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Kommentar – Neue Empfehlungen für die Verwendung von Gesichtsmasken aus Stoff

Kommentar
16.04.2020 Matthew E. Levison, MD, Adjunct Professor of Medicine, Drexel University College of Medicine

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Bis vor Kurzem erklärte die US-amerikanische CDC, dass die allgemeine Bevölkerung in der Öffentlichkeit keine Masken zu tragen braucht (1, 2). Die Menschen wurden nur angewiesen, einen Abstand von 2 Meter zu anderen Personen einzuhalten.

Mit der wachsenden Beweislage, dass Personen ohne Symptome und vor dem Auftreten von Symptomen SARS-CoV-2 weiterverbreiten können, und dass der empfohlene Abstand von 1 oder 2 Metern wahrscheinlich die Entfernung und die Zeit unterschätzt, die eine Wolke mit Atemwegsausscheidungen zurücklegen kann (7 bis 8 Meter) (3), rät die CDC der allgemeinen Bevölkerung nun, selbst hergestellte Stoffmasken (da chirurgische und N95-Masken kaum verfügbar sind) zu tragen, falls der Abstand nicht eingehalten werden kann – insbesondere in Bereichen, in denen gesellschaftlich bedingt eine erhebliche Übertragung stattfinden kann (4). Obwohl die Rolle der Atemwegsausscheidungen bei der Übertragung bisher noch nicht endgültig bestimmt ist, verdeutlicht ein früh in der USA-Epidemie aufgetretenes Ereignis die Bedeutung der SARS-CoV-2-Übertragung durch die Menschen, die infiziert sind, jedoch keine Symptome zeigen. Ebenso wie die Bedeutung der Wolke mit Atemwegspartikeln, die durch die üblichen Atmungsvorgänge wie Sprechen, Atmen oder sogar Singen erzeugt wird.

Am 10. März 2020 übten 60 Chormitglieder für 2½ Stunden in einer Kirche in Skagit County, Washington State. Obwohl COVID-19 bereits in der Region Seattle, ungefähr eine Stunde Fahrzeit entfernt, aufgetreten war, waren zu diesem Zeitpunkt noch keine Verbote für große Menschenansammlungen ausgesprochen und keine lokalen Fälle gemeldet worden (5). Obwohl niemand hustete, nieste oder krank erschien, alle ihre eigenen Notenblätter mitgebracht hatten und direkter körperlicher Kontakt vermieden wurde, wurde innerhalb der nächsten 3 Wochen bei 28 Chormitgliedern COVID-19 diagnostiziert. Weitere 17 erkrankten und zeigten typische Symptome, 3 wurden ins Krankenhaus eingewiesen und 2 verstarben.

Dieser Vorfall ähnelt mehreren bekannten Tuberkulose(TBC)-Ausbrüchen, bei denen durch das Singen einer infizierten Person offenbar viele andere Chormitglieder infiziert wurden. Bei einem TBC-Ausbruch in einem Internat war die TBC-Rate zum Beispiel bei jenen, die mit der als erstes infizierten Person in einem Chor sangen, höher als bei jenen, die mit dieser Person einen Schlafsaal oder die Mahlzeiten teilten, aber nicht Mitglieder des Chors waren (6). TBC ist ein Musterbeispiel für eine Infektion, die von winzigen, mit der Luft übertragenen infektiösen Teilchen (Partikeln) in der Größe von 5 Mikrometern oder kleiner, übertragen wird. Diese Partikel werden als Aerosole bezeichnet. Aerosole werden von denjenigen, die Lungen- oder Kehlkopftuberkulose haben, während des Hustens, Rufens oder Singens erzeugt (7).

Was sind Aerosole?

Aerosole sind Teil einer großen Ansammlung von Partikeln, die sich in den Ausscheidungen der Atemwege befinden und die einen Durchmesser in der Größe von weniger als 1 bis hin zu 20 Mikrometern haben. Sie können lebensfähige infektiöse Organismen enthalten. Wenn jemand spricht, singt, hustet oder niest werden sie in die Umgebungsluft ausgestoßen. Es wurde gezeigt, dass Singen die gleiche Menge an Partikeln in der Größe von Aerosolen erzeugt, wie Husten (8). Die größeren Partikel setzen sich schnell innerhalb mehrerer Meter Reichweite auf nahegelegenen Oberflächen in der Umgebung ab. Wie von Wells gezeigt wurde (9), beginnen sie dort durch Verdunstung Wasser zu verlieren. Die größeren Partikel können sich auch auf die Schleimhautoberflächen der Augen, Mund oder Nase einer Person absetzen, die sich in der Nähe befindet. Kleinere Partikel setzen sich langsamer ab, verdunsten und werden zu „Tröpfchenkernen“, die so klein (5 Mikrometer oder weniger) und so leicht sind, dass sie für mehrere Stunden frei in der Luft schweben können. Wenn keine Luftströme vorhanden sind, verteilen sich die Tröpfchenkerne langsam. Wenn sie durch Luftströme verweht werden, können diese Partikel weit über den 2-Meter-Bereich hinaus verbreitet werden, den die CDC derzeit als einen sicheren Vermeidungsumkreis angibt. Falls Partikel eingeatmet werden, setzen sie sich in der Größe von Tröpfchenkernen in den unteren Atemwegen ab (10).

