El Poder Multiplicativo de las Mascarillas

Un ensayo interactivo de cómo las mascarillas pueden acabar con la COVID-19

por Aatish BhatiaMinute Physics

Ahora sabemos que las mascarillas tienen un gran efecto en la disminución de la propagación de la COVID-19. Aún así, algunas personas se oponen al uso de las mascarillas porque lo ven como una decisión personal más que un problema de salud pública.

Esto pasa por alto gran parte del panorama puesto que las mascarillas protegen a quien las usa y la gente a su alrededor. Esta protección bidireccinal hace que el uso generalizado de las mascarillas sea una poderosa forma de erradicar una epidemia.

Al analizar matemáticamente el uso de las mascarillas veremos que si el 60% de las personas usaran mascarillas con una eficacia del 60%, la transmisión de la enfermedad se reduce hasta un 60% — aproximadamente lo necesario para detener la propagación de la COVID-19.

Esparce el mensaje, no el virus

Pero primero, hagámonos una idea de algunas cifras. Cuando una persona exhala, esparce particulas de saliva microscópicas de diferentes tamaños. Si la persona se encuentra contagiada, entonces estos 'aerosoles bucales' estarán cargados con partículas virales. Este aerosol de saliva cargado de virus es la principal forma por la cual la COVID-19 se propaga.

Cuando una persona contagiosa respira, expulsa aproximadamente mil partículas virales cada minuto.

Cuando habla, expulsa aproximadamente diez mil partículas virales.

Cuando tose, expulsa aproximadamente cien mil partículas virales.

Y cuando estornuda, expulsa aproximadamente un millón de partículas virales.

Cuantas más partículas virales viajen de persona a persona, mayor es la posibilidad de infección. (Y si se llega a infectar, aquellas personas que han estado expuestas a mayor cantidad de partículas virales en general experimentan síntomas mas graves).

Ruta de transmisión 1: Cuando una persona contagiosa se encuentra cerca de una persona susceptible, sus ‘Aerosoles bucales’ pueden propagar la enfermedad.

Las mascarillas reducen la cantidad de aerosoles bucales entre personas al bloquear o al redireccionar el aerosol - reduciendo así la posibilidad de infección.

Es importante tener en cuenta que ninguna mascarilla es perfecta, incluso las mascarillas N95 recomendadas para los trabajadores de la salud garantizan bloquear el 95% de las partículas más difíciles de filtrar (Y eso solo si se usan correctamente).

Las mascarillas no garantizan seguridad, pero si disminuyen el riesgo. Es muy parecido a lo que ocurre con un paraguas, no garantiza que se va a permanecer seco pero si reduce la probabilidad de mojarse. Al igual que los paraguas, las mascarillas solo funcionan si son usadas correctamente, pero a diferencia de los paraguas que solo protegen a quien los usa, las mascarillas también protegen a las personas alrededor.

Porqué las mascarillas nos ofrecen doble protección

Imaginemos que una persona contagiosa usa una mascarilla con una eficacia del 50 por ciento. Al decir ’eficacia del 50 por ciento’, quiero decir que el uso de esta mascarilla reduce a la mitad la posibilidad de que una persona susceptible que se encuentre cerca se infecte.

Ruta de transmisión 2: Cuando una persona contagiosa usa una mascarilla con 50% de eficacia, la transmisión de la enfermedad se reduce un 50%.

¿Qué pasaría si la persona susceptible es quien usa la mascarilla?

En general, la eficacia de la mascarilla depende de si se esta inhalando o exhalando. Por ahora, mantengamos las cosas simples y supongamos que esta mascarilla es igual de efectiva en cualquier dirección.

En ese caso, la probabilidad de infección por esta ruta también disminuye en un 50%.

Ruta de transmisión 3: Cuando la persona susceptible usa una mascarilla con un 50% de efectividad, la transmisión de la enfermedad disminuye un 50%.

¿Qué pasaría si ambos, el contagiado y la persona susceptible usan la mascarilla?

