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Smartphones und Wearables in der Pandemie und ihr Einfluss auf die Epidemiologie von Infektionskrankheiten

Contact Tracing ‚Äď Infektionskrankheiten auf der Spur

1. Begriffsklärung: Der Unterschied zwischen Pandemie und Epidemie

Bei beiden Begriffen geht es um das vermehrte Auftreten von Infektionen (Krankheitsfällen) in einer Population (Gruppe) von Menschen.

Bei der Epidemie sind die Krankheitsf√§lle √∂rtlich und zeitlich begrenzt. Man w√ľrde zum Beispiel von einer Epidemie sprechen, wenn in Berlin-Kreuzberg vermehrte F√§lle von Keuchhusten auftreten, zugleich aber in anderen Berliner Stadtteilen, sowie im Rest von Deutschland keine solche H√§ufung beobachtet wird.

Im Gegensatz zur Epidemie handelt es sich bei der Pandemie um ein Ereignis, das nicht auf eine bestimmte Region oder Zeit beschr√§nkt ist. Als Beispiel f√ľr eine Pandemie kann die aktuelle H√§ufung von Infektionen mit dem neuartigen Coronavirus (SARS-CoV-2) betrachtet werden. Gestartet ist die Infektionskette als Epidemie in Wuhan in China und hat sich dann zu einer globalen Pandemie entwickelt. Es handelt sich also um eine Pandemie, wenn Krankheitsf√§lle nicht mehr zeitlich und √∂rtlich begrenzt werden k√∂nnen.

2. Contact Tracing im Kampf gegen Infektionskrankheiten

Um ein Infektionsgeschehen zu verlangsamen ‚Äď man spricht hier von Unterbrechung der √úbertragungsketten ‚Äď ist es wichtig, schnell diejenigen Personen zu identifizieren, die mit einer infizierten Person in pers√∂nlichen Kontakt gekommen sind. Den Vorgang der R√ľckverfolgung von Infektionsketten bezeichnet man als Contact Tracing. Moderne Technologien in Wearables und Smartphones bieten neue M√∂glichkeiten des Contact Tracings.

3. Infektionsprävention am Beispiel von SARS-CoV-2 und Identifikation von Kontaktpersonen

Um moderne digitale Möglichkeiten des Contact Tracings besser zu verstehen, lohnt es sich zunächst einen Blick auf epidemiologische Grundparameter zu werfen.

Bei einem Ausbruchsgeschehen gibt es viele verschiedene Faktoren, die die Dynamik der Ausbreitung bestimmen. So ist es z.B. wichtig, wie viele Personen sich im Durchschnitt an einer Index-Person (einer ersten infizierten Person innerhalb einer Gruppe) anstecken. Diese Zahl nennt man Basisreproduktionszahl (auch bekannt als R-Zahl). Ebenso sollte ber√ľcksichtigt werden, wie schnell neu-infizierte Personen selber Symptome entwickeln und die Erkrankung an weitere Personen weitergeben k√∂nnen.

Das neuartige Coronavirus (SARS-CoV-2) ist eine gro√üe Herausforderungen f√ľr die klassische Infektionspr√§vention. Dies liegt zum einen daran, dass etwa jede zweite Person nicht bemerkt, dass sie sich mit SARS-CoV-2 infiziert hat. Man nennt dies einen asymptomatischen Verlauf, also einen Krankheitsverlauf ohne Symptome. Jedoch scheinen diese Personen genauso ansteckend zu sein wie infizierte Personen mit Symptomen [1]. Das gro√üe Problem ist, dass asymptomatische Personen, anders als Personen mit Symptomen, wie Fieber und Krankheitsgef√ľhl, weiterhin am sozialen Leben teilnehmen und daher die Krankheit leicht weitergeben k√∂nnen. Eine weitere Herausforderung ist die schnelle Generationszeit bei SARS-CoV-2. Unter der Generationszeit versteht man den Zeitpunkt, ab dem die n√§chste Generation von infizierten Personen selber infekti√∂s wird und weiter Personen anstecken kann.

Es gibt langsam verlaufende Infektionsvorg√§nge, wie zum Beispiel bei der Tuberkulose, bei der die Generationszeit zwischen der Infektion der ersten infizierten Person zur zweiten infizierten Person mehrere Wochen betr√§gt. Es gibt aber auch extrem schnelle Generationszeiten von nur wenigen Stunden. Ein klassisches Beispiel f√ľr diese schnelle Dynamik sind Durchfallerkrankungen ausgel√∂st durch das Norovirus. Bei dem neuartigen Coronavirus ist die Generationszeit von vier Tagen relativ kurz. Mit klassischen Methoden wie Fax, Telefon und Brief ist es eine sehr gro√üe Herausforderung schnell genug zu sein, um Infektionsketten zu unterbrechen. Es besteht die Gefahr, dass die Kontaktpersonen erst dann identifiziert werden k√∂nnen, wenn diese bereits schon wieder weitere Personen angesteckt haben und man dadurch immer einen Schritt zu langsam ist. Smartere und vor allem schnellere Methoden des Contact Tracings sind daher insbesondere bei der Bek√§mpfung des neuartigen Coronavirus von gro√üer Wichtigkeit.

4. GPS-Tracker und Co. zur Identifizierung von Kontaktpersonen

In Smartphones und Wearables, den Computern in Miniformat, sind verschiedene Technologien ‚Äď wie GPS-Tracker oder Bluetooth ‚Äď verbaut, die f√ľr das Contact Tracing, sowie die Erkennung von Krankheitsf√§llen genutzt werden k√∂nnen. Die Nutzung dieser Technologien bietet sowohl Chancen als auch Risiken.

