A história incontável da origem da máscara N95

O objeto de design mais importante de nosso tempo levou mais de um século para ser fabricado.

A história incontável da origem da máscara N95

É difícil pensar em um símbolo de COVID-19 mais carregado do que o respirador N95. A máscara se ajusta perfeitamente ao rosto e é capaz de filtrar 95% das partículas transportadas pelo ar, como vírus, do ar, o que outros equipamentos de proteção (como máscaras cirúrgicas) não podem fazer. É um dispositivo que salva vidas que agora está em oferta perigosamente curta . Como tal, passou a representar os desafios extremos da resposta global ao COVID-19.



Como um copo de polímero frágil se tornou o dispositivo de saúde mais significativo do século 21? Tudo começou em 1910 com um médico pouco conhecido que queria salvar o mundo de uma das piores doenças já conhecidas.

As primeiras máscaras foram sobre como parar o cheiro

Voltando ainda mais - muito antes de entendermos que bactérias e vírus poderiam flutuar no ar e nos deixar doentes - as pessoas improvisaram máscaras para cobrir o rosto, diz Christos Lynteris. Lynteris é conferencista sênior do Departamento de Antropologia Social da Universidade de St. Andrews, especialista em história de máscaras médicas.



Ele aponta para pinturas da era renascentista, onde as pessoas cobrem o nariz com lenços para evitar doenças. Há até pinturas de Marselha de 1720, epicentro da peste bubônica, que mostram coveiros e pessoas manejando corpos com panos ao redor do rosto, embora a peste tenha se espalhado por picadas de pulgas que viajavam em ratos.



Não era para ser contra o contágio, diz Lynteris sobre a prática. O motivo pelo qual essas pessoas usavam panos ao redor da boca e do nariz era, na época, que geralmente acreditavam que doenças como a peste eram miasmas ou gases emanando do solo. Não era para protegê-lo de outra pessoa, eles acreditavam que a peste estava na atmosfera - ar corrupto.

Gravura em cobre do Dr. Schnabel, um médico de pragas na Roma do século 17. [Imagem: Wiki Commons ]

A teoria do miasma é o que impulsionou o desenho das infames máscaras da peste, vistas em toda a Europa nos anos 1600, que seriam usadas por médicos que identificassem a peste e marcassem os infectados batendo neles com um graveto. Essas máscaras alongadas pareciam grandes bicos de pássaros e tinham duas portas nas narinas na borda da máscara que podiam ser carregadas com incenso. As pessoas pensavam que, ao se protegerem do cheiro da praga, estariam protegidas da própria praga.



O fedor causa doenças. Isso [pensamento] continuou até o início do século 19, diz Lynteris. (É importante notar que, 200 anos depois, um médico francês chamado Antoine Barthélemy Clot-Bey argumentou que as próprias máscaras da peste parecidas com as dos pássaros eram responsáveis ​​pela propagação da peste porque deixavam as pessoas com medo, e um corpo assustado corria maior risco para doenças.)

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No final da década de 1870, os cientistas aprenderam sobre as bactérias. O miasma saiu de moda com o surgimento do campo moderno da microbiologia. E, no entanto, o que veio a seguir parecia muito com o que veio antes - sem os pássaros assustadores. Freqüentemente pensamos em mudanças de paradigma científico levando a rupturas, mas todas as tecnologias usadas contra germes no final do século 19 eram [riffs] em tecnologias de miasma.

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Um lenço glorificado

Os médicos começaram a usar as primeiras máscaras cirúrgicas em 1897. Elas não eram muito mais do que um lenço glorificado amarrado no rosto e não foram projetadas para filtrar doenças transmitidas pelo ar - esse ainda não é o ponto das máscaras cirúrgicas hoje. Eles foram (e são) usados ​​para evitar que os médicos tossissem ou espirrassem gotículas nas feridas durante a cirurgia.



Essa distinção entre máscara e respirador é importante. Seu por que os profissionais de saúde estão chateados por serem instruídos a usar máscaras cirúrgicas quando respiradores não estão disponíveis. As máscaras não são feitas apenas de materiais diferentes; eles se ajustam livremente na face, de modo que as partículas podem entrar pelas laterais. Os respiradores criam uma vedação hermética para filtrar a inalação.

