Gesundheitsrisiko dicke Luft: Feinstaub und Asthma Adjunct. Prof. Dr. Annette Peters Helmholtz Zentrum München – German Research Center for Environmental Health, Institute of Epidemiology, Neuherberg, Germany Harvard School of Public Health, Department of Environmental Health, Boston, MA, USA

Luftschadstoffe - ein aktuelles Problem

London, middle of XX century Beijing, beginning of the XXI century

Überblick

Luftschadstoffe: Eine Einführung

Wirkung des Feinstaubs im Körper

Auswirkungen auf die Entstehung von Asthma

Grenzwerte

Luftschadstoffe – Gase und Feinstaub

Schwefeldioxid (SO2)

Stickstoffoxide (NO, NO2)

Kohlenmonoxid (CO)

Ozon

Feinstaub (Partikelmasse < 10 µm; PM10)

PM10: Wichtigster Schadstoff für die Gesundheit laut Weltgesundheitsorganisation

Zusammensetzung der Umweltpartikel

Rußpartikel

Volatile organische Kohlenwasserstoffe

Metalle

Inorganische Salze: Ammoniumnitrat Ammoniumsulfat

Bodenpartikel

Biologische Materialien

……

Schematische Darstellung der Feinstaubverteilung in einer Stadt

Schematische Darstellung der Feinstaubverteilung in einer Stadt

Spitzewerte von PM10 und NO2

treten auf

Verbesserung der Luftqualität in München – Ist das gut genug?

Feinstaub:

PM10 < 10 µm (Masse)

Feine Partikel:

PM2.5 < 2.5 µm (Masse)

Ultrafine Partikel:

UFP < 100 nm (Anzahl)

Umweltpartikel

Überblick

Luftschadstoffe: Eine Einführung

Wirkung des Feinstaubs im Körper

Auswirkungen auf die Entstehung von Asthma

Grenzwerte

Deposition und Abtransport der Partikel hängen von ihrer Größe ab

(PM2.5. Ø < 2.5 µm) Clearance:

Fine Particles: lower air ways and alveoli

Mucociliar transport, macrophages, translocation into the blood (< 200 nm)

Inhalable Particles: Upper airways and nasal cavaties

(PM10. Ø < 10 µm)

Feinstaub wird in der Lunge erkannt

Die Zusammensetzung der Partikel bestimmt ihre Wirkung auf die Gesundheit

• Feinstaub Zusammensetzung

• Russ

• Sekundäre organische Aerosole

• Sekundäre inorganische Aerosole

• Grober Feinstaub

• Ultrafine Partikel

REVIHAAP Project

Auswirkungen der Partikel

• Induzieren oxidativen Stress und Entzündung in der Lunge

• Aktivieren das Immunsystem

• Erreichen andere Organe

• Induzieren oxidativen Stress und Entzündung außerhalb der Lunge

Feinstaub beeinflusst den ganzen Körper

Modified after Peters et al. JOEM 2011

Insuline Resistance Diabetes

- Institute of Epidemiology

Luftschadstoffe und Bronchitis in Schulkindern, Bitterfeld

Heinrich et al. 2002

Annual mean of TSP [µg/m³]

25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

Adj

uste

d pr

eval

ence

of b

ronc

hitis

[%]

30

35

40

45

50

55

60

65

Zerbst

Zerbst

Zerbst

Bitterfeld

BitterfeldBitterfeld

Hettstedt

Hettstedt

Hettstedt

Annual mean of SO2 [µg/m³]

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Adju

sted

pre

vale

nce

of b

ronc

hitis

[%]

30

35

40

45

50

55

60

65

Zerbst

Zerbst

Zerbst

Bitterfeld

Bitterfeld

Bitterfeld

Hettstedt

Hettstedt

Hettstedt

1992-93 1995-96 1998-99

Lungenwachstum bei Kindern an Autobahnen eingeschränkt

• 3.677 Kinder aus Südkalifornien in 12 Gemeinden

• Lungenwachstum wurde über 8 Jahre verfolgt

• Bei Jungen innerhalb von 500 m versus Jungen außerhalb von 1500 m: -6,3% des Lungenfunktion-Anstieges

