Vermischtes

Wissenschaftler*innen der TU Berlin analysieren, wie sich SARS-CoV-2 in der Raumluft ausbreitet

Ansteckungsgefahr liegt in der Luft

Wie breitet sich das SARS-CoV-2-Virus in der Raumluft aus?

Wie genau das Corona-Virus verbreitet wird – ob vor allem über eine
Tröpfcheninfektion oder doch eher über Aerosole in der Atemluft ist noch
nicht abschließend geklärt. Wenn ein*e Corona-Patient*in hustet, spricht
oder niest, wird ein Strahl an unterschiedlich großen Tröpfchen und
Aerosolen erzeugt, der in die Raumluft eindringt und sich dort ausbreitet.
Alle diese unterschiedlich großen Tröpfchen und Aerosole enthalten
potenziell Viren. Wie diese Partikel sich verhalten, ob und wann sie zu
Boden sinken, wie weit sie sich verteilen, in der Luft stehen bleiben oder
wo sie sedimentieren, ist ein Forschungsthema von Prof. Dr. Martin
Kriegel, Leiter des Hermann-Rietschel-Instituts an der TU Berlin.

„Wir untersuchen in verschiedenen Projekten die Verweilzeit von Erregern
in der Luft unter den verschiedensten Bedingungen“, so Martin Kriegel. Für
diese Experimente stehen seinem Team „Contamination Control“ zwei
Forschungsreinräume, mehrere Raumluftströmungslabore sowie ein
Forschungsoperationsaal zur Verfügung. Im Zusammenhang mit der Corona-
Pandemie untersuchen die Wissenschaftler*innen, inwiefern die Ausbreitung
des Virus von der Zusammensetzung und Größenverteilung der Partikel
innerhalb der ausgeatmeten Luft (Aerosol) abhängt. Bei einem Aerosol
handelt es sich um kleinste, flüssige oder feste Partikel (das können zum
Beispiel Viren sein, einzeln oder im Verbund mit Speichelflüssigkeit oder
auch Ruß, Feinstaub etc.) in einem Gas, üblicherweise Luft. Die
Partikelgröße reicht dabei von wenigen Nanometern – also einem Millionstel
Millimeter – bis mehreren Mikrometern. Zum Vergleich: Ein menschliches
Haar hat eine Dicke von etwa 100 Mikrometern.

„Für das Corona-Virus scheint sich herauszustellen, dass sowohl
Tröpfcheninfektionen als auch die luftgetragene Übertragung, also über
Aerosole, relevant sind“, so Martin Kriegel. Bei einer Tröpfcheninfektion
gelangen die Viruspartikel in einem Speicheltröpfchen direkt auf die
Schleimhäute eines anderen Menschen. Bei einer luftgetragenen Übertragung
gelangen die Viren – gebunden in kleinsten flüssigen Partikeln – in die
Atemwege. Für das Verhalten von Viren in der Luft ist die Größe der
Träger-Aerosole entscheidend, aber ebenso das Raumklima, die
Luftwechselrate und die Art und Weise, wie gelüftet wird. „Größere
Partikel sinken schneller zu Boden. Kleinere Partikel folgen dem Luftstrom
und können lange in der Luft verbleiben“, weiß Martin Kriegel.

Die Ausbreitung im Raum der Mischung aus Partikeln, Speichel und Luft, die
beim Sprechen, Husten und Niesen entsteht, erfolgt in zwei Schritten.
Zunächst wird durch das Husten/Sprechen/Niesen ein Strahl erzeugt, der in
die Raumluft eindringt und sich zunehmend mit dieser vermischt. Der
Verlauf des eintretenden Strahls ist dabei abhängig von verschiedenen
Randbedingungen wie der Geschwindigkeit, der Turbulenz, der
Temperaturdifferenz zwischen dem Strahl und der Umgebungsluft sowie der
Differenz der Luftfeuchtigkeit. Aus verschiedenen Studien ist bekannt,
dass beim Sprechen/Husten/Niesen Partikel von 0,01 μm bis 1500 μm
auftreten. „Nach vollständiger Vermischung des Strahls mit der Raumluft
erfolgt die Verteilung“, erklärt Martin Kriegel. „Die kleineren Partikel
folgen weitgehend der Raumluftströmung, während größere Partikel
sukzessive zu Boden fallen. Häufig unbeachtet wird die Tatsache, dass der
Mensch nur beim Niesen sehr große Partikel emittiert. Beim normalen
Sprechen und Husten werden fast ausschließlich kleine Aerosole generiert.“

