Uno studio sulla CO2 inalata con l’uso di dispositivi di copertura naso e bocca e una mini-review.

(inviato ad una rivista scientifica per pubblicazione)

Autori: Bernhard Oberrauch* (dott. architetto ed esperto bioedilizia), Marco Adami (fisico), Ulrich Gutweniger (psicologo), Elisabetta Galli (medico), Veronika Dellasega (medico), Heike Müller (medico), Bernhard Thomaser (medico), Maria Paregger (medico), Roberto Cappelletti* (medico). *corrispondenza agli autori:bernhard.oberrauch@archiworldpec.it; roberto.cappelletti.03yu@tn.omceo.it

30 novembre 2020

Introduzione. In Italia, dal 4 novembre 2020, l’obbligo di portare una mascherina è stato esteso all’aperto e, per gli studenti di più di 6 anni, a tutto il periodo di permanenza a scuola. I sintomi lamentati dopo prolungato uso delle mascherine, quali perdita di concentrazione, cefalea, spossatezza, difficoltà di respiro, capogiri, potrebbero essere causati, secondo conoscenze già note in fisiologia, dagli alti livelli di anidride carbonica (CO2) (tabella n.3). Abbiamo perciò voluto realizzare alcuni test per rilevare la quantità di CO2 che si inspira nel microambiente della mascherina, nell’ipotesi che l’eccesso di questo gas possa giustificare, almeno in parte, i disturbi frequentemente lamentati.

Recentemente è stato pubblicato dalla Provincia di Bolzano uno studio sulla “Qualità dell’aria con l’uso di dispositivi di copertura del naso e della bocca”1. Poiché le conclusioni di questo studio, come sono state comunicate al vasto pubblico (“le mascherine non sono dannose”), non ci sembravano in linea con quanto riportato dagli stessi risultati della Provincia, abbiamo voluto anche confrontarli con i nostri dati.

Abbiamo quindi cercato di capire il funzionamento della mascherina e la ragione delle variazioni di risultati per le varie tipologie di dispositivi. Abbiamo infine svolto una ricerca in letteratura su altri possibili danni (aumento delle infezioni, aspetti psicologici, compensazione del rischio, aumento del lavoro respiratorio etc.) dovuti ai dispositivi di copertura del naso e della bocca.
Metodo. Abbiamo misurato la CO2 re-inspirata in 24 individui sani di varie età (media 48, range 5-88 anni), con i diversi tipi di mascherine, esclusivamente nella posizione seduta. Come strumento di misura è stato utilizzato l’analizzatore portatile di anidride carbonica G100, Geotech (www.geotechuk.com), dotato di una pompa interna da 100 cm3/min, di un sensore ad infrarossi con un campo di misura dello 0-20% in volume ed una precisione del 1%. Il tubicino veniva posto al di sotto del naso e la pompa era attivata all’inizio dell’inspirio e spenta alla fine. Lo stesso per le misurazioni durante l’espirio.

Risultati. vengono qui riportati in sintesi i risultati delle misurazioni di CO2 in inspirio in posizione seduta (ai fini della comparazione con i risultati della provincia di Bolzano):

per la mascherina chirurgica: valore medio di CO2 7292 ppm (range 5000 – 13.000) versus 3.350 ppm (range 950 – 5320) dello studio della provincia di Bolzano.

Per le mascherine FFP2-N95: valore medio di CO2 11.000 ppm (range 7000 – 15.000) versus 3.850 ppm (range 1220 – 8080) dello studio della provincia di Bolzano.

Per le mascherine di stoffa/scaldacollo: valore medio di CO2 11.500 ppm (range 5000 – 24.000) versus 4590 ppm (range 1480 – 10.280) dello studio della provincia di Bolzano.

Senza maschera: valore medio CO2 3143 ppm (range 2000 – 5.000) versus 590 ppm (range 50 – 2250) dello studio della provincia di Bolzano.

