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Aerosole in Innenräumen App ermittelt Corona-Ansteckungsrisiko

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Die Ergebnisse der Web-App "Heads" zeigen klar, dass eine Maskenpflicht und gutes Lüften Präsenzunterricht und Büroarbeit deutlich sicherer machen.

(Foto: picture alliance/KEYSTONE)

Göttinger Wissenschaftler veröffentlichen die Web-App "Heads". Mit ihr kann man ermitteln, wie hoch das Risiko einer Covid-19-Ansteckung bei individuellen Szenarien in Innenräumen ist und welche Maßnahmen es senken. Besonders spannend sind Resultate für Schulklassen.

Dass sich das Sars-CoV-2-Virus über Aerosole verbreitet, bedeutet, dass sich Menschen vor allem in geschlossenen Räumen anstecken. Dabei hängt das jeweilige Infektionsrisiko von verschiedenen Parametern ab. Wie groß ist ein Raum? Wie viele Menschen halten sich darin auf? Wie lange sind sie dort? Was tun sie? Tragen sie Masken? Halten sie Abstand? Wie gut ist die Lüftung? Diese Fragen stellt die neue Web-App "Heads" Nutzern, die ermitteln möchten, wie hoch die Ansteckungsgefahr in bestimmten Situationen für sie ist. Wer will, kann dabei auch tiefer ins Detail gehen.

Eine Web-App ist im Prinzip eine Webseite, über die man auf ein Programm zugreifen kann. "Heads" steht für "Human Emission of Aerosol and Droplet Statistics", also für Statistiken zur menschlichen Ausscheidung von Aerosolen und Tröpfchen. Die Web-App ist der inoffizielle Nachfolger des "Covid-19-Risiko-Kalkulators", den das Mainzer Max-Planck-Institut für Chemie gemeinsam mit dem Cyprus Institut auf Zypern im vergangenen Herbst vorstellte. Diesmal hat aber die Göttinger Abteilung Dynamik und Selbstorganisation des Instituts mit der örtlichen Universitätsmedizin zusammengearbeitet, um durch ein statistisches Verfahren die Virusbelastung in Innenräumen bis zu 100 Quadratmetern für eine bestimmte Anzahl von Personen zu ermitteln.

Viruslast entscheidend

Die Virusbelastung ist ein entscheidender Wert, da eine Infektion erst dann erfolgt, wenn sie hoch genug ist. Für das ursprüngliche Sars-CoV-2-Virus gingen die Forscher von 450 Kopien aus, die für eine Infektionswahrscheinlichkeit von etwa 63 Prozent nötig sind. Da die jetzt vorherrschende Mutante B.1.1.7 wesentlich infektiöser ist, haben sie den Wert auf 200 Kopien mehr als halbiert.

"Wir sind zuversichtlich, dass unsere App mit der neuen Theorie und den neuen Daten das Infektionsrisiko in geschlossenen, gut durchmischten Räumen sehr gut abbildet", sagt Eberhard Bodenschatz, Direktor am Göttinger Max-Planck-Institut. "Die schlechte Nachricht ist dabei das stark erhöhte Infektionsrisiko."

Für die Datenbasis haben die Wissenschaftler die Emissionen von mehr als 120 Freiwilligen zwischen 5 und 80 Jahren gemessen. Dabei erfassten sie nicht nur die Menge der ausgestoßenen Aerosole, sondern auch die Größe der Partikel. Je größer sie bei der Freisetzung sind, desto problematischer sind sie. Denn sie können mehr Viren enthalten, was das Infektionsrisiko beim Einatmen erhöht.

Genaueres Wissen und Einstellungen

"Mit unseren holografischen und Partikelverfolgungs-Messungen kennen wir jetzt auch die großen Aerosole sehr gut", sagt Mohsen Bagheri, Leiter einer Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation. "Damit können wir die Viruslast in einem Innenraum sehr gut bestimmen."

Beim "Covid-19-Risiko-Kalkulator" wurden nur bis zu 20 Mikrometer (µm) große Aerosole berücksichtigt, für "Heads" haben die Wissenschaftler die Maximalgröße aufgrund aktueller Forschungsergebnisse auf 20 µm verringert. Daher ermittelt die Göttinger Web-App im Vergleich zu weltweit vielen ähnlichen Apps ein höheres Infektionsrisiko.

Die Anwendung von "Heads" ist in der Voreinstellung sehr einfach. Das Programm fragt die Daten ab, und nach der Eingabe wird das ermittelte Risiko angezeigt. Wer die erste Frage mit "Nein" beantwortet, ist bereits fertig. Denn wenn man sich nicht an die grundsätzlichen Hygieneregeln hält, ist die Ansteckungsgefahr immer zu hoch. Das bedeutet, es muss ein Mindestabstand von 1,5 Metern eingehalten werden, um eine Übertragung über größere Tröpfchen zu verhindern. Außerdem setzt "Heads" voraus, dass der Raum wenigstens zu Beginn einer Begegnung frisch durchgelüftet wurde.

