In den 1970er Jahren, als ich in Südkalifornien aufwuchs, war die Luft so verschmutzt, dass ich regelmäßig von der High School nach Hause geschickt wurde, um „Schutz zu suchen“. Auf den ersten Blick gibt es nicht viele Gemeinsamkeiten zwischen dem Aufenthalt zu Hause wegen der Luftverschmutzung und dem Aufenthalt zu Hause zur Bekämpfung der Coronavirus-Pandemie, aber im Grunde haben beide viel mit Aerosolen zu tun.
Aerosole sind die winzigen schwebenden Verschmutzungspartikel, aus denen der berühmte Smog von Los Angeles besteht, die Staubpartikel, die man in einem Sonnenstrahl schweben sieht, und auch die kleinen Flüssigkeitströpfchen, die aus dem Mund entweichen, wenn man spricht, hustet oder atmet. Diese kleinen schwebenden Flüssigkeitströpfchen können Teile des Coronavirus enthalten und wesentlich zu seiner Verbreitung beitragen.
Wenn Sie jetzt nach draußen gehen, werden Sie wahrscheinlich Menschen sehen, die Masken tragen und sich sozial distanzieren. Diese Maßnahmen sollen zum großen Teil verhindern, dass Menschen Aerosole verbreiten oder einatmen.
Ich bin Professor für Maschinenbau und beschäftige mich mit Aerosolen und Luftverschmutzung. Je mehr Menschen verstehen, wie Aerosole funktionieren, desto besser können sie vermeiden, das Coronavirus zu bekommen oder zu verbreiten.
Aerosole sind überall
Ein Aerosol ist eine Ansammlung kleiner flüssiger oder fester Partikel, die in der Luft schweben. Sie sind überall in der Umwelt vorhanden und können aus allem bestehen, was klein genug ist, um zu schweben, wie Rauch, Wasser oder Coronavirus-haltiger Speichel.
Wenn ein Mensch hustet, spricht oder atmet, wirft er zwischen 900 und 300.000 flüssige Partikel aus seinem Mund. Die Größe dieser Partikel reicht von mikroskopisch klein – ein Tausendstel der Breite eines Haares – bis zur Größe eines feinen Sandkorns am Strand. Ein Husten kann sie mit einer Geschwindigkeit von bis zu 60 mph ausstoßen.
Die Größe der Partikel und die Luftströmungen beeinflussen, wie lange sie in der Luft bleiben. In einem ruhigen Raum können winzige Partikel wie Rauch bis zu acht Stunden lang in der Luft bleiben. Größere Partikel fallen schneller aus der Luft und landen nach ein paar Minuten auf Oberflächen.
Indem man sich einfach in der Nähe anderer Menschen aufhält, kommt man ständig mit Aerosolen aus deren Mund in Kontakt. Während einer Pandemie ist das ein wenig besorgniserregender als sonst. Aber die wichtige Frage ist nicht, ob es ausgeatmete Aerosole gibt, sondern wie infektiös sie sind.
Aerosole als Virusübertragungssysteme
Das neue Coronavirus, SARS-CoV-2, ist winzig, etwa 0,1 Mikrometer – etwa 4 Millionstel eines Zolls – im Durchmesser. Aerosole, die von Menschen beim Atmen, Sprechen und Husten erzeugt werden, sind in der Regel zwischen 0,7 und etwa 10 Mikrometer groß – für das bloße Auge völlig unsichtbar und können leicht in der Luft schweben. Bei diesen Partikeln handelt es sich meist um biologische Flüssigkeiten aus dem Mund und der Lunge des Menschen, die Teile des genetischen Materials von Viren enthalten können.
Forscher wissen noch nicht, wie viele einzelne Stücke von SARS-CoV-2 ein durch den Husten einer infizierten Person erzeugtes Aerosol enthalten könnte. In einer Preprint-Studie, die sich derzeit in der Begutachtung befindet, schätzten die Forscher jedoch anhand eines Modells, dass eine Person, die in einem Raum steht und spricht, bis zu 114 infektiöse Dosen pro Stunde freisetzen könnte. Die Forscher sagen voraus, dass diese aerosolierten Speichelreste leicht andere Menschen infizieren würden, wenn dies in öffentlichen Räumen wie einer Bank, einem Restaurant oder einer Apotheke geschähe.
Ein weiterer Punkt, der zu berücksichtigen ist, ist, wie leicht diese Partikel eingeatmet werden können. In einer kürzlich durchgeführten Computermodellstudie fanden Forscher heraus, dass Menschen am ehesten die Aerosole einer anderen Person einatmen würden, die spricht und hustet, während sie weniger als einen Meter entfernt sitzen.
Das klingt zwar schlimm, aber der tatsächliche Prozess von der Exposition bis zur Infektion ist ein kompliziertes Zahlenspiel. Oft sind die Viruspartikel, die in Aerosolen gefunden werden, beschädigt. Eine Studie über das Grippevirus ergab, dass nur 0,1 % der von einer Person ausgeatmeten Viren tatsächlich infektiös sind. Auch das Coronavirus beginnt abzusterben, sobald es den Körper verlassen hat, und bleibt bis zu drei Stunden lang in der Luft lebensfähig. Und natürlich enthält nicht jedes Aerosol, das von einer infizierten Person stammt, das Coronavirus. Der Zufall spielt eine große Rolle.
