Feinstaubexperten haben den Aerosol-Transmissionspfad der Corona-Pandemie genauer untersucht: Wie sich durch Masken, richtiges Lüften, geeignete Luftreinigung und Überkopfabsaugungen die Aerosollast und damit die Übertragung verringern lässt.
Experten haben die Rolle von Aerosolpartikeln bei der Ausbreitung von SARS-CoV-2 analysiert. Adobe Stock_crimson
Im Arbeitsausschuss „Feinstäube“ (AAF) der Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V. beschäftigen sich Ingenieure, Chemiker und Aerosolphysiker intensiv mit der Entstehung und dem Verhalten von Aerosolen und geeigneten Maßnahmen zur Luftreinigung. Gemeinsam mit Experten aus Deutschland und der Schweiz haben sie die Rolle von Aerosolpartikeln bei der Ausbreitung der SARS-CoV-2-Viren analysiert.
So kann sich SARS-CoV-2 bekanntlich auf drei Wegen ausbreiten: über den Hautkontakt mit infektiösen Oberflächen; über größere Tröpfchen, die durch infizierte Personen beim Niesen, Husten, Singen und lautem Sprechen ausgestoßen und durch die Schleimhäute von Mund, Nase und Augen aufgenommen werden; sowie über das Aus-und Einatmen von Aerosolpartikeln.
Im Unterschied zu den mittleren und größeren Partikeln werden kleine Aerosole sogar im Schlaf ausgeatmet. Die kleinen und mittleren Partikel dringen am tiefsten in die infektanfälligen Bereiche der Lunge vor und können nur mit N95-oder FFP2-Masken zurückgehalten werden, da die Hygienemasken in diesem Größenbereich ihre maximale Durchlässigkeit haben.
Sofern mittlere Partikel bis zu den Lungenbläschen vordringen, werden sie dort vorzugsweise aufgenommen und stellen schon allein durch ihr etwa 100-faches Volumen ein besonderes Infektionsrisikodar.
Vorsorgemaßnahmen gegen alle drei Infektionswege sind sorgfältiges Händewaschen, das Tragen von Atemmasken als Mund-und Nasenschutz sowie das Abstandhalten (AHA-Maßnahmen). Beim Arbeiten mit Infizierten in Krankenhäusern sind darüber hinaus Visiere beziehungsweise Schutzbrillen zum Schutz der Augen notwendig. Während Händewaschen und Abstandhalten zu den einfachsten und einsichtigsten Vorsorgemaßnahmen gehören, besteht bei den Masken viel Unkenntnis über deren Wirkung und richtiges Tragen. Das generell Positive an Masken ist, dass sie in trockener Luft – wie in stark beheizten Räumen - den Verlust an Atemfeuchte verringern, dadurch die Schleimhäute feucht halten und die Eindringtiefe des Aerosols in die Atemwege verringern.
Die Alltags- oder Community-Masken schützen vor größeren Aerosolen und Tröpfchen. Diese Masken schützen aber wenig oder nicht vor den kleinen und mittleren Schwebteilchen. Dasselbe gilt für Trennscheiben oder Gesichtsvisiere, die nur einen Spritzschutz darstellen.
Eine bessere Schutzwirkung haben N95- und FFP2-Masken, allerdings auch nur dann, wenn die Maske gut schließend und die metallverstärkte Abdichtung am Nasenrücken optimal sitzt. Die Ausbreitung von SARS-CoV-2 Viren über die kleineren und mittleren Aerosolpartikel erklärt Vielfachinfektionen in stark besetzten Innenräumen wie in Schulen, Restaurants, Bussen, Nahverkehrszügen oder Flugzeugen sowie auf Kreuzfahrtschiffen und Fähren, bei Gottesdiensten und Chorproben.
Der Ausbreitungüber den Hautkontakt wird mittlerweile ein weniger wichtiger Beitrag zumInfektionsgeschehen eingeräumt, was zu Beginn der Pandemie allerdings anders eingeschätzt wurde.
Da sich die größeren Tröpfchen wie Bälle beim Wurf verhalten, ist ihre Aufenthaltsdauer in der Luft kurz und ihre räumliche Reichweite sehr begrenzt. Luftwiderstand und Schwerkraft sorgen dafür, dass ausgestoßene Tröpfchen mit beispielsweise 0,1 mm = 100 μm Durchmesser in ruhender Luft innerhalb von etwa 10 Sekunden in nächster Nähe durch Sedimentation zu Boden sinken.
