L'efficacité réelle de la filtration bactérienne pour évaluer la protection efficace des masques utilisés pour la prévention des maladies respiratoires

Scientific Reports volume 13, Numéro d’article: 8997 (2023) Citer cet article

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La protection réelle offerte par les masques faciaux pour contrôler la transmission des virus respiratoires est encore indéterminée. La plupart des réglementations de fabrication, ainsi que des études scientifiques, se sont concentrées sur l’étude de la capacité de filtration des tissus à partir desquels ils sont fabriqués, ignorant l’air qui s’échappe par les désalignements faciaux et qui dépend des fréquences et des volumes respiratoires. L’objectif de ce travail était de définir une efficacité réelle de filtration bactérienne pour chaque type de masque facial, en tenant compte de l’efficacité de filtration bactérienne des fabricants et de l’air qui les traverse. Neuf masques faciaux différents ont été testés sur un mannequin avec trois analyseurs de gaz (mesurant les volumes d’entrée, de sortie et de fuite) à l’intérieur d’une boîte en polyméthacrylate de méthyle. De plus, la pression différentielle a été mesurée pour déterminer la résistance offerte par les masques faciaux pendant les processus d’inhalation et d’expiration. L’air a été introduit avec une seringue manuelle pendant 180 s simulant des inhalations et des expirations au repos, des activités légères, modérées et vigoureuses (10, 60, 80 et 120 L/min, respectivement). L’analyse statistique a montré que pratiquement la moitié de l’air entrant dans le système n’est pas filtré par les masques faciaux dans toutes les intensités (p < 0,001, ηp2 = 0,971). Ils ont également montré que les masques hygiéniques filtrent plus de 70% de l’air et que leur filtration ne dépend pas de l’intensité simulée, tandis que le reste des masques faciaux présente une réponse évidemment différente, influencée par la quantité d’air mobilisée. Par conséquent, l’efficacité réelle de filtration bactérienne peut être calculée comme une modulation de l’efficacité de filtration bactérienne qui dépend du type de masque facial. La capacité de filtration réelle des masques faciaux a été surestimée au cours des dernières années car la filtration des tissus n’est pas la véritable filtration lorsque le masque facial est porté.

L’utilisation de masques faciaux est l’une des interventions non pharmacologiques les plus largement utilisées par toutes les politiques de santé dans le monde, avec la distanciation sociale et l’hygiène des mains, pour réduire la transmission de tous les types de virus1. Cette transmission se produit principalement par la bouche, le nez ou les yeux via des gouttelettes respiratoires, des aérosols ou des vecteurs passifs2,3, comme le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2), à l’origine de la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19), qui a infecté plus de 512 millions de personnes4,5.

Par conséquent, les masques faciaux ont été utilisés par les agences de santé mondiales et les pays du monde entier pour minimiser le risque que les gouttelettes respiratoires atteignent la muqueuse nasale ou buccale d’autres personnes6, bien que leurs recommandations varient7. En fait, l’Organisation mondiale de la Santé reconnaît qu’il n’existe aucune preuve que le port d’un masque facial protège les personnes en bonne santé contre le SRAS-CoV-2, comme cela a été récemment démontré dans un essai clinique randomisé1,8, Plus précisément, les comparaisons entre le N95 et les masques médicaux n’ont montré aucune différence statistique sur la transmission des infections virales9. De plus, le port d’un masque médical par des personnes en bonne santé n’a pas démontré de réduction de la transmission de la maladie dans les ménages ayant un SRAS-CoV-2 habitants10. De plus, des études spécifiques ont comparé les travailleurs de la santé portant et ne portant pas de masque, ne montrant aucune réduction statistiquement significative de la propagation des virus respiratoires11,12.

