Könnte ein altes Werkzeug, UV-Licht, dabei helfen, das in der Luft befindliche Coronavirus abzutöten? : Schüsse

Von

Will Stone

Eine keimtötende Quarz-UV-Lampe wird zur Desinfektion eines Zuges am Bahnhof Sviblovo der Moskauer Metro eingesetzt. Sergei Karpukhin/Tass über Getty Images Bildunterschrift ausblenden

Eine keimtötende Quarz-UV-Lampe wird zur Desinfektion eines Zuges am Bahnhof Sviblovo der Moskauer Metro eingesetzt.

Hoch oben in der Nähe der Decke, im Speisesaal seines Restaurants im Raum Seattle, hat Musa Firat kürzlich eine „Tötungszone“ installiert – einen Ort, an dem Schwaden unsichtbarer elektromagnetischer Energie in die Luft eindringen, um das Coronavirus und andere gefährliche Krankheitserreger zu entwaffnen in winzigen, luftgetragenen Partikeln nach oben.

Das neue System von Firat basiert auf einer jahrhundertealten Technologie zur Abwehr von Infektionskrankheiten: Energiereiche Wellen ultravioletten Lichts, bekannt als keimtötendes UV oder GUV, werden in der richtigen Dosis abgegeben, um Viren, Bakterien und andere Mikroorganismen abzutöten.

Untersuchungen zeigen bereits, dass keimtötendes UV-Licht Mikroben in der Luft, die Masern, Tuberkulose und SARS-CoV-1, einen nahen Verwandten des neuartigen Coronavirus, übertragen, wirksam inaktivieren kann.

Da nun die Sorge wächst, dass das Coronavirus leicht durch mikroskopisch kleine schwebende Partikel, sogenannte Aerosole, übertragen werden könnte, hoffen einige Forscher und Ärzte, dass die Technologie erneut eingesetzt werden kann, um bei der Desinfektion von Innenräumen mit hohem Risiko zu helfen.

„Ich fand es eine großartige Idee und ich möchte, dass meine Kunden in Sicherheit sind“, sagt Firat.

Sein Restaurant, Marlaina's Mediterranean Kitchen, ist ein zwangloses Lokal 20 Minuten südlich der Innenstadt von Seattle.

Während die USA damit ringen, die Ausbreitung des hochinfektiösen Virus zu stoppen, wird UV-Strahlung zur Dekontamination von Oberflächen in öffentlichen Verkehrsmitteln und in Krankenhäusern eingesetzt, auf denen möglicherweise infektiöse Tröpfchen gelandet sind, sowie zur Desinfektion von N95-Masken zur Wiederverwendung. Der Einsatz dieser Technologie zur kontinuierlichen Luftdesinfektion blieb jedoch bislang in den meisten Mainstream-Diskussionen über das Coronavirus außen vor.

Experten führen dies auf eine Kombination von Faktoren zurück: falsche Vorstellungen über die Sicherheit von UV-Strahlung, mangelndes öffentliches Bewusstsein und technisches Know-how, Bedenken hinsichtlich der Kosten für die Installation der Technologie und eine allgemeine Zurückhaltung, die Rolle von Aerosolen bei der Ausbreitung des Coronavirus zu berücksichtigen .

Aerosole sind Mikrotröpfchen, die beim Ausatmen, Sprechen oder Husten ausgestoßen werden. Im Gegensatz zu den größeren und schwereren Atemtröpfchen, die schnell auf den Boden fallen, können Aerosole über längere Zeiträume in der Luft verweilen und durch Innenräume wandern. Dieser Vorgang wird auch „Luftübertragung“ genannt.

Es ist bereits bekannt, dass sich das Coronavirus bei medizinischen Eingriffen durch Aerosole verbreiten kann. Aus diesem Grund wird medizinischem Personal empfohlen, Atemschutzmasken wie N95-Masken zu tragen, die diese winzigen Partikel herausfiltern. Dennoch gibt es immer noch erhebliche Debatten darüber, wie wahrscheinlich es ist, dass jemand das Virus über Aerosole in anderen Umgebungen verbreitet.