La discrepanza tra i nostri risultati e quelli dello studio della Provincia di Bolzano non può essere giustificata unicamente dal fatto che in quest’ultimo siano stati sottratti i valori di CO2 dell’aria ambiente, e neppure dalla presenza di un diverso margine di errore degli strumenti di misura. Infatti lo strumento di misura utilizzato della Provincia (Horiba_PG250) ha una accuratezza simile a quella utilizzato da noi (G100). Sono necessari ulteriori studi per comprendere meglio le cause di questa discrepanza.

Il nostro studio conferma che le maschere con una grande cavità (FFP2) sono peggiori delle maschere più aderenti. Il peggiore risultato con le mascherine di stoffa rispetto alle mascherine chirurgiche è verosimilmente dovuto alla minor permeabilità delle mascherine di stoffa. Parlare o peggio cantare con la mascherina aumenta la quantità di CO2 nell’inspirio + espirio.

Nelle tabelle n. 4, 5 e 6 (e relativi grafici) si riportano i valori delle misurazioni nei vari soggetti, nelle diverse situazioni (solo espirio, solo inspirio e misto inspirio-espirio), con le diverse tipologie di mascherine.

Risultati della mini-review. Abbiamo esaminato più di 40 studi sull’utilità delle mascherine nel prevenire le infezioni respiratorie, non trovando evidenze di efficacia nell’estendere l’uso a tutta la popolazione, al di fuori delle strutture sanitarie2-47.  Al contrario, alcuni studi sottolineano come, ad esempio per le mascherine di stoffa, la ritenzione di umidità, il riutilizzo e una scarsa filtrazione possano addirittura aumentare il rischio di infezione39. Uno studio su migliaia di individui durante i pellegrinaggi alla Mecca, ha rilevato più infezioni respiratorie nel gruppo che portava costantemente le mascherine46. Abbastanza frequenti appaiono forme dermatologiche tipo “maskne” (acne da mascherina). Sono stati rilevati anche fenomeni di “compensazione del rischio”, causati da un falso senso di sicurezza generato dall’uso della mascherina48. Infine occorre rilevare l’aumento della resistenza respiratoria e il conseguente incremento del lavoro dei muscoli respiratori con l’uso delle mascherine FFP236,49. L’OMS attualmente raccomanda alle persone di indossare maschere facciali solo se si hanno sintomi respiratori o se ci si deve prendere cura di qualcuno con sintomi (è lasciata ai singoli stati la facoltà di eventualmente estenderne le indicazioni).

Effetti psicologici. La mascherina è un simbolo di pericolo che, coprendo il viso, impedisce di far conoscere l’altro, e riconoscere nell’altro le espressioni e le emozioni umane. Limitando così la mimica facciale, si riduce il contatto emotivo con la conseguenza di rendere i bambini – ma ciò riguarda anche gli adulti – deboli, ansiosi, insicuri ed anche immunodepressi poiché, lo stato psichico rappresenta un elemento fondamentale a garanzia di una buona risposta immunitaria.

Dal punto di vista psicologico, le norme sanitarie previste dal Governo che sono imposte a bambini sani, risultano altamente nocive e causa di possibili disturbi psichici permanenti. Educare i bambini a temere la reciproca vicinanza, risulta fortemente dannoso per lo sviluppo della loro autostima. Inoltre, stabilire una correlazione tra i loro comportamenti e la possibile morte di familiari amati, cosa difficile da dimostrare nel concreto, può danneggiare profondamente il loro relazionarsi con chi li circonda.

Anche negli adulti l’utilizzo della mascherina suggerisce rappresentazioni di malattia, contagio, e morte, e fa ritenere che la vicinanza umana sia un pericolo per la vita provocando malessere psicologico, e limitando la possibilità di un reale funzionamento creativo del cervello. Gli psicologi stanno osservando un drastico aumento di disturbi d’ansia, isolamento sociale, attacchi di panico, e casi di suicidio50.

