ExAero: Aerosol emission during exercise in relation to lung function, age and body weight

• Applicants: Professor Dr. Christian Joachim Kähler; Professor Dr. Henning Wackerhage
• Subject Area: Fluid Mechanics ; Anatomy and Physiology ; Medical Microbiology and Mycology, Hygiene, Molecular Infection Biology ; Pneumology, Thoracic Surgery
• Term: from 2021 to 2024
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 469144403

• Final Report Year: 2024

Final Report Abstract

Im Rahmen der ExAero Studie wurden 80 Probanden und Probandinnen der Altersgruppen 20 – 40 Jahre bzw. 60 – 75 Jahren rekrutiert und untersucht. Die Probanden wurden nach Alter und Geschlecht sowie zumindest bei den Männern nach BMI in verschiedene Gruppen eingeteilt. Gemessen wurden bei allen Probanden die Lungenfunktion mittels Spirometrie und Impulsoszillometrie, die Ventilationsrate und die Aerosolpartikelemission. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass Probanden der älteren Altersgruppe zwischen 60 und 76 Jahren sowohl in Ruhe als auch unter Belastung mehr als doppelt so viele Aerosolpartikel ausstoßen als die Probanden der jüngeren Altersgruppe im Alter von 20 – 39 Jahren. Zudem ist aufgrund der größeren Durchmesser der trockenen Aerosolpartikelkerne die emittierte Masse bei den älteren mehr als 5-mal so groß, was auf eine 5-fach erhöhte Infektiosität durch ältere hinweisen kann. Die Unterschiede zwischen Männern und Frauen sind deutlich geringer als der Alterseffekt und ein Effekt durch einen erhöhten BMI konnte zumindest bei den Männern und den gewählten BMI-Grenzwerten nicht festgestellt werden. Die erhöhte Aerosolpartikelemission kann teilweise mit erhöhtem periphere Atemwegswiderstand assoziiert werden. Allerdings kann die große Altersabhängigkeit nicht vollständig durch die erfassten Parameter begründet werden, sodass es weitere Faktoren geben muss, die die Aerosolpartikelproduktion beeinflussen.

Publications

• Lung aerosol particle emission increases with age at rest and during exercise. Proceedings of the National Academy of Sciences, 120(22).
  Schumm, Benedikt; Bremer, Stephanie; Knödlseder, Katharina; Schönfelder, Martin; Hain, Rainer; Semmler, Luisa; Lorenz, Elke; Jörres, Rudolf; Wackerhage, Henning & Kähler, Christian J.
  
• Respiratory aerosol particle emission and simulated infection risk is greater during indoor endurance than resistance exercise. Proceedings of the National Academy of Sciences, 120(9).
  Schumm, Benedikt; Heiber, Marie; Grätz, Felix; Stabile, Luca; Buonanno, Giorgio; Schönfelder, Martin; Hain, Rainer; Kähler, Christian J. & Wackerhage, Henning
  
• Indices of airway resistance and reactance from impulse oscillometry correlate with aerosol particle emission in different age groups. Scientific Reports, 14(1).
  Schumm, Benedikt; Bremer, Stephanie; Knödlseder, Katharina; Schönfelder, Martin; Hain, Rainer; Semmler, Luisa; Lorenz, Elke; Wackerhage, Henning; Kähler, Christian J. & Jörres, Rudolf