El poder multiplicatiu de les mascaretes

Un assaig interactiu sobre com les mascaretes poden aturar la COVID-19

by Aatish Bhatia X Minute Physics

Nosaltres ara sabem que les mascaretes tenen un gran impacte en la reducció de la propagació de la COVID-19. Tot i així, algunes persones no volen portar-ne perquè ho veuen com una elecció personal en comptes de com un assumpte de salut pública.

Això és perdre de vista la perspectiva global, perquè sabem que les mascaretes protegeixen a qui les porta i també a la gent del seu voltant. Aquesta protecció en els dos sentits és el que fa que l'ús generalitzat de mascaretes sigui una eina molt potent per extinguir una epidèmia.

Si analitzem matemàticament l'ús de les mascaretes, observem que quan el 60% de la població porta mascaretes amb una efectivitat del 60%, la transmissió de la malaltia cau fins al 60% — aproximadament el que és necessari per aturar la propagació de la COVID-19.

Dispersa el missatge, no el virus

Però primer, fem-nos una idea dels números. Quan una persona exhala, esparceix partícules diminutes de saliva de diverses mides. Si són contagiosos, aleshores aquest 'esprai bucal' està carregat de partícules virals. Aquesta contaminació per aerosol de saliva és la via principal de propagació de la COVID-19.

Quan una persona contagiosa respira, esparceix aproximadament mil partícules virals cada minut.

Quan parla, esparceix aproximadament deu mil partícules virals cada minut.

Quan estossega, esparceix aproximadament cent mil partícules virals.

Quan estornuda, esparceix aproximadament un milió de partícules virals.

Com més partícules virals viatgen de persona a persona, més gran és la probabilitat d'infectar-se. (I si estan infectades, les persones exposades a més partícules virals generalment experimenten símptomes més severs.)

Via de transmissió 1: Quan una persona contagiosa és a prop d'una persona susceptible, el seu 'esprai bucal' pot propagar la malaltia.

Les mascaretes reduixen els aerosols que viatgen entre les persones — blocant o redireccionant els aerosols — i d'aquesta manera redueixen la probabilitat de ser infectats.

Cal recordar que cap mascareta funciona a la perfecció. Fins i tot les mascaretes N95, les recomanades per als professionals de la salut, només garanteixen blocar el 95% de les partícules més difícils de filtrar (i això només si s'utilitzen correctament).

Les mascaretes no garanteixen la seguretat, redueixen el risc. S'assembla molt a la manera en què un paraigües no et garanteix que romandràs sec, però sí que redueix la teva probabilitat de mullar-te. Com els paraigües, les mascaretes només funcionen si les utilitzes correctament. Però a diferència dels paraigües, que només protegeixen a la gent que els duu, les mascaretes també protegeixen a la gent al voltant de qui les porta.

Per què les mascaretes ens protegeixen dues vegades

Imaginem que una persona contagiosa porta una mascareta amb una efectivitat del 50%. Per 'efectivitat del 50%', volem dir que aquesta mascareta divideix per la meitat la probabilitat d'infectar una persona propera susceptible.

Via de transmissió 2: Quan una persona contagiosa porta una mascareta amb efectivitat del 50%, la transmissió de la malaltia cau un 50%.

Però i què passa si és la persona susceptible qui porta la mascareta?

En general, l'efectivitat de la mascareta depèn de si estàs inhalant o exhalant l'aire. De moment, i per simplificar, assumim que la mascareta és igual d'efectiva en cada direcció.

En aquest cas, la probabilitat d'infecció per aquesta via també cau un 50%.

Via de transmissió 3: Quan la persona susceptible porta una mascareta amb una eficàcia del 50%, la transmissió de la malaltia cau un 50%.

Què passa si la persona contagiosa i també la persona susceptible porten mascareta?

Bé, la primera mascareta talla la probabilitat d'infecció per la meitat, i la segona mascareta torna a tallar la probabilitat d'infecció per la meitat. Per tant, quan ambdues persones porten mascaretes, la probabilitat d'infectar-se és la meitat de la meitat, és a dir, un 25% (en comparació amb quan cap de les dues en porta). Això suposa una reducció del 75% en la probabilitat d'infectar-se.

