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

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 8997 (2023) Citer cet article

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La véritable protection 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 qui les composent, ignorant l'air qui s'échappe par les désalignements du visage, 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, 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'inspiration et d'expiration. L'air a été introduit avec une seringue manuelle pendant 180 s simulant des inspirations et des expirations au repos, des activités légères, modérées et vigoureuses (respectivement 10, 60, 80 et 120 L/min). L'analyse statistique a montré que pratiquement la moitié de l'air entrant dans le système n'est pas filtrée par les masques faciaux à 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 montre une réponse évidemment différente, influencée par la quantité d'air mobilisée. Par conséquent, l'efficacité de filtration bactérienne réelle peut être calculée comme une modulation des efficacités 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 fomites2,3, comme le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SARS-CoV-2), provoquant 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 pour minimiser le risque que des gouttelettes respiratoires atteignent la muqueuse nasale ou buccale d'autrui6, bien que leurs recommandations varient7. En fait, l'Organisation mondiale de la santé reconnaît qu'il n'y a 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 montré de preuve de réduction de la transmission de la maladie dans les ménages comptant un habitant du SRAS-CoV-210. 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 du masque facial est courante ou obligatoire, à condition que les propriétés physiques de leurs matériaux assurent une bonne filtration de l'air, selon UNE 0065:2021, UNE-EN 14683:2019 + AC:2019, UNE-CWA 17553:2020 ou UNE-EN 1827:1999 + A1:20 10 ; 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 des 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 sur une base seconde par seconde avec des modèles de régression linéaire4,7 sans déterminer la quantité de particules qui est filtrée par le tissu ou qui fuit par différentes inadéquations faciales du masque. Des précédents existent déjà pour l'étude des fuites d'air dans les masques1,4. Cependant, ce travail ne visait pas à analyser ces fuites, mais plutôt les performances de quatre ventilateurs d'un pneumotachographe couplé à un capteur de pression différentielle14. Actuellement, le testeur de débit pour dispositif de haut niveau UNE-EN 14683, commercialisé par Fortest (https://www.fortest.es/es/productos/c/gama-t/p/t9731), équipé de débitmètres d'air et d'un double manomètre à 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 de filtration du tissu du masque facial, en utilisant des ondes ultrasonores15. En termes de fuites, bien qu'il existe une étude de 2010 qui ait montré l'intérêt de mesurer les fuites14, il n'existe aucune étude dans la littérature qui propose une méthodologie pour mesurer les fuites possibles à travers une procédure validée et compare les types de masques les plus couramment utilisés aujourd'hui. Ainsi, nous ne connaissons toujours pas le véritable coefficient de protection offert par chaque masque facial, puisque les normes se limitent à évaluer la capacité de filtration de chaque matériau, ignorant l'air qui fuit et n'est pas filtré, soulevant l'hypothèse que nous ne mesurons peut-être pas bien la capacité de protection des masques faciaux dans le monde et que les normes de conception et de fabrication devraient être revues. 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 facial, 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 des augmentations progressives de l'intensité de l'activité physique. Nous avons utilisé une conception croisée, où chaque masque facial a été testé à cinq reprises 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 radiales de 30 mm y ont été pratiquées pour fixer un capteur de volume, issu d'un analyseur de gaz, dans chacune d'elles. Trois analyseurs de gaz ont été utilisés pour mesurer les variables du schéma respiratoire analysées : le Jäeger Oxycon Mobile® (Jäger, Würzburg, Allemagne), qui a été placé dans "l'entrée d'air" juste derrière la pompe d'étalonnage (Analyseur 1, voir Fig. 1), et a mesuré "l'entrée d'air" dans le système (AIRin) ; le Jäeger Oxycon Pro® (Jäger, Würzburg, Allemagne), qui était placé à la "sortie d'air" avant du masque facial (Analyzer 2), et mesurait l'air filtré par le masque (AIRfil); et enfin, le Vyntus CPX (Vyaire, Mettawa, Illinois, USA), en haut du caisson, qui récupérait l'air non filtré (AIRunf) (Analyzer 3). La fiabilité trouvée 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 standard de 1,09 L/min et un pourcentage d'erreur de 2,1 % (voir Données supplémentaires).

Conception du protocole et des équipements de mesure, et détail de la procédure de collecte de l'air filtré.

La mesure de la pression atmosphérique a été effectuée 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 très fines et entre une et 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 d'oreille (soit pendant l'utilisation, soit pendant les tests) puisse affecter les propriétés du masque facial. Pour éviter cela, lors des tests, on a tenté de 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 3 M à haute adhérence, conduisant 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 a été positionnée au niveau du trou de sortie. Dans le matériel supplémentaire, les résultats de l'exécution de cinq mesures sans changer cette enveloppe par rapport à la modification de l'enveloppe à chaque fois peuvent être observés.

