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Pandemie Spezial

Vom Indexfall zum Hotspot

Wie Ausbruch-fördernde Ereignisse die Dynamik der Coronavirus-Pandemie formen

Ob auf Kreuzfahrtschiffen, Karnevalsveranstaltungen oder in Gottesdiensten, an vielen Orten scheint das neue SARS-CoV-2 ideale Bedingungen für seine Ausbreitung zu finden. Inzwischen haben sich schlecht belüftete Räume und dicht gedrängte Menschenansammlungen als Garanten für eine sehr effektive Ansteckung durch wenige oder gar nur einen Infizierten herauskristallisiert. Entsprechende Ereignisse treiben das Pandemiegeschehen. Je nach Land können bis zu 80% aller Infektionen durch 10% der Infizierten ausgelöst worden sein. Grund genug, Ausbruch-fördernde Ereignisse einmal näher ins Visier zu nehmen. | Von Hermann Feldmeier 

Das Kreuzfahrtschiff Diamond Princess

Als das Luxus-Kreuzfahrtschiff Diamond Princess am 25.  Januar 2020 um 7.00 Uhr im Hafen von Hongkong anlegte, war unter den von Bord gehenden Passagieren ein Reisender, der mit dem neuartigen Coronavirus infiziert, aber noch nicht erkrankt war. Sechs Tage später, die Diamond Princess war auf Kurs nach Yokohama, wurde bei dem Mann eine Infektion mit SARS-CoV-2 nachgewiesen. Die Diagnose wurde dem Kapitän der Diamond Princess übermittelt, der die Nachricht – wie es die internationalen Vorschriften verlangen – an die Hafengesundheitsbehörde in Tokio weiterleitete. Nachdem das Luxus-Kreuzfahrtschiff am Kai von Yokohama angelegt hatte, kamen Mitarbeiter der Behörde an Bord. Sie stellten fest, dass sich auf dem Schiff mindestens zehn mit SARS-CoV-2 infizierte Passagiere befanden. Daraufhin wurde die Diamond Princess mit ihren 3711 Passagieren und Besatzungsmitgliedern sofort unter Quarantäne gestellt.

Als die japanischen Behörden 17 Tage später die Quarantäne beendeten, war die Bilanz desaströs: Insgesamt 712 Menschen, nahezu jeder Fünfte an Bord, war infiziert oder erkrankt. Zehn Personen überlebten die COVID-19-Erkrankung nicht. Da exakt bekannt war, wie viele Personen sich pro Tag infizierten, ließ sich der Reproduktionsfaktor R exakt berechnen. In den ersten Tagen der Quarantäne betrug er 14,8 – also hatte jeder Infizierte fast 15 weitere Passagiere angesteckt [1]. Als die Quarantäne aufgehoben wurde und die Passagiere in ihre Heimatländer zurückkehren konnten, betrug R immer noch 1,8.

Das Infektionsgeschehen auf der Diamond Princess glich einem überdimensionalen Laborexperiment, dessen Parameter durch die japanischen Gesundheitsbehörden festgelegt waren. Für die Infektionsepidemiologen wurde der Ausbruch so zu einer Blaupause, die anzeigt, was passiert, wenn viele Menschen auf engem Raum zusammen leben und arbeiten. So ließ sich durch Vergleich der Infektionsdynamik zwischen Passagieren und Besatzung ableiten, dass die Übertragung von SARS-CoV-2 vorwiegend durch Aerosole erfolgt sein musste, die Kontamination von Oberflächen und Übertragung durch Tröpfchen dagegen vermutlich eher eine geringe Bedeutung gehabt hatte.

Das grundlegende Wissen über die Dynamik der Übertragung von SARS-CoV-2 in geschlossenen Räumen geriet im Chaos der beginnenden Pandemie allerdings in Vergessenheit.

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Ende der Quarantäne. Das Kreuzfahrtschiff Diamond Princess verlässt den Hafen von Yokohama am 25. März 2020. 712 Passagiere waren mit SARS-CoV-2 infiziert, 10 von ihnen sind gestorben.

