Schulen und die Pandemie: Modellrechnung für einen sicheren Betrieb

Entstanden in der Corona-Zeit, aber jederzeit erweiterbar: Ein österreichisches Wissenschaftlerteam hat ein Simulationsmodell für das sichere Offenhalten von Schulen während einer Pandemie entwickelt.

Vor einem Jahr gingen die Wogen weltweit hoch: Ist es verantwortungslos, Kinder während der Pandemie in die Schule zu schicken, oder gibt es Maßnahmen, welche Corona-Cluster so effizient verhindern, dass Schulen offenbleiben bzw. wieder öffnen können?

Ein Forschungsteam am Complexity Science Hub Vienna (CSH) wollte es genau wissen. TU Graz-Forscherin Jana Lasser, damals im Team von Peter Klimek am CSH und an der Medizinischen Universität Wien tätig, entwickelte ein eigenes Schul-Simulationsmodell, das die Verbreitungswege und -wahrscheinlichkeiten einer Coronainfektion in verschiedenen Schulsettings zeigt und die Wirksamkeit verschiedener Maßnahmen(bündel) durchspielt.

Für die im Fachjournal „Nature Communications“ erschienene Studie modellierte das CSH-Team die Delta-Virusvariante, die in Österreich bis vor Weihnachten die vorherrschende Variante war. „Wir können unser Modell aber jederzeit anpassen und verschiedenste andere Szenarien simulieren“, erklärt die Komplexitätsforscherin und Erstautorin.

Das Forschungsteam entwickelte und überprüfte das „Schul-Tool“ anhand anonymisierter Daten zu 616 Corona-Clustern, die im Herbst 2020 an österreichischen Schulen aufgetreten waren. Um ein Gefühl dafür zu bekommen, welche Maßnahmen an Schulen realistisch umgesetzt werden können, führten die Forschenden außerdem mehrere Interviews mit Schulleiterinnen und Schulleitern sowie mit Lehrenden.

Die Vielzahl an Möglichkeiten macht das Unterfangen komplex

Als erstes definierten die Forschenden unterschiedliche Schultypen: Wie viele Klassen hat eine Schule, wie groß sind die Klassen, wie viele Lehrenden gibt es an der Schule usw. „Wir unterscheiden in unserem Modell Grundschule, Grundschule mit Nachmittagsbetreuung, Unterstufen, Unterstufen mit Nachmittagsbetreuung, Oberstufen, sowie Gymnasien mit Unter- und Oberstufe“, erklärt Lasser.

Als zweites können diese virtuellen Schulen unterschiedliche Maßnahmen ergreifen, um Cluster möglichst zu verhindern. Das sind das Tragen von Masken, regelmäßiges Lüften, regelmäßiges Testen der Kinder und Lehrkräfte sowie die Halbierung der Klassen. Außerdem können die Forschenden verschiedene Durchimpfungsraten bei Lehrpersonal und Kindern simulieren.

Auf den richtigen Mix kommt es an

Ein klares Ergebnis der Arbeit: Maßnahmen und Maßnahmen-Pakete müssen an den Schultyp angepasst werden. „Mittelschulen und Gymnasien sind meist größer, haben mehr Kinder in den Klassen und wechselnde Lehrkräfte, daher gibt es deutlich mehr Ansteckungsmöglichkeiten – wie sich eine Infektion durch die Schule verbreitet, kann man in der zugehörigen Web-basierten Visualisierung, die wir auch entwickelt haben, schön beobachten“, so Lasser. Die höhere Ansteckungswahrscheinlichkeit bedeutet, dass größere Schulen mehr Maßnahmen brauchen als Grundschulen.

Unter Delta galt: Wenn 80 Prozent der Lehrkräfte geimpft sind, können Grundschulen und Unterstufen auch bei ungeimpften Kindern mit Lüften, Gesichtsmasken und Klassen-Verkleinerung die Reproduktionsrate R unter 1 halten. Ist auch die Hälfte der Kinder geimpft, können mit diesen Maßnahmen auch alle anderen Schultypen R<1 halten – und damit relativ sicher öffnen. An größeren Schulen sollte beim Testen ein Fokus auf dem Lehrpersonal als möglicher Ansteckungsquelle liegen, da diese über den Tag verteilt viele Kontakte haben und das Virus in verschiedene Klassen tragen können, so die Forschenden.

„Hier sehen wir die Wirksamkeit des sogenannten Schweizer-Käse-Modells“, erklärt Komplexitätsforscher Peter Klimek (CSH & MedUni Wien). „Keine einzige dieser Maßnahmen schützt hundertprozentig vor einer Ansteckung, aber mehrere zusammengefasst erhöhen den Schutz deutlich.“

Außerdem: „Die richtige Umsetzung der Maßnahmen ist das A und O“, so Klimek. „Schon eine kleine Abweichung – zum Beispiel, wenn seltener gelüftet wird oder ein paar Kinder nicht beim Testen mitmachen – reicht aus, um die Clustergrößen nicht ein bisschen, sondern sofort exponentiell wachsen zu lassen.“

Von allen Einzelmaßnahmen (außer Impfen) verhindert regelmäßiges Lüften in einer Klasse einen Cluster am besten – sofern wirklich alle 45 Minuten für fünf Minuten die Fenster geöffnet werden. Ebenfalls hoch wirksam ist Testen zwei- bis dreimal pro Woche; im Modell wurde mit Antigen-Tests gerechnet.

Omikron verteilt die Karten neu

Und wie sieht es mit der deutlich ansteckenderen Omikron-Variante aus? „In den letzten Tagen hat mein Computer geglüht, weil ich mir das anlässlich der Veröffentlichung unseres Papers unbedingt auch noch ansehen wollte“, erzählt Lasser. „Meine – jetzt natürlich noch nicht begutachteten – Ergebnisse zeigen, dass wir durch die stark erhöhte Infektiosität von Omikron alle verfügbaren Maßnahmen in allen Schultypen brauchen, um große Ausbrüche an Schulen zu verhindern. Nur Grundschulen können eine Maßnahme weglassen, zum Beispiel das Teilen von Klassen.“

Eine gut gemachte Visualisierung ihres Modells sieht Lasser außerdem als gutes Anschauungsmaterial für Eltern, Kinder, Schulleiterinnen und -leiter oder Behörden. „Es ist immer wieder eindrucksvoll zu sehen, wie schnell und auf welchen Wegen sich Viren in einer Gruppe verbreiten, und wie sich die Ausbreitungsdynamik ändert, wenn einzelne oder mehrere Maßnahmen eingeführt werden. Damit könnte man viel Überzeugungsarbeit leisten“, ist die Wissenschaftlerin überzeugt.