Wie sich das Coronavirus in der Luft ausbreitet: What We Know So Far

Nach mehreren Monaten einer Pandemie, die Hunderttausende von Menschenleben gefordert und die Wirtschaft auf der ganzen Welt dezimiert hat, wissen die Wissenschaftler immer noch nicht genau, wie das Virus, das sie verursacht hat, übertragen wird. Mancherorts werden die Abriegelungen bereits gelockert, und die Menschen bereiten sich auf die Rückkehr zu einem gewissen Maß an Arbeit und sozialem Leben vor. Doch eine entscheidende Frage bleibt hartnäckig bestehen: Kann der Erreger von COVID-19 über die Luft übertragen werden?

Seit Monaten behaupten die US-Zentren für Seuchenkontrolle und -prävention und die Weltgesundheitsorganisation, dass das neuartige Coronavirus in erster Linie durch Tröpfchen von jemandem übertragen wird, der hustet, niest oder sich auch nur in einigen Metern Entfernung unterhält. Anekdotische Berichte deuten jedoch darauf hin, dass das Virus auch durch in der Luft schwebende Partikel übertragen werden könnte (so genannte „Aerosolübertragung“). Und die WHO hat vor kurzem ihren Leitfaden dahingehend geändert, dass eine solche Übertragung nicht ausgeschlossen werden kann, insbesondere in geschlossenen Räumen, in denen sich infizierte Personen über längere Zeit mit anderen zusammen aufhalten und die nicht ausreichend belüftet sind“. Nach der Teilnahme an einer Chorprobe im Bundesstaat Washington Anfang März wurde bei Dutzenden von Menschen COVID-19 diagnostiziert oder sie entwickelten Symptome, obwohl sie sich nicht die Hände geschüttelt oder nahe beieinander gestanden hatten. Mindestens zwei starben. Nach einem Essen in einem klimatisierten Restaurant in China Ende Januar erkrankten drei Familien an benachbarten Tischen an dem Virus – möglicherweise durch Tröpfchen, die durch die Luft geblasen wurden.

Um die Aussicht auf eine Verbreitung des neuartigen Coronavirus über die Luft zu erörtern, muss man zunächst verstehen, was Wissenschaftler mit „über die Luft übertragen“ meinen. Der Begriff bezieht sich auf die Übertragung eines Erregers über Aerosole – winzige Atemtropfen, die in der Luft schweben können (so genannte Tröpfchenkerne) – im Gegensatz zu größeren Tröpfchen, die innerhalb weniger Meter zu Boden fallen. In der Realität ist die Unterscheidung zwischen Tröpfchen und Aerosolen jedoch nicht eindeutig. „Die Unterscheidung zwischen dem, was als ‚luftgetragene Ausbreitung‘ und ‚Tröpfchenausbreitung‘ bezeichnet wird, ist wirklich ein Spektrum“, sagt Joshua Santarpia, außerordentlicher Professor für Pathologie und Mikrobiologie am University of Nebraska Medical Center.

Die luftgetragene Ausbreitung wurde bereits für andere tödliche Coronaviren vermutet, einschließlich derer, die das schwere akute respiratorische Syndrom (SARS) und das Middle East Respiratory Syndrome (MERS) verursachen. Einige wenige Studien deuten darauf hin, dass das neue Coronavirus, SARS-CoV-2, als Aerosol im Gesundheitswesen vorkommen kann. Es ist jedoch noch weitgehend unbekannt, ob das aerosolierte Virus infektiös ist und welcher Virusmenge man ausgesetzt sein muss, um zu erkranken, was als minimale infektiöse Dosis bezeichnet wird. Selbst wenn eine Übertragung über Aerosole stattfindet, ist nicht klar, wie häufig sie im Vergleich zu anderen Übertragungswegen, wie Tröpfchen oder Oberflächen, ist. Diese Informationen sind von entscheidender Bedeutung, insbesondere angesichts der Tatsache, dass Menschen SARS-CoV-2 verbreiten können, obwohl sie keine Symptome haben.

Vielleicht ist „Ist das Coronavirus aerogen übertragbar?“ die falsche Frage. COVID-19 könnte über die Luft übertragen werden, sagt Stanley Perlman, Professor für Mikrobiologie an der Universität von Iowa. „Aber ob es klinisch wichtig ist, ist die Frage, die man wirklich wissen will“, sagt er.

