Manche Masken können schlimmer sein, als gar keine zu tragen: Die physikalische Wirkung von Masken auf den Luftstrom und den COVID-19-Schutz

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Ein Computermodell vertieft unser Verständnis des Luftstroms beim Tragen von Gesichtsmasken, des Ortes, an dem Partikel in den Atemwegen landen, und der Wirksamkeit von dreilagigen chirurgischen Masken.
Obwohl allgemein bekannt ist, dass das Tragen einer Gesichtsmaske dazu beiträgt, die Ausbreitung von COVID-19 in der Gemeinschaft einzudämmen, ist weniger über die spezifische Wirksamkeit von Masken bei der Reduzierung der Viruslast in den Atemwegen der Träger bekannt.
In Physics of Fluids, von AIP Publishing, untersuchten Forscher der University of Massachusetts Lowell und der California Baptist University die Wirkung des Tragens einer dreilagigen chirurgischen Maske auf die inspiratorischen Luftströme und die Auswirkungen der Maske auf die Inhalation und Ablagerung von Umgebungspartikeln in den oberen Atemwegen.

“Es ist natürlich zu denken, dass das Tragen einer Maske, egal ob neu oder alt, immer besser ist als nichts. Unsere Ergebnisse zeigen, dass dieser Glaube nur für Partikel größer als 5 Mikrometer zutrifft, nicht aber für feine Partikel kleiner als 2,5 Mikrometer”, so Autor Jinxiang Xi. (Das SARS-CoV-2-Virus, das COVID-19 verursacht, ist etwa 0,1 Mikrometer groß – d. Red.)
Die Forscher fanden heraus, dass das Tragen einer Maske mit geringer (weniger als 30 %) Filtrationseffizienz schlimmer sein kann als ohne.
Sie entwickelten ein computergestütztes Gesichtsmaskenmodell, indem sie ein physiologisch realistisches Modell einer Person verwendeten, die eine chirurgische Maske mit Falten trägt, und dann numerische Methoden einsetzten, um die Partikel durch die Maske zu verfolgen.

Sie untersuchten das Verhalten und die Schicksale von Aerosolen, die durch die Maske, auf das Gesicht und in die Atemwege gelangen und sich schließlich in der Nase, im Rachen oder in der tiefen Lunge ablagern.
Das Modell zeigte, dass eine Maske den Luftstrom um das Gesicht herum verändert, so dass die Luft nicht mehr über bestimmte Pfade in Mund und Nase eintritt, sondern über die gesamte Maskenoberfläche, jedoch mit geringerer Geschwindigkeit.
Die geringere Geschwindigkeit in der Nähe des Gesichts begünstigt die Inhalation von Aerosolen in die Nase, so dass, obwohl Masken eine bestimmte Anzahl von Partikeln herausfiltern, mehr Partikel, die der Maskenfiltration entgehen, in die Atemwege gelangen können.
Sie fanden heraus, dass die Filtrationseffizienz der dreilagigen chirurgischen Maske zwischen 65 %, wenn sie neu ist, und 25 %, wenn sie benutzt wird, variieren kann. Das richtige Tragen einer 65 %-Maske bietet also einen guten Schutz, aber das Tragen einer Maske mit 25 % Filtration kann schlimmer sein, als gar keine zu tragen.
“Wir hoffen, dass die Gesundheitsbehörden die aktuellen Präventivmaßnahmen zur Eindämmung der COVID-19-Übertragung verstärken, wie z. B. die Wahl einer effektiveren Maske, das richtige Tragen für den höchsten Schutz und die Vermeidung der Verwendung einer übermäßig benutzten oder abgelaufenen chirurgischen Maske”, sagte Xi.
Die Forscher fanden heraus, dass die Falten einer chirurgischen Gesichtsmaske die Luftströmungsmuster signifikant beeinflussen, was darauf hindeutet, dass auch die Form der Maske als wichtiger Faktor bei der Einschätzung der Schutzwirkung der Maske und der Entwicklung neuer Masken berücksichtigt werden sollte. Xi sagte, dass sie die Auswirkungen von Maskenformen auf die Effizienz des Atemwegsschutzes beim Menschen weiter untersuchen werden.
Referenz: “Effects of mask-wearing on the inhalability and deposition of airborne SARS-CoV-2 aerosols in human upper airway” von Jinxiang Xi, Xiuhua April Si und Ramaswamy Nagarajan, 15. Dezember 2020, Physics of Fluids.DOI: 10.1063/5.0034580

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