Avant chaque essai, l'ajustement du masque facial et de tous les éléments de mesure ont été vérifiés et les conditions environnementales ont été notées. Le protocole a débuté en simulant une ventilation au repos pendant 60 s (~ 10 L/min)16. Sans pauses entre les phases, la phase suivante a commencé à pomper environ 30 L/min, appelée "phase d'échauffement", d'une durée de 30 s. Dans les trois phases suivantes ("exercice léger, modéré et de haute intensité"), 60, 80 et 120 L/min d'air ont été pompés, respectivement, avec 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/expiratoire) (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 toutes les secondes (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 dans 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 masque facial. Cependant, pour calculer l'efficacité de filtration bactérienne réelle (RBFE) de chaque masque facial, le BFE doit être corrigé par l'air filtré réel de chaque masque facial (voir équation 1).

où α est le coefficient de correction obtenu par régression linéaire (voir 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 entrant » divisée par « l'air sortant » multipliée par 100.

Toutes les valeurs sont exprimées en moyenne ± écart type pour les tableaux et en moyenne ± erreur type de la moyenne (SEM) pour les figures. Une ANOVA à trois voies pour 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 intense), trois analyseurs (AIRin, AIRfil, AIRunf) et neuf types de masque facial (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/expiratoire) 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 intense), deux phases de respiration (air inspiré/expiré) et deux analyseurs (AIRin, AIRfil) pour la variable de volume courant. De même, une ANOVA à trois voies pour 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 intense), deux phases de respiration (air inspiré/expiré et quatre masques de type (FFP2, FFP3, Hygiénique et chirurgical) sur les variables de pression.

Pour analyser l'effet du changement de masque couvrant le plastique à chaque occasion, les ventilations des cinq tentatives du masque facial Emotion sans changement de plastique ont été comparées aux cinq tentatives où le plastique a été changé à chaque occasion, 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 était violée, auquel cas la correction de Huynh-Feldt a été appliquée. Des tests post-hoc de 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 pas à pas 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 sortant, temps respiratoires, pressions, etc.).

La taille de l'effet (ES) a été estimée par êta au carré partiel (ηp2) et en tenant compte des effets > 0,2 petit, > 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 de manière égale pour toutes les variables (voir tableau 2). En ce sens, la ventilation a montré une interaction entre ces deux facteurs à 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 à la réalisation des 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 variance spécifique au volume courant, en comparant les cinq intensités, "l'entrée d'air" et "l'air de sortie" et les volumes courants inspiratoires et expiratoires (F(5,2,2) = 85,9, p < 0,001, ηp2 = 0,494) (voir Fig. 2).

Volume courant, comparant les cinq intensités, l'air d'entrée et de sortie du masque (AIRin vs AIRfil) et les volumes courants inspiratoires et expiratoires 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 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 des différences plus importantes dans les phases où l'intensité est plus faible, tendant à disparaître lorsque les intensités des phases augmentent.

Le temps de ventilation total (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 lorsque l'intensité de la phase augmente.

Concrètement, en analysant la ventilation et donc l'air filtré ou non, en fonction du type de masque, on constate que tous les masques ne répondent pas de la même manière. Une triple interaction a été trouvée entre les facteurs phase d'intensité, analyseur et 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. Elle montre que les masques hygiéniques filtraient plus de 70 % de l'air et que leur filtration ne dépendait pas de l'intensité, tandis que les autres masques faciaux ont montré une réponse évidemment différente. Le tableau 3 indique que, si l'on compare trois groupes de masques (chirurgicaux, hygiéniques et FFP), les masques hygiéniques sont ceux qui filtrent le plus l'air (78,5 ± 0,7 %), n'étant pas influencés par l'intensité de l'exercice (Fig. 3), tandis que les autres masques sont influencés par la quantité d'air mobilisée. Après les masques hygiéniques, le masque qui filtrait le plus l'air était le FFP2 Biofield. Au repos, le FFP2 Biofield filtrait environ 48,5 ± 0,8 %, tandis qu'à haute intensité il ne filtrait pas plus de 30,4 ± 0,8 % (voir Fig. 3).

Rapport d'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 la 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 n'ont pas montré 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 proche de celle des masques chirurgicaux 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 ont filtré une quantité d'air très similaire dans chacun d'eux, sans aucune différence entre les trois modèles analysés.

L'analyse des pressions est présentée sur 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). A toutes les intensités, on observe que la pression est plus élevée en phase inspiratoire qu'en 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. Ci-dessous le(s) temps inspiratoire et expiratoire pour chaque phase. Les points indiquent la valeur moyenne pour chaque groupe de masques faciaux et les barres d'erreur 95 % IC avec erreur statistique de moyenne. (a) Différences significatives avec Hygienic (Emotion. Elite. LifeStyle) p < 0,001 ; (b) Différences significatives avec Chirurgie et FFP2 p < 0,001.

