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Infectious disease

Durante a pandemia de coronavírus, os hospitais adotaram medidas sem precedentes para desinfetar máscaras faciais N95

Com equipamentos de proteção em falta, as unidades de saúde estão descontaminando e reutilizando itens projetados para serem descartáveis

by Kerri Jansen
April 27, 2020 | APPEARED IN VOLUME 98, ISSUE 17

 

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Credit: Courtesy of Battelle
Um sistema de descontaminação desenvolvido por Battelle usa vapor de peróxido de hidrogênio para tratar milhares de máscaras faciais ao mesmo tempo.

Acesse todo o conteúdo em português da C&EN em cenm.ag/portuguese.

Em março, os serviços de saúde nos EUA começaram a se preparar para uma avalanche prevista de casos de COVID-19, a doença respiratória causada pelo novo coronavírus. Os agentes dos hospitais examinaram os suprimentos existentes de itens como luvas e máscaras faciais e rastrearam o uso para ajudar a prever suas necessidades futuras.

Muitos equipamentos de proteção individual (EPIs), como as máscaras N95, os respiradores bem ajustados, projetados para filtrar pelo menos 95% das pequenas partículas infecciosas, são baratos e estão prontamente disponíveis nos distribuidores; portanto, em circunstâncias normais, os hospitais têm pouca necessidade de manter grandes suprimentos. mão. Entretanto, no mês passado, em meio a uma pandemia global, os canais de distribuição anteriormente confiáveis haviam secado. Líderes da OhioHealth, que opera 12 hospitais no centro de Ohio, estimaram que os suprimentos existentes de máscaras N95 poderiam ser gastos em questão de semanas se não pudessem garantir novas remessas, de acordo com Chris Clinton, que supervisiona as operações da cadeia de suprimentos da rede. A equipe imediatamente começou a concentrar esforços na conservação de suprimentos e na comunicação com a equipe sobre as novas medidas.

Laurie Hommema, doutora em medicina de família e diretora médica de bem-estar de provedores e associados da OhioHealth, foi uma das pessoas que compareceu às reuniões em março. Ela pensou em algumas semanas adiante quando estaria programada para começar as rondas de pacientes com um grupo de residentes.

“Minha mente foi para o pior cenário em que eu estaria vendo dezenas de pacientes com COVID todos os dias, potencialmente sem o equipamento de proteção individual adequado”, diz ela. “Você só se preocupa com o quão significativa é uma doença e você trazendo ela para casa”.

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Em casa, naquela noite, ela mencionou essas preocupações com marido, Kevin Hommema, engenheiro da organização de pesquisa e desenvolvimento Battelle, onde Laurie também costumava trabalhar como microbiologista. Essa se tornaria uma conversa fortuita.

“Mencionei que estava nervosa”, diz Laurie Hommema. “Fiz a declaração de que tenho medo de não ter uma N95 naquele momento. E ele simplesmente disse: ‘Bem, por que vocês não descontaminam essas máscaras?’ “

As máscaras N95 são projetadas para serem usadas uma vez e depois descartadas. Mas Kevin Hommema lembrou-se da pesquisa que um colega havia feito em resposta à pandemia de influenza H1N1 de 2009 para avaliar a eficácia do uso do vapor de peróxido de hidrogênio para descontaminar as máscaras N95 no caso de falta de EPI. A equipe descobriu que esse sistema poderia ser usado para desinfetar máscaras várias vezes sem prejudicar seu desempenho. Talvez esse sistema possa ser implementado na OhioHealth.

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Credit: Courtesy of Battelle
No Centro Médico da Universidade de Nebraska, as máscaras são pregadas nos fios antes de serem irradiadas pela luz UV.

Os Hommemas trabalharam rapidamente para marcar reuniões com a liderança da OhioHealth e Battelle. Juntas, as organizações resolveram a logística à medida que os cientistas da Battelle se apressavam em ampliar a tecnologia de desinfecção, equipando contêineres com equipamentos que podiam processar milhares de máscaras por vez.

