Este es un resumen del artículo Visible Light Disinfection de Illuminating Engineering Society (IES) publicado el 11 de mayo de 2022.

En el texto se analiza la desinfección mediante luz visible, una tecnología que utiliza principalmente luz violeta (alrededor de 405 nm) para inactivar patógenos como bacterias, hongos y virus. Su principal ventaja frente a las lámparas germicidas tradicionales de luz ultravioleta (UV-C) es la seguridad para los seres humanos; mientras que la radiación UV-C puede causar fotoceratitis («ceguera de la nieve») y eritema («quemaduras solares»), la luz visible no presenta estos riesgos graves, lo que permite su uso continuo en espacios ocupados como hospitales o cocinas. No obstante, las fuentes advierten que los esfuerzos de marketing de algunos fabricantes a menudo superan la evidencia científica, citando datos vagos o estudios sin referencias académicas sólidas.

Antecedentes históricos

Las culturas griega, romana y árabe reconocieron históricamente el valor terapéutico de la exposición al sol. Aunque en esa época no se comprendían los mecanismos biológicos subyacentes, estas prácticas sentaron las bases de lo que más tarde se conocería como helioterapia.

La comprensión científica moderna comenzó en 1877 con los investigadores Downes y Blunt, quienes demostraron mediante experimentos que la luz solar podía inactivar bacterias, identificando que la luz violeta-azul era la más efectiva para este propósito. Posteriormente, en 1894, Ward cuantificó este efecto utilizando un prisma para dispersar la luz solar sobre placas con colonias de ántrax (Bacillus anthracis), confirmando que el espectro de la luz azul era el que presentaba mayor capacidad de inhibición bacteriana.

Inspirado por los trabajos de Downes, Blunt y Ward, el investigador danés Niels Finsen desarrolló a finales del siglo XIX un aparato de arcos de carbono eléctrico conocido como la «luz de Finsen». Aunque Finsen utilizaba filtros que involuntariamente bloqueaban la radiación UV-B germicida, su dispositivo emitía luz visible y UV-A que resultó ser un éxito rotundo en el tratamiento del lupus vulgaris, una infección cutánea tuberculosa. Este fenómeno fue validado científicamente a finales del siglo XIX por investigadores como Ward y Niels Finsen; este último recibió el Premio Nobel de Medicina en 1903 tras demostrar el éxito de la fototerapia en el tratamiento de infecciones cutáneas graves.

¿Cómo funciona?

A diferencia de la luz UV-C, que destruye directamente el ADN o ARN de los microorganismos, los fotones de luz visible no poseen energía suficiente para esa ruptura directa. En cambio, esta luz es absorbida por porfirinas endógenas (fotosensibilizadores internos) de los microbios, lo cual desencadena la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS), como el peróxido de hidrógeno, que dañan la maquinaria celular hasta inactivarla. Las bacterias, los hongos y los protozoos contienen porfirinas intracelulares (endógenas) que absorben fuertemente la luz visible en una región del espectro llamada banda de Soret.

Los virus se diferencian en que, a diferencia de las bacterias, hongos y protozoos, no contienen porfirinas y, por lo tanto, en teoría, no deberían ser susceptibles a la luz azul. Sin embargo, cada vez hay más pruebas de que podrían serlo.

 En el texto se indican los factores que deben considerarse al evaluar o diseñar productos de desinfección con luz visible para diversas aplicaciones:

Irradiancia y dosis

La eficacia de la desinfección mediante luz visible se rige por dos parámetros críticos: la irradiancia y la dosis. La irradiancia se define como la potencia radiante por unidad de área (mW/cm² ), mientras que la dosis representa la energía total acumulada, calculada multiplicando la irradiancia por el tiempo de exposición (mJ/cm²).

En la práctica clínica, la efectividad se mide a través de la tasa de inactivación, que sigue un comportamiento exponencial. Para simplificar estos cálculos, se utilizan unidades de logaritmo de 10 o «valores D»; por ejemplo, una reducción de 1 log equivale a eliminar el 90% de los patógenos.

A diferencia de la esterilización quirúrgica que exige valores D de 6 (99.9999%), la luz visible suele proyectarse como un complemento a la limpieza terminal, destinado a frenar la proliferación bacteriana en lugar de erradicar colonias establecidas.