Beweise für die Übertragung durch Aerosole

Ein Teil der stärksten Beweise dafür, dass eine Übertragung des neuen Coronavirus durch die Luft möglich ist, stammt aus einer Studie, die Ende letzten Monats in Nature veröffentlicht wurde. Darin haben Forscher das genetische Material des Virus (RNA) in Aerosolen gemessen, die im Februar und März in zwei Krankenhäusern in Wuhan, China, entnommen wurden – der Stadt, in der der Ausbruch des Virus vermutlich seinen Anfang genommen hat. Die Forscher fanden in den Isolierstationen der Krankenhäuser und in den belüfteten Patientenzimmern nur sehr geringe Mengen an viraler RNA in der Luft. In einigen Toilettenbereichen der Patienten wurden jedoch messbar höhere Werte festgestellt. Auch an Orten, an denen medizinisches Personal die Schutzkleidung ablegt, sowie an zwei Orten in der Nähe der Krankenhäuser, an denen sich viele Menschen aufhalten, wurden hohe Werte viraler RNA festgestellt. „Unsere Studie und mehrere andere Studien belegen die Existenz von SARS-CoV-2-Aerosolen und deuten darauf hin, dass die SARS-CoV-2-Aerosolübertragung ein nicht zu vernachlässigender Übertragungsweg von infizierten Trägern zu Personen in der Nähe sein könnte“, sagt Studienmitautor Ke Lan, Professor und Direktor des State Key Laboratory of Virology an der Universität Wuhan.

Eine (noch nicht veröffentlichte) Vorabdruckstudie unter der Leitung von Santarpia und seinen Kollegen fand ebenfalls Hinweise auf eine virale Kontamination in Luftproben und auf Oberflächen von Räumen, in denen COVID-19-Patienten isoliert gehalten wurden. „Ich glaube, viele von uns – mich eingeschlossen – sind der festen Überzeugung, dass eine Übertragung über die Luft sehr wohl möglich ist“, sagt er. „Ich würde zögern, dies als bewiesen zu bezeichnen.

Sowohl in der Nature-Studie als auch in der Arbeit von Santarpia wurde virale RNA und nicht das eigentliche Virus gemessen, so dass nicht klar ist, ob das in den Aerosolen gefundene Material funktionell infektiös war. „Der Nachweis von RNA sagt nichts über die Verbreitung von Aerosolen aus“, sagt Perlman, der an keiner der beiden Studien beteiligt war.

Eine weitere Studie, die kürzlich im New England Journal of Medicine veröffentlicht wurde, zeigte, dass infektiöse SARS-CoV-2-Viren in Aerosolen mindestens drei Stunden lang – und mehrere Tage lang auf verschiedenen Oberflächen – in einer Laborumgebung überleben können. Die Menge des lebensfähigen Virus nahm in dieser Zeit jedoch deutlich ab. Die Wissenschaftler kennen die infektiöse Dosis von SARS-CoV-2 nicht. (Bei der Grippe haben Studien gezeigt, dass bereits drei Viruspartikel ausreichen, um jemanden krank zu machen.)

Insgesamt stammen die meisten Beweise dafür, dass SARS-CoV-2 über die Luft übertragen werden kann, aus klinischen Einrichtungen, in denen sich in der Regel viele Kranke aufhalten und in denen möglicherweise invasive Verfahren wie Intubationen durchgeführt werden, bei denen die Patienten husten und Aerosole erzeugen. Es ist nicht klar, wie repräsentativ diese Bereiche für die alltägliche Umgebung sind. „Es gibt keine überzeugenden Beweise dafür, dass die Ausbreitung über Aerosole ein Hauptbestandteil der Übertragung von COVID-19 ist“, sagt Perlman.

Diese Einschätzung bedeutet jedoch nicht, dass sie nicht vorkommt. Benjamin Cowling, Leiter der Abteilung für Epidemiologie und Biostatistik an der School of Public Health der Universität Hongkong, sagt, es sei ein weit verbreiteter Irrglaube, dass ein Virus, wenn es sich überhaupt über die Luft verbreiten kann, auch in der Lage sein muss, sich über eine große Entfernung zu verbreiten. Er nennt das Beispiel eines Restaurants, in dem jemand raucht: „Wenn die Person auf der anderen Seite des Restaurants raucht, würden Sie es wahrscheinlich nicht riechen und es nicht einmal bemerken. Das liegt daran, dass der Rauch Sie nicht erreichen würde“, sagt er. „Das heißt aber nicht, dass kein Rauch produziert wird. Mit anderen Worten: Nur weil SARS-CoV-2 nicht über weite Strecken übertragen werden kann, heißt das nicht, dass es nicht durch die Luft übertragen wird. Wie Zigarettenrauch verbreiten sich Aerosolpartikel in einer Wolke um eine Person herum, wobei die Konzentration in der Nähe des Rauchers am höchsten und in größerer Entfernung am niedrigsten ist.