Die Gesundheitsbehörden wissen immer noch nicht, ob direkter Kontakt, indirekter Kontakt über Oberflächen oder Aerosole der Hauptübertragungsweg für das Coronavirus sind. Aber alles, was Experten wie ich über Aerosole wissen, deutet darauf hin, dass sie ein wichtiger Übertragungsweg sein könnten.
Beweise für die Übertragung durch Aerosole
Es ist fast unmöglich, die Virusübertragung in Echtzeit zu untersuchen, daher haben sich die Forscher auf Umweltproben und die Rückverfolgung von Kontakten verlegt, um die Verbreitung des Coronavirus in Aerosolen zu untersuchen. Diese Forschungen laufen sehr schnell ab und werden größtenteils noch von Fachleuten geprüft, aber diese Studien bieten äußerst interessante, wenn auch vorläufige Informationen.
Um die Umwelt zu testen, nehmen die Forscher einfach Luftproben. In Nebraska fanden Wissenschaftler in einem Krankenhaus SARS-CoV-2 in der Luft. Auch in China fanden Wissenschaftler das Virus in der Luft mehrerer Krankenhäuser und eines Kaufhauses.
Aber Umweltproben allein können die Übertragung durch Aerosole nicht beweisen.
Ein Restaurant in Guangzhou, China, war am 23. Januar Schauplatz eines kleinen Ausbruchs und bietet einen direkten Beweis für die Übertragung durch Aerosole. Die Forscher glauben, dass eine infizierte, aber asymptomatische Person an einem Tisch in dem Restaurant saß. Aufgrund der Luftströme, die durch die Klimaanlage im Raum zirkulierten, infizierten sich die Personen, die an zwei anderen Tischen saßen, wahrscheinlich durch Aerosole.
Insgesamt deuten die Beweise darauf hin, dass es viel riskanter ist, sich in Innenräumen aufzuhalten als im Freien. Der Grund dafür ist der fehlende Luftstrom. Es dauert zwischen 15 Minuten und drei Stunden, bis ein Aerosol durch ein Belüftungssystem nach draußen gesaugt wird oder durch ein offenes Fenster hinausfliegt.
Eine weitere Preprint-Studie über Ausbrüche in Japan deutet darauf hin, dass die Wahrscheinlichkeit einer direkten Übertragung in Innenräumen fast 20 Mal höher ist als im Freien. In Singapur konnten die Forscher die ersten drei Ausbrüche direkt auf einige Geschäfte, ein Bankettessen und eine Kirche zurückführen.
Im Freien verschwinden diese potenziell infektiösen Aerosole in der Weite der Atmosphäre und sind weit weniger bedenklich. Natürlich ist es möglich, sich im Freien mit dem Virus anzustecken, wenn man in engem Kontakt mit einer kranken Person steht, aber das scheint sehr selten zu sein. Forscher in China fanden heraus, dass nur einer von 314 untersuchten Ausbrüchen auf einen Kontakt im Freien zurückgeführt werden konnte.
In letzter Zeit gab es Bedenken wegen der Übertragung durch Aerosole beim Laufen und Radfahren. Auch wenn sich die Wissenschaft in diesem Bereich noch in der Entwicklung befindet, ist es wahrscheinlich ratsam, anderen Radfahrern oder Läufern etwas mehr Platz als üblich einzuräumen.
Wie man die Übertragung von Aerosolen verringert
Nach all diesen Erkenntnissen darüber, wie Aerosole entstehen, wie sie sich bewegen und welche Rolle sie bei dieser Pandemie spielen, stellt sich natürlich die Frage: Was ist mit Masken?
Die Zentren für Krankheitskontrolle und -prävention empfehlen das Tragen einer Gesichtsmaske in jeder öffentlichen Umgebung, in der eine soziale Distanzierung schwer möglich ist. Der Grund dafür ist, dass selbstgemachte Masken wahrscheinlich ganz gut verhindern können, dass Aerosole den Mund verlassen. Die Beweise sprechen im Allgemeinen für ihre Verwendung, und immer mehr Forschungsergebnisse zeigen, dass Masken bei der Reduzierung von SARS-CoV-2 in der Luft sehr wirksam sein können. Masken sind nicht perfekt, und es laufen derzeit weitere Studien, um herauszufinden, wie wirksam sie wirklich sind, aber diese kleine Vorsichtsmaßnahme könnte dazu beitragen, die Pandemie zu verlangsamen.
Abgesehen vom Tragen einer Maske sollten Sie den gesunden Menschenverstand und die Ratschläge der Gesundheitsbehörden befolgen. Meiden Sie überfüllte Innenräume so weit wie möglich. Üben Sie sich in sozialer Distanz, sowohl drinnen als auch im Freien. Waschen Sie sich häufig die Hände. All diese Maßnahmen tragen dazu bei, die Verbreitung des Coronavirus zu verhindern und können Sie davor bewahren, sich anzustecken. Es gibt zahlreiche Beweise dafür, dass COVID-19 durch das Einatmen von Partikeln in der Luft übertragen wird, aber durch sorgfältiges Befolgen der Ratschläge von Experten können Einzelpersonen das Risiko, das sie darstellen, minimieren.