Via de transmissió 4: Quan les dues persones porten mascaretes amb un 50% d'eficàcia, la transmissió de la malaltia cau un 75%.

Si hi pensem, és sorprenent que una mascareta amb un 50% d'efectivitat pugui reduir el risc d'infecció un 75%. Això és possible perquè quan dues persones porten mascaretes, la probabilitat d'infectar-se es redueix a la meitat dues vegades. Aquesta protecció doble fa que les mascaretes siguin molt més efectives del que intuïtivament esperaríem.

Així doncs, aquestes són les quatre vies a través de les quals una malaltia de transmissió àeria pot contagiar-se de persona a persona.

Via de transmissió de la malaltia
Reducció en la transmissió de la malaltia
0%
50%
50%
75%
Les quatre maneres en què la COVID-19 pot contagiar-se de persona a persona. Això assumeix mascaretes amb un 50% d'efectivitat.

De les persones a la població

De moment, només hem estudiat la transmissió de la malaltia entre dues persones. Com podem passar d'aquí a comprendre la transmissió de la malaltia entre tota la població?

Bé, en els casos extrems, això és bastant directe.

Per exemple, si ningú portés mascareta, aleshores cada vegada que dues persones es trobessin, la probabilitat de que cap d'elles porti mascareta és del 100%.

Aleshores, només hauríem de considerar la primera via de transmissió de la malaltia, i la població no notaria cap descens en la transmissió de la malaltia.

A l'altre extrem, si tothom portés mascareta, aleshores sempre que dues persones es trobessin, la probabilitat de que les dues portin mascareta seria del 100%.

En aquest cas, només hauríem de considerar l'última via de transmissió de la malaltia. Assumint que les mascaretes són efectives en un 50% en cada direcció, la població notaria una caiguda del 75% en la transmissió de la malaltia.

Per tant, quan tothom porta mascareta (o quan ningú en porta), és força directe calcular la disminució en la transmissió de la malaltia, perquè només hi ha involucrada una via.

Però en realitat, algunes persones porten mascareta i d'altres no. Això vol dir que el virus pot propagar-se per una barreja de les quatre vies. Com de probable és cadascuna de les vies dependrà de quanta gent porti mascaretes.

Per exemple, si el 50% de la gent portés mascaretes, aleshores sempre que es trobessin dues persones a l'atzar, la probabilitat de que les dues persones portin mascareta és del 50% ⨉ 50%, és a dir, el 25%. De manera semblant, es pot calcular la probabilitat de cadascuna de les altres tres vies de transmissió.

Quan exactament la meitat de la població porta mascaretes, aleshores cada via és igual de probable. (Pots convèncer-te a tu mateix de per què això ha de ser cert?)

Via de transmissió de la malaltia
Descens en la transmissió de la malaltia
0%
50%
50%
75%
Probabilitat d'aquesta via
25%
25%
25%
25%
Les quatre vies en què la COVID-19 pot contagiar-se de persona a persona, assumint que el 50% de gent porta una mascareta el 50% d'efectiva.

Ara podem calcular el descens esperat mitjà en la transmissió de la malaltia entre la població. Com que cada via és igualment probable, això serà simplement la mitjana de 0%, 50%, 50% i 75%, que és 43.75%.

La gent que no porta mascaretes pot infectar-se per les dues primeres vies, que són igual de probables quan la meitat de la població porta mascareta. Així doncs, el descens en la transmissió de la malaltia entre els que no porten mascareta és la mitjana de 0% i 50%, que és 25%.

Mentrestant, la gent que sí porta mascaretes pot infectar-se per les dues últimes vies. Així doncs, el descens en la transmissió de la malaltia entre els que porten mascareta és la mitjana de 50% i 75%, que és 62.5%.

