Aerosole sind eine Mischung fester oder flüssiger Partikel mit einer Größe zwischen 1 nm und mehreren 100 µm in einem Gas oder Gasgemisch. Nicht nur Berufsgruppen im Gesundheitswesen können von infektiösen Aerosolen betroffen sein. Zudem können auch nichtinfektiöse Aerosole, z. B. Pilzsporen, Nanopartikel, Stäube, Chemikaliendämpfe für viele Berufsgruppen gefährlich sein. Die Verwendung von Masken hat sich als effektive Maßnahme zum Schutz vor Aerosolen erwiesen. Ziel dieser Studie war es, die Bedeutung und Grenzen beim Tragen von OP- und FFP2-Masken zum Schutz vor feinen und ultrafeinen Aerosolen in einem realitätsnahen Umfeld zu zeigen.
Methoden
In einem Laborraum mit einer Grundfläche von 27 m2 und einem Rauminhalt von ca. 80 m3 wurden Aerosole (DEHS und wässriges Aerosol) künstlich generiert. Die erzeugten Aerosole wurden mit einem Spektrometer im Bereich zwischen 5,6 und 560 nm quantifiziert. Installierte Phantomköpfe am Aerosolgenerator (Emitter) und Spektrometer (Empfänger) konnten mit Masken ausgestattet und die Entfernung zueinander verändert werden.
Ergebnisse
Bei DEHS-Aerosol (Abstände Phantomköpfe Emitter – Empfänger 150 bis 300 cm) und wässrigem Aerosol (Abstand 100 cm) konnte eine sehr signifikante (p < 0,001) Minderung der Aerosolbelastung festgestellt werden, wenn am Emitter eine OP- oder FFP2-Maske befestigt war. War nur am Empfänger eine Maske befestigt, bot eine gut passende, am Phantomkopf abgeklebte FFP2-Maske signifikant (p < 0,001) den besten Schutz vor Aerosolen, deutlich vor nichtabgeklebter FFP2-Maske und OP-Maske.
Fazit
OP- und FFP2-Masken bieten einen guten Fremdschutz. Einen wirklich guten Selbstschutz bieten Masken nur, wenn sie wirklich gut und dicht sitzen. OP-Masken sind für den Selbstschutz nur sehr eingeschränkt geeignet.
Hinweise
Hinweis des Verlags
Der Verlag bleibt in Hinblick auf geografische Zuordnungen und Gebietsbezeichnungen in veröffentlichten Karten und Institutsadressen neutral.
Hintergrund
Das deutsche Umweltbundesamt (UBA) bezeichnet Aerosole als Mischungen fester oder flüssiger Partikel in einem Gas oder Gasgemisch. Der Größenbereich solcher Schwebeteilchen liegt zwischen ungefähr 1 nm und mehreren 100 µm, wobei die größeren Partikel schneller durch Sedimentationsprozesse aus der Umgebungsluft eliminiert werden. Partikel kleiner als 10 µm können dagegen Stunden bis Tage im Gas oder Gasgemisch verbleiben [28]. Diese Partikel sind Bestandteil der Luftverschmutzung, einer der größten Umweltursachen für Krankheit und vorzeitigen Tod [30]. Dabei sind die kleineren Partikel besonders gefährlich, da sie tief in den Respirationstrakt eindringen und sogar in den Blutkreislauf vordringen können [12]. Nicht nur Berufsgruppen im Gesundheitswesen sind von infektiösen Aerosolen betroffen [5, 7, 17]. Nichtinfektiöse Aerosole wie z. B. Pilzsporen, Nanopartikel, Stäube oder Chemikaliendämpfe betreffen auch andere Berufsgruppen [3, 8, 9, 22, 24].
Seit Ausbruch der COVID-19-Pandemie hat das weltweite Interesse an Schutzmaßnahmen gegen Krankheiten, die durch Aerosole übertragen werden, stark zugenommen [21]. Die Verwendung von Masken als Barriere gegen die Ausbreitung von Aerosolen hat sich als effektive Maßnahme erwiesen. Dabei hängt die Effektivität von Masken bei der Verringerung der Aerosolausbreitung von verschiedenen Faktoren ab, u. a. dem Maskentyp (z. B. chirurgische Maske, FFP2-Maske), der Passform und der Atemaktivität des Tragenden [1, 21, 23]. Es gibt inzwischen einige Studien zur Effektivität von Masken, die in unterschiedlichen Settings durchgeführt wurden, z. B. in kleinen Messkammern [25], kleinen Räumen [15] bis hin zu Konzerthallen [19].
