Gesichtsmasken verkürzen die Entfernung luftübertragener Krankheitserreger und könnten sich halbieren, wie eine neue Studie zeigt

Die Wirksamkeit von Gesichtsmasken ist seit dem Aufkommen von COVID-19 ein heiß diskutiertes Thema. Eine neue Studie von Forschern der University of Central Florida liefert jedoch weitere Beweise dafür, dass sie funktionieren.

In einer heute im Journal of Infectious Diseases erschienenen Studie fanden die Forscher heraus, dass Gesichtsmasken die Distanz, die in der Luft befindliche Krankheitserreger beim Sprechen oder Husten zurücklegen können, um mehr als die Hälfte reduzieren, verglichen mit dem Tragen ohne Maske.

Die Ergebnisse sind wichtig, da in der Luft befindliche virale Krankheitserreger wie SARS-CoV-2 eingekapselt und durch Flüssigkeitströpfchen und Aerosole übertragen werden können, die bei menschlichen Atemfunktionen wie Sprechen und Husten entstehen.

Das Wissen um Möglichkeiten zur Reduzierung dieser Übertragungsdistanz kann dazu beitragen, die Sicherheit der Menschen zu gewährleisten und bei der Bewältigung von Reaktionen auf Pandemien wie COVD-19 zu helfen, die zu weltweiten Infektionen, Überlastungen des Gesundheitssystems und wirtschaftlichen Schäden geführt haben.

Zu diesen Reaktionen könnte die Lockerung einiger Richtlinien zur sozialen Distanzierung beim Tragen von Masken gehören.

„Die Forschung liefert klare Beweise und Richtlinien dafür, dass ein Abstand von 3 Fuß mit Gesichtsbedeckung besser ist als ein Abstand von 6 Fuß ohne Gesichtsbedeckung“, sagt Kareem Ahmed, Co-Autor der Studie, außerordentlicher Professor an der Fakultät für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik der UCF.

Mithilfe diagnostischer Hilfsmittel, die üblicherweise zum Verständnis der Bewegung von Flüssigkeiten in der Luft verwendet werden, maßen die Forscher die Entfernung in alle Richtungen, die Tröpfchen und Aerosole von sprechenden und hustenden Menschen zurücklegen, wenn sie verschiedene Arten von Masken tragen und wenn nicht.

An der Studie nahmen 14 Personen teil, 11 Männer und 3 Frauen im Alter von 21 bis 31 Jahren.

Jeder Teilnehmer rezitierte einen Satz und simulierte fünf Minuten lang einen Husten ohne Gesichtsbedeckung, mit einer Gesichtsbedeckung aus Stoff und mit einer dreischichtigen Einweg-OP-Maske.

Zur Messung der Partikelgeschwindigkeit wurde die planare Partikelbildgebung verwendet. Ein Phasen-Doppler-Interferometer wurde verwendet, um Tröpfchengröße, Geschwindigkeit und Volumenfluss an Punkten innerhalb einer Sprühfahne zu messen. und ein aerodynamisches Partikelgrößenmessgerät wurde verwendet, um das Verhalten von in der Luft befindlichen Partikeln zu bestimmen.

Die Instrumente maßen die Eigenschaften, das Verhalten und die Richtung der in der Luft befindlichen Partikel, während sie aus dem Mund der Teilnehmer nach außen wanderten.

Die Forscher fanden heraus, dass eine Gesichtsbedeckung aus Stoff die Emissionen in alle Richtungen auf etwa zwei Fuß reduzierte, verglichen mit den Emissionen von vier Fuß, die beim Husten oder Sprechen ohne aufgesetzte Maske entstehen.

Die Reduzierung war sogar noch größer, wenn man eine chirurgische Maske trug, wodurch die zurückgelegte Distanz für Husten- und Sprechemissionen auf nur etwa einen halben Fuß reduziert wurde.

Die Idee für die Studie hatten die Forscher aus ihrer Forschung zu Jet-Antrieben.

„Die Prinzipien sind die gleichen“, sagt Ahmed. „Unser Husten und Sprechen sind erschöpfte Antriebsfedern.“

Die Studie ist Teil der größeren Gesamtbemühungen der Forscher, die Übertragung von Krankheiten durch die Luft zu kontrollieren, unter anderem durch Lebensmittelzutaten, ein besseres Verständnis der Faktoren, die mit der Superverbreitung zusammenhängen; und die Modellierung der Übertragung von Krankheiten durch die Luft in Klassenzimmern.

Als nächstes werden die Forscher die Studie mit mehr Teilnehmern erweitern. Die Arbeit wird teilweise von der National Science Foundation finanziert.

Co-Autoren der Studie waren Jonathan Reyes, Hauptautor und Postdoktorand; Bernhard Stiehl, Postdoktorand; Juanpablo Delgado, ein Masterstudent; und Michael Kinzel, ein Assistenzprofessor. Alle sind Mitarbeiter der UCF-Abteilung für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik.

Ahmed trat 2014 der UCF-Abteilung für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik bei, die zum College of Engineering and Computer Science der UCF gehört. Er ist außerdem Mitglied des Center for Advanced Turbomachinery and Energy Research und des Florida Center for Advanced Aero-Propulsion. Er war mehr als drei Jahre lang als leitender Aero-/Thermoingenieur bei Pratt & Whitney Military Engines tätig und arbeitete an fortschrittlichen Triebwerksprogrammen und -technologien. Er war außerdem Fakultätsmitglied an der Old Dominion University und der Florida State University.

An der UCF leitet er die Forschung im Bereich Antrieb und Energie mit Anwendungen für Stromerzeugung und Gasturbinentriebwerke, Antriebsstrahltriebwerke, Hyperschall und Brandschutz sowie Forschung im Zusammenhang mit der Supernova-Wissenschaft und der Übertragungssteuerung von COVID-19.

Er erwarb seinen Doktortitel in Maschinenbau an der State University of New York in Buffalo. Er ist Associate Fellow des American Institute of Aeronautics and Astronautics sowie Fakultätsmitglied des US Air Force Research Laboratory und des Office of Naval Research.

Kinzel erhielt seinen Doktortitel in Luft- und Raumfahrttechnik von der Pennsylvania State University und kam 2018 zur UCF. Er ist nicht nur Mitglied der Abteilung für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik der UCF, die Teil des College of Engineering and Computer Science der UCF ist, sondern arbeitet auch mit dem Center for der UCF zusammen Fortgeschrittene Turbomaschinen- und Energieforschung.