Ministerium für Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz

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1 Gesundheitliche Wirkungen von Feinstaub Stand02/2010 Zahlreiche wissenschaftliche Studien in den USA und Europa befassen sich mit der Staubproblematik im Zusammenhang mit den gesundheitlichen Wirkungen auf den Menschen, insbesondere mit der Fragestellung, ob Schwebstaub in der Umgebungsluft (TSP, PM10, PM2,5 und ultrafeine Partikel) mit kurz- bzw. langfristigen Gesundheitseffekten verbunden sind. Die umfangreichste epidemiologische Langzeit-Studie ist bisher die American Cancer Society Studie (ACS-Studie), die ca Erwachsenen in 154 Städten über einen Zeitraum von 8 Jahren beobachtet hat. Stäube sind im allgemeinen Feststoffpartikel. Aber auch Gase (z.b. Stickoxide, Schwefeloxide, Ammoniak) und Flüssigkeiten bilden in der Luft Partikel. Die Partikel (Particulate Matter: PM) werden hinsichtlich ihrer Partikelgröße (hier einem Durchmesser) unterschieden: Gesamtschwebstaub (total suspended particulates, TSP): Partikel bis zu rund 30 µm inhalierbarer Schwebstaub (thoracic particulates, PM10) = Feinstaub: Partikel < 10 µm lungengängiger Schwebstaub (respirable particulates, PM2,5): Partikel < 2,5 µm Ultrafeine Partikel (UP): Teilchen < 0,1 µm. Daneben werden die chemische Zusammensetzung und die Gesamtoberfläche betrachtet. Die chemisch-physikalischen Eigenschaften beeinflussen das Verhalten in der Umwelt, wie den Transport, die Verweildauer und die Aufnahme in der Lunge [37]. Je kleiner die Teilchen sind, um so besser können sie in die Atemwege vordringen. Zum Beispiel PM2,5 gelangen bis in die Lungenbläschen [31]. Partikel können aus natürlichen oder aus anthropogenen Quellen stammen. Natürliche Quellen können unter anderem Prozesse der Bodenerosion, Sandstürme, Waldbrände, Vulkanausbrüche, aber auch biogene Stäube (Pilze, Sporen, etc.) sein. Nach einer Studie des Länderausschusses für Immissionsschutz (LAI) ist der Straßenverkehr mit 45 bis 65 % an den in Verkehrsnähe gemessenen Spitzenbelastungen an inhalierbaren Schwebstaub beteiligt [21]. Weitere anthropogene Quellen sind Produktionsprozesse, Verbrennungsprozesse bei der Energieerzeugung oder Umschlagprozesse von Schüttgütern. Haushalte emittieren auch Staub. Zahlreiche Untersuchungen haben einen Zusammenhang zwischen Partikel-Immissionen und den gesundheitlichen Beeinträchtigungen beim Menschen festgestellt. Neben Krankheitssymptomen und Erkrankungen, wie: (chronischer) Husten Bronchitis Herz-Kreislauf-Probleme (Kardiovaskuläre Effekte) Beeinträchtigung der Lungenfunktionsmesswerte (vor allem bei Kindern) Lungenkrebs werden auch eine Beeinflussung der Mortalität (Sterblichkeit) und eine Verkürzung der Lebenserwartung beschrieben. Für Feinstaub lässt sich aus den Studien kein Wirkungsschwellenwert ableiten, d.h. eine untere Wirkungsschwelle unterhalb derer gesundheitliche Auswirkungen nicht mehr festzustellen sind, gibt es nicht [18].