Il est entendu que la réduction de la libération de virus par des personnes infectées dans l’environnement peut être le mécanisme permettant d’atténuer la transmission dans les communautés où l’utilisation de masques faciaux est courante ou obligatoire, à condition que les propriétés physiques de leurs matériaux assurent une filtration de l’air adéquate, conformément aux normes UNE 0065:2021, UNE-EN 14683:2019 + AC:2019, UNE-CWA 17553:2020 ou UNE-EN 1827:1999 + A1:2010; et son ajustement facial est approprié pour chaque individu afin de réduire la probabilité de fuite d’air non filtré. La plupart des études portant sur l’efficacité de la filtration ont examiné la capacité de différentes couches de respirateurs à filtrer les particules, les bactéries, les virus et le NaCL2,3,13. D’autres se sont appuyés sur la pression négative ou positive pour étudier dans quelle mesure le masque ou le respirateur s’adapte à un masque individuel3,5. Plusieurs études ont quantifié l’ajustement du masque en mesurant simultanément les concentrations de particules à l’intérieur et à l’extérieur du masque seconde par seconde avec des modèles de régression linéaire4,7 sans déterminer la quantité de particules filtrée par le tissu ou qui fuit par différentes inadéquations faciales du masque. Il existe déjà des précédents pour l’étude des fuites d’air dans les masques faciaux1,4. Cependant, ces travaux ne visaient pas à analyser ces fuites, mais plutôt les performances de quatre ventilateurs d’un pneumotachygraphe couplé à un transducteur de pression différentielle14. Actuellement, le testeur de débit pour appareil UNE-EN 14683 High Level, commercialisé par Fortest (https://www.fortest.es/es/productos/c/gama-t/p/t9731), équipé de débitmètres d’air et d’un manomètre à double pression différentielle, effectue des évaluations selon la norme UNE-EN 14683, sans quantifier les fuites d’air. Une étude récente a déterminé une nouvelle technique pour obtenir les propriétés filtrantes du tissu du masque facial, en utilisant des ondes ultrasonores15. En ce qui concerne les fuites, bien qu’une étude de 2010 ait montré un intérêt pour la mesure des fuites14, aucune étude dans la littérature ne propose une méthodologie pour mesurer les fuites possibles au moyen d’une procédure validée et compare les types de masques faciaux les plus couramment utilisés aujourd’hui. Ainsi, nous ne connaissons toujours pas le coefficient de protection réel offert par chaque masque facial, car les normes se limitent à évaluer la capacité de filtration de chaque matériau, ignorant l’air qui fuit et n’est pas filtré, ce qui soulève l’hypothèse que nous ne mesurons peut-être pas bien la capacité de protection des masques faciaux dans le monde entier et que les normes de conception et de fabrication devraient être reconsidérées. Par conséquent, l’objectif de ce travail était de créer une efficacité de filtration bactérienne réelle pour chaque type de masque facial, en tenant compte de l’efficacité de filtration bactérienne des fabricants et de l’air qui traverse chaque type de masque, pour une large gamme de masques disponibles pour la population mondiale.

La présente étude simule le modèle de schéma respiratoire qui se produit dans différentes circonstances de la vie quotidienne des humains, dans des conditions de repos et avec une augmentation progressive de l’intensité de l’activité physique. Nous avons utilisé une conception croisée, où chaque masque facial a été testé cinq fois consécutives, laissant un repos de cinq minutes entre les tests et enregistrant toutes les données environnementales, telles que la température, l’humidité de l’air, la pression atmosphérique et le CO2 environnemental.

Une boîte en polyméthacrylate de méthyle de 3 mm d’épaisseur mesurant 320 × 300 × 300 mm (hauteur × longueur × largeur) a été conçue et utilisée pour l’étude. Trois ouvertures radioélectriques de 30 mm y ont été réalisées pour fixer un capteur de volume, provenant d’un analyseur de gaz, dans chacun d’eux. Trois analyseurs de gaz ont été utilisés pour mesurer les variables de schéma respiratoire analysées : le Jäeger Oxycon Mobile® (Jäger, Würzburg, Allemagne), qui était placé dans « l’entrée d’air » juste derrière la pompe d’étalonnage (analyseur 1 voir Fig. 1), et mesurait « l’entrée d’air » dans le système (AIRin) ; le Jäeger Oxycon Pro® (Jäger, Würzburg, Allemagne), qui a été placé à l’avant de la « sortie d’air » du facemassk (Analyzer 2), et mesuré l’air filtré par le masque (AIRfil); et enfin, le Vyntus CPX (Vyaire, Mettawa, Illinois, USA), en haut de la boîte, qui récupérait l’air non filtré (AIRunf) (Analyzer 3). La fiabilité constatée dans la mesure de la ventilation des trois analyseurs placés en ligne derrière la pompe d’étalonnage a montré un coefficient de corrélation intraclasse de R = 0,999 avec p < 0,001, une erreur-type de 1,09 L/min et un pourcentage d’erreur de 2,1 % (voir Données complémentaires).