Die Karnevalssitzung in Gangelt

Am 15. Februar 2020 fand die traditionelle Kappensitzung des Karnevalsvereins von Langbroich-Harzelt statt, ein Ortsteil der Gemeinde Gangelt im Kreis Heinsberg, direkt an der holländischen Grenze. Gangelt hat rund 13000 Einwohner. Unter den 300 Teilnehmern war auch ein Ehepaar, das mit SARS-CoV-2 infiziert war, ohne es zu wissen. Neun Tage später fühlten sich die beiden so schlecht, dass sie das örtliche Krankenhaus aufsuchten. Sie erkrankten so schwer an COVID-19, dass sie intensivmedizinisch behandelt werden mussten.

Wie bei allen Karnevalsveranstaltungen im Rheinland saßen auch die Jecken der Kappensitzung an langen, schmalen Tischen, auf Tuchfühlung mit den Nachbarn links und rechts und vom Gegenüber nur eine Armlänge entfernt. Lauthalses Singen und Schunkeln (ein Ausdruck rheinischer Fröhlichkeit, bei der man sich links und rechts unterhakt, beziehungsweise Tischnachbarn mit den Armen umfasst), wechselten sich ab. Alkohol wurde vermutlich in Mengen konsumiert und förderte eine „feuchte Aussprache“.

10 Tage nach der Kappensitzung wurden die ersten Umrisse des Infektionsgeschehens sichtbar. Zuerst waren es Einzelfälle, dann erkrankten immer mehr Menschen an COVID-19. Nach zwei Wochen war die Zahl der nachweislich mit SARS-CoV-2 infizierten Personen auf 38 gestiegen (alle waren auf der fraglichen Karnevalssitzung gewesen), einen Tag später auf 70 und nach weiteren drei Tagen auf 270. Der Kreis Heinsberg hatte sich zum ersten Corona-Hotspot in Deutschland entwickelt. Eine später durchgeführte Untersuchung, in der Antikörper gegen das neuartige Coronavirus bestimmt wurden, bewies, dass sich in Gangelt rund 16 Prozent der Einwohner infiziert hatten. Von einem singulären Ereignis – der Infektion zweier Personen mit dem neuartigen Coronavirus – bis zur Präsenz eines Hotspots waren gerade einmal drei Wochen vergangen.

Eine Palette von Merkmalen machte die Kappensitzung zu einem Ausbruch-beschleunigenden Ereignis wie aus dem Lehrbuch: 300 Menschen, plus wechselnde Tanz- und Musikgruppen, saßen und bewegten sich auf engstem Raum. Es bestand nahezu permanenter Körperkontakt. Blasmusik und lautes Singen gehörten zum Programm. Alkohol und Schwitzen förderten die Produktion von Tröpfchen.

Ob auf der Karnevalssitzung das Virus über engen Körperkontakt, indirekt durch kontaminierte Gegenstände oder Oberflächen, alkoholselige Tröpfchen-produzierende Sänger oder in der Raumluft stehende Aerosole übertragen wurde, lässt sich im Nachhinein nicht feststellen. Aus Sicht von SARS-CoV-2 waren die Gegebenheiten für eine maximale Transmission jedenfalls perfekt.

Da die beiden Patienten Null schwer an COVID-19 erkrankten, ist denkbar, dass sie auch besonders viele Viren in der drei Stunden dauernden Karnevalssitzung über die Atemluft ausschieden. Dann hätten zwei hochinfektiöse Personen im Verein mit Umweltfaktoren innerhalb kurzer Zeit die Ausbreitung von SARS-CoV-2 in Nordrhein-Westfalen – und von dort in andere Bundesländer – in Gang gesetzt.

Das Phänomen Gottesdienste

Auffällig ist, dass Gottesdienste freikirchlicher Glaubensgemeinschaften zu extrem hohen Ansteckungsraten führten. Prototyp dieser Art von Ausbruch-fördernden Ereignissen war eine 5-tägige Versammlung der Christian Open Door Church, die vom 18. bis zum 22. Februar 2020 in Mühlhausen im Elsass stattfand. Etwa 2500 Teilnehmer waren aus einem Dutzend Länder angereist. Mindestens Tausend waren jeden Tag mehrere Stunden in der angemieteten Halle präsent [2]. Fernsehaufnahmen zeigten, dass die Teilnehmer dicht an dicht saßen. Wie bei derartigen Gottesdiensten üblich, wurde gesungen und fassten sich die Kirchenmitglieder dabei an den Händen an.

