Simulationsmodell für optimale Präventions- und Impfstrategien in Pflegewohnhäusern

Forschende von TU Graz und Complexity Science Hub (CSH) Vienna entwickelten ein epidemiologisches Detailmodell für die Verbreitung des Coronavirus in Pflegewohnhäusern. Damit lassen sich optimale Präventionsstrategien ermitteln, wie die Praxis in Pflegewohnhäusern der Caritas zeigt.

Seit Beginn der Coronapandemie sind Bewohnerinnen und Bewohner von Alten- und Pflegewohnhäusern besonders gefährdet: Die räumliche Nähe zueinander begünstigt lokale Infektionsketten, und das hohe Alter verbunden mit Vorerkrankungen kann zu schweren Krankheitsverläufen und einer erhöhten Sterblichkeitsrate führen. Politische Verantwortliche und Träger reagierten darauf mit weitreichenden Maßnahmen, wie Besuchsverboten oder eingeschränkten Gemeinschaftsaktivitäten. Durch strikte Isolierung der Häuser sollte das Virus quasi „ausgesperrt“ werden.

Einsperren

„Das bedeutete aber gleichzeitig ein ‚Einsperren‘ der Menschen dort“, sagt Jana Lasser, Komplexitätsforscherin am Institute of Interactive Systems and Data Science der TU Graz und bis März 2021 tätig am CSH Vienna. Durch ihre Großeltern hat Lasser selbst miterlebt, wie angespannt die Situation in Pflegewohnhäusern gerade zu Beginn der Pandemie war, aber auch wie das Fehlen sozialer Kontakte die körperliche und geistige Gesundheit älterer Menschen gefährdet.

Knapp zwei Jahre später erlauben es Testmöglichkeiten und Impfungen nun zwar, die Ausbreitung von Infektionen in Pflegewohnhäusern zu kontrollieren und gleichzeitig die Isolationsmaßnahmen zu lockern. Dennoch kann es immer wieder zu dramatischen Entwicklungen kommen, die ein Abwägen zwischen Sicherheit und Lebensqualität erforderlich machen – etwa, wenn Coronavirus-Mutationen oder neue Infektionskrankheiten auftauchen, für die es noch keine Impfstoffe gibt.

Agentenbasierte Simulation

Gerade zu Beginn einer neuen Infektionswelle ist die optimale Kombination und zeitliche Abfolge einzelner Maßnahmen entscheidend. Hier kann ein neues Simulationstool die Entscheidung für oder gegen einzelne Maßnahmen nun erleichtern: Basierend auf Informationen aus Pflegewohnhäusern der Caritas der Erzdiözese Wien hat Jana Lasser gemeinsam mit einem Team um Peter Klimek am CSH Vienna eine sogenannte agentenbasierte Simulation von Bewohnerinnen und Bewohnern sowie von Mitarbeitenden in einem Pflegewohnhaus programmiert.

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Agentenbasiert bedeutet, dass einzelne aktive Einheiten – in diesem Fall Personen – identifiziert und ihre Verhaltensweisen mit mehreren Parametern aus realen Daten definiert wurden. Analog zu den Verhaltensweisen der Menschen im Pflegewohnhaus – dazu zählen alltägliche Begegnungen oder andere Interaktionen – werden zwischen diesen Einheiten Verbindungen aufgebaut, die potentiell mögliche Ansteckungswege abbilden. Die Interaktionen vieler einzelner Verhaltensweisen ergeben die Dynamik des gesamten Systems.

Mit diesem Simulationstool lassen sich verschiedene Szenarien in Pflegewohnhäusern untersuchen und alltagsrelevante Ergebnisse erzielen, erläutern die Forschenden n in einer neuen Publikation, die noch im Dezember 2021 im Journal of the Royal Society Interface erscheint und jetzt schon als Preprint online verfügbar ist.

Abwägen von Sicherheit und Lebensqualität

Die Arbeit entstand auf Anfrage der Caritas der Erzdiözese Wien und in enger Kooperation mit der Hilfs- und Sozialorganisation, die den Forschenden Einblicke in das Pandemiemanagement ihrer Pflegewohnhäuser ermöglichte. Darauf aufbauend wurde ein detailliertes Modell eines Pflegewohnhauses entwickelt und anhand von Covid-19-Ausbruchsdaten in Häusern der Caritas kalibriert.

Zwei Fragen standen im Zentrum der Studie: Mit welchen Maßnahmen können Menschen in Pflegewohnhäusern optimal vor einer Corona-Infektion geschützt werden? Und wie können Maßnahmen dabei so gewählt werden, dass die Lebensqualität der Bewohnerinnen und Bewohner erhalten bleibt? Thomas Wochele-Thoma, ärztlicher Leiter der Caritas der Erzdiözese Wien: „Das Virus stellt für alte Menschen eine besondere Bedrohung dar. Gerade zu Beginn der Pandemie war es schwer, hier als Träger abzuwägen, wie die Sicherheit der Betroffenen auf der einen und deren Freiheit auf der anderen Seite in ein Gleichgewicht zu bringen sind.

