Cómo se transmiten las enfermedades a través del aire

El aire que nos rodea puede parecer limpio, sin embargo, transporta muchos tipos de partículas microscópicas invisibles al ojo humano. Algunas de estas partículas, como determinados alérgenos y toxinas, pueden ser causantes de un amplio rango de enfermedades tanto en personas como en animales.

En la situación actual de pandemia por COVID-19, las autoridades y la comunidad científica han hablado mucho acerca de los medios de infección (pequeñas gotas de agua, contacto con superficies, aerosoles…) y las medidas de prevención de la enfermedad. La información que tenemos sobre el virus ha ido cambiando a medida que se conocían mejor sus efectos y su forma de transmisión, hasta este momento, en el que se sabe que la trasmisión por aerosoles juega un papel clave en la propagación del COVID-19. Por ello, es oportuno revisar cómo se pueden transmitir las enfermedades a través del aire.

Cómo las particulas se transmiten por el aire

El término bioaerosoles se utiliza para describir pequeñas partículas (0.001-100μm) que se originan en las plantas o animales y que contienen materia orgánica, incluyendo microorganismos patógenos vivos y/o muertos.

Aunque a menor escala, la función respiratoria de las personas y los animales – respirar, hablar, gritar, cantar, toser, estornudar – crea pequeñas gotas de distintos tamaños.  Algunas enfermedades como la varicela, la gripe, el sarampión, las paperas, la tos ferina y la tuberculosis se transmiten por la inhalación de partículas en el aire. 

Gracias a su pequeño tamaño y a las corrientes de aire, las partículas de menos de 3 micras pueden permanecer suspendidas en el aire durante largos períodos y ser transportadas a grandes distancias. Las partículas de polvo y las microgotas líquidas pueden llegar a ser transportadas por el aire de forma masiva debido al viento o a algunos movimientos naturales del agua. 

Existen varias formas en que las partículas infecciosas pueden llegar a ser transportadas por el aire.

• Perturbaciones físicas como barrer suelos, verter líquidos o sólidos, rociar, triturar, perforar, arar campos. 

• Perturbaciones más específicas relacionadas con la industria: clasificación de desechos, elaboración de abono orgánico, agricultura y procesamiento de alimentos

• El viento, tanto en el exterior como en el interior

• Los inodoros con cisterna

A causa de las recientes pandemias, como la actual COVID-19, el SARS (causado por la misma especie de coronavirus que la COVID-19, pero de cepa diferente), el MERS y la gripe porcina, ha habido un creciente interés en identificar todas las vías de transmisión y se han realizado muchas investigaciones sobre el papel de la transmisión aérea en los contagios. 

Desde la declaración de la pandemia por COVID-19 y hasta julio de 2020, la OMS basó sus recomendaciones para la protección personal contra el coronavirus en la propagación directa de las gotas (>5µm) en contacto con una superficie de mucosa (ojos, boca, nariz) y también en la propagación indirecta a través de superficies contaminadas. 

Tras una carta abierta firmada por más de 200 científicos en la que se instaba a reconocer el potencial de propagación aérea de COVID-19 a través de gotitas respiratorias microscópicas (denominadas microgotas o aerosoles), la OMS ha admitido desde entonces esa posibilidad.

La inhalación de partículas en el aire

Un estudio de la OMS acerca del peligro de las partículas de polvo en el aire demostró que las partículas más grandes (> 30μm), al ser inhaladas,  se capturan en las vías respiratorias superiores, especialmente cuando se respira por la nariz y con bajas frecuencias respiratorias. Estas partículas quedan atrapadas en la mucosidad que cubre las vías nasales de modo que pueden ser expulsadas. 

A su vez, las partículas de tamaño medio quedan atrapadas en las vías respiratorias entre la zona de la cabeza y la parte superior de los pulmones. Afortunadamente, estas partículas también pueden ser fácilmente expulsadas gracias a la acción de los cilios (células similares al pelo) que recubren los conductos de aire y la mucosidad. Este mecanismo de defensa se ve directamente perjudicado por el tabaquismo.