Eine Woche nach dem Ende der religiösen Feier wurde ein erster COVID-19-Fall identifiziert. Elf Tage später war die Anzahl der Infizierten bereits auf 191 angewachsen. Wie viele Teilnehmer sich tatsächlich angesteckt hatten und wie viele COVID-19-Erkrankungen in Frankreich in den ersten sechs Wochen der Pandemie auf die Veranstaltung in Mühlhausen zurückzuführen waren, ist nicht bekannt. Schätzungen reichen von zehn bis 25 Prozent. Sicher ist jedoch, dass die Feier der Christian Open Door Church der entscheidende Trigger für die Ausbreitung von SARS-CoV-2 im Osten von Frankreich war. Bis zur Lockerung der Anti-Corona-Maßnahmen blieb die „Region Grand-Est“ mit den höchsten Fallzahlen und den meisten Todesfällen das Sorgenkind der französischen Regierung. Die Gesundheitsversorgung kollabierte, und schwerstkranke Patienten mussten per Flugzeug in andere Landesteile verlegt werden oder sie wurden in baden-württembergischen Krankenhäusern behandelt.

Die Veranstaltung einer anderen freikirchlichen Glaubensgemeinschaft, der Shincheonji-Kirche von Jesus im Februar in Daegu, Südkorea, führte zu 3900 nachgewiesenen Infektionen – mehr als die Hälfte aller zu diesem Zeitpunkt bekannten Fälle in dem ostasiatischen Land [3].

Superspreader, SSE, Infektionshotspot

Ein Infektionsmultiplikator (Englisch: superspreader; umgangssprachlich Virenschleuder) ist eine infizierte Person, die deutlich mehr gesunde Personen ansteckt, als es durchschnittlich der Fall ist. Der Grenzwert schwankt von Land zu Land.

Ein Ausbruch-förderndes Ereignis (Englisch: superspreading event; abgekürzt SSE) ist eine Situation, die dazu führt, dass sich zahlreiche Personen, die sich gleichzeitig in einem offenen oder geschlossenen Raum aufhalten, infizieren. Die Situation kann zeitlich begrenzt sein (Karnevalssitzung in Gangelt) oder sich über mehrere Tage (freikirchlicher Gottesdienst in Mühlhausen) bis zu mehreren Wochen (in Quarantäne festsitzende Passagiere der Diamond Princess) erstrecken.

Ein Infektionshotspot ist ein Infektionsgeschehen, bei dem über längere Zeit immer wieder neue Infektionen auftreten. Entlehnt aus dem Begriff für Vulkane, die immer wieder ausbrechen, wie sie über einer Schmelzregion des Erdmantels liegen.

Hongkong unter der Lupe

Eine Gruppe von Epidemiologen und Mathematikern aus Hongkong, Sydney und Paris hat alle Ausbruch-fördernden Ereignisse, die in Hongkong vom 23. Januar bis zum 28. April 2020 aufgetreten sind, analysiert [4]. In diesem Zeitraum hatten sich insgesamt 1037 Menschen mit SARS-CoV-2 infiziert. Die Wissenschaftler errechneten, dass 20 Prozent aller Infektionen in Hongkong durch sieben Ausbruch-fördernde Ereignisse verursacht worden waren.

Besonders auffällig war ein Infektionscluster, das zwischen dem 7. und dem 17. März 2020 durch den Besuch von Bars/Nachtclubs entstand. Ausgangspunkt waren 22 infizierte Musiker, die Abend für Abend in den Vergnügungslokalen auftraten. Über die Musiker wurden Mitarbeiter infiziert, die dann wiederum Gäste ansteckten. Die über vier Wochen laufende Infektionskette verursachte letzten Endes 10,2 Prozent aller bis Ende April in Hongkong dokumentierten Infektionen mit SARS-CoV-2. Werden nur die in Hongkong erworbenen Infektionen berücksichtigt, hat das Bar/Nachtclub-Cluster nahezu ein Drittel aller Infektionen verursacht.

