Kleine Aerosolpartikel, die beim Atmen, Sprechen und Singen ausgestoßen werden, können mehr Coronavirus enthalten als größere Feuchtigkeitströpfchen. Und das Coronavirus könnte sich weiterentwickeln, um sich leichter über die Luft auszubreiten, schlägt eine neue Studie vor. Aber es gibt auch gute Nachrichten: Masken können helfen.
Etwa 85 Prozent der im Atem von COVID-19-Patienten nachgewiesenen Coronavirus-RNA wurden in feinen Aerosolpartikeln mit einer Größe von weniger als fünf Mikrometern gefunden, berichten Forscher in Singapur vom 6. Klinische Infektionskrankheiten. Der Befund ist der neueste Beweis dafür, dass COVID-19 hauptsächlich in feinen Tröpfchen, die stundenlang in der Luft bleiben können, über die Luft verbreitet wird, anstatt in größeren Tröpfchen, die schnell auf den Boden fallen und Oberflächen kontaminieren.
Ähnlich wie bei diesem Ergebnis fanden Donald Milton von der University of Maryland in College Park und Kollegen heraus, dass Menschen, die die Alpha-Variante trugen, 18-mal so viel virale RNA in Aerosolen hatten wie Menschen, die mit weniger ansteckenden Versionen des Virus infiziert waren. Diese Studie, die am 13. August auf medRxiv.org veröffentlicht wurde, wurde noch nicht von Experten begutachtet. Es stellte sich auch heraus, dass locker sitzende Masken die Menge an virustragenden Aerosolen um fast die Hälfte reduzieren könnten.
In einem Experiment züchtete das Maryland-Team das Virus aus den Luftproben im Labor. Dies könnte ein Beweis sein, der einige widerstrebende Experten davon überzeugen könnte, die Idee zu akzeptieren, dass sich das Virus hauptsächlich über die Luft verbreitet.
Die Debatte über die Übertragung von Aerosolen wird fast seit Beginn der COVID-19-Pandemie geführt. Im vergangenen Jahr schrieben 200 Wissenschaftler einen Brief an die Weltgesundheitsorganisation und forderten die Organisation auf, die Aerosolverbreitung des Virus anzuerkennen (SN: 7/7/20). Im April aktualisierte die WHO ihre Informationen zur Übertragung um Aerosole (SN: 18.05.21). Die US-amerikanischen Zentren für die Kontrolle und Prävention von Krankheiten hatten erst wenige Wochen zuvor Aerosole als wahrscheinlichste Ausbreitungsquelle anerkannt.
Frühere Studien an Affen haben auch gezeigt, dass mehr Viren in Aerosolen als in großen Tröpfchen gelangen. Einige Experten sagen jedoch, dass es noch immer keine direkten Beweise dafür gibt, dass sich das Virus hauptsächlich über die Luft verbreitet.
„Es gibt viele indirekte Beweise dafür, dass der Flugweg – das Einatmen – dominant ist“, sagt Linsey Marr, Bau- und Maschinenbauingenieurin am Virginia Tech in Blacksburg, die Viren in der Luft untersucht. Sie war eine von 200 Wissenschaftlern, die letztes Jahr an die WHO geschrieben haben. „‚Airborne‘ ist in Infektionsschutzkreisen ein geladenes Wort“, sagt sie und fordert von den Mitarbeitern des Gesundheitswesens, Patienten in speziellen Räumen zu isolieren, Schutzausrüstung zu tragen und andere kostspielige und ressourcenintensive Maßnahmen zu ergreifen, um die Ausbreitung der Krankheit zu stoppen. Aus diesen Gründen zögerten Infektionsschutzexperten, das Coronavirus ohne besonders starke Beweise in der Luft zu nennen.
Die meisten COVID-19-Fälle waren unter engen Haushaltskontakten – normalerweise innerhalb der 6-Fuß-Spritzzone großer Tröpfchen. Es kann schwer zu erkennen sein, ob solche Infektionen durch Kontamination mit großen Tröpfchen oder durch Einatmen derselben Luft weitergegeben wurden. Aber für andere Situationen, zum Beispiel wenn sich Gäste anstecken, während sie jemandem mit COVID-19 gegenüber einem Restaurant sitzen, sind Aerosole wirklich die einzige Erklärung, sagt Marr.
