Neue Aspekte der Auswirkungen von Partikeln auf die menschliche Gesundheit

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1 Neue Aspekte der Auswirkungen von Partikeln auf die menschliche Gesundheit 1. Umweltmedizinische Fachtagung Südtirol Fokus Feinstaub Bozen, 30. September 2005 Dr. Joachim Heinrich GSF Institut für Epidemiologie und Ludwigs-Maximilians Universität München

2 Übersicht Gesundheitliche Wirkungen von Partikeln Akute Wirkungen Chronische Wirkungen Ist PM10 gleich PM10? Auf die Verursacher kommt es an und auf das was drin ist. Fenster zu! Problem gelöst? Die Bedeutung von Innenraumschadstoffen. Zusammnefassung

3 World Health Report 2002 Weltweit wichtigste Risikofaktoren für Mortalität sind: 1. Hoher Blutdruck 2. Tabak 3. Hohe Cholesterinwerte 4. Untergewicht 13. Städtische Außenluftbelastung (1.4 % der Gesamtmortalität weltweit ) WHO (2002), Ezzati (2002)

4 Charakterisierung von Partikeln Beispiel: Dieselpartikel Masse, nach Größe (Schwebstaub, PM10, PM2.5) Anzahl Form (Oberfläche) Chemische Zusammensetzung Verursacher Kreyling, GSF-IHB

5 Definitionen PM10: Massenkonzentration von Partikeln mit einem aerodynamischen Durchmesser < 10 μm (feine Partikeln) PM2.5: Massenkonzentration von Partikeln mit einem aerodynamischen Durchmesser < 2.5 μm NC: BS: Anzahlkonzentration von Partikeln Black Smoke

6 Geschätzte Anteile der Kfz- Abgasimmissionen an der mittleren jährlichen Konzentration 1997 Abgasbestandteil Straßennah Städtischer Hintergrund Ländlicher Raum PM 10 (µg/m 3 ) 28 % 18 % 11 % Ruß (EC) (µg/m 3 ) 70 % 90 % 90 % Gesamt Kfz- Abgas Gesamt Kfz- Abgas Gesamt Kfz- Abgas PM 10 (µg/m 3 ) ,5 20 2,3 Ruß (EC) (µg/m 3 ) 12 8,4 4 3,6 2 1,8 Lambrecht (1999)

7 Staubgrenzwerte in EU (EU Richtlinie 1999/30/EG) PM 10 Grenzwerte, Jahresmittel: 40 µg/m 3 (ab 2005) 20 µg/m 3 (ab 2010) Tagesmittel: 50 µg/m 3 (35x Überschreitung); ab 2005) 50 µg/m 3 (7x Überschreitung); ab 2010)

8 PM10 in Deutschland, 2001 Ländlich Städtisch, Hintergrund Verkehrsnah Nähe Schwerindustrie Jahresmittel (µg/m 3 ) Anzahl Tage mit Überschreitung >50 µg/m

9 PM2.5 im Winter in EU Hazenkamp et al 2003

10 Kurzzeitwirkungen vs. Langzeitwirkungen Kurz Studiendesign: Populationsbezogen Panelstudien Lang Studiendesign: Querschnittsstudien Kohorten Zielgrößen: Mortalität Morbidität (Krankenhauseinweisung en, Symptome, Lungenfunktion, Medikamentenbedarf) Entzündliche Effekte, Kardiale Effekte Zielgrößen: Morbidität Mortalität

11 Mortalitätsanstieg bei Zunahme von 10 µg/m 3 PM Total Cardiovascular Respiratory % Chang e in D aily Mortality S a nt a C la r a P h ila de lp h ia U ta h V a lle y B ir m in g h a m C in c inn a tti S ix C itie s S a nt a C la r a P h ila de lp h ia U ta h V a lle y B ir m in g h a m C in c inn a tti S ix C itie s S a nt a C la r a P h ila de lp h ia U ta h V a lle y B ir m in g h a m C in c inn a tti S ix C itie s Dockery & Pope (1999) Air Pollution and Health

12 Partikel beeinflussen die Mortalität in Europa 0,03 Relative Risk [%] 0,02 0,01 0,00-0,01-0,02 Southern Europe North-Western Europe Eastern Europe APHEA II: Katsouyanni et al, 2001

13 Kein Schwellenwert für Partikelwirkung Medina 2005, APHEA II

14 Verschlechterung der Lungenfunktion bei Asthmatikern Feine Partikel (40 µg/m 3 ) Ultrafeine Partikel (9200 /cm 3 ) 0 PEF [l/min] Morgen Abend Morgen Abend Peters (1997) Am. J. Respir. Crit. Care Med.