Kürzlich erlangte die Frage der Übertragung durch die Luft neue Dringlichkeit, als eine Gruppe von 239 Wissenschaftlern die Weltgesundheitsorganisation aufforderte, die Bedrohung durch infektiöse Aerosole ernster zu nehmen Folgen." Als Reaktion darauf räumte die WHO die Möglichkeit ein, dass eine Übertragung über die Luft in einigen öffentlichen Räumen, die „überfüllt, geschlossen und schlecht belüftet“ sind, „nicht ausgeschlossen werden kann“. Vertreter der WHO räumten ein, dass mehr Forschung nötig sei, beharrten jedoch darauf, dass die meisten Infektionen nicht auf diese Weise ablaufen.

Während sich die Wissenschaft weiterentwickelt, könnte sich UV-Strahlung als attraktiver Schutz gegen die Übertragung durch die Luft herausstellen – einer mit einer Erfolgsbilanz gegen frühere Krankheitserreger – der eingesetzt werden kann, um das Risiko der Ansammlung infektiöser Aerosole in Innenräumen wie Schulen, öffentlichen Gebäuden usw. zu verringern Unternehmen.

Willkommen in der „Killing Zone“

In Marlainas Restaurant werden die Gäste nur auf zwei sichtbare Hinweise auf das UV-Desinfektionssystem stoßen, das installiert wurde, während das Restaurant während der Abriegelung im US-Bundesstaat Washington geschlossen war: ein dezenter blauer Lichtschein über den schwarzen Gittern der abgehängten Decke und ein angebrachtes Schild an der Tür. den Gästen stolz verkündend: „Coronavirus hier desinfiziert!“

Diese Anordnung wird als „keimtötendes UV-Licht im oberen Raum“ bezeichnet, da die UV-Leuchten hoch oben in der Nähe der Decke montiert und von den darunter liegenden Personen abgewinkelt sind.

Links: Das Innere von Marlaina's Mediterranean Kitchen, einem Restaurant im Raum Seattle. Rechts: Das schwache blaue Leuchten von UV-Leuchten, die über den Deckenpaneelen des Restaurants angebracht sind, schafft eine „Tötungszone“, die virale Aerosole, die sich in der Luft ansammeln, auslöschen kann. Einige Experten fordern einen breiteren Einsatz von UV-Licht, um die Luft in Innenräumen zu desinfizieren. Will Stone/NPR versteckt Bildunterschrift

Im Restaurant lassen Deckenventilatoren die Luft zirkulieren und drücken schließlich alle schwebenden Viruspartikel, die sich im Speiseraum angesammelt haben, durch die abgehängte Gitterdecke in den Bereich, wo horizontal positionierte UV-Lichter sie mit Strahlungsenergie bestrahlen.

Die Inspiration und technische Unterstützung für Marlainas Besitzer kam von einem Kunden, Bruce Davidson, einem Lungenarzt, der Mitte der 90er Jahre Philadelphias „Tuberkulose-Zar“ war. Damals hatten die USA mit einem neuen Tuberkuloseausbruch zu kämpfen, der Stämme betraf, die gegen bestehende Medikamente resistent waren.

„Die Verhinderung der Übertragung war der wichtigste Teil, weil wir keine Medikamente und keinen Impfstoff hatten“, erinnert sich Davidson, der heute außerhalb von Seattle lebt. UV-Licht erwies sich damals als Schlüsselstrategie, und Davidson glaubt, dass es erneut hilfreich sein kann: „Heute sollte es eigentlich in den meisten öffentlichen Innenräumen vorhanden sein.“

Bruce Davidson, ein Lungenarzt, leitete das Tuberkulose-Kontrollprogramm in Philadelphia während eines Ausbruchs arzneimittelresistenter Tuberkulose in den 1990er Jahren. Ein bewährter Ansatz zur Infektionskontrolle, den Philadelphia und andere Städte verwendeten, war die Installation von UV-Lampen in Deckennähe in Tuberkulosekliniken und anderen Einrichtungen mit hohem Risiko. Will Stone/NPR versteckt Bildunterschrift

Um das Konzept zu demonstrieren, zündete Davidson im Marlaina’s eine Zigarre an und zeigte, wie der Rauch nach oben tanzte und sich mit den UV-Leuchten im Deckenraum sammelte.