O primeiro respirador moderno nasceu da peste - e do racismo

Trabalhadores da saúde com máscaras anti-peste durante a peste manchu de 1911. [Foto: cortesia da Universidade de Cambridge / Centro de Pesquisa em Artes, Humanidades e Ciências Sociais (CRASSH, Universidade de Cambridge) / Bibliotecas da Universidade de Hong Kong]

No outono de 1910, uma praga irrompeu na Manchúria - o que hoje conhecemos como Norte da China - que foi desagregada em jurisdições politicamente complexas compartilhadas entre a China e a Rússia.

É apocalíptico. Inacreditável. Mata 100% dos infectados, ninguém sobrevive. E os mata dentro de 24 a 48 horas após os primeiros sintomas, diz Lynteris. Ninguém encontrou algo assim nos tempos modernos, e é semelhante às descrições da Peste Negra.

O que se seguiu foi uma corrida armamentista científica, para deduzir o que estava causando a praga e detê-la. Tanto a Rússia quanto a China querem se provar dignas e científicas o suficiente, porque isso levaria a uma reivindicação de soberania, diz Lynteris. Quem quer que seja científico o suficiente deve receber o controle dessa rica e importante área.

A Corte Imperial Chinesa trouxe um médico chamado Lien-teh Wu para liderar seus esforços. Ele nasceu em Penang e estudou medicina em Cambridge. Wu era jovem e falava um mandarim péssimo. Em uma praga que rapidamente atraiu a atenção internacional e médicos de todo o mundo, ele era completamente sem importância, de acordo com Lynteris. Mas depois de conduzir uma autópsia em uma das vítimas, Wu determinou que a peste não foi transmitida por pulgas, como muitos suspeitavam, mas pelo ar.

Expandindo as máscaras de cirurgia que tinha visto no Ocidente, Wu desenvolveu uma máscara mais resistente de gaze e algodão, que se enrolava com segurança em torno do rosto e adicionava várias camadas de pano para filtrar as inalações. Sua invenção foi um grande avanço, mas alguns médicos ainda duvidavam de sua eficácia.

Há um incidente famoso. Ele é confrontado por um famoso veterano da região, um médico francês [Gérald Mesny]. . . e Wu explica ao médico francês sua teoria de que a peste é pneumônica e aerotransportada, diz Lynteris. E o francês o humilha. . . e em termos muito racistas diz: ‘O que podemos esperar de um chinês?’ E para provar isso, [Mesny] vai e atende os enfermos em um hospital de peste sem usar a máscara de Wu, e ele morre em dois dias com a peste.

Outros médicos da região desenvolveram rapidamente suas próprias máscaras. Alguns são . . . coisas completamente estranhas, diz Lynteris. Capuzes com óculos, como máscaras de mergulho.

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Mas a máscara de Wu venceu porque, em testes empíricos, protegeu os usuários de bactérias. De acordo com Lynteris, também foi um ótimo design. Ele poderia ser construído à mão com materiais baratos e disponíveis. Entre janeiro e fevereiro de 1911, a produção de máscaras atingiu números desconhecidos. A equipe médica os usou, os soldados os usaram e algumas pessoas comuns também os usaram. Isso não apenas ajudou a impedir a propagação da peste; as máscaras se tornaram um símbolo da ciência médica moderna olhando uma epidemia bem nos olhos.

A máscara de Wu rapidamente se tornou um ícone em notícias de jornais internacionais. A máscara era uma coisa muito nova. . . tinha um efeito de estranheza, que a imprensa adorou, mas você imagina uma fotografia em preto e branco com uma máscara branca - lê bem, diz Lynteris. É um sucesso de marketing.

Um condutor de bonde e passageiro em Seattle usando máscaras durante a pandemia de 1918. [Foto: Wiki Commons ]

Quando a gripe espanhola chegou em 1918, a máscara de Wu era bem conhecida entre os cientistas e até mesmo entre o público. Empresas em todo o mundo aumentaram a produção de máscaras semelhantes para ajudar a reduzir a propagação da gripe.