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Ziel dieser Studie war es, die Bedeutung und Grenzen beim Tragen von Masken zum Schutz vor feinen und ultrafeinen Aerosolen in einem realitätsnahen Umfeld zu verdeutlichen. Für die Messungen wurden zwei Phantomköpfe hinzugezogen, die entsprechend mit Masken ausgerüstet werden konnten. Als Messumgebung wurde ein durchschnittlicher Laborraum mit einer Grundfläche von ca. 27 m2 und einem Rauminhalt von ca. 80 m3 gewählt. Die Raumluft wurde zwischen den einzelnen Messungen der generierten Aerosole mit Unterstützung eines Laborabzugs ohne Filter ausgetauscht, sodass die Ergebnisse gut auf andere Innenräume übertragbar sind. Auf die Hinzunahme eines Raumluftreinigers wurde verzichtet.
Material und Methoden
Geräte und Ausstattung
Für die Quantifizierung der Aerosol-Partikel kam ein TSI Model 3091 Fast Mobility Particle Sizer (FMPS; TSI Inc., Shoreview, MN, USA) [27] zum Einsatz, welcher die Messergebnisse mit einer Auflösung von 1 s in 32 Größenkanälen zwischen 5,6 und 560 nm und als Gesamtpartikelzahl angeben kann. Der FMPS hat die Probenluft über einen Schlauch, der durch einen Phantomkopf geleitet wurde, mit einem Volumenstrom von 10 l/min angesaugt (Abb. 1a). Die Öffnung des Schlauchs befand sich am Mund des Phantomkopfs (Abb. 1b). Für die Generierung der Aerosole wurde ein Aerosolgenerator TSI Model 3073 (TSI Inc., Shoreview, MN, USA) verwendet. Über einen Schlauch, der wiederum durch einen Phantomkopf geleitet wurde und dessen Öffnung sich am Mund des Phantomkopfs befand, wurde das Aerosol abgegeben. Am Aerosolgenerator konnte über die Einstellung des Vordrucks die Abgabemenge eingestellt werden. An der Düsenkennlinie (Abb. 2) des Aerosolgenerators kann man die Abgabemenge ablesen. An beiden Phantomköpfen konnten, je nach Versuchsaufbau, unterschiedliche Masken befestigt werden (Abb. 1). Für diese Studie wurden Messungen ohne Masken, mit chirurgischen Masken (OP-Masken) sowie mit FFP2-Masken durchgeführt. Zusätzlich wurden Messungen mit am Phantomkopf abgeklebten FFP2-Masken (Abb. 3), die gut (bzw. eng) sitzende Masken imitieren sollten, durchgeführt.
Abb. 1
Exemplarischer Versuchsaufbau im Raum. a TSI Model 3091 (FMPS) mit Notebook zur Steuerung; im Hintergrund Phantomkopf mit FFP2-Maske (Empfänger) mit Schlauchverbindung zum FMPS. b Phantomkopf ohne Maske (Emitter) mit sichtbarer Schlauchöffnung (Aerosolaustritt). c Phantomkopf mit OP-Maske (Emitter) und Schlauchverbindung zum Aerosolgenerator TSI Model 3073
Abb. 2
Düsenkennlinie Aerosolgenerator TSI Model 3073 für Aerosole mit unterschiedlichen Viskositäten. (Quelle: Dr. Sebastian Schmitt, Application Engineer, TSI GmbH; aus: Handbuch TSI Model 3073)
Abb. 3
FFP2-Maske am Phantomkopf (Emitter), rundum abgeklebt
×
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Versuchsaufbau
Alle Messungen wurden in einem geschlossenen Laborraum mit einer Grundfläche von rund 27 m2 und einem Rauminhalt von ca. 80 m3 durchgeführt. Der Versuchsaufbau befand sich vor einem integrierten Laborabzug ohne Filter (Bense TA 1200, Bense GmbH, Hardegsen, Deutschland; Abb. 1), sodass die generierten Aerosole zwischen den einzelnen Messungen weitgehend abgesaugt werden konnten und die Partikelanzahl innerhalb von 5 min wieder auf Innenraumwerte < 10.000 Partikel/cm3 (Leerwerte) sinken konnte. Beide Phantomköpfe wurden 130 cm über dem Boden platziert. Der Phantomkopf am FMPS (Empfänger) befand sich 60 cm vor der bei Messungen geschlossenen Scheibe des Laborabzugs. Der Abstand des Phantomkopfs am Aerosolgenerator (Emitter) zum Empfänger wurde je nach Versuchsaufbau verändert. Alle Messungen wurden mit einander gegenüber positionierten Phantomköpfen („face to face“) durchgeführt.
