Wirkungen auf die Gesundheit

In Deutschland und den meisten Ländern Europas hat sich die Luftqualität in den letzten Jahrzehnten deutlich verbessert. Die Zeiten, in denen bei Smog-Perioden die Sterblichkeit und die Krankheitshäufigkeit deutlich anstiegen, sind glücklicherweise vorbei. Ein relevanter Faktor für diese Entwicklung sind die europaweit geltenden Grenz- und Zielwerte für Luftschadstoffe, die die maximal zulässigen Konzentrationen in der Außenluft festlegen. 

Die derzeitig vorkommenden Konzentrationen sind jedoch nicht so niedrig, dass gesundheitsschädliche Wirkungen ausgeschlossen werden können. Für diese Bewertung werden die Empfehlungen der Weltgesundheitsorganisation (WHO) herangezogen, die zuletzt 2021 aktualisiert wurden. Zu diesem Thema und zur grundlegenden Bewertung der wichtigsten Luftschadstoffe informieren wir Sie im Folgenden.

Stickstoffdioxid, Feinstaub und Ozon zählen zu den wichtigsten Luftschadstoffen in Deutschland, da sie schon in geringen Mengen (Konzentration in der Luft) die Gesundheit beeinträchtigen können. 

Stickstoffdioxid

Stickstoffdioxid (NO₂) entsteht überwiegend als gasförmiges Oxidationsprodukt aus Stickstoffmonoxid bei Verbrennungsprozessen. Eine der Hauptquellen von Stickstoffoxiden ist der Straßenverkehr. Daher sind die Konzentrationen in der Luft in städtischen Gebieten und entlang von Hauptverkehrsstraßen und Autobahnen am höchsten.

Stickstoffdioxid ist ein Reizgas, das die Schleimhäute in der Nase, im Hals und in den Atemwegen schädigt. Dadurch können diese anschwellen und sich entzünden. Das kann bei hohen Konzentrationen Husten und Atemnot verursachen. In der Umwelt vorkommende Stickstoffdioxid-Konzentrationen sind vor allem für Asthmatikerinnen und Asthmatiker ein Problem, da sich die bereits vorhandene Verengung der Bronchien verschlimmern kann. Diese kann zudem durch die Wirkungen von Allergenen weiter verstärkt werden. Eine jahrzehntelange Belastung durch niedrige Konzentrationen von NO₂ kann außerdem das Risiko erhöhen, an Atemwegserkrankungen zu versterben.

Hier finden Sie unsere Themenseite zu den Stickstoffoxiden.

Feinstaub

Unter dem Begriff Feinstaub (PM, englisch: particulate matter) wird der primär und sekundär gebildete Feinstaub zusammengefasst. Primärer Feinstaub entsteht direkt an der Quelle zum Beispiel bei Verbrennungsprozessen (Verkehr, Kraft- und Fernheizwerke, Abfallverbrennungsanlagen, private und gewerbliche Heizungsanlagen). Entstehen die Partikel durch gasförmige Vorläufersubstanzen wie Schwefel- und Stickoxide, die ebenfalls aus Verbrennungsprozessen stammen, so werden sie als sekundärer Feinstaub bezeichnet. Feinstaub besteht aus einem komplexen Gemisch fester und flüssiger Partikel und wird in unterschiedliche Größen der Partikel (Fraktionen) eingeteilt. PM₁₀ hat einen maximalen Durchmesser von 10 µm und kann beim Menschen bis in die Nasenhöhle und die oberen Atemwege eindringen. PM_2,5 hat einen maximalen Durchmesser von 2,5 µm und kann bis in die Bronchien und Lungenbläschen vordringen. Ultrafeine Partikel mit einem Durchmesser von <0,1 µm können bis in das Lungengewebe und sogar in den Blutkreislauf eindringen.

Je nach Größe und Eindringtiefe der Teilchen sind die gesundheitlichen Wirkungen von Feinstaub verschieden. Akut kann es zu Schleimhautreizungen und lokalen Entzündungen in der Luftröhre und den Bronchien kommen.  Eine langfristige Feinstaubbelastung kann zu Herz-Kreislauf-, Atemwegs- und Demenzerkrankungen führen und die Entstehung von Krankheiten wie Atherosklerose, Bluthochdruck, Lungenkrebs, chronisch obstruktiven Lungenerkrankungen und Typ-2-Diabetes mellitus begünstigen. Zudem erhöht eine langfristige Feinstaubbelastung die Sterbewahrscheinlichkeit durch Lungenkrebs, chronische Atemwegserkrankungen und Herz-Kreislauferkrankungen. Bei Schwangeren, die hohen Feinstaubkonzentrationen ausgesetzt sind, steigt das Risiko für Frühgeburten sowie für Neugeborene mit geringem Geburtsgewicht.

Hier finden Sie unsere Themenseite zum Feinstaub.

