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Mathematiker zu Corona-Regeln: „Erste Effekte des Lockdowns leicht erkennbar“

  • Simulationen von Wissenschaftlern bemerken nach Weihnachten und Silvester erstmals eine leichte Wirkung durch die verschärften Corona-Maßnahmen.
  • Es sei wahrscheinlich mit sinkenden Fallzahlen und weniger Covid-19-Patienten auf den Intensivstationen zu rechnen, sagt der Datenkenner Prof. Andreas Schuppert im RND-Interview.
  • Die neuen Virusmutationen bereiten dem Experten allerdings Sorge: Der Trend könnte schnell wieder umgekehrt werden.
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Neu aufgetauchte Mutationen und weniger aussagekräftige Daten des Robert-Koch-Instituts (RKI) über die Feiertage erschweren Einschätzungen zur aktuellen Pandemielage und exakte Prognosen für Deutschland. Trotzdem sieht Datenkenner Prof. Andreas Schuppert erste Anzeichen einer Viruseindämmung durch den seit Mitte Dezember geltenden härteren Lockdown.

Der Mathematiker und Physiker errechnet, wie viele Intensivbetten bei welcher Infektionsdynamik auf Deutschlands Intensivstationen benötigt werden. Dafür kooperiert der Universitätsprofessor vom Lehrstuhl für Computational Biomedicine an der Technischen Hochschule Aachen (RWTH) mit den Ärzten der Deutschen Interdisziplinären Vereinigung für Intensiv- und Notfallmedizin (Divi).

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Herr Prof. Schuppert, wie wurden Sie zu einem Modellierer des Pandemieverlaufs?

Das Universitätsklinikum Aachen hat mich im Frühjahr 2020 gefragt, ob ich eine Prognose für die Bettenauslastung in der Städteregion machen kann. Damals gab es noch wesentlich weniger Informationen als heute. Wir haben dann ein Modell anhand lokaler Daten entwickelt, das vorab relativ genau den Verlauf der ersten Welle darstellen konnte. Im September haben wir das Modell dann für Gesamtdeutschland weiterentwickelt und erstellen seitdem auch bundeslandspezifische Simulationen und Prognosen für die Bettenauslastung auf Intensivstationen.

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Wie schwierig ist es, die Pandemieentwicklungen anhand von Zahlen greifbar zu machen?

Mathematiker allein können wenig zur Wirksamkeit einzelner Maßnahmen sagen, dies ist die Domäne der Epidemiologie. Mathematische Methoden spielen aber eine wichtige Rolle für Datenanalyse, Modellierung und Simulation. Bei uns konzentrieren wir uns auf die Modellierung der Bettenbelegungen für verschiedene Szenarien der Entwicklung.

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Hierzu kombinieren wir die Meldedaten des Robert Koch-Instituts und der Gesundheitsämter mit den Daten aus dem DIVI-Intensivregister und Bettenbelegungsdaten aus einzelnen Krankenhäusern auf regionaler Ebene. Dadurch lassen sich Muster erkennen, die darauf schließen lassen, mit welchen Szenarien wir beim Infektionsgeschehen in den kommenden Wochen rechnen müssen und wie sich dies auf die Bettenbelegungen auswirkt.

Prof. Andreas Schuppert entwickelt seit 30 Jahren anhand mathematischer Modelle Simulationen und Zukunftsszenarien für Industrie und Forschung. Auch künstliche Intelligenz kommt dabei zum Einsatz. © Quelle: Privat

Was lassen diese Muster für die derzeitige Lage in Deutschland erkennen?

Unsere Berechnungen zeigen leicht erkennbar erste Effekte des härteren Lockdowns. Das Infektionsgeschehen geht seit Anfang Januar wahrscheinlich tatsächlich runter. Dieses Muster deckt sich mit den Erfahrungen aus dem Frühjahr 2020. Der Lockdown begann am 22. März, und auch damals war erst Anfang bis Mitte April eine Veränderung zu sehen. Für sichtbare Effekte braucht es mindestens drei bis vier Wochen.

Leider ist wegen der stark reduzierten Testungen über Weihnachten und Neujahr bis mindestens Ende dieser Woche eine Prognose sehr unsicher. Die Zahlen zu Bettenbelegungen aus dem Divi-Register geben aber Anlass zu einem gewissen Optimismus, dass die Zahlen wieder sinken. Es ist aber noch unsicher, wie stark und wie lange der Trend anhalten wird.

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Lockdownwirkung zeigt sich langsam

Divi-Präsident Gernot Marx hofft darauf, dass nicht mehr als kontinuierlich 6000 Covid-19-Patienten auf die Intensivstationen kommen. Die Ärzte und Pfleger seien wirklich am Limit. Woher stammt diese Zahl?

Unsere Simulationen haben gezeigt, dass man im momentan plausibelsten Szenario gerade so unterhalb der Grenze der 6000 Covid-19-Patienten auf den Intensivstationen bleiben sollte, was sich bisher in den Zahlen abbildet. Die hohen momentanen Zahlen bei der Mortalität und der Belastung der Intensivbetten Anfang 2021 sind ja noch eine Auswirkung der hohen Infektionszahlen in der Bevölkerung aus dem letzten Jahr.

Im November gab es im Schnitt täglich rund 20.000 Neuinfektionen. Anfang Dezember gab es plötzlich einen richtig starken Anstieg auf rund 30.000 Neuinfektionen am Tag. Das macht sich in den Kliniken immer erst später bemerkbar, das sehen wir jetzt. Diese sehr hohen Zahlen sollten aber, bei aller Unsicherheit, jetzt nicht mehr erreicht werden.

