Feinstaub und Gesundheit: Kleine Teilchen mit großer Wirkung

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1 Feinstaub und Gesundheit: Kleine Teilchen mit großer Wirkung Dr. Alexandra Schneider (Brook et al. 2004) Helmholtz Zentrum München Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt GmbH, Institut für Epidemiologie II, Neuherberg

2 Luftschadstoffe ein dauerhaftes Problem London, Mitte des 20. Jhd. Peking, Beginn des 21. Jhd. WHO (2012): Weltweit 3.7 Mio. vorzeitige Sterbefälle durch Außenluftschadstoffe (*) Im Vergleich: - Rauchen: 6 Mio. - Alkoholmissbrauch: 3.3 Mio. *80% Ischämische Herzkrankheiten, Schlaganfall 14% COPD 6% Lungenkrebs

3 Luftschadstoffe Gase und Feinstaub Schwefeldioxid (SO 2 ) Stickstoffoxide (NO, NO 2 ) Kohlenmonoxid (CO) Ozon (O 3 ) Feinstaub (Partikelmasse < 10 µm; PM 10 ) PM 10 : Bisher wichtigster Schadstoff für die Gesundheit laut WHO

4 Zusammensetzung der Umweltpartikel Rußpartikel Volatile organische Kohlenwasserstoffe Metalle Anorganische Salze: Ammoniumnitrat Ammoniumsulfat Bodenpartikel Biologische Materialien

5 Umweltpartikel Feinstaub: Giftstoffe Metalle Sekundäre Sulfate und Nitrate Organische Kohlenstoffkomponenten Kern aus elementarem Kohlenstoff PM 10 : < 10 µm (Masse) Feine Partikel: PM 2.5 : < 2.5 µm (Masse) Ultrafeine Partikel (Nanopartikel): UFP: < 0.1 µm (Anzahl) (=100 nm) Dichte Form (Oberfläche) Chemische Zusammensetzung

6 Ultrafeine Partikel sind klein.. Ein ultrafeines Partikel verhält sich zu einem Fußball.... wie ein Fußball zur Erde.

7 Welche Komponenten im Feinstaub sind gefährlich? % hoch toxisch Verbrennungsprodukte aus: - Kfz-Emissionen (v.a. Dieselfahrzeuge) - Industrie - Hausbrand PM10 (%) % wenig toxisch - Aufgewirbelter Staub - Reifenabrieb - Biologische Materialien - Staub aus Ferntransport Diese Anteile sind weit weniger riskant, machen aber 70% - 80% von PM 10 aus. 0 ohne Umweltzone mit Umweltzone

8 Beispiel EU: Jährliche mittlere PM 2.5 -Konzentrationen WHO Air quality guidelines, März 2014 * *U.S. Environmental Protection Agency National Ambient Air Quality Standard Eeftens et al. 2012

9 Partikeldeposition im Atemtrakt und Translokation Partikel bzw. Partikelkomponenten können von der Lunge in den Blutkreislauf und von dort in alle Organe gelangen. Nach Kreyling et al. 2005

10 Gesundheitseffekte von Luftschadstoffen Inhalation von Außenluftpartikeln Lokale Effekte Inflammation Systemische Effekte Akute-Phase-Proteine Zytokine Asthma Bronchitis Ischämie Arrhythmien

11 Pyramide der Gesundheitsauswirkungen von Luftschadstoffen Zunehmede Schwere der Effekte Mortalität Krankenhauseinweisungen Aufsuchen der Notaufnahme Vermehrte Medikamenteneinnahme Auftreten oder Verstärkung von respiratorischen Symptomen (z.b. schlechte Lungenfunktion) und/oder Herzkreislauferkrankungen Symptome ohne Krankheitswert bei gesunden Personen Anteil der Bevölkerung

12 Organe, für die Gesundheitseffekte nachgewiesen wurden: Lunge Gehirn Herz Metabolic disorders Diabetes Liver Disorders Stoffwechsel Changes in repolarisation Gefäßsystem Fortpflanzungsorgane Nach Rückerl et al. 2011

13 Studien zu Langzeiteffekten von Luftschadstoffen (Kohortenstudien) Zusammenhang zwischen dem jährlichen Mittel in der Luftschadstoffbelastung und (ursachenspezifischer) Morbidität und Mortalität Beispiele: American Cancer Society (ACS) Study (Pope et al. 1995, 2002; Krewski et al. 2000, 2009) Harvard Six Cities Study (HSC) and follow-up (Dockery et al. 1993; Laden et al. 2006) Netherlands Cohort Study on Diet and Cancer (NCLS) and follow-up (NCLS-AIR) (Hoek et al. 2002; Beelen et al. 2008, Brunekreef et al. 2009) European Study of Cohorts for Air Pollution Effects (ESCAPE) (Raaschou-Nielsen et al. 2013; Beelen et al. 2014; Cesaroni et al. 2014)

14 Relative Risiken (RR) für Sterblichkeit assoziiert mit einer Erhöhung von PM 2.5 um 10 µg/m³ HSC: Harvard-Six-Cities Study ACS: American-Cancer-Society Study Todesursachen: Alle Kardiopulmonal Lungenkrebs Andere 30% % Anstieg RR 25% 20% 15% 10% 5 % 0 % -5 % -10% HSC ACS HSC ACS HSC ACS HSC ACS Dockery et al. (1993), Pope et al. (2002)

15 Verringerung der Lebenserwartung aufgrund anthropogener PM 2.5 (Monate) (basierend auf EU-Regularien) Deutschland: 10 Monate! EU-Durchschnitt 2000 vs. 2020: - Lebenserwartung: Reduktion von 9 auf 6 Monate - Jährlich vorzeitige Sterbefälle reduziert auf Jährlich Krankenhauseinweisungen reduziert auf Clean Air for Europe (CAFE) 2005

