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„Viele Variablen“: Neue Forschung zu beliebten Gamaschen zeigt Herausforderungen beim Testen der Maskensicherheit auf

Ein Läufer trägt eine Gamaschen-Gesichtsbedeckung beim Überqueren der 23rd Street in New York. (Frank Franklin II/AP)

VonAllyson Chiu 25. August 2020 VonAllyson Chiu 25. August 2020

Als ein Team von Wissenschaftlern der Duke University diesen Monat ein einfaches Gerät zur Bewertung der Wirksamkeit von Gesichtsbedeckungen vorstellte, ahnten sie nicht, dass ihre Arbeit im Mittelpunkt einer heftigen Debatte stehen würde – über Halsgamaschen.

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Ich habe in einer Million Jahren nie mit „Gaitergate“ gerechnet, sagte Warren S. Warren, einer der Autoren der Studie.

Die Kontroverse ergab sich aus einem Teil der von Experten begutachteten Studie, in der die von Warren als Laserexperten beschriebenen Forscher eine gängige Art von Nackengamasche aus einem dünnen Polyester-Spandex-Material mit der von ihnen entwickelten Vorrichtung testeten. Sie beobachteten, dass die einlagige Gamasche etwas schlechter zu funktionieren schien als ihre Kontrollgruppe ohne Maske, was die Forscher zu der Annahme veranlasste, dass das poröse Gewebe möglicherweise kleinere Atemtröpfchen produziert, die länger in der Luft hängen können. Das Ergebnis des Gamaschentests wurde von den Wissenschaftlern in Interviews sowie in einem Video zum Studium von der Universität produziert.

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Es sei nicht so, dass jede Maske besser ist als nichts, sagte der Chemiker und Physiker Martin Fischer, der leitende Forscher der Studie, im Video. Es gibt einige Masken, die eher weh tun als Gutes tun.

Aber inmitten erhöhter Bedenken hinsichtlich der Wirksamkeit von Gamaschen wehren sich jetzt andere Experten gegen die Charakterisierung, dass solche Gesichtsbedeckungen möglicherweise schlimmer als nichts sind, wie einer der Autoren der Duke-Studie sagte CBS News .

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Als Reaktion auf die Duke-Studie haben Aerosol-Wissenschaftler ihre eigenen Gamaschen-Experimente durchgeführt, um die Fähigkeit der Gesichtsbedeckung, Tröpfchen zu blockieren, und ob es möglich ist, kleinere Partikel zu produzieren, die denen der Duke-Forscher ähnlich sind. Die neue Forschung hat gezeigt, dass eine einlagige Gamasche, wenn sie doppelt getragen wird, eine Reihe von Partikelgrößen sehr effektiv blockiert, so die Testergebnisse durchgeführt von Linsey Marr, einem Professor für Bau- und Umweltingenieurwesen an der Virginia Tech, der Aerosole untersucht. (In der Duke-Studie war die getestete Gamasche nicht gefaltet.) Marrs Arbeit wurde durch Forschungen von Ryan Davis von der Trinity University in Texas ergänzt, der Wassertropfen auf einen Streifen aus gewebtem Polyester-Spandex-Material schoss, der einer Gamasche entnommen wurde, und habe keine Partikelaufspaltung oder -übertragung gesehen . Unterdessen schlug Christopher Cappa, Professor an der University of California in Davis, vor, dass die hohe Anzahl von Partikeln, die während des Duke-Gamaschentests entdeckt wurden, teilweise auf Fasern lösen sich aus dem Stoff .

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Die Ergebnisse der einzelnen Experimente wurden von den Wissenschaftlern auf Twitter geteilt und nicht von Experten begutachtet, aber Marr sagte, die Ergebnisse stützen das Argument, dass selbst dünne Gamaschen besser sind als nichts.

Gamaschen seien so effektiv wie eine Maske aus einem ähnlichen Material, sagte Marr. Wenn Sie über eine Halsgamasche stülpen, erhalten Sie einen sehr guten Schutz.

Marr testete zwei Halsgamaschen mit einer Methode, die einem Verfahren ähnelt, das vom Nationalen Institut für Arbeitssicherheit und Gesundheitsschutz entwickelt wurde, um N95-Masken zu zertifizieren. Eine der Gamaschen war dünn und zu 100 Prozent aus Polyester, die zweite war ein dickerer, doppellagiger Mikrofaserbezug aus Polyester und Elasthan, einem Material, das allgemein als Lycra oder Spandex bekannt ist.