„Wenn jemand das unentdeckte Coronavirus hat und nicht mit Maske isst und nicht spricht und so weiter, wird die überwiegende Mehrheit seiner Partikel dort in die Tötungszone gezogen und zirkulieren und herumspringen“, sagt Davidson. „Statistisch gesehen wird das Risiko für andere Menschen sehr gering sein.“

Untersuchungen zeigen, dass fast 90 % der in der Luft befindlichen Partikel eines früheren Coronavirus (SARS-CoV-1) in etwa 16 Sekunden inaktiviert werden können, wenn sie der gleichen UV-Stärke wie an der Decke des Restaurants ausgesetzt werden. Andere Arten von Viren, wie zum Beispiel das Adenovirus, sind resistenter und erfordern eine höhere UV-Dosis.

„Obwohl es nicht perfekt ist, bietet es wahrscheinlich die beste Lösung für die direkte Luftdesinfektion“ in der aktuellen Pandemie, sagt David Sliney, Fakultätsmitglied an der Johns Hopkins University und langjähriger Forscher auf dem Gebiet keimtötender UV-Strahlung.

Laut mehreren Studien ist GUV in oberen Räumen bei ordnungsgemäßer Belüftung zu etwa 80 % wirksam gegen die Ausbreitung von Tuberkulose in der Luft. Dies entspricht einem Luftaustausch in einem Innenraum bis zu 24 Mal pro Stunde.

Aber es könnte ein harter Kampf werden, sagt Sliney, denn in den USA ist das Interesse an der Verwendung von UV-Licht zur Luftdesinfektion in den letzten Jahrzehnten zurückgegangen, da sich Wissenschaftler auf leistungsstarke Impfstoffe und Medikamente zur Bekämpfung von Infektionskrankheiten konzentriert haben.

Verständnis der Rolle von Aerosolen und der Übertragung durch die Luft

UV-Strahlung kann eine starke Waffe gegen einen durch die Luft übertragenen Virus sein, aber sie kann nur bis zu einem gewissen Grad wirken.

Einerseits können Menschen immer noch an den größeren, schwereren Tröpfchen erkranken, die beim Husten und Niesen ausgestoßen werden. Sie können diese größeren Tröpfchen direkt einatmen oder eine damit kontaminierte Oberfläche berühren und dann ihre Augen, Nase oder ihren Mund berühren.

UV-Strahlung verhindert auch nicht, dass jemand infektiösen Aerosolen ausgesetzt wird, die gerade von einer infizierten Person ausgetreten sind – und sich ganz in der Nähe ihres Körpers aufhalten – was der Forscher Richard Corsi als „Nahfeld“ bezeichnet.

„In diesem Szenario atmet man eine sehr konzentrierte Wolke dieser winzigen Partikel ein, die man nicht sehen kann, wenn wir nahe beieinander sind“, sagte Corsi, Dekan des Maseeh College of Engineering & Computer Science an der Portland State University. „Sie bekommen eine ziemlich erhebliche Dosis in Ihr Atmungssystem.“

Selbst wenn in einem Gebäude UV-Strahlung in den oberen Räumen vorhanden ist, sind Gesichtsmasken und soziale Distanzierung laut Corsi immer noch notwendig, um größere Atemtröpfchen zu blockieren und einen Teil der Aerosole im „Nahfeld“ zu entfernen. Aber Corsi sagt, dass es inzwischen genügend Beweise dafür gibt, dass sich Aerosole des Coronavirus in der Luft herumtreiben und sich in einem Raum („Fernfeld“) ausbreiten können, und dass es an der Zeit ist, die Ausbreitung über die Luft ernst zu nehmen.