Regional Pollution and local freeway estimated jointly

Freeway NO2 PM10 PM2.5 EC

FEV1 [ml]

-150

-100

-50

0

50

Gauderman et al. Lancet 2007 - Institute of Epidemiology

Luftschadstoffe und Lungenfunktion im Alter von 15 Jahren

Fuertes et al. IJEPH in press

An Tagen mit hoher Feinstaubbelastung

• Treten mehr Symptome bei Asthmatikern auf

• Benötigen Asthmatiker mehr Medikamente

• Haben Asthmatiker ein erhöhtes Risiko einer Krankenhauseinweisung

• Sind sowohl Kinder als auch Erwachsene mit Asthma betroffen

Verkehrsabhängige Schadstoffe verändern Lungenfunktion bei Kindern mit Asthma

Ierodiakonou et al. JACI 2015

Überblick

Luftschadstoffe: Eine Einführung

Wirkung des Feinstaubs im Körper

Auswirkungen auf die Entstehung von Asthma

Grenzwerte

Feinstaub-Konzentrationen von Kleinkindern in München

Morgenstern et al. AJRCCM 2008

Ruß-Konzentrationen bei Kleinkindern in München

Morgenstern et al. AJRCCM 2008

Verkehrsabhängige Luftschadstoffe und Allergie im Alter von 6 Jahren in München

Asthma Hayfever Eczema

aOR

0,5

1,0

1,5

2,0

PM2.5RussNO2

Morgenstern et al. AJRCCM 2008

Luftschadstoffe und die Entstehung von Asthma: Belastung durch NO2

MacIntyre et al EHP 2004

Luftschadstoffe und die Entstehung von Asthma

MacIntyre et al EHP 2004

Luftschadstoffe und die Entstehung von Asthma: Genetik erhöht das Risiko

MacIntyre et al EHP 2004

rs1138272 (GSTP1) rs1695 (GSTP1)

02

46

810

OR

[95%

CI]

(per

10µ

g/m

³)

Poo

led

BA

MS

E

CA

PP

S

GIN

I

LIS

A

SA

GE

PIA

MA

Minor alleleMajor allele

NA

OR:12UCL:150

UCL:25 UCL: 64

02

46

810

OR

[95%

CI]

(per

10µ

g/m

³)

Poo

led

BA

MS

E

CA

PP

S

GIN

I

LIS

A

SA

GE

PIA

MA

Minor alleleMajor allele

Entstehung von Asthma bei Erwachsenen – die ESCAPE Studie

Jacquemin et al EHP 2015

Überblick

Luftschadstoffe: Eine Einführung

Wirkung des Feinstaubs im Körper

Auswirkungen auf die Entstehung von Asthma

Grenzwerte

EU Feinstaub Richtlinie

Jahremittelwert PM10 < 40 µg/m3

24 Stundenmittelwerte < 35 Überschreitungen von PM10 > 50 µg/m3 im Jahr

Unverbindliche Zielvorgabe für den Jahresmittelwert von PM2.5 < 25 µg/m3 bis 2015

Subtopic 1: Exposure to Ambient Particles

Augsburg

Rot und Gelb: Wohnorte > US Grenzwerte

Feinstaub ist erhöht in vielen Europäischen Städten

ESCAPE, FP7 EU-Projekt

Subtopic 1: Exposure to Ambient Particles Erhöhte Sterblichkeit auch unterhalb der gegenwärtigen Grenzwerte

ESCAPE, FP7 EU-Projekt, Lancet im Druck

Grenzwerte Anzahl der Studien in ESCAPE

Risiko der Mortalität pro 5µg/m3 Feinstaub

10 µg/m3 9 1.018 (0.873-1.187)

15 µg/m3 11 1.042 (0.976-1.113)

20 µg/m3 17 1.070 (1.012-1.131)

25 µg/m3 17 1.060 (1.004-1.118)

