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Robustes Bauen – gesundes Bauen?
Dr. med. Walter J. HugentoblerHausarzt, medizinischer Berater Condair AG
Dienstag, 12. November 2019
vererbte Immunität
erworbene Immunität
350‘000 Jahre
vererbte Immunität
350‘000 Jahre300 Jahre
erworbene Immunität
Gebäude als Ökosysteme für Menschen und MikrobenBezug des Gebäudes zur Umwelt und zur Natur
Abschottung < > Austausch
Physiologie des Menschen
Stoffwechsel der Mikroben
RessourcenWasser
Nährstoffe
Diversität Konkurrenz Balance
800
600
400
200
0
Ster
blic
hkei
tsra
te p
ro 1
000
000
/ J,
USA Spanische Grippe 1918
1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040
AIDS
1. Massenimpfungen
im 20 Jh. führten Fortschritte in Haustechnik und Medizin zu sensationellen Hygiene Erfolgen ...
Medizinische BehandlungAntibiotika
Massen-Impfungen
Einführung Penicillin
Haus-Technik & Hygienefliessendes Wasser
Toiletten& Abwasser Wasser & Lebensmittel-
Hygiene
… im 21.Jh. nehmen Infektionen, Immunkrankheitenund Allergien wieder zu, trotz Verbesserung der Hygiene-Standards und medizinischen Fortschritten …
Die Ursachen sind vielfältigo Bevölkerungswachstum, Urbanisierung, Mobilitäto Überalterung, Multimorbiditäto ungezielter Antibiotikaeinsatz in Human- u- Tiermedizino Massentierhaltungo „Naturferner Lebensstil“
o Prognose: 2050 mehr Todesfälle an Infektionen als an Tumoren
Welchen Anteil haben der naturferne Lebensstil und die Mikroben-feindlichen Gebäude?
…hier MENSCHEN … dort MIKROBEN
Infektions-Krankheit
unselektivesAbtöten
Jeder Mensch lebt zusammen mit seinen ≈ 100 Trillionen (100’000 Millionen) Bakterien Viren und Pilzen …
SEINEM MIKROBIOMim Darm, in den oberen Atemwegen und auf der Haut
Traditionelles Hygiene-VerständnisGeht von einem Feindbild der Mikroben aus
„nur tote Mikroben sind gute Mikroben“
Krankheit
unselektives Abtöten
Neues Hygiene-VerständnisDie besten Verbündete gegen krankmachende Mikroben sind die harmlosen Konkurrenten der krankmachenden Mikroben!
Menschen und Gebäude sind Teil der Welt der Mikroben, die unverzichtbar sind für unsere Gesundheit ….
Nur ein diversifiziertes, ausbalanciertes Mikrobiom erlaubt uns den Aufbau unseres Immun- und Allergiesystems und schützt
uns so vor krankmachenden Mikroben
…hier MENSCH … dort MIKROBE
Traditionelles Hygiene-VerständnisWir haben eine Feindbild von den Mikroben,
nur tote Mikroben sind gute Mikroben!
So würde es in unseren Büros aussehen, wenn Mikroben sichtbar wären …
http://vimeo.com/9005973
Ein Qualitätsmerkmal moderner Gebäude ist verbesserte Hygiene gemäss unserem «traditionellen» Hygienebegriff
o Gefährdet Mikroben-feindliche Gebäude-Design unsere Gesundheit ?
• Ersatz von Naturmaterialien durch industrielle, porenlose Materialien mit glatten, leicht zu reinigenden Oberflächen
• immer tiefere Luftfeuchte (luftdichte Bauweise, leichte Konstruktionen, mechanische, nicht bedarfs-gesteuerte Lüftungen und diverse sozio-ökonomische Trends
• polymeren Materialien.