Descens mitjà en la transmissió de la malaltia = 43.75%
Descens en la transmissió de la malaltia entre qui no porta mascareta = 25%
Descens en la transmissió de la malaltia entre qui porta mascareta = 62.5%
(assumint que el 50% de gent porta una mascareta amb una eficàcia del 50%.)

Així doncs, fins i tot qui no porta mascareta rep un modest benefici, perquè l'aire que inhalen és sovint filtrat per mascaretes d'altres persones. Però els que porten mascareta se'n beneficien molt més, gràcies a la protecció afegida que els proporciona.

I com que la població consisteix de gent que porta mascareta i que no en porta, el benefici mitjà queda entre el d'aquests dos grups.

Per tant, en aquest exemple simplificat (on el 50% de persones porta mascaretes amb un 50% d'eficàcia) hem calculat com passar del benefici que les mascaretes ofereixen a un individu al benefici mitjà que les mascaretes ofereixen a una població.

Mascaretalogia

Anem a aplicar aquesta lògica a qualssevol valors d'ús de la mascareta i efectivitat de les mascaretes. Ajusta els lliscadors de sota per veure com les mascaretes influeixen en la propagació de la malaltia.

Via de transmissió de la malaltia
Descens en la transmissió de la malaltia
{{convertToPercent(d1)}}%
{{convertToPercent(d2)}}%
{{convertToPercent(d3)}}%
{{convertToPercent(d4)}}%
Probabilitat d'aquesta via
{{convertToPercent(l1)}}%
{{convertToPercent(l2)}}%
{{convertToPercent(l3)}}%
{{convertToPercent(l4)}}%
Descens mitjà en la transmissió de la malaltia: {{convertToPercent(1 - (1 - ein * p) * (1 - eout * p))}}%
Descens en la transmissió de la malaltia entre qui no porta mascareta: {{convertToPercent(eout * p)}}%
Descens en la transmissió de la malaltia entre qui porta mascareta: {{convertToPercent(1 - (1 - eout * p) * (1 - ein))}}%

Com influeix en la transmissió de la malaltia si el 60% de persones porten una mascareta amb un 60% d'efectivitat? O si el 90% en porten una amb el 50% d'efectivitat? O si el 50% en porten una amb el 90% d'efectivitat? Aquest interactiu et permetrà respondre aquestes preguntes.

La conclusió: Com més persones portin mascaretes, més segur estarà tothom.

En filtrar l'aire inhalat, les mascaretes donen protecció de primera mà a les persones que les porten. I en filtar o redirigir l'aire exhalat, les mascaretes donen protecció de segona mà per a tothom — fins i tot per a les persones que no porten mascaretes.

De fet, les mascaretes són encara més efectives del que aquests números suggereixen.

Com aturar una epidèmia

S'apaga un foc deixant-lo sense oxigen. Però no necessites treure tot l'oxigen, tan sols necessites reduir-lo prou com per fer que el foc deixi de créixer. Passa el mateix amb una epidèmia — no necessites tallar la transmissió de la malaltia al 100%. Si aconsegueixes reduir-la prou com perquè la malaltia pari de propagar-se, pots extingir l'epidèmia.

Probablement has sentit a parlar del terme epidemiològic R0, el coeficient de reproducció bàsic. Això és el nombre de persones que una persona contagiosa pot infectar en una població sense immunitat a priori a la malaltia.

Quan R0 val més de 1, la malaltia creixerà exponencialment fins que prou gent sigui vacunada, o prou gent quedi infectada i desenvolupi immunitat a la malaltia.

Però, tal i com escriu Ed Yong a l'Atlantic, "R0 no és el destí". R0 és el producte de dos nombres: la mitjana de gent amb què una persona contagiosa té contacte, i la probabilitat d'infecció quan hi ha aquest contacte.

R0 = mitjana de gent amb què una persona contagiosa té contacte
probabilitat d'infecció en contactar

La distància social, les quarantenes i els confinaments fan decréixer el primer nombre. I les mascaretes fan decréixer el segon nombre. L'objectiu de totes aquestes estratègies de salut pública és passar a tenir l'epidèmia sota control portant la R0 per sota de 1.