Conception du protocole et de l’équipement de mesure, et détail de la procédure de collecte de l’air filtré.

La mesure de la pression atmosphérique a été réalisée avec un manomètre de pression numérique MAN-37 (Kowloon, Hong Kong) avec un manomètre différentiel (analyseur 4 voir Fig. 1), qui a permis d’exporter les données de pression vers un fichier texte avec une fréquence d’échantillonnage de 1 Hz.

Nous avons testé neuf masques différents de sept fabricants différents. La description des masques faciaux et les informations disponibles sont répertoriées dans le tableau 1. En général, les masques faciaux étaient constitués de deux couches externes et très fines et d’une à trois couches internes. Une différence observée est que les masques réutilisables sont extensibles. Par conséquent, on peut s’attendre à ce que tout étirement des boucles auriculaires (pendant l’utilisation ou pendant les tests) puisse affecter les propriétés du masque facial. Pour éviter cela, lors des tests, une tentative a été faite pour maximiser le degré d’adéquation des masques faciaux avec la surface du visage.

Chaque masque était recouvert d’une pellicule plastique de 0,1 mm d’épaisseur et d’un ruban adhésif double face de 3 M à haute adhérence, ce qui conduisait à une canule de 30 mm de diamètre à travers laquelle tout l’air filtré par le masque était collecté (voir Fig. 1). La canule de 30 mm était positionnée au trou de sortie. Dans le matériel supplémentaire, les résultats de l’exécution de cinq mesures sans changer cette enveloppe par rapport au changement de l’enveloppe à chaque fois peuvent être observés.

Avant chaque essai, le réglage du masque facial et de tous les éléments de mesure a été vérifié et les conditions environnementales ont été notées. Le protocole a été lancé en simulant la ventilation au repos pendant 60 s (~ 10 L/min)16. Sans pause entre les phases, la phase suivante a commencé à pomper environ 30 L/min, appelée « phase d’échauffement », d’une durée de 30 s. Au cours des trois phases suivantes (« exercice d’intensité légère, modérée et élevée »), 60, 80 et 120 L/min d’air ont été pompés, respectivement, d’une durée de 30 s chacune. Par conséquent, la durée totale du protocole était de 180 s (voir Fig. 1). Au total, 45 expériences ont été réalisées.

Les données de chaque analyseur [ventilation (L/min), volume courant (inspiré/expiré) (L), temps (inspiratoire/expiration) (s) et fréquence respiratoire (Hz)] ont été exportées respiration par respiration et stockées dans des fichiers séparés. Les données de pression de chaque embole de la seringue ont été exportées chaque seconde (1 Hz) à partir du manomètre. Parmi celles-ci, les valeurs absolues supérieures à la médiane ont été considérées comme des valeurs expiratoires, tandis que les valeurs inspiratoires négatives inférieures à la médiane ont été considérées comme des valeurs expiratoires. Ensuite, les données de l’analyseur de gaz et du manomètre ont été combinées en une seule base de données pour une analyse plus approfondie.

Les efficacités de filtration bactérienne (BFE) ont été obtenues à partir des spécifications techniques de chaque fabricant de masques faciaux. Cependant, pour calculer l’efficacité réelle de filtration bactérienne (RBFE) de chaque masque facial, le BFE doit être corrigé par l’air filtré réel de chaque masque facial (voir Eq. 1).

où α est le coefficient correcteur obtenu sous forme de régression linéaire (voir le tableau 4 des « Résultats »).

