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05. Mai 2009, 15:22 Uhr

Kampf gegen Seuchen

Forscher simulieren tödliche Pandemie

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Tausende Tote, geschlossene Schulen, das Essen wird knapp: Forscher untersuchen die Folgen einer Pandemie mit Computermodellen. Die Simulationen können helfen, Medikamente und Hilfskräfte so einzusetzen, dass möglichst wenige Menschen sterben - doch sie haben Schwächen.

Das schlimmste Szenario für die Stadt Atlanta lässt Katastrophenexperten erschaudern: Bis zu 2,2 Millionen Essensportionen müssten täglich im Großraum um die US-Großstadt mit ihren 500.000 Einwohnern verteilt werden - über einen Zeitraum von mehr als 30 Tagen. So lange dauert die schlimmste Phase der Grippewelle. Eine logistische Herausforderung, die kaum zu erfüllen ist. Vor allem wenn man berücksichtigt, dass sich auch Feuerwehrleute und andere Hilfskräfte mit dem Virus infizieren werden und deshalb ausfallen.

Im Jahr 2008 haben Wissenschaftler vom Georgia Institute of Technology mit diesem Szenario eine Grippe-Pandemie in dem US-Bundesstaat durchgespielt - mit einer aufwendigen Software am Computer. Pinar Keskinocak und ihre Kollegen wollten unter anderem herausfinden, welchen Effekt Schulschließungen haben und ob Quarantänemaßnahmen bei Infizierten das Virus aufhalten können. In dem Quarantäne-Szenario nahmen die Forscher an, dass die meisten Erkrankten konsequent zu Hause bleiben und sich von Angehörigen pflegen lassen, um das Virus nicht weiterzuverbreiten.

Alle Schulen dicht machen oder Infizierte isolieren?

"Die verschiedenen Szenarien haben gezeigt, dass wir während einer Grippe-Pandemie im Großraum Alabama viel mehr Menschen mit Essen versorgen müssen, als wir dachten", sagt Marylin Self vom Amerikanischen Roten Kreuz. Die Simulationen haben ergeben, dass eine sechswöchige Schulschließung tatsächlich die Infektionen verringern kann - aber ähnlich wirkt wie eine vierwöchige freiwillige Quarantäne Erkrankter. Allerdings erschwert eine Schulschließung zugleich die Pandemiebekämpfung, weil Ärzte und Feuerwehrleute ihre eigenen Kinder zu Hause betreuen müssen und deshalb nicht arbeiten können.

Weltweit versuchen Pandemie-Forscher seit Jahren, mit immer aufwendigeren Programmen den Ablauf von Seuchen zu modellieren. Ein ambitioniertes Vorhaben, schließlich wissen Mediziner nur sehr wenig über die Details von Pandemien. Die letzte große Pandemie, die Spanische Grippe von 1918, liegt weit zurück, belastbare Statistiken fehlen. "Wir haben nur wenige Daten, die wir überhaupt für die Modelle nutzen können", sagt Markus Schwehm, "im Wesentlichen sind es Todesfallzahlen." Schwehm ist Geschäftsführer der Firma Explosys, eine Ausgründung der Universität Tübingen, die Gesundheitsbehörden weltweit berät und dabei die selbstentwickelte, frei zugängliche Pandemie-Simulations-Software Influsim nutzt.

"Die Arbeit mit Modellen muss vor der Pandemie stattfinden"

Ein Problem bei der Modellierung: Es ist schwer abzuschätzen, wie hoch der Anteil der Infizierten ist, die gar keine Krankheitssymptome entwickeln. "Auch bei der jetzigen Pandemie werden diese Daten nicht erhoben", sagt Schwehm im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE, "wie auch?". So gehen die Forscher in ihrem Modell davon aus, dass etwa ein Drittel aller Infizierten asymptomatisch erkrankt.

Schwehms Influenza-Simulator ist ein Programm mit mehr als 50 Stellgrößen: Alter, die Intensität der Kontakte untereinander, die Virulenz des Erregers und seine Gefährlichkeit - all diese Parameter lassen sich einstellen. Auch die Wirkung antiviraler Medikamente wie Tamiflu lässt sich untersuchen.

Aber können Programme wie Influsim helfen, die derzeit grassierende Schweinegrippe zu stoppen? "Nein", sagt Schwehm, "die Arbeit mit Modellen muss vor der Pandemie stattfinden." Die Software helfe bei der Aufstellung eines Pandemieplans. "Jedes Land, jede Kommune kann seinen Ressourcenbedarf ausrechnen", erklärt Schwehm. "Wie viele Ärzte brauche ich, wie viele Krankenhausbetten?"

Die Software Influsim nutzt in der Grundversion rund 500 Differentialgleichungen. Die Ausbreitung eines Virus ergibt sich unter anderem aus seiner Ansteckungsquote (an wie viele Menschen gibt ein Infizierter das Virus weiter?), der Enge der Kontakte der Menschen und den eingeleiteten Gegenmaßnahmen. Manche Forscher greifen jedoch auch zu sogenannten zellulären Automaten, um die geografische Ausbreitung eines Virus zu simulieren. In solchen Modellen wird die Welt in viele kleine Zellen eingeteilt. Ist eine Zelle infiziert, werden auch benachbarte Zellen mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit infiziert.

Viren fliegen um die Welt

Sogar die besondere Rolle des weltweiten Flugverkehrs lässt sich simulieren. 2004 haben Forscher des Göttinger Max-Planck-Instituts für Strömungsforschung auf diese Weise die Ausbreitung von Sars modelliert. Die Simulationen konnten den tatsächlichen Verlauf gut reproduzieren. 2006 hat ein internationales Wissenschaftlerteam untersucht, ob eine radikale Streichung von Flügen, die auch im Fall der Schweinegrippe debattiert wurde, eine Pandemie verhindern kann. Das verblüffende Ergebnis: Eine Unterbrechung des Flugverkehrs bringt kaum etwas, der gezielte Einsatz antiviraler Medikamente hingegen schon.

Eine prophylaktische Behandlung von Rettungskräften mit Tamiflu birgt jedoch auch ein Risiko: Es könnten resistente Viren entstehen. Auch dies hat Schwehm simuliert. Das wenig beruhigende Ergebnis: Bei einer prophylaktischen Vergabe des Medikaments könnte der Druck auf das Virus so groß werden, dass sich innerhalb einer Pandemieperiode ein resistentes Virus durchsetzt. Nicht zuletzt deshalb arbeiten Mediziner mit Hochdruck an der Entwicklung eines Impfserums gegen die Schweinegrippe.

Die Software Influsim zeigt auch, was einer der besten Hebel zum Eindämmen einer Pandemie ist: die Kontaktvermeidung. Werden in dem Programm die Parameter in der sogenannten Kontakt-Matrix verkleinert, verringern sich die Infektionen deutlich. Das Modell Schwehms bestätigt so, was Mediziner schon seit Tagen empfehlen. "Nur noch einmal statt dreimal pro Woche einkaufen, immer Hände waschen - das hat einen signifikanten Effekt", sagt der Forscher.

Trotz der vielen Schwächen und Probleme hält Schwehm Pandemiesimulationen für unverzichtbar. "Die Alternative zum Modellieren ist: Sie entscheiden völlig aus dem Bauch heraus."

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