Tenint això al cap, reescrivim l'impacte de les mascaretes en funció de R0. El gràfic a sota mostra com varia R0 a mesura que augmenta l'ús de les mascaretes.

Pots ajustar el primer lliscador per variar R0, que per a la COVID-19 es troba entre 2 i 3 (això és, en absència d'altres mesures de salut pública com el distanciament social, que redueix més encara R0). Si varies l'efectivitat de les mascaretes, es pot veure com això ajuda a controlar l'epidèmia.

Per aturar la propagació de la COVID-19, necessitem mantenir R0 per sota de 1. Quan això passa, de mitjana, una persona contagiosa infecta a menys d'una persona, i l'epidèmia acabarà aturant-se.

Llavors, quanta gent necessita portar una mascareta amb una efectivitat del 50% per aturar la propagació de la COVID-19? Què passaria si les mascaretes tinguessin una efectivitat del 75%? O del 90%? Aquest interactiu et permet predir les respostes a aquestes preguntes.

El cost humà

Podem portar la nostra comprensió un pas més enllà expressant el poder de les mascaretes en termes més humans. Les mascaretes salven vides reduint la probabilitat d'infecció, que, al seu torn, redueix l'abast de l'epidèmia.

Com més gent porti mascaretes, més decreixerà R0. I a mesura que R0 decreixi, també ho farà la quantitat de persones infectades. Així doncs, podem obtenir una imatge més clara si en comptes de visualitzar R0, visualitzem la fracció infectada de la població.

Mitjançant un model matemàtic per estudiar les epidèmies àmpliament utilitzat, que és conegut com a model SIR, podem relacionar R0 amb la fracció de gent que en algun moment acabarà sent infectada. (Per aprendre més sobre els models SIR, recomano veure aquest vídeo excel·lent.)

Tot i que aquest model és una simplificació considerable (per exemple, assumeix que la gent interacciona aleatòriament, i que no hi ha confinaments), ofereix una estimació raonable del cost humà de no portar mascareta.

Aquesta corba amb forma de turó ens mostra la influència de les mascaretes en l'abast de l'epidèmia. A mesura que més gent porta la mascareta, el nombre d'infeccions cau en picat.

Quan molt poca gent porta mascaretes, estem al cim del turó, i la majoria de gent acabarà sent infectada. Però cada pas cap a la dreta ens porta més avall. Així, fins i tot mascaretes només parcialment efectives, i utilitzades només parcialment també, ens poden ajudar a reduir l'abast de la COVID-19.

Per aturar completament la propagació, necessitem arribar fins al peu del turó. Hi ha una part esperançadora: com més gent porta mascaretes, el turó decreix cada cop més escarpat. Això significa que les mascaretes proporcionen un retorn major a la societat a mesura que més gent en porta.

Si prou gent porta mascaretes, podem arribar al peu del turó, on la probabilitat d'infecció és zero. Així és com les mascaretes poden aturar una epidèmia. Però les mascaretes només poden acabar una epidèmia si prou gent les duu.

Potser et preguntes quanta gent ha de portar mascareta per acabar amb una epidèmia. Bé, això depèn de com d'efectives són les mascaretes.

Jugant amb l'interactiu de dalt, pots veure que si les mascaretes fossin efectives a un 50%, necessitaríem aproximadament que tres quartes parts de la població en duguessin per aturar la propagació de la COVID-19. Però si les mascaretes fossin efectives a un 75%, només necessitaríem que la meitat de la població en dugués per aturar la propagació.

Com més efectiva és la mascareta, més ràpidament podem descendre el turó. És per això que és important portar una mascareta que selli fermament la teva boca i nas, i que sigui feta d'un material per filtrar efectiu.

Tots volem arribar al peu del turó i aturar la propagació de la COVID-19. Però no hi pots arribar per tu mateix. Cada persona només pot donar un pas diminut cap a baix.

No obstant això, quan molta gent fa aquest petit pas, col·lectivament, fem un salt de gegant cap al fons del turó.

Junts, podem arribar al fons del turó.

Junts, podem posar fre a la COVID-19.