La quantité d’air filtrée en pourcentage (Fig. 3) par chaque masque facial a été calculée comme la fraction d'« air d’entrée » divisée par « l’air de sortie » multipliée par 100.

Toutes les valeurs sont exprimées sous forme de moyenne ± d’écart-type pour les tableaux et de moyenne ± d’erreur type de moyenne (MEB) pour les figures. Une ANOVA à trois voies pour des mesures répétées (5 × 3 × 9) a été réalisée pour analyser l’effet des cinq phases d’exercice (repos, échauffement, exercice léger, exercice modéré et exercice élevé), trois analyseurs (AIRin, AIRfil, AIRunf) et neuf types de masques faciaux (Surgical_1 (MVT), Surgical_2 (Radex), Hygienic_1 (Emotion), Hygienic_2 (Elite), Hygienic_3 (LifeStyle), FFP2_Aura, FFP2_Palens, FFP2_Biofield, FFP3_MC002) dans la ventilation, le volume courant (inspiré/expiré), le temps (inspiratoire/expiration) et la fréquence respiratoire.

Une ANOVA à trois voies pour des mesures répétées (5 × 2 × 2) a été réalisée pour analyser l’effet des cinq phases d’exercice (repos, échauffement, exercice léger, exercice modéré et exercice élevé), deux phases de respiration (air inspiré/expiré) et deux analyseurs (AIRin, AIRfil) pour la variable du volume courant. De même, une ANOVA à trois voies pour des mesures répétées (5 × 2 × 4) a été réalisée pour analyser l’effet des cinq phases d’exercice (repos, échauffement, exercice léger, exercice modéré et exercice élevé), deux phases de respiration (air inspiré/expiré et quatre masques de type (FFP2, FFP3, hygiénique et chirurgical) dans les variables de pression.

Pour analyser l’effet du changement du masque couvrant le plastique à chaque occasion, les ventilations des cinq tentatives du masque facial Emotion sans changer le plastique ont été comparées aux cinq tentatives où le plastique a été changé à chaque fois, en utilisant un T-Student pour des échantillons indépendants.

Le test de sphéricité de Mauchly a été effectué pour évaluer si l’hypothèse de sphéricité des variances a été violée, auquel cas la correction de Huynh-Feldt a été appliquée. Des tests post-hoc Bonferroni ont été effectués, où des différences significatives ont été trouvées dans l’un des facteurs analysés.

Le coefficient de corrélation intraclasse a été utilisé pour estimer la fiabilité avec la mesure de la ventilation des trois analyseurs placés en ligne derrière la pompe d’étalonnage.

Une analyse de régression linéaire par étapes a été effectuée, la variable dépendante étant l’air filtré et les variables indépendantes étant toutes les variables du modèle respiratoire proposé dans toutes les intensités (volume d’air entrant, volume d’air de sortie, temps respiratoires, pressions, etc.).

L’ampleur de l’effet (ES) a été estimée par eta-carré partiel (ηp2) et compte tenu des effets > 0,2 faible, > 0,5 moyen et > 0,8 grand. Les données ont été analysées à l’aide du logiciel SPSS Statistic, version 26.0 pour Windows (IBM Corporation; Armonk, New York). Le seuil de signification a été fixé à p < 0,05.

Lorsque tous les masques faciaux ont été analysés ensemble, on peut observer que pour toutes les variables étudiées dans le modèle de schéma respiratoire, il y avait une double interaction entre la phase du protocole et l’analyseur, mais pas également pour toutes les variables (voir tableau 2). En ce sens, la ventilation a montré une interaction entre ces deux facteurs dans toutes les intensités, (F(5,3) = 1,208, p < 0,001, ηp2 = 0,971), montrant que près de la moitié de l’air entrant dans le système n’est pas filtré par les masques faciaux.