Bueno, la primera mascarilla reduce el riesgo de infección a la mitad, y la segunda mascarilla lo divide nuevamente a la mitad. Entonces si ambas personas usan mascarilla, la probabilidad de infección es la mitad de la mitad es decir 25% (en comparación al caso que ninguno de los dos use mascarilla). Eso resulta en una reducción del 75% en la probabilidad de infección.

Ruta de transmisión 4: Cuando ambas personas usan mascarillas con el 50% de efectividad, la transmisión de la enfermedad disminuye en un 75%.

Si se piensa bien, sorprende que una mascarilla con una efectividad del 50% pueda reducir el riesgo de infección en un 75%. Esto es posible porque ambas personas hacen uso de las mascarillas, la posibilidad de infección se reduce a la mitad dos veces. Esta doble protección hace que las mascarillas sean mucho mas efectivas de lo que intuitivamente se espera.

Así que aquí están las cuatro rutas por las cuales una enfermedad transmitida por aire puede pasar de persona a persona.

Ruta de transmisión de la enfermedad
Disminución en la transmisión de la enfermedad
0%
50%
50%
75%
Las cuatro maneras por las cuales la COVID-19 puede transmitirse de persona a persona. Asumiendo el uso de mascarillas con un 50% de efectividad.

De la gente a la población

Hasta ahora, solo hemos analizado la transmisión de una enfermedad entre dos personas. ¿Cómo pasar de aquí a la transmisión de la enfermedad en toda la población?

Bueno, en los límites extremos, esto es sencillo.

Por ejemplo, si nadie usara una mascarilla entonces cada vez que dos personas se encuentran la probabilidad de que ninguno use una es del 100%.

Entonces, solo estaríamos considerando la primera ruta de transmisión de la enfermedad, y la población no vería una reducción en la transmisión de la enfermedad.

En el otro extremo, si todos usaran una mascarilla, entonces, cada vez que dos personas se encuentran, la probabilidad de que ambos estén usando una mascarilla es del 100%.

En este caso, solo tendríamos que considerar la última ruta de transmisión de la enfermedad. Asumiendo que las mascarillas son efectivas al 50% en cada dirección, la población vería una disminución del 75% en la transmisión de la enfermedad.

Entonces, si todos utilizaran la mascarilla (O si nadie usa una), es sencillo calcular la disminución en la transmisión de la enfermedad en la población porque solo hay una ruta involucrada.

Pero en realidad solo algunas personas usan mascarillas y otras no. Lo que significa que el virus se puede propagar a través de una combinación de las cuatro rutas. La probabilidad de cada ruta dependerá de cuantas personas usen una mascarilla.

Por ejemplo: si el 50% de las personas utilizaran mascarillas, entonces cada vez que dos personas se encuentren aleatoriamente, la probabilidad de que ambas personas usen mascarilla es de 50% ⨉ 50%, es decir: 25%. De la misma manera se puede trabajar la probabilidad de las otras rutas de transmisión de la enfermedad.

Cuando exactamente la mitad de la población usa mascarillas, resulta que cualquiera de las rutas tienen la misma probabilidad. (¿Puede convencerse de por qué esto es cierto?)

Ruta de transmisión de la enfermedad
Disminución en la transmisión de la enfermedad
0%
50%
50%
75%
Probabilidad de esta ruta
25%
25%
25%
25%
Las cuatro maneras en que la COVID-19 puede transmitirse de persona a persona, asumiendo que el 50% de las personas usan mascarillas con un 50% de efectividad.

Ahora podemos calcular la reducción promedio de la transmisión de la enfermedad en la población. Debido a que hemos configurado la situación para que cada ruta sea igualmente probable, este es el promedio de 0%, 50%, 50% y 75%, que es igual a 43.75%.

Las personas que no usan mascarillas se infectan por medio de las dos primeras rutas, que son igualmente probables cuando la mitad de la población usa una mascarilla. Por lo tanto, la disminución en la transmisión de enfermedades en aquellas personas que no usan mascarilla es de un 0% y 50%, que es igual a 25%.

Mientras tanto, las personas que si usan mascarilla se infectan a través de las dos últimas rutas. Por lo tanto, la disminución de la enfermedad en personas que hacen uso de la mascarilla es en promedio el 50% y 75%, que es igual a 62.5%.