Selbst wenn Aerosole nicht weiter reisen als die meisten Tröpfchen, kann die oft zitierte „Sechs-Fuß-Regel“ für die soziale Distanzierung von den Umständen abhängen, sagt Cowling. Wenn es einen Ventilator oder eine Klimaanlage gibt, könnten infektiöse Aerosole (oder sogar Tröpfchen, wie im Fall des Restaurants in China vermutet wurde) möglicherweise jemanden krank machen, der weiter entfernt ist und in Windrichtung liegt.

Einiges deutet darauf hin, dass Sprechen eine wichtige Art der Virusübertragung sein könnte. Eine Studie, die am 13. Mai in den Proceedings of the National Academy of Sciences USA veröffentlicht wurde, nutzte Laserlichtstreuung, um winzige Speicheltröpfchen sichtbar zu machen, die beim Sprechen ausgestoßen werden. Bei der Untersuchung wurden keine Tröpfchen mit lebensfähigen SARS-CoV-2-Viren gemessen. Wenn man jedoch davon ausgeht, dass die Tröpfchen sieben Millionen Viruspartikel pro Milliliter enthalten, könnte eine Minute lautes Sprechen mehr als 1.000 virushaltige Tröpfchen erzeugen, die acht Minuten oder länger in der Luft hängen könnten, schreiben die Forscher in der Studie. „

Faktoren, die das Risiko einer Verbreitung über die Luft beeinflussen

Cowling stellt die Hypothese auf, dass viele Atemwegsviren über die Luft verbreitet werden können, der Grad der Ansteckung jedoch gering ist. Bei der saisonalen Grippe liegt die Basisreproduktionszahl (R0) – eine technische Bezeichnung für die durchschnittliche Anzahl der Personen, die eine erkrankte Person ansteckt – bei etwa 1,3. Bei COVID-19 liegt sie schätzungsweise zwischen zwei und drei (möglicherweise aber auch bei 5,7). Im Vergleich zu Masern, die einen R0-Wert zwischen 12 und 18 haben, deuten diese Werte darauf hin, dass die meisten Menschen, die an SARS-CoV-2 erkrankt sind, nicht extrem ansteckend sind.

Allerdings gibt es scheinbare Ausnahmen, wie die Chorprobe im Staat Washington, sagt Cowling. Ein CDC-Bericht über die Veranstaltung, der am 12. Mai veröffentlicht wurde, stellte fest, dass von den 61 Personen, die an der 2,5-stündigen Probe teilnahmen (von denen einer Coronavirus-Symptome hatte), 32 bestätigte COVID-19-Infektionen und 20 wahrscheinliche Infektionen aufwiesen. Der Bericht kam zu dem Schluss, dass „die Übertragung wahrscheinlich durch die Nähe (innerhalb von 6 Fuß) während der Übung erleichtert und durch das Singen verstärkt wurde“ und dass das Singen „zur Übertragung durch die Emission von Aerosolen beigetragen haben könnte, die durch die Lautstärke der Vokalisierung beeinflusst wird“. Aus unbekannten Gründen scheinen einige Personen viel mehr Menschen zu infizieren als andere. Diese so genannten Superspreader wurden auch beim SARS-Ausbruch im Jahr 2003 nachgewiesen. Die so genannte 20/80-Regel besagt, dass etwa 80 Prozent der Übertragungsereignisse von Infektionskrankheiten mit nur 20 Prozent der Fälle in Verbindung gebracht werden können, so Cowling. „Wir wissen nicht, wie wir diese 20 Prozent identifizieren können“, sagt er. „Aber wenn wir es auf irgendeine Weise schaffen, wäre das ein großer Fortschritt.“

Die Belüftung spielt wahrscheinlich auch eine wichtige Rolle dabei, wie leicht das Virus durch die Luft übertragen werden kann. Innenräume stellen wahrscheinlich ein höheres Risiko dar als Außenbereiche, insbesondere wenn sie schlecht belüftet sind, so Cowling und andere. Auch belebte Bereiche wie Bars, Restaurants und U-Bahnen könnten ein Risiko darstellen – vor allem, wenn Menschen ohne Symptome sind und sich lange Zeit in solchen Bereichen aufhalten. Zu den Vorsichtsmaßnahmen könnten eine bessere Belüftung, regelmäßige Reinigung und das Tragen von Masken gehören.