Lors de l’analyse de l’effet du changement de la pellicule plastique qui recouvre le masque facial pour chaque mesure par rapport aux 5 mesures avec le même plastique pour le masque facial Hygienic_1 réutilisable (Emotion), aucune différence significative n’a été trouvée dans aucun des trois analyseurs (AIRin, AIRfil, AIRunf ) (voir Données supplémentaires).

Le volume courant, à la fois inspiratoire (F(5,3) = 840, p < 0,001, ηp2 = 0,959) et expiratoire (F(5,3) = 784, p < 0,001, ηp2 = 0,956) a montré une réponse similaire à la ventilation humaine. Une interaction à trois voies a été trouvée dans l’analyse de la variance spécifique au volume marémaré, comparant les cinq intensités, « entrée d’air » et « air de sortie » et volumes de marée inspiratoires et expiratoires (F(5,2,2) = 85,9, p < 0,001, ηp2 = 0,494) (voir Fig. 2).

Volume courant, en comparant les cinq intensités, masque l’air d’entrée et de sortie (AIRin vs AIRfil) et les volumes de marée inspiratoire et expiratoire de tous les masques ensemble. *Différences significatives entre les valeurs inspiratoires et expiratoires (p < 0,05), **différences significatives entre les valeurs inspiratoires et expiratoires (p < 0,001).

Cependant, les variables liées aux temps respiratoires ont montré une réponse différente de celle des variables de volume. Le temps inspiratoire (F(5,3) = 68, p < 0,001, ηp2 = 0,654) et le temps expiratoire (F(5,3) = 60, p < 0,001, ηp2 = 0,625) ont montré de plus grandes différences dans les phases où l’intensité est plus faible, tendant à disparaître lorsque les intensités des phases augmentent.

Le temps total de ventilation (F(5,3) = 65, p < 0,001, ηp2 = 0,643) et la fréquence respiratoire (F(5,3) = 43, p < 0,001, ηp2 = 0,544) ont montré une réponse très similaire, puisque l’un est l’inverse de l’autre. Cependant, cette réponse tend à disparaître à mesure que l’intensité de la phase augmente.

Plus précisément, en analysant la ventilation et, par conséquent, l’air filtré ou non, par rapport au type de masque facial, on peut observer que tous les masques faciaux ne répondent pas de la même manière. Une triple interaction a été trouvée entre la phase d’intensité des facteurs, l’analyseur et le type de masque facial pour la ventilation (F(5,3,8) = 108, p < 0,001, ηp2 = 0,960) qui est reflétée dans la Fig. 3. Il montre que les masques hygiéniques filtraient plus de 70% de l’air et que leur filtration ne dépendait pas de l’intensité, tandis que le reste des masques faciaux présentait une réponse manifestement différente. Le tableau 3 indique que, si nous comparons trois groupes de masques faciaux (chirurgical, hygiénique et FFP), les masques hygiéniques sont ceux qui filtrent le plus d’air (78,5 ± 0,7%), sans être influencés par l’intensité de l’exercice (Fig. 3), tandis que les autres masques faciaux sont influencés par la quantité d’air mobilisée. Après les masques hygiéniques, le masque facial qui filtrait le plus d’air était le FFP2 Biofield. Au repos, le FFP2 Biofield filtrait autour de 48,5 ± 0,8%, tandis qu’à haute intensité, il ne filtrait pas plus de 30,4 ± 0,8% (voir Fig. 3).

Rapport de l’air filtré par chaque masque facial (sortie d’air/entrée d’air × 100), par rapport à l’air introduit par la pompe à différentes intensités du protocole. Les points indiquent la valeur moyenne pour chaque masque facial et les barres l’erreur statistique de moyenne.