Corsi sagt, die Gesundheitsbehörden hätten dieses Risiko zu Beginn der Pandemie heruntergespielt, und das beunruhige ihn: „Das hat die Öffentlichkeit vielleicht etwas zu sehr beruhigt und die Leute gingen weiterhin in belebte Restaurants, in denen sich viele Menschen in schlecht belüfteten Umgebungen aufhalten“, sagt er sagte.

Corsi und Shelly Miller, Professorin an der University of Colorado, Boulder, unterzeichneten beide den Brief, in dem sie die WHO auffordern, ihre Leitlinien zur Übertragung durch Luft zu aktualisieren.

„Wir haben ein hohes Maß an Sicherheit, dass es eine wichtige Rolle spielt, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind“, sagt Miller. „Das sind also überfüllte Innenräume mit unzureichender Belüftung, viele Menschen tragen keine Maske, sie reden laut und man bleibt lange dort.“

Eines der alarmierendsten Beispiele, das die Gruppe anführte, war eine Studie über ein Restaurant in China, in dem sich einige Gäste, die getrennt saßen, mit dem Virus infizierten, obwohl sie nie in engen Kontakt kamen. Ein weiterer Beweis stammt aus einer Chorprobe am 10. März in Mount Vernon, Washington, bei der sich die Mehrheit der Sänger mit dem Coronavirus infizierte, obwohl sie einige Vorsichtsmaßnahmen trafen, um einen Abstand von einigen Metern einzuhalten. In dem Schreiben der WHO heißt es außerdem, dass MERS, ein weiteres Coronavirus, das dem neuartigen Coronavirus ähnelt, sich durch Aerosole verbreiten kann, und „es gibt allen Grund zu der Annahme, dass sich SARS-CoV-2 ähnlich verhält.“

In einer aktuellen Veröffentlichung schlagen Miller und andere Experten vor, die Belüftung zu verbessern, hocheffiziente Partikelluftfilter zu verwenden und in schlecht belüfteten Umgebungen, in denen eine Übertragung wahrscheinlicher ist, keimtötende UV-Strahler im oberen Raum zu installieren.

„Was wir bei einem Ausbruch wirklich brauchen, ist viel Außenluft, die alle Konzentrationen des Virus in der Luft verdünnt“, erklärt Miller. „Man kann nicht unbedingt in Gebäude gehen und sie mit einem neuen Lüftungssystem nachrüsten. Aber man kann leistungsstarke Luftreiniger einbauen und UV-Lichter aufhängen.“

Miller, der sich mit GUV beschäftigt hat, beschreibt es als ein wirksames Instrument, das nun für eine Vielzahl von Einrichtungen in Betracht gezogen werden sollte, beispielsweise für Schulen, Pflegeeinrichtungen, Gefängnisse und Obdachlosenunterkünfte.

Zu einer ähnlichen Schlussfolgerung kam ein aktuelles Papier aus Spanien, das von Experten aus den Bereichen Virologie, Aerosole und Architektur verfasst wurde und besagt, dass UV die kostengünstigste und am besten einsetzbare Technologie zur Reduzierung der Ausbreitung des Coronavirus sei, sowohl zur Desinfektion häufig berührter Oberflächen als auch der Innenluft .

Eine bewährte, aber immer noch missverstandene Technologie

Keimtötendes UV nutzt einen Teil des elektromagnetischen Spektrums, der kurze Wellen Strahlungsenergie enthält, genannt UV-C. Diese Wellenlänge ist weiter vom sichtbaren Spektrum entfernt als andere Formen des UV-Lichts, das von der Sonne auf die Erde gelangt.

Stellen Sie sich das vor, als würden Sie dem Virus einen tödlichen Sonnenbrand verpassen.

Mitte der 1930er Jahre demonstrierte William Wells erstmals, dass UV-Strahlung in der Luft schwebende Mikroorganismen inaktivieren kann. Später installierte er die Technologie in Schulen außerhalb von Philadelphia, um die Ausbreitung von Masern zu verhindern. Es wurde in den 1950er und 1960er Jahren häufig im Gesundheitswesen eingesetzt und erregte während des Ausbruchs arzneimittelresistenter Tuberkulose in den USA erneute Aufmerksamkeit, als es in einigen Tuberkulosekliniken und Obdachlosenunterkünften eingesetzt wurde. In anderen Teilen der Welt wie Afrika, Asien und Südamerika, wo arzneimittelresistente Tuberkulose ein besonderes Problem darstellt, wird sie immer noch eingesetzt.