Das Ausmaß der Verunreinigung der Umgebung mit SARS-CoV-2 kann erheblich sein. Die RNA des Virus wurde rund um das Bett und die Toilette eines COVID-19-infizierten Patienten nachgewiesen. Vermutlich wurde sie durch die Verbreitung großer Atemwegströpfchen und Stuhlausscheidungen dort abgelagert (11). Die RNA von SARS-CoV-2 wurde außerdem im Abluftausgang des Belüftungssystems im Krankenhauszimmer dieses Patienten nachgewiesen. Wahrscheinlich war sie in Form von Tröpfchenkernen mit dem Luftstrom große Strecken vom Bett des Patienten weg gewandert (11). Es wurden jedoch keine Viruskulturen angelegt, die zeigen, dass das Virus lebendig und in der Lage war, eine Infektion zu verursachen.

Die Fähigkeit, Infektionen zu verursachen, hängt bei Organismen in großen oder kleinen Tröpfchen von den Überlebenseigenschaften ab, über die der einzelne Krankheitserreger auf Oberflächen in der Umgebung oder in Aerosolen verfügt. Und zudem von der Anfälligkeit für Infektionen, die die verschiedenen Gewebe, die diesen Organismen ausgesetzt sind, aufweisen (und die mit den Rezeptoren auf den Oberflächen der Wirtszellen zusammenhängt). Eine jüngste Studie zeigte, dass SARS-CoV-2 unter den Laborbedingungen des Experiments für bis zu 24 Stunden auf Karton, für 48 Stunden auf Edelstahl, für 72 Stunden auf Plastik und mindestens 3 Stunden in Aerosolform überleben kann (12).

 

Übertragung

Der spezielle Zellrezeptor, der das sogenannte Spike-Protein auf der Oberfläche von SARS-CoV-2 bindet und den Eintritt des Virus in seine Zielwirtszelle vermittelt, ist das Angiotensin-konvertierende Enzym 2 (Angiotensin-Converting Enzyme 2, ACE2). Dieser Rezeptor wird auf der Oberfläche der obersten Zellschicht, die die Nase auskleidet (Nasenepithel), den Zellen des Epithels der Lungenbläschen und den Epithelzellen des Dünndarms (den Enterozyten) exprimiert (13, 14). Dies stimmt damit überein, dass in Nasenabstrichen eine höhere Anzahl von SARS-CoV-2-Partikeln nachgewiesen werden kann als in Rachenabstrichen (15).

SARS-CoV, das menschliche Coronavirus, das 2002–2003 mit 8.096 bestätigten Fällen in über 25 Ländern eine weltweite Epidemie verursacht hat, ist mit SARS-CoV-2 genetisch verwandt, doch die virologischen Dynamiken unterscheiden sich. Die Virusmenge (Virustiter) stieg bei SARS-CoV nach dem Einsetzen der Symptome mit der Zeit an und erreichte ihren Höhepunkt etwa 10 Tage nach dem Einsetzen der Symptome. Dies deutet darauf hin, dass die Übertragbarkeit nach dem Einsetzen der Symptome mit der Zeit zunimmt (16). Im Gegensatz dazu werden Virustiter von SARS-CoV-2 schon bald nach dem Einsetzen der Symptome nachgewiesen. Bei einigen Patienten kann SARS-CoV-2 bereits vor dem Einsetzen der Symptome nachgewiesen werden, und die Virustiter von Patienten ohne Symptome ähneln denen von Patienten mit Symptomen. Dies sind Hinweise darauf, dass Patienten ohne Symptome (asymptomatische Patienten) und Patienten, die noch vor dem Auftreten von Symptomen stehen (präsymptomatische Patienten), SARS-CoV-2 bereits übertragen können (17).

