Feinstaub und Gesundheit

Feinstaub und Gesundheit ist ein seit langem zunehmendes und hochaktuelles Thema. Als Feinstaub (airborne particulate matter (PM)) werden Schwebepartikel mit einem Durchmesser im µm-Bereich bezeichnet, die durch Einatmung in die Lungenbläschen (Alveolen) und in den Körper gelangen und dort Krankheiten verursachen und verstärken können. 1)Int J Environ Res Public Health. 2016 Jun; 13(6): 592. doi:  10.3390/ijerph13060592


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Einfluss der Teilchengröße

Die biologische Wirksamkeit der eingeatmeten Teilchen hängt ab

  • von ihrer Größe und Oberfläche: je kleiner die Partikel, desto gefährlicher der Feinstaub! 2)J Environ Sci Health C Environ Carcinog Ecotoxicol Rev. 2008 Oct-Dec;26(4):339-62 Eine Teilchengröße unter 2,5 μm ist für die Gesundheit besonders schädlich.
  • von ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften (z. B. transportierte biologisch aktive Substanzen, Metalle mit Redox-Potential).

Biologische Wirkungen

Feinstaub transportiert je nach Herkunft verschiedene biologisch aktive Substanzen, so beispielsweise Metalle, organische Verbindungen, inklusive Allergene und andere Substanzen biologischen Ursprungs, Minerale, reaktive Gase und Radikale.

Feinstaubpartikel können als Partikel und über die mit ihnen transportierten Stoffe folgende Wirkungen entfalten:

  • oxidativer Stress
    • DNA-Schäden inkl. DNA-Strangbrüchen 3)Mutat Res. 2005 Dec 30;592(1-2):119-37 4)PLoS One. 2012;7(5):e37412. Epub 2012 May 21,
    • Mutagenität: das Erbgut der Zellen wird verändert,
    • Embryo-Toxizität: wird dem oxidativen Stress zugeschrieben 5)Mol Cells. 2015 Dec 31; 38(12): 1096–1104 doi:  10.14348/molcells.2015.0194.
  • Lipidperoxidation: die Fettzusammensetzung biologischer Membranen und zirkulierender Blutfette wird verändert (oxLDL, das von Makrophagen aufgenommen wird),
    • Zytotoxizität: die Zellen werden geschädigt,
    • kardiovaskuläre Toxizität: Förderung von Komplikationen der Arterioklerose und Koronarsklerose 6)Mol Cells. 2015 Dec 31; 38(12): 1096–1104 doi:  10.14348/molcells.2015.0194.
  • Induktion von Entzündungen: in Organen und Geweben wird die Entzündungsbereitschaft erhöht.
  • beschleunigte Zellalterung 7)Mol Cells. 2015 Dec 31; 38(12): 1096–1104 doi:  10.14348/molcells.2015.0194.
  • Verminderung des Geburtsgewichts schon bei relativ geringen Mengen an Feinstaub (PM2,5) 8)Environ Health. 2016 Apr 14;15:51. doi: 10.1186/s12940-016-0133-0.

In Städten kommt Feinstaub meist überwiegend durch den Verkehr, auf dem Lande durch Landwirtschaft und natürliche Quellen zustande.

  • In einer Brasilianischen Studie von Feinstaub in der Nähe großer Straßen wurden polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe, inkl. Benzpyrene, identifiziert, die an einem Bakterienmodell mutagen wirkten (Mutationen = Erbgutveränderungen auslösen) 9)Biomed Res Int. 2013; 2013: 765352.  doi:  10.1155/2013/765352 .
  • Eine Studie befasst sich mit Atem- und Herz-Kreislauf-Reaktionen beim Betreten einer verkehrsbelasteten Straße (Oxford Street) im Vergleich zu einem Fußgängerbereich (Hyde Park). Teilnehmer ab 60 Jahren mit chronischen Lungen- oder Herzerkrankungen reagierten im Vergleich mit altersentsprechenden gesunden Kontrollpersonen mit deutlich mehr Symptomen. Menschen mit COPD reagierten mit mehr Husten (OR  1,95), Sputumproduktion (OR 3,15), Keuchen (OR 4,0) und Kurzatmigkeit (Dyspnoe) (OR 1,86). Durch den Hyde-Park spazieren dagegen bewirkte eine messbare Verbesserung der Lungenfunktion. Neben einer hohen Belastung mit NO waren auch ultrafeine Feinstaubpartikel (PM2.5) damit assoziiert 10)The Lancet 2018 Volume 391, No. 10118, p339–349, 27 January 2018, DOI: https://doi.org/10.1016/S0140-6736(17)32643-0.

Ursachen erhöhter Feinstaubbelastung

Im Wesentlichen belastet Feinstaub, der von Rauchen, Verkehr, Industie und Haushalt ausgeht, die Gesundheit. Natürliche Quellen für Feinstaub spielen in Städten eine geringere Rolle, dagegen in der Landwirtschaft u. U. eine größere.

Dazu siehe hier.

Auswirkung auf die Lungen

Bronchitis: Feinstaub mit einer Partikelgröße unter 10 um ist für die Gesundheit besonders schädlich. Je kleiner die Partikelgröße ist, desto tiefer gelangt er in die Lungen. Er verursacht Entzündungsreaktionen, wobei die Generierung von oxidativem Stress eine bedeutende Rolle spielt. Die Endothelbarriere der Lungen wird lokal zerstört 11)Am J Respir Cell Mol Biol. 2010 Apr;42(4):442-9. Es werden vermehrt proinflammatorische Zytokine gebildet, die Entzündungszellen anziehen. Die Bereitschaft zu Entzündungen (z. B. Bronchitis und einer COPD) steigt.