Especies y cepas

Uno de los mayores obstáculos para esta tecnología es la enorme disparidad en la susceptibilidad de los patógenos. Mientras que algunas bacterias requieren dosis bajas, otras cepas de Staphylococcus aureus o esporas como las de Clostridium difficile necesitan niveles de energía drásticamente superiores (Fig. 5). Esta situación es extrema en el caso de hongos como Aspergillus niger, cuyas esporas requieren dosis tan masivas que su eliminación mediante iluminación convencional resultaría energéticamente inviable.

Además, la falta de protocolos de prueba estandarizados complica la comparación entre estudios, ya que factores como el uso de bases reflectantes en placas de Petri, la humedad relativa o la densidad del cultivo pueden alterar significativamente los resultados reportados por los fabricantes.

La mayoría de los estudios analizados fueron experimentos in vitro realizados en laboratorios. Esto es necesario, por supuesto, para aislar especies y cepas específicas, así como para controlar o eliminar la influencia de las condiciones ambientales, como la luz y la temperatura ambiente, la humedad relativa, el medio de cultivo. Pero investigar la eficacia de la desinfección con luz visible in vivo en condiciones reales es más difícil, incluso en entornos hospitalarios como quirófanos y habitaciones de pacientes hospitalizados.

Biopelículas

Las bacterias pueden formar biopelículas en las superficies para protegerse de la desecación, los antibióticos, el sistema inmunitario del organismo huésped y otros factores ambientales. Las biopelículas son frecuentes en la naturaleza, incluyendo hospitales y residencias. Las películas en sí mismas no están vivas, pero pueden proteger a las bacterias de ser inactivadas por la radiación ultravioleta, en particular la UV-C de 222 nm.

Resistencia a la luz azul

En cualquier población microbiana, habrá una pequeña fracción con una resistencia inusual a la radiación UV. Una vez inactivado el 99 % de la población, no es raro que la tasa de inactivación disminuya significativamente. Los patógenos supervivientes requieren dosis más altas para inactivarse.

Sin embargo, la desinfección con luz visible por diseño no suele buscar erradicar las poblaciones microbianas, sino solo limitar su crecimiento o, en el mejor de los casos, lograr una inactivación del 90 %.

Luz blanca ambiental

Un tema preocupante es que los estudios de laboratorio suelen aislar los patógenos estudiados de los factores ambientales, como la iluminación ambiental, donde la luz blanca puede estimular activamente el crecimiento de colonias bacterianas y fúngicas. Si la iluminación ambiental promueve el crecimiento de colonias, esto puede reducir la eficacia de la desinfección con luz visible.

Diferentes longitudes de onda

La mayoría de los estudios de desinfección con luz visible realizados hasta la fecha se han centrado en la región espectral de 385 nm a 420 nm. Sin embargo, se han demostrado efectos bactericidas de la luz visible con longitudes de onda de hasta 740 nm.

Interacciones espectrales

La mayoría de los estudios realizados hasta la fecha también se han centrado en las estrechas bandas espectrales generadas por LED cuasimonocrómaticos. Un estudio examinó la combinación de luz azul de 405 nm como agente antibacteriano y radiación infrarroja cercana de 880 nm como medio para la reparación tisular, pero descubrió que la radiación de 880 nm por sí sola promovía el crecimiento bacteriano. Sin embargo, los autores reconocieron que el medio de crecimiento de las células infectadas contenía un diez por ciento de suero fetal bovino, lo que podría haber contribuido a la inactivación del virus.

Luz azul pulsada

Varios estudios in vitro han investigado el efecto de la luz azul pulsada en la eficacia de la desinfección con luz visible. Gillespie et al. (2017), un ejemplo de ello, fue que al exponer bacterias MSRA a 116 mW/cm² ^de radiación de 405 nm, variar el ciclo de trabajo del ancho de pulso del 25 % al 100 % tuvo poco efecto en la dosis necesaria para lograr el mismo grado de inactivación. La frecuencia de modulación por ancho de pulso (PWM) se varió de 100 Hz a 10 kHz, mostrando 1000 Hz el mejor rendimiento y con un ahorro de energía del 35 % para un ciclo de trabajo del 50 %. Los autores especularon que las porfirinas celulares se saturan con la exposición continua y que el período de inactividad de cada ciclo permite que la luz absorbida genere ROS con menos fotones absorbidos innecesariamente.