Diese virologischen Befunde stehen im Einklang mit Berichten über die Übertragung von SARS-CoV-2 durch asymptomatische und präsymptomatische Patienten und die Übertragung früh im Verlauf einer Infektion mit Symptomen. Es gibt mehrere epidemiologische Studien aus China, die eine Übertragung von SARS-CoV-2 durch Virusträger ohne Symptome oder eine Übertragung während der Inkubationszeit vor dem Auftreten von Symptomen berichten (18–23). In Deutschland trat spät im Januar 2020 bei einem Autoteile-Lieferant eine Häufung von 16 Infektionsfällen auf, als eine chinesische Mitarbeiterin aus Shanghai, die noch keine oder nur leichte Symptome zeigte, an mehreren Geschäftsbesprechungen in München, Deutschland, teilnahm, ohne deutlich zu bemerken, dass sie krank war (24). Sie bemerkte unübliche Brust- und Rückenschmerzen und war über ihren gesamten Aufenthalt hinweg müde, was sie einem Jetlag zuschrieb. Die Eltern der Frau, die in Wuhan leben, hatten sie kürzlich ihr Shanghai besucht und wurden später positiv auf COVID-19 getestet. Sie bemerkte ihre Erkrankung erst, als sie zurück in China war.

In den USA trat ein ähnlicher Vorfall auf, bei dem 3 Mitarbeiter eines Biotechnologie-Unternehmens in Massachusetts, die bei einer Unternehmensbesprechung in Boston noch keine Symptome zeigten, später positiv auf das Virus getestet wurde. Anschließend wurden 15 Mitarbeiter, die an der Besprechung teilgenommen haben, mit COVID-19 diagnostiziert und einige von ihnen trugen die Infektion zurück in ihre Heimatstaaten. Massachusetts sagt aus, dass mehr als die Hälfte seiner 179 derzeit bestätigten COVID-19-Fälle mit diesem Treffen der Biotechnologie-Firma in Boston in Verbindung gebracht wurden (25).

Eine Studie aus Singapur untersuchte die Häufung von Infektionsfällen, bei denen wahrscheinlich eine Übertragung vor dem Auftreten von Symptomen stattgefunden hat. In vier dieser Fallhäufungen, für die das Datum, an dem der erste Kontakt mit dem Virus stattgefunden hat, bestimmt werden konnte, lag dieser erste Kontakt 1 bis 3 Tage vor dem Einsetzen der Symptome (26). Ähnlich dazu wurde in einer Studie über Ausbrüche in Singapur und Tianjin, China, eine Übertragung vor dem Auftreten der Symptome gezeigt, die im Durchschnitt 2,55 und 2,89 Tage vor dem Einsetzen der Symptome stattgefunden hat. In dieser Studie waren die seriellen Intervalle (d. h. die Zeit zwischen dem Auftreten aufeinanderfolgender Fälle in eine Reihe von Übertragungen) kürzer als die Zeiträume der Inkubation in Singapur und Tianjin. Dies deutet darauf hin, dass eine Übertragung vor dem Auftreten von Symptomen stattgefunden hat (27).

Ohne Symptome positiv für SARS-CoV-2 zu sein ist relativ häufig. Während des COVID-19-Ausbruchs auf dem Kreuzfahrtschiff Diamond Princess, das in Yokohama unter Quarantäne gestellt wurde, zeigten von insgesamt 3.063 getesteten Passagieren und Besatzungsmitgliedern geschätzte 18 % der 634 Personen, die positiv auf SARS-CoV-2 getestet wurden, keine Symptome. Und von den japanischen Staatsbürgern, die aus Wuhan evakuiert worden waren, zeigten geschätzte 33 % der positiv getesteten keine Symptome (28). Die Chinese National Health Commission berichtet nun, dass von 885 kürzlich aufgetretenen Infektionen 601 (68 %) ohne Symptome waren (29). Und die US-amerikanische CDC berichtet jetzt, dass 25 % der mit SARS-CoV-2 infizierten Personen keine Symptome zeigen (30).

 