2 Seite 2 1 Epidemiologische Studien 1.1 Langzeiteffekte [1,15;34;36] Kohortenstudien erfassen Langzeiteffekte von Luftverunreinigungen in Gebieten mit unterschiedlich hoher Belastung und werden unter Berücksichtigung individueller Einflussfaktoren durchgeführt. Hierzu zählen z.b. Rauchen, berufliche Belastungen und unspezifische Größen wie Ausbildung oder Sozialstatus. Einige Studien betrachten nur die Mortalität der erwachsenen Bevölkerung, andere beziehen die Mortalität bei älteren Personen, vermindertes Geburtsgewicht sowie Totgeburten und Mortalität bei Kleinkindern, Krankenhausaufnahmen infolge Atemwegsoder Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Bronchitis bei Kindern oder Erwachsenen, Asthmaattacken oder Veränderungen der Lungenfunktion ein. Diese Studien ergeben: Langzeitexposition (über Jahre und Jahrzehnte) gegenüber PM ist mit ernsthaften gesund heitlichen Auswirkungen verbunden. Im Hinblick auf die Mortalität (Sterblichkeit) gilt dies für die Gesamtmortalität, die kardio pulmonale und die Lungenkrebsmortalität, ebenso wie für die Kindersterblichkeit. Daraus resultiert eine relevante Verkürzung der Lebenserwartung. Die relativen Risiken für die Gesamtmortalität der verschiedenen Studien sind vergleichbar. Personen, die angeben, nie geraucht zu haben, weisen das niedrigste Risiko auf. Exraucher und Raucher haben ein höheres Risiko. Für die unterschiedlichen Risiken ist wahrscheinlich die Vorschädigung der Atemwege durch das Rauchen verantwortlich. Auswirkungen von PM auf die Morbidität (Erkrankungshäufigkeit) werden für Atemwegs symptome, das Lungenwachstum und die Funktion des Immunsystems nachgewiesen. 1.2 Kurzzeitstudien [1; 25; 34; 36] Mit Zeitreihenstudien lassen sich kurzfristige Veränderungen der Schadstoffbelastung in der Außenluft, die mit einem Anstieg der Morbidität oder Mortalität in der Bevölkerung oder bei ausgewählten Probanden oder Patienten verbunden sind, nachweisen. Analysiert werden können z.b. kurzfristige Schwankungen der Anzahl von Todesfällen, neu auftretende Erkrankungen, eine Verschlechterung bestehender Erkrankungen oder Änderungen physiologischer Parameter (z. B. Lungenfunktion) Lungenfunktion und Atemwegssymptome In zahlreichen epidemiologischen Studien werden Kurzzeiteffekte bei Atemwegserkrankungen beschrieben: Die Verschlechterung einer bereits bestehenden respiratorischen Erkrankung und akuter Atemwegssymptome der oberen und unteren Atemwege sowie Husten nehmen mit steigender Partikelkonzentration zu. Die Lungenfunktion wird dagegen eingeschränkt und nimmt ab. Asthmatiker reagieren besonders empfindlich. Bei ihnen wird eine Zunahme des Medikamentenverbrauchs / der Benutzung von Inhalatoren als Reaktion auf Beschwerden bei erhöhten Luftschadstoffbelastungen verzeichnet. Bei Erwachsenen mit Asthma können anhand von "Tagebuchstudien" Effekte durch feine und ultrafeine Partikel nachgewiesen werden. Die Wirkungen von ultrafeinen Partikeln werden etwas stärker.

