Prof. Dr. Jan-Heiner Küpper: Das neue Coronavirus SARS CoV-2 und wie wir darauf reagieren – sollten

Zusammenfassung. Die vollständige Version ist online verfügbar unter: https://www.masken-covid-19.de

Infektionsverlauf und Lockdown. Am 31. Dezember 2019 informierte China die WHO erstmals über insgesamt 27 Patienten mit Lungenentzündung; bereits am 07. Januar 2020 wurde das infektiöse Agens als neues Coronavirus identifiziert. Der Name des von Wildtieren auf den Menschen übertragenen Virus ist SARS-CoV-2, die dadurch ausgelöste Krankheit heißt COVID-19 für „Coronavirus Disease 2019“. Das Virus, welches sich leicht durch Tröpfchen und in geringerem Maß auch durch Schmierinfektion von Mensch zu Mensch übertragen lässt, breitet sich rasend schnell über den Erdball aus. Am 15. Juni 2020 gibt es SARS-CoV-2 Infektionen in nahezu allen Ländern der Erde mit fast 8 Millionen nachgewiesenen Fällen und bereits über 400 Tausend Toten. Mehr als ein Viertel aller weltweiten Infektionen sind in der Zwischenzeit in den USA zu verzeichnen, gefolgt von Brasilien und Russland. Die WHO schätzt die Letalität des Virus auf 0,5-1% und damit 5-10x so hoch wie bei der saisonalen Grippe. Für den Ort Gangelt in der Nähe von Heinsberg (NRW), in dem sich nach einer Karnevalsfeier hunderte von Personen infizierten, wurde eine Letalität von 0,37 % aller mit SARS-CoV-2 Infizierten berechnet. Bei Menschen mit Vorerkrankungen und bei Älteren ist das Risiko, an COVID-19 zu versterben, wesentlich höher als bei gesunden jungen Menschen. Es zeichnet sich heute immer stärker ab, dass auch ein Teil der überlebenden COVID-19 Patienten mit möglicherweise bleibenden Schäden zu rechnen haben: Die Virusinfektion kann zu systemisch auftretenden Thrombosen und Embolien in den kleinen Blutgefäßen führen. Indem es damit Schäden in Organen wie Lunge, Leber, Nieren und Gehirn verursacht, ist COVID-19 eine Erkrankung mit vielen, teils auch noch unbekannten Gesichtern. Wir wissen noch nicht, wie lange eine Immunität gegen SARS-CoV-2 nach überstandener Infektion bestehen bleibt.

Insgesamt müssen ungefähr 5% der COVID-19 Patienten intensivmedizinisch beatmet werden. Bei überlasteten Gesundheitssystemen wie in Italien, Frankreich, Spanien und zuletzt in New York stieg die Mortalität von COVID-19 Patienten insgesamt sprunghaft an. Deutschland hat bei zunächst exponentiell verlaufender Entwicklung der Fallzahlen, welche absehbar bereits in den ersten Aprilwochen das sehr leistungsfähige deutsche Gesundheitssystem existentiell belastet hätte, am 23. März 2020 den sogenannten Lockdown implementiert. Es handelt sich um eine Ausgangsbeschränkung für alle Bürger mit erheblichen Auswirkungen auf die gesamte Wirtschaft und auf alle Bildungs- und Kultureinrichtungen. Der epidemiologische Effekt dieser gerade noch rechtzeitig beschlossenen Maßnahme war bereits Anfang April unübersehbar: Durch das Gebot von Social Distancing und Hygienemaßnahmen sowie durch die allgemeine Ausgangsbeschränkung hatte sich der Anstieg der Fallzahlen zuletzt deutlich abgeflacht. Ein guter Indikator während dieser epidemiologischen Phase ist die Verdopplungszeit, also der Zeitraum, innerhalb dessen sich die Fallzahl bei gleicher täglicher Steigerungsrate verdoppeln würde. Da die Zuwachsrate der Fallzahlen nach dem Lockdown kontinuierlich gesunken war, stieg die Verdopplungszeit entsprechend. Sie betrug am Anfang der Ausbreitung nur 2-3 Tage und beträgt seit Anfang Mai immer mehr als 100 Tage – mit starken Schwankungen.

