Los ácidos ayudan a combatir los virus transmitidos por el aire

Los virus como el SARS-CoV-2, el virus de la gripe y otros viajan de una persona a otra esencialmente haciendo autostop en los aerosoles. Se trata de partículas finamente dispersas que contienen líquido suspendido en el aire y que una persona infectada expulsa al toser, estornudar o simplemente exhalar, pudiendo ser inhaladas por otra.

Por eso se suele considerar importante ventilar eficazmente las habitaciones y filtrar el aire interior: reducir las concentraciones de partículas en aerosol en los hogares, las oficinas y los vehículos de transporte público puede reducir el riesgo de infección.

¿Cómo se acidifican las partículas en suspensión?

No está claro cuánto tiempo permanecen infecciosos los virus en los aerosoles. Algunos estudios sugieren que la humedad y la temperatura del aire pueden desempeñar un papel en la persistencia de los virus. Un factor que se ha subestimado hasta ahora es la composición química de los aerosoles exhalados, en particular su acidez y sus interacciones con el aire interior. Muchos virus, como el de la gripe A, son sensibles a los ácidos; las partículas de los aerosoles exhalados pueden absorber ácidos volátiles y otras sustancias del aire, entre ellas ácido acético, ácido nítrico o amoníaco, del aire interior, lo que a su vez afecta a los niveles de acidez (pH) de las partículas.

Hasta ahora no se había investigado el efecto que tiene la acidificación de los aerosoles tras su exhalación sobre la carga viral que transportan. Ahora, un equipo de investigadores de la ETH de Zúrich, la EPFL y la Universidad de Zúrich ha investigado exactamente eso.

En un nuevo estudio, muestran por primera vez cómo cambia el pH de las partículas de aerosol en los segundos y horas posteriores a la exhalación en diferentes condiciones ambientales. Además, muestran cómo afecta esto a los virus contenidos en las partículas. El estudio acaba de publicarse en la revista Environmental Science & Technology.

Las pequeñas partículas de aerosol exhaladas se acidifican rápidamente

Según los investigadores, los aerosoles exhalados se acidifican muy rápidamente, más deprisa de lo que cabría esperar. La rapidez con que lo hacen depende de la concentración de moléculas ácidas en el aire ambiente y del tamaño de las partículas de aerosol. El equipo examinó gotitas diminutas -de unos pocos micrómetros- de mucosidad nasal y de líquido pulmonar sintetizado específicamente para el estudio. En el aire interior típico, estas gotitas tardaron sólo unos 100 segundos en alcanzar un pH de 4, lo que equivale aproximadamente a la acidez del zumo de naranja.

El valor del pH es una medida de la acidez: una solución neutra tiene un pH de 7; el pH de las soluciones ácidas es inferior a 7; el de las soluciones básicas es superior a 7.

Los investigadores sostienen que la acidificación de los aerosoles se debe en gran parte al ácido nítrico que entra desde el aire exterior. Entra en los espacios interiores a través de las ventanas abiertas o cuando los sistemas de ventilación aspiran aire del exterior. El ácido nítrico se forma por la transformación química de los óxidos de nitrógeno (NOx), que se liberan al medio ambiente principalmente como producto de los procesos de combustión junto con los gases de escape de los motores diésel y los hornos domésticos. En consecuencia, en las ciudades y áreas metropolitanas existe un suministro permanente de óxidos de nitrógeno y, por tanto, de ácido nítrico.

El ácido nítrico se adhiere rápidamente a las superficies, los muebles, la ropa y la piel, pero también es absorbido por las diminutas partículas de aerosol exhaladas. Esto aumenta su acidez y reduce su pH.

El pH del aerosol es clave para la inactivación del virus

El equipo de investigación demuestra además que el entorno ácido puede tener un impacto decisivo en la rapidez con la que se inactivan los virus atrapados en las partículas de mucosidad exhalada. Se descubrió que los dos tipos de virus tienen sensibilidades ácidas diferentes: El SARS-CoV-2 es tan resistente a los ácidos que al principio los expertos no daban crédito a sus mediciones. Se necesitaba un pH inferior a 2, es decir, condiciones muy ácidas como las del zumo de limón sin diluir, para inactivar el coronavirus. Tales condiciones no pueden alcanzarse en el aire interior típico.

Los virus de la gripe A, por otra parte, se inactivan tras sólo un minuto en condiciones ácidas de pH 4. Las partículas de moco recién exhaladas alcanzan este nivel en menos de dos minutos en ambientes interiores típicos. Si añadimos el tiempo que se tarda en acidificar el aerosol al tiempo que se tarda en inactivar los virus de la gripe a un pH 4 o inferior, rápidamente queda claro que el 99% de los virus de la gripe A se inactivarán en el aerosol al cabo de unos tres minutos. Este breve lapso de tiempo sorprendió a los investigadores.

El caso del SARS-CoV-2 es distinto: dado que el pH del aerosol apenas desciende por debajo de 3,5 en espacios interiores típicos, se necesitan días para inactivar el 99% de los coronavirus.