3 Seite 3 Die Luftbelastung durch Partikel scheint involviert zu sein, wenn akute respiratorische Infektionen bei Älteren mit kardiopulmonalen Krankheiten zu Komplikationen mit der kardialen Grunderkrankung führen. Dies gilt auch für anschließende Krankenhausaufnahmen. Die PM-Exposition und zum Teil mit weiteren Schadstoffen beeinflusst die Anzahl an Krankenhausaufnahmen aufgrund respiratorischer Krankheiten Kardiovaskuläre Erkrankungen und Symptome In Studien, die die gesundheitlichen Wirkungen des Feinstaubs bzgl. der Herz-Kreislauf-Effekte betrachten, wird folgendes beschrieben: Die Verschlechterung des Gesundheitszustandes bei Patienten mit Herz- Kreislauferkrankungen ist epidemiologisch sowohl im Hinblick auf die Mortalität als auch die Morbidität belegt. Die Krankenhauseinweisungen aufgrund von Herz-Kreislauf-Erkrankungen steigen an Tagen mit höherer Partikelkonzentration an. PM bewirken Veränderungen in der Physiologie des Herzens und bei der Blutgerinnung. Die Studienergebnisse entsprechen den Befunden aus tierexperimentellen Studien. Erhöhungen der Plasmaviskosität im Zusammenhang mit erhöhten Partikelkonzentrationen können in Smogepisoden nachgewiesen werden. Für entsprechend anfällige Personen bedeutet das ein Risiko, einen Herzinfarkt zu erleiden. Noch deutlicher ausgeprägt ist der Effekt der Partikel auf das C-reaktive Protein (CRP). CRP ist ein sensitiver Parameter für Entzündungsreaktionen, Gewebsschäden und Infektionen sowie ein Risikofaktor für den Herzinfarkt. Zumeist treten die Effekte nach einer Episode erhöhter Schadstoffbelastung ohne oder mit einer Verzögerung von 1-5 Tagen auf. In Studien zu ultrafeinen Partikeln deuten sich Verzögerungen von mehreren Tagen an Mortalität Es liegen mittlerweile umfangreiche Studien vor, in denen ein Zusammenhang zwischen Feinstaub und der täglichen Mortalität beobachtet wird. Die stärkeren gesundheitlichen Effekte ließen eine Tendenz für einen Zusammenhang zwischen der NO 2 -Konzentration und der Partikelkonzentration erkennen. Untersuchungen zur ursachenspezifischen Mortalität zeigten stärkere Effekte bei atemwegsbezogenen Todesursachen im Vergleich zu kardiovaskulären Todesursachen. Es wird vermutet, dass Partikel aus Verkehrsabgasen toxischer als andere Partikel sind [34]. 2 Toxikologische in-vivo- und in-vitro-untersuchungen [1; 20; 34] Grundsätzlich lassen sich im Tier- und in in-vitro-versuchen (d.h. wissenschaftliche Versuche im Reagenzglas) deutliche Hinweise für eine mechanistische Begründung der epidemiologischen Beobachtungen finden. Allerdings werden die Beurteilung von Wirkungen der inhalierbaren bzw. lungengängigen Partikel im Tiermodell und die Übertragung der Ergebnisse auf den Menschen unter anderem durch folgende Aspekte erschwert: Die Anatomie der Lunge und die Reinigungsmechanismen zwischen den eingesetzten Versuchstieren und Menschen sind teilweise sehr unterschiedlich.

4 Seite 4 Tier-experimentelle Befunde beruhen auf akuten Expositionsstudien. Sie können folglich nur zum Teil die langjährige Exposition von Probanden und Patienten in epidemiologischen Studien reproduzieren. Die toxikologischen Studien ergeben u.a. folgende Ergebnisse: Die chemische Zusammensetzung der Partikel scheint die Toxizität stark zu beeinflussen (organische Bestandteile, Metalle). Studien an Ratten zeigen, dass ultrafeine Partikel eine stärkere Toxizität im Vergleich zu feinen Partikeln der gleichen Massendosis haben. Potenzielle Mechanismen, die zu einer erhöhten Toxizität der ultrafeinen Partikel beitragen, sind noch nicht geklärt. Die Größe der Partikel, Aktivität freier Radikale, Freisetzung von Übergangsmetallen und ihre Unlöslichkeit scheinen die wichtigsten Faktoren für die Induktion von Entzündungen zu sein. [34, S. 262] Die bisher durchgeführten tierexperimentellen Untersuchungen zeigen, dass Wirkungen nach akuter Exposition nicht an gesunden erwachsenen Tieren, sondern meist erst bei älteren und bei vorgeschädigten Tieren zu beobachten sind. Diese Ergebnisse