Gesundheitsrisiken der Bevölkerung in Deutschland durch Feinstaub

Die durch Feinstaub für die Bevölkerung induzierten gesundheitlichen Folgen werden durch Schätzung der Krankheitslast ermittelt. Die Ergebnisse dienen u. a. zur Bewertung der Effekte von Maßnahmen zur Verbesserung der Luftqualität. Die vorliegenden Schätzungen kommen zum Ergebnis, dass im Zeitraum 2007-2014 im Mittel jährlich etwa 45.300 vorzeitige Todesfälle durch Feinstaub verursacht wurden.

Ermittlung der Feinstaubbelastung – Exposition am Wohnort

Aktuell kann die Feinstaubbelastung der Bevölkerung nicht personengenau bestimmt werden. Um sie aber näherungsweise beschreiben zu können, wird die mittlere jährliche Feinstaubkonzentration am Wohnort als Kenngröße für die Feinstaubexposition der dort lebenden Personen verwendet. Zur Schätzung des Gesundheitsrisikos werden die Immissionsdaten für Feinstaub (PM10, räumliche Auflösung ca. 7 km x 8 km), bestehend aus stündlichen PM10-Messdaten der Bundesländer und des Umweltbundesamtes (UBA) sowie Modelldaten (chemisches Transportmodell REM-CALGRID) verwendet. Diese Daten repräsentieren die ländlichen und städtischen Hintergrundbelastungen in Deutschland im Jahresdurchschnitt (siehe Schaubild „Schematische Darstellung der Zusammensetzung der Feinstaubexposition“).

Die Immissionsdaten für die Zeitreihe 2007 bis 2014 werden mit den aktuell verfügbaren, kleinräumigen Bevölkerungsdichtedaten des Bundesinstituts für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR) (Bezugszeitraum 2005 bzw. 2011) kombiniert. Auf diese Weise wird der räumliche Bezug zwischen der mittleren jährlichen Feinstaubbelastung und der am jeweiligen Ort lebenden Bevölkerung hergestellt. Zur Verknüpfung von Feinstaub- und Bevölkerungsdaten müssen diese mathematisch transformiert und in einem 1 km x 1 km-Raster abgebildet werden. Methodische Details sind hier beschrieben.

Die Abbildung zeigt die Zusammensetzung des Feinstaubs unterschiedlicher Herkunft: überregionale (< 10 µg/m³ Feinstaub), ländliche, städtische Hintergrundbelastung und lokale Belastung durch Verkehr und lokale Quellen (hot spots).
Schematische Darstellung der Zusammensetzung der Feinstaubexposition
Quelle: Umweltbundesamt Schaubild als PDF

Verteilung der Bevölkerung auf Feinstaubbelastungsklassen

Die auf die Rasterzellen überführten Feinstaub (PM10)-Jahresmittelwerte werden für die weiteren Auswertungen in acht Belastungsklassen mit je 5 Mikrogramm pro Kubikmeter (µg/m³) Klassenbreite eingeteilt: Klasse 1: < 10 µg PM10/m³; Klasse 2: ≥ 10 - < 15 µg PM10/m³; Klasse 3: ≥ 15 - < 20 µg PM10/m³ usw. bis Klasse 8: ≥ 40 µg PM10/m³. Die Belastungsklasse 1 entspricht in etwa dem Niveau der Hintergrundbelastung in Deutschland in emissionsarmen ländlichen Gebieten. Anschließend werden für jede Belastungsklasse die dort lebenden Personenzahlen aufsummiert. Das Ergebnis dieser Auswertung ist in Tabelle und Abbildung „Bevölkerungsanteile je Feinstaubbelastungsklasse“ dargestellt.