Conclusioni. Per le persone che indossano una mascherina, ogni valore misurato di CO2 (sia nel presente studio, sia in quello della Provincia di Bolzano) è fuori dai valori accettabili per la qualità dell’aria indoor negli edifici scolastici (tabella 2)51 e supera anche i livelli ammessi nei luoghi di lavoro (5.000 ppm di CO2).I sintomi lamentati dai pazienti, dopo uso prolungato di una mascherina, sono spiegabili con gli elevati livelli di anidride carbonica37 e questi livelli sono incompatibili con una ottimale ossigenazione del sangue. Dalla analisi della letteratura non si trovano chiare evidenze per estendere l’uso delle mascherine a tutta la popolazione. Solo in particolari situazioni di rischio, come si possono verificare in ambienti di lavoro, con presenza di polveri tossiche, o nei reparti di malattie infettive, o in caso di persona sofferente per un’infezione respiratoria (in presenza di altre persone) o da chi si prende cura di un simile malato, allora in questi casi specifici si rende necessario l’uso di una mascherina. In queste situazioni sarebbe importante che i lavoratori, opportunamente addestrati, potessero disporre di congrui periodi, intervallati al lavoro, nei quali poter respirare senza mascherina. Si conclude che l’uso della mascherina è dannoso per la salute ed è da raccomandarne l’uso solo per brevi periodi.

Limitazioni. lostrumento impiegato, rileva la CO2 solo a partire da 1.000 ppm. Perciò questo non ha consentito misurazioni accurate della quantità di CO2 nell’aria ambiente, dove si sono svolti i test. Le misurazioni del presente studio, a differenza di quello della provincia di Bolzano (che si è svolto nei mesi estivi, in un ambiente ben arieggiato), sono state realizzate nel mese di ottobre in un ambulatorio con le finestre socchiuse, situazione che riproduce meglio la condizione che vive un bambino all’interno della sua classe al banco.

Scuola e mascherine. Con l’ultimo DPCM del 4/11/2020, l’obbligo di portare la mascherina a scuola continuativamente per i bambini sopra i 6 anni, vale per tutto il territorio nazionale, indipendentemente dal rischio di trasmissione, su cui invece l’OMS consiglia di basare le decisioni52. Imporre la mascherina a tutti gli scolari per tutto il periodo di permanenza a scuola (unico esempio in Europa fra 6 e 11 anni), nella presunzione di prevenire un’infezione, non appare affatto giustificato. Esistono diversi motivi per non imporre l’obbligo continuativo della mascherina agli scolari: [1] il Numero Necessario di Trattamenti (NNT) per prevenire una infezione è piuttosto alto (l’Istituto Norvegese di Sanità Pubblica ha calcolato che per prevenire una infezione per settimana, 200.000 individui devono usare la mascherina)19; [2] il COVID ha un decorso benigno nei bambini nella stragrande maggioranza dei casi; [3] l’evidenza di una trasmissione a livello scolastico del COVID non è apparsa finora importante (i bambini trasmettono molto meno degli adulti)53 e infine [4]  l’assenza di evidenze scientifiche sui vantaggi dell’uso delle mascherine in comunità 2-47,54.

La mascherina ha certamente un valore simbolico, per far meglio comprendere con un mezzo visibile che esiste un nemico invisibile30.

Però, per quanto il valore simbolico sia importante, appare “inaccettabile” costringere i nostri bambini a respirare intollerabili quantità di CO2 sotto la mascherina per tutta la durata della permanenza a scuola e spesso durante l’ora di educazione fisica.

Diffusibilità della CO2. Gli alti livelli di CO2 re-inalati senza mascherina (tabella 1), contraddicono la falsa idea che la CO2 sia facilmente diffusibile. Questo perché il ristagno di CO2 attorno alla faccia impiega del tempo per disperdersi essendo la CO2 1,5 volte più pesante dell’aria. Questo rende ragione anche del suo facile accumulo negli ambienti chiusi. Dunque la diffusibilità della CO2 all’interno degli ambienti, non va confusa con la facile diffusibilità della CO2 attraverso la membrana dell’alveolo e la parete dei capillari.