La figure 3 montre les différences d’air filtré entre les masques chirurgicaux et le reste des masques analysés (p < 0,001), à l’exception de FFP3_MC002. Les masques hygiéniques ne présentaient pas de différences d’air filtré entre eux, mais avec tous les autres (p < 0,001). On peut également observer que la réponse du masque FFP3 MC002 était plus similaire à celle du masque chirurgical que des masques FFP2. FFP3 MC002 n’a montré aucune différence statistique avec le masque chirurgical, alors qu’il a montré des différences avec tous les autres (p < 0,001). De plus, les masques FFP2 filtraient une quantité d’air très similaire dans chacun d’eux, sans différence entre les trois modèles analysés.

L’analyse des pressions est illustrée à la Fig. 4. Une interaction entre les facteurs phase (intensité), phase respiratoire (inspiration/expiration) et type de masque facial a été trouvée (F(5,2,8) = 18, p < 0,001, ηp2 = 0,539). À toutes les intensités, on peut observer que la pression était plus élevée dans la phase inspiratoire que dans la phase expiratoire. Cependant, sa réponse n’est pas proportionnelle mais exponentielle.

Pressions inspiratoires et expiratoires par intensité d’exercice, en utilisant la médiane pour discriminer. En dessous du temps inspiratoire et expiratoire (s) pour chaque phase. Les points indiquent la valeur moyenne pour chaque groupe de masques faciaux et les barres d’erreur IC à 95% avec erreur statistique de moyenne. a) Différences significatives avec l’hygiène (Emotion. Élite. LifeSytle) p < 0,001; (b) Différences significatives avec la chirurgie et FFP2 p < 0,001.

On observe également que les masques hygiéniques n’augmentaient guère la pression nécessaire pour filtrer l’air. Au contraire, il y a une augmentation de la pression pour le reste des masques faciaux. Des valeurs similaires ont été trouvées pour les masques chirurgicaux et FFP2. Enfin, le masque FFP3 présentait une résistance beaucoup plus grande au flux d’air, à la fois dans les processus d’inspiration et d’expiration (voir Fig. 4).

Le tableau 4 montre les résultats les plus pertinents de l’analyse de régression linéaire par étapes, qui nous a permis de calculer la valeur α. Ce tableau montre que presque tous les masques faciaux n’atteignent pas 30% de l’air filtré qui les traverse, tandis que les masques hygiéniques parviennent à filtrer 74,7% de cet air.

Comme le montrent les expériences rapportées, lorsque les masques étudiés sont portés, aucun d’entre eux ne laisse passer 100% de l’air inspiré ou expiré à travers son matériau filtrant. De plus, l’air qui traverse le masque facial dépend fortement du flux d’inspiration / expiration et du type de masque facial. Par conséquent, la capacité de filtrage du masque facial ne peut pas seulement être directement déterminée par la capacité de filtration du matériau dont il est fait, mais aussi par le coefficient de filtrage réel.

Conformément à nos travaux, une étude précédente17 a également montré de grandes différences entre les masques faciaux : 98,5 ± 0,4 % dans l’efficacité de filtration ajustée (FFE) pour le masque facial 3M1860N95 et 71,5 ± 5,5 % dans l’efficacité de filtration ajustée (FFE) pour le masque facial chirurgical avec réglage de la sangle et jusqu’à une valeur de 38,1 ± 11,4 % dans l’efficacité de filtration ajustée (FFE) pour le masque facial chirurgical avec élastiques sur les oreilles.

Cependant, les tentatives précédentes d’analyse de l’air qui traverse le masque facial sont généralement regroupées en deux lignes spécifiques : les méthodes qualitatives, telles que la capacité de détecter différents produits chimiques par l’odeur18; et des méthodes quantitatives, qui analysent les particules qui passent à travers les masques faciaux, en raison de l’incompatibilité17,19. Cependant, ces systèmes ne mesurent la protection que sur l’inspiration, puisqu’ils mesurent l’entrée des particules, mais ne mesurent pas la sortie. Néanmoins, la plupart des études qui analysent les capacités de filtration des matériaux, y compris l’ajustement du masque facial au visage, le font dans des conditions de repos20 ou d’activité physique très légère17,18,21. Par conséquent, ils ne peuvent pas être extrapolés à des situations plus intenses. Les flux d’air naturels qui se produisent naturellement lorsque vous respirez ou parlez varient de 0,2 à 0,4 L / min. Cela se traduirait par des ventilations de 12 à 24 L/min, nos données se situant dans ces plages de ventilation naturelle chez l’homme20.