Dies bedeutet, dass 61 Prozent (%) der deutschen Bevölkerung im Jahr 2007 in Regionen mit einer mittleren Feinstaubbelastung von über 20 µg PM10/m³ lebten, was über dem von der Weltgesundheitsorganisation (WHO) erklärten Richtwert zum Schutz der Gesundheit liegt. In den Folgejahren 2008 bis 2010 reduzierte sich dieser Überschreitungsanteil auf 31 % bzw. 35 %, stieg aber 2011 auf 45 % an und fiel in den Jahren 2012 und 2013 deutlich auf etwa 15 % bzw. 17 % ab. Im Jahr 2014 lag der Überschreitungsanteil erneut bei 15 %. Der sich abzeichnende Rückgang der ländlichen und städtischen Hintergrundbelastungen durch Feinstaub ist überwiegend auf die Minderungsmaßnahmen bei Emissionen aus stationären Quellen und im Verkehrsbereich zurückzuführen. Jedoch sind die Feinstaubbelastungen immer auch stark durch variierende Witterungsbedingungen beeinflusst, was anhand der teils deutlichen Schwankungen von Jahr zu Jahr wie zum Beispiel von 2007 zu 2008 oder 2011 zu 2012 erkennbar ist.

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Indikator „bevölkerungsgewichtete Feinstaubbelastung“

Aus der vorgestellten räumlichen Verteilung der Feinstaubbelastung lässt sich für die betrachteten Jahre eine durchschnittliche bevölkerungsgewichtete Feinstaubexposition für nahezu die gesamte Bevölkerung in Deutschland berechnen. Diese Kenngröße ist als Indikator für die Charakterisierung der zeitlichen Entwicklung der mittleren jährlichen Feinstaubbelastung geeignet. Von Beginn der Zeitreihe im Jahr 2007 an hat dieser Indikatorwert bis 2014 trotz zwischenzeitlicher Anstiege um etwa 16 Prozent (%) abgenommen. Aus dieser zeitlichen Entwicklung der vergangenen Jahre lassen sich jedoch keine belastbaren Aussagen über den Trend der Feinstaub-Belastung in den kommenden Jahren ableiten.

Der von der WHO eingeführte Indikator „RPG3_Air_ex2“ des Umwelt- und Gesundheitsindikatoren-systems ENHIS (Environment and Health Indicator System) repräsentiert vorrangig die städtische Hintergrundbelastung, die sich länderspezifisch auf einer Städteauswahl mit längerfristig verfügbaren Jahresmittelwerten für Feinstaub gründet. Dies erschwert den Vergleich dieses Indikators für die urbane Feinstaub-Exposition von Land zu Land, da die zugrunde liegenden verfügbaren Daten nicht immer repräsentativ für die urbane Bevölkerung des jeweiligen Staates sind. Insgesamt spiegeln beide Indikatoren für Deutschland dennoch eine ähnliche zeitliche Entwicklung wider (siehe Tab. „Bevölkerungsgewichtete Feinstaubbelastung im Jahresmittel“). Für den WHO-Indikator ist von 2007 bis 2012 (bisher sind noch keine Daten für 2013 und 2014 verfügbar) eine Abnahme von 9 % zu verzeichnen.

Tipps zum Weiterlesen:
World Health Organization (WHO) (2011). Environment and Health Information System (ENHIS): Exposure to air pollution (particulate matter) in outdoor air. Factsheet 3.3: Indicator RPG3_Air_Ex2.

2 Indikatoren (mittlere PM10-Belastung/Jahr) werden vorgestellt. Der 1. (UBA) steht für die Gesamtbevölkerung und der 2. (WHO) für die Bevölke-rung ausgewählter Städte. Die Mittelwerte betragen für den jeweiligen Bezugszeitraum 19,0 bzw. 21,8 µg PM10/m3.
Tab: Bevölkerungsgewichtete Feinstaubbelastung im Jahresmittel
Quelle: Umweltbundesamt Tabelle als PDF

Schätzung der Krankheitslast

Zur Schätzung des mit der zuvor ermittelten Feinstaubbelastung einhergehenden Gesundheitsrisikos wird das EBD-Konzept (Environmental Burden of Disease: umweltbedingte Krankheitslast) verwendet. Es verfolgt das Ziel, die bestimmten Umweltstressoren zuzuschreibende Krankheitslast für eine betrachtete Bevölkerung oder Bevölkerungsgruppe zu quantifizieren und in einer einzigen Maßzahl (DALYs, Disability Adjusted Life Years: Anzahl verlorener gesunder Lebensjahre) anschaulich darzustellen. Damit können Krankheitslasten, die durch den Einfluss unterschiedlicher Umweltstressoren hervorgerufen werden, miteinander verglichen werden.

