Möglichkeiten und Grenzen umweltepidemiologischer Studien am Beispiel Feinstaub Norbert Englert, Umweltbundesamt Berlin
Untersuchungsansätze (1) Exposition Höhe Dauer Pfad Metabolismus Zellkultur?? (-) Tierversuch () () Humanexperiment ( ) - Kasuistik? () Epidemiologie (-)?
Untersuchungsansätze (2) Wirkungserfassung Zellkultur Tierversuch Humanexperiment Kasuistik Epidemiologie praktisch () () () () ethisch () ()?
Untersuchungsansätze (3) Ansatz Zellkultur Tierversuch Humanexperiment Kasuistik Epidemiologie Expositionszeit kurz? Expositionszeit lang -?
Untersuchungsansätze (4) Ansatz Zellkultur Tierversuch Humanexperiment Kasuistik Epidemiologie Übertragbarkeit auf den Menschen?? Aussage über Kausalität ()???
Hill, Austin Bradford (1897-1991) Britischer Epidemiologe und Statistiker. Hat zusammen mit William Richard Doll in einer Studie mit über 30.000 britischen Ärzten als erster die Verbindung zwischen Zigarettenrauchen und Lungenkrebs gezeigt.
Epidemiologie und Kausalität Hill-Kriterien: Stärke der Assoziation Konsistenz (wiederholt beobachtet?) Spezifität Zeitlicher Ablauf Biol. Gradient (Dosis-Wirkungs-Kurve) (Biologische) Plausibilität Kohärenz Experiment Analogie Sir Austin Bradford Hill, Proc. Royal Soc. Med. 58 (1965) 295-300
Stärke der Assoziation Wirkungsendpunkt Husten Untere Atemwegssymptome Respiratorisch bedingte Krankenhausaufnahmen Mortalität RR für PM 10 (10 µg/m³) (95%-Konfidenzintervall) 1,0356 (1,0197-1,0518) 1,0324 (1,0185-1,0464) 1,0080 (1,0048-1,0112) 1,0074 (1,0062-1,0086) Zigarettenrauchen RR 5-10 WHO AQG, 2000
Wirkung mit Exposition : Wirkung ohne Exposition = Relatives Risiko (RR)
Konsistenz (1) Beobachtungen (Zeitreihen) in Europa Mittel- und Südamerika USA Asien Aber: Ähnliche statistische Auswertungsmodelle
Konsistenz (2) HEI (Health Effects Institute) Particle Epidemiology Evaluation Project (Reanalyse von Zeitreihen-Untersuchungen): Ergebnisse prinzipiell bestätigt. Particle Epidemiology Reanalysis Project (Reanalyse von 2 Kohorten-Studien): Ergebnisse prinzipiell bestätigt.
Spezifität (1) HEI (Health Effects Institute): Increased relative risk of mortality may be attributed to more than one component of the complex mix of ambient air pollutants in urban areas in the United States. Das erhöhte RR für Mortalität kann mehr als einer Komponente des komplexen Gemisches von Luftverunreinigungen in städtischen Gebieten der USA zugeschrieben werden.
Spezifität (2) Inhalation und andere Ursachen
Zeitlicher Ablauf 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Mort./d mg/m³ 12/1952 2,4 2,0 1,6 1,2 0,8 0,4 Logan, The Lancet, Feb. 14, 1953
Biologischer Gradient At low levels of (short-term) exposure (defined as 0-100 µg/m³ for PM10), the exposure-response curve fits a straight line reasonably well. Bei niedriger Expositionshöhe (Kurzzeit, 0-100 µg/m³ PM10) stimmt die Expositions-Wirkungs- Kurve recht gut mit einer Geraden überein. WHO AQG, 2000
Abweichung der täglichen Mortalität vom 15-Tage- Durchschnitt und Konzentration von Black Smoke 40 30 20 10 0-10 -20-30 100 200 300 400 500 600 800 1200 Ware et al., Env Health Persp 41 (1981) 255-276
Kohärenz Mortalität Erkrankungen Symptome
Experiment (1) Wirkungen, soweit möglich, auch im Experiment zu beobachten, aber erst bei deutlich höheren Konzentrationen.