Aerosole
In dieser Studie wurden zwei unterschiedliche Aerosole verwendet. Zum einen wurde Di-Ethyl-Hexyl-Sebacat (DEHS) verwendet. Dieses technische Aerosol bleibt mehrere Stunden stabil und kommt u. a. bei der Überprüfung von Filtern und Abnahmen reinraumtechnischer Anlagen zum Einsatz [26]. Für DEHS wurde am Aerosolgenerator ein Vordruck von 400 mbar (entsprechend einem Volumenstrom von ca. 150 l/h) eingestellt. Abb. 4 zeigt die typische Größenverteilung von DEHS-Partikeln mit einem Maximum bei ungefähr 200 nm. Als zweites Aerosol wurde eine wässrige Lösung mit 0,9 % Natriumchlorid und 2,5 % Glycerol verwendet. Dieses Aerosol sollte vereinfacht den menschlichen Speichel darstellen. Hier wurde ein Vordruck von 1000 mbar (entsprechend einem Volumenstrom von ca. 230 l/h) eingestellt. Die Erhöhung des Vordrucks diente der besseren Detektion des wässrigen Aerosols, welches mit der Zeit zumindest teilweise in die Umgebungsluft verdunstet. Abb. 5 zeigt die typische breite Größenverteilung dieses wässrigen Aerosols mit einem Maximum bei etwa 60 nm. Die beiden gewählten Aerosole liegen in einem für den Arbeitsschutz relevanten Größenbereich. So haben beispielsweise Viren eine Größe zwischen 20 und 400 nm im Durchmesser [16] und ausgeatmete Aerosole eine Größe zwischen 200 und 600 nm [20].
Abb. 4
Exemplarische Partikelgrößenverteilung von DEHS-Aerosol im Innenraum. Dp Partikeldurchmesser. dN = ∆N Anzahl der Partikel im entsprechenden Größenkanal. [e3] × 103
Abb. 5
Exemplarische Partikelgrößenverteilung von wässrigem Aerosol (0,9 % NaCl, 2,5 % Glycerol) im Innenraum. Dp Partikeldurchmesser. dN = ∆N Anzahl der Partikel im entsprechenden Größenkanal. [e4] × 104
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Wie Vorversuche zeigten, wurde mit dem in dieser Studie verwendeten wässrigen Aerosol bei einem Abstand zwischen Emitter und Empfänger von 300 cm (Abb. 6, Messungen 1–3) im Gegensatz zu 200 cm (Abb. 6, Messungen 4–6) und 150 cm (Abb. 6, Messungen 7–9) nur noch relativ wenig Aerosol gemessen. Daher beschränkten sich die weiteren Messungen auf einen noch kürzeren Abstand von 100 cm zwischen Emitter und Empfänger, um Unterschiede zwischen verschiedenen Bedingungen deutlicher darzustellen.
Abb. 6
Wässriges Aerosol. Darstellung der Gesamtkonzentration. OP-Maske am Phantomkopf des Emitters: 1–3 Abstand Emitter–Empfänger: 300 cm, keine Masken. 4–6 Abstand Emitter–Empfänger: 200 cm, keine Masken. 7–9 Abstand Emitter–Empfänger: 150 cm, keine Masken. 10–12 Abstand Emitter–Empfänger: 150 cm, OP-Maske am Phantomkopf des Emitters. [e5] × 105. Gemessene Maximalkonzentration (Peak bei Mittelungsintervall 1 s) 256.000 Partikel/cm3 bei Messung 7 (schwarze Linien)
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Versuchsablauf
Alle Messungen begannen mit der Messung der Leerwerte, also der Messung der Partikelanzahl ohne künstlich generiertes Aerosol. Danach wurde im Wechsel Aerosol generiert (DEHS 5 min, wässriges Aerosol 10 min) und der Laborabzug bei geöffneter Scheibe 10 min angeschaltet, um das generierte Aerosol wieder weitgehend abzusaugen. Der Emitter-Phantomkopf wurde je nach Versuchsaufbau in einem Abstand von 300, 200, 150 oder 100 cm zum Empfänger positioniert. Alle Messungen, deren Ergebnisse in den Abb. 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 und 13 präsentiert werden, erfolgten jeweils in einem Durchgang hintereinander, ohne dass die Messungen unterbrochen wurden. Die Dauer der Messungen ist der jeweiligen Zeitachse (Zeitstempel) der Abbildungen zu entnehmen.