Pour résoudre ce problème, ce manuscrit a créé l’efficacité réelle de filtrage bactérien (RBFE), en supposant un ajustement de périmètre correct. Cet ajustement pourrait être une limitation de l’étude, car le poids du plastique protecteur ou même la redirection de l’air pourraient influencer la mesure20. Le RBFE fournit un facteur de correction pour les masques faciaux, où le matériau est l’un des aspects les plus importants à considérer pour la correction, non seulement en raison de sa capacité de filtration, mais aussi de ses possibilités de réglage. Si un mauvais ajustement du périmètre est effectué, le pourcentage d’air filtré par un masque facial diminue considérablement. Le RBFE a été élaboré sur la base de 45 expériences menées sur un mannequin à visage humain haute fidélité. Cependant, certaines différences devraient être prises en compte. Le mannequin est plus rigide qu’un vrai visage humain et ne produit aucun mouvement facial, ce qui rend les masques faciaux plus difficiles à conditionner mais moins enclins à une élasticité dépareillée. Néanmoins, en raison du protocole suivi, les résultats permettent de faire une comparaison fiable entre les différents types de masques faciaux. D’autre part, l’inclusion d’expériences où les particules ou la filtration bactérienne peuvent être analysées pourrait être définitive pour clarifier la filtration réelle des masques et non celle du tissu à partir duquel ils sont fabriqués.

Dans la phase inspiratoire, les valeurs absolues de pression sont plus élevées que dans la phase expiratoire. Cela a été décrit précédemment22 et indiquerait que la pression que les muscles de ventilation doivent générer n’est pas la même dans la phase inspiratoire que dans la phase expiratoire. Ce fait ne limite pas l’exécution du travail, mais le temps de travail qu’une personne peut exécuter23. Cette pression inspiratoire plus élevée peut s’expliquer par le fait que lors de l’inspiration, le masque adhère davantage à la surface du visage et que le volume d’air filtré est plus important dans la phase inspiratoire que dans la phase expiratoire. Cela a une conséquence pratique importante car l’air inspiré est plus filtré que l’air expiré. Ceci est démontré dans la Fig. 2, où les volumes inspiratoire et expiratoire sont différents, et cette différence augmente avec l’intensité de l’effort24,25.

Dans tous les cas, les pressions générées dépendent, dans une large mesure, du masque utilisé. Les hygiéniques ne produisent guère d’augmentation de pression, peut-être en raison des caractéristiques de leur tissu (très respirant). Les chirurgicaux ont un effet significatif sur l’augmentation de la pression, de la même manière que le FFP2. De plus, les masques FFP3 augmentent la résistance au flux d’air, sans augmenter la quantité d’air filtré. Ceci concorde avec les études précédentes26, qui affirment que la pression augmente pendant l’inspiration et qu’une augmentation de la résistance au passage de l’air se produit généralement dans cette phase.

Cependant, il ne faut pas oublier que pour mesurer correctement les caractéristiques d’un masque facial, il est nécessaire de mesurer la résistance au passage des fluides, l’inflammabilité, la respirabilité, la filtration bactérienne et la filtration des particules18, ayant montré de grandes différences de respirabilité en fonction de l’intensité de l’effort physique24,25. En fait, à mesure que l’intensité augmente, la réserve respiratoire est affectée27, ce qui pourrait avoir un impact sur la durée maximale d’exercice qui pourrait être effectuée24.

Les masques hygiéniques testés présentent des différences statistiques par rapport au reste des masques testés. Ce résultat est cohérent avec les travaux antérieurs liés à sa densité et à son épaisseur15. Cela signifie que, à faible débit d’air, repos et échauffement, les temps inspiratoire et expiratoire sont différents, mais à mesure que l’intensité augmente, ils convergent. Lorsque le débit d’air est faible et qu’il n’y a pas assez d’air pour être filtré par le masque facial, le capteur de sortie se déplace à faible vitesse et, par conséquent, les temps de discrétisation produisent de petits artefacts. Cet effet disparaît lorsque le débit augmente.