El estudio demuestra que en las habitaciones bien ventiladas, la inactivación de los virus de la gripe A en aerosoles funciona eficazmente, y también puede reducirse la amenaza del SARS-CoV-2 (véase la figura). Sin embargo, en las habitaciones mal ventiladas, el riesgo de que los aerosoles contengan virus activos es 100 veces mayor que en las habitaciones con un fuerte suministro de aire fresco.

El estudio demuestra que en las habitaciones bien ventiladas, la inactivación de los virus de la gripe A en los aerosoles funciona eficazmente, y también puede reducirse la amenaza del SARS-CoV-2 (véase la figura). Sin embargo, en las habitaciones mal ventiladas, el riesgo de que los aerosoles contengan virus activos es 100 veces mayor que en las habitaciones con un fuerte suministro de aire fresco.

Esto lleva a los investigadores a aconsejar que las habitaciones interiores se ventilen con frecuencia y bien, de modo que el aire interior cargado de virus y las sustancias básicas como el amoníaco procedentes de las emisiones de las personas y las actividades interiores se transporten al exterior, mientras que los componentes ácidos del aire exterior puedan entrar en las habitaciones en cantidades suficientes.

La filtración elimina los ácidos del aire

Incluso los sistemas de aire acondicionado normales con filtros de aire pueden reducir los ácidos volátiles. "Es probable que la eliminación de ácidos sea aún más pronunciada en museos, bibliotecas u hospitales con filtros de carbón activado. En tales edificios públicos, el riesgo relativo de transmisión de la gripe puede aumentar significativamente en comparación con los edificios abastecidos con aire exterior no filtrado", escribe el equipo en el artículo.

Como respuesta, el equipo de investigación podría imaginar la adición de pequeñas cantidades de ácidos volátiles, como el ácido nítrico, al aire filtrado y la eliminación de sustancias básicas, como el amoníaco, en un intento de acelerar la acidificación de los aerosoles. Según el estudio, una concentración de ácido nítrico a niveles en torno a 50 ppb (partes por billón de aire, que es 1/40 del límite legal de 8 horas en el lugar de trabajo) podría reducir mil veces el riesgo de infección por COVID-19 (véase la figura).

Un largo camino hacia un clima interior más saludable

Sin embargo, los investigadores también son conscientes de que una medida de este tipo será muy controvertida, ya que no está claro qué consecuencias pueden tener tales niveles de ácido. Los museos o bibliotecas filtran el aire muy a fondo para evitar daños en las obras de arte y los libros. Los ingenieros civiles tampoco estarían muy contentos, ya que la adición de ácidos podría dañar materiales o conductos. Por eso, los investigadores que han participado en el estudio coinciden en que se necesitan estudios a largo plazo para evaluar los riesgos para las personas y las estructuras. Por lo tanto, el uso de ácidos volátiles para inactivar eficazmente los virus en partículas de aerosol podría no establecerse fácilmente como medida de control de virus, mientras que la eliminación del amoníaco -un compuesto fácilmente emitido por las personas y una sustancia que estabiliza los virus al elevar el pH- no debería suscitar controversia.

Colaboración fructífera

El presente estudio es fruto de una colaboración interdisciplinar entre investigadores de la ETH de Zúrich, la EPFL y la Universidad de Zúrich. Tras años de preparación, este trabajo se puso en marcha en 2019 como un proyecto exclusivo sobre la gripe. A la luz de la pandemia de COVID-19, los investigadores ampliaron el alcance para incluir el nuevo coronavirus.

Los investigadores del grupo dirigido por Silke Stertz, del Instituto de Virología Médica de la Universidad de Zúrich, junto con colegas del Laboratorio de Química Ambiental de la EPFL dirigidos por Tamar Kohn, que también es la directora general de este proyecto SNSF Sinergia, investigaron cómo reaccionan estos dos virus a los entornos ácidos. Probaron la sensibilidad de los virus de la gripe A y coronavirus a diferentes condiciones ácidas en líquido pulmonar generado artificialmente y en mucosidad nasal o pulmonar, que los científicos habían recogido previamente de cultivos celulares de mucosidad especialmente cultivados.

Los investigadores del Grupo de Química Atmosférica de la ETH de Zúrich, dirigidos por Thomas Peter y Ulrich Krieger, investigaron el comportamiento de los aerosoles de moco utilizando una trampa electrodinámica de partículas. Con este aparato, los investigadores pueden "retener" partículas individuales en suspensión durante días o semanas y estudiarlas sin contacto con las superficies, por ejemplo para ver cómo les afectan los cambios de humedad.

El grupo de Peter también se encargó de realizar simulaciones con modelos. Este enfoque basado en modelos podría resultar un punto débil en el estudio global; cómo se comportan realmente los virus aerotransportados en aerosoles ácidos es algo que queda por ver en experimentos posteriores. Teniendo esto en cuenta, los investigadores dirigidos por Athanasios Nenes en la EPFL, que inicialmente propusieron que la acidez podría ser un modulador importante de la actividad de los virus, han desarrollado técnicas experimentales y enfoques de modelización que permitirán realizar futuros experimentos tanto en condiciones estrictas de bioseguridad como utilizando diferentes composiciones del aire interior.