Abb. 7
DEHS. Darstellung der Gesamtkonzentration. Abstand Emitter–Empfänger: 300 cm, keine Maske am Phantomkopf des FMPS (Empfänger). 1 keine Maske am Phantomkopf des Emitters, aber fehlerhafte Erzeugung von Aerosol. 2–6 FFP2-Maske am Phantomkopf des Emitters. 7–10 keine Maske am Phantomkopf des Emitters. [e5]× 105.Gemessene Maximalkonzentration (Peak bei Mittelungsintervall 1 s) 102.000 Partikel/cm3 bei Messung 10 (schwarze Linien)
Abb. 8
DEHS. Darstellung der Gesamtkonzentration. Abstand Emitter–Empfänger: 200 cm, keine Maske am Phantomkopf des FMPS (Empfänger). 1–3 keine Maske am Phantomkopf des Emitters. 4–6 OP-Maske am Phantomkopf des Emitters. 7–9 FFP2-Maske am Phantomkopf des Emitters. 10–12 abgeklebte FFP2-Maske am Phantomkopf des Emitters. [e4] × 104. Gemessene Maximalkonzentration (Peak bei Mittelungsintervall 1 s) 749.000 Partikel/cm3 bei Messung 1
Abb. 9
DEHS. Darstellung der Gesamtkonzentration. Abstand Emitter–Empfänger: 150 cm, keine Maske am Phantomkopf des FMPS (Empfänger). 1–3 abgeklebte FFP2-Maske am Phantomkopf des Emitters. 4–6 FFP2-Maske am Phantomkopf des Emitters. 7–9 OP-Maske am Phantomkopf des Emitters. [e4] × 104. Gemessene Maximalkonzentration (Peak bei Mittelungsintervall 1 s) 466.000 Partikel/cm3 bei Messung 6
Abb. 10
Wässriges Aerosol. Darstellung der Gesamtkonzentration. Abstand Emitter–Empfänger: 100 cm. 1–5 keine Masken. 6–10 OP-Maske am Phantomkopf des FMPS (Empfänger). 11–15 OP-Maske am Phantomkopf des Emitters. [e6] × 106. Gemessene Maximalkonzentration (Peak bei Mittelungsintervall 1 s) 1.450.000 Partikel/cm3 bei Messung 4 (schwarze Linien)
Abb. 11
Wässriges Aerosol. Darstellung der Partikelgrößenverteilung im 3D-Histogramm. Abstand Emitter–Empfänger: 100 cm. 1–5 keine Masken. 6–10 OP-Maske am Phantomkopf des FMPS (Empfänger). 11–15 OP-Maske am Phantomkopf des Emitters. x‑Achse Partikelkonzentration. y‑Achse Zeitstempel. z‑AchseDp Partikeldurchmesser
Abb. 12
Wässriges Aerosol. Darstellung der Gesamtkonzentration. Abstand Emitter–Empfänger: 100 cm. 1–3 keine Masken. 4–6 OP-Maske am Phantomkopf des Emitters. 7–9 FFP2-Maske am Phantomkopf des Emitters. [e6] × 106. Gemessene Maximalkonzentration (Peak bei Mittelungsintervall 1 s) 1.500.000 Partikel/cm3 bei Messung 3 (schwarze Linien)
Abb. 13
Wässriges Aerosol. Darstellung der Gesamtkonzentration. Abstand Emitter–Empfänger: 100 cm. 1–3 keine Masken. 4–6 OP-Maske am Phantomkopf des FMPS (Empfänger). 7–9 FFP2-Maske am Phantomkopf des FMPS (Empfänger). 10–12 abgeklebte FFP2-Maske am Phantomkopf des FMPS (Empfänger). [e6] × 106. Gemessene Maximalkonzentration (Peak bei Mittelungsintervall 1 s) 1.570.000 Partikel/cm3 bei Messung 1 (schwarze Linien)
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Datenpräsentation
Für die Darstellung der Messungen kam das Softwareprogramm Fast Mobility Particle Sizer Software v3.1.1.0 (TSI Inc., Shoreview, MN, USA) zum Einsatz. Von den gesammelten Messdaten wurden jeweils 121 Messdaten (entspricht exakt 2 min) der Gesamtpartikelkonzentration im Bereich der jeweils höchsten Aerosolkonzentration ausgewählt. Solche 2‑Minuten-Messblöcke identischer Versuchsaufbauten wurden zusammengefasst und mit der Statistiksoftware GraphPad Prism 8 (GraphPad Software, LLC, Boston, MA, USA) bearbeitet (deskriptive Statistik, Kruskal-Wallis-Varianzanalyse mit nachfolgendem Dunn’s Test für Mehrfachvergleiche). Das Signifikanzniveau wurde auf α = 0,05 festgelegt.