Las partículas que llegan a la parte más profunda de los pulmones, la región alveolar, son por lo general de un tamaño inferior a 10μm. Las partículas depositadas en esta zona presentan un tamaño máximo de 2μm mientras que las partículas más pequeñas son exhaladas de nuevo. Respirar a través de la boca en lugar de la nariz aumenta sustancialmente la cantidad de polvo y otras partículas más grandes que se depositan en las vías respiratorias inferiores. 

Sin embargo, las partículas o gotas infecciosas que se respiran y quedan atrapadas en las membranas mucosas de la boca, la nariz, la garganta y los pulmones pueden infectar los tejidos en ese punto, dependiendo del patógeno del que se trate.

Exhalar partículas de aerosoles infecciosas

Los estudios sobre pacientes con gripe muestran que el flujo de aire de baja velocidad producido por la inhalación y la exhalación al respirar puede crear partículas de aerosol en los pulmones que se expulsan al exhalar. La tos produce un gran número de partículas del virus de la gripe. En cambio, se descubrió que, aunque al respirar se expulsan menos partículas de virus por cada exhalación, como se hace con más frecuencia que la tos, se produce una mayor cantidad de material infeccioso en general. 

La tos y los estornudos producen un flujo de aire de alta velocidad a través de los pulmones, la garganta, la nariz y la boca. Este flujo puede desprender las gotas infectadas de moco y de saliva y proyectarlas a alta velocidad en el aire circundante. Estas gotitas varían en tamaño desde grandes gotas visibles que aterrizan rápidamente en las cercanías, hasta partículas microscópicas a escala micrométrica que se comportan como nubes y se arremolinan por el aire durante varios metros. Se han medido las velocidades del flujo de aire para diferentes actividades respiratorias:

• Respiración: hasta 1m/s
• Hablando: 5m/s
• Tos: 2-50m/s
• Estornudar: >100m/s

Videos realizados a cámara lenta por investigadores del MIT muestran que la tos y los estornudos producen nubes de gas además de gotas voladoras y hojas de moco y saliva. Encontraron que las diminutas gotitas de las nubes viajaron entre 5 y 200 veces más lejos de lo que se pensaba. La turbulencia de la nube mantiene las gotitas más pequeñas suspendidas mientras que las más grandes caen. A medida que las gotitas se mueven por el aire, se evaporan y se encogen, lo que puede dejar atrás núcleos de gotitas lo suficientemente pequeños como para flotar por el aire y ser transportadas por las corrientes de aire dentro o fuera de los edificios.

La investigación del MIT demostró que las gotas de 100 micrómetros de diámetro (aproximadamente el ancho del cabello humano) viajaban cinco veces más lejos, mientras que las gotas de 10μm de diámetro (tamaño de una gota de nube típica) viajaron 200 veces más lejos. Las gotitas menores de 50μm pueden permanecer en el aire el tiempo suficiente como para llegar a los sistemas de ventilación, donde pueden esparcirse por otras zonas del interior de un edificio. 

Varios estudios han encontrado partículas virales viables de la gripe en gotitas respiratorias de estos tamaños y, recientemente (julio de 2020), también se encontraron partículas viables del SARS-CoV-2 en gotitas de aerosol respiratorio producidas por la respiración, la vocalización (hablar, gritar) y la tos.

