Maskengegner aufgepasst: Warum Gesichtsmasken effektiv vor Corona schützen

Forschern des Max-Planck-Instituts für Chemie, der Universitätsmedizin Mainz und der Charité Berlin haben gemeinsam mit Partnern aus China und den USA gezeigt, dass Gesichtsmasken die Reproduktionszahl von SARS-CoV-2 effektiv senken und warum sich ihre Wirksamkeit in virusarmer und virusreicher Luft unterscheidet. Ihre Untersuchungen wurden in Science veröffentlicht

Die Wirksamkeit von Masken zur Verhinderung der Übertragung von SARS-CoV-2 wird seit Beginn der Pandemie diskutiert. Eine wichtige Frage ist, ob Masken trotz des starken Ausstoßens von Atemmaterial beim Husten und Niesen wirksam sind. Cheng et al. zeigen in ihrer Publikation auf, dass die meisten Menschen unter Bedingungen leben, in denen die Virusbelastung in der Luft gering ist. Die Ansteckungswahrscheinlichkeit ändert sich allerdings nichtlinear mit der Menge an Atemwegsmaterial, der eine Person ausgesetzt ist.

Wenn die meisten Menschen in der breiteren Gemeinschaft auch nur einfache OP-Masken tragen, ist die Wahrscheinlichkeit einer Begegnung mit einem Viruspartikel noch weiter reduziert. In Innenräumen ist es unmöglich zu vermeiden, Luft einzuatmen, die jemand anderes ausgeatmet hat, und in Krankenhaussituationen, in denen die Viruskonzentration am höchsten ist, bieten selbst die leistungsstärksten Masken ohne andere Schutzausrüstung wie Schutzanzüge keinen ausreichenden Schutz

Maskenwirksamkeit abhängig von Viruslast

Die Forschergruppe zeigt, dass Variationen der Maskenwirksamkeit durch unterschiedliche Viruslasten erklärt werden können und mit der bevölkerungsdurchschnittlichen Infektionswahrscheinlichkeit und der Reproduktionszahl zusammenhängen. Um die Reproduktionszahl von etwa drei, wie ursprünglich beobachtet, auf unter eins zu reduzieren, müssten mindestens 60 bis 70 Prozent der Menschen chirurgische Masken korrekt anwenden, erläutern die Forscher. Bei N95/FFP2-Masken wären es etwa 40 Prozent. Bei infektiöseren Varianten von Sars-CoV-2 müssten die Raten entsprechend höher sein.

• Die Kurven stellen die Infektionswahrscheinlichkeit (P_inf) als Funktion der inhalierten Viruszahl (N_v) dar, skaliert durch die mittlere Infektionsdosis ID_v,50 bei P_inf = 50%.
• Im virusreichen Regime [(A) und (B)] ist die Konzentration der luftgetragenen Viren so hoch, dass sowohl die Zahl der mit und ohne Maske inhalierten Viren (N_v,mask, N_v) deutlich höher ist als ID_v,50, und P_inf bleibt in der Nähe von ~1, auch wenn Masken verwendet werden.
• Im virusbegrenzten Regime [(C) und (D)] liegen N_v und N_v,mask nahe oder niedriger als ID_v,50 und P_inf sinkt erheblich, wenn Masken verwendet werden, selbst wenn die Masken die Inhalation aller Partikel nicht verhindern können.
• In (B) und (D) stellen die roten Punkte respiratorische Partikel dar, die Viren enthalten, und die offenen grünen Kreise repräsentieren respiratorische Partikel ohne Viren.

Unter der Annahme, dass jedes einzelne eingeatmete Virus (Virion) die gleiche Chance hat, eine Person zu infizieren, kann P_inf durch ein Single-Hit-Modell der Infektion berechnet werden:

P_inf = 1−(1−P_single)^N_v

Selbst einfache chirurgische Masken effektiv

„Normalerweise enthält nur ein geringer Anteil der von Menschen ausgeatmeten Tröpfchen und Aerosolpartikel Viren. Meist ist die Virenkonzentration in der Luft so gering, dass selbst einfache chirurgischer Masken die Verbreitung von COVID-19 sehr wirksam eindämmen“, erklärt Yafang Cheng, Leiterin einer Minerva-Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut für Chemie. „Unser Ansatz erlaubt detaillierte Berechnungen von Bevölkerungsmittelwerten und erklärt, warum Regionen, in denen ein höherer Anteil der Bevölkerung Masken trägt, die Pandemie besser unter Kontrolle haben."

In virenreichen Innenräumen mit hoher Infektionswahrscheinlichkeit sind Masken mit höherer Wirksamkeit (N95/FFP2) und andere Schutzausrüstungen erforderlich, um eine Übertragung durch die Luft zu verhindern, da die Wirksamkeit der Gesichtsmasken stark von der Viruskonzentration abhängt.

„Die Kombination von hochwertigen Masken mit anderen Schutzmaßnahmen wie Lüften und Abstandhalten ist besonders wichtig für Krankenhäuser, medizinische Zentren und andere Innenräume, in denen Hochrisikopatienten auf hohe Viruskonzentrationen treffen können“, sagt Christian Witt, Leiter des Forschungsbereichs Pneumologie an der Charité - Universitätsmedizin Berlin. „Masken werden eine wichtige Schutzmaßnahme gegen Sars-CoV-2-infektionen bleiben – sogar für geimpfte Personen, speziell wenn der Impfschutz mit der Zeit nachlässt.“

Beurteilung des Schutzes gegen infektiösere Mutanten möglich

„Unsere Methode setzt die Wirkung von Masken und anderen Schutzmaßnahmen in Bezug zu Infektionswahrscheinlichkeiten und Reproduktionszahlen. Der Ansatz und unsere Ergebnisse sind auf eine Vielzahl von Atemwegsviren wie Corona-, Rhino- und Influenzaviren und die entsprechenden Krankheiten anwendbar. Sie können auch verwendet werden, um die Wirksamkeit gegenüber neuen und infektiöseren Mutanten von Sars-CoV-2 zu beurteilen.“ sagt Hang Su, Forschungsgruppenleiter am Max-Planck-Institut für Chemie. „Unsere Studie erklärt zudem, warum die Aerosolübertragung von Viren nicht unbedingt zu sehr hohen Reproduktionszahlen führt, wie sie bei Masern beobachtet wurden. Selbst bei relativ niedrigen Infektionswahrscheinlichkeiten und Reproduktionszahlen kann man die Übertragung einer Infektionskrankheit durch die Luft nicht ausschließen."