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Die Frage, ob Masken Schutz vor dem Coronavirus bieten, wird heiß diskutiert. Zwei Forschungsteams haben nun bewiesen, auf welche Arten Masken ihre Träger schützen können.

Masken tragen erheblich zum Schutz vor SARS-CoV-2-Viren bei - eine gängige Annahme. In den vergangenen Tagen wurden nun zwei Studien veröffentlicht, die sich mit der Schutzwirkung von Mund-Nase-Bedeckungen befassen. Um die Übertragung zwischen zwei Personen möglichst realistisch zu simulieren, kamen bei beiden Forschungsteams besondere technische Hilfsmittel zum Einsatz.

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Modellköpfe bei Experimenten in Japan und Deutschland

An der University of Tokyo in Japan testeten Forscher die Luftübertragung des Virus in einem Versuchsaufbau mit zwei sich gegenüberstehenden Modellköpfen. Der eine Kopf schleuderte echte Coronaviren, vergleichbar mit einem Husten, in die Raumluft, die der andere Kopf einatmete. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt setzte ebenfalls eine Modellpuppe ein, um zu untersuchen, wie Masken das Verhalten von Aerosolen in geschlossenen Räumen beeinflussen. Die Technik, die dabei verwendet wurde, dient normalerweise zur Untersuchung von Luftströmen in der Luft- und Raumfahrt. Beide Forschungsgruppen kamen in ihren Experimenten zu dem Schluss, dass die Ansteckungsgefahr vor allem dann gesenkt werden kann, wenn die infizierte Person eine Maske trägt.

Eine Puppe mit Mundschutz steht in der Mitte eines Testraumes, der mit winzigen Seifenblasen gefüllt wird. (Foto: Pressestelle, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (https://www.dlr.de/content/de/artikel/news/2020/04/20201026_aeromask.html), Bildausschnitt)
Die Testpuppe des Aeromask-Experiments steht in der Mitte eines Testraums, der mit winzigen Seifenblasen gefüllt ist. Pressestelle Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (https://www.dlr.de/content/de/artikel/news/2020/04/20201026_aeromask.html), Bildausschnitt

Eindrucksvoller Versuchsaufbau im Projekt "Aeromask"

Für das Gemeinschaftsprojekt „Aeromask“ des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt wurde ein geschlossener Raum mit Seifenblasen in der Größe von Zuckerkörnern geflutet, die durch das Strömungsfeld des Raumes fliegen sollten. Eine sitzende Testpuppe erzeugte mit einem Ventilator eine zyklische Luftströmung, vergleichbar mit der Atmung eines Menschen. Zusätzlich imitierte eine eingebaute Heizung dessen Körperwärme. Um den Luftstrom des Atems und die Ablenkung der Aerosole durch Masken in einem großen Raum millimetergenau zu verfolgen, wurden mehrere hochauflösende Kameras und leistungsstarke 3D-Trackingsoftware für die Verfolgung der Partikel eingesetzt.

Eine Testpuppe mit Mundschutz wird von mehreren Kameras im Hintergrund aufgezeichnet. (Foto: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (https://www.dlr.de/content/de/artikel/news/2020/04/20201026_aeromask.html), Bildausschnitt)
Die simulierte Atmung der Testpuppe beim Tragen eines Mund-Nasen-Schutzes wird mit hochauflösenden Kameras gefilmt. Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (https://www.dlr.de/content/de/artikel/news/2020/04/20201026_aeromask.html), Bildausschnitt

Masken lenken Aerosole um und verringern Risiko einer direkten Übertragung

Obwohl die Versuche zeigten, dass die winzigen Aerosole den Maskenstoff durchaus durchdringen können, ließ sich trotzdem ein großer Nutzen der Masken feststellen: Ihre Schutzwirkung liegt im Verlangsamen und Umlenken der Atemluft. Die Maske bremst die von der Puppe ausgeatmeten Aerosole und lässt sie in Körpernähe schweben. Mit der von der geheizten Modellpuppe erzeugten Luftströmung stiegen die Partikel nach oben und verteilten sich von dort aus weiter im gesamten Raum. In der Realität würde diese Ausbreitung dazu führen, dass sich die infizierten Schwebeteilchen verdünnen und damit in einer direkten Begegnung eine geringere Gefahr für das Gegenüber darstellen.