On constate également que les masques hygiéniques n'augmentent guère la pression nécessaire à la filtration de 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 bien plus grande résistance 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 pas à pas, 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 passe à travers le masque facial dépend fortement du débit 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 filtrage du matériau qui le compose, mais 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 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 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 à détecter différents produits chimiques par l'odeur18 ; et des méthodes quantitatives, qui analysent les particules qui traversent les masques faciaux, en raison de la non-concordance17,19. Cependant, ces systèmes ne mesurent la protection qu'à 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. Ils ne peuvent donc pas être extrapolés à des situations plus intenses. Les débits d'air naturels qui se produisent naturellement lors de la respiration ou de la conversation 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 la Real Bacterial Filtering Efficiency (RBFE), en supposant un ajustement correct du périmètre. Cet ajustement pourrait être une limite de l'étude, car le poids du plastique de protection ou encore 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 de ses possibilités d'ajustement. Si un mauvais réglage du périmètre est effectué, le pourcentage d'air filtré par n'importe quel masque facial diminue considérablement. Le RBFE a été élaboré sur la base de 45 expériences réalisées sur un mannequin à visage humain haute fidélité. Cependant, certaines différences doivent 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 sujets à une élasticité inégale. Néanmoins, du fait du protocole suivi, les résultats permettent de faire une comparaison fiable entre différents types de masques. En revanche, l'inclusion d'expériences où l'on peut analyser des particules ou une filtration bactérienne pourrait être définitive pour clarifier la véritable filtration des masques et non celle du tissu à partir duquel ils sont fabriqués.

En phase inspiratoire, les valeurs absolues de pression sont plus élevées qu'en phase expiratoire. Ceci a été décrit précédemment22 et indiquerait que la pression que les muscles ventilatoires doivent générer n'est pas la même en phase inspiratoire qu'en phase expiratoire. Ce fait ne limite pas la performance au travail mais le temps de travail qu'une personne peut exécuter23. Cette pression inspiratoire plus élevée s'explique 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 en phase inspiratoire qu'en phase expiratoire. Ceci a une conséquence pratique importante car l'air inspiré est plus filtré que l'air expiré. Ceci est démontré sur la Fig. 2, où les volumes inspiratoires et expiratoires 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 facial utilisé. Les hygiéniques ne produisent guère d'augmentation de pression, peut-être en raison des caractéristiques de leur tissu (hautement respirant). Les chirurgicaux ont un effet significatif sur la montée en pression, au même titre que les FFP2. De plus, les masques FFP3 augmentent la résistance au flux d'air, sans augmenter la quantité d'air filtré. Ceci est en accord avec des études antérieures26, qui indiquent 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 effet, à mesure que l'intensité augmente, la réserve respiratoire est affectée27, ce qui pourrait avoir un impact sur la durée maximale d'exercice pouvant être effectuée24.

Les masques hygiéniques testés présentent des différences statistiques par rapport au reste des masques testés. Cette constatation est cohérente avec les travaux antérieurs liés à sa densité et son épaisseur15. Cela signifie qu'à de faibles débits d'air, au repos et à l'échauffement, les temps inspiratoires et expiratoires 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 de temps ont tendance à être stables et sans différences entre les analyseurs. Cependant, il convient de noter qu'aux faibles débits d'air, les variables temporelles d'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 d'autant surestimée que la filtration des tissus n'est pas celle du masque lors de son utilisation. En revanche, cette filtration réelle dépend du fait que l'air est inspiré ou expiré, et de la pression nécessaire pour respirer à travers eux, sans rapport avec la protection réelle des masques. 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 de filtration bactérienne réelle des masques faciaux est bien en deçà de ce que les fabricants annoncent dans leurs spécifications. Comme mentionné, tout au long du document, très peu d'études ont examiné une efficacité de filtration bactérienne réelle 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 être un point de départ pour obliger les autorités compétentes à revoir et modifier si nécessaire les normes de filtration actuelles des masques faciaux.

Les ensembles de données utilisés et/ou analysés au cours de l'étude en cours 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 des sciences de l'activité physique et du sport, Universidad Politécnica de Madrid, 28040, Madrid, Espagne

Pedro J. Benito & Miguel A. Rojo-Tirado

ETSI Télécommunications, Université Polytechnique de Madrid, Av. Complutense 30, 28040, Madrid, Espagne

Álvaro 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 réalisées par PJB, Á.G. et MAR. La première ébauche du manuscrit a été rédigée par PJB et tous les auteurs ont commenté les versions précédentes du manuscrit. Tous les auteurs ont lu et approuvé le manuscrit final. Concrètement, la répartition de la contribution est la suivante : Conceptualisation, PJB ; méthodologie, PJB, MAR, AG ; validation, PJB et MAR ; analyse formelle, PJB ; enquête, ressources, conservation des données, PJB ; rédaction—préparation du projet original, PJB, MAR, AG ; rédaction—révision et édition, PJB, MAR, AG; visualisation, PJB ; surveillance, PJB et MAR ; gestion de projet, MAR; financement acquisition, PJB Tous les auteurs ont lu et accepté la version publiée du manuscrit.

Correspondance à Pedro J. Benito.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Benito, PJ, Gutiérrez, Á. & Rojo-Tirado, MA 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

Accepté : 12 mai 2023

Publié: 05 juin 2023

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

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