Im April wurde im Einvernehmen von Bund und Ländern mit ersten Lockerungen begonnen. So durften ab dem 20. April Einzelhändler wie Fahrrad- und Buchläden wieder öffnen, Verkaufsflächen waren zunächst auf 800 m² limitiert. Ab dem 04. Mai öffneten schrittweise wieder die Schulen, beginnend mit den oberen Altersgruppen. Ab Montag, dem 11. Mai, wurden weitere Lockerungen ermöglicht, die in den Bundesländern unterschiedlich stark ausfallen. So durften in Bayern und Baden-Württemberg Hotels ab dem 30. Mai den Betrieb wieder aufnehmen, Gaststätten bereits davor sowohl im Außen- als auch Innenbereich bedienen. In der Zwischenzeit, so Stand Mitte Juni, sind in allen Bundesländern Restaurants, Gaststätten und Hotels wieder für Gäste geöffnet. Grundsätzlich gilt jedoch seit dem Beschluss von Bund und Ländern vom 26. Mai, dass die allgemeinen Kontaktbeschränkungen bis Ende Juni weiter gültig sind. Diese besagen, dass sich maximal zehn Menschen oder Angehörige zweier Haushalte in der Öffentlichkeit treffen dürfen. Einzelne Bundesländer wie Thüringen beschlossen jedoch, die verbindlichen Kontaktbeschränkungen mit Wirkung zum 13. Juni aufzuheben und nur noch Empfehlungen auszusprechen. Auch in Brandenburg wurden die Kontaktbeschränkungen mit Wirkung zum 15. Juni aufgehoben, die Maskenpflicht in öffentlichen Verkehrsmitteln sowie in Geschäften besteht jedoch in allen Bundesländern weiterhin fort. Außerdem einigten sich die Länderchefs mit der Kanzlerin darauf, die Lockerungen regional, heruntergebrochen auf kreisfreie Städte und Landkreise, sofort wieder aufzuheben, wenn die Zahl von 50 neuen Infektionen pro 100.000 Einwohner über einen Zeitraum von einer Woche erreicht wird.

In der Phase des Infektionsgeschehens nach den Lockerungen gilt der Reproduktionsfaktor (R-Faktor) des Coronavirus als der bessere Indikator für die Ausbreitung des Virus als die zuletzt stark schwankende Verdopplungszeit der Fallzahlen. Der R-Wert gibt an, wie viele Personen ein Infizierter im Mittel ansteckt. Der R-Wert sank in der 15. Kalenderwoche (06.-12. April) erstmals auf einen Wert unter 1, d.h. jeder Infizierte steckt weniger als eine weitere Person an. Damit galt die exponentielle Ausbreitung des Virus vorerst als gestoppt. Im Mai war der R-Wert fast durchgehend unter 1, seit Juni gibt es aber immer wieder mal Werte über 1. Vor allem durch den Ausbruch des Coronavirus im größten deutschen Schlachthof bei Gütersloh mit weit mehr als tausend infizierten Personen, stieg der R-Faktor noch deutlich stärker. Hier wird gegenwärtig sogar ein regionaler Lockdown durch die Landesregierung erwogen.