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Jede Gamasche wurde auf einem Schaufensterpuppenkopf in einer Kammer mit gereinigter Luft platziert, und eine flüssige Salzlösung und ein medizinischer Vernebler wurden verwendet, um Speichel zu simulieren. Der Vernebler erzeugte einen feinen Nebel, der mit einer Geschwindigkeit durch den Mund der Schaufensterpuppe geschossen wurde, die ein Sprechen nachahmt. Die Tröpfchen wurden auf eine andere Schaufensterpuppe gerichtet, die einen Fuß entfernt war, und Goldstandard-Ausrüstung, die normalerweise für Aerosol-Forschungslabore reserviert ist, verfolgte die Partikel, sagte Marr.

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Keine der Gamaschen funktionierte gut, wenn sehr kleine Partikel mit einer Größe von 0,5 Mikrometern gesprüht wurden, die nur etwa 20 Prozent der Tröpfchen dieser Größe blockierten, ergaben die Untersuchungen von Marr. (N95-Masken in Krankenhausqualität werden normalerweise mit Partikeln mit einer Größe von 0,3 Mikrometern getestet.)

Aber bei einem Mikrometer, der Partikelgröße, die nach Ansicht von Experten für die Transmission relevant ist, beobachtete Marr, dass die beiden Gamaschen beide in der Lage waren, mindestens 50 Prozent der Tröpfchen zu stoppen.

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Wenn man bis zu drei Mikrometer erreicht, blockieren sie über 90 Prozent, sagte sie und fügte hinzu, dass es keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen den getesteten Gamaschen und einer Baumwollstoffmaske gab, die die Anforderungen für die nicht genähtes Maskendesign von den Zentren für die Kontrolle und Prävention von Krankheiten gefördert.

Die Effektivität der dünnen Gamasche erhöhte sich, als Marr sie umfaltete, um zwei Schichten zu schaffen. Bei allen getesteten Partikelgrößen war die doppelte Gamasche laut der Studie zu mehr als 90 Prozent wirksam.

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Marr sagte, sie würde auf jeden Fall selbst eine Halsgamasche tragen, solange sie gefaltet ist.

Meine Kinder haben sie schon früh getragen, sagte sie.

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Basierend auf ihren Ergebnissen kam Marr zu dem Schluss, dass Gamaschen, auch einlagige, besser sind als nichts und stellte die Theorie der Duke-Forscher in Frage, dass das atmungsaktive Gewebe irgendwie für die Erzeugung der kleineren Tröpfchen verantwortlich war, die ihr Gerät entdeckte.

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Filtration funktioniert nicht wie ein Sieb, sagte Marr.

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Drüben in San Antonio führte Davis, ein Assistenzprofessor für Chemie, seinen eigenen Test durch und schoss 100-Mikrometer-Wassertröpfchen auf einen Materialstreifen, der einer Gamasche der Marke Buff entnommen wurde. Er sah keine Anzeichen dafür, dass die Tröpfchen beim Aufprall zerbrachen.

Wir haben tatsächlich das Gegenteil beobachtet; Hunderttausende von Tröpfchen sammelten sich auf dem Maskenmaterial an und verschmolzen zu einem einzigen, größeren Tropfen, sagte Davis in einer per E-Mail gesendeten Erklärung. Dies deutet wirklich darauf hin, dass das Nackengamaschenmaterial die meisten großen Tröpfchen, die beim Sprechen erzeugt werden, effizient filtert und immer noch viel besser ist als überhaupt keine Maske.

Eine mögliche Erklärung für die höhere Partikelzahl, die während des bei Duke durchgeführten Gamaschentests festgestellt wurde, ist, dass der Stoff selbst Fasern ablöste, sagte Cappa, der die Wirksamkeit der Maske und die Aerosolpartikelemission untersucht hat.

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Mit einer dünnen Gamasche aus 100 Prozent Polyester-Mikrofaser führte Cappa Tests durch, bei denen er die Bespannung trug, während er verschiedene Aktionen ausführte, wie lautes Sprechen, lautloses Sprechen von Wörtern und Bewegen seines Kiefers in einer Bewegung, die dem Kauen ähnelt.