Der Fall Gütersloh

Am 17. Juni 2020 meldete der Landrat des Kreises Gütersloh einen COVID-19-Ausbruch im Schlachtereibetrieb Tönnies. Innerhalb einer Woche wurden 1553 Infektionen nachgewiesen, fast ein Viertel der Belegschaft. Wie immer das Virus in die Großschlachterei gelangte – durch einen Mitarbeiter, Küchenpersonal, Lieferanten –, es fand optimale Bedingungen für eine Übertragung von Mensch zu Mensch vor: Enge Umkleideräume, überfüllte Pausenräume, dicht an dicht in der Kantine speisende Mitarbeiter setzten vermutlich das Infektionskarussell in Gang.

Die Arbeit am Fließband machte die Einhaltung des Mindestabstands unmöglich und erhöhte so das Ansteckungs­risiko. Bedingt durch den hohen Lärmpegel kann man sich nur durch Schreien verständigen. Schreien und lautes Sprechen wiederum erhöhen die Freisetzung virushaltiger Aerosole aus dem Nasen-Rachen-Raum.

Neuere Untersuchungen zeigen, dass kalte Luft die Aus­breitung von Coronaviren begünstigt, wie eine Gruppe von Virologen vom National Institute of Allergy and Infectious Diseases in Rockville, Maryland, zeigte. Die Forscher entnahmen Sekretproben aus dem Nasen-Rachen-Raum von infizierten Patienten und bewahrten diese bei unterschiedlichen Temperaturen und unterschiedlicher Luftfeuchtigkeit auf [5]. Bei Raumtemperatur war infektiöse Virus-RNA maximal 24 Stunden nachweisbar, bei einer Temperatur von vier Grad dagegen bis zu sieben Tage.

Die Erklärung für die Langlebigkeit in kalter Luft ist, dass Coronaviren eine Lipidhülle besitzen, die bei niedrigen Temperaturen gummiartig wird und so die virale RNA besser schützt. Bei niedrigen Außentemperaturen bleibt SARS-CoV-2 deshalb auch länger auf inerten Oberflächen infektiös. Bei dem Ausbruch in der Großschlachterei könnten Viruspartikel also auch über Handschuhe, Schutzkleidung und Instrumente der Fleischer als Schmierinfektion übertragen worden sein – ein weiterer Treibriemen für das Infektionskarussell.

Kamen die Billiglohnmitarbeiter nach Hause, förderte das Umfeld ebenfalls eine Infektion mit SARS-CoV-2: In den vom Subunternehmer angemieteten Wohnungen leben zahl­reiche Personen auf engstem Raum und nutzen manchmal sogar dasselbe Bett. Abstand und Hygieneprinzipien einzuhalten, sind unter solchen Bedingungen unmöglich.

Foto: imago images/Noah Wedel

Nach dem COVID-19-Ausbruch in der Schlachterei der Firma Tönnies in Gütersloh wurden ganze Wohnsiedlungen von Tönnies-Mitarbeitern abgesperrt und unter Quarantäne gestellt.

Es ist schlechterdings undenkbar, dass sich ein Ausbruch unbemerkt innerhalb weniger Tage zu einer Epidemie mit mehr als 1500 Infizierten entwickelt haben kann, wie es der nordrheinische Ministerpräsident Armin Laschet suggeriert hatte („Die Infektion wurde durch bulgarische und rumänische Arbeiter eingeschleppt, die auf Heimaturlaub waren“). Warum der betriebsärztliche Dienst den Ausbruch nicht bemerkte, ist unverständlich. Denkbar ist, dass kranke Mitarbeiter sich nicht krankgemeldet haben, weil sie Angst hatten, dass ihnen von dem Subunternehmer gekündigt würde. Experten sind sich einig, dass bei einer derartigen Konstellation von arbeitstechnischen, sozialen und privaten Risikofaktoren ein Ausbruch jederzeit entstehen konnte [6].