Die asiatische Strategie versus Herdenimmunität. Ursprünglich wurde in Deutschland, im Vereinigten Königreich und auch in Schweden die bei leichten Infektionserkrankungen übliche Strategie der Herdenimmunität verfolgt. Gemäß dieser Strategie infiziert sich allmählich der größte Teil der Bevölkerung, mindestens aber 60 %, und erlangt dadurch Immunität gegen das Virus. Durch eine solche Herdenimmunität wird gewissermaßen ein Schutzwall geschaffen, der das Virus an weiterer Ausbreitung hindert. Am Anfang der Pandemie sollten in diesen Ländern lediglich Maßnahmen angeordnet werden, welche die Anstiegskurve zum Abflachen bringen, um die Anzahl gleichzeitig Infizierter auf ein für das Gesundheitssystem akzeptables Maß zu begrenzen. Diese Strategie heißt auch Mitigation, Abschwächung. Mittlerweile wissen wir jedoch, dass diese Strategie bei SARS-CoV-2 einen zu großen Blutzoll erfordert: Alleine in Deutschland würde – eine COVID-19 bedingte Mortalitätsrate von 0,5 % angenommen – mit mindestens 250.000 Todesfällen zu rechnen sein, bevor Herdenimmunität erreicht ist. Das zu beklagende Opfer an Toten ist nicht vergleichbar mit einer Grippewelle, sondern eher mit einer kriegerischen Auseinandersetzung. Die oberste Gesundheitsbehörde in Deutschland, das Robert Koch Institut (RKI), hatte sich zwar spät, erst Ende März, aber dann dezidiert von dieser Strategie verabschiedet. Das Vereinigte Königreich folgte dem deutschen Beispiel und wechselte ebenfalls die Strategie, während Schweden als einziges europäisches Land bis heute diesen Weg einhält. Die Alternativ-Strategie zur Mitigation heißt Suppression, Unterdrückung. Diese Suppressionsphase haben wir mit der Entscheidung zum Lockdown eingeläutet. Das ist eine Entscheidung, die zu dem Zeitpunkt notwendig war und wahrscheinlich hunderttausende von Menschenleben in Deutschland gerettet hat. Allerdings ist ein mehrwöchiger nationaler Lockdown mit gravierenden ökonomischen und sozialen Folgekosten verbunden. Der Lockdown musste daher so kurz wie möglich stattfinden – und sollte nach Möglichkeit in Zukunft nur noch regional erfolgen. Dass es möglich ist, bei Epidemien den Spagat zwischen Schutz der Bevölkerung und Schutz der Wirtschaft hinzubekommen, kann man am besten von asiatischen Ländern lernen (Abb. 1). Man sieht den wesentlichen Unterschied der Entwicklung im Monat März auf einen Blick. Die asiatischen Länder Japan und Südkorea hatten moderate Anstiege der Fallzahlen, weit unterhalb der für das jeweilige Gesundheitssystem kritischen Werte. Bei Taiwan und China (nicht gezeigt) gab es im März fast keine Anstiege mehr. Dagegen sieht man vom 5.-21. März, dass Deutschland, Italien und Frankreich sehr steile Anstiege zu verzeichnen hatten, die Zunahmen waren über einen mehrwöchigen Zeitraum exponentiell. Seitdem flachten die Kurven ab und befinden sich mittlerweile nahezu auf einem Plateau. Interessant ist ein weiterer Vergleich: Deutschland und Frankreich auf der einen Seite und Japan auf der anderen Seite hatten Anfang März ungefähr dieselben Fallzahlen. Japan ist es jedoch gelungen, diese auf unter 20.000 insgesamt nachgewiesenen Fällen zu stabilisieren (ca. 17.500 am 14.06.2020), während sich Deutschland Mitte Juni bei ca. 190.000 und Frankreich bei fast ca. 160.000 Infizierten bewegen.

Abb. 1. Fallzahlen in repräsentativen europäischen und asiatischen Ländern seit dem 5. März 2020. Auf der X-Achse sind wegen der besseren Übersicht die Tagesnummern aufgeführt (Tage 60-91= März; Tage 92-121 = April; Tage 122-152 = Mai; Tage 153-182 = Juni). Quelle für Fallzahlen: RKI, Johns Hopkins University und European Centre for Disease Prevention and Control

Man sieht an den Grafiken, dass die asiatischen Länder die Krise bisher gut gemeistert haben. Allerdings fällt bei Japan auf, dass die Verlaufskurve Ende März wieder stärker anstieg, aber danach durch Verschärfung der Maßnahmen wieder abflachte. Die Situation in Ländern wie Italien, Frankreich und Spanien (nicht gezeigt) war zeitweise mehr als besorgniserregend. Deutschland mit seinem sehr leistungsfähigen Gesundheitssystem und vergleichsweise vielen Intensivbetten hatte gerade noch rechtzeitig den Lockdown hinbekommen.

