche del protocollo deve essere fatta considerando che è necessario garantire oltre all’efficacia di disinfezione anche la sicurezza chimica del prodotto, considerato l’uso previsto della mascherina.
I due protocolli chimici analizzati nello studio di tesi si sono basati essenzialmente sulla diversa applicazione di un disinfettante:
1) immersione e lavaggio della mascherina nel prodotto chimico
2) applicazione del prodotto chimico mediante spruzzo diretto sulla mascherina.
L’applicazione di un prodotto chimico richiede che dopo il trattamento la mascherina venga lasciata all’aria per rimuovere completamente il prodotto mediante evaporazione. Questo passaggio è risultato molto critico perché la mascherina all’aria viene contaminata da altri microrganismi, quindi l’evaporazione del disinfettante chimico deve essere aiutata tramite un flusso d’aria calda ed eseguita in un luogo sanificato.
Il trattamento mediante spruzzo è risultato efficace solo spruzzando grandi quantità di prodotto e a distanza molto ravvicinata alla superficie della mascherina, cercando di applicare il prodotto anche sugli elastici che sono fonte di contaminazione microbica. Pertanto si è rivelato più conveniente ed efficace decontaminare la mascherina immergendola direttamente nel prodotto chimico, ma con lo svantaggio di avere tempi più lunghi per consentire la completa evaporazione/eliminazione del disinfettante.
Tabella1. Trattamenti chimici a confronto*
Prodotto chimico
Modalità d’impiego
Limiti/criticità
Vantaggi
Ipoclorito di sodio
Lavaggio (range di concentrazione 0.2-0.6 %)
Residui sulla mascherina (in parte come sale nella mascherina e in parte come cloro che in quanto gas evapora. Tuttavia, il cloro è un gas tossico e irritante; l’equilibrio è spostato verso i sali che però, quando idratati
dall’umidità del respiro, possono evaporare. Il risciacquo con acqua è inutile ad eliminare i residui, anzi è fonte di contaminazione e aumenta l’emissione di cloro perché idrata i sali rimasti sulla
mascherine. I residui di candeggina devono essere necessariamente eliminati tramite essiccazione, che essendo abbastanza lunga potrebbe contaminare nuovamente la mascherina.
Ampio spettro
Etanolo
Spruzzo diretto sulla mascherina (concentrazione 75%
L’etanolo rimuove le cariche presenti sulle fibre di polipropilene abbassando l’efficienza di filtrazione della
mascherina chirurgica, inoltre la mascherina è risultata sfaldata dopo 5 cicli di utilizzo
Aumenta la bagnabilità della mascherina, possiede una sua attività antimicrobica, evapora facilmente, non lascia residui
Acqua ossigenata
Lavaggio (range di concentrazione 0.5-3.6 %.)
Arrugginisce il ferretto metallico, se presente, nella mascherina
Lascia residui sulle mascherine che però sono facilmente eliminati mediante essiccazione in quanto il perossido di idrogeno si decompone in acqua e ossigeno, molecole biologicamente
innocue. L’acqua ossigenata non crea danni alle performance della mascherina, non rimuove le cariche delle
fibre
Tabella1. Trattamenti chimici a confronto*
Modalità d’impiego
Prodotto chimico
Ipoclorito di sodio
Modalità d’impiego
Lavaggio (range di concentrazione 0.2-0.6 %)
Limiti/criticità
Residui sulla mascherina (in parte come sale nella mascherina e in parte come cloro che in quanto gas evapora. Tuttavia, il cloro è un gas tossico e irritante; l’equilibrio è spostato verso i sali che però, quando idratati
dall’umidità del respiro, possono evaporare. Il risciacquo con acqua è inutile ad eliminare i residui, anzi è fonte di contaminazione e aumenta l’emissione di cloro perché idrata i sali rimasti sulla
mascherine. I residui di candeggina devono essere necessariamente eliminati tramite essiccazione, che essendo abbastanza lunga potrebbe contaminare nuovamente la mascherina.
Vantaggi
Ampio spettro
Prodotto chimico
Etanolo
Modalità d’impiego
Spruzzo diretto sulla mascherina (concentrazione 75%
Limiti/criticità
L’etanolo rimuove le cariche presenti sulle fibre di polipropilene abbassando l’efficienza di filtrazione della
mascherina chirurgica, inoltre la mascherina è risultata sfaldata dopo 5 cicli di utilizzo
Vantaggi
Aumenta la bagnabilità della mascherina, possiede una sua attività antimicrobica, evapora facilmente, non lascia residui
Prodotto chimico
Acqua ossigenata
Modalità d’impiego
Lavaggio (range di concentrazione 0.5-3.6 %.)