In verschiedenen Projekten haben die Wissenschaftler*innen die sogenannte
Sedimentationszeit (Ablagerungszeit) von Partikeln verschiedener
Größenklassen gemessen. Kleine Partikel (0,5 bis 3 μm) sind nach einer
Messzeit von 20 Minuten noch nahezu vollständig in der Luft vorhanden.
Eine Ablagerung dieser Partikel ist nicht oder nur geringfügig erkennbar.
Für mittlere Partikel (3 bis 10 μm) sind nach einer Messzeit von 20
Minuten noch mehr als 50 Prozent in der Luft zu finden. „Eine weitere
Studie zeigt, dass sich selbst größere Tröpfchen (>60 μm) unter bestimmten
Umständen weit im Raum ausbreiten können. Dies ist zum Beispiel der Fall,
wenn die Partikel im Auftriebsstrom von Wärmequellen (zum Beispiel von
einer Person) emittiert werden. Sie steigen auf, verteilen sich horizontal
und fangen erst dann an, sich abzulagern. Eventuelle horizontale
Luftbewegungen verstärken den Verbreitungseffekt noch“, so Martin
Kriegel.

Im Zusammenhang mit der Wiederaufnahme eines Berufsalltags in einem mit
mehreren Personen besetzten Büro haben die Wissenschaftler*innen auch die
Partikelausbreitung in einem mit vier Personen besetzten Büro mit und ohne
maschineller Lüftung simuliert. „Dabei zeigt sich, dass gerade kleinere
Partikel unter 50 μm sich ohne eine maschinelle Lüftung weit im Raum
verbreiten und lange verweilen. Im Gegensatz dazu breiten sich Partikel
zwischen 5 und 20 μm in einem Raum mit maschineller Lüftung weniger weit
aus und werden zu einem Großteil abgeführt“, summiert Martin Kriegel.

„Die entscheidenden Fragen, die wir jetzt in interdisziplinären Projekten
untersuchen werden, sind, wie groß SARS-CoV-2-Partikel sein müssen, um
noch infektiös zu sein und wie die Verweildauer dieser Partikelgröße durch
gezielte Zu- und Abluftanlagen oder auch einfaches Belüften von Räumen
beeinflusst werden kann. Dabei spielt auch das Raumklima eine Rolle, denn
die Aerosole werden durch Verdunstung sehr schnell kleiner und verhalten
sich dann anders. Ganz grundsätzlich kann man festhalten, dass bei
typischen Luftwechselraten in Wohn- und Bürogebäuden die Erreger über
Stunden im Raum verbleiben. Die Sinkgeschwindigkeit und auch die
Lufterneuerung dauern sehr lange. Jede Erhöhung der Außenluftzufuhr ist
daher generell sinnvoll.“

Mehr Informationen: <https://blogs.tu-berlin.de/hri_sars-cov-2/>

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DGP: Der neue Alltag mit Maske: Lungenärzte erklären, welche Modelle geeignet sind und worauf Träger achten sollten

m Kampf gegen die Ausbreitung des Coronavirus SARS-CoV-2 gilt seit
einigen Wochen in ganz Deutschland die Pflicht zum Tragen von Schutzmasken
im öffentlichen Nahverkehr und beim Einkauf. Neben industriell gefertigten
Masken können auch selbstgenähte Stoffmasken verwendet oder Nase und Mund
mithilfe von Tüchern und Schals bedeckt werden. Welche Masken geeignet
sind und worauf bei der Verwendung geachtet werden sollte, erklärt die
Deutsche Gesellschaft für Pneumologie und Beatmungsmedizin e.V. (DGP) in
einer aktuellen Stellungnahme.

Die Fachgesellschaft weist darin auch darauf hin, dass Mund-Nasen-Masken
ein zusätzlicher Schutz vor einer möglichen Ansteckung mit SARS-CoV-2
sind, andere Maßnahmen wie beispielsweise das Abstandhalten aber nicht
ersetzen.

Bei den zur Verfügung stehenden Masken ist zwischen zwei Arten zu
unterscheiden: Die sogenannten FFP2- und FFP3-Masken schützen die Masken-
tragende Person vor der Inhalation schädlicher Aerosole. Sie werden vor
allem in medizinischen Einrichtungen zum umfassenden Schutz vor Viren und
Bakterien aller Art genutzt. Einfache Mund-Nasen-Masken filtern die
Ausatemluft und schützen so in erster Linie andere vor einer Ansteckung
und weniger den Träger selbst. „In der Öffentlichkeit sehen wir aktuell
vor allem die einfachen Mund-Nasen-Masken“, sagt Privatdozent Dr. med.
Dominic Dellweg, Chefarzt der Abteilung Pneumologie I, Intensivmedizin,
Frührehabilitation, Schlafmedizin am Fachkrankenhaus Kloster Grafschaft
und Mitautor des Papiers. „Neben den chirurgischen Mund-Nasen-Masken,
bestehend aus mehreren Vlies- oder Papierschichten, tragen viele Menschen
hierzulande wiederverwendbare Modelle aus Textilien (meist Baumwolle) oder
synthetischen Materialen wie zum Beispiel Polyurethan beziehungsweise aus
einer Kombination dieser Gewebe.“