O N95 é feito para as indústrias, mas chega bem a tempo aos hospitais

A máscara N95 é um descendente do design de Wu. Durante a Primeira Guerra Mundial e a Segunda Guerra Mundial, os cientistas inventaram máscaras de gás de filtragem de ar que envolviam toda a sua cabeça para limpar o suprimento de ar. Máscaras semelhantes, carregadas com filtros de fibra de vidro, começaram a ser usadas na indústria de mineração para prevenir pulmão preto.

Todos os respiradores eram gigantescos, semelhantes a máscaras de gás, diz Nikki McCullough, líder em segurança e saúde ocupacional na 3M, que fabrica respiradores N95. Você os lavaria à noite e poderia usá-los novamente.

[Foto: 3M]

Este equipamento salvou vidas, mas era oneroso e um grande motivo para os filtros. A fibra de vidro exigia muito esforço para respirar, e os invólucros full head eram quentes para usar. Na década de 1950, os cientistas começaram a entender os perigos da inalação de amianto, mas as pessoas que trabalhavam com amianto preferiam não usar máscaras respiratórias volumosas. Imagine trabalhar em uma construção em um calor de 85 graus e ter sua cabeça envolta em borracha para se proteger de uma ameaça invisível.

Na mesma época, um ex-editor de decoração da Casa linda revista chamada Sara Little Turnbull começou a consultar a divisão de embalagens para presentes da 3M. Para fazer fitas rígidas, a empresa desenvolveu uma tecnologia para pegar o polímero derretido e soprá-lo em um tecido de fibras minúsculas. Turnbull percebeu um potencial maior para esse processo, no entanto, e começou a fazer experiências com o material para ombreiras, aproveitando as conexões na indústria da moda para obter conselhos. Então, em 1958, ela fez uma apresentação na 3M simplesmente intitulada: Por que, o que explicou por que a 3M deveria entrar neste negócio de produtos não tecidos de uma forma mais ampla. Ela apresentou mais de 100 ideias de produtos para a tecnologia e foi designada para projetar um sutiã moldado.

Mas o final dos anos 50 foi difícil para Turnbull, que passou muito tempo visitando parentes doentes em hospitais. Ela perdeu três entes queridos em rápida sucessão. E dessa dor surgiu uma nova invenção: Uma máscara cirúrgica de bolha que a 3M lançou em 1961, que sim, se inspira no bojo de um sutiã. Quando a 3M descobriu que não conseguia bloquear agentes patogênicos, a máscara foi renomeada como máscara contra poeira.

trunfo força aérea um design

O esboço de Trumbull para uma máscara cirúrgica, decorrente do design de seu sutiã 3M. [Imagem: Center for Design Institute ]

Claro, era difícil construir padrões em torno de algo que nem existia ainda - para medicina ou segurança no local de trabalho. Na década de 1970, o Bureau of Mines e o National Institute for Occupational Safety and Health uniram-se na criação dos primeiros critérios para o que chamaram de respiradores de uso único. O primeiro respirador de poeira N95 de uso único como o conhecemos foi desenvolvido pela 3M e aprovado em 25 de maio de 1972. (Turnbull foi consultada nesta linha na década de 1980 - e para muitos outros clientes corporativos, incluindo General Mills, Ford, Corning, e Revlon.) Em vez de fibra de vidro, a empresa reaproveitou a tecnologia que havia desenvolvido para fazer fitas de presente mais rígidas em um filtro adequado. Sob um microscópio, eles parecem que alguém deixou cair um monte de gravetos - e eles têm enormes espaços entre eles, diz McCullough.

Conforme as partículas, sejam sílica ou vírus, voam para dentro desse labirinto de gravetos, elas ficam presas fazendo curvas. E quanto mais tempo você usa um respirador N95, mais eficiente ele se torna na filtragem de partículas. Mais partículas apenas ajudam a filtrar mais partículas. Mas respirar se torna mais difícil com o tempo, à medida que os buracos entre as fibras ficam entupidos com partículas, razão pela qual um respirador N95 não pode ser usado por mais de cerca de oito horas por vez em um ambiente muito empoeirado. Não para de filtrar; apenas o impede de respirar confortavelmente.

