Gesundheitsrisiken der Bevölkerung durch Feinstaub

Die durch Feinstaub in der Bevölkerung verursachten gesundheitlichen Folgen werden durch die Schätzung der Krankheitslast ermittelt. Die Ergebnisse dienen u. a. zur Bewertung der Effekte von Maßnahmen zur Verbesserung der Außenluftqualität. Die Schätzungen kommen zum Ergebnis, dass im Zeitraum 2007-2015 im Mittel jährlich etwa 44.900 vorzeitige Todesfälle durch Feinstaub verursacht wurden.

Inhaltsverzeichnis

 

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 Bevölkerung 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 der Jahre 2007 bis 2015 werden hierzu mit den aktuell verfügbaren, kleinräumigen Bevölkerungsdichtedaten des Bundesinstituts für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR) (Bezugsjahr 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 benötigten 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/m³ PM10; Klasse 2: ≥ 10 - < 15 µg/m³ PM10; Klasse 3: ≥ 15 - < 20 µg/m³ PM10 usw. bis Klasse 8: ≥ 40 µg/m³ PM10. Die erste Belastungsklasse 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 der Tabelle und Abbildung „Bevölkerungsanteile je Feinstaubbelastungsklasse“ dargestellt.

Die Auswertung zeigt, dass 61 Prozent (%) der deutschen Bevölkerung im Jahr 2007 in Regionen mit einer mittleren Feinstaubbelastung von über 20 µg/m³ PM10 lebten, was über dem von der Weltgesundheitsorganisation (WHO) definierten 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 bis 2014 deutlich ab auf Werte zwischen 15 % und 17 %. Im Jahr 2015 lag der Überschreitungsanteil bei nur noch 5 %. Der sich abzeichnende Rückgang der ländlichen und städtischen Hintergrundbelastung durch Feinstaub ist überwiegend auf die Minderungsmaßnahmen bei Emissionen aus stationären Quellen (Heizwerken, Abfallverbrennungsanlagen und diverse Industrieanlagen) und im Verkehrsbereich zurückzuführen. Jedoch ist die Feinstaubbelastung 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 von 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 2015 trotz zwischenzeitlicher Anstiege um etwa 4 Mikrogramm pro Kubikmeter (µg/m³) PM10 oder rund 20 Prozent (%) abgenommen. Aus dieser zeitlichen Entwicklung der vergangenen Jahre lassen sich jedoch keine Aussagen über einen Trend der Feinstaubbelastung für die kommenden Jahre ableiten.

Der von der WHO eingeführte Indikator „RPG3_Air_ex2“ des Umwelt- und Gesundheitsindikatoren-systems ENHIS (Environment and Health Indicator System) repräsentiert demgegenüber vorrangig die städtische Hintergrundbelastung, die länderspezifisch auf Grundlage einer Städteauswahl mit längerfristig verfügbaren Jahresmittelwerten für Feinstaub berechnet wird. Für den WHO-Indikator ist von 2007 bis 2014 (für das Jahr 2015 sind noch keine Daten verfügbar) eine Abnahme von lediglich 9 % zu verzeichnen. Insgesamt spiegeln beide Indikatoren für Deutschland dennoch eine ähnliche zeitliche Entwicklung wider (siehe Tab. „Bevölkerungsgewichtete Feinstaubbelastung im Jahresmittel“).

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) für die Gesamtbevölkerung und für die Bevölke¬rung ausgewählter Städte werden vorgestellt. Die Jahresmittelwerte sinken von 20,7 auf 16,5 µg/m3 PM10 bzw. von 22,4 auf 20,3 µg/m3 PM10 im Betrachtungszeitraum.
Tab: Bevölkerungsgewichtete Feinstaubbelastung im Jahresmittel
Quelle: Umweltbundesamt Tabelle als PDF
 

Schätzung der Krankheitslast

Um das Gesundheitsrisiko, das mit der zuvor ermittelten Feinstaubbelastung einhergeht, schätzen zu können, wird das EBD-Konzept (engl. 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 due to premature death) und die mit gesundheitlichen Einschränkungen durch Krankheit gelebten Jahre (YLD, Years Lived with Disability). Da die für Deutschland erforderlichen Gesundheitsdaten zur Erfassung der feinstaubbedingten YLDs 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.
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Ermittlung der gesundheitlichen Folgen durch Feinstaubbelastung

Für die Berechnung der „verlorenen gesunden Lebensjahre“ (DALYs), die in Deutschland auf die Feinstaubbelastung zurückzuführen sind, wurden neben den oben vorgestellten Daten Sterbefalldaten der Erkrankungsgruppen aus der Gesundheitsberichterstattung des Bundes (GBE) verwendet, für die der kausale Zusammenhang zwischen Feinstaub-Exposition (kurzzeitige und längerfristige) und gesundheitlicher Wirkung besteht. Zudem wird auf die aus Studien abgeleiteten Expositions-Wirkungsfunktionen für diese Erkrankungsgruppen zurückgegriffen, die den Zusammenhang zwischen Exposition und Wirkung quantitativ abbilden. Zudem wurden Populationszahlen sowie die durchschnittliche Lebenserwartung für die deutsche Bevölkerung berücksichtigt.

Die in der Berechnung berücksichtigten gesundheitlichen Auswirkungen 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.

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

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 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.

Aktuell gibt es keine gesicherten Erkenntnisse über eine Wirkungsschwelle für Wirkung von 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/m³ PM10 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 2015 im Mittel jährlich etwa 44.900 vorzeitige Todesfälle auf die Feinstaubexposition im ländlichen und städtischen Hintergrund zurückgeführt werden können.

Die Zahl der vorzeitigen Todesfälle hat sich für die akuten Atemwegserkrankungen bei Kindern unter fünf Jahren seit 2007 bis 2015 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 16 bis 20 % aller Todesfälle infolge von Lungenkrebs auf den Umweltstressor Feinstaub zurückzuführen.

 

Ausblick

Aktuell sind noch keine belastbaren Aussagen zum zeitlichen Trend möglich, da die bisherige Zeitreihe noch zu kurz ist. Prognosen für die kommenden Jahre lassen sich aus den vorliegenden Berechnungen nicht ableiten, zumal die Expositionsdaten von den jährlich wechselnden Witterungsbedingungen stark beeinflusst sind. Für die Zukunft sind methodische Weiterentwicklungen geplant, die auf die Nutzung räumlich höher aufgelöster Immissionsdaten für Feinstaub zielen, vor allem zur Einbeziehung der verkehrsbedingten Feinstaubbelastung 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 und 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.