Zusammenfassung

• Feinstaub ist ein komplexes Gemisch

• Die Lunge ist der Eintrittsort in den Körper

• Sowohl Kinder als auch Erwachsene mit Asthma verschlechtert sich die Gesundheit bei Belastung

• Vermutlich tragen verkehrsabhängige Luftschadstoffe zur Entstehung von Asthma bei

Es besteht klarer Handlungsbedarf bei Gesetzgebung und Maßnahmen

Backup

Verringerung der Lebenserwartung in Monaten aufgrund von Feinstaubbelastung

2000 2020

Abschätzung der EU, 2005

Szenario für 2020 ausgehend von der Einhaltung der zeitigen EU-Regulierung

Institute of Epidemiologie II at the Helmholtz Zentrum München

KORA-Age

Department Molecular Epidemiology

Subtopic 3: Closing Gaps in Research on Ambient Particles

NO2

Umfassende Messung der feinen und ultrafeinen

Partikel

Chemische Zusammensetzung der Partikel

Mikroklima Daten

Modellierung der Belastung im Studiengebiet

Verknüpfung mit Gesundheitsdaten der KORA-Kohorte

Neue Forschungsansätze am Helmholtz Zentrum München

Ultrafeine Partikel sind klein…..

Ultrafeine Partikel zu einem Fußball ….

….. sind wie ein Fußball zur Erde.

Hohe Schadstoffkonzentrationen an innerstädtischen Straßen

1. Hohe Verkehrsdichte, LKW-Verkehr trägt mehr bei als PKW-Verkehr

2. Hohe und dichte Randbebauung der Straße oder Straßenschluchten

3. Spitzenwerte treten im Winter bei austauscharmen Wetterlagen auf

Fine Particles and Life Expectancy USA, 1980

Pope et al., 2009

Fine Particles and Life Expectancy USA, 2000

Pope et al., 2009

Sch

wer

egra

d de

r G

esun

dhei

tsef

fekt

e

Anteil der betroffenen Bevölkerung

Gesundheitliche Effekte von Luftschadstoffen

nach UBA 2003

Relatives Risiko für Mortalität pro 10µg/m3 in PM10 (APHEA II)

Katsouyanni et al. 2001

at ba ma to mi ro ly pa tel . bas zu ge bi lo st he .. bu cr er tep pr ... fix ran

-0,02

-0,01

0,00

0,01

0,02

0,03

Southern Europe

Eastern Europe

North-Western Europe

Plaketten für Umweltzonen

Umweltzone München

Ab 1.10.2008: 1 Stufe Umweltzone Fahrzeuge müssen mindestens die Anforderungen der Schadstoffgruppe 2 erfüllen.

Fläche: ~44 km2

Einwohner: ~420.000

Ab 1.02.2008: LKW-Durchfahrtsverbot

Ab 1.10.2010: 2 Stufe Umweltzone Fahrzeuge müssen mindestens die Anforderungen der Schadstoffgruppe 3 erfüllen.

Health Effects of Particulate Air Pollution – REVIHAAP Conclusions (A1)

1. Short-term exposure to PM2.5 on both mortality and morbidity

2. Long-term exposures to PM2.5 on mortality and morbidity

3. Long-term exposure to PM2.5 is a cause of both cardiovascular mortality and morbidity

New Studies show exposure-response functions at very low concentrations

Crouse et al. 2012

Cha

nge

in E

ffect

Est

imat

e

Brook et al. 2004

Defintions

EHP 2013

EU Limit Value

EU Limit Value

EHP 2003

WHO AQG

Schwartz EHP 2002

CAVEAT Thresholds may not be identifiable when outdoor concentrations are not highly correlated with personal exposure (Brauer, Risk Analysis 2002)

WHO AQG

Air Quality Standards for annual PM2.5 concentration

EU Limit Value

US EPA Standard

Crouse, EHP 2012

All-Cause Mortality

Crouse, EHP 2012

WHO AQG

Cesaroni, Environ Health 2012

EHP 2013

EU Limit Value

EU Limit Value