No entanto, a verdade é que essas barreiras físicas são apenas uma forma secundária de uma máscara N95 filtrar as partículas. A principal razão pela qual a máscara N95 pode funcionar é graças a uma carga elétrica invisível espreitando dentro dela. E essa carga foi desenvolvida por meio da contribuição de mais uma figura-chave: Dr. Peter Tsai.

Tsai é um cientista de materiais taiwanês americano aposentado que passou sua carreira como pesquisador na Universidade do Tennessee. Durante a década de 1980, seu laboratório desenvolveu uma tecnologia de microfibra em spray, nos moldes em que a 3M e Tornabol vinham trabalhando há anos.

Até então, todas as máscaras eram filtradas mecanicamente. Isso significa que, à medida que uma partícula voava pelo labirinto mencionado, ela freqüentemente atingia uma fibra ao longo do caminho e ficava presa. Descobrimos que, se pudéssemos colocar cargas nas fibras, além da força mecânica, haveria a força estática, diz Tsai. Com a atração estática, uma partícula pode ser puxada em direção ao filtro devido ao mesmo princípio que permite colar um balão ao suéter no inverno.

Em 1992, o laboratório de Tsai desenvolveu o processo para adicionar carga eletrostática aos materiais. A 3M logo licenciou o processo de Tsai através da Universidade do Tennessee para fazer suas agora famosas máscaras N95.

Sem essa carga eletrostática, os N95s não funcionariam tão bem como funcionam. Como Tsai descreve, uma máscara N95 tem tamanhos de poros em torno de 20 mícrons (o que a torna respirável), enquanto o vírus SARS-CoV-2 tem apenas 0,02 a 0,08 mícrons. A carga eletrostática resolve essa disparidade de tamanho, aumentando a eficiência da máscara em 10 vezes. Em outras palavras, o motivo pelo qual a máscara N95 pode funcionar é principalmente por causa da carga elétrica escondida em seu interior, ao invés da própria estrutura do material. Ainda assim, Tsai destaca que o N95 foi lançado no mercado com muito pouco alarido na década de 1990.

Minha invenção não é especial, diz Tsai, mas este é um momento especial.

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Os respiradores foram usados ​​em aplicações industriais por décadas, antes que a necessidade de um respirador voltasse aos ambientes clínicos na década de 1990 com o surgimento da tuberculose resistente a medicamentos. O HIV teve muito a ver com sua disseminação entre pacientes imunocomprometidos, mas a tuberculose também infectou muitos profissionais de saúde. Para impedir sua propagação no ar, os padrões do N95 foram atualizados para ambientes de saúde, e os médicos começaram a usá-los ao ajudar pacientes com tuberculose. Mesmo assim, respiradores raramente são usados ​​em hospitais até hoje porque são apenas os surtos como o COVID-19 que precisam de tanta proteção.

Como Lynteris e muitos outros apontam, o respirador nunca perdeu importância na China. Wu continuou a fundar a versão chinesa do CDC, por pouco não ganhou o Prêmio Nobel e apareceu em muitas biografias (incluindo sua própria autobiografia). Mais recentemente, durante o surto de SARS, as pessoas na China usaram proteção facial para evitar a propagação da doença. Então, quando a poluição tomou conta de cidades como Pequim, eles usaram respiradores para filtrar a poluição.

O respirador N95 não é perfeito. Não é projetado para selar bem o rosto de crianças ou pessoas com pelos faciais e, se não selar, não funciona como anunciado. Além disso, as variantes do N95 que são usadas em salas de cirurgia de alto risco não têm uma válvula de expiração, por isso podem ficar particularmente quentes de usar.

Mas o respirador N95 evoluiu ao longo de centenas de anos em resposta a várias crises. Essa evolução só continuará durante e após a pandemia COVID-19. McCullough diz que a 3M está constantemente reavaliando o respirador N95, ajustando tudo, desde seus filtros até sua ergonomia. Minha mãe diria que eles têm quase a mesma aparência [de 1972], mas queremos que pareçam simples para que sejam fáceis e intuitivos de usar, diz McCullough. Estamos sempre aprimorando a tecnologia. Temos milhares de cientistas na 3M trabalhando nisso.