Riskantes Abendessen

Erfüllt das Szenario die Mindestanforderungen, kann man Grundfläche und Höhe des Raums eingeben, anschließend Anzahl und Durchschnittsalter der Anwesenden und wie viele von ihnen als infiziert gelten sollen. Es folgen die Aufenthaltsdauer und die Art der Tätigkeit. Dabei macht die App verschiedene Vorgaben, für die es Voreinstellungen gibt. Bei einem gemeinsamen Abendessen geht das Modell beispielsweise davon aus, dass eine Person 45 Prozent der gemeinsamen Zeit redet, 5 Prozent davon sehr laut. Ansonsten atmet sie nur.

Für ein 60-minütiges Dinner zu viert in einem 2,80 Meter hohem Raum mit 30 Quadratmetern Grundfläche ermittelt "Heads" bei einem Durchschnittsalter von 35 Jahren und einer infizierten Person beispielsweise ein grundsätzlich hohes Risiko. Die Wahrscheinlichkeit, dass sich mindestens einer der drei nicht infizierten Teilnehmer ansteckt, beträgt 54 Prozent, das individuelle Risiko schätzt die Anwendung auf 23 Prozent. Dauert das Abendessen zwei Stunden, erhöhen sich die Werte auf 84 und 45 Prozent.

Infizierte Lehrer gefährlicher als infizierte Schüler

Haben 15 Schüler im Durchschnittsalter von 13 Jahren 60 Minuten gemeinsamen Unterricht in einem 50 Quadratmeter großen Klassenzimmer mit 3 Meter hohen Wänden, beträgt die Wahrscheinlichkeit, dass sich mindestens ein Schüler infiziert, 100 Prozent. Jeder einzelne von ihnen hat ein 45-prozentiges Risiko. Dies gilt, wenn der Lehrer oder die Lehrerin das Virus verbreitet und 80 Prozent der Schulstunde laut redet.

Interessanterweise sinken beide Wahrscheinlichkeiten deutlich auf 32 und 3 Prozent, wenn ein Schüler oder eine Schülerin Virusträger ist. Dies liegt einerseits daran, dass "Heads" hier nur von einem Redeanteil von 10 Prozent ausgeht. Es könnte aber auch mit dem Alter zusammenhängen. Denn aus einer Harvard-Studie geht unter anderem hervor, dass junge Menschen deutlich weniger Aerosole ausstoßen als ältere.

Je lauter, desto mehr

Eberhard Bodenschatz und Mohsen Bagheri sagten ntv.de, beim Atmen hätten sie bei den Testpersonen keinen Unterschied nach Alter festgestellt. Beim Sprechen oder Singen sei der Aerosol-Ausstoß von Erwachsenen und Jugendlichen aber etwa um einen Faktor 10 höher als bei ungefähr zehnjährigen Kindern. Besonders wichtig sei die Lautstärke. Von leise (80 Dezibel) bis laut (105 Dezibel) steige der Ausstoß um einen Faktor 10 bis 20.

Mit den Grundeinstellungen erhält man schon einen guten Eindruck davon, wie hoch das Ansteckungsrisiko in bestimmten Szenarien ungefähr ist. Will man es genauer wissen, geht man in die erweiterte Ansicht. Hier kann man beispielsweise das Durchschnittsalter der Schüler und Schülerinnen getrennt von der Lehrkraft einstellen oder abgestufte Zeitanteile von Tätigkeiten vorgeben.

An Kurven sieht man dann genau, nach wie viel Minuten ein wie hohes Ansteckungsrisiko besteht. Außerdem gibt es entsprechende Grafiken zur Aerosol-Konzentration im Raum sowie die individuell eingeatmete Menge infektiöser Partikel.

Gute Masken machen einen großen Unterschied

Neben den detaillierteren Vorgaben und Darstellungen gibt es hier auch die Möglichkeit, zu sehen, welche Schutzmaßnahmen wie wirken. So kann man einstellen, dass ein Klassenzimmer über offene Fenster gut belüftet ist oder über einen Luftreiniger verfügt, was einen großen Unterschied macht. Kommt keine der beiden Lösungen zum Einsatz und niemand trägt eine Maske, dann beträgt die durchschnittliche Infektionswahrscheinlichkeit nach 60 Minuten rund 30 Prozent. Tragen alle Masken und wird dreimal pro Stunde gelüftet, dann sinkt das Risiko auf unter 7 Prozent.

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Ähnlich stellt sich die Situation auch in Unternehmen dar, wo Menschen gemeinsam in einem Raum arbeiten. Sind beispielsweise 8 Personen in einem 40 Quadratmeter großen Büro mit 3 Meter hohen Wänden, beträgt das durchschnittliche Infektionsrisiko an einem 8-Stunden-Tag fast 44 Prozent. Arbeiten alle mit Masken und hat das Büro einen Raumluftreiniger, sinkt es auf knapp 12 Prozent.

Das Tool erlaubt dabei sehr genau einzustellen, wie gut Masken filtern - vorausgesetzt, man hat diese Werte. Man kann aber davon ausgehen, dass medizinische Masken bereits ein großer Fortschritt im Vergleich zu sogenannten Community-Masken sind. Ein FFP2-Schutz wäre theoretisch noch besser, die Masken müssten aber korrekt getragen werden und keinen zu großen Atemwiderstand bieten. Dass dies in vielen Fällen nicht der Fall ist, zeigt eine Untersuchung der Stiftung Warentest.

Quelle: ntv.de

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