Experiment (2) 60 Luftverschmutzung in Dublin Jahresmittelwert in µg/m³ 50 40 30 20 1984-90 1990-96 10 0 Black smoke SO2 Lancet 360 (2002) 1210-1214
Experiment (3) Todesfälle auf 1000 Personenjahre in Dublin 10 8 6 4 1984-90 1990-96 2 0 TM CVM RM OM Lancet 360 (2002) 1210-1214
Zusammenfassung Kausalität Statistische Assoziation Feinstaub Wirkungen Wahrscheinlich kausal Aber: Nur oder auch Staub? Welche Komponente? Welche Gruppen?
Nur oder auch Staub? (1) SO 2 und Staub Staub Staub und SO 2
Nur oder auch Staub? (2) Meßfehler bei Exposition In 2-Komponenten-Modellen wird Effekt eher der Meßgröße mit dem geringeren Fehler zugeschrieben Kollinearität Wenn parallel, dann nicht auftrennbar
Welche Komponente? (1) Bezeichnung Gesamtstaub PM10 PM2,5-10 PM2,5 Ultrafeinstaub Korngröße 0 30 µm < 10 µm 2,5 10 µm < 2,5 µm < 0,1 µm
Welche Komponente? (2) Korngröße bestimmt Depositionsort Korngröße, Herkunft und Inhaltsstoffe nicht unabhängig
Welche Komponente? (3) 1,30 1,25 1,20 1,15 1,10 1,05 1,00 0,95 TSP TSP-PM10 PM10 µg/m³ Dockery et al., NEJM 329 (1993) 1753-9
Welche Komponente? (4) 1,30 1,25 1,20 1,15 1,10 1,05 1,00 0,95 PM10 PM10-PM2,5 PM2,5 µg/m³ Dockery et al., NEJM 329 (1993) 1753-9
Welche Komponente? (5) 1,30 1,25 1,20 1,15 1,10 1,05 1,00 0,95 PM2,5 PM2,5-Sulf Sulfat µg/m³ Dockery et al., NEJM 329 (1993) 1753-9
Welche Komponente? (6) 1,40 1,30 1,20 M F 1,10 1,00 0,90 0 5 10 15 20 25 30 EPA/600/P-95/00cF Air Quality Criteria for Particulate Matter
Welche Gruppen? (1) 80 70 60 50 40 30 29/11 06/12 13/12 20/12 27/12 03/01 20 10 0 <01 1-44 45-64 65 Logan, The Lancet, Feb. 14, 1953
Welche Gruppen? (2) 1,5 < High School 1,4 High School 1,3 > High School 1,2 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 Alle CV Resp. Lu.Ca. And. Carc. Sonst. ACS, HEI Reanalysis, 2000
Kohortenstudien (Mortalität): Lebenserwartung vermindert um ca. 1 Jahr pro 10 µg/m³ PM10
Möglichkeiten und Grenzen umweltepidemiologischer Studien Richtige Spezies Realistische (Expositions)-Bedingungen Kurz- und Langzeitbeobachtungen Viele Probanden Ethische Probleme eher gering
Möglichkeiten und Grenzen umweltepidemiologischer Studien Expositionshöhe und erfassung Wirkungserfassung eingeschränkt Viele Variablen und Störfaktoren Oft geringe Effektstärke Viel Statistik und Modellierung Kausalität?
Umwelt sozial Arbeitsplatz anthropogen natürlich Verhalten Luft Klima Wohnen Wasser Chemikalien Strahlung Aktivitäten Boden Nahrungsmittel Viren Bakterien Toxine I V Individuum