Effetti fisiologici e fisiopatologici generali per chi indossa la maschera

Dallo studio: Una maschera copri bocca-naso è priva di effetti collaterali indesiderati e di possibili pericoli nell’uso quotidiano?

Kai Kisielinski, Paul Giboni, Andreas Prescher, Bernd Klosterhalfen, David Graessel, Stefan Funken, Oliver Kempski e Oliver Hirsch

(i numeri inclusi fra le parentesi quadre si riferiscono agli studi elencati nella bibliografia; es. [14] indica lo studio nr. 14)

Già nel 2005, è stato dimostrato in una dissertazione sperimentale (studio crossover randomizzato) che indossare maschere chirurgiche in personale medico sano (15 soggetti, 18-40 anni) porta dopo 30 minuti a effetti fisici misurabili con valori transcutanei aumentati di PtcCO2 [13]. Qui è stato discusso il ruolo del volume dello spazio morto e della ritenzione di CO2 come causa del cambiamento significativo (p<0,05) dei gas sanguigni, ancora nei limiti, verso l’ipercapnia. Le maschere espandono lo spazio morto naturale (naso, gola, trachea, bronchi) all’esterno, oltre la bocca e il naso.

Uno sperimentale aumento del volume dello spazio morto durante la respirazione aumenta la ritenzione di anidride carbonica (CO2), e di conseguenza la pressione parziale dell’anidride carbonica pCO2 nel sangue a riposo e sotto sforzo (p<0,05) [14].

Oltre all’aumento della re-inspirazione di anidride carbonica (CO2) dovuta allo spazio morto, gli scienziati però discutono nei loro lavori anche sull’influenza dell’aumento della resistenza respiratoria quando si usa una maschera [15-17].

Secondo i dati scientifici, i portatori di maschere nel complesso mostrano una sorprendente frequenza di cambiamenti fisiologici tipici, misurabili, associati alle maschere.

Da una recente determinazione del contenuto di gas – ossigeno (misurato in O2 %) e anidride carbonica (misurata in CO2 ppm) – nell’aria sotto la protezione bocca-naso in 8 persone di prova, nell’ambito di uno studio di intervento è emersa, già a riposo, con le maschere una disponibilità di ossigeno più bassa che senza maschere. Per le rilevazioni è stato utilizzato un analizzatore di gas Multi-Rae (RaeSystems®) (Sunnyvale, California CA, Stati Uniti). Al momento dello studio, il dispositivo era il più avanzato analizzatore di gas portatile multivariante in tempo reale, utilizzato anche nella medicina di soccorso e nelle emergenze operative. La concentrazione assoluta di ossigeno (O2-Vol%) nell’aria sotto le maschere era significativamente diminuita costantemente al 18,3% rispetto al 20,9% della concentrazione dell’aria ambiente (assoluto -12,4 Vol% O2 statisticamente significativo con p<0,001). Allo stesso tempo, la concentrazione di anidride carbonica (CO2-Vol%) sotto le maschere – un valore critico per la salute – era aumentata di un fattore 30 rispetto alla normale aria della stanza (14162 ppm con maschera rispetto a 464 ppm senza maschera, statisticamente significante con p<0,001) [18].

Questi fenomeni sono responsabili di uno statisticamente significativo aumento dei livelli ematici di anidride carbonica (CO2) nei portatori di maschere [19,20], misurabile da un lato per via transcutanea tramite un aumento del valore PtcCO2 [15,17,19,21,22], dall’altro tramite un aumento della pressione parziale di anidride carbonica di fine espirazione (PETCO2) [23,24], o tramite la pressione parziale di anidride carbonica arteriosa (PaCO2 ) [25].

Collaterale all’aumento dei livelli sanguigni di anidride carbonica (CO2) di chi le indossa (p<0,05) [13,15,17,19,21-28], un’altra conseguenza delle maschere, che è stata spesso provata sperimentalmente, è una statisticamente significativa diminuzione della satu-razione di ossigeno nel sangue (SpO2 ) (p<0,05) [18,19,21,23,29-33]. È stata anche documentata una diminuzione della pressione parziale dell’ossigeno nel sangue (PaO2), con l’effetto di un incremento della frequenza cardiaca (p<0,05) [15,23,29,30,34] e un au-mento della frequenza respiratoria (p<0,05) [15,21,23,35,36].

