hypO2-MASK

Während der COVID-19 Pandemie haben sowohl die WHO als auch zahlreiche Regierungen die Bevölkerung aufgefordert Masken in der Öffentlichkeit und bei der Arbeit zu tragen. Doch obwohl Masken bei der Verbreitung von COVID-19 hilfreich sein können, kann das Tragen von Masken auch negative Auswirkungen haben. Bei Krankenpflegepersonal, das die Masken 12 Stunden durchgehend getragen hat, wurde ein erhöhter Kohlendioxidgehalt im Blut nachgwiesen. Bei anderen hat das Tragen von Masken nicht nur zu Hyperkapnie, sondern auch zu Hypoxämie geführt, vor allem bei körperlicher Betätigung. Die Hypoxämie ist vor allem für Personen, die in hohen Lagen arbeiten oder leben besonders wichtig. In der Höhe ist beim Tragen der Maske die Sauerstoffsättigung besonders stark betroffen, weil auch nur kleine Veränderungen der Sauerstoffspannung zu einer gorßen Veränderung in der Sauerstoffsättigung führen können. Hypoxie kann die kognitive Leistungsfähigkeit beeeinflussen und zu Arbeits- oder Freizeitunfällen führen. Zudem können Hyopxie und Hyperkapnie zu einem Anstieg der sympathischen Aktivität führen, die in der Pathophysiologie mehrerer kardiovaskulärer und metabolischer Erkrankungen beteiligt ist.

Ziel dieses Projekts ist es den Einfluss des Tragens von chirurgischen Masken bzw. FFP-3 Masken auf den Kohlendioxid- und Sauerstoffgehalt im Blut sowie auf die körperliche und kognitive Leistungsfähigkeit zu untersuchen, und zwar in Ruhe und unter Belastung, auf verschiedenen Meereshöhen. In einer zweiten Phase zielen wir auf die Entwicklung und anschließende Testung von Masken ab, welche eine erhöhte Luftdurchlässigkeit aufweisen bei gleichbleibender mikrobieller Filterwirkung.

Nachdem absehbar ist, dass chirurgische Masken in nächster Zukunft ein massives Umweltproblem darstellen, soll ferner eine biologisch abbaubare Maske entwickelt werden. Masken, die man im Moment erwerben kann, bestehen hauptsächlich aus Polyester und Polypropylen, zwei der gefährlichsten und umweltschädlichsten Materialien überhaupt, vor allem wenn nicht richtig entsorgt. Studien haben gezeigt, dass sich die Masken in Flüssen, Seen und Meeren ansammeln und in manchen Teilen der Welt über 90% der Umweltverschmutzung durch Mikroplastik ausmachen. Angesichts dieses unmittelbaren Problems ist es von entscheidender Bedeutung alternative Materialien für die Produktion von Masken mit geringeren Auswirkungen auf die Umwelt zu finden.

In phase 1, we will assess the effects of surgical masks and FFP-2 masks on SaO2, PaCO2, cerebral blood flow and oxygenation, oxidative stress as well as cognitive function and perception of comfort. In a randomized cross-over study we will include 16 participants (8 males and 8 females; sample size calculated). Each participant will perform the experiment twice, once at sea level and once at an altitude of 3000 m in a hypobaric chamber (terraXcube, Bolzano). Each experiment consists of a baseline measurement period (30 min), after which participants will be randomly assigned to wear either a surgical mask or an FFP-2 mask. Thereafter, participants will undergo two resting phases (15 min) and two exercise phases (cycle ergometer with an intensity of 1 W/kg body weight for 15 min), each with cross-over of the masks, with a wash-out period of 15 min in-between. The following parameters will be measured, either continuously or at the beginning and end of each phase: SaO2, PaO2, PaCO2, heart rate, breathing rate, body temperature, NIRS (to investigate cerebral oxygenation), cognitive tests.

In phase 2, we will develop a mask with higher breathability compared to currently available masks but preserved bacterial filtration efficiency (BFE). Most surgical masks are composed of 3 different layers of non-woven fabric. The outer layer confers mechanical resistance and has hydrophobic properties; the intermediate layer is a meltblown and made up of microfibers with a diameter of 1-3 µm and performs the microbial filtering function; the inner layer protects the skin from the filtering layer. To pursue our goal, we will focus on the intermediate layer and look for a meltblown of high quality in terms of BFE and breathability. In the case we will not be able to find an already existing meltblown with the desired characteristics, we will try to develop a new meltblown with a high degree of breathability and preserved BFE.

In a third phase, we will evaluate how the newly developed mask influences oxygenation and decarboxylation as described above.