Factores que afectan al riesgo de infección

Múltiples factores afectan al riesgo de infección e incluso a la distancia que recorren las partículas, no sólo su tamaño y el efecto de la gravedad:

• Distancia de la persona infectada 
• Tiempo de permanencia en las cercanías 
• Dosis contagiosa producida por la persona infectada 
• Densidad de las partículas infecciosas en el aire y dosis viral recibida
• Flujo de aire en las cercanías
• Tipo de bacteria o virus – la viabilidad y la cantidad de organismos necesarios para causar una infección varían mucho
• La aerodinámica de las partículas, incluyendo la forma del diámetro, la velocidad, la carga eléctrica, la composición y la densidad
• La temperatura y la humedad

No todas las personas infectadas con virus como la gripe o el coronavirus son infecciosas. Hay períodos críticos durante la enfermedad en los que la producción de virus alcanza su punto máximo. Menos de la mitad de los pacientes con gripe liberaron los virus de la gripe en el aire en un estudio del Centro Médico Bautista Wake Forest. Alrededor de una quinta parte de los pacientes estudiados fueron clasificados como “súper transmisores” o “súper emisores” porque producían hasta 32 veces más virus que otros emisores. También tenían síntomas más graves, produciendo una mayor carga viral.

En estudios de pacientes con COVID-19 se han encontrado diferencias de más de dos órdenes de magnitud (x100) en la producción viral entre distintos pacientes; los “superdifusores”, por ejemplo, alcanzan una producción de más de 100.000 virus por minuto de habla.

La cisterna del inodoro y la propagación de patógenos

El riesgo de transmisión de enfermedades por vía aérea desde los retretes, incluso de un edificio a otro a través del sistema de alcantarillado, se demostró por primera vez en 1907. En un experimento realizado en los años 50, se colocaron bacterias y placas de agar en un inodoro para recoger los aerosoles que se asentaban en el aire. Se descubrió que la cantidad de aerosoles crecía con el aumento de la energía de la descarga y que las bacterias seguían en el aire ocho minutos después de la descarga.

Patógenos aéreos provenientes de la cisterna del inodoro

Las investigaciones han demostrado, directa o indirectamente, que varios tipos de bacterias y virus pueden contaminar el aire de un inodoro.

• E. coli: En la década de 1970, se descubrió que los aerosoles que contenían la bacteria E. coli permanecían en el aire y eran viables durante al menos 4-6 horas después de la expulsión. En otro experimento, los inodoros contaminados con una bacteria y un virus (bacteriófago MS2 y poliovirus) no estaban completamente libres de los microorganismos después de siete tiradas de la cadena y los intentos de limpiar el recipiente fueron mínimamente eficaces para eliminarlos.

• Salmonella: Más recientemente, en el año 2000, se descubrió que la Salmonella podía cultivarse a partir de muestras de aire cerca de la taza del inodoro después de tirar de la cadena. La salmonela también permaneció en el agua de la taza durante más de 12 días y en una biopelícula debajo de la línea de agua durante 50 días. 

• Norovirus: Se cree que la propagación del Norovirus en los barcos, incluso después de los intentos de desinfectarlos tras un brote, es el resultado de la capacidad de los inodoros de seguir generando aerosoles contaminados tras múltiples descargas y de la resistencia del Norovirus a la limpieza y desinfección.

• Gripe: Algunos pacientes infectados con la cepa H1N1 del virus de la gripe sufren diarreas y se ha detectado el virus en las heces y la orina, lo que significa que existe la posibilidad de transmisión por el aire a causa de la cisterna del inodoro. 
• Coronavirus: La OMS descubrió que el SARS-CoV-1 fue la causa de un “evento de superdifusión” en un apartamento de Hong Kong que resultó en 342 personas infectadas y 42 muertes. El gobierno de Hong Kong encontró que la propagación del virus fue probablemente causada por aerosoles que se originaron en el sistema de alcantarillado y que fueron arrastrados por los extractores de los baños.

¿Qué son las partículas de polvo?

El polvo son partículas sólidas con dimensiones que van desde menos de 1 μm hasta por lo menos 100 micras de diámetro. Las partículas de más de 50μm de diámetro no permanecen en el aire por mucho tiempo, cayendo unos 7 cm por segundo. Sin embargo, las partículas menores pueden permanecer más tiempo en el aire, dependiendo de su origen, características físicas y condiciones ambientales. Se considera que la tasa de asentamiento de las partículas de polvo transportadas por el aire de tamaño inferior a 1μm es insignificante, por lo que efectivamente flotan en el aire. 