Em 28 de março, a Food and Drug Administration dos EUA, que avalia a segurança de produtos médicos, emitiu sua primeira autorização de uso de emergência (AUE) para uma tecnologia de descontaminação de máscaras ao Sistema de Descontaminação para Cuidados Críticos de Battelle. Então, em abril, o governo federal dos EUA concedeu à Battelle um contrato para financiar a implantação do sistema em 60 locais nos EUA, incluindo locais em Seattle, Boston, Chicago e perto da cidade de Nova York. Em 27 de abril, Battelle havia processado dezenas de milhares de máscaras, incluindo mais de 30.000 para a rede OhioHealth.

O processo de descontaminação estabelecido em Ohio é apenas um exemplo de um esforço sem precedentes para responder à escassez de máscaras N95 e outros EPIs durante a pandemia do novo coronavírus, encontrando maneiras de usar equipamentos descartáveis mais de uma vez. Embora essas práticas não sejam aprovadas para atendimento padrão, os Centros dos EUA para Controle e Prevenção de Doenças observam que a descontaminação de máscaras “pode ser necessária” quando os suprimentos de EPI são severamente restringidos durante uma crise. Agora, várias outras tecnologias se juntaram ao sistema da Battelle na lista de AUEs da FDA. E em todo o país, os centros de saúde estão estabelecendo seus próprios protocolos, muitos contando com métodos de desinfecção conhecidos como luz ultravioleta e calor, enquanto os cientistas trabalham para entender a eficácia desses métodos e seus efeitos a longo prazo no desempenho dos equipamentos.

Alguns cientistas e autoridades de saúde anteciparam a possibilidade de descontaminar e reutilizar os EPI, principalmente após a experiência mundial com a pandemia do H1N1 em 2009.

“Sabemos há algum tempo que pode haver escassez”, diz Brian Heimbuch, da Applied Research Associates (ARA), que lidera a pesquisa para avaliar métodos de descontaminação de máscaras. Anos atrás, diz Heimbuch, essas pesquisas nem sempre eram levadas muito a sério. Para alguns, era difícil ver o valor de tentar estender o uso de itens descartáveis como máscaras - efetivamente reprocessando lixo.

A empresa resumiu, recentemente, suas descobertas e de outras pessoas sobre métodos de descontaminação em uma revisão de literatura. Heimbuch observa que um processo eficaz de descontaminação desativará patógenos sem diminuir significativamente o desempenho da máscara e também será seguro para o usuário.

Embora os cientistas ainda estejam aprendendo sobre a biologia do SARS-CoV-2, o vírus responsável pela COVID-19, eles sabem que é um dos tipos de vírus mais fáceis de matar em superfícies. O vírus depende de um revestimento lipídico protetor, que desinfetantes comuns, como peróxido de hidrogênio e água sanitária, podem romper facilmente.

“Não tínhamos absolutamente nenhuma dúvida” de que um tratamento com vapor de peróxido de hidrogênio desativaria o SARS-CoV-2, diz Kevin Hommema, de Battelle, que observa que sua equipe usa vapor de peróxido de hidrogênio para descontaminar equipamentos em seu laboratório, onde estudam agentes biológicos. Por exemplo, Battelle diz que pode descontaminar os respiradores com peróxido de hidrogênio e destruir o Geobacillus stearothermophilus, um esporo bacteriano resistente. A empresa relata que seus pesquisadores confirmaram que o sistema de peróxido de hidrogênio também desativa o SARS-CoV-2 em máscaras.

O vapor de peróxido de hidrogênio estava entre os quatro métodos de descontaminação prontamente disponíveis, avaliados recentemente por um grupo de pesquisadores, que incluiu cientistas do Instituto Nacional de Alergia e Doenças Infecciosas (NIAID). Os pesquisadores também testaram luz UV, uma solução de etanol a 70% e aquecimento a 70 ºC. Eles publicaram seus resultados em uma pré-impressão que ainda não foi revisada por pares (medRxiv 2020, DOI: 10.1101/2020.04.11.20062018).

