Simulation belegt die Wirkung der ersten Maßnahmen gegen Covid-19

Corona-Epidemie: Die Effekte der Einschnitte

Trotz der auch in Berlin verhängten Einschränkungen war der Wochenmarkt in Berlin-Schöneberg am 4. April 2020 gedrängt voll.
Trotz der auch in Berlin verhängten Einschränkungen war der Wochenmarkt in Berlin-Schöneberg am 4. April 2020 gedrängt voll.

Die Anstrengungen gegen die Corona-Epidemie in Deutschland zeigen erste Wirkung. Zumindest die Maßnahmen, die bis zum 16. März ergriffen wurden, haben die Ausbreitung des Virus Sars-CoV 2 verlangsamt. Das belegt die Modellrechnung eines Teams vom Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation und von der Universität Göttingen. Die Simulation zeigt allerdings auch, dass die Maßnahmen bis zum 16. März das exponentielle Wachstum noch nicht ausreichend bremsen oder die neuen Fallzahlen gar langfristig senken können, um eine Überlastung des Gesundheitssystems durch Covid-19 zu verhindern. Ob das mit der weitgehenden Kontaktsperre gelingt, die seit dem 22. März gilt, wird die ständig angepasste Rechnung erst ab dem 8. April zeigen.

Zahl der Corona-Neuinfektionen (Stand 2. April 2020):Die Simulation der Neuinfektionen (blaue Linie) mit Sars-CoV-2 des Göttinger Teams gibt die tatsächlichen Zahlen (blaue Rauten) bis dato sehr gut wieder. Auf diesen Daten beruht die Prognose, wie sich die Zahl der Neuinfektionen entwickelt hätte, wenn es bei den Beschränkungen um den 8. März (rote Linie) und dem zusätzlichen Maßnahmenpaket um den 16. März (orange Linie) geblieben wäre. In beiden Fällen hätte die Zahl der Neuinfektionen immer weiter zugenommen, auch wenn sie im zweiten Fall vorübergehend zurückgegangen wäre – Covid-19 hätte sich danach weiter exponentiell ausgebreitet. Für die Kontaktsperre vom 22. März sagt die Modellrechnung eine kontinuierliche Abnahme der Neuinfektionen voraus (grüne Linie). Ob diese Prognose stimmt, wird sich ab dem 8. April herauskristallisieren.
Zahl der Corona-Neuinfektionen (Stand 2. April 2020):Die Simulation der Neuinfektionen (blaue Linie) mit Sars-CoV-2 des Göttinger Teams gibt die tatsächlichen Zahlen (blaue Rauten) bis dato sehr gut wieder. Auf diesen Daten beruht die Prognose, wie sich die Zahl der Neuinfektionen entwickelt hätte, wenn es bei den Beschränkungen um den 8. März (rote Linie) und dem zusätzlichen Maßnahmenpaket um den 16. März (orange Linie) geblieben wäre. In beiden Fällen hätte die Zahl der Neuinfektionen immer weiter zugenommen, auch wenn sie im zweiten Fall vorübergehend zurückgegangen wäre – Covid-19 hätte sich danach weiter exponentiell ausgebreitet. Für die Kontaktsperre vom 22. März sagt die Modellrechnung eine kontinuierliche Abnahme der Neuinfektionen voraus (grüne Linie). Ob diese Prognose stimmt, wird sich ab dem 8. April herauskristallisieren. © MPI für Dynamik und Selbstorganisation

So ausschlaggebend waren Zahlen kaum jemals zuvor für politische Entscheidungen, für die wirtschaftliche Entwicklung und das gesellschaftliche Leben: Wie es in Deutschland und fast überall auf der Welt in den kommenden Monaten weitergehen wird, dürfte vor allem von der Ausbreitungsrate des Coronavirus Sars-CoV 2 und der damit verbundenen Veränderung in der Zahl der Neuinfektionen abhängen. Denn nur wenn es täglich nicht immer mehr Krankheitsfälle gibt, bleibt die optimale medizinische Versorgung von Schwerkranken möglich.

Um die Ausbreitung des Corona-Virus komplett einzudämmen, haben die Schließungen von Kindergärten und Schulen, von vielen Geschäften und öffentlichen Einrichtungen, die in Deutschland um den 16. März in Kraft traten, jedoch nicht ausgereicht. Das zeigt die Berechnung eines Teams um Viola Priesemann, die am Göttinger Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation eine Forschungsgruppe leitet.