Keimtötende UV-Strahlung ist ebenfalls eine gängige Methode zur Entfernung von Keimen aus öffentlichen Wasserleitungen, erfordert jedoch eine viel höhere UV-Dosis (mehr Watt) als die, die zur Desinfektion der Luft verwendet wird.

„Wir haben nur sehr wenige praktische Erfahrungen, die zeigen, wie effektiv es [bei einer Pandemie] sein kann, da es in diesem Land und in Westeuropa nicht mehr verwendet wird“, sagte Sliney von Johns Hopkins, der ein Komitee der Illuminating Engineering Society leitet. die kürzlich neue Leitlinien zum GUV veröffentlicht hat.

Sliney empfiehlt die Installation von UV-Strahlern in Großmärkten, Restaurants und Lebensmittelgeschäften, die normalerweise hohe Decken haben. „Es muss ein vertikaler Luftaustausch stattfinden“, fügt er hinzu, etwa durch Deckenventilatoren, damit „nicht nur die Luft im oberen Bereich des Raums sterilisiert wird.“

GUV wird manchmal als „verwaiste Technologie“ angesehen, weil es die Bereiche optische Technik, Innenarchitektur und Infektionskontrolle umfasst, sagt Dr. Edward Nardell, Professor an der Harvard Medical School und GUV-Forscher.

„Es handelt sich um eine bewährte, äußerst sichere Technologie, die zu wenig genutzt und oft missverstanden wird“, sagt Nardell. „Niemand zweifelt an der Wirksamkeit keimtötender UV-Strahlung bei der Abtötung kleiner Mikroorganismen und Krankheitserreger. Ich denke, die größere Kontroverse, wenn es überhaupt eine gibt, sind Fehleinschätzungen in Bezug auf die Sicherheit.“

Niedrig dosiertes keimtötendes UV-Licht kann die Augen und die Haut schädigen. Laut Nardell können diese Risiken jedoch vermieden werden, wenn die entsprechenden Richtlinien befolgt werden.

Während internationale Leitlinien davor warnen, Menschen direkt UV-C auszusetzen, gelten die Risiken für Hautkrebs als vernachlässigbar, insbesondere im Vergleich zu längerwelligen UV-Strahlen, die tiefer eindringen können.

Nardell sagt jedoch, dass die Wahrnehmung, dass UV-Strahlung gefährlich sei, seit Jahrzehnten hartnäckig sei, was es schwierig mache, mehr Unterstützung für die Technologie zu gewinnen.

Könnte UV ein Comeback erleben?

Die Installation von UV-Licht ist eine Investition in die Infrastruktur. Dazu müssen geeignete Lampen und Leuchten gefunden, eine ausreichende Luftzirkulation gewährleistet und sichergestellt werden, dass die UV-Strahlung nicht auf die darunter liegenden Personen trifft.

Seit den 1980er Jahren haben Nardell und seine Kollegen daran gearbeitet, GUV breiter einzusetzen, einschließlich der Verwendung von „Lamellenvorrichtungen“ in Räumen, um darunter liegende Personen abzuschirmen. Diese funktionieren zwar, verringern jedoch die Effizienz, da der Großteil der erzeugten UV-Strahlung blockiert wird. Ein weiterer von Nardell entwickelter Ansatz ist eine „Eierkiste“ oder eine Gitterdecke (wie sie in Firats Restaurant im US-Bundesstaat Washington verwendet wird), die Luft in die Tötungszone aufsteigen lässt, aber verhindert, dass UV-Lichtstrahlen nach unten in den Raum gelangen.