In uno studio di intervento con maschera condotto su 53 neurochirurghi in servizio [30] sono stati riportati dai ricercatori un aumento statisticamente significativo della frequenza del polso (p<0,05) e una diminuzione della saturazione di ossigeno SpO2 dopo la prima (p<0,01) e la seconda ora (p<0,0001) con maschera monouso (chirurgica) .

In un altro studio sperimentale (studio comparativo), le maschere chirurgiche e N95 han-no causato un incremento significativo della frequenza cardiaca (p<0,01) e una corrispondente sensazione di esaurimento (p<0,05) in 10 volontari sani di entrambi i sessi dopo solo 90 minuti di attività fisica, accompagnati da una sensazione di calore (p<0,0001) e prurito (p<0,01) con inumidimento della maschera (p<0,0001) [35]. La penetrazione del-l’umidità è stata determinata tramite sensori valutando i grafici (SCXI-1461, National Instruments, USA).

Questi fenomeni hanno potuto essere riprodotti in un altro esperimento su 20 soggetti sani con maschere chirurgiche. I soggetti hanno mostrato aumenti statisticamente significativi della frequenza cardiaca (p<0,001) e della frequenza respiratoria (p<0,02), accompagnati da un aumento statisticamente significativo della PtcCO2 (p<0,0006), e si sono lamentati per difficoltà respiratorie durante l’attività fisica [15].

L’aumento della ri-respirazione di anidride carbonica (CO2) dal volume dello spazio morto allargato in chi indossa la maschera può innescare di riflesso un’attività respiratoria maggiore con un aumento del lavoro muscolare e conseguente domanda aggiuntiva e con-sumo di ossigeno [17]. Si tratta di una reazione ai cambiamenti patologici nel senso di un effetto di adattamento. Una caduta indotta dalla maschera nel valore di saturazione dell’ossigeno nel sangue (SpO2 ) [30] o nella pressione parziale dell’ossigeno nel sangue (PaCO2 ) [34] può a sua volta aggravare ulteriormente il disagio soggettivo al petto [25,34].

I documentati cambiamenti dovuti alla maschera nei gas sanguigni verso l’ipercapnia (aumento dei livelli ematici di anidride carbonica/CO2) e l’ipossia (diminuzione dei livelli ematici di ossigeno/O2) possono provocare ulteriori effetti non fisici come confusione, diminuzione della capacità di pensare e disorientamento [23,36-39] con anche una generale compromissione delle capacità cognitive e una diminuzione delle capacità psicomotorie [19,32,38-41]. Questo evidenzia l’importanza dei cambiamenti nei para-metri dei gas sanguigni quale causa di effetti psicologici e neurologici clinicamente rilevanti. I parametri e gli effetti di cui sopra (saturazione di ossigeno, contenuto di anidride carbonica, capacità cognitive) sono stati obiettivati in uno studio sui sensori di saturazione (Semi-Tec AG, Therwil, Svizzera) utilizzando una Borg Rating Scale, Frank Scale, Roberge Respirator Comfort Scale e Roberge Subjective Symptom During Work Scale e con una scala Likert [19]. ECG convenzionale, capnografia e questionari sui sintomi sono stati utilizzati anche nell’altro lavoro primario con la misurazione dei livelli di anidride carbonica, del polso e delle capacità cognitive [23]. Ulteriori dati fisiologici sono stati raccolti con pulsossimetri (Allegiance, MCGaw, USA). I disturbi soggettivi sono stati valutati con una scala Likert a 5 punti e la velocità motoria è stata misurata con trasduttori a posizione lineare (Tendo-Fitrodyne, Sport Machins, Trencin, Slovacchia) [32]. Alcuni ricercatori hanno usato questionari standardizzati e anonimi per raccogliere dati sui disturbi soggettivi associati alle maschere [37].