Eine Visualisierung des Experiments zeigt, wie sich die Aerosole beim Tragen einer Maske und ohne das Tragen einer Maske im Raum ausbreiten können. (Foto: Pressestelle, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (https://www.dlr.de/content/de/artikel/news/2020/04/20201026_aeromask.html), Video-Bildschirmfotos, montiert.)
Die Ausbreitung von potenziell infizierten Aerosolen beim Tragen einer Maske (links) und ohne Maske (rechts). Die Farbe der Partikel indiziert deren Auftriebsgeschwindigkeit, die abhängig von der Raumtemperatur ist. Pressestelle Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (https://www.dlr.de/content/de/artikel/news/2020/04/20201026_aeromask.html), Video-Bildschirmfotos, montiert.

Japanische Wissenschaftler setzten erstmals echte Coronaviren ein

Die Forscher am Institute of Medical Science der University of Tokyo konnten aufgrund einer sehr lebensnahen Simulation der Luftübertragung zwischen infizierten und gesunden Personen feststellen, wie viele Partikel beim Tragen einer Maske tatsächlich auch in die Atemwege gelangen. Die Gruppe unter der Leitung von Professor Kawaoka Yoshihiro und Projektassistent Professor Ueki Hiroshi setzte dabei zum ersten Mal echte Coronaviren ein, um die Schutzwirkung von Masken zu testen.

Modellpuppen simulierten Husten und Atmen

Die japanischen Wissenschaftler entwarfen einen Versuchsaufbau, der nicht nur wirklichkeitsgetreu funktionierte, sondern auch so aussah. Bei dem Experiment stellten die Wissenschaftler zwei Modellköpfe aus Kunststoff in einer geschlossenen Kammer gegenüber. Einer davon wurde mit einem Vernebler ausgestattet, der eine Wolke echter Coronaviren versprühte und damit das Husten einer infizierten Person nachahmte. Der andere Kopf imitierte die natürliche Atmung eines Gesunden. Ein Ventilator, der die Atmungsrate einer Lunge simulieren sollte, saugte die Raumluft durch den Mund in einen an den Kopf angeschlossenen Behälter. Dort wurde der Virengehalt der eingeatmeten Luft gemessen. Nacheinander wurden verschiedene Maskenkombinationen untersucht.

Zwei Puppenköpfe, die für das Experiment an technische Geräte angeschlossen sind, stehen sich in einem geschlossenen Behälter gegenüber. (Foto: Pressestelle, Copyright © 2020 Ueki et al., Bildausschnitt)
Der Versuchsaufbau mit dem Infizierten ohne Maske und dem Empfänger mit Maske. Pressestelle Copyright © 2020 Ueki et al., Bildausschnitt

Effektiver Fremdschutz der Masken bewiesen

Die Ergebnisse zeigten, dass die filternden FFP-2-Masken, Einweg-Mundschutze und auch die Baumwollmasken allesamt schützende Effekte aufweisen. Eine selbstgenähte Stoffmaske für den Selbstschutz kann helfen, die Virenaufnahme um 17 Prozent zu reduzieren, ein Einweg-Schutz verminderte im Experiment die inhalierte Virenmenge sogar um 47 Prozent und eine medizinische Schutzmaske, die eng anlag, filterte 79 Prozent der Viren heraus. Außerdem kann das Tragen einer Stoffmaske oder eines OP-Mundschutzes die Übertragung auf Andere um über 70 Prozent verringern. Das Experiment zeigte zudem, dass beidseitiges Maskentragen zusammenwirken und die Virenaufnahme auf unter 10 Prozent begrenzen kann.

Zwei Frauen mit Masken unterhalten sich im Freien. (Foto: Imago, imago images / ZUMA Wire)
Wenn bei Interaktion beide Personen eine Maske tragen, sinkt das Ansteckungsrisiko stark. Trotzdem sollte der Mindestabstand eingehalten werden. Imago imago images / ZUMA Wire

Masken allein schützen nicht zuverlässig vor einer Ansteckung

Der Leiter der Studie, Professor Kawaoka, wies darauf hin, dass die Übertragung der Viren offensichtlich nicht vollständig verhindert werden kann, selbst wenn beide Puppen Masken tragen. Dies deckt sich mit den Ergebnissen des DLR, in dessen Experimenten deutlich geworden war, dass Aerosole oft ungehindert durch Stoffmasken dringen können. Da das Projekt der deutschen Wissenschaftler*innen jedoch noch nicht abgeschlossen ist, sind diesbezüglich weitere Ergebnisse zu erwarten. Die gängige Annahme, dass das Maskentragen einen erheblichen Beitrag dazu leistet, das Virus einzudämmen, bestätigen beide Studien. Sie zeigen aber auch, dass Mindestabstände und ausreichende Belüftung von Innenräumen weiterhin eine wichtige Rolle spielen.

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