Auswirkungen von Feinstaub, Ozon und Stickstoffdioxid auf die Gesundheit
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MEDIZIN
Übersichtsarbeit
Auswirkungen von Feinstaub, Ozon und
Stickstoffdioxid auf die Gesundheit
Beate Ritz, Barbara Hoffmann, Annette Peters
W
eltweit enthält die Luft Schadstoffe aus ver-
schiedensten Quellen, die ein Gemisch aus
Zusammenfassung
vielen teilweise toxischen Einzelbestandteilen
Hintergrund: Luftschadstoffe, zu denen insbesondere Feinstaub, Ozon und Stick- bilden. In den letzten Jahrzehnten standen die Gesund-
stoffdioxid gehören, gefährden die Gesundheit weltweit. Die Weltgesundheitsorgani- heitsauswirkungen von Abgasen aus inkompletten
sation hat zum Schutz der Gesundheit im Jahr 2005 globale Empfehlungen für Verbrennungsprozessen im Fokus wissenschaftlicher
Höchstwerte bezüglich Feinstaub (10 μg/m3 für Feinstaub kleiner als 2,5 μm Arbeiten. Zu den am Menschen und im toxikologischen
[PM2,5]), Ozon und Stickstoffdioxid erstellt. Die empfohlenen Werte werden in Labor meist untersuchten Luftschadstoffen gehören
Deutschland vielerorts regelmäßig überschritten. Feinstaub, Ozon und Stickstoffdioxid. Weil diese Reiz-
Methode: Dieser Artikel basiert auf einer selektiven Literaturrecherche in PubMed oder Schadstoffe technisch relativ einfach erfassbar
und zum Teil auf einer Expertise, die im Namen der Internationalen Gesellschaft für sind, werden sie schon seit Jahrzehnten flächendeckend
Umweltepidemiologie (ISEE) und der European Respiratory Society (ERS) angefer- in vielen Ländern gemessen.
tigt wurde. Dieser Artikel basiert auf einer selektiven Literatur-
recherche in PubMed und zum Teil auf einer Expertise,
Ergebnisse: Luftschadstoffe haben Auswirkungen auf den gesamten Körper, von die im Namen der Internationalen Gesellschaft für Um-
der menschlichen Entwicklung im Mutterleib bis zu vorzeitiger Sterblichkeit vor weltepidemiologie (ISEE) und der European Respirato-
allem aufgrund von Lungen- und Herzerkrankungen. Beispielsweise zeigt eine ry Society (ERS) angefertigt wurde (e1).
epidemiologische Studie pro zusätzlicher Langzeitbelastung von 5 μg/m3 PM2,5
eine assoziierte Steigerung der Sterblichkeit um ca. 7 % (95-%-Konfidenzintervall: Experimentelle Untersuchungen an Zellen,
[2; 13]). Zusätzlich zu Lungen- und Herzerkrankungen gilt die krebsauslösende Tieren und Menschen
Wirkung von Feinstaub inzwischen als gesichert. Zudem bestehen Assoziationen Toxikologische Laborexperimente und kontrollierte Ex-
zwischen erhöhter Feinstaubbelastung und metabolischen Erkrankungen. So war positionen von Freiwilligen dienen dazu, die gesund-
die Inzidenz für Diabetes mellitus Typ 2 in einer Metaanalyse von Kohortenstudien heitlichen Auswirkungen der Luftschadstoffe aufgrund
mit erhöhten Feinstaubwerten verbunden, wobei eine relative Risikoerhöhung um ihrer chemischen und physikalischen Eigenschaften zu
25 % [10; 43] pro 10 µg/m3 PM2,5 bestand. Neuere Studien dokumentieren, dass
untersuchen. Sie liefern wichtige Informationen zur bio-
diese Schadstoffe auch unterhalb der gegenwärtig geltenden Grenzwerte schon
logischen Wirkung im menschlichen Körper, erlauben
zu Schäden führen.
jedoch nicht, Aussagen über das Risiko von Neuerkran-
Schlussfolgerung: Zum Schutz der Gesundheit ist es besonders wichtig, die in kungen oder über Verschlechterungen von bestehenden
der Europäischen Union geltenden Grenzwerte für die Belastung mit Feinstaub Erkrankungen zu machen. Kontrollierte Expositionsstu-
< 2,5 µg deutlich abzusenken, um – in Einklang mit den Empfehlungen der Welt- dien am Menschen sind vor allem dazu geeignet, kurz-
gesundheitsorganisation – gesundheitliche Risiken weiter zu reduzieren. fristige Veränderungen zum Beispiel der Lungenfunkti-
on oder Entzündungswerte zu untersuchen. Selbst diese
Zitierweise Untersuchungen werden aus ethischen Gründen meist
Ritz B, Hoffmann B, Peters A: nur an relativ gesunden and belastungsfähigen Men-
The effects of fine dust, ozone, and nitrogen dioxide on health. schen durchgeführt (eKasten 1).