Tossicità dell’anidride carbonica (CO2). I danni alla salute da CO2 sono studiati per lo più nell’adulto (animale e uomo), in condizioni sperimentali, solo nel breve-medio periodo. All’innalzamento della CO2 segue una acidosi del sangue e dei tessuti; è noto infatti che acqua + CO2 formano acido carbonico con conseguente abbassamento del pH. Il rene impiega qualche giorno, con l’aumento della escrezione urinaria di acidi e il riassorbimento di bicarbonati, a compensare l’acidosi e a riportare il pH ai valori fisiologici (7,36–7,44). Se però l’aumento della CO2 è intermittente (come avviene con l’uso delle mascherine), il compenso renale non avviene e l’acidosi non viene compensata interamente.55 Cosa comporti questo nel lungo periodo nel bambino non è noto. Si sa per certo che i bambini hanno una richiesta di ossigeno di due-tre volte superiore a quella degli adulti. Inoltre la maschera aumenta lo spazio morto respiratorio in maniera inversamente proporzionale all’età: in un adulto la mascherina aumenta del 53% lo spazio morto respiratorio (che nell’adulto normalmente è di 150 ml con 500 – 640 ml di volume respiratorio corrente a riposo), in un bambino di 8 anni l’aumento è del 78%, in un bambino di un anno del 122%. Poiché la concentrazione di CO2 negli spazi morti è di 45.000 ppm, ovviamente questo comporta un aumento più marcato di inalazione di CO2 nei bambini.56 L’ambiente acido sanguigno induce numerose alterazioni fisiologiche quando si fanno esercizi con la mascherina: 1) variazioni metaboliche, 2) stress cardiorespiratorio (aumento del polso e della pressione), 3) diminuzione della funzione renale, 4) ridotta risposta immunitaria e 5) alterazioni del metabolismo cerebrale e della salute mentale (diminuzione della perfusione cerebrale e inibizione dei neurotrasmettitori eccitatori)27.  L’innalzamento cronico della CO2 nell’organismo è stato messo in relazione anche con malformazioni fetali, danni del sistema riproduttivo, infiammazione tessutale polmonare e cardiovascolare e il cancro.55 Non da ultimo per importanza, vi sono possibili danni neurologici.55,57 Certo è che, con valori > di 5.000 ppm di CO2 registrati con le mascherine in questo studio, ai quali corrispondono sintomi quali sonnolenza, perdita di concentrazione, spossatezza, cefalea (tabella 3), appaiono oltremodo incompatibili con un ottimale apprendimento scolastico.