Ergebnisse
DEHS-Aerosol – qualitative Darstellung der Messungen
Bei einem Abstand von Emitter zu Empfänger von 300 bzw. 200 cm und keiner Maske am Empfänger zeigen sich deutliche Verringerungen der gemessenen DEHS-Partikel, wenn am Emitter eine FFP2-Maske oder OP-Maske befestigt war. Bei Messungen mit DEHS-Aerosol zeigen sich deutliche Effekte bei Nutzung der FFP2-Maske, OP-Maske und insbesondere der gut passenden (am Phantomkopf abgeklebten) FFP2-Maske im Vergleich zu keiner Maske am Emitter sowohl bei Abstand Emitter – Empfänger 300 cm als auch 200 cm (Abb. 7 und 8).
Auch bei einem Abstand von 150 cm vom Emitter zum Empfänger zeigt sich, dass eine gut passende FFP2-Maske am Emitter DEHS-Aerosol gut zurückhält. Die nicht abschließende FFP2-Maske sowie die OP-Maske haben nur ein begrenztes Potenzial, Partikel zurückzuhalten (Abb. 9).
Wässriges Aerosol – qualitative Darstellung der Messungen
Alle Messungen mit wässrigen Aerosolen fanden bei einem Abstand von 100 cm zwischen Emitter und Empfänger statt.
Abb. 10 und 11 zeigen deutlich die höhere Schutzwirkung von einer OP-Maske nur am Emitter im Vergleich zu OP-Maske nur am Empfänger oder, noch eindeutiger, keiner Maske.
Eine FFP2-Maske am Emitter zeigt eine ähnlich hohe Schutzwirkung wie eine OP-Maske am Emitter im Vergleich zu keiner Maske (Abb. 12).
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Schaut man sich die Wirkung von Masken an, wenn nur der Empfänger eine Maske trägt, dann zeigt sich, dass sowohl eine OP-Maske als auch eine FFP2-Maske, bei nicht perfektem Sitz, nur eine bedingte Schutzwirkung vor wässrigem Aerosol bietet. Eine gut passende (hier: am Phantomkopf abgeklebte) FFP2-Maske zeigt eine deutlich bessere Schutzwirkung (Abb. 13).
Die Auswertung der 2‑Minuten-Messwerte im Bereich der jeweils höchsten DEHS-Aerosolkonzentrationen zeigte im Vergleich zur Anordnung ohne Maske eine sehr signifikante Minderung (p < 0,001) der Aerosolbelastung, wenn am Phantomkopf des Emitters eine OP- oder FFP2-Maske befestigt war, sowohl beim Abstand zum Phantomkopf des Empfängers von 300 cm als auch von 200 cm. Die mittleren Aerosolkonzentrationen (Tab. 1) sanken von knapp 24.000 Partikel/cm3 (Abstand 300 cm) bzw. rund 37.000 Partikel/cm3 (Abstand 200 cm) bei Abwesenheit von Masken auf knapp 7000 Partikel/cm3 bei abgeklebter FFP2-Maske am Emitter. Dies entspricht ungefähr dem mittleren Wert von 7003 Partikeln/cm3, der ohne das Generieren von Aerosol im Untersuchungsraum gemessen wurde und somit als Grundbelastung angesehen werden kann. Insbesondere die gemessenen Maximalwerte sanken von über 100.000 bzw. knapp 750.000 Partikel/cm3 (keine Masken bei Abstand 3 m bzw. 200 cm) auf rund 12.000 Partikel/cm3 bei abgeklebter FFP2-Maske am Emitter, was nur unwesentlich über dem Maximalwert der ermittelten Aerosol-Grundbelastung von 9090 Partikel/cm3 lag. Auch zeigte eine abgeklebte FFP2-Maske einen deutlichen höheren Schutz (p < 0,001) als eine nichtabgeklebte FFP2-Maske, die wiederum einen deutlichen höheren Schutz (p < 0,001) als eine OP-Maske am Emitter bot.
Tab. 1
DEHS-Partikelanzahlkonzentrationen (Gesamtpartikelkonzentrationen) mit Angabe des Mittelwerts (MW), Standardabweichung (SD) und Spannweite (Min–Max) bei Abständen zwischen den Phantomköpfen Emitter und Empfänger von 3 und 2 m
Messbedingung DEHS (n; x)
MW (#/cm3)
SD
Min–Max
Kein generiertes Aerosol (1403)
7003
1101
4850–9090
Keine Masken, 3 m (484; 4)
23.928
12.187
6830–102.000
Keine Masken, 2 m (363; 3)
37.257
60.472
7630–749.000
OP-Maske am Emitter, 2 m (363; 3)
17.259
4120
6670–51.200
FFP2-Maske am Emitter, 3 m (605; 5)
13.647
4120
5540–25.300
FFP2-Maske am Emitter, 2 m (363; 3)
14.246
7016
5890–39.500
FFP2-Maske (a) am Emitter, 2 m (363; 3)
6875
1605
4070–12.200
DEHS Di-Ethyl-Hexyl-Sebacat, (a) Maske am Phantomkopf abgeklebt, n Anzahl der Einzelmessungen (Sekundenwerte), x Anzahl der 2‑Minuten-Messungen bei Aerosolgenerierung
Eine Zusammenfassung der DEHS-Partikelanzahlkonzentrationen bei sieben verschiedenen Versuchsbedingungen zeigt Abb. 14.