Dtsch Arztebl Int 2019; 116: 881–6.
DOI: 10.3238/arztebl.2019.0881 Risikofaktorenforschung am Menschen –
die analytische Epidemiologie
Risikofaktoren für die Inzidenz von Erkrankungen oder
Mortalität können aus ethischen und praktischen Grün-
den nicht in randomisierten klinischen Studien er-
forscht werden; dies gilt für die Luftverschmutzung ge-
nauso wie für andere Risikofaktoren, wie zum Beispiel
University of California, Los Angeles, USA: Prof. Dr. med. Beate Ritz
das Rauchen. Um dagegen die kurz- und langfristigen
Auswirkungen in verschiedenen Altersgruppen und Pa-
Institut für Arbeits-, Sozial- und Umweltmedizin, Universität Düsseldorf:
Prof. Dr. med. Barbara Hoffmann MPH tienten abzuschätzen, sind große epidemiologische Be-
Helmholtz Zentrum München und Ludwig-Maximillians Universität München: obachtungsstudien die Methode der Wahl. Luftver-
Prof. Dr. rer. biol. hum. Annette Peters schmutzungsstudien basieren dabei auf der gleichen
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TABELLE
Wissenschaftlich als gesichert geltende Zusammenhänge auf Basis veröffentlichter Expertenbewertungen bis 2016*
Luftschadstoff Gesundheitsauswirkungen Bewertung Quelle
Feinstaub (PM2,5) Sterblichkeit kausal (e2)
Herz-Kreislauf-Erkrankungen kausal (e2)
Krebserkrankungen kausal (e5)
Atemwegserkrankungen wahrscheinlich kausal (e2)
Ozon Kurzzeitwirkung auf Atemwegserkrankungen kausal (e9)
Kurzzeitwirkung auf Herz-Kreislauf-Erkrankungen wahrscheinlich kausal (e9)
Atemwegserkrankungen wahrscheinlich kausal (e9)
Stickstoffdioxid Kurzzeitwirkung auf Atemwegserkrankungen kausal (e10)
Atemwegserkrankungen wahrscheinlich kausal (e10)
* Kausalitätskriterien für (e5) werden in (e11, e12) und für (e2, e9, e10) in (e13) beschrieben.
bewährten epidemiologischen Methodik, mit der auch von Tagen oder Wochen untersucht werden. Die Luftver-
andere allgemein akzeptierte Risikofaktoren aufge- schmutzungsveränderung vor den Untersuchungstermi-
deckt wurden, wie beispielsweise Bluthochdruck, Hy- nen wird mit der Änderung verschiedener physiologi-
percholesterinämie oder Aktiv- und Passivrauchen. Da scher Parameter (Lungenfunktion, Entzündungsmarker,
in vielen Ländern inzwischen durch flächendeckende Blutdruck und weiteren) assoziiert, wobei aufgrund des
und kontinuierliche Luftschadstoffmessungen die Be- Studiendesigns nur kurzfristig veränderliche Risikofak-
lastung der Bevölkerung gut erfasst wird, können Wis- toren (zum Beispiel Passivrauchen am Abend vor der
senschaftler heute in großen bevölkerungsumgreifen- Untersuchung) als mögliche Störgrößen berücksichtigt
den Kurz- und Langzeitstudien ihre Auswirkungen un- werden müssen.
ter realen Bedingungen erfassen.
