Innenraumklima in Spitälern und gesundheitliche Auswirkungen für Patient*innen

Das Raumklima spielt im Heilungsprozess für Patient*innen eine wichtige Rolle. Angemessen gestaltete Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungssysteme (HLK) können den Genesungsprozess der Patienten verbessern, die Dauer des Krankenhausaufenthalts verkürzen, medizinische Fehler und Infektionsraten verringern und die Innenraumluftqualität (IAQ) verbessern. Zudem kann einverbessertes Innenraumklima eines Krankenhausgebäudes die Kosten im Zusammenhang mit luftübertragenen Krankheiten um bis zu 20% reduzieren. Welches ist der Stand der Forschung hierzu? Eine kleine Übersicht.

Der Desinfektionsroboter UVD Robot ist ein autonomer Desinfektionsroboter, der mit UV-C-Licht ausgestattet ist und Viren und Bakterien auf Oberflächen und in der Luft abtötet. (Bild: businesswire.com)

Covid-19 verändert unsere Erwartungen an die Raumumgebungen. Gebäude können eine zentrale Rolle bei der Ausbreitung von Krankheiten spielen: Immer deutlicher zeigt sich, dass sich das Virus hauptsächlich in geschlossenen Räumen ausbreitet. 
Ansteckungen mit dem Coronavirus finden vor allem im Familienumfeld und am Arbeitsplatz statt. Neben Masken und Abstandsregeln kommt es daher auch auf eine gute Belüftung an. Eine gute Durchlüftung von Innenräumen mit Frischluft ist zwingend für eine gute und gesunde Innenraumluft. Doch wie kommt die nötige Frischluft in unsere Gebäude? 
Die herkömmliche Fensterlüftung stösst dabei an ihre Grenzen. Das Narrativ von Energieeffizienz und Nachhaltigkeit sowie die dichte Bauweise von Neubauten und Abdichtungsmassnahmen im Rahmen von Sanierungen haben den unkontrollierten natürlichen Luftwechsel auf ein Minimumreduziert. Die Folge: Frischluft muss zugeführt und in der Regel ohne Wissen der Bewohnenden kontinuierlich durch eine aufwendige Gebäudetechnik bereitgestellt werden. (1)

Teil 1 behandelte einige grundlegende Gedanken zum Verhältnis der Indoor-Gesellschaft zum Lebensmittel Luft: «Luft und Covid-19. Ein Jahr Covid-19: Auswirkungen von Innenraum-Umgebungsparametern auf die Gesundheit» (2)
Teil 2 untersucht die Auswirkungen der Innenraum-Umgebungsparameter auf die medizinischen Ergebnisse der Patient*innen anhand einesÜberblicks über die wissenschaftliche Forschung zur Raumluftsituation in Spitalgebäuden.
Spitäler gelten als Hotspots für Übertragungen des Coronavirus, worauf etwa das Robert Koch-Institut in seinen Lageberichten hinweist. (3)
Besonders dramatisch zeigt sich diese Problematik in stark belegten Räumen wie Patientenzimmern. Eine Analyse aus Texas untersuchte die Studien der letzten 20 Jahre über den Zusammenhang zwischen Innenraumklima und gesundheitlichen Auswirkungen für Patient*innen. (4)

Die Bedeutung des Innenraumklimas

Das Innenraumklima eines mechanisch belüfteten Spitals (5) steuert die Infektionsraten und beeinflusst die Heilungsprozesse der Patient*innen sowie die medizinischen Ergebnisse insgesamt. Ausreichend und hygienisch einwandfreie Luft ist eine Grundvoraussetzung für einen erfolgreichen Genesungsprozess. Deshalb bildet eine perfekt funktionierende Raumluftsteuerunghierzu die Voraussetzung. Reicht die natürliche Lüftung für den notwendigen Luftwechsel nicht aus, kommt eine mechanische bzw. maschinelle Lüftung zum Einsatz. Sie sorgt mit gezielter Luftführung und einem oder mehreren Ventilatoren bedarfsbezogen und unabhängig von äusseren Einflüssen (Winddruck/Temperaturen) für den geforderten Luftwechsel im Raum. Wegen der zunehmend luftdichten Bauweise ist seit längerem die mechanische Lüftung auf dem Vormarsch. Moderne, energiesparende Lüftungsanlagen passen den Luftaustausch den jeweiligen Anforderungen an.