Limiti/criticità
Arrugginisce il ferretto metallico, se presente, nella mascherina
Vantaggi
Lascia residui sulle mascherine che però sono facilmente eliminati mediante essiccazione in quanto il perossido di idrogeno si decompone in acqua e ossigeno, molecole biologicamente
innocue. L’acqua ossigenata non crea danni alle performance della mascherina, non rimuove le cariche delle
fibre
Decontaminazione fisica
La decontaminazione tramite metodi fisici ha il vantaggio di essere più riproducibile rispetto alla decontaminazione chimica in quanto vengono sfruttati degli strumenti e il trattamento non viene applicato manualmente. I mezzi fisici analizzati sono stati:
- il calore
- le radiazioni UV
- le microonde.
Il calore secco, generato da un forno o un qualsiasi altro elettrodomestico utilizzato in assenza di umidità, è risultato efficace per il coronavirus dopo 30 minuti di riscaldamento delle mascherine a 65-70°C. Tuttavia il calore fonde alcune fibre e allarga i pori del filtro e dopo più cicli di trattamento i danni della mascherina si accumulano.
Il calore ventilato si è dimostrato essere una valida alternativa al calore statico.
Il calore umido è il mezzo migliore in quanto a) permette di raggiungere temperature elevate senza compromettere le performance della mascherina, b) il vapore penetra nel filtro e lo disinfetta grazie alla cessione del suo calore. Il calore umido può essere sfruttato a pressione ordinaria, aggiungendo dell’umidità al calore secco (ad esempio aggiungendo una vaschetta piena d’acqua nel forno) oppure a pressione elevata all’interno di un’autoclave, strumento utilizzato per la sterilizzazione in ospedali e laboratori e per la produzione di marmellate in ambiente domestico. Tuttavia l’autoclave non è risultato il metodo adatto per la decontaminazione in quanto rovina le mascherine chirurgiche e ne riduce la respirabilità.
Le radiazioni UV-C hanno un’azione germicida ad ampio spettro. Il problema fondamentale dell’uso degli UV-C è che sono nocivi per l’uomo, pertanto la strumentazione con lampada ad alta intensità è utilizzabile solo da personale tecnico mentre in ambito domestico si trovano solo strumenti con piccole lampade a bassa intensità (< 10 W/cm2). Essendo il polipropilene un assorbitore di UV, non sempre la radiazione penetra all’interno del filtro, infatti è necessaria una dose superiore a 20 J/cm2 che per essere raggiunta dalle lampade a bassa intensità di piccole dimensioni richiede che la mascherina venga esposta per un tempo molto lungo. Inoltre, il trattamento è molto influenzato dalla forma e geometria della mascherina, pertanto è fondamentale che le mascherine non siano impilate l’una sull’altra, ma disposte singolarmente e girate durante il trattamento per consentire a tutte le parti di essere irradiate..
Inaspettatamente anche i raggi UVA hanno un certo effetto igienizzante grazie all’assorbimento della radiazione da parte del polipropilene che genera calore. La radiazione non penetra nel filtro quindi induce solo l’igienizzazione superficiale della mascherina.
Il forno a microonde è un ottimo metodo di decontaminazione perché è veloce, facilmente reperibile e di facile utilizzo. Tuttavia essendo incompatibile con gli oggetti metallici è necessario fare attenzione al ferretto della mascherina che andrebbe rimosso per evitare la comparsa di scintille che potrebbero fondere il materiale della mascherina.
L’efficacia del metodo è influenzata dalle zone di ombreggiatura dalla radiazione, pertanto le mascherine durante la disinfezione non devono essere impilate o piegate, ma ben distese e girate a metà trattamento.
E’ stato visto che il vapore generato dalle microonde è più efficiente delle microonde e meno aggressivo del calore secco. L’acqua può essere introdotta all’interno del sistema aggiungendola ad un contenitore e posizionando sopra la mascherina oppure bagnando la mascherina stessa.
L’efficienza della decontaminazione è influenzata dalla idrofilia della mascherina in quanto più la mascherina è idrofila più è difficile far evaporare l’acqua al suo interno.