Bislang starke Ausbreitung trotz der Einschnitte vom 8. und 16. März

Sie hat sich schon Mitte März mit Datenwissenschaftlern der Universität Göttingen zusammengetan, um den Verlauf der Corona-Epidemie in Deutschland zu simulieren. Auf diese Weise wollten die Forschenden helfen, die Effekte der Maßnahmen abzuschätzen und den weiteren Verlauf vorherzusagen. Und das ist ihnen auch gelungen. Denn wie ihre Modellrechnung zeigt, verringerten bereits die ersten Beschränkungen im öffentlichen Leben um den 8. März, durch die etwa Fußballspiele ohne Fans stattfanden, die effektive Ausbreitungsrate. Diese Zahl entspricht der täglichen Wachstumsrate an neu infizierten Personen. Sie bestimmt, wie hoch die Fallzahlen ein bis zwei Wochen später liegen werden, nachdem die Testergebnisse der Erkrankten vorliegen. Das Modell bezieht auch ein, dass genesene Personen erst einmal immun sind und nicht mehr zur Ausbreitung der Infektion beitragen können. Um den 8. März sank die effektive Ausbreitungsrate zwar schon deutlich, aber noch nicht auf oder unter Null, sodass die gefürchtete exponentielle Ausbreitung des Corona-Virus damit noch nicht gebrochen wurde.

Zahl der bestätigten Corona-Infektionen (Stand 2. April 2020): Wie viele Menschen sich in Deutschland bis zum 2. April erwiesenermaßen mit dem Coronavirus angesteckt haben, gibt die Göttinger Modellrechnung gut wieder (gemeldete Zahl – blaue Rauten; Simulation – blaue Linie). Auf diesen Daten beruht die Prognose, wie sich die Zahl der bestätigten Infektionen entwickelt hätte, wenn es bei den Beschränkungen um den 8. März (rote Linie) und den zusätzlichen um den 16. März (orange Linie) geblieben wäre – in beiden Fällen hätte sich Covid-19 weiter exponentiell ausgebreitet. Für die Kontaktsperre vom 22. März ergibt die Simulation dagegen eine deutlich verlangsamte Ausbreitung (grüne Linie). Ob die Annahmen der Göttinger Forschenden, die in dieses Szenario eingeflossen sind, und damit die Prognose stimmen, wird sich ab dem 8. April zeigen.
Zahl der bestätigten Corona-Infektionen (Stand 2. April 2020): Wie viele Menschen sich in Deutschland bis zum 2. April erwiesenermaßen mit dem Coronavirus angesteckt haben, gibt die Göttinger Modellrechnung gut wieder (gemeldete Zahl – blaue Rauten; Simulation – blaue Linie). Auf diesen Daten beruht die Prognose, wie sich die Zahl der bestätigten Infektionen entwickelt hätte, wenn es bei den Beschränkungen um den 8. März (rote Linie) und den zusätzlichen um den 16. März (orange Linie) geblieben wäre – in beiden Fällen hätte sich Covid-19 weiter exponentiell ausgebreitet. Für die Kontaktsperre vom 22. März ergibt die Simulation dagegen eine deutlich verlangsamte Ausbreitung (grüne Linie). Ob die Annahmen der Göttinger Forschenden, die in dieses Szenario eingeflossen sind, und damit die Prognose stimmen, wird sich ab dem 8. April zeigen. © MPI für Dynamik und Selbstorganisation

Gleiches gilt auch für die Einschnitte um den 16. März. Der Simulation des Göttinger Teams zufolge hätten alleine diese Maßnahmen zwar ausgereicht, um die Zahl der Neuinfektionen vorübergehend zu senken. Wenige Tage später wäre sie aber wieder angestiegen. "Das ist ganz typisch für eine plötzliche Änderung der Ausbreitungsrate", sagt Michael Wilczek, Co-Autor der Studie. Aus einem kurzzeitigen Rückgang lasse sich nicht unbedingt ablesen, dass die Wachstumsrate sich umgekehrt hätte. Ob die strikte Kontaktsperre, die seit dem 22. März neben dem öffentlichen Leben auch private persönliche Kontakte in Deutschland weitgehend unterbindet, die tägliche Zunahme der Neuinfektionen zumindest für die Dauer der Auflage verhindert, ist noch unklar. Die Simulation legt das zwar nahe. "Wir wissen aber nicht, ob unsere Annahmen, wie weit die Maßnahmen die effektive Ausbreitungsrate senken, zutreffen", sagt Viola Priesemann.

Noch zwei bis drei Wochen Isolation könnten die Neuinfektionen deutlich senken

Wenn das Göttinger Team auch die Effekte der Kontaktsperre richtig eingeschätzt hat, wird die Vorhersage ihres Modells für die kommenden Wochen ebenfalls zutreffen: Dann wird die Zahl der Neuinfektionen kontinuierlich abnehmen – zumindest wenn das Leben in Deutschland weiterhin auf Notbetrieb läuft. Dabei lässt sich eine so naheliegende wie ernüchternde Einsicht auch aus der Göttinger Modellrechnung ableiten: "Wenn die Beschränkungen aufgehoben werden, können wir wieder in ein exponentielles Wachstum laufen", sagt Viola Priesemann. "Wir sehen ganz klar: Die Fallzahlen in zwei Wochen hängen von unserem Verhalten jetzt ab."