Abb. 14
DEHS. Zusammenfassung der Partikelanzahlkonzentrationen (Gesamtpartikelkonzentrationen) bei Abständen zwischen den Phantomköpfen Emitter und Empfänger von 3 und 2 m. Box-Plot mit Darstellung des unteren und oberen Quartils, Minimums, Maximums und Medians. (a) Maske am Phantomkopf abgeklebt
×
Die entsprechende Auswertung beim Einsatz des wässrigen Aerosols bei einem Abstand der Phantomköpfe Emitter und Empfänger von 100 cm zeigte ein sehr ähnliches Bild, wiederum mit einer hochsignifikanten Minderung (p < 0,001) der Aerosolbelastung, wenn am Phantomkopf Emitter, aber auch am Phantomkopf Empfänger eine OP- oder FFP2-Maske befestigt war. Die mittleren Aerosolkonzentrationen (Tab. 2) sanken von knapp 650.000 Partikel/cm3 bei Abwesenheit von Masken auf rund 12.000 Partikel/cm3 bei FFP2-Maske am Emitter. Auch hier zeigte sich ein sehr signifikant (p < 0,001) höherer Schutz durch die FFP2-Maske am Emitter im Vergleich zu einer OP-Maske am Emitter. Ergebnisse zur abgeklebten FFP2-Maske am Emitter bei wässrigem Aerosol liegen nicht vor. Eine OP-Maske am Phantomkopf des Empfängers bietet auch einen sehr signifikant (p < 0,001) höheren Schutz vor wässrigem Aerosol als keine Maske, wird aber auch hier sehr signifikant (p = 0,002) von der FFP2-Maske und abgeklebter FFP2-Maske (p < 0,001) am Empfänger übertroffen. Eine abgeklebte FFP2-Maske bewirkte auch sehr signifikant (p < 0,001) niedrigere Aerosol-Messwerte im Vergleich zur nichtabgeklebten FFP2-Maske am Empfänger. Auch die gemessenen Maximalwerte sanken von über 1.500.000 Partikel/cm3 (keine Masken) auf rund 60.000 Partikel/cm3 bei nichtabgeklebter FFP2-Maske am Emitter. Die generelle Schutzwirkung von FFP2-Masken zeigte sich bei Abwesenheit von künstlich generiertem Aerosol. Die gemessenen mittleren Aerosolkonzentrationen sanken auf rund 3800 Partikel/cm3 bei nichtabgeklebter FFP2-Maske und sogar auf 775 Partikel/cm3 bei abgeklebter FFP2-Maske am Empfänger.
Tab. 2
Partikelanzahlkonzentrationen (Gesamtpartikelkonzentrationen) des wässrigen Aerosols (0,9 % Natriumchlorid, 2,5 % Glycerol) mit Angabe des Mittelwerts (MW), Standardabweichung (SD) und Spannweite (Min–Max) bei Abstand zwischen den Phantomköpfen Emitter und Empfänger von 1 m
Messbedingung (n; x)
MW (#/cm3)
SD
Min–Max
Kein generiertes Aerosol (1403)
7003
1101
4850–9090
Keine Masken (1331; 11)
646.153
394.565
10.200–1.570.000
OP-Maske am Empfänger (968; 8)
274.969
173.945
24.000–773.000
FFP2-Maske am Empfänger (968; 8)
155.756
122.208
15.700–630.000
FFP2-Maske (a) am Empfänger (1089; 9)
33.136
34.960
37–176.000
OP-Maske am Emitter (1573;13)
15.263
5214
8520–83.100
FFP2-Maske am Emitter (968; 8)
12.111
3194
8150–61.200
FFP2-Maske am Empfänger, o. A. (280)
3796
401
2610–5010
FFP2-Maske (a) am Empfänger, o. A. (2735)
775
575
0–3490
(a) Maske am Phantomkopf abgeklebt, n Anzahl der Einzelmessungen (Sekundenwerte), x Anzahl der 2‑Minuten-Messungen bei Aerosolgenerierung, o. A. Messung ohne generiertes Aerosol
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Eine Zusammenfassung der gemessenen Partikelanzahlkonzentrationen bei wässrigem Aerosol bei insgesamt neun verschiedenen Versuchsbedingungen zeigt Abb. 15 zeigt.