En las zonas urbanas, una gran proporción del polvo procede de los vehículos y de la contaminación industrial. También hay casos en los que la arena del desierto ha sido transportada por el viento, incluso a través del Atlántico desde el Sahara. 

Hay muchos tipos de polvo en el medio ambiente natural y humano, una amplia gama de problemas de salud causados por ellos. Entre los ejemplos de materiales en polvos transportados por el aire (también denominados partículas en suspensión) que pueden causar problemas de salud se incluyen los siguientes.

• Minerales: sílice cristalina, carbón, cemento
• Metales tóxicos: plomo, cadmio, níquel, berilio
• Otros productos químicos: productos químicos a granel, pesticidas
• Polvos orgánicos: harina, madera, algodón, té, polen
• Riesgos biológicos: bacterias y virus, mohos y esporas (infecciones y alergias)
• Arena y tierra
• Ceniza volcánica

Las actividades agrícolas pueden generar grandes cantidades de polvo inorgánico y orgánico al arar, cosechar, cortar la hierba y mover el grano. Las actividades de limpieza y mantenimiento de edificios pueden generar polvo mediante actividades como el barrido y la perforación. Las infestaciones de aves y roedores pueden dar lugar a una acumulación de material con microorganismos peligrosos como la Salmonella y la Leptospira, que pueden llegar a pasar al aire.

Los microbios en el polvo

La mayor parte del mundo pasa el 90% de su vida dentro de edificios. Sin embargo, se sabe relativamente poco acerca de los microbios comúnmente presentes en hogares y oficinas. Un estudio de 1.200 hogares en los EE.UU. encontró que había distintas comunidades bacterianas dentro y fuera, pero que las comunidades de hongos encontradas dentro estaban relacionadas con las encontradas en el ambiente fuera del hogar.

Las comunidades fúngicas variaban según la región climática y geográfica, pero las comunidades bacterianas en el interior dependían del número de personas, de la proporción entre mujeres y hombres y de la presencia de animales domésticos. En otros estudios se ha encontrado una relación con los insectos domésticos, diferencias en la ventilación, el diseño de los edificios, las características ambientales de los edificios y los daños anteriores causados por la humedad o la acumulación de agua.

Los hongos más abundantes en el hogar que en el exterior incluían los mohos domésticos comunes como el Aspergillus y el Penicillium. Las bacterias que se encontraban en el interior estaban principalmente asociadas con la piel humana (como el Estafilococo o el Estreptococo) y las heces. También había diferentes bacterias si las mujeres estaban presentes (Lactobacillus, Bifidobacterium, por ejemplo) y en los hogares dominados por los hombres donde había más bacterias Corynebacterium, Dermabacter (asociadas a la piel) y Roseburia (asociadas a las heces). Cuando había mascotas, las bacterias asociadas a las bocas y heces de perros y gatos eran más abundantes.

El polvo transportado por el viento y los riesgos de enfermedad

El viento puede transportar microorganismos a largas distancias en el polvo suspendido. Un análisis genético de partículas de polvo de hasta 10 micras extraídas de una niebla tóxica de Beijing encontró que el microorganismo más abundante en ella era una bacteria común del suelo . También estaban presentes el Streptococcus pneumonia (causante de neumonía) y el hongo alergénico Aspergillus fumigatus, junto con bacterias fecales. El aire muestreado en la ciudad de Milán encontró 10.000 partículas de microorganismos por m3 de aire, consistentes principalmente en bacterias que habitan en el suelo y cloroplastos de plantas. 

Las tormentas de polvo en África y Asia han aumentado considerablemente en los últimos años, y las tormentas en el Sahara afectan a Europa meridional y central, el Caribe y Florida, donde la mitad de las partículas transportadas por el aire en verano proceden del norte de África. Se ha demostrado que las tormentas del Sahara causan un aumento del asma en Grecia, Italia y Trinidad. 

