Bisher war unklar, wie sich die Trainingsintensität auf die Emission und Konzentration von Aerosolpartikeln in der ausgeatmeten Luft auswirkt. Mit einem neuen Versuchsaufbau hat ein Münchner Forscherteam gezeigt, dass die Aerosolemissionen bei intensiver körperlicher Anstrengung exponentiell ansteigen – sodass Indoor-Sportaktivitäten zu einem höheren Risiko für Infektionskrankheiten wie #COVID führen.
Vor der Studie war bekannt, dass das Atemvolumen bei Untrainierten von etwa 5–15 Litern pro Minute in Ruhe auf über 100 l/min bei Belastung ansteigt. Hochtrainierte Sportler erreichen sogar Werte von 200 l/min. Bekannt war auch, dass sich viele Menschen beim Sport in Innenräumen mit dem SARS-CoV-2-Virus infiziert haben.
Unklar war jedoch, wie die Belastungsintensität mit der Konzentration von Aerosolpartikeln in der ausgeatmeten Luft und der tatsächlich von einer Person pro Minute ausgeatmeten Aerosolmenge und damit mit dem potenziellen Risiko der Verbreitung von Infektionskrankheiten wie SARS-CoV-2 zusammenhängt. Diese Informationen werden jedoch dringend benötigt, um beispielsweise für Schulturnhallen und andere Indoor-Sportanlagen, Fitnessstudios oder Diskotheken Abfederungsmaßnahmen zu konzipieren, um Schließungen bei schweren Infektionswellen zu vermeiden.
Neue Methodik liefert individuell messbare Aerosolwerte
Ein Team um Henning Wackerhage, Professor für Bewegungsbiologie an der Technischen Universität München (TUM), und Prof. Christian J. Kähler, Direktor des Instituts für Strömungslehre und Aerodynamik an der Universität der Bundeswehr München, hat zur Untersuchung dieser Fragen eine neue Untersuchungsmethode entwickelt.
Ihre Versuchsapparatur filterte zunächst die bereits in der Umgebungsluft vorhandenen Aerosole heraus. Beim anschließenden Ergometer-Belastungstest atmeten die Probanden die gereinigte Luft durch eine spezielle Mund-Nasen-Bedeckung ein. Die Trainingsintensität wurde schrittweise von Ruhe bis zur körperlichen Erschöpfung gesteigert. Die Maske wurde mit einem Zweiwegeventil verbunden, durch das nur die ausgeatmete Luft entweichen kann. Anschließend wurde die Menge der pro Minute ausgestoßenen Aerosolpartikel gemessen und direkt mit der aktuellen Leistungsfähigkeit der gesunden, 18- bis 40-jährigen Probanden in Verbindung gebracht.
Moderate Aerosolemissionen bei mittlerer Belastung
Damit konnten die Forscher erstmals untersuchen, wie viele Aerosolpartikel pro Minute ein Mensch bei unterschiedlicher Belastungsintensität ausatmet. Die Folge: Die Aerosolemissionen während der Belastung stiegen zunächst nur moderat bis zu einer durchschnittlichen Belastung von etwa 2 Watt pro Kilogramm Körpergewicht. Oberhalb dieses Punktes stiegen sie jedoch exponentiell an. Das bedeutet, dass ein 75 Kilogramm schwerer Mensch diese Schwelle bei einem Ergometerwert von etwa 150 Watt erreicht. Dies entspricht einer moderaten Anstrengung für einen Gelegenheitssportler, vielleicht vergleichbar mit der Trainingsintensität von moderatem Joggen.
Die Aerosolemissionen gut trainierter Athleten waren aufgrund ihres deutlich höheren Atemminutenvolumens deutlich höher als die von untrainierten Testpersonen bei maximaler Anstrengung. Die Forscher fanden keine signifikanten Unterschiede in der Partikelemission zwischen den Geschlechtern.
Schutzmaßnahmen sind wichtig für hochintensives Training
Obwohl die Aerosol-Experimente nur indirekt Erkenntnisse über die Menge der Viren in der ausgeatmeten Luft liefern, schlägt die Studie nützliche Ansatzpunkte für das Management von Indoor-Aktivitäten vor, wenn eine Infektionswelle in Kombination mit einer schlecht immunisierten Bevölkerung das Gesundheitssystem zu überfordern droht.
„Aufgrund unserer Ergebnisse unterscheiden wir zwischen moderatem Ausdauertraining mit einer Intensität von bis zu 2 Watt pro Kilogramm Körpergewicht und einem Training mit hoher bis maximaler Intensität. Aufgrund des starken Anstiegs der Aerosolemissionen bei hochintensiven Belastungen über diesem anfänglichen Richtwert, sind bei einem hohen Infektionsrisiko mit schwerwiegenden Folgen besondere Schutzmaßnahmen erforderlich“, sagt Studienleiterin Prof. Wackerhage.
„Idealerweise würde diese Art von Training ins Freie verlegt. Wenn das nicht möglich ist, sollten Tests durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass sich keine infizierten Personen im Raum befinden. Die Teilnehmer sollten auch einen angemessenen Abstand einhalten und ein hocheffizientes Belüftungssystem sollte vorhanden sein Laufen. Darüber hinaus wird das Infektionsrisiko verringert, indem mit geringerer Intensität trainiert und die Einheiten kürzer gehalten werden. Es könnte auch möglich sein, dass fitte, junge Athleten während des Trainings Masken tragen." Bei geringen Belastungen wie leichtem bis mittelintensivem Ausdauertraining, fügt Prof. Wackerhage hinzu, sei weniger Schutz erforderlich und das Infektionsrisiko könne durch Abstands- und Belüftungssysteme kontrolliert werden.
Die Studie ist in den Proceedings of the National Academy of Sciences erschienen, und das Forscherteam führt derzeit Experimente durch, um die Aerosolemissionen beim Kraft- und Ausdauertraining zu vergleichen und mit dem Alter und den körperlichen Eigenschaften der Probanden zu korrelieren.