Zusammenfassung

COVID-19 breitet sich durch Atemwegströpfchen schon früh im Verlauf einer Infektion mit Symptomen auf andere Menschen aus, die in engem Kontakt stehen, oder die Ausbreitung erfolgt durch den Kontakt mit verunreinigten Objekten und Oberflächen. Die Erkrankung breitet sich manchmal auch ausgehend von Virusträgern ohne Symptome und bereits mehrere Tage vor dem Einsetzen von Symptomen aus. Da Personen ohne Symptome das Virus übertragen können, ist es wahrscheinlich nicht genug, dass nur kranke Personen dazu aufgefordert werden, zu Hause zu bleiben oder Masken zu tragen. Um zu verhindern, dass diejenigen, die das Virus ohne es zu wissen tragen, das Virus weiterverbreiten, muss jeder dazu aufgefordert werden, zu Hause zu bleiben und in der Öffentlichkeit Masken zu tragen. In Anbetracht der Entfernung, die eine Wolke mit Atemwegsausscheidungen zurücklegen kann (7 bis 8 Meter) (3), sollten Masken in der Öffentlichkeit zu jeder Zeit getragen werden, und nicht nur dann, wenn das Einhalten des 2-Meter-Abstands nicht möglich ist. Die Übertragung von SARS-CoV-2 durch Aerosole ist bei COVID-19-Patienten, die Verfahren wie einer Intubation unterzogen werden, bei denen Aerosole entstehen, durch die WHO und die CDC anerkannt. Eine Übertragung durch Aerosole ist jedoch auch unter anderen Umständen wahrscheinlich. Insbesondere wird dies durch Ausbrüche mit einer großen Anzahl von Zweitfällen, wie dem Ausbruch im Chor in Skagit, Washington State, gezeigt. Eine erhebliche Verunreinigung der Umgebung durch große, von Patienten mit SARS-CoV-2 ausgestoßene Atemwegströpfchen erfordert eine strenge Einhaltung der Umgebungs- und Handhygiene.

 

Referenzen

1. Weltgesundheitsorganisation (WHO): Coronavirus disease (COVID-19) advice to the public: When and how to use masks. https://www.who.int/emergencies/diseases/novel-coronavirus-2019/advice-for-public/when-and-how-to-use-masks. Aufgerufen am 16. April 2020.

2. Weltgesundheitsorganisation (WHO): Modes of transmission of virus causing COVID-19: Implications for IPC precaution recommendations [online veröffentlicht am 29. März 2020]. Aufgerufen am 16. April 2020. https://www.who.int/news-room/commentaries/detail/modes-of-transmission-of-virus-causing-covid-19-implications-for-ipc-precaution-recommendations

3. Bourouiba L: Turbulent gas clouds and respiratory pathogen emissions: Potential implications for reducing transmission of COVID-19 [online veröffentlicht am 26. März 2020]. JAMA  doi:10.1001/jama.2020.4756. Verfügbar unter: https://jamanetwork.com/journals/jama/fullarticle/2763852

4. Centers for Disease Control and Prevention (CDC): Use of cloth face coverings to help slow the spread of COVID-19. Aufgerufen am 16. April 2020. Verfügbar unter: https://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/prevent-getting-sick/diy-cloth-face-coverings.html

5. Read, R: A choir decided to go ahead with rehearsal. Now dozens of members have COVID-19 and two are dead. Los Angeles Times March 29, 2020. Aufgerufen am 16. April 2020. Verfügbar unter: https://www.latimes.com/world-nation/story/2020-03-29/coronavirus-choir-outbreak

6. Bates JH, Potts WE, Lewis M: Epidemiology of primary tuberculosis in an industrial school. New Engl J Med 272:714–717, 1965. doi: 10.1056/NEJM196504082721403

7. Riley RL:  Airborne infection. Am J Med 57: 466–475, 1974.

8. Loudon RG, Roberts RM: Singing and dissemination of tuberculosis. Am Rev Resp Dis 98 (2): 297–300, 1968. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/5667756

9. Wells W: On air-borne infection: Studie II. Droplets and droplet nuclei. Am J Hyg 20: 611–618, 1934. doi. 10.1093/oxfordjournals.aje.a118097

10. Knight V:  Viral and Mycoplasma Infections of the Respiratory Tract. Philadelphia, PA, Lea & Febiger. 1973, pp 1-9.

11. Ong SWX, Tan YK, Chia PY, et al: Air, surface environmental, and personal protective equipment contamination by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) from a symptomatic patient [online veröffentlicht 04. März 2020]. JAMA doi:10.1001/jama.2020.3227.

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15. Wu C, Zheng M: Single-cell RNA expression profiling shows that ACE2, the putative receptor of COVID-19, has significant expression in nasal and mouth tissue, and is co-expressed with TMPRSS2 and not co-expressed with SLC6A19 in the tissues. 12. März 2020, PREPRINT (Version 1), verfügbar bei Research Square https://www.researchsquare.com/article/rs-16992/v1

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30. Mandavilli A: Infected but feeling fine. The unwitting coronavirus spreaders. New York Times Veröffentlicht am 31. März 2020; Aktualisiert am 1. April 2020. Aufgerufen am 16. April 2020. Verfügbar unter: https://www.nytimes.com/2020/03/31/health/coronavirus-asymptomatic-transmission.html

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