Der Maschinenbauingenieur Kwok Wai Tham von der National University of Singapore untersuchte, wie viel Virus COVID-19-Patienten produzieren, wenn sie atmen, sprechen oder singen, um die Bedenken der Skeptiker auszuräumen. „Ich tue das, um einige sehr enge Freunde zu überzeugen“, sagt er. Er und Kollegen rollten ein mobiles Labor in 22 Patientenzimmer und ließen Freiwillige ihre Köpfe in einen großen Metallkegel stecken.
Die Forscher sammelten sowohl Aerosole als auch größere Tröpfchen, die die Patienten ausatmeten, während sie 30 Minuten lang ruhig atmeten, während sie Passagen aus Dr. Seuss’ Grüne Eier und Schinken 15 Minuten lang, oder während Sie 15 Minuten lang einfache Melodien wie das Lied „Happy Birthday“, „Twinkle, Twinkle Little Star“ oder die „ABCs“ singen. Die Wissenschaftler testeten sowohl Aerosole als auch große Tröpfchen in den Luftproben auf Coronavirus-RNA und berechneten, wie viele Kopien des Nukleokapsidprotein-Gens oder N-Gens des Virus vorhanden waren. Das gibt eine Schätzung darüber, wie viel Virus in einer Probe enthalten ist.
Von den 22 Patienten, die für die Wissenschaft sangen, spuckten nur 13 nachweisbare Mengen viraler RNA aus. Im Allgemeinen erzeugte das Singen die am stärksten mit Viren beladenen Aerosole, aber einige Leute erzeugten beim Sprechen mehr. Diese Unterschiede könnten auf die Lautstärke zurückzuführen sein, mit der Freiwillige gesungen haben, sagt Tham. „Manche Leute waren schüchtern und sangen leiser. Andere waren ziemlich hemmungslos.“
Die Gesamtmenge an Viren, die die Menschen produzierten, variierte stark. Wissenschaftler wussten bereits, dass einige Menschen das Virus eher verbreiten als andere, einschließlich einiger Personen, die an Superspreading-Ereignissen beteiligt sind (SN: 18.06.20). In dieser neuen Studie waren die Unterschiede nicht auf Symptome zurückzuführen – einige asymptomatische Personen produzierten mehr Viren als Personen mit Fieber, Husten oder laufender Nase.
Nur ein Faktor stach hervor, der die Menge des emittierten Virus beeinflusste. Menschen, die sich früher im Infektionsverlauf befanden, neigten dazu, mehr Viren zu produzieren, fanden die Forscher heraus. Dies stimmt mit Daten aus Labortierstudien und anderen Humanstudien überein, die darauf hindeuten, dass Menschen in der ersten Woche nach der Ansteckung mit dem Coronavirus am ansteckendsten sind (SN: 13.03.20).
Bisher sind Thams skeptische Virologenfreunde nicht davon überzeugt, dass er bewiesen hat, dass die Aerosolübertragung der Hauptweg der COVID-19-Verbreitung ist. „Sie sagen: ‚Wir brauchen die goldenen Beweise. Zeigen Sie mir einen lebenden Virus, der aus der Luft geborgen wird’“, sagt Tham.
Virale RNA könnte Trümmer von toten Viren sein, die keine Infektion verursachen können, sagt Andrew Pekosz, ein Virologe an der Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health, der an keiner der Studien beteiligt war. “In Ermangelung infektiöser Viren ist die Bedeutung von Aerosolen für die Übertragung noch etwas unklar.”
Die Studie der Maryland-Gruppe könnte diesen Beweis liefern. In dieser Studie rezitierten Menschen mit asymptomatischen oder leichten Coronavirus-Fällen das ABC und riefen “Go Terps!” (das Maryland-Maskottchen) oder sang „Happy Birthday“ in ein ähnliches Gerät. In dieser Studie führten die Infizierten die Aktivitäten einmal mit Maske und einmal ohne Maske aus.