Das Virus stellt für alte Menschen eine besondere Bedrohung dar

Thomas Wochele-Thoma, ärztlicher Leiter der Caritas der Erzdiözese Wien

“Alte Menschen waren in dieser Zeit mit einer pandemischen Ausbreitung von Isolationsängsten und Einsamkeitserfahrungen konfrontiert. Die gemeinsam erarbeitete Teststrategie war für unser Pandemiemanagement in den Häusern enorm hilfreich. Zu einem Zeitpunkt, da die Fallzahlen in vielen Pflegewohnhäusern in ganz Österreich gestiegen sind, stellten Infektionen in den Häusern, in denen wir die Teststrategie pilotierten und implementierten, die Ausnahme dar – und das zu einem Zeitpunkt, da die Impfung noch gar nicht verfügbar war.“  

Alle geimpft oder alle ungeimpft

Konkret spielt die Arbeit zwei Szenarien durch: eines ohne Impfungen und eines mit einer hohen Durchimpfungsrate in den Häusern. „Es ist davon auszugehen, dass es in Zukunft wieder Infektionskrankheiten geben wird, für die in der Anfangszeit keine Impfungen verfügbar sind, wie es auch bei Covid-19 der Fall war. Für dieses Szenario bietet unsere Studie eine Entscheidungsgrundlage, um Präventionsmaßnahmen – etwa eine Teststrategie – in Pflegewohnhäusern zu organisieren“, erklärt Jana Lasser. Die Simulationen orientierten sich stark am Arbeitsalltag und waren ab dem Herbst 2020 direkt relevant für die Entscheidungsprozesse der Caritas während der Pandemie.

Durchimpfungsrate entscheidend

Die Studie zeigt zum einen, dass die zeitliche Lücke zwischen Probenentnahme und Vorliegen des Testergebnisses sowie die Genauigkeit von Coronatest-Ergebnissen großen Einfluss auf das Infektionsgeschehen in Pflegewohnhäusern haben. So genügen im Szenario einer komplett ungeimpften Heimpopulation zweimal wöchentliche PCR-Tests der Mitarbeitenden und bei positiven Testergebnissen strikte Quarantänemaßnahmen, um große Ausbrüche zu verhindern.

Bei einer aktuellen Durchimpfungsrate von weit über 80 Prozent bei Bewohnerinnen und Bewohnern wiederum sind laut Simulationsergebnissen keine größeren Corona-Ausbrüche mehr zu erwarten, auch wenn alle anderen Maßnahmen gelockert oder beendet werden. Voraussetzung ist allerdings ein Impfschutz von mindestens 60 Prozent. „Hier braucht es definitiv weitere Untersuchungen, um die Effektivität der Impfungen für höhere Altersgruppen besser abschätzen zu können“, betont Lasser. Empfohlen wird daher, die Testinfrastruktur in den Häusern beizubehalten, regelmäßig freiwillige Tests durchzuführen und die Virusgenome zu sequenzieren, damit neue bedenkliche Varianten frühzeitig erkannt werden.

Grundlage für Teststrategie in Caritas-Häusern

Basierend auf diesen Simulationen hat die Caritas ab Herbst 2020 eine eigene Teststrategie entwickelt und in ihren Häusern eingeführt. „Die Tatsache, dass Pflegewohnhäuser weitgehend aus dem Fokus gerückt sind, zeigt, was für eine großartige Arbeit die Kolleginnen und Kollegen bei der Caritas geleistet haben“, so der wissenschaftliche Projektleiter Peter Klimek von CSH Vienna und MedUni Wien. „Diese Arbeit zeigt außerdem, dass nur mehrere Maßnahmen in Kombination zum gewünschten Präventionserfolg führen.“

Aktuell werden Maßnahmen in den Häusern vor dem Hintergrund der hohen Durchimpfungsraten so an die Bedrohungslage angepasst, dass die Lebensqualität der Menschen möglichst wenig eingeschränkt wird.

„Diese Arbeit ist ein wunderbares Beispiel dafür, wie hilfreich solide Simulationstools gerade in kritischen Phasen sind. Das von uns entwickelte Simulationstool erleichtert evidenzbasierte Entscheidungen. Man dreht an einzelnen Reglern und sieht sofort die Auswirkungen jeder Maßnahme. Wünschenswert ist, dass man für pandemiebezogene Entscheidungen so früh wie möglich auf die Ergebnisse unserer und auch anderer Simulationsstudien zurückgreift“, betonen die Projektbeteiligten unisono.

Originalpublikation (Preprint): Agent-based simulations for protecting nursing homes with prevention and vaccination strategies.