Disminución promedio en la transmisión de la enfermedad =43.75%
Disminución de la transmisión de enfermedades en quienes no usan mascarilla = 25%
Disminución de la transmisión de a enfermedad en quienes usan mascarilla = 62.5%
(Suponiendo que el 50% de las personas usan una mascarilla con 50% de efectividad).

Por consiguiente, incluso los que no usan una mascarilla se ven beneficiados modestamente porque el aire que inhalan a menudo esta mediado por las mascarillas de otras personas. Pero aquellas personas que usan mascarilla se benefician mucho más gracias a la protección adicional que brindan sus mascarillas.

Y dado que la población esta formada por personas que usan y personas que no usan las mascarillas, el beneficio promedio se encuentra entre el beneficio de estos dos grupos.

Entonces, en este ejemplo simplificado (donde el 50% de las personas usan mascarillas con el 50% de efectividad). Hemos descubierto cómo pasar del beneficio que ofrecen las mascarillas a un individuo al beneficio promedio que las mascarillas ofrecen a una población.

La ciencia de las mascarillas

Apliquemos esta lógica a cualquier valor de uso y efectividad de las mascarillas. Juegue con los controles deslizantes a continuación para ver como las mascarillas moderan la propagación de una enfermedad.

Ruta de transmisión de la enfermedad
Disminución en la transmisión de la enfermedad
{{convertToPercent(d1)}}%
{{convertToPercent(d2)}}%
{{convertToPercent(d3)}}%
{{convertToPercent(d4)}}%
Probabilidad de esta ruta
{{convertToPercent(l1)}}%
{{convertToPercent(l2)}}%
{{convertToPercent(l3)}}%
{{convertToPercent(l4)}}%
Disminución promedio en la transmisión de la enfermedad: {{convertToPercent(1 - (1 - ein * p) * (1 - eout * p))}}%
Disminución de la transmisión de la enfermedad en quienes no usan mascarilla: {{convertToPercent(eout * p)}}%
Disminución de la transmisión de la enfermedad en quienes hacen uso de la mascarilla: {{convertToPercent(1 - (1 - eout * p) * (1 - ein))}}%

¿Qué le sucede a la transmisión de la enfermedad si el 60% de las personas utilizaran una mascarilla con una efectividad del 60%? ¿O el 90% utilizara una mascarilla con un 50% de efectividad? ¿O un 50% utilizara una mascarilla 90% efectiva? Este ejercicio interactivo deja contestar estas preguntas.

La conclusión: Cuando más personas usan una mascarillas, todos están más seguros.

Al filtrar el aire inhalado, las mascarillas brindan protección de primera mano a quienes las usan. Y al filtrar o redirigir el aire exhalado las mascarillas brindan una protección de segunda mano para todos — incluidas aquellas personas que no usan mascarilla.

De hecho, las mascarillas son incluso mas efectivas que lo que sugieren los números.

Cómo detener una epidemia

Se apaga un incendio privándolo de oxígeno. Pero no hay que deshacerse de todo el oxígeno, solo se necesita reducirlo lo suficiente para detener la propagación del fuego. Lo mismo ocurre con una epidemia. No es necesario reducir la transmisión de una enfermedad en un 100%. Si se baja lo suficiente para detener la propagación de la enfermedad, se puede erradicar la epidemia.

Probablemente ha escuchado del termino epidemiológico R0, pronunciado R-cero. Este es el número de personas que una persona contagiada puede infectar en una población sin inmunidad previa a la enfermedad.

Cuando R0 excede 1, la enfermedad crecerá exponencialmente hasta que se vacunen suficientes personas o hasta que se infecten y desarrollen inmunidad a la enfermedad.

Pero como Ed Yong escribe en la revista 'the Atlantic', "R0 no es el destino". R0 es el producto de dos números: el promedio en el número de personas con las que una persona contagiada se encuentra y la probabilidad de infección después del contacto.

R0 = número medio de personas que se encuentra una persona contagiada
posibilidad de infección por contacto

El distanciamiento social, las cuarentenas y los encierros disminuyen el primer número. Y las mascarillas disminuyen el segundo número. El objetivo de todas estas estrategias de salud pública es controlar la epidemia al reducir R0 por debajo de 1.

