Robustes Bauen – gesundes Bauen?

Dr. med. Walter J. HugentoblerHausarzt, medizinischer Berater Condair AG

Dienstag, 12. November 2019

w.hugi@bluewin.ch

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

elw

erte

re

l. F

euch

te

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