Entornos hospitalarios

La mayoría de los estudios mencionados fueron experimentos in vitro realizados en laboratorios. Esto es necesario, por supuesto, para aislar especies y cepas específicas, así como para controlar o eliminar la influencia de las condiciones ambientales, como la luz y la temperatura ambiente, la humedad relativa, el medio de cultivo, etc.

Investigar la eficacia de la desinfección con luz visible in vivo en condiciones reales es más difícil, incluso en entornos hospitalarios como quirófanos y habitaciones de pacientes hospitalizados.

Un estudio realizado por Rutala en 2018 en una habitación de 12.5 metros cuadrados analizó la eficacia de la desinfección mediante el uso de luminarias LED de luz blanca combinada y luz azul. En este entorno, la luz blanca proporcionaba una irradiancia de hasta 0.16 mW/cm², mientras que la luz azul alcanzaba niveles superiores de hasta 0.44 mW/cm².

Sin conocer la distribución espectral de potencia de las luminarias, resulta difícil reproducir los experimentos. No obstante, los resultados de la Tabla 1, correspondientes a una reducción del 90 %, son ilustrativos. Los cuatro patógenos son bacterias infecciosas comunes en hospitales, pero Enterococcus faecalis (responsable de infecciones del tracto urinario y meningitis) no respondió a la luz blanca, mientras que Clostridium difficile (responsable de un cuarto de millón de infecciones hospitalarias al año) no respondió en absoluto a la luz blanca ni a la azul.

En el texto se sugiere que aunque los virus carecen de los fotosensibilizadores internos presentes en las bacterias, pueden ser inactivados por la luz visible a través de daños en sus envolturas lipídicas o mediante la activación de sustancias en el medio circundante. Al comparar la iluminación artificial con la naturaleza, queda en evidencia que la luz solar directa es el desinfectante más eficiente; en un día despejado, el sol aporta una irradiancia en la banda de Soret que supera por mucho a cualquier sistema LED comercial. En conclusión, aunque la desinfección de toda una habitación con luz visible es útil en entornos hospitalarios de alto mantenimiento, su capacidad es limitada y las promesas de marketing deben ser evaluadas con rigor técnico, especialmente ante patógenos altamente resistentes.

Luz del sol

La luz solar directa es un excelente desinfectante de luz visible (sin mencionar los efectos antimicrobianos de la radiación UV-A y UV-B), por ejemplo, informaron que la vida media (reducción del 70 %) de los virus de la influenza bajo plena luz solar directa es de aproximadamente 150 segundos. Para poner esto en perspectiva, 5 mW/cm² 
se traducen en 500 vatios de flujo radiante de 405 nm para una habitación de 10 m² (108 pies cuadrados). Si hay luz solar directa disponible, es una opción mucho mejor para la desinfección con luz visible que la iluminación eléctrica.

Conclusiones

Los estudios revisados en el texto han demostrado que la luz visible posee propiedades antimicrobianas en condiciones de laboratorio cuidadosamente controladas y (en menor medida) en entornos hospitalarios ya diseñados para minimizar la prevalencia de patógenos mediante aire filtrado con HEP ​​y limpieza terminal diaria. Sin embargo, también demuestran claramente que sus resultados no pueden extrapolarse para predecir el rendimiento de los sistemas de desinfección con luz visible en salas completas genéricas, y mucho menos para proporcionar evidencia y respaldo a las directrices de diseño de iluminación.

La tecnología de desinfección por luz visible puede ser útil en algunas aplicaciones, pero no es la panacea. Los profesionales del diseño deben verla como un complemento a los protocolos de limpieza tradicionales y no como un sustituto, requiriendo un análisis profundo de las limitaciones técnicas y las necesidades específicas de cada espacio antes de su implementación.

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Imagen destacada: Finsen’s apparatus for concentrating the sun’s rays, illustration from Medical Electricity and Light: An Elementary Textbook for Nurses (c 1910) | The Royal London Hospital Archives and Museum