Die DALYs summieren die durch vorzeitige Todesfälle verlorenen Lebensjahre (YLL, Years of Life Lost) und die mit gesundheitlichen Einschränkungen, das heißt mit Verlust an Lebensqualität durch Krankheit gelebten Jahre (YLD, Years Lived in Disability or Disease) in der Maßeinheit „Jahre“ auf. Da die für Deutschland erforderlichen Gesundheitsdaten zur Erfassung des feinstaubbedingten Verlusts an Lebensqualität bis dato nicht vollständig vorliegen, beziehen sich die in diesem Beitrag angegebenen Krankheitslasten in Form von DALYs nur auf die verlorene Lebenszeit durch vorzeitigen Tod (YLL).

Tipps zum Weiterlesen:
Murray CJ, Lopez AD (1996). The Global Burden of Disease: a comprehensive assessment of mortality and disability from diseases, injuries and risk factors in 1990 and projected to 2020. Cambridge, MA, Harvard School of Public Health. Global Burden of Disease and Injury Series, Vol. I.

Ezzati M., Lopez A. D., Murray C. J., Rodgers A. (2004): Comparative Quantification of Health Risks: Global and Regional Burden of Disease Attributable to Selected Major Risk Factors. Volume 2, Geneva World Health Organization, ISBN 92 4 158031 3.

Ermittlung der gesundheitlichen Folgen durch Feinstaubbelastung

Für die Berechnung der DALYs, die in Deutschland auf die Feinstaubbelastung zurückzuführen sind, wurden neben den vorgestellten Daten der bevölkerungsgewichteten Feinstaubbelastung auch Sterbefalldaten der assoziierten Erkrankungsgruppen aus der Gesundheitsberichterstattung des Bundes (GBE) verwendet, für die der kausale Zusammenhang zwischen Feinstaub-Exposition (kurzzeitige und längerfristige) und gesundheitlicher Wirkung durch eine Expositions-Wirkungsfunktion bis dato nachgewiesen werden konnte.

Das sind für die Kurzzeitbelastung:

  • die Sterblichkeit (Mortalität) aufgrund akuter Atemwegserkrankungen bei Kindern unter fünf Jahren

und für die Langzeitbelastung:

  • die Mortalität aufgrund von Herz-Lungenerkrankungen bei Erwachsenen über 30 Jahren und
  • die Mortalität aufgrund von Lungenkrebs bei Erwachsenen über 30 Jahren.

Darüber hinaus wurden weitere statistische Basisdaten der GBE für die Berechnung der feinstaubbedingten DALYs berücksichtigt: die Populations- und Sterbefallzahlen für Deutschland sowie die aus den Periodensterbetafeln abgeleitete durchschnittliche Lebenserwartung für die deutsche Bevölkerung.

In den Tabellen zur Kurz- und Langzeitexposition ist die zeitliche Entwicklung der wesentlichen Kenngrößen der umweltbedingten Krankheitslasten dargestellt: die…

  • Anzahl vorzeitiger Todesfälle: Anzahl der vor Erreichen des statistisch durchschnittlich zu erwartenden Lebensalters eingetretenen Todesfälle;
  • attributable Fraktion: sie gibt an, wie viel Prozent der gewählten erkrankungsbedingten Sterbefälle, bezogen auf das 95 % Konfidenzintervall, durch die Feinstaubexposition bedingt sind;
  • attributablen DALYs: sie geben an, wie viel Zeit (in Jahren) zwischen den eingetretenen Todesfällen bis zum durchschnittlich erwarteten Lebensalter durch die Wirkung der Umweltstressoren verloren gegangen ist (als Summe für die Gesamtbevölkerung);
  • attributablen DALYs, bezogen auf je 1.000 Personen: es werden die zuvor aufgeführten DALYs zur besseren Vergleichbarkeit der Krankheitslasten normiert auf 1.000 Personen angegeben (Ausnahme: wenn die Anzahl der DALYs pro 1.000 Personen < 1 ist, erfolgt der Bezug auf 1 Million Personen).

Die Abbildung „Zeitliche Entwicklung der feinstaubbedingten Krankheitslasten in Deutschland für ausgewählte Gesundheitsendpunkte“ zeigt die Anzahl der attributablen DALYs pro 1.000 Personen sowie die Anzahl der vorzeitigen Sterbefälle im zeitlichen Verlauf.