A equipe descobriu que todos os quatro métodos dizimaram a quantidade de partículas viáveis de vírus em amostras de tecido de filtro N95. O vapor de peróxido de hidrogênio funcionou mais rápido, precisando de apenas 10 minutos de contato em condições experimentais. (Os autores observam que o tempo para desinfecção irá variar dependendo do grau de contaminação.) Eles descobriram que a radiação UV e o calor seco a 70 ºC eram eficazes após pelo menos 60 min.

Os resultados do tratamento com etanol, no entanto, destacaram um problema potencial na descontaminação de máscaras N95: Alguns desinfetantes degradam o desempenho do meio de filtragem da máscara. O grupo encontrou quedas acentuadas na eficiência da filtração após dois ou mais tratamentos com etanol. E não é o único desinfetante a ter esse efeito.

“Sabemos que o álcool arruína os respiradores, diz Brian Heimbuch, da ARA. Ele também observa que os compostos de amônio quaternário, que são desinfetantes comuns, podem destruir o material de filtragem.

Yi Cui, pesquisador de nanomateriais da Universidade de Stanford, acredita que esses métodos causam problemas porque líquidos e vapores podem danificar uma característica importante, mas invisível, das máscaras N95: carga eletrostática.

A parte de uma máscara N95 que realiza o levantamento pesado da filtração de partículas é um tapete de microfibras, tipicamente polipropileno. As fibras se cruzam e se sobrepõem, formando um denso matagal através do qual é fácil respirar, mas difícil de navegar para as partículas que contêm vírus. Essas fibras são carregadas eletrostaticamente para ajudar a prender as partículas.

Em uma pré-impressão recente, ainda não revisada por pares, Cui e colegas da Stanford e da 4C Air, uma start-up de filtragem de ar que ele fundou, relataram os resultados de testes do impacto de vários métodos de desinfecção no desempenho da filtragem da N95 (medRxiv 2020, DOI: 10.1101/2020.04.01.20050443). Os tratamentos do grupo com vapor, água sanitária e álcool causaram quedas drásticas na eficiência da filtragem. Mas os tratamentos não alteraram a quantidade de ar que passava pelas máscaras, sugerindo a Cui que os métodos não alteravam a estrutura física das fibras. Em vez disso, ele acha que os tratamentos com líquidos e vapores reduzem a carga eletrostática do material.

Os estudos de Cui descobriram que o calor seco é um tratamento promissor, uma vantagem importante é que ele é amplamente acessível. Um tratamento de 30 minutos entre 65 e 90 ºC não prejudicou significativamente o desempenho dos materiais do filtro, relatou sua equipe, mesmo com umidade variável. Essas temperaturas podem ser alcançadas com equipamentos prontamente disponíveis, como os fornos de aquecimento de cobertores usados em hospitais.

O estudo do NIAID, que submeteu as máscaras a três rodadas de desinfecção, relatou alguma perda no desempenho da filtração em máscaras aquecidas várias vezes a 70 ºC. As máscaras tratadas com vapor de peróxido de hidrogênio e luz UV mantiveram desempenho aceitável após os 3 ciclos. Um boletim técnico divulgado pela 3M, que fabrica máscaras N95, observa que radiação ionizante, altas temperaturas, autoclave ou vapor podem reduzir o desempenho do filtro para suas máscaras.

Mas os métodos de desinfecção também podem danificar outros materiais nessas máscaras, como as tiras elásticas e as presilhas nasais, que garantem um ajuste firme ao redor do rosto do usuário. Como parte do estudo do NIAID, depois de executar os procedimentos de desinfecção em máscaras limpas, os voluntários usaram as máscaras por 2 horas antes do próximo ciclo. O grupo relatou que os respiradores tratados com UV e com tratamento térmico começaram a apresentar problemas de ajuste e vedação após três descontaminações, enquanto as máscaras tratadas com peróxido de hidrogênio vaporizado passaram por três ciclos sem falhar.