Der Ausbruch in Gütersloh belegt den Mangel an Sachkenntnis bei den zuständigen Behörden. Trotz ausreichender Evidenz wurden für den Risikobereich Schlachtbetriebe keine Präventivmaßnahmen ergriffen. Spätestens mit dem Ausbruch in einem Fleischerei-Großbetrieb in Coesfeld im Mai hätten systematische Reihenuntersuchungen in regelmäßigen Abständen aller in der Produktion beschäftigten Mitarbeiter durchgeführt werden müssen. Stattdessen überließ man Infektionsschutzmaßnahmen den Betrieben und machte so den Bock zum Gärtner.

Infektionscluster von 50 bis 100 Personen

Infektionsepidemiologen der London School of Tropical Medicine and Hygiene haben alle bislang dokumentierten Ausbruch-fördernden Ereignisse systematisch untersucht und in 22 Arten klassifiziert [7]. Bei 181 von 201 (90 Prozent) Ausbruch-fördernden Ereignissen infizierten sich zwischen 50 und 100 Personen. Infektions-Cluster mit mehr als 200 Personen waren dagegen sehr selten. 39-mal entstand ein Ausbruch bei Familienfeiern inklusive Hochzeiten, 21-mal waren inadäquate Unterkünfte von Gastarbeitern der Ausgangspunkt. Dann folgten in gleicher Häufigkeit Ausbrüche in Einrichtungen für ältere Menschen und in Restaurants (jeweils acht Prozent). Weitere Kategorien von häufig vorkommenden Ausbruch-fördernden Ereignissen waren Konferenzen, Firmen aus der Lebensmittelbranche, Gefängnisse, Schulen, Einkaufszentren und Sportveranstaltungen. Nahezu alle Infek­tionscluster entstanden in geschlossenen Räumen. Einige Typen von Ereignissen waren landestypisch: Ausbrüche in überbelegten Unterkünften von Gastarbeitern gab es nur in Singapur. Andere Arten von Infektions-Clustern, wie beispielsweise Besuch von Bars/Nachtclubs, traten weltweit auf.

Die bisher vorliegenden Daten legen die Schlussfolgerung nahe, dass einzelne oder mehrere Infektionsmultiplikatoren über Ausbruch-fördernde Ereignisse die Dynamik von SARS-CoV-2 in einem Land bestimmen. Das wurde in der Zwischenzeit durch biostatistische Untersuchungen belegt. So wurde für Großbritannien geschätzt, dass etwa 80 Prozent aller Infektionen durch etwa 10 Prozent der Infizierten verursacht wurden [8].

Auf einen Blick

  • Ausbruch-fördernde Ereignisse laufen weltweit nach demselben Schema ab. Fast immer wird das Infektionsgeschehen durch einen oder mehrere Infektionsmultiplikator(en) in Gang gesetzt, der/die keine Krankheitszeichen aufweist/aufweisen.
  • Nahezu alle bislang dokumentierten Ausbruch-fördernden Ereignisse fanden in Innenräumen statt. Werden diese frühzeitig erkannt oder gänzlich verhindert, lässt sich die Dynamik der Coronavirus-Pandemie signifikant reduzieren, wie das Beispiel Japan zeigt.
  • Ein risikoloser Aufenthalt in Räumen mit Publikumsverkehr setzt drei Maßnahmen voraus: Tragen eines Mund-Nasen-Schutzes, Mindest­abstand und konsequentes Belüften des Raumes (der Luftzug muss spürbar sein).

„Speed is essential!“

Die praktischen Implikationen der epidemiologischen Analysen sind erheblich: Gelänge es, Ausbruch-fördernde Ereignisse frühzeitig zu erkennen oder gar sie zu antizipieren, würde die Zahl der Neuinfizierten – und damit auch der an COVID-19 Erkrankten und Verstorbenen – drastisch sinken. Darauf haben kürzlich zwei amerikanische Wissenschaftler hingewiesen [9]. Entscheidend sei eine frühzeitige Erkennung eines Ausbruch-fördernden Ereignisses und sofortige Einleitung von Gegenmaßnahmen durch die Gesundheitsbehörden. „Speed is essential“, so die Autoren, ehemalige hochrangige Mitarbeiter des US-amerikanischen Centers for Disease Control in Atlanta.

