MainzWo ist die Gefahr am größten, sich mit Sars-CoV-2 anzustecken? Das wollen viele wissen, seitdem im Herbst die Zahl der offiziell gemeldeten Infektionsfälle wieder nach oben gegangen ist. Wie gefährdet ist man im Büro, bei der Familienfeier, der Chorprobe oder im Unterricht? Das haben sich Forscher des Max-Planck-Instituts für Chemie (MPIC) in Mainz und des Cyprus Instituts auf Zypern gefragt. Sie haben eine Studie dazu veröffentlicht und einen einfachen Risikorechner entwickelt, um die Wahrscheinlichkeit von Infektionen in Innenräumen zu berechnen – abhängig von verschiedenen Bedingungen.

Die Forscher gehen dabei von der These aus, dass neben Tröpfchen und dem direkten Kontakt auch Aerosolpartikel bei der Übertragung von Coronaviren eine wichtige Rolle spielen. „Aerosole entstehen beim Atmen, Husten oder Niesen, aber auch beim Reden und Singen“, heißt es in der Mitteilung des Instituts. „Anders als Tröpfchen fallen sie nicht schnell zu Boden, sondern können längere Zeit in der Luft bleiben und sich im ganzen Raum verteilen.“ Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) hat die Aerosol-These anerkannt. Sogenannte Superspreading-Ereignisse bei Chorproben, Kirchenveranstaltungen und Familienfeiern erhärteten die These, dass in Innenräumen, in denen viele Menschen längere Zeit zusammen sind, die Gefahr besonders groß ist, sich auch über Aerosole mit dem Coronavirus anzustecken.

Schulen oder Geschäfte sollen Infektionsrisiko selbst ausrechnen können

„Doch wie hoch ist das Infektionsrisiko wirklich? Und wie stark lässt es sich durch Maskentragen, Lüften und Abstandhalten reduzieren?“, fragen die Forscher des MPIC. Und sie entwickelten dafür einen Algorithmus. Dieser beruht nach Angaben der Forscher „unter anderem auf Messdaten zur Virenlast in Aerosolen, zur Menge der Schwebteilchen, die Menschen bei verschiedenen Aktivitäten abgeben, und zum Verhalten der Partikel in Räumen“. Eine große Unsicherheit sei dabei die Anzahl an Viren in den Aerosolen, heißt es in der Mitteilung weiter. Sie könne sich stark unterscheiden. Auch berücksichtige das Modell nicht das Risiko, sich durch größere Tröpfchen anzustecken, wenn man mit einem Virusträger auf kurze Distanz Kontakt habe. „Der Ansatz kann vielmehr die AHA-L-Regeln ergänzen“, heißt es. Die Buchstaben stehen für Abstand, Hygiene, Alltagsmaske und regelmäßiges Lüften.

„Wir möchten einen Beitrag leisten, damit zum Beispiel eine Schule oder ein Geschäft selbst ausrechnen kann, wie hoch das Infektionsrisiko in den Räumen ist und wie effektiv welche Sicherheitsmaßnahme ist“, sagt Jos Lelieveld, Direktor am MPIC und Erstautor der in der Fachzeitschrift „International Journal of Environmental Research and Public Health“ veröffentlichten Studie. Das Risiko kann man berechnen lassen, indem man den sogenannten Risiko-Kalkulator auf den Seiten des Instituts nutzt. Hier lassen sich verschiedene Parameter wie Raumgröße, Personenzahl und Dauer des Aufenthaltes eintragen. Man kann zwischen verschiedenen Szenarien wählen: einem Klassenraum, einem Büro, einer Feier und einer Chorprobe. Auch Experten können den Rechner nutzen. So lassen sich die Infektionsdosis, die Viruskonzentration des Infizierten und die Überlebenszeit des Virus in der Luft flexibel einstellen. Ebenso die Effizienz der Lüftung, der Luftfilter und der Gesichtsmasken.

Die Forscher stellten den Berechnungen bestimmte Annahmen zugrunde. „So atmet ein Erwachsener durchschnittlich etwa zehn Liter Luft pro Minute ein und wieder aus“, heißt es in der Mitteilung. Als infektiöse Dosis werden etwa 300 Viren beziehungsweise RNA-Kopien pro Person angenommen. Die Wissenschaftler geben ein Beispiel für die Risikoberechnung. Angenommen wird, dass eine Schulklasse in einem 60 Quadratmeter großen und drei Meter hohen Klassenraum sitzt. Sie besteht aus 25 Schülern älter als zehn Jahre. Sie haben täglich sechs Stunden Unterricht. Zwischen ihnen sitzt ein Schüler, der zwei Tage lang hoch infektiös ist. 