Cowling war Mitautor einer Anfang April in Nature Medicine veröffentlichten Studie über Patienten mit Atemwegsinfektionen, die zwischen 2013 und 2016 in einer Ambulanz in Hongkong behandelt wurden. Dabei wurde RNA von saisonalen Coronaviren – die Erkältungen verursachen, nicht COVID-19 – sowie von saisonalen Influenzaviren und Rhinoviren sowohl in Tröpfchen als auch in Aerosolen in der ausgeatmeten Luft der Patienten nachgewiesen. Die von Nancy Leung, Assistenzprofessorin an der School of Public Health der Universität Hongkong, geleitete Studie ergab, dass das Tragen von chirurgischen Masken die Menge an Influenza-RNA in Tröpfchen und an saisonaler Coronavirus-RNA in Aerosolen reduzierte.

Obwohl die Studie nicht speziell auf COVID-19 abzielte, belegen die Ergebnisse, dass das Tragen von Masken ein wirksames Mittel ist, um die Übertragung des Virus von einer infizierten Person zu begrenzen – im medizinischen Sprachgebrauch als Quellenkontrolle bezeichnet. Es gibt kaum Belege dafür, dass Masken auch gesunden Menschen Schutz bieten, obwohl dies möglich ist (und möglicherweise von der Art der Maske abhängt). Angesichts der Häufigkeit asymptomatischer COVID-19-Infektionen ist das Tragen von Masken jedoch durchaus gerechtfertigt, um zu verhindern, dass Menschen, die nicht wissen, dass sie krank sind, andere anstecken. In Hongkong, wo der Ausbruch relativ gut unter Kontrolle gehalten werden konnte, trägt die überwiegende Mehrheit der Bevölkerung Masken, so Cowling.

Die Wahrscheinlichkeit einer Übertragung über die Luft – insbesondere im Vergleich zu anderen Übertragungswegen wie Tröpfchen oder Oberflächen – ist nach wie vor unklar. Die meisten Forscher gehen nach wie vor davon aus, dass das neue Coronavirus in erster Linie über Tröpfchen und das Berühren von infizierten Personen oder Oberflächen verbreitet wird. Sorgfältiges Händewaschen und sozialer Abstand sind daher nach wie vor die wichtigsten Maßnahmen, die Menschen ergreifen können, um eine Infektion zu vermeiden.

Leung relativiert die Risiken. Das meiste, was man über die Übertragung durch Aerosole weiß, stammt von Tuberkulose, Masern und Windpocken, sagt sie – und diese Erreger sind in der Regel sehr übertragbar und können sich weit verbreiten. „Die gängige Meinung ist daher, dass, sobald man von einer Übertragung durch Aerosole spricht, alle besorgt sind, weil die Übertragbarkeit höher ist und es schwieriger ist, sie zu kontrollieren“, erklärt sie. Aber selbst wenn es eine Übertragung über die Luft gibt, findet sie möglicherweise nur auf kurze Distanz statt – innerhalb derer andere Infektionswege genauso wahrscheinlich oder sogar wahrscheinlicher sind. Leung fügt hinzu: „Ein höheres Risiko der Übertragung durch Aerosole bedeutet nicht unbedingt eine höhere Übertragbarkeit.“

Lesen Sie hier mehr über den Ausbruch des Coronavirus im Scientific American, und lesen Sie hier die Berichterstattung unseres internationalen Magazinnetzes.

Anmerkung der Redaktion (7/9/20): Dieser Artikel wurde aktualisiert, nachdem die Weltgesundheitsorganisation die mögliche Übertragung des neuen Coronavirus durch Aerosole anerkannt hat. Diese Änderung erfolgte, nachdem mehr als 200 Wissenschaftler einen offenen Brief verfasst hatten, in dem sie auf die kumulativen Beweise für diese Art der Übertragung hinwiesen. Der Text war zuvor am 15. Mai geändert worden, um neue Informationen über Tröpfchen, die durch Gespräche verbreitet werden, und über eine Chorprobe im Bundesstaat Washington, an der viele Menschen erkrankt sind, aufzunehmen.