Abb. 15
Wässriges Aerosol. Zusammenfassung der Partikelanzahlkonzentrationen (Gesamtpartikelkonzentrationen) bei Abstand zwischen den Phantomköpfen Emitter und Empfänger von 1 m. Box-Plot mit Darstellung des unteren und oberen Quartils, Minimums, Maximums und Medians. (a) Maske am Phantomkopf abgeklebt. o.A. Messung ohne generiertes Aerosol
×
Diskussion
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen sehr anschaulich, dass gut passende Masken die Menge an ausgestoßenen Aerosolen erheblich reduzieren können. Bereits bei kleineren Abweichungen der Passgenauigkeit sinkt das Schutzpotenzial jedoch auf ein wesentlich niedrigeres Niveau. Schreiber et al. [21] konnten zeigen, dass beim Tragen von FFP2-Masken die kritischste Stelle mit dem höchsten Risiko, dass Aerosole ein- oder austreten können, der Bereich der Glabella ist, dort wo die Maske auf der Nasenwurzel aufliegt. Es hat sich auch gezeigt, dass Masken beim Zurückhalten von Aerosolen beim Ausatmen effizienter sind als beim Einatmen. Dies wurde auch in früheren Studien belegt [29]. Ungeachtet der Porengröße des Maskenmaterials können Aerosole durch die offenen Spalten zwischen Maskenrand und Gesichtsbereich eindringen und eingeatmet werden. Daher bieten OP-Masken, die systembedingt an den Rändern Leckagen aufweisen, einen geringeren Schutz vor Aerosolen. Umgekehrt können sich Aerosole beim Ausatmen eher seitlich bzw. oberhalb oder unterhalb vom Maskenträger verteilen und werden von einer gegenüber positionierten Person nicht zwingend direkt eingeatmet. Die Passgenauigkeit der Masken spielt dabei eine entscheidende Rolle. Nichtsdestotrotz sorgen selbst OP-Masken dafür, dass nicht unerhebliche Mengen an Aerosol zurückgehalten werden können [4].
Grundsätzlich haben sich Masken als effektives Mittel zur Minderung der Virusübertragung während der COVID-19-Pandemie bewährt [2]. Da Masken eine Ausbreitung von Aerosolen vermindern können, ist es sinnvoll, dass Beschäftigte im Gesundheitswesen bei Patientenkontakt Masken tragen, da Aerosole infektiös sein können. Dies ist besonders wichtig beim Kontakt zu immunsupprimierten Personen [18]. Eine große Rolle spielt auch der Selbstschutz, insbesondere bei Berufsgruppen, die in Kontakt zu potenziell infektiösen Menschen oder Oberflächen haben, oder wo Abstandsregeln tätigkeitsbedingt nicht einzuhalten sind [10]. Zu nennen sind hier wiederum Beschäftigte im Gesundheitswesen, aber auch in Sicherheitsberufen, Reinigungsberufen oder im Friseurhandwerk [9]. Masken können darüber hinaus vor Luftverschmutzung [13] oder vor Pilzsporen schützen, was u. a. für Beschäftigte in Forstberufen von Relevanz ist [3]. Insbesondere beim Selbstschutz sollte auf die Passgenauigkeit der Masken (z. B. FFP‑2 oder FFP-3) geachtet werden. OP-Masken sind für einen effektiven Selbstschutz weniger geeignet, wie diese Studie eindrücklich belegt. OP-Masken schützen primär die Mitmenschen vor potenziell infektiösen Aerosolen (Fremdschutz; [6]).
Ausblick und Limitationen
Zusätzlich zu dem in dieser Studie gewählten Setting „face to face“, also Messungen bei gegenüber positionierten Phantomköpfen, wären Erweiterungen der Versuchsbedingungen sinnvoll. Es sollte z. B. überprüft werden, wie die Aerosolbelastung bei einer seitlich bzw. oberhalb oder unterhalb zum Empfänger positionierten Aerosolquelle ist, da die kritischsten Stellen für einen vermeintlichen Aerosoleintritt die Ränder der Maske darstellen. Für genauere Aussagen über die Maskeneffizienz, wie z. B. der Filtrationsrate von unterschiedlichen Masken, wäre der Einsatz eines potenten Raumluftreinigers sinnvoll. Auch beschreibt eine am Phantomkopf abgeklebte Maske nur näherungsweise eine gut sitzende Maske am Kopf einer Person.