15 Studien zu Langzeiteffekten Die American Cancer Society (ACS) Studie (Pope, 1995, 2002) Die Harvard Six Cities Studie (Dockery, 1993) Adventist Health Study of Smog (AHSMOG) (Abbey, 1999; McDonnell, 2000) Veterans Administration Cohort Mortalitätsstudie (VA) (Lipfert, 2000) The Netherlands Cohort study on Diet and Cancer (NLCS) (Hoek 2002)

16 Gesundheitliche Langzeitwirkung von Schwebstaub (PM 10 Veränderung pro 10 μg/m 3 ) Zunahme der Sterblichkeit Zunahme der Bronchitis Zunahme von Atemwegsinfekten Erwachsene Säuglinge Erwachsene Kinder Kinder 3 bis 9 % 5,8 % 25 % 37,5 bis 50,9 % 26 % Zunahme von Husten Abnahme Lungenfunktion FVC FEV 1 Erwachsene (NR) Kinder Erwachsene Erwachsene Kinder 41 % 67 bis 90 % -3,1 % -0,7 bis 1,6 % 0 % 1) Wahrscheinlich TSP, obwohl als PM 10 publiziert Datenquelle: 6-Städte-Studie, US-Städte, Säuglingssterblichkeit in tschechischer Republik, SAPALDIA,SCARPOL

17 Risikogruppen: Anfälligkeit für Schadstoffwirkungen (Partikel) Kinder Probanden mit Atemwegssymptomen (Asthma, wheezing) oder familiären Belastungen

18 Studie zu Auslösern von Herzinfarkt Studie zu nicht-tödlichen Herzinfarkten im Alter von 25 bis 74 Jahren basierend auf Herzinfarktregisterdaten in der Region Augsburg Interview aller HI Patienten zwischen 1999 und Mitte 2001 Detaillierte Erfassung aller Aktivitäten während der letzten 4 Tage vor dem Infarkteintritt Peters 2004 NEJM

19 Aufenthaltsdauer im Strassenverkehrsraum und Herzinfarkt 1 Stunde später Aufenthalt im Strassenverkehr Fahrrad adjustiert* adjustiert* Odds Ratio % KI * Anstrengung, Erschöpfung Peters 2004 NEJM

20 Partikeleffekte ( Partikel (PM10, PM2.5) haben Auswirkungen auf die Mortalität und die Morbidität der Bevölkerung. Patienten mit chronischen Lungenerkrankungen, und Herzkreislauferkrankungen sind betroffen. Emissionen des Verkehrs und der Industrie sind bedeutsam. Unklar bleibt: welche Bestandteile für Wirkung verantwortlich sind.

21 Utah Valley Stahlwerk, Ghio und Devlin, Vor (1986) und während Schliessung (1987) und nach Wiedereröffnung (1988) (ng Metall/mg Staub) Eisen Kupfer Zink Blei Nickel Vanadium

22 Utah Valley Stahlwerk, Ghio und Devlin, 2001 Vor (1986) und während Schliessung (1987), sowie nach Wiedereröffnung (1988) Total viable cells (x 10 5 /ml lavage fluid) Year of filter collection for extract -Entzündungsparameter in Lungenflüssigkeit- Extract Saline Protein (µg 10 5 /ml lavage fluid) Year of filter collection for extract Extract Saline IL-8 (µg 10 5 /ml lavage fluid) Year of filter collection for extract Extract Saline

23 Study area Zerbst Hamburg Berlin Bitterfeld Munich Hettstedt

24 Metallgehalte in PM Ratios Hettstedt vs. Zerbst 1993/1994 Ref Ref Ref. Elemental composition of PM HF/HNO 3 solution of PM10 H 2 O/HCl solution of PM2.5 H 2 O solution of PM2.5 Cd (Cadmium) /99 Gavett /02 Schaumann Cr (Chromium) /02 Schaumann Cu (Copper) /99 Gavett /02 Schaumann Fe (Iron) /93-03/94 Roemer /99 Gavett /02 Schaumann Ni (Nickel) /93-03/94 Roemer /99 Gavett /02 Schaumann Pb (Lead) /93-03/94 Roemer /99 LAU Gavett V (Vanadium) /93-03/94 Roemer /99 Gavett /02 Schaumann Zn (Zinc) /93-03/94 Roemer /99 Gavett /02 Schaumann

25 Environ Health Perspect 111: , Sept Study Shows Metals in Air Aggravate Asthma and Allergies Los Angeles Times, p. A25 Friday, May 30, 2003 Air Sickness: How microscopic dust particles cause subtle but serious harm Science News, 164:72-74, August 2, 2003 LOOK HARD. Fine, metal-laden particles from industrial sources in Hettstedt, Germany, are too diffuse to make the air hazy. When Environmental Protection Agency scientists collected and applied these particles to lung tissue from mice, however, they aggravated symptoms of asthma. Similar amounts of relatively metalfree dust had no such effect. Heinrich/ GSF Inst. of Epidemiology