Das einzige Land, in dem Ausbruch-fördernde Ereignisse seit Beginn der Pandemie systematisch dokumentiert und analysiert werden, ist Japan. Das Ministerium für Gesundheit, Arbeit und Soziales hatte umgehend nach den ersten Fällen im Land eine Arbeitsgruppe ins Leben gerufen, deren Aufgabe es ist, Ursachen für Ausbruch-fördernde Ereignisse zu identifizieren und Präventionsmaßnahmen zu konzipieren.

Zwei in der Zwischenzeit erschienene Publikationen um den Infektionsepidemiologen Hitoshi Oshitani von der Tohoku University in Sendai zeigen, dass die Strategie erfolgreich war. Sämtliche 61 bislang beobachteten Infektionscluster wurden in kürzester Zeit bis ins letzte Glied der Infektionskette aufgeklärt. Alle Ausbruch-fördernden Ereignisse waren in Innenräumen ohne Ventilation entstanden, immer waren zahlreiche Menschen für einige Stunden in dem Raum, und Mindestabstand wurde nicht eingehalten (im Englischen wird dieses Setting als 3-C-Risiko bezeichnet: „closed spaces with poor ventilation, crowded places, and close-contact“) [10, 11]. Alle identifizierten Infektionsmultiplikatoren waren zwischen 20 und 39 Jahre alt, und keiner von ihnen hatte Krankheitszeichen. |

Literatur

[1] Rocklöv et al., COVID-19 outbreak on the Diamond Princess cruise ship: estimating the epidemic potential and effectiveness of public health countermeasures; https://doi.org/10.1093/jtm/taaa030

[2] Reuters, Special Report: Five days of worship that set a virus time bomb in France; https://www.reuters.com/article/us-health-coronavirus-france-church-spec/special-report-five-days-of-worship-that-set-a-virus-time-bomb-in-france-idUSKBN21H0Q2

[3] Kenyon, The prominence of asymptomatic superspreaders in transmission mean universal face masking should be part of COVID-19 deescalation strategies; https://dx.doi.org/10.1016%2Fj.ijid.2020.05.102

[4] Adam et al., Clustering and superspreading potential of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) infections in Hong Kong; https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-29548/v1

[5] Matson et al., Effect of environmental conditions on SARS-CoV-2 stability in human nasal mucus and sputum; https://wwwnc.cdc.gov/eid/article/26/9/20-2267_article

[6] Dyal et al., COVID-19 among workers at meat and poultry processing facilities – 19 States, April 2020; https://www.cdc.gov/mmwr/volumes/69/wr/mm6918e3.htm

[7] Leclerc et al., What settings have been linked to SARS-CoV-2 transmission clusters? https://doi.org/10.12688/wellcomeopenres.15889.2

[8] Endo et al., Estimating the overdispersion in COVID-19 transmission using outbreak sizes outside China; https://doi.org/10.12688/wellcomeopenres.15842.1

[9] Frieden & Lee, Identifying and Interrupting Superspreading Events—Implications for Control of Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2; https://wwwnc.cdc.gov/eid/article/26/6/20-0495_article

[10] Nishiura et al., Closed environments facilitate secondary transmission of coronavirus disease 2019, https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2020.02.28.20029272v2

[11] Furuse et al., Clusters of coronavirus disease in communities, Japan, January – April 2020, https://wwwnc.cdc.gov/eid/article/26/9/20-2272_article

Autor

Prof. Dr. med. Hermann Feldmeier, Arzt für Mikrobiologie, Infektionsepidemiologie und Tropenmedizin. Außer­ordentlicher Professor an der Charité Universitätsmedizin Berlin, Mitglied internationaler Fachgremien, die sich mit vernachlässigten Tropenkrankheiten beschäftigen.

Institut für Mikrobiologie und Infektionsimmunologie, Charité Universitätsmedizin Berlin

autor@deutsche-apotheker-zeitung.de

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