Die Luftwechselrate gibt an, wie oft das gesamte Luftvolumen eines Raumes bzw. Gebäudes pro Stunde ausgetauscht wird. Mit ihr lässt sich eine Grobdimensionierung einer Lüftungsanlage durchführen. Anhaltswerte sind hierfür:

  • Wohnungen 0,3 bis 0,5 h
  • Büros 1,0 bis 2,0 h
  • Züge: Beim neuesten Giruno-Zug der Schweizerischen Bundesbahnen von Stadler-Rail gibt es elf Aussenluftwechsel pro Stunde. Sitzen wenige Fahrgäste im Zug, gibt es sieben Luftwechsel pro Stunde. Im vollen Regionalverkehr gibt es in den modernen Zügen sogar 16 Luftwechsel in einer Stunde.

In den Spitälern gibt es unterschiedliche Vorgaben zur Luftwechselrate, je nach Funktionsbereich (Operationssaal, Patientenzimmer usf.).

Die Bedeutung des Raumklimas für den Heilungsprozess von Patient*innen wurde erstmals 1859 von Florence Nightingale erwähnt:

«Der allererste Kanon der Krankenpflege, das erste und das letzte, worauf die Aufmerksamkeit einer Krankenschwester gerichtet sein muss, das erste Wesentliche für den Patienten, ohne das alles andere, was Sie für ihn tun können, nichts ist, von dem ich fast gesagt hätte, dass Sie alles andere lassen können, ist dies: DIE LUFT, DIE ER EINATMET, SO REIN ZU HALTEN WIE DIE AUSSENLUFT, OHNE IHN ZU KÜHLEN. Aber das wird so wenig beachtet. Selbst dort, wo überhaupt daran gedacht wird, herrschen die außerordentlichsten Missverständnisse darüber. Selbst beim Einlassen von Luft in das Krankenzimmer oder die Station denken die wenigsten Menschen daran, woher diese Luft kommt. Ich kann aus einem Korridor kommen, in den andere Stationen hinein gelüftet werden, aus einem Flur, der immer ungelüftet ist, immer voll von Gasdämpfen, Essensdämpfen, von verschiedenen Arten von Muffigkeit; aus einer unterirdischen Küche, Spüle, Waschküche, Wasserklosett, oder sogar, wie ich selbst leidvoll erfahren habe, aus offenen Abwasserkanälen, die mit Unrat beladen sind; und damit wird das Krankenzimmer oder die Station gelüftet, wie man es nennt – vergiftet, sollte man eher sagen. Immer Luft von außen, und das auch durch die Fenster, durch die die Luft am frischesten kommt.» (6)

Damit umreisst Nightingale eines der Hauptthemen, welchem Fachleute aus dem Gesundheitswesen, Umweltpsycholog*innen, Berater*innen und Architekt*innen auch heute – mehr denn je – Priorität einräumen. Das Raumklima kontrolliert die Infektionsraten und beeinflusst das Gesamtergebnis der Patient*innen.

Stand der Forschung

Angemessen gestaltete Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungssysteme (HLK) können den Genesungsprozess der Patient*innen verbessern, die Dauer des Krankenhausaufenthalts verkürzen, medizinische Fehler und Infektionsraten verringern und die Innenraumluftqualität (IAQ) verbessern. Ein verbessertes Innenraumklima eines Krankenhausgebäudes kann die Kosten im Zusammenhang mit luftübertragenen Krankheiten um 9–20 % reduzieren. Eine Übersichtsarbeit an der US-amerikanischen Texas A&M University College Station, Department of Architecture (7) untersuchte jene wissenschaftlichen Forschungen seit 1998, die der Frage nachgingen, wie sich mechanische Belüftungssysteme eines Spitalgebäudes (u. a. Innenraumlufttemperatur, relative Luftfeuchtigkeit und weitere Parameter der Innenraumbelüftung) auf die medizinischen Ergebnisse der Patient*innen auswirkten. 

Von knapp 900 Studien wurden 176 Arbeiten in diese Übersichtsarbeit aufgenommen, um die Beziehungen zwischen dem Innenraumklima eines Spitals und den gesundheitlichen Ergebnissen von Patient*innen zu verstehen. 