• luftdichte Bauweise, Luftfilterung, mechanische Lüftung
o mehr Sauberkeit
o mehr Trockenheit
o mehr Abschottung
LUFTFEUCHTIGKEITgasförmige Wassermoleküle
(Luftfeuchte) sind für Mikroben nicht nutzbar
Verschmutzung und Materialfeuchte poröser Naturmaterialien versorgen Mikroben mit Nährstoffen und Wasser
BAKTERIEN & PILZEbrauchen Nährstoffe und Wasser
für ihre Vermehrung
C = Kohlenstoff
N = Stickstoff
S = Schwefel
P = Phosphor
organisches Material in Schmutz/Staub
Körperflüssigkeiten(Schleim, Speichel …
H = Wasserstoff
O = SauerstoffH2O
MIKROBEN
Viren
Bakterien
Pilze
Einzeller
poröses Naturmaterialporenloses, glattes Material
infektiöse Tröpfchen
Aerosolisierung aus Feuchtbereich
Mikroben ++Wasser +Schmutz+Ausscheidungen
infektiöse Partikel (trocken)
Haut- & FaserpartikelMensch und Mobiliar
Aufwirbelung von Oberflächen
Mikroben +Hautschuppen, Schmutz
Fasern, Salze
infektiöse Tröpfchen
Ausscheidungen Mensch & Tier
Mikroben +Wasser, Schleim, Speichel
Salze, Eiweisse
Mikroben +lokale Schwebestoffe
organische/anorganische Schwebestoffe
Ventilation/Fenstermenschliche Aktivitäten
Pilzsporen & FragmenteBakterien/Viren
Pollen
STRESSREAKTIONEs gibt keinen Stress, auf den die Mikroben nicht längst eine Antwort kennen würden!
Stress (Wasser- und Nährstoffmangel, Chemikalien, Antibiotika, UV Licht, pH Veränderungen etc. führen zu:
Ultra-saubere, porenlose Materialien ohne Materialfeuchte -Bakterien und Pilze lassen sich nicht einfach ausschalten, sie verteidigen sich äusserst erfolgreich ...
• vermehrtem Austausch von Resistenzfaktoren → Multi-Resistenzen
• trockenen und feuchten Biofilmen• Persister (temporärer Stoffwechselstopp)• Sporenbildung
• Abtötung der Mehrzahl der Mikroben, v.a. der nicht resistenten Nützlinge (Kommensalen)→ Selektion der resistenten Mikroben
Ultra-saubere, porenlose Materialien ohne Materialfeuchte -Bakterien und Pilze lassen sich nicht einfach ausschalten, sie verteidigen sich äusserst erfolgreich ...
• trockenen und feuchten Biofilmen• Persister (temporärer Stoffwechselstopp)• Sporenbildung
• Abtötung der Mehrzahl der Mikroben, v.a. der nicht resistenten Nützlinge (Kommensalen)→ Selektion der resistenten Mikroben →
• vermehrtem Austausch von Resistenzfaktoren → Multi-Resistenzen
Mikro-Mikroklima
porenloses, glattes Materialmit wenig Verschmutzung
raues Naturmaterial mit mikroskopischer Verschmutzung
Hautschuppen
Pollen
Speichel, Schleim
Textilfasern
Staub
kleine Diversitätviele Resistenzen
grosse Diversitätwenig Resistenzen
porenloses, glattes Materialmit wenig Verschmutzung
raues Naturmaterial mit mikroskopischer Verschmutzung
«Büro im Altbau» «modernes Office»
FensterlüftungKühlung - Ventilator, Heizung - RadiatorBacksteine, Mörtel, Holz, Eisen, MineralfarbenHolz-ParkettLeder, Holz, Naturtextilien
LüftungKlimatisierungBaumaterialen
BodenbelagMobiliar