Hoch infektiös sei eine infizierte Person in der Regel nur wenige Tage, erklären die Autoren. Von den Personen, die positiv auf das Coronavirus getestet wurden, seien immer etwa 20 Prozent hoch infektiös. Sie seien nicht zu verwechseln mit den sogenannten Superspreadern, von denen bisher nicht bekannt sei, wie häufig sie auftreten.

Aus der geschilderten Situation in der Schulklasse schlussfolgern die Forscher anhand ihres Algorithmus: „Die Wahrscheinlichkeit, dass sich eine bestimmte Person unter diesen Umständen infiziert, liegt laut Rechnung bei knapp 10 Prozent, die, dass sich eine beliebige Person ansteckt, jedoch bei über 90 Prozent.“ Das bedeutet, dass sich mit größter Wahrscheinlichkeit mindestens einer im Raum ansteckt. Man weiß nur noch nicht, wen und wie viele es genau trifft.

„Unsere Berechnungen zeigen, dass man das Infektionsrisiko durch regelmäßiges Stoßlüften etwa um die Hälfte, durch zusätzliches Maskentragen sogar um einen Faktor fünf bis zehn senken kann“, erklärt der Atmosphärenforscher Jos Lelieveld. Am Beispiel der Schulklasse heiße dies: Werde der Klassenraum ein Mal pro Stunde gelüftet, reduziere sich die Wahrscheinlichkeit einer Ansteckung auf 60 Prozent. Trügen zudem alle Schüler Masken, sinke das Infektionsrisiko auf etwa 24 Prozent. Nehme nur die Hälfte der Schüler am Unterricht teil, betrage das Risiko 12 Prozent. Das individuelle Risiko, sich anzustecken, liege bei einem Prozent.

Lüften kann den Berechnungen zufolge etwas bringen

Der Algorithmus regt dazu an, verschiedene Situationen durchzuspielen. Wie groß ist zum Beispiel die Ansteckungsgefahr in einem ungelüfteten Büro, 40 Quadratmeter groß und drei Meter hoch, in dem vier Kollegen sitzen, von denen einer ansteckend ist? Geht man davon aus, dass die Kollegen normal reden, keine Masken tragen und zwei Arbeitstage beisammensitzen, dann beträgt die Wahrscheinlichkeit, dass sich mindestens ein weiterer Teilnehmer ansteckt, 47 Prozent. Das individuelle Risiko liegt dem Algorithmus zufolge bei 19 Prozent.

Wenn alle Personen eine Alltagsmaske aus zweilagigem Stoff tragen, dann sinkt die Infektionswahrscheinlichkeit im Büro auf 22 Prozent, das individuelle Risiko auf 8 Prozent. Auch einmaliges Stoßlüften pro Stunde hat einen ähnlichen Effekt – sogar, wenn die Büro-Mitarbeiter keine Masken tragen. Trägt man Daten ein, die einen gut belüfteten Supermarkt kennzeichnen (obwohl es eine direkte Rubrik Supermarkt nicht gibt), dann sinkt das individuelle Ansteckungsrisiko auf 0,0069 Prozent, mit dem Tragen von Masken sogar auf 0,0034 Prozent. Vorausgesetzt, man hält sich eine halbe Stunde dort auf, etwa 50 Leute sind im 400 Quadratmeter großen Supermarkt und einer von ihnen ist ansteckend.

Dies sind sicher alles nur Richtwerte. Das Ansteckungsrisiko hängt von vielen Dingen ab. Sicher auch davon, wie viele Personen ansteckend sind. Auf einige Unsicherheiten gehen die Forscher in ihrer Studie selbst ein. Sie lägen unter anderem in Annahmen zur Überlebensdauer der Sars-CoV-2 Viren in der Luft oder der Virusmenge, die ein Infizierter abgibt, heißt es in der Mitteilung. „Unseren Annahmen liegt der derzeitige Stand der Wissenschaft zugrunde“, sagt Frank Helleis, Physiker am MPIC. „In der Rechnung stecken mehrere Variablen und Annahmen.“

So mache es etwa einen Unterschied, ob Menschen in einem Raum sprechen und singen und wie viele es sind, wie hoch die Viruskonzentration im Speichel ist und wie oft die Luft im Raum gewechselt wird. Jeder Faktor aber gehe „über einen einfachen Dreisatz in die Kalkulation ein“, sagt Helleis, der die Rechenbasis erstellt hat. Er und seine Kollegen seien überzeugt, dass ihr Algorithmus vielen helfen könne, das Risiko von Infektionen in Innenräumen besser zu verstehen und durch geeignete Maßnahmen zu verringern, teilt das Institut mit.