„Das Problem ist, dass es nicht einfach ist, eine Eierkistendecke zu schaffen“, sagt Nardell. „Man muss sich wirklich die Orte aussuchen, an denen man versucht, die Übertragung zu stoppen, denn das geht nicht überall.“

Gebäude mit hohen Decken sind einfacher, da die UV-Strahler abgeschirmt und abseits von Menschen montiert werden können. Um wirksam zu sein, muss UV-Licht direkt auf das Virus oder den Mikroorganismus treffen. Jegliche Hindernisse oder sogar Schatten blockieren die Wirkung.

Und doch bieten keimtötende UV-Beleuchtungssysteme nach ihrer Installation eine dauerhafte und effiziente Möglichkeit der Desinfektion.

Eine große Herausforderung bei der Einführung der Technologie während der Pandemie sind nicht nur Einschränkungen in der Lieferkette, sondern auch mangelnde Standardisierung bei den Herstellern und kein klarer Mechanismus zur Qualitätskontrolle.

„Es gab eine Art regulatorischen Abgrund“, sagt Jim Malley, Professor an der University of New Hampshire, der sich mit öffentlicher Gesundheit und Desinfektion beschäftigt. „Der Durchschnittsverbraucher hätte keine Möglichkeit zu sagen, was cool oder beschissen ist.“

Da die Nachfrage nach UV-Strahlung mittlerweile stark ansteigt, sagt Malley, er sei besorgt über minderwertige Produkte auf dem Markt und übertriebene Behauptungen über ihre Wirksamkeit gegen das Virus.

Verbraucher sollten bei Marketingaussagen über „UV-Stäbe“, die schnell über Oberflächen geschwenkt werden können, oder spezielle „Portale“, durch die Menschen gehen, vorsichtig sein, sagt er, da diese wahrscheinlich nicht richtig kalibriert seien, um das Virus zu inaktivieren, und gefährlich sein könnten.

Malley sagt, er glaube nicht, dass es außerhalb des Gesundheitswesens einen großen Markt für GUV in Oberzimmern gebe, er befürworte jedoch die Installation der Technologie in den risikoreichsten Umgebungen, wie Fleischverarbeitungsbetrieben und Pflegeeinrichtungen.

Der Restaurantbesitzer Musa Firat, der Marlainas Mediterranean Kitchen leitet, installierte eine „keimtötende Ultraviolett“-Technologie im oberen Raum, um das Risiko einer Infektion seiner Kunden mit in der Luft befindlichen Coronavirus-Partikeln zu verringern. Will Stone/NPR versteckt Bildunterschrift

„Mein Bauchgefühl ist, dass wir an diesen Orten alles tun sollten, was wir können, denn wir haben eine schreckliche Todesrate durch das Coronavirus“, sagt er.

Malley sagt, er sei skeptisch, dass Orte wie Fitnessstudios und Restaurants die technischen Herausforderungen bewältigen können, um eine lohnende Investition zu machen.

„Ich kann mir einfach nicht vorstellen, dass Sie den Schutz erhalten, den wir uns leider gewünscht haben“, sagt er.

Malley sagt, er glaube, dass UV-Strahlung während der Pandemie am besten genutzt werden könne, um Orte wie U-Bahn-Wagen oder Flugzeuge zu desinfizieren, sobald Passagiere aussteigen. Selbst in diesen Umgebungen würde GUV jedoch mit dem manuellen Abwischen von Oberflächen einhergehen.

In Marlainas Restaurant war das Unterfangen relativ unkompliziert.

Der Besitzer, Firat, kaufte vier UV-Leuchten (jeweils zum Preis von 165 US-Dollar), beauftragte einen Elektriker mit der Installation der Ventilatoren und kaufte schwarze, gitterförmige Kunststoffplatten, um den Deckenraum zu umschließen, in dem die UV-Strahler montiert sind.

Firat ermutigt seine Kunden weiterhin, Masken zu tragen und soziale Distanz zu wahren. Aber er sagt, dass die UV-Strahlung zu einem weiteren Teil der Atmosphäre geworden ist.

„Es ist moderner und sauberer und die Resonanz ist großartig, absolut großartig“, sagt er.