Um die Beziehung zwischen gesundheitlichen Ergebnissen und der physischen Umgebung zu ermitteln, wurden weitere 85 relevante Studien identifiziert, in denen Parameter wie Raumgrösse, Privatsphäre im Raum, Inneneinrichtung eines Zimmers, Kontrolle der Patient*innen über ihre Umgebung, Musik, Beleuchtung, Sonneneinstrahlung, Blick aus dem Fenster in die Natur, Verunreinigungen im Lüftungssystem, Feuchtigkeit und Temperatur untersucht wurden. Von diesen Studien zur Auswirkung der medizinischen Umgebung auf die Patientenergebnisse bezogen sich 7 auf die Luftfeuchtigkeit, 4 auf das Luftfiltersystem, 4 auf das Belüftungssystem und 2 auf die Temperatur (u. a. Erhöhung des Aussenluftwechsels, Verbesserung der Filtereffizienz, Aufrechterhaltung einer konstanten Temperatur und Luftfeuchtigkeit, Erhöhung des Überdrucks der OP-Luft). Sie kamen zu dem Schluss, dass es überzeugende Belege für einen Zusammenhang zwischen den klinischen Ergebnissen der Patient*innen und den Parametern der baulichen Umgebung gibt. 

Zimring et al. (8) identifizierten einen Zusammenhang zwischen der Innenraumumgebung des Spitals und den Ergebnissen für Patient*innen und Personal in Bezug auf vier Bereiche: 

  • Reduzierung von Stress und Müdigkeit des Personals und erhöhte Effektivität bei der Erbringung der Pflege
  • Verbesserung der Patientensicherheit
  • Stressreduzierung und Verbesserung der Patientenergebnisse
  • allgemeine Verbesserung der Qualität der Gesundheitsversorgung

Dijkstra et al. (9) fassten die Literatur zu Umweltreizen (z. B. Möbel, Kunst, Farbe, Natur, Pflanzen, Gärten, Innenraumluft) zusammen und fokussierten deren Einfluss auf die psychologischen Ergebnisse der Patient*innen. Huisman et al. (10) untersuchten die Innenausstattung von Spitälern und ihre Beziehung zu Fehlern des medizinischen Personals, Patientenstürzen, Infektionsraten, Raumqualität, Komfort, Baumaterialien, visuellem Komfort, Akustik, Aussicht und Privatsphäre. Sie behandelten das Innenraumklima (z. B. Umgebungstemperatur, Luftfeuchtigkeit, Belüftungsstrategien und Luftqualität) unter dem Unterthema Sicherheit und Schutz.

Empfehlungen

Basierend auf dieser Literaturübersicht beeinflussen Temperatur, Luftfeuchtigkeit und das Innenraum-Lüftungssystem in Spitälern verschiedene infektiöse Organismen, die dann einen Einfluss auf die Patientenergebnisse haben. Veröffentlichte Ergebnisse enthalten widersprüchliche Befunde, was die vergleichende Bewertung aufgrund von Inkonsistenzen in der Versuchsanordnung, der Wahl der Variablen, des Standorts und der Einstellungen, der Demografie, der Krankheiten, der Patient*innen und der Art der Ergebnismessungen erschwerte. Daher ist es unmöglich, evidenzbasierte Entscheidungen über die optimalen Bereiche zur Verbesserung patientenorientierter Endpunkte wie Symptome, Morbidität, Lebensqualität oder Mortalität zu treffen. Diese widersprüchlichen Ergebnisse der aktuellen Forschung legen nahe, dass alle Innenraum-Umgebungsparameter in Verbindung mit dem HLK-System gemessen oder in die vergleichende Analyse jeder Studie einbezogen werden müssen. Die Überprüfung zeigte auch Wege für zukünftige interdisziplinäre Gemeinschaftsforschung auf, um den optimalen Bereich für Innenraum-Umgebungsparameter unter Berücksichtigung der positiven medizinischen Ergebnisse der Patient*innen zu quantifizieren.

Einige wenige epidemiologische Studien wurden speziell zur Untersuchung der geeigneten Bereiche mehrerer Innenraum-Umgebungsparameter (z. B. Temperatur, Luftfeuchtigkeit etc.) durchgeführt. Es gibt jedoch nur wenige patientenorientierte Erkenntnisse zur Formulierung von Richtlinien für Spitäler. Obwohl umfangreiche simulationsbasierte Forschungen durchgeführt wurden, konnten nur sehr wenige patientenorientierte Erkenntnisse gewonnen werden. Zur Validierung müssen Simulationen und Experimente durch physikalische Messungen korreliert werden. Zusätzliche multidisziplinäre Studien unter Einbeziehung von Forschenden, Patient*innen, Gebäudeeigentümer*innen, Gebäudemanager*innen und Wartungspersonal sind erforderlich, die sich mit evidenzbasierten Entscheidungen bezüglich der optimalen Bereiche zur Verbesserung der patientenorientierten Ergebnisse befassen.