En général, les variables liées au débit montrent la capacité de filtration de chaque type de masque facial, et les variables temporelles ont tendance à être stables et sans différences entre les analyseurs. Cependant, il convient de noter que, à faible débit d’air, les variables temporelles de l’air filtré et non filtré sont moins précises. Cela se produit également lorsque le masque facial offre une résistance élevée à la filtration de l’air et que les volumes d’air sont faibles.

L’efficacité de filtration bactérienne des masques analysés dans cette étude pour la prévention des virus respiratoires est surestimée puisque la filtration des tissus n’est pas celle du masque facial lorsqu’il est utilisé. D’autre part, cette filtration réelle dépend du fait que l’air est inspiré ou expiré, et de la pression nécessaire pour respirer à travers eux, n’ayant aucun rapport avec la protection réelle des masques faciaux. De plus, la filtration réelle dépend du type de respiration, étant très différente au repos ou pendant l’exercice. Par conséquent, nos résultats montrent que l’efficacité réelle de filtration bactérienne des masques faciaux est bien inférieure à ce que les fabricants affirment dans leurs spécifications. Comme mentionné, tout au long du document, très peu d’études ont examiné une efficacité réelle de filtration bactérienne pour différents masques faciaux sur le marché. Bien que les méta-analyses les plus récentes déterminent l’utilité des masques faciaux comme protection contre les virus respiratoires21, les résultats présentés dans ce manuscrit devraient constituer un point de départ pour forcer les autorités compétentes à revoir et, si nécessaire, à modifier les normes de filtration actuelles pour les masques faciaux.

Les ensembles de données utilisés et/ou analysés au cours de la présente étude sont disponibles auprès de l’auteur correspondant sur demande raisonnable.

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Cette étude a été financée par Texcon y Calidad.

Groupe de recherche LFE, Département de la santé et de la performance humaine, Faculté de l’activité physique et des sciences du sport, Universidad Politécnica de Madrid, 28040, Madrid, Espagne

Pedro J. Benito & Miguel A. Rojo-Tirado

ETSI Telecomunicación, Universidad Politécnica de Madrid, Av. Complutense 30, 28040, Madrid, Espagne

Alvaro Gutierrez

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Tous les auteurs ont contribué à la conception et à la conception de l’étude. La préparation du matériel, la collecte et l’analyse des données ont été effectuées par P.J.B., Á.G. et M.A.R. La première ébauche du manuscrit a été écrite par P.J.B. et tous les auteurs ont commenté les versions précédentes du manuscrit. Tous les auteurs ont lu et approuvé le manuscrit final. Plus précisément, la répartition de la contribution est la suivante : Conceptualisation, P.J.B.; méthodologie, P.J.B., M.A.R., A.G.; validation, P.J.B. et M.A.R.; analyse formelle, P.J.B.; enquête, ressources, conservation des données, P.J.B.; rédaction — préparation de l’ébauche originale, P.J.B., M.A.R., A.G.; rédaction – révision et révision, P.J.B., M.A.R., A.G.; visualisation, P.J.B.; supervision, P.J.B. et M.A.R.; administration de projet, M.A.R.; acquisition de fonds, P.J.B. Tous les auteurs ont lu et accepté la version publiée du manuscrit.

Correspondance avec Pedro J. Benito.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Benito, P.J., Gutiérrez, Á. & Rojo-Tirado, M.A. L’efficacité réelle de la filtration bactérienne pour évaluer la protection efficace des masques utilisés pour la prévention des maladies respiratoires. Sci Rep 13, 8997 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-35071-1

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Reçu: 12 janvier 2023

Acceptée: 12 mai 2023

Publication : 5 juin 2023

DEUX : https://doi.org/10.1038/s41598-023-35071-1

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