Dass solche Tröpfchen beim Schreien, Singen oder lautem Sprechen und insbesondere beim Niesen oder Husten gebildet werden, begründet die Abstandsregel 1,5 bis 2 m. In Innenräumen wird das Absinken der größeren Teilchen durch den Auftrieb der warmen Atemluft leicht verzögert.
Bei den kleinen und mittleren Aerosolen ist der Auftrieballerdings so stark, dass die Teilchen zunächst in Richtung Decke aufsteigen und sich von dort ausbreiten. Sie haben ein völlig anderes Ausbreitungsverhalten als die größeren Tröpfchen. Aerosolpartikel sinken nicht sofort herab, sondern schweben längere Zeit in der Luft und werden durch Strömung und Verwirbelung verbreitet und vermischt.
Im Gegensatz zu den Tröpfchen entstehen feinste Partikel auch bereits beim normalen Atmen, da sie in den unteren Atemwegen im Bereich der Lungenbläschen gebildet werden. Nicht nur forciertes Atmen wie beim Sport oder Singen vergrößert die Emission extrem. Auch die individuelle Schwankungsbreite dieser Aerosolerzeugung ist groß.
Unterschiede von Person zu Person um den Faktor 100 bei Ruheatmung oder normalem Sprechen kommen durchaus vor, unabhängig von Lungenvolumen, Atemtiefe, Alter oder Vorerkrankungen. Einige von uns sind daher Superemitter, ohne dass es den Betreffenden überhaupt bewusst ist. Die Emissionskonzentrationen dieser kleinen Aerosolpartikel aus dem Mund wachsen beim Sprechen und Singen linear mit der Lautstärke an. Auch diese sind individuell bis um den Faktor 10 verschieden – auch für diese Größenklasse gibt es Superemitter.
Infizierte Superemitter können somit „Superspreader“ sein, dadurch besonders intensiv zu Infektionen beitragen und möglicherweise viele Personen gleichzeitig anstecken. Durch Sprechen, Singen und Husten werden zusätzlich größere Partikel emittiert.
Beim Niesen werden die größten Partikel überhaupt emittiert. Der größere Teil der Infektionen wird von einem kleinen Teil der Infizierten verursacht. Exhalierte Tröpfchen, die aus wässrigen und/oder schleimbelegten Lösungen bestehen, haben - abhängig von Temperatur und Feuchte in der Luft - ein sehr dynamisches Verhalten.
In trockener, warmer Luft wird der wässrige Teil verdunsten, die Tröpfchen schrumpfen und erhöhen damit die Aufenthaltszeit in der Luft. Es ist daher vorteilhaft, die relative Feuchte in Innenraumluft nicht zu stark absinken zu lassen, um die Aerosolpartikellebensdauer durch Abtrocknen nicht zu erhöhen.
Darüber hinaus ist eine nicht zu niedrige Luftfeuchte für die physiologische Funktion der menschlichen Schleimhäute vorteilhaft. Wegen relativ rascher Verdünnung und der begrenzten Lebenszeit ist die Ansteckungsgefahr durch Viren in der Außenluft in den meisten Fällen gering.
Wenn bei großen Familienfeiern oder auch auf den Anti-Corona-Demonstrationen Mund-und Nasenschutz sowie das Einhalten der Abstandsregel missachtet werden, kommen alle Ausbreitungswege gleichzeitig zusammen.
Deutlich am größten ist die Covid-19-Infektionsgefahr in Innenräumen ohne maschinelle Lüftung und in Räumen mit hohem Umluftanteil, wenn sich dort mehrere oder viele Personen aufhalten und nicht oder zu wenig gelüftet wird. Hier können sich virenbelastete Aerosole in den Räumen anreichern und das Infektionsrisiko erhöhen; dies gilt auch beim Tragen von Mund-und Nasenschutz.
Wichtig sind intensives und wirksames Lüften (Fensterlüften) als eine einfache und kostengünstige Maßnahme oder maschinelle Lüftung mit möglichst hohem Außenluftanteil und wirksamer Filterung unvermeidlicher Umluftanteile. Der Infektionsschutz vor virenbelasteten Aerosolpartikeln durch Lüftungstechnik ist daher wichtig für die derzeitige Situation und die feuchtkalten Wintermonate, aber gleichzeitig in der technischen Realisierung vermutlich am anspruchsvollsten.
Die wichtigsten Empfehlungen im Einzelnen
Stellungnahme des Arbeitsausschusses Feinstäube (AAF) von DECHEMA/ProcessNet, GDCh und KRdL
Das neu identifizierte Coronavirus SARS-CoV-2 verursacht die "Corona virus disease 2019" (Covid-19) und ist Auslöser der COVID-19-Pandemie.
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