stehen in Einklang mit den Beobachtungen epidemiologischer Studien, die einen Anstieg der Mortalität und Morbidität insbesondere bei alten Menschen und bei Personen mit Atemwegs- oder Herz-Kreislauf-Erkrankungen beobachten. [1, S. 23] 3 Kanzerogenität von Dieselruß-Partikeln Zahlreiche epidemiologische Kohorten- und Fall-Kontroll-Studien existieren zum Lungenkrebsrisiko von Dieselmotorenemissionen beim Menschen. Zum Beispiel bei Berufstätigen, die gegenüber Dieselmotorenemissionen exponiert sind, zeigt sich ein erhöhtes Lungenkrebsrisiko. In Inhalationsversuchen bei Ratten führen hohe Konzentrationen von Dieselmotoremissionen zu Lungentumoren. [34, S. 262] Eine Studie im Auftrag der Umweltbundesamt ermittelte, dass von den ca Menschen, die im Jahr versterben, ca. 1 bis 2 % der Todesfälle den Kfz-Abgasen aus Dieselfahrzeugen (Dieselrußpartikel: 0,2 µm bis 0,5 µm) zuzuordnen sind. Ca bis dieser Fälle sind auf Atemwegs- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen und etwa bis auf Lungenkrebs zurückzuführen. [37] Zusammenfassung Partikel insbesondere die ultrafeinen Partikel werden als das derzeit wichtigste Problem der Luftverschmutzung angesehen. Der gegenwärtige Wissensstand aus epidemiologischen Studien zum Zusammenhang der Partikel-Konzentration in der Umgebungsluft mit Gesundheitseffekten lässt sich folgendermaßen zusammenfassen: Die WHO stellt in ihren WHO-Luftgüte-Richtlinien 2005 heraus, dass es keine Konzentrationsschwelle für eine Feinstäube gibt, unter dessen Wert eine gesundheitliche Gefährdung ausgeschlossen werden kann. Eine große Anzahl von Untersuchungen zeigt einen starken Zusammenhang zwischen Partikel-Immissionen und Gesundheitsbeeinträchtigungen (vor allem kardiovaskuläre Effekte). (Siehe:

5 Seite 5 Es kann als gesichert gelten, dass inhalierbarer und lungengängiger Schwebstaub gemessen als Partikelmasse PM10 und PM2,5, sowohl bei Kurzzeitexpositionen als auch bei Langzeitexpositionen adverse Einflüsse auf die Morbidität und Mortalität durch Atemwegserkrankungen und Herz-Kreislauferkrankungen hervorrufen kann. Darüber hinaus werden die Gesamtsterblichkeit und damit die Lebenserwartung beeinträchtigt. Es gibt ernst zu nehmende Hinweise, dass diese Effekte insbesondere durch ultrafeine Partikel (PM0,1) ausgelöst werden. [34, S. 270] Auch die United States Environmental Protection Agency (Umweltschutzbehörde der USA) bewertet epidemiologische Ergebnisse dahingehend, dass Gesundheitseffekte mit ultrafeinen Partikeln verbunden sind. Die Verschlechterung des Gesundheitszustandes bei Patienten mit Herz-Kreislauf- Erkrankungen ist epidemiologisch sowohl im Hinblick auf die Mortalität als auch die Morbidität belegt. Auch das Alter erweist sich in epidemiologischen Studien als ein wichtiger Risikofaktor. Eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber Schwebstaub weisen sehr alte Menschen sowie Früh- und Neugeborene auf. In den epidemiologischen Studien können keine Wirkungsschwellen für Feinstaub festgestellt werden. Auch bei den gesundheitlichen Wirkungen von Schwebstaub scheint die individuell erworbene oder genetisch determinierte Empfindlichkeit eine besondere Rolle zu spielen. Studien zeigen, dass eine Reduktion der Partikel-Konzentrationen einen positiven Effekt auf die menschliche Gesundheit hat und so eine große Zahl von Partikel-assoziierten respiratorischen und kardiovaskulären Erkrankungen vermieden werden könnte. Epidemiologische Studien deuten darauf hin, dass es eine Beziehung zwischen bestimmten Emissionsquellen, vor allem Automotoren und Kohlekraftwerken, und Gesundheitsbeeinträchtigungen gibt Die Kanzerogenität - bezüglich des Lungenkrebsrisikos - von Dieselruß ist im Tierversuch nachgewiesen. Belege für eine Kanzerogenität beim Menschen haben in den letzten Jahren zugenommen. Aus den vorliegenden Untersuchungen zur gesundheitlichen Relevanz der Feinstäube ergibt sich die Notwendigkeit, die Feinstaub-Emission zu minimieren und die Immissionsbelastung dauerhaft zu begrenzen.