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Studien haben gezeigt, dass ein FMPS wie das hier eingesetzte TSI Model 3091 im Vergleich zu Scanning Mobility Particle Sizers (SMPS) und Kondensationspartikelzählern („condensation particle counter“ [CPC]) oberhalb einer Partikelgröße von ungefähr 200 nm Ungenauigkeiten sowohl hinsichtlich Partikelgrößenbestimmung als auch Partikelanzahl aufweist [11, 14]. Ein Vorteil des FMPS ist aber seine sehr hohe temporäre Auflösung mit der damit verbundenen genauen Darstellung von zeitlichen Änderungen der Partikelbelastung [11]. Wässrige Aerosole, wie z. B. das hier eingesetzte Aerosol mit 0,9 % Natriumchlorid und 2,5 % Glycerol, oder Aerosole in der Atemluft geben in der Umgebungsluft Wasser ab, und ihre Partikelgröße schrumpft abhängig u. a. von der Luftfeuchtigkeit. Eine genaue Partikelgrößenbestimmung der verwendeten Aerosole war jedoch nicht Ziel dieser Studie.
Bei allen Versuchen wurde darauf geachtet, Luftbewegungen im Laborraum so gering wie möglich zu halten. Mögliche Turbulenzen im Bereich der Messungen oder die natürliche Luftaustauschrate im Raum wurden allerdings nicht berücksichtigt. Dadurch konnte es vorkommen, dass die Streuung der einzelnen Messdaten zum Teil sehr hoch ausfiel. Dies entspricht aber den tatsächlichen Bedingungen in nicht hermetisch abgeschlossenen Räumen und ist sehr realitätsnah. Allerdings wäre die Varianz bei einem erhöhten Stichprobenumfang möglicherweise niedriger ausgefallen. Die Ergebnisse dieser Studie unter den gewählten Bedingungen sind aber eindeutig und aussagekräftig.
Fazit
Wir konnten eine deutliche Schutzwirkung durch das Tragen von Masken für andere Personen feststellen. Auch bei kurzer Distanz von nur einem Meter werden Aerosole sowohl durch OP-Masken als auch FFP2-Masken gut zurückgehalten. Masken bieten also einen guten Fremdschutz. Allerdings bieten OP-Masken und nicht gut passende FFP2-Masken einen geringeren Schutz vor Aerosolen für das Gegenüber als gut passende FFP2-Masken.
Für den Selbstschutz eignen sich OP-Masken oder nicht passgenaue FFP2-Masken nur sehr bedingt. Passgenau sitzende FFP2-Masken bieten hier einen recht guten Selbstschutz vor Aerosolen.
Die Aerosolbelastung hängt auch in hohem Maße vom Abstand zur Aerosolquelle und der Beschaffenheit des Aerosols ab. Langlebige Aerosole, wie beispielsweise DEHS, können weite Distanzen zurücklegen. Dies muss im Rahmen einer Gefährdungsbeurteilung unbedingt berücksichtigt werden.
Funding
Diese Studie wurde teilweise gefördert durch die Alfons und Gertrud Kassel-Stiftung und die Dr. Senckenbergische Stiftung.
Einhaltung ethischer Richtlinien
Interessenkonflikt
M. Braun, D. Klingelhöfer, J. Dröge und D.A. Groneberg geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.
Für diesen Beitrag wurden von den Autor/-innen keine Studien an Menschen oder Tieren durchgeführt. Für die aufgeführten Studien gelten die jeweils dort angegebenen ethischen Richtlinien.
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Bei Menschen mit Typ-2-Diabetes sind die Chancen, einen Myokardinfarkt zu überleben, in den letzten 15 Jahren deutlich gestiegen – nicht jedoch bei Betroffenen mit Typ 1.
Dass sich invasive Pilzinfektionen in letzter Zeit weltweit häufen, liegt wahrscheinlich auch am Klimawandel. Ausbrüche mit dem Hefepilz Candida auris stellen eine zunehmende Gefahr für Immungeschwächte dar – auch in Deutschland.
Je mehr Alkohol Menschen pro Woche trinken, desto mehr steigt ihr Blutdruck, legen Daten aus Dänemark nahe. Ob es dabei auch auf die Art des Alkohols ankommt, wurde ebenfalls untersucht.
Darmkrebserkrankungen in jüngeren Jahren sind ein zunehmendes Problem, das häufig längere Zeit übersehen wird, gerade weil die Patienten noch nicht alt sind. Welche Anzeichen Ärzte stutzig machen sollten, hat eine Metaanalyse herausgearbeitet.
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