In un ambiente sperimentale con diversi tipi di maschera (comunitaria, chirurgica, N95), un aumento significativo della frequenza cardiaca (p<0,04), una diminuzione della saturazione di ossigeno SpO2 (p<0,05) con aumento della temperatura della pelle e difficoltà di respirazione (p<0,002) sono stati riscontrati in 12 giovani soggetti sani (studenti). Inoltre, gli autori hanno osservato vertigini (p<0,03), svogliatezza (p<0,05), alterazione del pensiero (p<0,03) e problemi di concentrazione (p<0,02), che erano anche statisticamente significativi quando si indossavano le maschere [29].

Secondo altri ricercatori e le loro pubblicazioni, le maschere interferiscono anche con la regolazione della temperatura, influenzano il campo visivo e la comunicazione non verbale e verbale [15,17,19,36,37,42-45].

I suddetti effetti fisiologici quantificabili, ma anche qualitativi, delle maschere possono avere conseguenze in vari campi della medicina.

Si sa dalla patologia che non solo gli stimoli soprasoglia con superamento dei limiti nor-mali hanno conseguenze rilevanti per la malattia. Anche gli stimoli sottosoglia sono in grado di causare cambiamenti patologici se il tempo di esposizione è abbastanza lungo. Esempi di questo sono il minimo inquinamento dell’aria da idrogeno solforato con la produzione di disturbi respiratori (irritazione della gola, tosse, ridotto assorbimento di ossigeno) e malattie neurologiche (mal di testa, vertigini) [46]. Inoltre, l’esposizione sottosoglia ma prolungata agli ossidi di azoto e al particolato è associata a un aumento del rischio di asma, di ospedalizzazione e di mortalità generale [47,48]. Anche basse concentrazioni di pesticidi se ingerite per lungo tempo sono collegate a conseguenze rilevanti per le malattie per gli esseri umani, come mutazioni, carcinogenesi e malattie neurologiche, [49]. Allo stesso modo, l’assunzione cronica sottosoglia di arsenico è associata ad un aumento del rischio di cancro [50], l’assunzione sottosoglia di cadmio con la promozione di insufficienza cardiaca [51], l’assunzione sottosoglia di piombo con la generazione di ipertensione, disturbi metabolici renali e deterioramento cognitivo [52], o l’assunzione sottosoglia di mercurio con immunodeficienza e disturbi neurologici [53]. L’esposizione sommaria a radiazioni UV per lunghi periodi di tempo è anche nota come causa di effetti cancerogeni che promuovono la mutazione (specialmente il cancro della pelle bianca) [54].

Secondo il principio patogenetico di cui sopra sono quindi da aspettarsi conseguenze a lungo termine dei cambiamenti dannosi dovuti alla maschera, rilevanti per la malattia, anche se minime, ma con esposizione per prolungati periodi di tempo. A questo riguardo, i risultati statisticamente significativi trovati negli studi, con differenze matematicamente tangibili tra chi indossa la maschera e le persone senza maschera, sono clinicamente rilevanti. Perché forniscono un’indicazione che – con una corrispondente ripetuta e prolungata influenza delle condizioni di natura fisica, chimica, biologica, fisiologica, corporea e psicologica, parzialmente sommerse, ma significativamente spostate verso aree patologiche – possono svilupparsi alterazioni della salute e patologie come l’ipertensione e l’arteriosclerosi, comprese le malattie coronariche (sindrome metabolica), e anche malattie neurologiche. Per piccoli aumenti di anidride carbonica nell’aria inalata, questo effetto di stimolo alla malattia è stato comprovato con la comparsa di mal di testa, irritazione delle vie respiratorie fino all’asma, nonché aumenti della pressione sanguigna e della frequenza cardiaca con danni vascolari, e infine ripercussioni neuropatologiche e cardiovascolari [38]. Ma anche un lieve ma persistente aumento della frequenza cardiaca ha dimostrato di promuovere lo stress ossidativo con disfunzione endoteliale attraverso un aumento dei messaggeri infiammatori e infine l’arteriosclerosi dei vasi sanguigni [55]. Un effetto simile con la stimolazione della pressione alta, disfunzione cardiaca e danni ai vasi sanguigni che riforniscono il cervello è ipotizzato per tassi di respirazione leggermente aumentati per lunghi periodi [56,57]. Le maschere sono responsabili dei suddetti cambiamenti fisiologici con un aumento del-l’anidride carbonica nell’aria inalata [18-28], lievi aumenti sostenuti della frequenza cardiaca [15,23,29,30,35] e tassi respiratori leggermente ma persistentemente elevati [15, 21,23,34,36].