Untersuchung von Langzeiteffekten
Untersuchung von Kurzzeiteffekten Um längerfristige Gesundheitsauswirkungen aufgrund
Epidemiologische Arbeiten begannen mit Zeitreihen- chronischer Luftschadstoffbelastung zu erfassen, wer-
studien zur allgemeinen oder spezifischen Mortalität den vor allem in Nordamerika, Europa und in den letz-
oder Morbidität, die sich auf Totenscheinregister oder ten Jahren auch in Ländern wie China zum Teil sehr
auf Krankenhauseinweisungsdaten stützen (16). Diese große Kohortenstudien durchgeführt (17–20), die wis-
Studien sind methodisch sehr stark, weil sie auf bevöl- senschaftlich aufwendig, teuer und in ihrer Aussage-
kerungsweiten Daten von hoher Qualität beruhen und kraft sehr hochwertig sind. In der Regel bauen sie auf
wenig oder gar nicht von Selbstselektion, Messfehlern Kohorten auf, die ursprünglich zur Erforschung von
oder bestimmten Störgrößen beeinflusst werden: Jeder Volkskrankheiten wie Krebs oder Herz-Kreislauf-Er-
Tote wird gezählt, niemand kann sich der Studie ver- krankungen begonnen wurden (American Cancer So-
weigern und Luftverschmutzung wird mit sensiblen ciety Study, KORA-Studie, Heinz Nixdorf Recall-Stu-
und standardisierten Instrumenten in Bevölkerungszen- die und andere). Diese Studien zeichnen sich durch ihre
tren erfasst. Es werden die täglichen Veränderungen Datenvielfalt und Qualität aus, inklusive der sorgsamen
von Luftschadstoffwerten mit den täglichen Todesraten Erfassung vieler persönlicher Risikofaktoren und Ge-
oder Einweisungszahlen für Asthma, Bronchitis, Herz- sundheitsdaten für die als Störgrößen in Analysen ad-
infarkte oder Schlaganfälle verglichen und Kurzzeitef- justiert werden kann (zur Innenraumluftbelastung als
fekte durch höhere Belastung mit Staub, Stickoxiden potenzielle Störgröße siehe eKasten 2). Sie schließen
oder Ozon berechnet. Bei den Analysen werden andere, auch Kinder und gesunde wie kranke Personen mit ein,
kurzfristig variierende Risikofaktoren wie Temperatur und erlauben sensible Biomarker und langfristige Ex-
oder Influenzaperioden berücksichtigt. Bei solchen positionen zu erfassen.
Studien ist es nicht notwendig, langfristige Risikofak- Eine Herausforderung bei der Konzeption, Durch-
toren (Rauch- oder Essgewohnheiten, Lebensstil, Ar- führung und Analyse epidemiologischer Langzeit- und
beitsbelastungen oder Belastungen durch Innenraum- Kurzzeitstudien ist, dass Feinstaub, Ozon und Stick-
quellen) zu berücksichtigen, da diese nicht mit kurzfris- stoffdioxid gemeinsame Quellen haben, deshalb oft
tigen Luftschadstoffschwankungen zusammenhängen zeitlich und räumlich gemeinsam auftreten und auf den
und daher keine Vermischung („confounding“) von Ef- menschlichen Körper wirken (23). Hinzu kommt, dass
fekten stattfinden kann. Ähnlich verhält es sich in Pa- es noch weitere Schadstoffe in der Luft gibt, wie den
nelstudien, bei denen Probanden mehrfach im Abstand Ruß, die ultrafeinen Partikel (< 100 nm), oder organi-
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sche Kohlenwasserstoffe, die mit dem Feinstaub und KASTEN
dem Stickstoffdioxid gemeinsam auftreten können
(24). Daher werden zusätzliche Messungen, Satelliten- In Bevölkerungstudien dokumentierte Auswirkungen von
daten und aufwendige Modellrechnungen verwendet, Luftschadstoffen auf den menschlichen Körper*
um die Belastung idealerweise zeitlich und räumlich
aufgelöst zu schätzen. Je größer die Korrelation zwi- ● Atemwege
schen den einzelnen Luftschadstoffen, desto schwieri- – Sterblichkeit wegen Atemwegserkrankungen
ger (oder unmöglich) wird es, ihre einzelnen Effekte zu – Morbidität wegen Atemwegserkrankungen
isolieren. Allerdings haben die Schadstoffe trotz über- – Lungenkrebs
lappender Quellen durchaus unterschiedliche Vertei- – Atemwegssymptome
lungsmuster in der Außenluft. So ist zum Beispiel Fein- – Entzündung der Atemwege
staub relativ gleichmäßig verteilt; das heißt, dass die – verminderte Lungenfunktion
Konzentrationsunterschiede zwischen dem am stärks- – vermindertes Lungenwachstum
ten und am wenigsten belasteten Viertel der Bevölke- ● Bauchspeicheldrüse
rung innerhalb einer Stadt im Bereich von 2–4 μg/m3 – Insulinresistenz
liegen. Im Gegensatz dazu sind die Konzentrationsun- – Diabetes mellitus Typ 2
terschiede von NO2 viel größer und können mehr als 20 – Diabetes mellitus Typ 1
μg/m3 betragen (25). Daraus resultiert eine Korrelation – Knochenstoffwechsel
der Expositionen von deutlich unter 1, was eine teilwei- ● Blut(kreislauf)
