COVID-Prävention in Fitnessstudios

Einführung

Körperliche Aktivität sowie Freizeit- und Leistungssport sind nicht nur ein wichtiger Bestandteil unserer Kultur und Freizeitgestaltung, sondern beugen auch vielen Krankheiten vor. Bewegung ist auch eine wirksame Behandlung für mindestens 26 schwere Krankheiten. Die Maßnahmen zur Eindämmung von COVID-19 haben sich jedoch geändert und führen häufig zu einer Einschränkung der körperlichen Aktivität. Kanadische und britische Bürger waren beispielsweise 30 bis 40 % weniger körperlich aktiv, was sich auf ihre körperliche und geistige Gesundheit auswirkte.

Indoor-Gruppentraining in kleinen, schlecht belüfteten Räumen begünstigt die Ansteckung mit SARS-CoV-2.

SARS-CoV-2 und andere luftgetragene Krankheitserreger werden über Aerosolpartikel mit einem Durchmesser von einigen hundert Mikrometern und Tröpfchen von einigen hundert Mikrometern oder größer übertragen. Größere Tröpfchen tragen Krankheitserreger bei Infektionen, die auftreten, wenn zwei Personen bis zu ~1,5 m voneinander entfernt sind und schnell zu Boden fallen. Im Gegensatz dazu schweben kleine Aerosolpartikel in der Luft, können Krankheitserreger wie SARS-CoV-2 übertragen und über die Luft übertragene Infektionen vermitteln.

Auch direkter Kontakt zwischen Menschen oder über gemeinsam genutzte Gegenstände kann zu Infektionen führen, die Wahrscheinlichkeit ist jedoch geringer. Mehrere Studien haben gezeigt, dass die Konzentration von Aerosolpartikeln in der Ausatemluft in der Bevölkerung stark schwankt. Beispielsweise emittieren etwa 20 % der Menschen mehr als 156 Partikel pro Liter ausgeatmeter Luft. Diese Personen wurden „Superemitter“ genannt . Die Anzahl der Aerosolpartikel, die ein Mensch pro Zeiteinheit ausstößt, variiert und nimmt zu, wenn er spricht, hustet, singt oder körperlich aktiv ist.

Es hat sich auch gezeigt, dass die Anzahl der emittierten Aerosolpartikel vom Hydratationsstatus der Atemwege beeinflusst wird. Eine Austrocknung der Atemwege kann durch sportliche Betätigung und verstärkte Belüftung verursacht werden und beides kann zu einer größeren Menge an ausgestoßenen Aerosolpartikeln führen. Während des Trainings steigt die Ventilation (d. h. die von einer Person ein- und ausgeatmete Luft) von ~5 bis 15 Liter/Minute im Ruhezustand auf über 100 Liter/Minute bei untrainierten Personen und kann bei gut trainierten Ruderern 200 Liter/Minute erreichen .

Schließlich wird berichtet, dass Menschen, die leicht mit SARS-CoV-2 infiziert sind, eine größere Anzahl von Aerosolpartikeln ausatmen als nicht infizierte Menschen. Zusammengenommen deutet dies darauf hin, dass mit SARS-CoV-2 infizierte Menschen, die Sport treiben, mehr SARS-CoV-2 in einen Raum „ausstoßen“ und dass nicht infizierte Menschen, die Sport treiben, mehr mit SARS-CoV-2 kontaminierte Aerosolpartikel einatmen . 2, verglichen mit Ruhe.

Die Aerosol-Partikelemission steigt bei mäßiger Trainingsintensität exponentiell an, was bei maximaler Trainingsintensität zu einer Superemission führt

Bedeutung

Die Übertragung des schweren akuten respiratorischen Syndroms Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) oder anderer Krankheitserreger über die Luft nimmt bei körperlicher Betätigung in Innenräumen wahrscheinlich zu , es fehlen jedoch Daten zur Emission von Aerosolpartikeln durch eine trainierende Person. Hier berichten wir, dass die Aerosolpartikelemission im Durchschnitt um das 132-fache von 580 ± 489 Partikeln/Minute im Ruhezustand auf 76.200 ± 48.000 Partikel/Minute bei maximaler Belastung ansteigt. Bis zu einer Belastungsintensität von ≈2 W/kg steigt die Aerosolpartikelemission moderat an, bei höheren Belastungsintensitäten exponentiell.

Diese Daten erklären nicht nur SARS-CoV-2-Übertragungen bei Gruppenübungen in Innenräumen, sondern können auch dazu verwendet werden, gezieltere Eindämmungsmaßnahmen für körperliche Aktivitäten in Innenräumen zu entwickeln, wie z. B. Sportunterricht in der Schule, Tanzveranstaltungen bei Hochzeiten oder hochintensive Fitnesskurse wie Spinnen.

Zusammenfassung

Viele über die Luft übertragene Krankheitserreger, wie beispielsweise das schwere akute respiratorische Syndrom Coronavirus 2 (SARS-CoV-2), werden über Aerosolpartikel in Innenräumen übertragen. Während des Trainings kann sich die Lungenventilation um mehr als das Zehnfache erhöhen , sodass Sportler eine größere Menge aerosolhaltiger Luft ausatmen.