Was wir aus der Coronakrise lernen – sollten. Kommen wir noch einmal zum konkreten Infektionsgeschehen in Deutschland zurück. Und zwar zum oben beschriebenen R-Wert, der über einen gewissen Zeitraum so etwas wie der heilige Gral des RKI war. Nachdem der R-Wert zunächst stark gesunken war, zeitweise sogar deutlich unter 1 fiel, liegt er im Juni bei 1, manchmal auch darüber. Das bedeutet nichts anderes als dass wir das Potential zur vollständigen Einhegung des Coronavirus trotz massiver und schmerzhafter Anstrengungen nicht ausgeschöpft haben. Diese Feststellung kann durch eine von uns vorgeschlagene alternative Berechnungsmethode noch viel genauer als durch den R-Wert beschrieben werden. Bei dieser Methode geht es um die sogenannten „normalisierten Wachstumsraten“. Diese erhält man durch folgende einfache Formel: Gesamtfälle am Tag n – Gesamtfälle Tag n-1 / Gesamtfälle am Tag n. Bei einer abflauenden Rate von Neuinfektionen kann man damit berechnen, ab welchem Tag es theoretisch zu keinen neuen Infektionen mehr kommen sollte – wenn sich die Bedingungen nicht ändern, etwa durch abnehmende Vorsicht. Wir definieren dies als den „Plateau-Tag“. An diesem Tag ist das Plateau der Infektionen erreicht, es gibt keine weitere Erhöhung mehr. Durch das zunehmende Gefahrenbewusstsein der Bevölkerung im März, das Verbot von Großveranstaltungen sowie erst recht durch den Lockdown kam es zu einem starken Rückgang der Neuinfektionen bzw. zu einer Abnahme der Infektionsrate. Wenn man die normalisierten Wachstumsraten bis Anfang April aufträgt, ergibt sich, dass der Plateau-Tag am 12. April (Tag 103) hätte erreicht werden können (Abb. 2).

Abb. 2. Normalisierte Wachstumsraten von Sars-CoV-2 Nachweisen in Deutschland. Die Regressionsgerade über den Zeitraum März bis Anfang April zeigt, dass der Plateau-Tag der Infektionen am 12. April (Tag 103) hätte erreicht werden können. Weitere Erklärungen siehe Text.

Seit dem 12. April wäre Deutschland somit frei von weiteren Coronavirus-Infektionen gewesen. Man hätte sicherheitshalber noch ca. 2-3 Wochen gewartet und dann bereits Anfang Mai in eine weitgehend SARS-CoV-2 freie Zukunft starten können. Warum kam es anders? So genau können wir das natürlich nicht sagen. Aber es gibt einen Verdacht: Entweder war die Bereitschaft vieler Menschen nicht hoch genug, sich genau an die Kontaktbeschränkungen und Hygieneregeln zu halten oder die offiziellen Anweisungen passten nicht optimal zum Infektionsgeschehen. Dass Letzteres zumindest teilweise eine Rolle gespielt hat, ist durch die Tatsache belegt, dass es eine allgemeine Maskenpflicht für den öffentlichen Raum in Deutschland erst seit Ende April gibt. Inzwischen gibt es nämlich überwältigende wissenschaftliche Evidenz dafür, dass gerade Masken, auch einfache selbstgefertigte Baumwollmasken, eine mechanische Barriere für die Ausbreitung gerade von Coronaviren darstellen. Diese können sich bei infizierten Personen nicht nur in den ausgeatmeten größeren Tröpfchen befinden, die nach etwa 1-2 m schnell zu Boden sinken. Sie befinden sich auch, und das ist eine neue Erkenntnis, in den allerkleinsten Tröpfchen, den Aerosolen. Diese werden beim Sprechen, Singen, Niesen und vor allem Husten ausgestoßen, fliegen meterweit und können für viele Stunden in der Luft verbleiben. Dadurch kann die Infektionsdosis in geschlossen Räumen über die Zeit stark ansteigen, wenn sich eine Person mit einer akuten Infektion darin befindet – und diese Person keine Maske trägt.