se Isolierung der Effekte ermöglicht. Multizentrische – Bluthochdruck
Kohortenstudien mit verschiedensten Schadstoffzu- – endotheliale Dysfunktion
sammensetzungen (Gemischen) und -konzentrationen – erhöhte Blutgerinnung
erlauben die Trennung von Schadstoffeffekten. – systemische Entzündung
– Venenthrombose
Natürliche Experimente und Interventionsstudien
Letztlich leisten quasi-experimentelle Studien zum ● Gehirn
wissenschaftlichen Kausalitätsverständnis einen be- – Schlaganfall
sonders wichtigen Beitrag. Solche ‚natürliche Experi- – psychische Erkrankungen
mente‘ konnten dramatische Verbesserungen der Luft- – kindliche Gehirnentwicklung
verschmutzungswerte aufgrund von Umweltauflagen – neurodegenerative Erkrankungen
bei Olympischen Spielen in Atlanta (26) oder Peking ● Herz
(27, e14, e15) oder der zeitweiligen oder dauerhaften – Sterblichkeit wegen Herz-Kreislauf-Erkrankungen
Schließung von stark verschmutzenden Industrien – Morbidität wegen Herz-Kreislauf-Erkrankungen
oder Kraftwerken direkt mit der Verringerung von – Myokardinfarkt
Atemwegserkrankungen (inklusive Asthma) in Ver- – Herzrhythmusstörungen
bindung bringen. Die zeitweilige Schließung eines – Herzinsuffizienz
Stahlwerks in Utah, das eine hohe lokale Partikelbe- – Störungen der Herzrhythmusvariabilität
lastung verursachte, zeigte eine zeitgleiche 2- bis – ST-Senkung
3-fache Verringerung von Krankenhauseinweisungen ● Haut
von Kindern aufgrund von Asthma und Bronchitits – Hautalterung
(28). Ähnlich haben Studien, analysiert nach den neu- ● Embryo/Fortpflanzung
esten Methoden, gezeigt, dass Schließungen von Koh- – Frühgeburt
le- und Ölkraftwerken in Kalifornien mit einer Sen- – verringertes Geburtsgewicht
kung der Frühgeburtlichkeit von 7,0 % auf 5,1 % im – verringertes fötales Wachstum
Umkreis von fünf Kilometern assoziiert waren (29). – Präeklampsie
Besonders aufschlussreich ist eine weitere kaliforni- – verringerte Spermienqualität
sche Studie, die heranwachsende Kinder vom 10.
bis zum 18. Lebensjahr verfolgen konnte. Sie zeigte, *modifiziert nach (31)
dass Lungenfunktion und -wachstum nicht nur in
höher belasteten Regionen beeinträchtigt waren, son-
dern darüber hinaus ein Umzug der Kinder, der mit
einer Verbesserung oder Verschlechterung der Luft-
qualität einherging, auch die Lungenentwicklung Die Tabelle fasst die als wissenschaftlich gesichert
entsprechend verbesserte oder verschlechterte (30, angesehenen Zusammenhänge basierend auf veröffent-
e16). Zum Beispiel war die Einsekundenkapazität der lichten Expertenbewertungen bis 2016 zusammen (Ta-
Lunge (Quotient aus beobachteter versus erwarteter belle).
Einsekundenkapazität < 80 %) von 18-Jährigen in Re- Der Kasten zeigt auf, welche Auswirkungen in Be-
gionen mit erhöhter Feinstaubverschmutzung vermin- völkerungsstudien auf den ganzen Körper beobachtet
dert (7,9 % versus 1,6 % wiesen Einschränkungen wurden. Erkenntnisse reichen vom Lebensbeginn im
auf, P = 0,002). Mutterleib über akute und chronische Erkrankungen
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bei Kindern und Erwachsenen bis hin zum vorzeitigen erstellen. Auch die US-amerikanische Umweltbehörde
Tod und schließen Einwirkungen auf viele Organe und (U.S. EPA) und Weltgesundheitsorganisation (WHO)
physiologische Prozesse mit ein. Zu tausenden von Stu- bedienen sich ähnlicher Kriterien (e13). Als kausal ge-
dien (32), davon die frühesten zur Gesamtmortalität sichert gelten solche Zusammenhänge, für die es aus-
(e17–e20) und zu Atemwegserkrankungen (e3, e21), reichend Populationsstudien gibt, in denen zufällige
prominenten Studien zu Herz-Kreislauf-Erkrankungen Zusammenhänge, Verzerrungen oder andere Störgrö-
(e4, e6) gesellen sich neuere Studien zu metabolischen ßen weitgehend ausgeschlossen werden können oder
Erkrankungen (Diabetes: um 25 % erhöhtes Risiko; die von toxikologischen Studienergebnissen, besonders
95-%-Konfidenzintervall: [10; 43] per 10 μg/m3 PM2,5, solchen mit umwelt-relevanten Konzentrationen, unter-
[e22]), zu Schwangerschaftsproblemen (wie zum Bei- stützt wurden. Als wahrscheinlich kausal werden Zu-
spiel Bluthochdruck [e23] oder um 13 % [3; 24] erhöh- sammenhänge bezeichnet, bei denen es klare Hinweise
te Frühgeburtlichkeit per 10 µg/m3 PM2,5 [e24]) und zu auf Kausalität gibt, aber die Datenlage als nicht ausrei-
Auswirkungen auf die Lungen- und Gehirnentwicklung chend für die Erfüllung aller Kausalitätskriterien gilt.