26 Schaumann et al Am J Respir Crit Care Med (2004) 170; Instillation of Hettstedt and Zerbst PM2.5 in Human Healthy Lungs Neutrophile abs. Zerbst 100 microg PM Hettstedt 100microg PM x Baseline Saline H Z 0.0 Baseline Saline H Z Mono % FACS % Baseline Saline H Z Baseline Saline H Z

27 Warum konzentrierte sich epidemiologische Forschung auf Feinstäube in der Außenluft? (1) Spezifische Quellen des Feinstaubes in der Außenluft (SRV, 2004) - Industrie (38 %) - Straßenverkehr (18 %) - Aufwirbelung durch Verkehr (18 %) Regulation in den Innenräumen - Rauchen - Diverse Aktivitäten (Kochen, Staubsaugen) - Penetration aus der Außenluft

28 Warum konzentrierte sich epidemiologische Forschung auf Feinstäube in der Außenluft? (2) Exposure assessment: überwiegend gruppenspezifisch nicht individuell Studiendesigns zur Wirkung von Feinstäuben im Innenraum und in der Außenluft sind verschieden: Übertragbarkeit von Effekten des Feinstaubes in der Außenluft auf Innenräume PM 10 (außen) PM 10 (innen) in Bezug auf Quelle, chemische Zusammensetzung, Toxizität (?)

29 Könnten die Ergebnisse epidemiologischer Studien zur Feinstaubwirkung verfälscht sein durch Feinstaub in Innenräumen? Kurzzeiteffektstudien: Zeitreihenstudien, Panelstudien kein bias durch Innenraumexposition Langzeitwirkungen: Regionale Querschnittsstudien, Kohortenstudien bias nicht auszuschließen

30 Indoor/Outdoor Studie Erfurt Ziel Quantifizierung der in die Innenräume eindringenden PM 2.5, Partikelanzahlkonzentrationen (NC) sowie black smoke (BS) bei unterschiedlichem Lüftungsverhalten UBA FE

31 Lokalisation zeitlich paralleler Messungen innen und aussen Measurement station Major street 40 m Institute of Epidemiology

32 Verhältnis Innen- Aussenluft für unterschiedliche Lüftungsszenarien Indoor/Outdoor ratios and correlations r = Indoor/Outdoor ratio 1 0 PM 2.5 BS NC PM 2.5 BS NC PM 2.5 BS NC Windows closed Windows opened twice a day Windows tilted

33 Zusammenfassung Innen/Aussen-Studie Erfurt Außenluftkonzentrationen von PM 2.5 und BS können in Abwesenheit starker Innenraumquellen als Indikatoren für die Innenraumbelastung dienen In unserer Studie wurden keine Unterschiede für Luv und Lee Seite des Gebäudes gefunden Für NC muss das Lüftungsverhalten stärker als für PM oder BS berücksichtigt werden

34 Value I/O Verhältnisse Study Comments PM / BS / 0.75 NC Our study Monn, 2001 Morawska, 2001 Brunekreef, Meng 2005, 2005 Our study Fischer, 2000 Fischer, 2000 Geller, 2002 Gotschi, 2002 Brunekreef, 2005 Our study Tu and Knutson, 1988 Koponen, 2001 No indoor sources, no ventilation Theoretical value for a home with an a=0.75 h homes without indoor activities 220 homes in Amsterdam, 233 homes in Helsinki 212 non-smoking residences, US No indoor sources, no ventilation Low traffic homes High traffic homes EC Four European cities 220 homes in Amsterdam, 233 homes in Helsinki No indoor sources, no ventilation Human activity, airtight single-family houses Ventilation effects

35 Zusammenfassung Partikel in der Aussenluft schaden der Gesundheit Es kommt nicht nur auf PM10 an, sondern auch darauf an, woher diese kommen und welche Metallen sie enthalten Wirksamer Schutz nur durch Verringerung der Emisssion Abwägung ökonomischer und sozialer Konsequenzen

36 Laufende Forschung Welche Partikeleigenschaften und welche Quellen sind verantwortlich für die Schadwirkungen? Was sind die Gesundheitseffekete der hotspot Exposition in unseren Städten Gibt es zusätzlich zu den bekannten Effekten auf die Lunge weitere? Kennen wir alle empfindlichen Subgruppen und haben wir deren Risiken ausreichend bestimmt?

37 Feinstaub in der Außenluft gesundheitliche Wirkungen ype=publicationtopics Lot1_FINAL(Oct).pdf Wichmann HE, Heinrich J, Peters J. Gesundheitliche Wirkungen von Feinstaub. ecomed Verlag 2004 Evidenz der gesundheitlichen Wirkungen (epi & toxi) führte zu EU-weiten regulatorischen Aktivitäten