Sowohl chirurgische als auch nicht-medizinische, aus Stoffen hergestellte
Masken, haben einen Fremdschutzeffekt. „Zwar kann ein Mund-Nasen-Schutz
die Ansteckung anderer nicht vollständig verhindern, er verringert jedoch
die Gefahr, indem er infektiöse Tröpfchen beim Husten oder Niesen
abfängt“, so Dellweg. Auch selbstgefertigte Masken aus verschiedenen
Tuchgeweben sind in der Lage einen Anteil der Bakterien und Viren zu
filtern. „Die Filterleistung verschiedener Stoffe variiert dabei jedoch
erheblich.“ So haben normierte chirurgische Masken die beste
Filterleistung und einen geringen Luftwiderstand. Andere Stoffe, so zum
Beispiel Staubsaugerbeutel oder Geschirrhandtücher, haben zwar eine nur
etwas geringere Filterleistung, dafür aber einen deutlich höheren
Luftwiderstand. „Letzteres führt zu einer erhöhten Atemanstrengung und
kann vor allem bei älteren und vorerkrankten Patienten problematisch
sein“, sagt Professor Dr. med. Michael Pfeifer, Präsident der DGP und
Mitautor des Papiers. „Bei der Materialauswahl sollte deshalb darauf
geachtet werden, dass längeres Atmen durch die anliegende Maske möglich
ist.“ Bei Patienten mit Herz- und Lungenerkrankungen sowie Atemnot oder
eingeschränkter Lungenfunktion sollte eine Blutgasanalyse bei anliegender
Maske – idealerweise unter Belastung – durchgeführt werden. „So lässt sich
untersuchen, ob das Tragen eines Mund-Nasen-Schutzes für diese Patienten
möglich ist“, so der Experte. Hersteller größerer Maskenchargen sollten
ihre Gewebe auf Filterleistung aber auch Luftwiderstand prüfen lassen, um
eine möglichst geringe Belastung für die Atmung zu garantieren.

Ein Selbstschutzeffekt sei bei Mund-Nasen-Masken wahrscheinlich, in
klinischen Studien jedoch noch nicht belegt. „Viren haben in der Regel
eine Schwellendosis, die erforderlich ist, um eine Infektion auszulösen“,
erklärt Pfeifer. Diese Schwellendosis (minimale Infektionsdosis) ist für
verschiedene Viren sehr unterschiedlich. So scheint die mittlere
Schwellendosis für das Norovirus bei nur etwa 16 Kopien des Virus zu
liegen, beim Influenzavirus dagegen scheinen mehrere hundert Kopien des
Virus erforderlich zu sein. Auch für das Coronavirus SARS-CoV-2 ist es
wahrscheinlich, dass es eine individuelle Schwellendosis gibt,
schlussfolgern die Experten im Papier. „Infektion und Schwere der
COVID-19-Erkrankung hängen sehr wahrscheinlich mit der inhalierten
Virendosis zusammen. Jede Verringerung dieser Dosis – zum Beispiel durch
das Tragen eines Mund-Nasen-Schutzes – ist somit von Vorteil.“ Bei
Stoffmasken sei jedoch zu beachten, die Masken regelmäßig zu wechseln und
sie nach jedem Tragen zu reinigen. Denn sonst könnten die durch
Feuchtigkeit bedingten besseren Lebensbedingungen für Viren das
Infektionsrisiko für den Träger erhöhen.

Die DGP betont in ihrer aktuellen Stellungnahme, dass Mund-Nasen-Masken
nur als zusätzlicher Schutz gelten und andere Maßnahmen nicht ersetzen.
„Verhalten Sie sich stets so, als ob Sie keine Maske tragen: Verzichten
Sie nicht auf den Mindestabstand von 1,5 Metern zu anderen Menschen und
husten sowie niesen Sie in die Armbeuge“, erklären die Experten.
„Vermeiden Sie außerdem Berührungen im Gesicht und an der Maske und
waschen Sie sich nach dem Absetzen der Maske sofort die Hände.“ Masken aus
Stoff sollten zudem nach dem Tragen gewaschen werden; medizinische Masken
sind Einmalartikel und nach den Tragen zu entsorgen.

Die Stellungnahme der DGP zur Auswirkung von Nase-Mund-Masken auf den
Eigen- und Fremdschutz bei aerogen übertragbaren Infektionen in der
Bevölkerung kann auf der DGP-Website abgerufen werden.