mechanisch belüftetes Büro, gefilterte Zuluft konditionierte Zuluft
Stahl, Glas, synth. Polymere, Beton, Acrylfarben
PolyvinylPlastik & synthetische Textilien
The Built Environment is a Microbial WastelandSean Gibbons, Department of Engineering, Massachusetts Institute of Technology
«Die Oberflächen unserer Gebäude sind mikrobielle Wüsten, Einöden wie die Atacama Wüste, in der Wasser und Nährstoffe Mangelware sind»
«Mikroorganismen, vom Menschen oder aus der Umwelt stammend, liegen verstreutauf diesen Flächen, wo sie entweder absterben oder inaktiv überdauern und auf Wasser warten
um wieder aktiv werden zu können»
OBERFLÄCHEN
RAUMLUFT
tiefe wa Wasseraktivität, Materialfeuchte (wa) hohe wa
OBERFLÄCHE
OBERFLÄCHE
0.2 0.4 0.6 0.8
LUFT
20% 40% 60% 80%
LUFT
langesÜberleben
Feuchteliebende,luftübertragene Mikroben
VirenEnterovirenPoliovirusRhinovirusReoviren
BakterienMeningokokken
VirenGrippeMasernMumpsRötelnNorovirus
Bakterien
StreptokokkenDiphtheriePneumokokkenTBC Bakterien
trockenresistente, luft-übertrageneViren und Bakterien
Effloreszenz-Feuchte/Phasen-Separation
rasche Inaktivierung
mittlere Raumluftfeuchteund hohe Luftwechsel-Raten
→ tiefstes Infektionsrisiko
mittlere Luftfeuchte wirkt wie ein gasförmiges,
natürliches Desinfiziens der Raumluft
SINERGIA grant proposal submitted to the Swiss National Science Foundation
INFECTIVITY OF INFLUENZA VIRUSES IN EXPIRATORY AEROSOLSUNDER AMBIENT TEMPERATURES AND HUMIDITIES (IVEA)
ApplicantsTamar Kohn – Associate Professor, Environmental Engineering Institute – EPFL (coordinator)
Ulrich Krieger – Head of Aerosol Spectroscopy Laboratory – ETHAthanasios Nenes – Professor, Environmental Engineering Institute – EPFL
Silke Stertz – Associate Professor, Institute of Medical Virology – UZH
Additional project partnersWalter Hugentobler – General physician, former Lecturer, Institute of Primary Care – USZ
Thomas Peter – Professor, Institute for Atmospheric and Climate Science – ETH
OBERFLÄCHEN
RAUMLUFT
tiefe wa Wasseraktivität, Materialfeuchte (wa) hohe wa
OBERFLÄCHE
OBERFLÄCHE
0.2 0.4 0.6 0.8
LUFT
20% 40% 60% 80%
LUFT
trockenresistente PilzeSchwarze Pilze (MCF)
trockenresistente &antibiotikaresistenteSpitalkeimeEnterobakter. StaphylokokkenCampylobacterAcinetobacter B.PseudomonasE. coli
Wasser-abhängige Mikroben
Pilze
BakterienLegionellenMykobakterienPseudomonasEnterobacterE. coli, KlebsiellenCyanobakterien
Bei mittlerer Materialfeuchtefinden harmlose Kommensale
Nischen mit ausreichend Wasser & Nährstoffen um zu persistieren. Sie konkurrieren mit den resistenten Bakterien um die knappen Ressourcen
und ermöglichen so diversifizierte Mikrobiome
«Menschen-gemachte» Resistenzen von Mikroben in Gebäuden publiziert 27. Feb. 2019
Je grösser der ausgeübte Stress auf die Bakterien,umso weniger ausgewogen, diversifiziert & umsogefährlicher ist der Bakterien-Mix und umsohäufiger sind Resistenz-Gene nachweisbar.