6 Literatur Gesundheitliche Wirkungen von Feinstaub [1] Arbeitsgruppe Wirkungen von Feinstaub auf die menschliche Gesundheit der Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN: Bewertung des aktuellen wissenschaftlichen Kenntnisstandes zur gesundheitlichen Wirkung von Partikeln in der Luft. Umweltmed Forsch Prax 8 (5) (2003) [15] Heinrich, Joachim; Grote, Veit; Peters, Annette; Wichmann, H.-Erich: Gesundheitliche Wirkungen von Feinstaub: Epidemiologie der Langzeiteffekte. Umweltmed Forsch Prax 7 (2) (2002) [18] Lahl, U.; Steven,W.: Verkehrslenkung und - beschränkungen als rechtlich zulässige Handlungsmöglichkeiten der Luftreinhaltepolitik. Internat. Verkehrswesen (57), S (2005) [19] Lahl, U.; Steven, W.: Reduzierung durch Partikelimmissionen eine gesundheitspolitische Schwerpunktaufgabe. Teil 1: Luftbelastung durch Partikel und gesundheitliche Auswirkungen. Gefahrstoffe Reinhaltung der Luft 64 (2004) Nr. 7/8, S [20] Lahl, U.; Steven, W.: Reduzierung durch Partikelimmissionen eine gesundheitspolitische Schwerpunktaufgabe. Teil 2: Maßnahmenprogramm zur Reduzierung der Emissionen von Partikeln. Gefahrstoffe Reinhaltung der Luft 64 (2004) Nr. 9, S [21] LAI (Länderausschuss für Immissionsschutz). Mindestpotentiale verschiedener Maßnahmen für PM 10/2,5 und NOx im Straßenverkehr, 2000 In: Wichmann, H.-Erich: Abschätzung positiver gesundheitlicher Auswirkungen durch den Einsatz von Partikelfiltern bei Dieselfahrzeugen in Deutschland. 7. Juni 2003 (Im Auftrag des Umweltbundesamtes Berlin) [25] Peters, Annette; Heinrich, Joachim; Wichmann, H.-Erich: Gesundheitliche Wirkungen von Feinstaub Epidemiologie der Kurzzeiteffekte. Umweltmed Forsch Prax 7 (2) (2002) [31] UMK AG Umwelt und Verkehr : Partikelemissionen des Straßenverkehrs. Endbericht der UMK AG Umwelt und Verkehr Entwurf, September [34] Umweltgutachten 2002 des Rates von Sachverständigen für Umweltfragen. Für eine neue Vorreiterrolle. Deutscher Bundestag. Drucksache 14/8792 vom [36] Voss, Jens-Uwe; Hassauer, Martin): Vorbeugender Gesundheitsschutz durch Mobilisierung der Minderungspotentiale bei Straßenverkehrslärm und Luftschadstoffen Teilprojekt Risikoberechnung zum Einfluss verkehrsbedingter Luftschadstoffe und Straßenverkehrslärm auf die Gesundheit exponierter Personen. Endbericht, Januar Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und des Landes Nordrhein-Westfalen (Auftraggeber und Hrsg): Düsseldorf, 1. Auflage, September [37] Wichmann, H.-Erich: Abschätzung positiver gesundheitlicher Auswirkungen durch den Einsatz von Partikelfiltern bei Dieselfahrzeugen in Deutschland. 7. Juni 2003 (Im Auftrag des Umweltbundesamtes Berlin)