Referenze

  1. https://ambiente.provincia.bz.it/downloads/AppaBZ-Studio-qualita-aria-mascherine-ver24-ita.pdf
  2. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2493952/pdf/annrcse01509-0009.pdf
  3. Ritter MA, Eitzen H, French ML, Hart JB. The operating room environment as affected by people and the surgical face mask. Clin Orthop Relat Res. 1975 Sep;(111):147-50. doi: 10.1097/00003086-197509000-00020. PMID: 1157412. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/1157412/
  4. Ha’eri GB, Wiley AM. The efficacy of standard surgical face masks: an investigation using “tracer particles”. Clinical Orthopaedics and Related Research. 1980 May (148):160-162 https://europepmc.org/article/med/7379387
  5. Laslett LJ, Sabin A. Wearing of caps and masks not necessary during cardiac catheterization. Cathet Cardiovasc Diagn. 1989 Jul;17(3):158-60. doi: 10.1002/ccd.1810170306. PMID: 2766345. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ccd.1810170306
  6. Tunevall, T.G. Postoperative wound infections and surgical face masks: A controlled study. World J. Surg. 15, 383–387 (1991). https://doi.org/10.1007/BF01658736 https://link.springer.com/article/10.1007/BF01658736
  7. Skinner MW, Sutton BA. Do anaesthetists need to wear surgical masks in the operating theatre? A literature review with evidence-based recommendations. Anaesth Intensive Care. 2001 Aug;29(4):331-8. doi: 10.1177/0310057X0102900402. PMID: 11512642. https://journals.sagepub.com/doi/pdf/10.1177/0310057X0102900402
  8. Lahme T, Jung WK, Wilhelm W, Larsen R. [Patient surgical masks during regional anesthesia. Hygenic necessity or dispensable ritual?]. Der Anaesthesist. 2001 Nov;50(11):846-851. DOI: 10.1007/s00101-001-0229-x.  https://europepmc.org/article/med/11760479
  9. Figueiredo AE, Poli de Figueiredo CE, d’Avila DO. Bag exchange in continuous ambulatory peritoneal dialysis without use of a face mask: experience of five years. Adv Perit Dial. 2001;17:98-100. PMID: 11510307. http://www.advancesinpd.com/adv01/21Figueiredo.htm
  10. Bahli ZM. Does evidence based medicine support the effectiveness of surgical facemasks in preventing postoperative wound infections in elective surgery? J Ayub Med Coll Abbottabad. 2009 Apr-Jun;21(2):166-70. PMID: 20524498. https://www.semanticscholar.org/paper/Does-evidence-based-medicine-support-the-of-in-in-Bahli/751acd427c20c8dc7d1fbc1b45eead104286f481
  11. Sellden E. Is routine use of a face mask necessary in the operating room? Anesthesiology. 2010 Dec;113(6):1447. doi: 10.1097/ALN.0b013e3181fcf122. PMID: 21068655. https://pubs.asahq.org/anesthesiology/article/113/6/1447/9572/Is-Routine-Use-of-a-Face-Mask-Necessary-in-the
  12. Webster J, Croger S, Lister C, Doidge M, Terry MJ, Jones I. Use of face masks by non-scrubbed operating room staff: a randomized controlled trial. ANZ J Surg. 2010 Mar;80(3):169-73. doi: 10.1111/j.1445-2197.2009.05200.x. PMID: 20575920. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/j.1445-2197.2009.05200.x
  13. Vincent M, Edwards P. Disposable surgical face masks for preventing surgical wound infection in clean surgery. Cochrane Database Syst Rev. 2016 Apr 26;4(4):CD002929. doi: 10.1002/14651858.CD002929.pub3. PMID: 27115326; PMCID: PMC7138271. https://www.cochranelibrary.com/cdsr/doi/10.1002/14651858.CD002929.pub2/full
  14. Carøe T. [Dubious effect of surgical masks during surgery]. Ugeskrift for Laeger. 2014 Jun;176(27):V09130564.
https://europepmc.org/article/med/25294675
  1. Salassa TE, Swiontkowski MF. Surgical attire and the operating room: role in infection prevention. J Bone Joint Surg Am. 2014 Sep 3;96(17):1485-92. doi: 10.2106/JBJS.M.01133. PMID: 25187588. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25187588/
  2. Da Zhou C, Sivathondan P, Handa A. Unmasking the surgeons: the evidence base behind the use of facemasks in surgery. J R Soc Med. 2015 Jun;108(6):223-8. doi: 10.1177/0141076815583167. PMID: 26085560; PMCID: PMC4480558. https://journals.sagepub.com/doi/pdf/10.1177/0141076815583167
  3. Tom Jefferson, Mark Jones, Lubna A Al Ansari et al. Physical interventions to interrupt or reduce the spread of respiratory viruses. Part 1 – Face masks, eye protection and person distancing: systematic review and meta-analysis medRxiv 2020.03.30.20047217; doi: https://doi.org/10.1101/2020.03.30.20047217