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Wie sieht es in den kommenden Wochen aus?

Im Moment sieht es so aus, dass wir wieder etwas effizienter beim „Ausbremsen“ des Virus sind. In den letzten Wochen haben wir eine Spitze von rund 5600 Intensivpatienten erreicht. Seit Anfang dieser Woche geht es mit etwas über 5200 wieder etwas runter. Ohne die neue Virusmutante und ohne plötzlich neue Ausbreitungsmechanismen dürfte dieser Trend während des härteren Lockdowns wahrscheinlich anhalten.

Im Dezember gab es große Sorge, dass das Infektionsgeschehen über Weihnachten und Silvester wieder Fahrt aufnehmen könnte.

Dass wir im Januar in ein exponentielles Wachstum rutschen, halte ich für wenig wahrscheinlich. Diese Tendenz zeigen die Daten bislang nicht. Weihnachten und Silvester gab es zwar sicherlich mehr private Kontakte, aber gleichzeitig waren die Schulen geschlossen und die meisten Leute im Urlaub. Diese zwei Effekte könnten sich also möglicherweise kompensiert haben.

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Der Beginn des verheerenden Coronavirus war vermutlich ein Tiermarkt in Wuhan/China. In nur wenigen Wochen erreichte das Virus auch Europa.  © RND

Reserven in Kliniken können schnell aufgebraucht sein

Können Sie als Mathematiker anhand der Muster ablesen, warum es im Moment wieder besonders stark die Pflegeheime trifft?

Nein. Dafür braucht es eine Rückverfolgung der Infektionsketten, um zu schauen, wer im jeweiligen Fall die Infektion ins Pflegeheim getragen hat. Das ist aus den Fallzahlen allein nicht ablesbar. Deshalb ist es ja auch so wichtig, dass die Gesundheitsämter die Infektionen bei niedrigerer Inzidenz wieder nachverfolgen können.

Politiker müssen immer wieder abwägen, ob harte Maßnahmen berechtigt sind. Dabei fällt auch das Argument, dass die Intensivkapazitäten noch nicht völlig ausgeschöpft seien – mit Blick auf die Zahl der Bettenbelegung.

Sobald wir in ein exponentielles Wachstum hineinrutschen würden, ändert sich die Dynamik sehr schnell. Das zeigen auch die Erfahrungen aus dem In- und Ausland. Dann schmelzen die Reserven sehr schnell und eine optimale Behandlung wird schwieriger. Auch in Deutschland hat es im Dezember innerhalb von zwei Wochen plötzlich 50 Prozent mehr Neuinfektionen gegeben, die wir Ende Dezember in den Kliniken sehen. Solche Reserven sollten also schon vorhanden sein.

Nun tauchen gerade neue Virusvarianten mit neuen Eigenschaften in Europa und der Welt auf.

Ohne die neue Virusmutante würde sich die Lage wahrscheinlich bald etwas entspannen. Nun haben wir aber einen entscheidenden Unsicherheitsfaktor. Erste Studien zeigen, dass die Mutante um einiges ansteckender ist und den R-Wert um den Faktor 0,4 bis 0,7 verändern könnte. Niemand weiß heute, wie verbreitet sie eigentlich wirklich in Deutschland ist. Wir wissen nur, dass sie schon da ist. In Großbritannien hat sich die Welle mit der neuen Virusvariante erst langsam seit September aufgebaut. Wenn man die Ausbreitung zu spät bemerkt, ist das ein ernsthaftes Problem.

Wettlauf mit der Zeit: Effekt von Impfungen und Virusmutationen

Findet B.1.1.7. bereits Einfluss in Ihren Berechnungen?

Wir simulieren gerade Szenarien, in denen wir den Effekt so einer Mutante durchspielen. Ich vermute, dass B.1.1.7. derzeit nicht viel zum Infektionsgeschehen in Deutschland beiträgt. Denn es gibt kein Muster, das auf einen wesentlichen Beitrag der englischen Variante auf Bundeslandebene hinweist.

Also kann Deutschland beruhigt sein?

Das ist nur eine bedingt gute Nachricht. Die Variante macht mir in der Tat große Sorgen. Wenn B.1.1.7. sich in Deutschland ausbreitet, kann das plötzlich alle Prognosen über den Haufen werfen. Das ist eine sehr große Unsicherheit. Letztlich ist das jetzt ein Wettrennen zwischen den Impfungen und der Mutante. Epidemiologisch gesehen macht es deshalb jetzt durchaus Sinn, sehr vorsichtig zu sein. Bis sich der Effekt der Impfungen in den Kliniken zeigt, dürfte es noch einige Zeit dauern.

Ist es einfach, in Ihren Berechnungen ein gutes Frühwarnsystem zu etablieren?

Wenn man den Einfluss der neuen Variante als Datenmuster erkennt, ist es fast schon wieder zu spät, um zu merken, dass da etwas anrollt. In der ersten Phase der Ausbreitung gibt es meistens nur sehr schwache Signale, die bei den natürlichen Schwankungen in den Daten leicht untergehen könnten. Das macht die Überwachung mathematisch wirklich schwierig. Deshalb braucht es jetzt viel mehr Sequenzierungen von Proben im Labor. Die liefern am schnellsten und sichersten Hinweise auf die Ausbreitung neuer Varianten.

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