Studien, die sich mit nosokomialen Infektionsraten, der Ausbreitung von Infektionen innerhalb von Gesundheitseinrichtungen und den damit verbundenen Kosten befassen, sind potenzielle Wege der Forschung. Eine multidisziplinäre Studie, die verfügbare molekularbiologische Tests, fortschrittliche Computermodellierung, experimentelle Tests und experimentelle Designs vor Ort kombiniert, könnte Beweise zur Identifizierung optimaler Temperaturbereiche und Belüftungsstrategien liefern. Es ist auch notwendig, diese Variablen als Funktion der Räume innerhalb eines Krankenhauses zu betrachten, da jede Zone einzigartige Bewohnende und unterschiedliche Funktionen hat. Zusätzlich müssen die strukturellen Variationen von infektiösen Erregern (d. h. Viren, Bakterien und Pilze) bei der Untersuchung des Überlebens in der Luft separat betrachtet werden, da sie jeweils unterschiedliche Bedingungen haben, unter denen sie optimal unterdrückt werden können. Schliesslich müssen die Beziehungen zwischen den IEQ-Variablen (Involvement Evaluation Questionaire), der Wahrnehmung des thermischen Komforts durch die Patient*innen und der luftgetragenen Kontamination untersucht werden. Die gesundheitlichen Auswirkungen der Belüftung an Orten mit stark verschmutzter Aussenluft und anderen unterschiedlichen Aussenbedingungen stellen ein wichtiges Gebiet für zukünftige Forschungen dar. Parallel dazu sollte auch das Bewusstsein für die Lüftungsproblematik und die Notwendigkeit von zeitgemässen Lüftungskonzepten bei dichten Gebäuden gerade auch bei Architekt*innen, Planer*innen und Bauherr*innen deutlich zunehmen. 


Anmerkungen

(1) Sie hierzu u. a.: Dicke Luft (Teil 2) – Innenraumklima und SARS-CoV-2

(2) Teil 1: Luft und Covid-19

(3) https://www.rki.de/DE/Content/InfAZ/N/Neuartiges_Coronavirus/Situationsberichte/Maerz_2021/Archiv_Mrz_2021.html

(4) Shajahan, Amreen et al. (2018). Effects of Indoor Environmental Parameters related to Building HVAC Systems on Patients’ Medical Outcomes: A Review of Scientific Research on Hospital BuildingsTexas A&M University, Department of Architecture Williamson, Brandon; Texas A&M University, College of Medicine; Indoor Air 10-Dec-2018
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30588679/

(5) Im deutschen Sprachraum ist der Begriff «maschinelle Lüftung» vor allem im Industriebau gebräuchlich, während im Wohnungsbau von «mechanischer Lüftung» gesprochen wird.
https://www.baunetzwissen.de/gebaeudetechnik/fachwissen/lueftung/mechanische-lueftung-2466143

(6) Florence Nightingale (1820–1910) war britische Krankenschwester und Statistikerin und kann als eine Begründerin der modernen westlichen Krankenpflege bezeichnet werden.
Nightingale F. Notes on nursing. London, Harrison 1859:59
https://www.bl.uk/learning/timeline/item106499.html

siehe auch: Blogbeitrag Der Tradition folgend

(7) Shajahan, Amreen et al. (2018). Effects of Indoor Environmental Parameters related to Building HVAC Systems on Patients’ Medical Outcomes: A Review of Scientific Research on Hospital BuildingsTexas A&M University, Department of Architecture Williamson, Brandon; Texas A&M University, College of Medicine; Indoor Air 10-Dec-2018 
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30588679/

(8) Roger S. Ulrich, PhD; Craig Zimring, PhD; Xuemei Zhu, BArch, PhD Candidate; Jennifer DuBose, MS; Hyun-Bo Seo, MArch; Young-Seon Choi, MArch; Xiaobo Quan, PhD; and Anjali Joseph, PhD (2008).  A Review of the Research Literature on Evidence-Based Healthcare Design; HERD  Vol. 1, No. 3   • HEALTH ENVIRONMENTS RESEARCH & DESIGN JOURNAL 
https://www.researchgate.net/publication/49686913

(9) Dijkstra K., Pieterse M., Pruyn A. (2006). Physical environment stimuli that turn health care facilities into healing environment through psychologically medical effects; systematic review; Journal of Advanced Nursing 2006 Oct; (56(2): 166-81
https://www.researchgate.net/publication/6777106

(10) Huisman E.R. et al. (2012) Healing environment: A review of the impact of physical environmental factors on users
DOI: 10.1016/j.buildenv.2012.06.016


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Jean Odermatt

Prof. Jean Odermatt is sociologist and interior designer. He is a professor emeritus at Bern the University of the Arts (HKB). His research focus is on how interior design can promote the process of recovery.

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