Für die in diesem Beitrag vorgestellten Krankheitslastschätzungen wurde eine unvermeidbare durchschnittliche jährliche Feinstaubkonzentration von 7 Mikrogramm pro Kubikmeter (µg/m³) angenommen, die etwa der niedrigsten in Deutschland gemessenen Konzentration in dem betrachteten Zeitraum entspricht. Damit bleibt bewusst die Feinstaubexposition aus natürlichen Quellen unberücksichtigt, für die eine Minderung der Feinstaubbelastungen nicht möglich ist.

Aktuell gibt es keine gesicherten Erkenntnisse über eine Wirkungsschwelle für die Exposition des Menschen gegenüber Feinstaub. Daraus folgt, dass gesundheitliche Effekte sowohl bei Langzeitexposition als auch bei Exposition gegenüber kurzzeitigen Belastungsspitzen von Feinstaub auftreten können. Auch Feinstaubkonzentrationen unterhalb von 7 µg PM10/m³ sind für die Bevölkerung potentiell gesundheitswirksam, insbesondere für Risikogruppen wie ältere Menschen, Personen mit Vorerkrankungen der Atemwege und Kleinkinder.

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Ergebnisse

Für die betrachteten Erkrankungen ergeben die Schätzungen nach der beschriebenen Methode, dass in Deutschland im Zeitraum 2007 bis 2014 im Mittel jährlich etwa 45.300 vorzeitige Todesfälle auf die Feinstaubexposition im ländlichen und städtischen Hintergrundbereich zurückgeführt werden konnten. Dies entspricht im Mittel einem Verlust von etwas mehr als sechs Lebensjahren pro 1.000 Personen. Während es 2007 noch ca. sieben Jahre waren, hat dieser Wert im Jahr 2014 fünf 5 Jahre und fünf Monate erreicht. Daraus ergibt sich für die achtjährige Zeitreihe der Feinstaubbelastung ein Zugewinn an Lebenszeit pro 1.000 Personen von einem Jahr und sieben Monaten.

Die Zahl der vorzeitigen Todesfälle hat sich für die akuten Atemwegserkrankungen bei Kindern unter fünf Jahren seit 2007 bis 2014 auf niedrigem Niveau kaum verändert.

Die Langzeitexposition verursacht insgesamt gesehen den größten Anteil an der gesamten Krankheitslast infolge der Exposition gegenüber Feinstaub: so sind nach den durchgeführten Schätzungen bei Erwachsenen über 30 Jahren etwa 11 bis 14 Prozent (%) aller Todesfälle aufgrund kardiopulmonaler Erkrankungen und etwa 17 bis 20 % aller Todesfällen infolge von Lungenkrebs auf den Umweltstressor Feinstaub zurückzuführen. 

Ausblick

Die hier angewendete Methode erlaubt eine jährliche Fortschreibung dieser Datenreihe.

Aktuell sind noch keine belastbaren Aussagen zum zeitlichen Trend möglich, da die bisherige Zeitreihe noch zu kurz ist und die Expositionsdaten von den jährlich wechselnden Witterungsbedingungen stark beeinflusst sind. Außerdem sind methodische Weiterentwicklungen erforderlich, die auf die Nutzung räumlich höher aufgelöster Immissionsdaten für Feinstaub zielen, vor allem zur Einbeziehung der verkehrsbedingten Feinstaubbelastungen insbesondere in städtischen Bereichen. Sollten zukünftig weitere feinstaubassoziierte Erkrankungen nachgewiesen werden, sollen auch diese in die Berechnungen mit einbezogen werden.

Außerdem sind weitere Studien notwendig, die sich detailliert mit den volkswirtschaftlichen Schäden durch Feinstaub befassen. In einem 2015 gemeinsam von der OECD und WHO veröffentlichten Bericht wird der volkswirtschaftliche Schaden durch feinstaubbedingte Luftverschmutzung für Deutschland für das Jahr 2010 auf etwa 145 Mrd. US$ geschätzt.

Tipps zum Weiterlesen:
WHO Regional Office for Europe, OECD (2015). Economic cost of the health impact of air pollution in Europe: Clean air, health and wealth. Copenhagen: WHO Regional Office for Europe.

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