Asthma: Patienten mit Bereitschaft zu Asthma leiden unter einer erhöhten Anfallsbereitschaft; mit der Feinstaubbelastung steigt die Asthmaprävalenz 12)Science. 2005;308:804–806. Hydrogensulfid (H2S) scheint einen protektiven Effekt auszuüben 13)Wang T et al. Am J Respir Cell Mol Biol. 2012 May 16. [Epub ahead of print].

Lungenkrebs: Feinstaub ist mit einer erhöhten Inzidenz an Lungenkrebs assoziiert, wobei die Luftverschmutzung durch den Straßenverkehr eine nachweisbare Rolle spielt 14)Lancet Oncol. 2013 Jul 10. pii: S1470-2045(13)70279-1. doi: 10.1016/S1470-2045(13)70279-1. [Epub ahead of print].

Sonstige Auswirkungen

Arteriosklerose: Es wird angenommen, dass Feinstaub eine systemische Erhöhung von Reaktionen freier Radiakle und entzündlicher Reaktionsbereitschaft bewirkt und darüber die Entwicklung auch arteriosklerotischer Läsionen fördert. Eine Assoziation mit der Arteriosklerose ist sehr wahrscheinlich 15)Air Qual Atmos Health. 2010 Nov 10;4(1):79-93.

Demenz: Die Bereitschaft zur Entwicklung einer Alzheimer-Demenz wird im Tierversuch durch Langzeit-Exposition mit Feinstaub erhöht 16)PLoS One. 2015; 10(5): e0127102. doi:  10.1371/journal.pone.0127102. Eine große Kanadische Studie belegt, dass das Risiko einer Demenz in der Nähe von großen Durchfahrtsstraßen gering (Hazardratio 1,07) erhöht ist, was Feinstaub zugeschrieben wird 17)The Lancet, Volume 389, No. 10070, p718–726.

Feinstaub durch Zigarettenrauch

Rauchen von Zigaretten wirkt schädigend auf die Lungen speziell durch den Feinstaub. Die Feinstaubbelastung pro inhalierter Zigarette beträgt zwischen 15000 and 40000 ug. Es handelt sich dabei hauptsächlich um Kohlenstoffprodukte. Die Auswirkungen sind sind vielfältig und gravierend:

Feinstaub und Lungenkrebs

Feinstaub erhöht das Risiko für Lungenkrebs, wobei die Gefährdung durch individuelle Faktoren modifiziert wird. Statistisch ist nicht nur der Feinstaub des Zigarettenrauchs sondern auch der des Straßenverkehrs mit einem signifikant erhöhten Risiko für Lungenkrebs assoziiert 18)Lancet Oncol. 2013 Jul 10. pii: S1470-2045(13)70279-1. doi: 10.1016/S1470-2045(13)70279-1..

Rauchpartikel schädigen nicht nur das Epithel der Lungen und erhöhen die Entzündungsbereitschaft, sondern sie stimulieren auch die Besiedlung der unteren Atemwege mit Bakterien, wie es für Pneumokokken nachgewiesen wurde 19)J Allergy Clin Immunol. 2011 May;127(5):1236-42 20)Grigg J, et al. Thorax. 2012 May 1. [Epub ahead of print]. Damit üben die Feinstaubpartikel des Zigarettenrauchs vielfache und sich gegenseitig potenzierende schädigende Einflüsse aus.

Unter dem Blickwinkel, dass es die Feinstaubpartikel sind, die die Lungenschädigung bei Rauchern hervorrufen, wird angenommen, dass eine Beendigung des Rauchens nicht gleich auch das Risiko für Lungenkrebs beendet. Vielmehr persistiert es über lange Zeit, da die Feinstaubpartikel die Lungen nach ihrer Aufnahme in Fresszellen nicht wieder verlassen 21)Int J Chron Obstruct Pulmon Dis. 2011;6:191-8.

Feinstaub durch Dieselpartikel

Dieselpartikel gehören zu den Nanopartikeln, die vollständig in die Lungenalveolen gelangen. Sie führen analog zu Zigarettenrauch zu

  • Lungenschädigung,
  • erhöhten Entzündungsreaktionen,
  • erhöhter Blutgerinnbarkeit und
  • erhöhtem Blutdruck,

wobei TNF-alpha eine zentrale vermittelnde Rolle spielt. Interessanterweise vermindert Curcumin im Tierversuch an Mäusen die TNF-alpha-Produktion; es schützt offenbar in gewissem Maße vor den kardiovaskulären Folgen der Dieselabgase 22)Nemmar A et al. PLoS One. 2012;7(6):e39554. Epub 2012 Jun 22. Eine Assoziation von Dieselpartikeln mit Lungenkrebs konnte in einer Analyse von Studien nicht gefunden werden, dafür finden sich Hinweise darauf, dass sie für das Gefäßsystem schädlich sind 23)Crit Rev Toxicol. 2012 Aug; 42(7): 549–598. doi:  10.3109/10408444.2012.690725 24)Risk Anal. 2015 Apr; 35(4): 676–700. doi:  10.1111/risa.12371. Sie gehören zu den Partikeln, die für eine Erhöhung des Herzinfarktrisikos verantwortlich gemacht werden 25)N Engl J Med. 2004 Oct 21; 351(17):1721-30. 26)N Engl J Med. 2007 Sep 13; 357(11):1075-82 27)Eur Heart J. 2011 Nov; 32(21): 2660–2671..


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Verweise

 


Literatur   [ + ]

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10. The Lancet 2018 Volume 391, No. 10118, p339–349, 27 January 2018, DOI: https://doi.org/10.1016/S0140-6736(17)32643-0
11. Am J Respir Cell Mol Biol. 2010 Apr;42(4):442-9
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13. Wang T et al. Am J Respir Cell Mol Biol. 2012 May 16. [Epub ahead of print]
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