GRAZ. Österreichische Wissenschaftler haben eine Modellrechnung entwickelt, die die Simulation von Szenarien für das Offenhalten von Schulen während einer Pandemie entwickelt. Zentrales Ergebnis: Mit einem den jeweiligen schulischen Bedingungen angepassten Maßnahmenmix sei ein sicherer Schulbetrieb durchaus möglich. Wechselunterricht scheint zumindest in weiterführenden Schulen allerdings derzeit unumgänglich zu sein.
Die Diskussion schlägt hohe Wellen, nahezu durchgängig und beinahe unabhängig davon, welche Maßnahmen zur Eindämmung der Pandemie gerade gelten: 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? Schon vor gut einem Jahr eine hochumstrittene Frage.
Forscherinnen und Forscher am Complexity Science Hub Vienna (CSH) der TU Graz wollte es genau wissen. Jana Lasser, Mitglied im Team des bekannten Komplexitätsforschers Peter Klimek, entwickelte daher ein eigenes Schul-Simulationsmodell, das die Verbreitungswege und -wahrscheinlichkeiten einer Coronainfektion in verschiedenen Schulsettings zeigt und das die Wirksamkeit verschiedener Maßnahmen und Maßnahmenbündel durchspielt.
Für die 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“, so Lasser.
Das Forschungsteam entwickelte und überprüfte das „Schul-Tool“ anhand von 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 Lehrerinnen und Lehrern.
Als Erstes definierten die Wissenschaftler unterschiedliche Schultypen anhand von Fragen wie „Wie viele Klassen hat eine Schule?“, „Wie groß sind die Klassen?“, „Wie viele Lehrerinnen und Lehrer gibt es an der Schule“. „Wir unterscheiden in unserem Modell Grundschule (Volksschule), Grundschule mit Nachmittagsbetreuung, Unterstufen, Unterstufen mit Nachmittagsbetreuung, Oberstufen, sowie Gymnasien mit Unter- und Oberstufe“, fasst Jana Lasser zusammen.
Als Nächstes ließen sie diese virtuellen Schulen unterschiedliche Maßnahmen ergreifen, um Cluster möglichst zu verhindern, beispielsweise das Tragen von Masken, regelmäßiges Lüften, regelmäßiges Testen der Kinder und Lehrkräfte sowie die Halbierung der Klassen. Außerdem konnten die Forscherinnen und Forscher 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. Jana Lasser: „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.“ Die höhere Ansteckungswahrscheinlichkeit bedeute, dass größere Schulen mehr Maßnahmen brauchen als Volksschulen.
Unter Delta galt: Wenn 80 Prozent der Lehrkräfte geimpft waren, konnten Volksschulen und Unterstufen auch bei ungeimpften Kindern mit Lüften, Gesichtsmasken und Klassen-Verkleinerung die Reproduktionsrate R unter 1 halten. Eine erkrankte Person steckte mithin weniger als eine weitere an. War auch die Hälfte der Kinder geimpft, konnten mit diesen Maßnahmen auch alle anderen Schultypen den Wert R kleiner 1 halten – und damit relativ sicher öffnen. An größeren Schulen sollte beim Testen ein Fokus auf dem Lehrpersonal als möglicher Ansteckungsquelle liegen, so die Wissenschafler, da diese über den Tag verteilt viele Kontakte hätten und das Virus in verschiedene Klassen tragen könnten.
„Hier sehen wir die Wirksamkeit des sogenannten Schweizer-Käse-Modells“, erklärt Komplexitätsforscher Peter Klimek. „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 dem Impfen) verhindere regelmäßiges Lüften in einer Klasse einen Cluster am besten – sofern wirklich alle 45 Minuten für fünf Minuten die Fenster geöffnet würden. Ebenfalls hoch wirksam sei Testen zwei- bis dreimal pro Woche; im Modell wurde mit Antigen-Tests gerechnet.
Die deutlich ansteckendere Omikron-Variante habe allerdings die Karten neu gemischt. „In den letzten Tagen hat mein Computer geglüht, weil ich mir das anlässlich der Veröffentlichung unseres Papers unbedingt auch noch ansehen wollte“, erzählt Jana 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 Volksschulen können eine Maßnahme weglassen, zum Beispiel das Teilen von Klassen.“
Ihre Codes haben die Wissenschaftler frei ins Netz gestellt. „Gute Coderinnen und Coder könnten das Modell sogar für die eigene Schule maßschneidern. Die jeweiligen Zahlen – Infektiosität einer Krankheit, Zahl der Klassen, Kinder und Lehrkräfte, die einzelnen Maßnahmen – können nach Bedarf angepasst werden.“
Eine gut gemachte Visualisierung ihres Modells sieht Jana Lasser außerdem als perfektes 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.