In einem √∂ffentlichen Diskurs muss abgewogen werden, welche Instrumente f√ľr eine Infektionskontrolle genutzt werden sollen und welche ethischen Herausforderungen und Risiken damit einhergehen. Bei der Entwicklung von Kontaktanalysen ist ein europ√§ischer Weg anzustreben, der z.B. mittels dezentraler Datenspeicherung die Privatsph√§re sch√ľtzt. L√∂sungen aus Staaten wie China, aber auch der USA d√ľrfen nicht blind √ľbernommen werden, da dort andere Vorstellungen von Datenschutz und Privatsph√§re bestehen als wir sie in Europa haben.

Die Nutzung von Smartphones und Wearables in einem globalen Infektionsgeschehen bieten jedoch gro√üe Chancen. Zum einen k√∂nnen Kontaktpersonen einer infizierten Person in k√ľrzester Zeit dar√ľber informiert werden, dass sie Kontaktpersonen sind und soziale Kontakte f√ľr eine gewisse Zeitspanne reduzieren sollten. Diese informierten Personen werden gleichzeitig eigene m√∂gliche Symptomatiken aufmerksamer beobachten. Dar√ľber hinaus k√∂nnen Wearables durch eine Analyse verschiedener Parameter, wie unter anderem der K√∂rpertemperatur und des Aktivit√§tsmusters, zus√§tzlich fr√ľhzeitig symptomatische Personen erkennen und diese Personen darauf hinweisen, dass eine Vorstellung bei einem Arzt sinnvoll sein k√∂nnte.

4.1 Anwendungsfelder f√ľr Contact Tracing

Neben dem Contact Tracing in der Infektionspr√§vention gibt es noch weitere interessante Einsatzfelder f√ľr Technologien aus dem Bereich der Niedrigenergie-Funktechnik. In einer Studie haben wir zum Beispiel getestet, ob moderne Technologien Feuerwehrleuten helfen k√∂nnen, sich in gef√§hrlichen und unbekannten Umgebungen sicherer zu bewegen [2]. Anders als in der Infektionspr√§vention, wo ausreichend Abstand zu anderen Menschen gew√ľnscht wird, ist es f√ľr die Einsatzkr√§fte der Feuerwehr entscheidend, sich nicht zu weit von der Einsatzgruppe zu entfernen. Im Feuerwehrszenario k√∂nnen smartphone-basierte Tools zur Abstandsmessung die Sicherheit f√ľr die Einsatzkr√§fte deutlich erh√∂hen.

5. Smart Distancing

Es ist viel √ľber den Begriff des ‚ÄěSocial Distancing‚Äú diskutiert worden. Social Distancing meint, dass soziale Kontakte reduziert werden sollten und wenn dies nicht m√∂glich ist, ein Abstand von mindestens 1,5-2 Metern zwischen den Personen eingehalten werden sollte. Social Distancing kann als Ma√ünahme der klassischen Infektionspr√§vention gelten, die nach dem Gie√ükannenprinzip auf alle Personen ungeachtet ihres Infektionsstatus angewendet wird. Smarte Technologien wie das Contact Tracing mithilfe von Smartphones oder Wearables k√∂nnen helfen, Ma√ünahmen st√§rker zu fokussieren und aus einem ‚ÄúSocial Distancing‚ÄĚ ein ‚ÄúSmart Distancing‚ÄĚ zu machen. Unter ‚ÄěSmart Distancing‚Äú wird hierbei verstanden, dass Personen die ein erh√∂htes Risiko einer Infektion aufgrund eines stattgefundenen Kontaktes zu einer infizierten Person haben, z.B. durch eine Infektions-App pers√∂nlich gewarnt werden und daraufhin individuell ihre sozialen Kontakte zur√ľckfahren und sich je nach Risiko gegebenenfalls in h√§usliche Quarant√§ne begeben. Die Ma√ünahme des sozialen Abstandes wird somit gezielt auf Personen mit stattgefundenen Kontakt zu Infizierten reduziert, w√§hrend f√ľr andere Personen mehr Freiheit bleibt. In einer Modellanalyse konnte gezeigt werden, dass durch gut eingesetztes ‚ÄúSmart Distancing‚ÄĚ die Infektionsbek√§mpfung deutlich effektiver gestaltet werden kann und dabei geringere gesellschaftliche und wirtschaftliche Kollateralsch√§den auftreten [3].

6. Smarte Infektionsbek√§mpfung ‚Äď ein Weg in die Zukunft

Technologien in Smartphones und Wearables erm√∂glichen vielversprechende Wege der smarten Infektionsbek√§mpfung nicht nur beim neuartigen Coronavirus, sondern auch bei altbekannten Gei√üeln der Menschheit, wie der Tuberkulose, Masern und anderen √ľbertragbaren Erkrankungen. Mit Hilfe von digitalem Contact Tracing k√∂nnen Methoden etabliert werden, die genauso oder sogar noch effektiver sind als der Lockdown der gesamten Gesellschaft.

Quellen [3]

  1. Lavezzo, E. et al., 2020. Suppression of COVID-19 outbreak in the municipality of Vo, Italy. DOI: https://doi.org/10.1101/2020.04.17.20053157
  2. Feese, S., Arnrich, B., Tr√∂ster, G., Burtscher, M., Meyer, B. and Jonas, K., 2013. Sensing group proximity dynamics of firefighting teams using smartphones. Proceedings of the 17th annual international symposium on International symposium on wearable computers - ISWC '13, pp. 97‚Äď104. DOI: https://doi.org/10.1145/2493988.2494332
  3. Ferretti, L., et al., 2020. Quantifying SARS-CoV-2 transmission suggests epidemic control with digital contact tracing. Science, 368 (6491), p.eabb6936. DOI: https://doi.org/10.1126/science.abb6936

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