Kompakt Allgemeinmedizin
© Technische Universität Wien

Tröpfchen mit Coronaviren halten länger als gedacht

Winzige, mit Viren bela­dene Tröpf­chen verschwinden nach dem Ausatmen lang­samer als bishe­rige Modelle vermuten ließen. Expe­ri­mente und Simu­la­tionen der TU Wien können das nun erklären.

Im Winter steckt man sich leichter an als im Sommer – das gilt für die Corona-Pandemie, für Influ­enza und für andere virale Erkran­kungen. Eine wesent­liche Rolle spielt dabei die rela­tive Luft­feuch­tig­keit. Sie ist im Winter draußen viel höher als im Sommer, man erkennt das etwa daran, dass unser Atem an der kalten Luft zu Tröpf­chen kondensiert.

Bishe­rige Modelle gingen davon aus, dass nur große Tröpf­chen eine rele­vante Anste­ckungs­ge­fahr mit sich bringen, weil kleine Tröpf­chen schnell verdunsten. An der TU Wien konnte man nun aller­dings in Zusam­men­ar­beit mit der Univer­sität Padua zeigen, dass das nicht stimmt: Durch die hohe Feuch­tig­keit der Atem­luft können auch kleine Tröpf­chen viel länger in der Luft bleiben als bisher ange­nommen. Die Studie wurde im Fach­journal PNAS publiziert.

Simu­la­tionen und Expe­ri­mente mit Dummy-Kopf
Prof. Alfredo Soldati und sein Team am Institut für Strö­mungs­me­chanik und Wärme­über­tra­gung der TU Wien beschäf­tigen sich mit Strö­mungen, die aus unter­schied­li­chen Kompo­nenten zusam­men­ge­setzt sind – man spricht von „Mehr­pha­sen­strö­mungen“. Dazu zählt auch die Luft, die ein infi­zierter Mensch beim Niesen ausatmet: Die infek­tiösen Viren befinden sich in Flüs­sig­keits­tröpf­chen unter­schied­li­cher Größe, dazwi­schen befindet sich Gas.

Diese Mischung führt zu einem relativ kompli­zierten Strö­mungs­ver­halten: Sowohl Tröpf­chen als auch Gas bewegen sich, beide Kompo­nenten beein­flussen einander, und die Tröpf­chen können dabei verdunsten und selbst zum Gas werden. Um diesen Effekten auf den Grund zu gehen, wurden an der TU Wien Compu­ter­si­mu­la­tionen entwi­ckelt, in denen man die Ausbrei­tung von Tröpf­chen und Atem­luft bei unter­schied­li­chen Umge­bungs­pa­ra­me­tern berechnen kann, etwa bei unter­schied­li­cher Tempe­ratur und Luftfeuchtigkeit.

Zusätz­lich führte man Expe­ri­mente durch: In einen Kopf aus Kunst­stoff wurde eine Düse mit einem elek­tro­ma­gne­tisch gesteu­erten Ventil einge­baut, um auf präzise defi­nierte Weise ein Gemisch aus Tröpf­chen und Gas zu versprühen. Mit Hoch­ge­schwin­dig­keits­ka­meras wurde der Vorgang aufge­zeichnet, so konnte man genau messen, welche Tröpf­chen wie lange in der Luft bleiben. An dem Forschungs­pro­jekt betei­ligt war außerdem das Team von Fran­cesco Picano an der Univer­sität Padua.

Die feuchte Atem­luft lässt Tröpf­chen länger schweben
„Wir haben fest­ge­stellt, dass kleine Tröpf­chen eine Größen­ord­nung länger in der Luft bleiben als man bisher gedacht hatte“, sagt Alfredo Soldati. „Das hat einen simplen Grund: Für die Verduns­tungs­rate der Tröpf­chen ist nicht die durch­schnitt­liche rela­tive Luft­feuch­tig­keit der Umge­bung entschei­dend, sondern die lokale Feuch­tig­keit direkt am Aufent­haltsort des Tröpf­chens.“ Die ausge­at­mete Luft ist viel feuchter als die Umge­bungs­luft, und diese ausge­at­mete Feuch­tig­keit führt dazu, dass kleine Tröpf­chen lang­samer verdunsten. Wenn die ersten Tröpf­chen verdunsten, führt das lokal wieder zu einer höheren Feuch­tig­keit, wodurch der weitere Verduns­tungs­pro­zess anderer Tröpf­chen weiter gebremst wird.

Das heißt zwar, dass kleine Tröpf­chen länger infek­tiös sind als ange­nommen, aber das soll kein Grund für Pessi­mismus sein“, meint Alfredo Soldati. „Es zeigt uns nur, dass man solche Phäno­mene eben auf die korrekte Weise studieren muss, um sie zu verstehen. Nur dann können wir wissen­schaft­lich solide Empfeh­lungen machen, etwa in Bezug auf Masken und Sicherheitsabstände.“

Origi­nal­pu­bli­ka­tion: Wang J, Alipour M, Soligo G et al. Short-range expo­sure to airborne virus trans­mis­sion and current guide­lines. Proc Natl Acad Sci U S A. 2021 Sep 14;118(37):e2105279118. https://doi.org/10.1073/pnas.2105279118

Quelle: Tech­ni­sche Univer­sität Wien

 

Um weiter­zu­lesen, regis­trieren Sie sich bitte hier.

Anmelden