Ungefähr 45 Prozent der feinen Aerosolpartikel enthielten virale RNA, ebenso wie 31 Prozent der groben Aerosole mit einer Größe von mehr als 5 Mikrometern und 65 Prozent der Tröpfchen, sogenannte Fomites, die aus Abstrichen der Mobiltelefone der Freiwilligen gesammelt wurden, fanden die Forscher heraus.
Darüber hinaus könnte die erhöhte Menge an Alpha-Varianten in Aerosolen darauf hindeuten, dass sich das Coronavirus in Richtung einer effizienteren Verbreitung in der Luft entwickelt, schlagen die Forscher vor. Die Studie wurde von Mai 2020 bis April 2021 durchgeführt, bevor die Delta-Variante in den USA ihren Aufschwung begann.
Die Forscher konnten aus zwei von 66 Aerosolproben, die beide gesammelt wurden, während die Menschen Masken trugen, infektiöse Viren züchten. Keines der groben Aerosole oder Fomites lieferte irgendein infektiöses Virus.
Obwohl die Maryland-Gruppe eine effiziente Methode zur Suche nach infektiösen Viren in Aerosolen verwendet hat, wurden sie immer noch selten gefunden, sagt Pekosz. “Es wäre schwer zu behaupten, dass dies für die erhöhte Alpha-Spread verantwortlich ist.”
Laut Marr deuten die Daten jedoch darauf hin, dass sich das Coronavirus in Richtung einer effizienteren Verbreitung über die Luft entwickelt. Obwohl an der Studie nur vier mit Alpha infizierte Patienten teilnahmen, setzten diese Personen durchweg mehr Viren frei als Personen, die mit anderen Varianten infiziert waren. „Diese Ergebnisse in Kombination mit epidemiologischen Beobachtungen über die Ausbreitung von Alpha und jetzt Delta stützen die Idee, dass diese Varianten in Bezug auf die Aerosolübertragung aufgeladen sind“, sagt sie.
Die Masken, die Freiwillige in der Maryland-Studie trugen, waren meist locker sitzend. Sie reichten von einer einlagigen selbstgemachten Stoffmaske früh und entwickelten sich im Laufe der Studie über zweilagige kommerziell hergestellte Stoffmasken bis hin zu Doppelmasken, OP-Masken und einer KN95-Maske am Ende. Im Durchschnitt reduzierten die Masken die Anzahl der produzierten virushaltigen, groben Aerosole um 77 Prozent im Vergleich zu keiner Maske. Und virusbeladene Feinaerosole wurden um durchschnittlich 48 Prozent reduziert, obwohl die Reduzierung zwischen 3 Prozent und 72 Prozent lag. Masken schnitten gegen die Alpha-Variante genauso gut ab wie für andere Varianten. Frühere Studien haben gezeigt, dass gut sitzende Masken – solche, die fest am Gesicht abdichten und keine Lücken oben, unten oder an den Seiten lassen, damit das Virus ungefiltert passieren kann – die Coronavirus-Exposition um 96 Prozent reduzieren können, wenn jeder sie trägt (SN: 12.02.21).
Die neuesten Ergebnisse deuten darauf hin, dass Masken dazu beitragen können, die Menge der von Menschen abgegebenen Viren zu reduzieren, obwohl das Coronavirus immer noch entweichen kann, wenn die Gesichtsbedeckungen locker getragen werden. „Mit der Dominanz neuerer, ansteckenderer Varianten als den von uns untersuchten wird eine verstärkte Aufmerksamkeit für eine verbesserte Belüftung, Filtration, Lufthygiene und die Verwendung hochwertiger, eng anliegender Gesichtsmasken oder Atemschutzmasken … für die Bekämpfung der Pandemie immer wichtiger.“ schrieben die Forscher. Das ist besonders an Orten mit niedrigen Impfraten wichtig.