https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2020.03.30.20047217v2
  1. Xiao J, Shiu E, Gao H, et al. Nonpharmaceutical Measures for Pandemic Influenza in Nonhealthcare Settings—Personal Protective and Environmental Measures. Emerging Infectious Diseases. 2020;26(5):967-975. doi:10.3201/eid2605.190994. https://wwwnc.cdc.gov/eid/article/26/5/19-0994_article
  2. https://www.cebm.net/covid-19/masking-lack-of-evidence-with-politics/
  3. Wieland T. A phenomenological approach to assessing the effectiveness of COVID-19 related nonpharmaceutical interventions in Germany. Saf Sci. 2020 Nov;131:104924. doi: 10.1016/j.ssci.2020.104924. Epub 2020 Jul 21. PMID: 32834516; PMCID: PMC7373035. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925753520303210
  4. https://web.archive.org/web/20200510161346/https:/www.uea.ac.uk/about/-/new-study-reveals-blueprint-for-getting-out-of-covid-19-lockdown
  5. https://www.cidrap.umn.edu/news-perspective/2020/04/commentary-masks-all-covid-19-not-based-sound-data
  6. Radonovich LJ Jr, Simberkoff MS, Bessesen MT, Brown AC, Cummings DAT, Gaydos CA, Los JG, Krosche AE, Gibert CL, Gorse GJ, Nyquist AC, Reich NG, Rodriguez-Barradas MC, Price CS, Perl TM; ResPECT investigators. N95 Respirators vs Medical Masks for Preventing Influenza Among Health Care Personnel: A Randomized Clinical Trial. JAMA. 2019 Sep 3;322(9):824-833. doi: 10.1001/jama.2019.11645. PMID: 31479137; PMCID: PMC6724169. https://jamanetwork.com/journals/jama/fullarticle/2749214
  7. Smith JD, MacDougall CC, Johnstone J, Copes RA, Schwartz B, Garber GE. Effectiveness of N95 respirators versus surgical masks in protecting health care workers from acute respiratory infection: a systematic review and meta-analysis. CMAJ. 2016 May 17;188(8):567-574. doi: 10.1503/cmaj.150835. Epub 2016 Mar 7. PMID: 26952529; PMCID: PMC4868605. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4868605/
  8. Bin-Reza F, Lopez Chavarrias V, Nicoll A, Chamberland ME. The use of masks and respirators to prevent transmission of influenza: a systematic review of the scientific evidence. Influenza Other Respir Viruses. 2012 Jul;6(4):257-67. doi: 10.1111/j.1750-2659.2011.00307.x. Epub 2011 Dec 21. PMID: 22188875; PMCID: PMC5779801. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5779801/
  9. http://www.asahi.com/ajw/articles/13523664
  10. Chandrasekaran B, Fernandes S. “Exercise with facemask; Are we handling a devil’s sword?” – A physiological hypothesis. Med Hypotheses. 2020 Jun 22;144:110002. doi: 10.1016/j.mehy.2020.110002. Epub ahead of print. PMID: 32590322; PMCID: PMC7306735. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306987720317126
  11. Person E, Lemercier C, Royer A, Reychler G. Effet du port d’un masque de soins lors d’un test de marche de six minutes chez des sujets sains [Effect of a surgical mask on six minute walking distance]. Rev Mal Respir. 2018 Mar;35(3):264-268. French. doi: 10.1016/j.rmr.2017.01.010. Epub 2018 Feb 1. PMID: 29395560. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29395560/
  12. Beder A, Büyükkoçak U, Sabuncuoğlu H, Keskil ZA, Keskil S. Preliminary report on surgical mask induced deoxygenation during major surgery. Neurocirugia (Astur). 2008 Apr;19(2):121-6. doi: 10.1016/s1130-1473(08)70235-5. PMID: 18500410. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/18500410/
  13. Klompas M, Morris CA, Sinclair J, Pearson M, Shenoy ES. Universal Masking in Hospitals in the Covid-19 Era. N Engl J Med. 2020 May 21;382(21):e63. doi: 10.1056/NEJMp2006372. Epub 2020 Apr 1. PMID: 32237672. https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMp2006372
  14.  https://files.fast.ai/papers/masks_lit_review.pdf
  15. Julii Suzanne Brainard, Natalia Jones, Iain Lake, Lee Hooper, Paul Hunter. Facemasks and similar barriers to prevent respiratory illness such as COVID-19: A rapid systematic review. MedRxiv 2020.04.01.20049528; doi: https://doi.org/10.1101/2020.04.01.20049528
https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2020.04.01.20049528v1
https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2020.05.22.20109231v5

Consiglio Nazionale dell’Ordine degli Psicologi, La salute psicologica è un diritto! https://www.psy.it/la-salute-psicologica-e-un-diritto-cittadini-chiedono-azioni-concrete-a-protezione-della-loro-salute-psicologica.html