Gebäudefaktoren, die in der Publikation berücksichtigt wurden sind:
o Grad der Abschottung von Umwelt und Natur
o Lüftungskonzept
o Zugänglichkeit für Personen/Haustiere
o Reinigungs-Management (Häufigkeit, Intensität)
o Chemikalien- ,Antibiotika Einsatz
o Verwendung von polymeren Materialien
Gebäudetypus Stress Anteil gram.-neg. undStress-resistente Bakterien
Klassenraum
öffentl. Gebäude
Privathäuser
Reinraum (ESA)
med. Intensiv-Station (Boden)
med. Intensiv-Station (Geräte)
Steigendes Stressniveau führt zu mehr gram-negativen, krankmachenden und Stress-resistenten Mikroben auf den Oberflächen
Mahnert A, 2019, Supplementary informations to: Man-made microbial resistances in built environments
Vandini A et al, 2014, Hard Surface Biocontrol in Hospitals Using Microbial-Based Cleaning Products, PLOS ONE 1 September 2014
Vergleichende Untersuchung über 6 Monate in Patientenzimmern an 2 Spitälern in Italien und 1 Spital in Belgien.
Wirkung vonkonventioneller Oberflächendesinfektion
versusmikrobielles Reinigungsprodukt mit Sporen von
drei Bacillus Bakterienstämmen (zugelassen in der Lebensmittelindustrie)
gegen Staphylokokkus aureus, Clostridien, E. coli und Candida Pilze an mehr als 20’000 Oberflächenproben.
Resultat:Die Zahl der mit Kulturmethoden nachweisbaren krank-machenden Bakterien wurde um 50 bis 89 Prozent reduziert. Diese Zahl stiegen nach Abschluss der probiotischen Reinigungsphase wieder an.
Verlauf der Bakterienzahl pro Quadratmeter von E.coli (grüne Kurve) und Staphylokokkus aureus (blaue Kurve) vor, während 2 Wochen mikrobieller Reinigung und danach mit konventioneller Reinigung
Mitt
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l. F
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Jan. – März April – Juni Juli – Sept. Okt.- Jan
Taylor S, Hugentobler W, 2016, Is low indoor humidity a driver for healthcare-associated infections? Proceedings, Indoor Air Congress 2016, GhentLax S et al, 2017, Bacterial colonization and succession in a newly opened hospital, Sci. Transl. Med.
Persistenz von klinisch relevanten Bakterien auf anorganischen, unbelebten, trockenen Oberflächen (Auszug aus der Tabelle I in der engl. Originalarbeit)
Acinetobacter supp. Clostridium difficile (Sporen)Escherichia coliEnterokokkus supp. Klebsiella supp.Pseudomonas aeruginosaStaphylococcus aureus, MRSA
3d - 5 Monate5 Monate
1 Std. - 16 Monate5d - 4 Monate2 Std. >30 Monate6 Std. - 16 Monate7d - 7 Monate
6 Referenzen3 Referenzen10 Referenzen4 Referenzen5 Referenzen7 Referenzen6 Referenzen
Rezepte für einen ausgewogenen, gesunden Mikroben-Mix in Wohn- und Office-Gebäuden:
o mittlere Luftfeuchtigkeit 40-60% einhalten, Raumtemperatur < 23° halten
o Feuchtespitzen (z.B. Küche, Bad) konsequent ab lüften
o wo Lüftung nötig ist, Lösungen ohne Zuluftleitungen wählen und bedarfsgerecht regeln
o geringe Strahlenasymmetrien von maximal 3-4 Grad zulassen
o für grosse Flächen speziell an Wänden und Decken offenporige Putze und Materialien
verwenden die sorptionsaktiv sind = Mikro-Mikroklima für Kommensalen
o wieder mehr Naturmaterialien und weniger polymere, porenlose Materialien verwenden
o Sauberkeit nicht übertreiben – keine Flächendesinfektion – Reinigung mit Wasser und Seifen
o Probiotika (in Reinigungsmitteln, Nahrungsmitteln) haben eine grosse Zukunft
o Der Einfluss von Luftfiltern auf den Mikroben-Mix muss dringend erforscht werden
Haus-Arzt Haus-Technik
Haus-Physik
Haus-Architektur
Karikaturen aus: Bauwesen, Besonderheit und Dynamik von BauprojektenJürgen Lauber, Bernd Hanke
HausärztlichesRezept für
gesunde Häuser
einfach, durchschaubar
stabil, wartungsarm
dauerhaft, nachhaltig
ARCHITEKTUR
Lösen Sie Klimaanforderungen
primär mit der Architektur und
setzen Sie die TGA dort ein, wo
Lösungen mit architektonischen
Mitteln allein nicht machbar sind.