bei Kindern (systematische Reviews [e25, e26]) und Kausalzusammenhänge können nur aus einer gesamt-
sogar auf die Hautalterung [e27]. In den letzten Jahren wissenschaftlichen Beurteilung abgeleitet werden, in
wurde auch das alternde Gehirn als mögliches Ziel von die reine Beobachtungsstudien zusammen mit experi-
Schädigungen durch Luftschadstoffe untersucht, das mentellen Studien und mechanistischen Erwägungen
heißt, es wurden unter Belasteten erhöhte Schlagan- einfließen.
fallsrisiken (e28) sowie vermehrt Neurodegeneration
(e29) und kognitive Beeinträchtigungen (systemati- Festlegung von allgemeinen Richtwerten
sches Review [e30]) und Demenz (systematisches Re- Die WHO spricht Empfehlungen für einzuhaltende
view [e31]) dokumentiert. Luftschadstoffkonzentrationen aus: die sogenannten
Die Größenordnung dieser Effekte sind verglichen Luftqualitätsrichtlinien. Diese WHO-Empfehlungen
mit anderen Risikofaktoren wie zum Beispiel dem Rau- basieren auf der zur jeweiligen Zeit vorhandenen Evi-
chen relativ klein, aber wegen der ubiquitären Expositi- denz, inklusive bevölkerungsbezogener, toxikologi-
on relevant für die Krankheitslast in der Bevölkerung. scher und tierexperimenteller Studien, und sie versu-
So zeigen epidemiologische Studien pro zusätzlicher chen Werte festzulegen, unterhalb von denen keine ein-
Langzeitbelastung von 5 μg/m3 PM2, 5 eine Steigerung deutigen Effekte auf die Gesundheit mehr nachweisbar
der Sterblichkeit von etwa 7 % [2; 13] (33). Weiterhin sind. Die aktuell noch gültigen Empfehlungen der
wird eine Steigerung der Wahrscheinlichkeit für das WHO stammen aus dem Jahr 2005 und berücksichtigen
Auftreten von Herzinfarkten um rund 12 % [1; 25] pro daher nicht die in den letzten 15 Jahren erheblich ange-
10 μg/m3 PM10 Langzeitbelastung berichtet (8). Über- wachsene Evidenz aus großen prospektiven Studien.
tragen auf die Krankheitslast der Bevölkerung liegt Für Stickstoffdioxid wurde im Jahr 2005 ein Richtwert
Feinstaub damit in Deutschland auf Rang 9 der wich- von 40 µg/m3 auf der Basis von Langzeit-Tierexperi-
tigsten Risikofaktoren (e32). menten und den damaligen bevölkerungsbezogenen
Studien festgelegt. Neuere wissenschaftliche Erkennt-
Evidenz und Kausalität nisse zeigen jedoch Effekte unterhalb des im Jahre
Generell erlaubt keine einzelne auch noch so große Stu- 2005 festgelegten Richtwerts, sodass im Auftrag der
die ein Kausalitätsurteil zu fällen. Vielmehr werden von Europäischen Union im Jahr 2013 eine Neubewertung
internationalen Expertengremien bei der Kausalitätsbe- der Evidenzlage vorgenommen wurde. Speziell für
urteilung einer Expositions-Wirkungs-Beziehung nach Stickstoffdioxid wurden dabei Gesundheitseffekte
einem definierten, transparenten und dokumentierten oberhalb eines Schwellenwerts von 20 µg/m3 als gesi-
Verfahren alle publizierten Studien herangezogen. Stu- chert angesehen (24, e33). Maßgeblich war hierfür eine
dien mit unterschiedlichem Design und Stärken und Meta-Analyse von mehr als 15 Langzeitstudien zu
Schwächen werden gemeinsam nach einem zuvor er- Stickstoffdioxid (34), die einen Anstieg des Mortali-
stellten Kriterienkatalog bewertet, widersprüchliche tätsrisikos um 5 % [3; 8] pro 10 µg/m3 NO2 ergab (34).