Die Tests zeigten, dass mehr Partikel emittiert wurden, wenn Cappa die Gamasche trug, verglichen mit Versuchen der verschiedenen Szenarien, die ohne Gesicht durchgeführt wurden.

Cappa sagte, er und sein Team glauben, dass die Reibung zwischen den Gesichtern und Masken der Menschen, während sie sprechen oder ihren Mund bewegen, dazu führen kann, dass einige der Fasern im Stoff zusammenbrechen. In einer Laborumgebung trägt der Luftstrom die Partikel schließlich zum Detektor.

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Was wir also tatsächlich sehen, ist eine Kombination aus den Partikeln, die wir tatsächlich ausatmen oder ausatmen, und den Partikeln, die durch Reibung mit der Maske, durch Fasern auf der Maske oder sogar Hautzellen entstehen, sagte er.

Das Problem ist, dass die Forscher die Partikel nicht anhand ihrer Herkunft unterscheiden konnten, sagte Cappa. Er merkte jedoch an, dass die Wirksamkeit der Maske wahrscheinlich abgeleitet werden kann, wenn die Ergebnisse mit Ergebnissen aus anderen Experimenten kombiniert werden, wie beispielsweise den von Marr durchgeführten Tests.

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Es erlaubt uns zu sagen, dass selbst wenn die Gamaschen diese Fasern abstoßen, sie genauso gut wie viele andere Stoffmasken bei der Reduzierung der Ausscheidungspartikelemissionen leisten, sagte er.

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Obwohl Warren betonte, dass die Duke-Studie – ein Proof-of-Concept-Papier, das das einfache Testgerät präsentiert – niemals beabsichtigte, eine Industrie zu dezimieren, die auf einer Person und einer Gamasche basiert, sagte er, er und die anderen Autoren stehen glücklich hinter unseren experimentellen Daten.

Die Messungen sind, was sie sind, sagte Warren und fügte hinzu, dass das Duke-Team erfreut ist, das Aufkommen neuer Forschungsergebnisse zu sehen.

Als Reaktion auf Cappas alternative Erklärung des Faserabbaus sagte Warren, der Vorschlag sei sicherlich keine verrückte Idee. Aber es ist nicht unbedingt beruhigend, sagte er. Es macht mir immer noch Angst als Erklärung, weil es bedeutet, dass dort Dinge durchkommen, die für andere Masken nicht durchkommen würden.

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Cappa stellte beispielsweise fest, dass die Möglichkeit besteht, dass, wenn einige der Fasern, die von den Masken kommen, kontaminiert sind, dies eine potenzielle Quelle infektiöser Partikel sein könnte. Es sei wichtig, dass die Menschen ihre Stoffmasken regelmäßig waschen, sagte er.

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Die anhaltende Debatte über die Wirksamkeit von Gamaschen unterstreicht die Herausforderungen, denen sich Forscher gegenübersehen, die der Öffentlichkeit Antworten in einer von weit verbreiteten Unsicherheiten geplagten Pandemie geben wollen. Das Testen nicht medizinischer Beläge sei besonders schwierig gewesen, sagte Christopher Sulmonte, Projektmanager für die Biocontainment-Einheit bei Johns Hopkins Medicine.

Wir schauen uns Typen an, wir schauen uns Materialien an, aber es geht auch darum, wie diese Materialien in die Maske geformt werden oder wie viele Schichten die Maske hat, sagte Sulmonte. Es gibt viele Variablen, die berücksichtigt werden müssen.

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Bei der Auswahl einer Maske forderte Sulmonte die Menschen auf, Passform, Funktion und Häufigkeit zu priorisieren: ob die Maske mit wenig oder gar keinen Lücken richtig sitzt, ob das Material blickdicht und geschichtet ist und ob sie konsistent getragen werden kann.

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Sulmonte sagte, er trage eine zweilagige Baumwollmaske mit Filter und Ohrschlaufen und würde ähnliche Masken über einer Halsgamasche empfehlen. Gamaschen sind konstruktionsbedingt schwieriger sicher zu entfernen, da das Herunterziehen das Berühren des möglicherweise kontaminierten Stoffes erfordert, sagte er und fügte hinzu: Aus Sicht der Infektionskontrolle könnte dies also etwas weniger effektiv sein.

Die große Sache ist, dass wir wissen, dass es Masken gibt, die besser funktionieren, sagte er.

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