Allerdings wissen wir derzeit nicht, wie sich sportliche Betätigung auf die Konzentration von Aerosolpartikeln in der ausgeatmeten Luft und die Gesamtemission von Aerosolpartikeln auswirkt. Dementsprechend haben wir eine Methode entwickelt, um die Aerosolpartikelkonzentration in der ausgeatmeten Luft, die Lungenventilation und die Aerosolpartikelemission im Ruhezustand und während eines abgestuften Stresstests bis zur Erschöpfung parallel zu messen.

Mit dieser Methode haben wir acht Frauen und acht Männer in einer deskriptiven Studie untersucht . Wir fanden heraus, dass die Konzentration von Aerosolpartikeln in der ausgeatmeten Luft deutlich von 56 ± 53 Partikel/Liter im Ruhezustand auf 633 ± 422 Partikel/Liter bei maximaler Intensität anstieg.

Die Aerosolpartikelemission pro Proband stieg signifikant um den Faktor 132 von 580 ± 489 Partikeln/Minute im Ruhezustand auf eine Superemission von 76.200 ± 48.000 Partikeln/Minute bei maximaler Belastung.

Es gab keine geschlechtsspezifischen Unterschiede bei der Emission von Aerosolpartikeln, aber mit Krafttraining trainierte Probanden emittierten bei maximaler Belastung signifikant mehr Aerosolpartikel als untrainierte Probanden. Insgesamt stieg die Aerosolpartikelemission bis zu einer Trainingsintensität von ~2 W/kg moderat und danach exponentiell an.

Zusammengenommen könnten diese Daten teilweise Superspreading-Ereignisse erklären , insbesondere bei hochintensivem Gruppentraining in Innenräumen, und legen nahe, dass strenge Maßnahmen zur Infektionsprävention erforderlich sind , insbesondere bei Übungen mit einer Intensität von mehr als ~2 W/kg. Es müssen Untersuchungen zu Faktoren durchgeführt werden, die die Bildung von Aerosolpartikeln beeinflussen, wie z. B. die Atemwege und der Hydratationsstatus des gesamten Körpers während des Trainings.

Schematische Darstellung des Versuchsaufbaus zur Messung der Belüftung, der Aerosolpartikelkonzentration und der Aerosolpartikelemission über einen weiten Belüftungsbereich, von Ruhe bis maximaler Belastung. Die Umgebungsluft (A) wurde zunächst gefiltert, um eine nahezu aerosolfreie Luft zu erzeugen. Der Proband atmete dann die (B) saubere Luft ein, die durch eine Silikon-Gesichtsmaske gefiltert wurde, die Mund und Nase bedeckte (nicht abgebildet). Die Silikonmaske war (C) an ein Zweiwegeventil angeschlossen, so dass nur ausgeatmete Luft in den Auslass gelangte. Als Puffer/Reservoir fungierte eine Plastiktüte (D). Eine Pumpe leitete etwa 5 Liter/Minute ausgeatmete Luft zunächst durch (E) ein beheiztes Rohr, um Kondensation zu entfernen, und dann in (F) den Partikelzähler Palas Promo 3000. Dieser Zähler verwendet einen Welas 2300-Sensor zur Partikelerkennung. . Die verbleibende Luft wurde über einen separaten Schlauch und ein Einwegventil (G) an die Umgebung abgegeben, sodass keine Umgebungsluft in das System gelangen konnte. Das Experiment wurde in einem Reinraum durchgeführt, um das Risiko einer Kontamination durch Aerosolpartikel weiter zu reduzieren.

Diskussion

Das erste Hauptergebnis dieser deskriptiven Studie ist, dass die Aerosolpartikelemission bei gesunden jungen Frauen und Männern im Durchschnitt um das 132-fache von 580 ± 489 Partikeln/Minute im Ruhezustand auf eine Superemission von 76.200 ± 48.000 Partikeln/Minute bei maximaler körperlicher Betätigung ansteigt .

Wir fanden auch heraus, dass die Aerosolpartikelemission bis zu einer Trainingsintensität von ~2 W/kg moderat ansteigt und bei höheren Trainingsintensitäten exponentiell ansteigt.

Diese Erkenntnis kann genutzt werden, um bessere Minderungsstrategien für Gruppenübungen in Innenräumen zu entwickeln. Drittens korreliert die Aerosolpartikelemission im Ruhezustand nur mäßig mit der Aerosolpartikelemission während des Trainings.

Wir fanden heraus, dass die mittlere Aerosolpartikelemission vom Ruhezustand bis zur maximalen Belastung um das 132-fache anstieg.

Wir fanden heraus, dass ausdauertrainierte Sportler bei maximaler Belastung 85 % mehr Partikel ausstießen als untrainierte Probanden (P=0,02). Dies ist intuitiv, da Personen mit Widerstandstraining bei maximaler Belastung auch mehr aerosolhaltige Luft in einen Raum belüften.

In dieser Studie atmeten mit Krafttraining trainierte Probanden bei maximaler Belastung durchschnittlich 25 % mehr als untrainierte Probanden, was aufgrund großer interindividueller Unterschiede nicht signifikant war. Dieser Unterschied erklärt nur teilweise die Unterschiede in der Partikelemission zwischen ungeübten und mit Widerstand trainierten Probanden. Die anderen Faktoren, die zu dem 85-prozentigen Unterschied in der Aerosolemission zwischen trainierten und ungeschulten Probanden beitragen, sind unbekannt.