Wir haben daher den Verdacht, dass die Neuinfektionen durch die beschlossenen Maßnahmen zunächst zwar erheblich zurückgehen konnten, sich ab einem bestimmten Zeitpunkt jedoch auf das derzeitige Niveau eingependelt haben, da nicht mit letzter Konsequenz gehandelt wurde. Diese letzte Konsequenz wäre, zusätzlich zu den bereits beschlossenen Maßnahmen, folgender Dreiklang gewesen: (I) Einhaltung von Abstandsregel plus Maskenpflicht in jeder Situation, in der sich Menschen aus verschiedenen Haushalten in Innenräumen treffen. (II) Im Freien Masken nicht unbedingt erforderlich, aber strikte Einhaltung der Abstandsregel sowie (III) rigoroses Testen und Kontaktverfolgung. Wir haben noch einen weiteren Verdacht: Was wäre gewesen, wenn wir bereits Anfang März diese drei Maßnahmen beschlossen hätten? Zusätzlich zum Verbot von Großveranstaltungen wie Fußballspiele, dem Verbot von Indoor-Feiern sowie Reisebeschränkungen. Dann hätte Deutschland möglicherweise den kompletten Lockdown mit den heute bekannten wirtschaftlichen und sozialen Konsequenzen vermeiden können. Dieser Lockdown kostet den Steuerzahler nun mindestens 130 Mrd. EUR, zuzüglich des Ausfalls von Steuereinnahmen durch Insolvenzen. Nicht zu vergessen den Blutzoll, den wir und andere westliche Länder bezahlt haben. Was wäre gewesen, wenn man sich bei den Pandemieplänen an denjenigen Ländern orientiert hätte, die bereits über Erfahrung mit gefährlichen Coronavirus-Epidemien verfügten? Zum Beispiel Taiwan und Südkorea.

Da wir diesen Lernprozess jedoch offensichtlich selbst machen mussten und die damit verbundenen menschlichen und ökonomischen Kosten nun zu tragen haben, ist die Frage umso wichtiger, in welche Richtung wir uns neu aufstellen sollten. Die erste Lektion ist, dass wir für lebenswichtige Güter wie Medizinprodukte eine größere Fertigungstiefe in Europa haben müssen. Dann haben wir enormen Nachholbedarf in Bezug auf Digitalisierung und Künstlicher Intelligenz, dies hat die Coronakrise deutlich gezeigt. Zudem haben wir uns völkerrechtlich verbindlich dem Pariser Klimaabkommen verpflichtet und müssen daher den Transformationsprozess in eine zukunftsfähige Industrie leisten, die weitgehend ohne fossile Ressourcen auskommt. Für diese Herausforderungen ist eine ungeheure Innovationskraft notwendig – und sehr viel Geld. Wir sollten diese historische Krise daher nutzen, um uns technologisch, wirtschaftlich und auch gesellschaftlich neu zu erfinden. Dann kommen wir stärker aus der Krise hervor, als wir hineingegangen sind.

Wissenschaftlicher Hintergrund des Autors:
Biologe mit den Schwerpunkten Molekularbiologie und Zellbiologie; langjährige Erfahrung in Virusforschung.
Aktuelle Position: Direktor des Instituts für Biotechnologie, Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg, E-Mail: jan-heiner.kuepper@b-tu.de; Telefon: 0171 844-2670

Der Artikel wurde journalistisch redigiert von Anja Paumen, Wissenschaftsjournalistin und Autorin

Einzelne Inhalte des Artikels wurden veröffentlicht unter:

Jung F, Krieger V, Hufert F.T. & Küpper J-H. How we should respond to the Coronavirus SARS-CoV-2 outbreak: A German perspective. Clinical Hemorheology and Microcirculation 74 (2020) 363–372. DOI 10.3233/CH-209004

Jung F, Krieger V, Hufert F.T. & Küpper J-H. Herd immunity or suppression strategy to combat COVID-19. Clinical Hemorheology and Microcirculation 74 (pre-press 2020). DOI: 10.3233/CH-209006

Jung F, Krüger-Genge, A. Franke, R.P. & Küpper J-H. COVID-19 and the endothelium. Clinical Hemorheology and Microcirculation 74 (pre-press 2020). DOI: 10.3233/CH-209007