Per una migliore comprensione degli effetti collaterali e dei pericoli delle maschere presentati in questa revisione della letteratura, è possibile fare riferimento a noti principi di fisiologia respiratoria (Figura 3).

Figura 3: Fisiopatologia della maschera (principali effetti fisici e chimici).

Illustrazione della resistenza respiratoria* e del volume dello spazio morto** di una maschera N95 negli adulti. Durante la respirazione, c’è una significativa riduzione complessiva del possibile volume di scambio gassoso dei polmoni del -37% (Lee 2011)[60] a causa della diminuzione della profondità e del volume della respirazione dovuta alla maggiore resistenza respiratoria del più 128% * (sforzo durante l’inspirazione maggiore che durante l’espirazione) e a causa dell’aumentato volume d’aria che non è direttamente coinvolto nello scambio gassoso, (* = inspirazione ed espirazione medie secondo Lee 2011 [60], incluso il wicking secondo Roberge 2010 [61], ** = valori medi secondo Xu 2015 [59]).

Fisiopatologia della maschera

Il volume medio dello spazio morto durante la respirazione negli adulti è di circa 150-180 ml e viene nettamente ingrandito quando si indossa una maschera che copre la bocca e il naso [58]. In uno studio sperimentale con una maschera N95, per esempio, è stato rilevato un volume dello spazio morto di circa 98-168 ml è [59]. Questo corrisponde a un aumento dello spazio morto legato alla maschera tra il 65% e il 112% per gli adulti, e quindi quasi un raddoppio. Con una frequenza respiratoria di 12 al minuto, il volume di respirazione “Pendelluft” con una tale maschera sarebbe quindi almeno 2,9 -3,8 litri al minuto. Pertanto, Pertanto, l’effetto della maschera di ampliamento dello spazio morto causa una riduzione relativa del 37% del volume di scambio di gas disponibile per i polmoni per ogni respiro [60]. Questo spiega in gran parte la compromissione della fisiologia respiratoria e i conseguenti effetti avversi di tutti i tipi di maschera nell’uso quotidiano in persone sane e malate (aumento della frequenza respiratoria, aumento della frequenza cardiaca, diminuzione della saturazione di ossigeno, aumento della pressione parziale dell’anidride carbonica, esaurimento, mal di testa, vertigini, alterazione del pensiero, ecc. [36,58].

Accanto all’effetto dell’aumento del volume dello spazio morto respiratorio, tuttavia, anche la resistenza respiratoria legata alla maschera è di notevole importanza (figura 3) [23,36]. Gli esperimenti hanno dimostrato un aumento della resistenza delle vie respiratorie dovuta a una maschera N95 di un notevole 126% durante l’inalazione e del 122% durante l’espirazione [60]. Studi sperimentali hanno anche dimostrato che la umidificazione della maschera (N95) aumenta la resistenza respiratoria di un ulteriore 3% [61] e può quindi aumentare la resistenza respiratoria fino a 2,3 volte il valore nor-male. Questo mostra chiaramente anche l’entità della resistenza delle vie respiratorie alla maschera. Qui, la maschera agisce come un fattore di disturbo durante la respirazione e rende plausibili le reazioni compensatorie osservate, con un aumento della frequenza respiratoria e la contemporanea sensazione di affanno (aumento del lavoro dei muscoli respiratori). Questo carico aggiuntivo dovuto all’aumento del lavoro respiratorio contro di una maggiore resistenza per via delle maschere porta anche a un maggiore esaurimento, con aumenti della frequenza cardiaca e una maggiore produzione di CO2. In maniera ap-propriata, nella nostra analisi degli studi sugli effetti negativi della maschera (Figura 2), abbiamo anche trovato una presenza raggruppata e abbinata di compromissione respiratoria significativa e caduta significativa della saturazione di ossigeno (in circa il 67% di tutti i risultati degli studi). Nella analisi degli studi primari abbiamo inoltre determinato una correlazione staticamente significativa fra il calo della saturazione di ossigeno (SpO2) e l’esaurimento, in presenza congiunta nel 58% degli studi sull’uso della maschera, con risultati significativi.