La potenza del forno a microonde che può essere raggiunta in ambito domestico è di circa 800 W, il tempo di esposizione a questa potenza deve essere ancora ottimizzato perché allungandolo migliora l’efficienza della disinfezione ma vengono introdotti maggiori danni alla mascherina. Tuttavia, dopo ogni trattamento con vapore generato da microonde, la mascherina chirurgica perde efficienza di filtrazione in quanto viene rimossa la carica dalle fibre del filtro.
Conclusioni e prospettive future
L’intero studio, basato su prove pratiche, ha messo in evidenza importanti problematiche legate alla possibilità di decontaminare le mascherine chirurgiche:
- danni del filtro. E’la prima difficoltà della decontaminazione, ossia i danni al filtro causati dalla penetrazione all’interno di esso degli agenti sia chimici che fisici;
- variabilità. L’efficienza della decontaminazione è risultata molto influenzata dal protocollo utilizzato, indicando che è necessario definire una procedura ottimale standardizzata che renda il processo di decontaminazione assolutamente riproducibile;
- la mascherina “non ritorna come nuova”. Qualunque sia il metodo di disinfezione, è risultato impossibile eliminare tutti i microrganismi intrappolati all’interno delle mascherine.
Nonostante le enormi criticità emerse, non è escluso che si possa continuare a ricercare, progettare e sviluppare un sistema standardizzato, sfruttando proprio i risultati ottenuti dai vari studi sperimentali disponibili in letteratura. Infatti, il protocollo e il trattamento potrebbe essere realizzato combinando i diversi metodi di decontaminazione in modo tale aumentare lo spettro d’azione.
* I risultati riportati in Tabella 1. si riferiscono agli studi del lavoro di tesi sperimentale citato nell’articolo.
1 Disinfettante:sostanza/miscela di natura chimica in grado di ridurre la quantità di agenti potenzialmente patogeni (quali batteri, funghi, o virus).
2 Biocida PT 02: Prodotti usati per la disinfezione di superfici, materiali, attrezzature e mobilio non utilizzati in contatto diretto con alimenti destinati al consumo umano o animale. I settori di impiego comprendono, tra l’altro, piscine, acquari, acque di balneazione e altre; sistemi di condizionamento e muri e pavimenti in aree private, pubbliche e industriali e in altre aree per attività professionali.Prodotti usati per la disinfezione dell’aria, dell’acqua non utilizzata per il consumo umano animale, dei gabinetti chimici, delle acque di scarico, dei rifiuti di ospedali e del suolo. Prodotti usati come alghicidi per il trattamento di piscine, acquari e altre acque e per la riparazione di materiali da costruzione. Prodotti usati per essere incorporati in tessili, tessuti, maschere, vernici e altri articoli o materiali allo scopo di produrre articoli trattati con proprietà disinfettanti.
Riferimenti
- Bernard, Desoubeaux, Bodier-Montagutelli, Pardessus, Bre, & Allimonnier. (2020, Ottobre). Controlled Heat and Humidity-Based Treatment for the Reuse of Personal Protective Equipment: A Pragmatic Proof- of-Concept to Address the Mass Shortage of Surgical Masks and N95/FFP2 Respirators and to Prevent the SARS-CoV2 Transmission. Frontiers in Medicine. doi:10.3389/fmed.2020.584036
- Côrtes, Espinoza, Noguera, John, Levin, & Costa. (2020, Dicembre). Decontamination and re-use of surgical masks and respirators during the COVID-19 pandemic. International Journal of Infectious Diseases, 104, 320-328. doi:10.1016/j.ijid.2020.12.056
- Grinshpun, Yermakov, & Khodoun. (2020). Autoclave sterilization and ethanol treatment of re-used surgical masks and N95 respirators during COVID-19: impact on their performance and integrity. The Journal of Hospital Infection, 608-614.
- Liu, Leachman, & Bar. (2020). Proposed approach for reusing surgical masks in COVID-19 pandemic. Journal of the American Academy of Dermatology, 53-54.
- Ou, Pei, Kim, Abell, & Pui. (2020). Evaluation of decontamination methods for commercial and alternative respirator and mask materials – view from filtration aspect. Journal of Aerosol Science. doi:10.1016/j.jaerosci.2020.105609
- Pascoe, Robertson, Crayford, Evans, Porch, & Maillard. (2020). Dry heat and microwave-generated steam protocols for the rapid decontamination of respiratory personal protective equipment in response to COVID-19-related shortages. The Journal of Hospital Infection, 10-19.