16 Verbesserte Luftqualität und längere Lebenserwartung (U.S.-Städte) Lebenserwartung vs. PM Lebenserwartung vs. PM Verringerung vom PM 2.5 um 10µg/m³ ( ) führt zu verlängerter Lebenserwartung ( ) von im Mittel 0.61 (±0.20) Jahren.(*) Verbesserung der Luftqualität für 15% des gesamten Anstiegs der Lebenserwartung verantwortlich. *Adjustiert für sozioökonomische und demographische Variablen + Prävalenz von Rauchen Pope et al. (2009)

17 Quantifizierung der Kosten gesundheitlicher Wirkungen von Feinstaub Beispiel USA Amount ($ billions/year) Health benefit from air pollution Estimation for 2020 regulation between 1996 and 2006 $63 to $430 billion Annual benefits Benefit basiert auf Verminderung von: Krankenhauseinweisungen - Notaufnahmen 15 - Fehltage Arbeit / Schule - Vorzeitige Sterbefälle Annual costs Benefit 2020 Costs 2020 $25 to $28 billion Größter geschätzter Benefit ALLER Federal Regulations ist der Reduktion eines einzelnen Luftschadstoffes zuzuschreiben: PM 2.5 White House Office of Management and Budget (OMB): Report to Congress on the Costs and Benefits of Federal Regulations 2007:

18 Studien zu Kurzzeiteffekten von Luftschadstoffen Zusammenhang zwischen einer kurzfristigen Luftschadstoffbelastung (z.b. Tag zu Tag Variation) und (ursachenspezifischer) Morbidität und Mortalität sowie anderer Größen, z.b. Medikamenteneinnahme, Blutparameter, EKG-Parameter Beispiele: National Morbidity, Mortality and Air Pollution Study (NMMAPS): 90 largest cities in the US (Samet et al. 2000; Dominici et al. 2005) Air Pollution and Health: a European Approach (APHEA-Study I+II): 12 (I) and 29 (II) cities in Europe (Katsouyanni et al and 2001)

19 APHEA II: Erhöhte Mortalität durch Zunahme von 10µg/m 3 PM 10 0,03 0,02 Osteuropa Anstieg RR 0,01 0,00 Südeuropa Eastern Europe Southern Europe -0,01 Nord-Westeuropa North-Western Europe -0,02 Meta-Analyse at ba ma to mi ro ly pa tel. bas zu ge bi lo st he.. bu cr er tep pr... fix ran Katsouyanni et al. 2001

20 Aufenthalt im Verkehr und Herzinfarkt Untersucht wurden nicht-tödliche Herzinfarkte im Alter zwischen 25 und 74 Jahren, basierend auf dem KORA Herzinfarktregister in Augsburg 12 Aufenthalt im Verkehr in den Stunden vor dem Herzinfarkt (n=691) Interview am Krankenbett aller Fälle zwischen 1999 und Mitte Detaillierte Erfassung aller Aktvitäten während der 4 Tage vor dem Herzinfarkt Stunden vor dem Herzinfarkt Peters et al. 2004, Peters et al. 2005

21 Verkehrsexposition und Herzinfarkt eine Stunde später Im Verkehr Odds Ratio 2.9 (2.7)* 95% Konfidenzintervall ( )* Autos Öffentliche Verkehrsmittel Fahrräder 3.9 (1.8)* ( )* *Adjustiert für Anstrengung, Aufenthalt im Freien und Aufstehen am Morgen Peters et al. 2004, Peters et al. 2005

22 Besonders empfindliche Lebensabschnitte Gesundheitseffekte von Luftschadstoffen sind nicht immer gleich: Zeugung Schwangere / Föten Kinder Chronisch Kranke Ältere

23 Einfluss individueller Charakteristika Genetische Faktoren Ernährung Erkrankungen Persönlichkeit Alter Körperliche Kondition / Fitness Geschlecht Aus: Basic Epidemiology von R. Beaglehole and R. Bonita

24 Urbanisierung Urbanisierung: Gebaute Umwelt Luftqualität Lärm Hitze/Kälte Grünflächen Wasserflächen Verhalten Lebensstil Sozioökonomischer Kontext Gesundheit der Bevölkerung und jedes Einzelnen

25 Partikel treten über die Atemwege ein doch ihre Effekte reichen weit darüber hinaus Blutgefäß Partikel Freisetzung von Mediatoren durch Makrophagen und Epithelzellen Verminderte Bewegung Partikel überwinden Epithelschranke

26 Zusammenfassung Es gibt eine große Anzahl von Gesundheitseffekten durch Feinstaub. Sie wurden in Langzeit- und Kurzzeitstudien beobachtet. Für die Gesundheit von Erwachsenen spielen die Effekte auf das Herz-Kreislaufsystem eine wichtige Rolle. Besonders Luftschadstoffe aus dem Straßenverkehr können sofortige Gesundheitseffekte zeigen. U. a. können chronische Erkrankungen (z.b. Diabetes) das Risiko noch erhöhen. Die Grenzwerte der EU sind nicht ausreichend, um vor negativen Auswirkungen auf die Gesundheit zu schützen. Und: Es gibt derzeit keinen Grenzwert für ultrafeine Partikel.

27 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Fragen? Dr. Alexandra Schneider

28 Feinstaub und Gesundheit: Kleine Teilchen mit großer Wirkung Dr. Alexandra Schneider (Brook et al. 2004) Helmholtz Zentrum München Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt GmbH, Institut für Epidemiologie II, Neuherberg