Ergebnisse werden gegeneinander abgewogen, und die Auch für Feinstaub zeigten sich inzwischen in Studien
Ergebnisse werden, wo die Datenlage dies erlaubt, in mit Millionen Probanden klare Effekte unterhalb des
Metaanalysen zusammengefasst. Darüber hinaus wer- derzeit gültigen Richtwerts der WHO von 10 µg/m3 für
den toxikologische und tierexperimentelle Studien he- PM2,5. So kommt zum Beispiel eine US-amerikanische
rangezogen um zu beurteilen, ob es für die untersuchte Studie zu dem Ergebnis, dass die Gesamtmortalität bei
Expositions-Wirkungs-Beziehung biologisch plausible über 65-Jährigen unterhalb von 12 µg/m3 PM2,5 (der
Mechanismen der Krankheitsentstehung gibt. Generell derzeit gültige US-amerikanische Grenzwert) pro 10
kann die Wissenslage entsprechend der Richtlinien von µg/m3 PM2,5 mit einem Anstieg um 13,6 % [13,1; 14,1]
Bradford-Hill beurteilt werden (e11). Dies bildet auch einhergeht (e34). Neueste Zahlen aus Europa, die im
die Basis des Vorgehens von anerkannten Organisatio- August 2019 auf dem Fachkongress der ISEE in
nen wie der International Agency for Research on Can- Utrecht präsentiert wurden, zeigen sogar noch stärkere
cer (IARC) (e12) und dem Institute of Medicine Na- Effekte. Bei einer mittleren Belastung von etwa 15 µg/m3
tional Academy of Science (IOM/NAS), um aufgrund PM2,5 steigt die Mortalität (natürliche Todesursachen)
wissenschaftlicher Arbeiten Kausalzusammenhänge zu demnach pro 5 µg/m3 PM2,5 um 13 %, [11; 16] (e35).
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Eine umfassende Überarbeitung der Empfehlungen von
2005 wird derzeit aufgrund dieser neuen wissenschaftli- Kernaussagen
chen Erkenntnisse von der WHO durchgeführt. Die Pu-
blikation der überarbeiteten Luftqualitätsrichtlinien wird ● Der Begriff „Luftschadstoffe in der Außenluft“ umfasst unter anderem Feinstaub,
für 2020 erwartet. Ozon und Stickstoffdioxid.
● In Bevölkerungsstudien wurden Auswirkungen auf verschiedene Organsysteme be-
Empfehlungen und Grenzwerte obachtet, darunter das Herz-Kreislauf-System, die Lunge, das Gehirn und die Haut.
Die Festlegung von gesetzlichen Grenzwerten ist
● Zudem wurden hohe Raten von Frühgeburtlichkeit und Diabetes mellitus Typ 2 in
ein politischer Prozess unter Berücksichtigung von
Assoziation mit erhöhten Feinstaubkonzentrationen in Metaanalysen berichtet.
wissenschaftlichen Empfehlungen, unter anderem den
Luftqualitätsrichtlinien der WHO. In der Europäischen ● Die gegenwärtigen gesetzlichen Grenzwerte entsprechen dem Vorsorgeprinzip in
Union werden die Grenzwerte, die sich auf die WHO Europa nicht, da auch unterhalb der derzeit gültigen Grenzwerte Gesundheitseffek-
stützen, durch das EU-Parlament verabschiedet, und te bestehen.
gemeinsam mit den Ausführungsbestimmungen in ● Zum Schutz der Gesundheit sollten die Grenzwerte (besonders für Feinstaub
nationales Recht umgesetzt. So wurde im Jahr 2008 die kleiner als 2,5 μm) in der Europäischen Union deutlich abgesenkt werden.
