Aerosolmessung bei PCR-SARS-CoV-2 positiven und negativen Patientinnen und Patienten
Authors:   , Lehmkühler Timon 
Published: January 2025

Im Dezember 2019 wurde in Wuhan, China ein neues, zuvor unbekanntes Virus erstmals entdeckt, das severe acute respiratory syndrome coronavirus type 2 (SARS-CoV-2). Das Virus breitete sich rasch global aus, sorgte für viele Infektionen, Hospitalisierungen und Todesfälle und führte zu schwerwiegenden Einschränkungen in den privaten Haushalten, Schulen und Kindergärten und außerdem zu gravierenden Folgen für die Weltwirtschaft. Die Infektion mit dem Virus führte zu der Lungenkrankheit COVID-19, die von milden Verläufen mit wenigen Symptomen, bis hin zum acute respiratory distress syndrome (ARDS) führen konnte.
Die häufigsten Symptome bei Infektion mit dem Virus waren Husten, Dyspnoe und Fieber.
Erste Untersuchungen ergaben, dass sich das Virus über Tröpfchen und Aerosole ausbreitete und dass dabei oftmals einzelne, hoch infektiöse Personen, sogenannte Superspreader, große Treiber der Pandemie waren. Außerdem wiesen weitere Studienergebnisse darauf hin, dass infizierte Personen mehr Aerosole ausatmen als gesunde Kontrollpatientinnen und Patienten.
In der vorliegenden Arbeit wurde von Januar bis Juni 2021 an der Johann Wolfgang Goethe-Universität in Frankfurt am Main eine prospektive Kohortenstudie durchgeführt, in der untersucht wurde, ob SARS-CoV-2 PCR-positive Patientinnen und Patienten eine höhere Aerosolkonzentration in der Ausatemluft aufwiesen als - negative Kontrollpatientinnen und Patienten.
Insgesamt wurden 288 Erwachsene Patientinnen und Patienten in die Studie eingeschlossen. Diese teilten sich auf in 224 PCR-SARS-CoV-2 negative und 64 PCR-SARS-CoV-2 positive Patientinnen und Patienten.
Dabei zeigte sich ein hochsignifikanter Unterschied bei den respiratorischen Aerosolen zwischen SARS-CoV-2 PCR -positiven Patientinnen und Patienten (median 1490.5 Partikel pro Liter Ausatemluft) und -negativen Probanden (median 252.0/L; p<0,0001). Die höhere Aerosolkonzentration bei SARS-CoV-2 positiven
Patientinnen und Patienten hängt vermutlich vom Stadium der Erkrankung mit einer erhöhten Surfactantproduktion der AT2-Zellen zusammen, die durch ihre ACE-Rezeptoren als Eintrittspforte für das Virus dienen.
Um die Aussagekraft der Aerosolmessung als Testinstrument für SARS-CoV-2-infizierte Patientinnen und Patienten zu bewerten, wurde eine ROC-Analyse durchgeführt, die eine gute Validität (AUC von 0,89) zeigte. Bei einem Cut-off Wert von 596 Partikeln pro Liter Ausatemluft betrug die Sensitivität dabei 79,7% und die Spezifität 85,7%.
Bei den Aerosolmessungen erachteten wir Konzentrationen von >5000 Partikel/l als besonders hoch. In der PCR-negativen Gruppe zeigten keine Probanden (n=0/224) eine sehr hohe ausgeatmete Partikelanzahl; in der PCR-positiven Gruppe, wiesen 15,6% (n=10/64) hohe Werte >5000 Partikel/l auf und waren für 64,8% aller ausgeatmeten Partikelzahlen in der Gruppe verantwortlich. Diese Ergebnisse stützen bisherige Untersuchungen zu Superspreadern, die möglicherweise für eine Großzahl der Sekundärinfektionen verantwortlich sind. Interessanterweise war die Messung der Aerosolkonzentration nicht abhängig von Geschlecht, Raucherstatus oder Body-Mass-Index (BMI).
Abschließend lässt sich sagen, dass die Konzentration der ausgeatmeten Aerosolpartikel zwischen SARS-CoV-2 PCR-positiven und -negativen Individuen signifikant unterschiedlich war. Dabei zeigten symptomatische Patienten innerhalb der PCR-positiven Gruppe insgesamt höhere Aerosolkonzentrationen als Patientinnen und Patienten mit einem weniger starken Krankheitsverlauf. Ein besseres Verständnis der respiratorischen Aerosolerzeugung kann zu einer verbesserten Kontrolle der Übertragung von Viren und Bakterien führen. In Zukunft könnten portable Geräte zur Aerosolmessung ein wertvolles Werkzeug sein, um potenziell (hoch-) ansteckende Personen mithilfe eines nicht-invasiven Atemtests zu erkennen.