Con esto en mente, volvamos a expresar el impacto de las mascarillas en términos de R0. La siguiente gráfica muestra como R0 varía a medida que aumenta el uso de mascarillas.

Puede usar el primer control deslizante para variar R0, que para COVID-19 se encuentra entre 2 y 3 (eso es en ausencia de otras medidas de salud pública como el distanciamiento social, que reducirían en mayor medida R0). Al variar la efectividad de las mascarillas podrá ver como su uso ayuda a controlar una epidemia.

Para detener la propagación de la COVID-19, necesitamos mantener R0 por debajo de 1. Cuando esto ocurre, en promedio una persona contagiada infectará a menos de una persona, y la epidemia se detendrá.

Entonces ¿Cuántas personas necesitan usar una mascarilla 50% efectiva para detener la propagación de COVID-19? ¿Y si las mascarillas tuviesen una efectividad del 75%? ¿O 90% de efectividad? Este ejercicio interactivo permite predecir las respuestas a estas preguntas.

El costo humano

Podemos llevar nuestra comprensión un paso mas allá al expresar el poder de las mascarillas en términos mas humanos. Las mascarillas salvan vidas al reducir la posibilidad de infección, lo que a su vez reduce la extensión de la epidemia.

A medida que más personas usan mascarillas, R0 disminuye. Y a medida que R0 disminuye, también lo hace el número de personas infectadas. Entonces podemos tener un imagen más clara si en lugar de visualizar R0, visualizamos la fracción infectada de la población.

Al utilizar un modelo matemático de epidemias ampliamente adoptado conocido como modelo SIR, podemos relacionar R0 con la fracción de personas que eventualmente se infectarán. (Para mayor información sobre los modelos SIR, recomiendo ver este excelente video).

Aunque este modelo es una simplificación considerable (por ejemplo: asume una aglomeración aleatoria de personas y sin asilamiento), nos ofrece una estimación aproximada del costo humano de no usar mascarillas.

Esta curva en forma de colina nos muestra cómo las mascarillas influencian el tamaño de una epidemia. A medida que más gente hace uso de las mascarillas, la cantidad de infecciones se desploma.

Cuando muy pocas personas usan mascarillas, estamos en el pico de la colina y la mayoría de las personas eventualmente se infectarán. Pero cada paso a la derecha nos hace descender más. Entonces, incluso las mascarillas parcialmente efectivas, cuando se adoptan puede ayudar a reducir la propagación de COVID-19.

Para detener por completo la propagación, debemos llegar a la base de esta colina. Pero hay un lado positivo: a medida que más personas usan mascarillas, la colina se vuelve mas empinada. Lo que significa que las mascarillas brindan mayores beneficios a la sociedad a medida que más personas las usan.

Si suficientes personas usan mascarillas, podríamos alcanzar la base de la colina, donde la probabilidad de infección es cero. Así es como las mascarillas pueden acabar con una epidemia. Pero las mascarillas solo pueden acabar con una epidemia si suficientes personas las usan.

Quizás se esté preguntando cuántas personas tienen que usar mascarilla para poner fin a una epidemia. Bueno, eso depende de cuán efectivas sean las mascarillas.

Al jugar con el ejercicio interactivo anterior, verá que si las mascarillas son 50% efectivas, necesitaríamos que aproximadamente tres cuartas partes de la población las usaran para detener la transmisión de COVID-19. Pero si las mascarillas son 75% efectivas solo necesitaríamos que la mitad de la población las usara para detener la propagación.

Cuanto más efectiva sea una mascarilla, más rápido descenderá la colina. Es por esto que es importante usar una mascarilla que selle herméticamente la boca y la nariz, y que este hecha de un material que filtre eficazmente.

Todos queremos llegar a la base de la colina y detener la propagación de la COVID-19. Pero no se puede llegar solo. Cada persona debe dar un pequeño paso hacia abajo.

Sin embargo, cuando muchas personas dan este pequeño paso, juntos damos un salto cuesta abajo.

Juntos podemos llegar al pie de la colina.

Juntos podemos frenar la COVID-19.