Empfehlung der WHO für einen Langzeitgrenzwert
von Stickstoffdioxid von 40 µg/m3 übernommen, wäh-
rend die Empfehlung für Feinstaub um das 2,5-fache
überschritten wurde. Dies ist am ehesten durch politi-
sche Einflussnahme und wirtschaftliche Erwägungen, gen des Nutzens (e38, e39). Der US-amerikanischen
die in solche Entscheidungen der EU einfließen, zu er- Kosten-Nutzen-Abwägung steht in Europa das Vor-
klären. Die US-amerikanische Gesetzgebung leitet sich sorgeprinzip („precautionary principle“) für Grenz-
aus gesetzlich vorgeschriebenen wissenschaftlichen wertsetzungen gegenüber. Danach muss der Gesetz-
Bewertungen ab, die in regelmäßigen Abständen aktua- geber die Bevölkerung auch dann schützen, wenn die
lisiert werden (e9). Dieses regionenspezifische Vorge- Möglichkeit eines Schadens durch eine Substanz nur
hen resultiert in und erklärt die großen Unterschiede in möglich, aber (noch) nicht eindeutig wissenschaftlich
der Gesetzgebung weltweit (35). Die neuesten wissen- gesichert ist. Die gegenwärtigen gesetzlichen Grenz-
schaftlichen Erkenntnisse belegen für Europa dringen- werte entsprechen diesem Grundkonsens in Europa
den Handlungsbedarf insbesondere bezüglich einer He- nicht, da auch unterhalb der derzeit gültigen Grenz-
rabsetzung der Feinstaubgrenzwerte. In der Schweiz werte eindeutig Gesundheitseffekte bestehen. Eine
wurden die WHO-Empfehlungen von 2005 in der weitere Absenkung der Luftschadstoffgrenzwerte ist
Grenzwertfestlegung für Feinstaub übernommen bezie- daher nicht nur aus wirtschaftlicher Sicht, sondern
hungsweise für Stickstoffdioxid mit einem Grenzwert auch aus der ethischen Verpflichtung zum Schutz der
von 30 µg/m3 sogar unterboten (e36, e37). Bisher ha- Bevölkerung notwendig. Darüber hinaus kommt es
ben allerdings nur sieben Staaten die WHO-Empfeh- bei den meisten Maßnahmen zur Reduktion der Luft-
lungen für Feinstaub (Jahresmittelwert von 10 µg/m3 verschmutzung auch zu erheblichem Zusatznutzen im
PM2,5) gesetzlich verankert (35). Bereich des Klimaschutzes, sodass es sich um einen
echten Dreifachgewinn handelt.
Erfolge können gemessen werden
Danksagung
Eine Studie in den USA berichtete, dass eine Abnah- Wir danken Bert Brunekreef, Nino Künzli, Meltem Kutlar Joss, Holger Schulz,
me von 10 µg/m3 PM10 mit einer Zunahme der Le- Kurt Straif, Nicole Probst-Hensch und H. Erich Wichmann für ihren Beitrag.
benserwartung um 6 Monate einhergehen würde (36).
Interessenkonflikt
Schätzungen für Dänemark zeigen, dass sich durch- Die Autorinnen erklären, dass kein Interessenkonflikt besteht.
schnittlich 1,3–1,6 Jahre an krankheitsfreier Lebens-
Manuskriptdaten
zeit und 0,3–0,5 Jahre an Lebenszeit durch eine eingereicht: 13. 6. 2019, revidierte Fassung angenommen: 15. 11. 2019
20 %-ige Reduzierung von NO2 gewinnen ließen
(37). Und laut Berichten aus der Schweiz (38) führt Literatur
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Deutsches Ärzteblatt | Jg. 116 | Heft 51–52 | 23. Dezember 2019 IMEDIZIN
eKASTEN 1 eKASTEN 2
Quellen und Gesundheitsauswirkungen Luftbelastung Innenraum
von Luftschadstoffen
Auch im Innenraum kann es zu erheblichen Konzentra-
● Feinstaub ist ein Gemisch aus Partikeln < 10 μm (0,01 tionen von verschiedenen Schadstoffen kommen. Dabei
Millimeter) aus unterschiedlichen Quellen (1). Verbren- hängt die Luftqualität im Innenraum vor allem von der
nungsprozesse aus Kraftfahrzeugen, Kraftwerken, Hei- Qualität der Außenluft sowie von zusätzlichen Schad-
zungen und Industrieanlagen erzeugen Partikel und stoffquellen im Innenraum ab. So können zum Beispiel
gasförmige Vorläufersubstanzen (Schwefeldioxid und Rauchen, Kaminöfen, Kochen mit oder ohne Gasherd
Stickoxide), die selbst gesundheitsschädigend sind und und Kerzenbrand je nach Lüftungsverhalten zu erhebli-
zusammen mit landwirtschaftlichen Ammoniakemissio- chen Anstiegen der Feinstaub (PM) oder NO2-Konzen-