Os cientistas do NIAID concluíram que os tratamentos com peróxido de hidrogênio vaporizado exibem a melhor combinação de inativação rápida de vírus da SARS-CoV-2 e preservação do desempenho, sob suas condições experimentais. Mas o método traz preocupações de segurança. Os níveis de vapor de peróxido de hidrogênio necessários para desinfetar as máscaras seriam tóxicos se inalados; portanto, são necessários cuidadosos controles de engenharia para garantir que os operadores e os usuários da máscara não sejam expostos a condições inseguras. (Isso também é uma preocupação para o tratamento com óxido de etileno, um agente cancerígeno, pois qualquer resíduo restante pode ser inalado pelo usuário.) A Battelle monitora os níveis de peróxido de hidrogênio nas unidades de descontaminação para determinar quando os operadores podem coletar as máscaras tratadas com segurança e as amostras de máscaras dos trabalhadores após o processamento para garantir que o peróxido de hidrogênio tenha sido removido dos materiais da máscara. E a empresa opera locais de descontaminação centralizados, com funcionários treinados, em vez de instalar sistemas em hospitais.

Battelle, OhioHealth e outras organizações de saúde estabeleceram um protocolo para coletar, enviar e desinfetar máscaras. Em um hospital, os profissionais de saúde descartam máscaras usadas em grandes cestos. Trabalhadores treinados em processamento estéril coletam e ensacam as máscaras e as enviam para o local de processamento da Battelle. Para os hospitais OhioHealth, isso fica a apenas 30 minutos de carro. Clinton diz que a rede OhioHealth envia cerca de 2.000 a 3.000 peças de EPI por dia, principalmente máscaras.

No local de processamento, os trabalhadores desembalam as máscaras e as posicionam em prateleiras de arame em contêineres. Em seguida, uma solução de 35% de peróxido de hidrogênio é vaporizada rapidamente e bombeada para os contêineres. Além de circular no ar, o vapor de peróxido de hidrogênio condensa nas máscaras e em outras superfícies, como janelas de visualização.

“Eles basicamente ficam embaçados como se você estivesse tomando banho”, diz Kevin Hommema. “Isso fornece um belo visual de que, sim, estamos alcançando as condições desejadas lá”.

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Os operadores mantêm uma alta concentração de peróxido de hidrogênio na câmara por 2,5 h, após esse tempo o peróxido de hidrogênio é decomposto em água e oxigênio, o que pode levar mais algumas horas, dependendo das condições do ambiente.

Durante o processo, os trabalhadores marcam cada máscara para rastrear o número de ciclos de desinfecção pelos quais passaram e descartam quaisquer máscaras sujas ou danificadas. Depois de trabalhar com alguns tropeços iniciais, Battelle agora precisa descartar menos de 10% das máscaras da OhioHealth, diz Clinton. “Ele efetivamente estende seu inventário por múltiplos”, diz ele, observando que no final de março a organização estava atingindo de 4 a 5 ciclos em algumas máscaras. A AUE de Battelle autoriza a descontaminação de máscaras até 20 vezes.

Outras instituições de saúde dos EUA ainda estão usando outros métodos de descontaminação e instalando sistemas no local. Por exemplo, o Centro Médico da Universidade de Nebraska, com mais de 800 camas, está usando luz ultravioleta de ondas curtas para irradiar salas cheias de máscaras de uma só vez. De acordo com a documentação do protocolo, os trabalhadores usam prendedores de roupa para pendurar as máscaras em fios que abrangem o comprimento de uma sala, ladeado por duas torres de luz UV. As luzes são ativadas remotamente e monitoradas para garantir a exposição desejada, após o que as máscaras são colocadas em sacos limpos e devolvidas ao usuário original. O UNMC pode processar 2.000 máscaras por dia usando o sistema.

Heimbuch, da ARA, observa que, devido aos riscos de segurança da exposição à luz de ondas curtas, esses sistemas são melhor implementados por profissionais com experiência na tecnologia. E como a exposição pode não ser uniforme em todo o espaço de tratamento, é essencial calibrar a dose e a duração da irradiação para que cada máscara obtenha exposição suficiente.