TGA - HAVAC
ROBUSTHEIT
„Imponier – Gebäudehüllen“ deren ganze Klimatisierung von der TGA übernommen werden muss, sind entweder extrem teure Vorzeigeobjekte oder billige Kopien, die bei vielen Klimasituation unbewohnbar und gesundheits-schädigend sind.
Robustheit und Gesundheit ernst nehmen, heisst für Architekten Mitverantwortung übernehmen für die Gebäudeklimatisierung. Die TGA muss bereits im Entwurf berücksichtigt werden (Platzbedarf, Fassadengestaltung).
Karikaturen aus: Bauwesen, Besonderheit und Dynamik von BauprojektenJürgen Lauber, Bernd Hanke
Zwei Konzepte von energieeffizienten Gebäuden:High-Tech-WDVS-geringe Masse & Volatilität – Low-Tech-Naturmaterialien-Masse & Trägheit
Masse & Trägheit
geschlossene Oberflächen offenporige Oberflächen
Leichtbau & Volatilität
Hugentobler W, Widerin P, Junghans L, Willem B, Do healthy buildings need technology? Conference Proceedings INDOOR AIR 2016Be 2226, Die Temperatur der Architektur, Verlag: Birkhäuser Verlag Basel, 2015, ISBN: 978-3-0356-0381-1
Speicher KapazitätWärme & Wassergering
Speicher KapazitätWärme &
Wassergross
statischer U – Wertidentisch
statischerU – Wertidentisch
geringe Filter-wirkungSchwankungen von
•Temperatur •Feuchte •Wärmestrahlung
Tiefpass-Filter Schwankungen vonTemperatur
Feuchte Wärmestrahlung
FeuchteWärme
„spontaner“ Wärme & Feuchte Austausch
Regelung: Auf und Ab vonHeizung, Lüftung, Kühlung
stabiles Raumklimaextrem tiefe
Strahlungsasymmetrie
Raumklima & Oberflächentemperaturen
fluktuieren
Zwei Konzepte von energieeffizienten Gebäuden:High-Tech-WDVS-geringe Masse & Volatilität – Low-Tech-Naturmaterialien-Masse & Trägheit
Masse & Trägheit
geschlossene Oberflächen offenporige Oberflächen
Leichtbau & Volatilität
Hugentobler W, Widerin P, Junghans L, Willem B, Do healthy buildings need technology? Conference Proceedings INDOOR AIR 2016Be 2226, Die Temperatur der Architektur, Verlag: Birkhäuser Verlag Basel, 2015, ISBN: 978-3-0356-0381-1
geringe Filter-wirkungSchwankungen von
•Temperatur •Feuchte •Wärmestrahlung
Tiefpass-Filter Schwankungen vonTemperatur
Feuchte Wärmestrahlung
Vorteilhaft für Physiologie des Menschen• stabileres Raumklima• höhere Luftfeuchte im Winter
Vorteilhaft das Überdauern eines gesunden Mikrobiomes
wüstenähnliche, super-saubere Oberflächen, auf denen nur
resistente Mikroben überdauern mit erhöhter Infektionsgefahr
Unvorteilhaft für die Physiologie des Menschen• fluktuierendes Raumklima• tiefere Luftfeuchte im Winter
Herzlichen Dank für IhreAufmerksamkeit
Dr. med. Walter J. Hugentobler Hausarzt
medizinischer Berater, Condair AG