nen zur sekundären Feinstaubbildung beitragen (2). Die tration führen. Die gesundheitsschädlichen Wirkungen
gesundheitsschädliche Wirkung beruht auf chemischen von zum Beispiel Passivrauchen sind bereits gut
und physikalischen Eigenschaften, die oxidativen untersucht und haben zu entsprechenden Nichtraucher-
Stress (auf Mitochondrien, DNA, Proteine) und systemi- schutzgesetzen in öffentlich zugänglichen Bereichen
sche entzündliche Reaktionen erzeugen (3). Die schä- geführt. Die Weltgesundheitsorganisation sowie
digende Feinstaubeinwirkung auf Lunge und Atemwege nationale Behörden haben für die Innenraumluftqualität
ist unumstritten (e2, e3) und Zusammenhänge werden verschiedene Empfehlungen abgegeben (21, 22). Eine
auch für Herz-Kreislauf-Erkrankungen [e2, 4, e4] und gesetzliche Regulierung wird aufgrund des Schutzes
einige Krebserkrankungen als gesichert angesehen (e5, der Privatsphäre jedoch nur in öffentlich zugänglichen
e6). Feinstaub natürlichen Ursprungs (Bodenerosion, Innenräumen vorgenommen. Die Analyse der Effekte der
Pollen, Mikroorganismen) erzeugt allergische und in- Außenluftbelastung wird hierdurch in aller Regel nicht
fektiöse Krankheitsbilder, Mikroorganismen können verzerrt, da die Innenraumquellen nicht systematisch mit
aber auch zum natürlichen/gesunden menschlichen Mi- der Außenluftbelastung zusammenhängen. Vorstellbar
krobiom beitragen (5). ist jedoch, dass zum Beispiel Kinder von sozial
schwachen Eltern häufiger Passivrauchbelastung und
● Ultrafeine Partikel (< 100 Nanometer) spielen eine Son-
zusätzlich auch häufiger hohen Außenluftbelastungen
derrolle, weil sie in den Blutkreislauf oder das autonome
ausgesetzt sind (weil sozial schwache Familien häufiger
Nervensystem eintreten und so selbst ins Gehirn gelan-
in stärker verschmutzten Stadtteilen leben). In diesem
gen können. Hier besteht dringender Forschungsbedarf
Fall könnte bei einer „naiven“ Analyse eine systema-
und flächendeckende Routinemessungen fehlen.
tische Vermischung des Effekts der Außenluft mit dem
● Ozon und Stickstoffdioxid sind Reizgase, die ebenfalls Effekt der Passivrauchbelastung im Innenraum eintreten.
oxidativen Stress (6) und Entzündungsreaktionen in der In qualitativ hochwertigen Studien wird diese mögliche
Lunge auslösen (7). Ozon entsteht in Bodennähe bei Vermischung von Effekten jedoch durch Berücksichti-
Sonneneinstrahlung durch photochemische Prozesse gung des Sozialstatus im Design oder in der Analyse
aus Stickstoffoxiden und flüchtigen organischen Verbin- der Studie verhindert. Analog wird auch mit anderen
dungen (8) aus inkompletten Verbrennungsprozessen. potenziell über den Sozialstatus mit der Außenluftkon-
In Ballungsgebieten ist der Straßenverkehr – besonders zentration verbundenen Innenraumquellen umgegangen.
Dieselmotoren – die bedeutendste Quelle (9). Ozonbe- Allerdings ist dies nur dann zwingend notwendig, wenn
lastung führt kurzfristig zu atemwegsbedingten Notfall- tatsächlich die Innenraumbelastung mit der Außenluft-
konsultationen und Krankenhauseinweisungen (e5), konzentration zusammenhängt.
langfristig trägt sie zu atemwegsbedingter Sterblichkeit
und Verschlechterung von Asthma bei (10).
● Stickstoffdioxid verschlechtert ebenfalls Asthmasympto-
matiken (11) und erzeugt Atemwegserkrankungen (e8).
Neuere Studien und Übersichtsarbeiten zeigen einen
Sterblichkeitsanstieg von Herz-Kreislauf-Erkrankungen
(12, 13, e7, e8) und von Diabetes (14). Offen bleibt, ob
das NO2 oder das Schadstoffgemisch (für das NO2 ein
Indikator ist) Auslöser ist. Die epidemiologische Evidenz
(14) macht toxikologische Untersuchungen zur biologi-
schen Wirkungsweise von NO2 auf das kardiovaskuläre
System dringend notwendig. In einer Studie mit Diesel-
gas exponierten Ratten, blieb die Herzfunktion trotz
Partikelentfernung durch Filter beeinträchtigt (15).
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