“Não é tão simples quanto lançar uma luz”, diz ele.

Sistemas de luz UV de menor escala provaram ser uma opção acessível para instalações que não possuem recursos ou precisam processar um grande número de máscaras. Em um quartel de bombeiros no Condado de Oakland, Michigan, cerca de 96 trabalhadores estão usando uma unidade UV do tamanho de uma torradeira para esticar seu suprimento de máscaras N95, de acordo com Geoff Lassers, bombeiro e paramédico. Lassers também trabalha como coordenador de melhoria de qualidade na Autoridade de Controle Médico do Condado de Oakland, onde ele está envolvido em garantir suprimentos, incluindo EPI.

Sob circunstâncias normais, os paramédicos raramente precisam usar máscaras N95, diz Lassers. Agora, ele e seus colegas estão usando máscaras N95 para todas as chamadas, juntamente com óculos e luvas. Quando a pandemia começou, ele diz que ele e seus colegas começaram a se perguntar por quanto tempo poderiam usar peças individuais de EPI.

A unidade UV da estação pode acomodar 2 a 3 máscaras ao mesmo tempo. Após cada chamada, Lassers deixa sua máscara N95 e óculos na caixa por cerca de 10 minutos. Embora ele consiga obter uma nova máscara a qualquer momento que achar necessário, ele normalmente reutiliza uma máscara para 10 a 20 chamadas, desinfectando entre elas, diz ele.

Para a estação de Lasser, a disponibilidade de desinfecção por UV ajudou a reduzir o jogo de adivinhação que pode ocorrer com suprimentos limitados.

“Sabemos que as pessoas obviamente farão a pergunta:” Ok, então acabei de atender um chamado, tenho certeza de que o cara tinha a COVID-19. E mesmo que ele não tenha, eu meio que interpreto dessa maneira. Eu jogo [a máscara] fora? Ou eu a reutilizo? E isso vai começar um milhão de perguntas para as pessoas.”

De volta a Ohio, Laurie Hommema, como advogada da OhioHealth para o bem-estar dos funcionários, também sabe a importância dos profissionais de saúde poderem confiar em sua segurança.

“Quando você está preocupado em pegar a doença ou levar a doença para seus entes queridos, isso realmente coloca uma barreira psicológica entre você e o tipo de atendimento que você pode prestar e o que sente que pode oferecer”, diz ela . “Isso coloca as pessoas em uma posição realmente difícil de fornecer os cuidados que desejam, em comparação com os cuidados que sentem que podem realmente oferecer com segurança”. Ela diz que o protocolo de descontaminação foi recebido com entusiasmo pelos funcionários.

“Ficamos realmente surpresos porque nos preparamos para as pessoas serem completamente céticas”, diz ela. “E 99% das respostas foram: ‘Graças a Deus!’ Todo mundo ficou muito agradecido porque era uma prioridade. No geral, o retorno foi realmente positivo. ”

A OhioHealth está agora trabalhando com Battelle para avaliar se outros itens de EPI podem ser efetivamente descontaminados usando vapor de peróxido de hidrogênio. Embora a autorização de uso do sistema não ultrapasse o final da pandemia, Clinton disse esperar que um foco maior no desperdício e na reutilização permaneça mesmo depois que a necessidade urgente tiver passado.

Heimbuch da ARA concorda, sugerindo que os fabricantes possam investir mais recursos no desenvolvimento de alternativas reutilizáveis aos itens tradicionalmente descartáveis, já que agora pode haver mais demanda por essas tecnologias.

“Eu esperaria ver uma enorme ênfase no desenvolvimento de tecnologias sustentáveis”, diz Heimbuch. “Se não fizermos alterações agora, teremos o mesmo problema quando a próxima pandemia ocorrer”.

Essas traduções são parte da colaboração entre C&EN e a Sociedade Brasileira de Química. A versão original (em inglês) deste artigo está disponível aqui.

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