Aus ihrer Simulation können die Forschenden auch ein hoffnungsvolles Szenario ableiten: Wenn wir die Isolation in den kommenden zwei bis drei Wochen weiter sehr sorgfältig einhalten, könnte es nur ein Dutzend oder einige Hundert neue Fälle pro Tag geben. Mit so wenigen Neuinfektionen könnten die Kontakte von jedem Erkrankten weitgehend identifiziert und isoliert werden. "Ich finde es sehr ermutigend, dass wir mit einer starken Einschränkung in den kommenden zwei bis drei Wochen die Neuinfektionen soweit zurückdrängen könnten, dass wir danach mit Vorsicht, aber hoffentlich mit deutlicher weniger Einschränkungen weitermachen können", sagt Viola Priesemann. "Wir warten jeden Tag auf die neuen Zahlen zur Wirkung der Kontaktsperre und zur Wirkung von unserem Verhalten."

Die Vorhersagen werden ständig kontrolliert

Um die Maßnahmen gegen die Corona-Pandemie möglichst effektiv zu gestalten, wäre es für die politischen Entscheidungsträger natürlich hilfreich, wenn sie die Wirkung einzelner Beschränkungen kennen würden. Wenn sie also wüssten, ob etwa die Schließung der Schulen und Kindergärten, die Beschränkung im Handel oder das Verbot von privaten Begegnungen die Epidemie besonders effektiv einhegt. Das kann aber auch die Göttinger Modellrechnung nicht klären. "Es ist schon schwierig genug, die Effekte der Maßnahmenpakete einzuschätzen, ganz zu schweigen von den einzelnen Maßnahmen", sagt Viola Priesemann. Und während die tatsächliche Entwicklung der Ansteckungszahlen mit etwas Verzögerung zeigt, ob ihr Team mit den entsprechenden Annahmen richtig lag, ist ein solcher Realitätscheck für die geschätzten Effekte einzelner Regeln bisher nicht möglich.

Ungeachtet dessen kontrollieren die Forscherinnen und Forscher um Viola Priesemann die Vorhersagen ihres Modells ständig: "Mein Team hat in den letzten Wochen rund um die Uhr daran gearbeitet, um das Modell zu entwickeln. Jetzt können wir jeden Tag einen neuen Datenpunkt hineinfügen und sehen, wie sich die Prognosen verändern", sagt sie. "Wir haben ein paar sehr anstrengende Wochen hinter uns, aber es freut uns sehr, dass wir mit unserer Forschungsarbeit etwas beitragen können, die Ausbreitung und Eindämmung der Corona-Epidemie in Deutschland zu verstehen." (PH/mpg)

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Kommentare (2)

Adam Sedgwick (nicht überprüft)

Di. 7 Apr 2020 - 00:17

Natürlich sollte man mit der Lockerung der Maßnahmen, also jegliche Kontaktvermeidung mit der Wirkung, dass das Corona-Virus nicht von Mensch zu Mensch übertragen werden kann, solange warten, bis eine eindeutige Abnahme eintritt. Sicherlich können Epidemiologen mit geeigneten Simulationsmodellen am zuverlässigsten sagen, wann eine Lockerung möglich ist. Also es hilft nichts, man kann sich nur auf die Experten der Virologie verlassen, was aber nicht heißt, dass sie immer zu hundert Prozent richtig liegen. Das ist aber das Wesen der naturwissenschaftlichen Forschung, sie muss ständig die Richtigkeit ihrer Aussagen überprüfen.
Ich möchte hier aber einen ganz anderen Aspekt der Corona-Krise verfolgen, der aber nur kurz angedeutet werden kann. Gerne verfasse ich dazu einen ausführlichen Artikel, möglichst zeitnah.
Also folgender Aspekt: Wäre es nicht sinnvoll, sinnvoller, mehr über die Erfolge zu berichten, die das Ergebnis unser aller mehr oder weniger großen Opfer darstellt? Die Corona-Krise legt die Weltwirtschaft lahm, alle 190 Länder der Erde sind von der tödlichen Wirkung des Virus betroffen! Welche Auswirkungen hat nun die weltweite Einschränkung jeglicher menschlicher Aktivitäten? Vor allem auf die Natur und das Klima. Nun gehen die Einschränkungen etwa vier Wochen lang, wie haben sich Luftreinheit verbessert, sind die Gewässer klarer geworden? Welche Auswirkungen haben das Wegbleiben hunderter Kreuzfahrtschiffe auf die betreffenden Regionen, den kleinen Orten am Mittelmeer oder der Karibik? Die Corona Krise ist ein einmaliges Ereignis, so wie es noch nie eines bisher gegeben hat. Die Auswirkungen eines gleichzeitigen weltweiten Ereignisses kann aber auch mit den genauesten weltweiten Monitoring Verfahren erfasst werden. Man wird also einen einmalig wertvollen Datensatz bekommen. Vielleicht sollte die Menschheit ebenfalls ständig über die Verbesserung der Umweltparameter informiert werden, denn Erfolge motivieren immer!

Ingrid Schmall (nicht überprüft)

Mi. 8 Apr 2020 - 23:23

Sind Ihre Forschungsergebnisse zu den Zacken in der Krone der Coronaviren spezifisch für die unterschiedlichen Coronaviren?

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