Otros estudios han demostrado que las tormentas de polvo asiáticas han aumentado las enfermedades respiratorias, incluido el asma en China oriental, la península de Corea, Japón, Kuwait e Iraq. Los alérgenos causantes de asma que se encuentran en el polvo del desierto incluyen esporas de hongos, ácaros del polvo, polen, contaminantes y detritos orgánicos, siendo los ácaros del polvo doméstico la causa principal. Se ha demostrado que los microorganismos presentes en el polvo soportan las duras condiciones ambientales de transporte a través de la atmósfera: temperaturas altas y bajas, radiación ultravioleta y desecación. La gripe aviar también se ha relacionado con las tormentas de polvo de Asia central. 

La enfermedad de Kawasaki es una condición a veces mortal que causa inflamación de los vasos sanguíneos en los niños pequeños. Se cree que se desencadena por infecciones virales respiratorias. Los brotes se han relacionado con los vientos que soplan desde Asia central a través de Japón y que llegan hasta Hawai y California. 

¿Pueden las esporas de hongos causar enfermedades?

Las esporas de hongos son comunes en el entorno exterior e interior. Muchas especies de hongos tienen esporas diminutas que se dispersan a través de las corrientes de aire, lo que también significa que son del tamaño idóneo para ser inhaladas por los pulmones. Los hongos se alimentan de materia orgánica, por lo que cualquier material orgánico con condiciones cálidas y húmedas puede proporcionar un medio de crecimiento.

La buena noticia es que es poco probable que las personas sanas se vean afectadas en condiciones normales en las que la concentración de esporas en el aire es baja y las especies presentes no se consideran patógenas. Sin embargo, hay situaciones en las que la concentración de esporas y las especies de hongos aumentan considerablemente el riesgo de infección o de una reacción alérgica que cause asma.

Los hongos más comunes que causan enfermedades son los siguientes:

• Aspergillus fumigatus: muy extendido en el suelo y en la mayoría de la materia orgánica en descomposición, puede causar un grupo de condiciones llamado aspergilosis – la causa más común de enfermedades micóticas transmitidas por el aire; puede afectar a los pulmones, los ojos, la piel y otros órganos 

• Histoplasma capsulatum: prospera en los excrementos de pájaros y murciélagos y puede sobrevivir durante años en condiciones secas 

• Cryptococcus neoformans: presente en los excrementos de palomas y murciélagos y puede causar una grave enfermedad llamada meningitis criptocócica en algunas personas

En el entorno exterior, las esporas fúngicas se producen sobre materia orgánica en descomposición como el abono, el estiércol, el heno, la hierba, el suelo, la madera muerta, las hojas caídas, los alimentos en descomposición, las heces, los animales muertos o las plantas vivas infectadas con hongos parásitos. Cualquier alteración de estos puede crear una alta concentración de esporas en el aire. 

En el entorno interior, hay muchos productos utilizados en los edificios en los que crecerán los hongos si están mojados o húmedos, entre ellos:

• Tierra en las plantas en maceta 
• Accesorios de baño como duchas y cortinas 
• Alfombras y muebles 
• Alimentos y residuos de alimentos 
• Productos de papel y cartón 
• Textiles y cuero 
• Superficies húmedas como las paredes

Las condiciones que favorecen el crecimiento de hongos son:

• La mala circulación del aire 
• Pulverización directa alrededor de las duchas, en las cortinas y paredes 
• La condensación en las ventanas, paredes y techos 
• Fugas en las tuberías y sistemas de drenaje 
• Sistemas de aire acondicionado y calefacción 
• Fugas en el techo 
• La filtración del suelo a través de las paredes y los pisos 
• Inundaciones

Todo esto puede evitarse asegurando una adecuada ventilación y mantenimiento de los edificios y accesorios.