Ozon

Bodennahes Ozon (O₃) wird in der Luft photochemisch unter Einwirkung von Sonnenlicht aus Vorläufersubstanzen zum Beispiel aus der Reaktion von Sauerstoff mit Stickoxiden als gasförmiger, sekundärer Luftschadstoff gebildet. Sekundäre Schadstoffe sind Stoffe, die nicht direkt aus einer Quelle emittiert werden. Ozon kann nicht nur in städtischen Gebieten erhöht sein, sondern auch in ländlichen Regionen.

Ozon reizt Augen und Atemwege und kann daher zu Husten, Kopfschmerzen und einer Verminderung der Lungenfunktion führen. Bei körperlicher Anstrengung, also bei erhöhtem Atemvolumen und damit erhöhter Schadstoffaufnahme, können sich diese Auswirkungen verstärken. Empfindliche Personen mit geschädigten Atemwegen, zum Beispiel Asthmatikerinnen und Asthmatiker sind besonders anfällig und sollten bei hohen Ozonwerten körperliche Anstrengungen im Freien vermeiden. Ab einem Ozonwert von 180 µg/m³ (1h-Mittelwert) werden dazu über die Medien Verhaltensempfehlungen an die Bevölkerung gegeben.

Hier finden Sie unsere Themenseite zum Ozon.

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Ein wesentliches Ziel umwelthygienischer Forschung ist, gesundheitsschädigende Luftverunreinigungen möglichst frühzeitigen zu erkennen und Maßnahmen zu entwickeln, um sie zu verringern. Gesundheitliche Wirkungen von Umweltschadstoffen lassen sich u.a. mit sogenannten epidemiologischen Studien an ausgewählten Gruppen der Bevölkerung untersuchen. Dabei ist zwischen kurzen (akuten)- und langfristigen (chronischen) Auswirkungen zu unterscheiden.

Kurzfristige Wirkungen werden untersucht, indem die Luftschadstoffbelastung eines Tages oder weniger Stunden mit gesundheitlichen Ereignissen wie Todesfällen oder Krankenhauseinweisungen am selben Tag oder in den darauffolgenden Tagen verglichen wird. Solche Zusammenhänge können über längere Zeiträume analysiert werden (Zeitreihenanalysen) oder durch den Vergleich von Tagen mit hoher Belastung mit Tagen mit geringerer Belastung (Case-Crossover-Analysen). Darüber hinaus können bei bestimmten Bevölkerungsgruppen, beispielsweise Menschen mit Asthma, akute gesundheitliche Beschwerden oder Veränderungen des Gesundheitszustands mit den täglichen Schadstoffkonzentrationen in Beziehung gesetzt werden (Panelstudien).

Um langfristige Auswirkungen auf den Menschen zu untersuchen, werden bestimmte Personengruppen über einen möglichst langen Zeitraum hinsichtlich gesundheitlicher Wirkungen beobachtet. In sogenannten Kohortenstudien werden dazu belastete und bis auf die Belastung möglichst vergleichbare weniger belastete Personen miteinander verglichen. Eine große Herausforderung bei solchen Studien ist es, zu erfassen, welcher Luftschadstoffbelastung die untersuchten Personen über einen längeren Zeitraum tatsächlich ausgesetzt waren. Denn bei einigen Schadstoffen hängt die Belastung stark vom Aufenthaltsort ab – etwa davon, ob jemand direkt an einer viel befahrenen Straße wohnt oder weiter entfernt. Zur Bestimmung der Belastung werden meist Vor-Ort-Messungen in Kombination mit Modellrechnungen herangezogen.

Eine weitere Herausforderung in epidemiologischen Studien besteht darin, die gesundheitlichen Wirkungen einzelner Luftschadstoffe voneinander zu trennen. Menschen sind in der Regel nicht nur einem einzelnen Schadstoff ausgesetzt, sondern einem Gemisch verschiedener Luftschadstoffe sowie weiteren Umweltfaktoren, die ebenfalls die Gesundheit beeinflussen können.  

Welche Erkenntnisse ergeben sich aus solchen Studien?

Ziel der oben beschriebenen umweltepidemiologischen Studien ist es, das Risiko, welches für gesundheitliche Wirkungen durch Luftverschmutzung besteht, abzuleiten. Auf der Basis internationaler epidemiologischer Studienergebnisse hat die WHO Maßzahlen zur gesundheitlichen Bewertung abgeleitet. Demnach steigt bei einem Konzentrationsanstieg von 10 µg/m³ Feinstaub (PM_2.5) das Risiko zu versterben um 10% (siehe WHO 2025).

Ebenfalls leitet die WHO Richtwerte ab. Oberhalb dieser Werte sind negative gesundheitliche Wirkungen wahrscheinlich. Beispielsweise für PM_2.5 liegt der Richtwert bei 15 μg/m³ im Tagesmittel und bei 5 μg/m³ im Jahresmittel (siehe WHO 2021). Allerdings gibt es keinen eindeutig sicheren biologischen Schwellenwert, das heißt auch unterhalb dieser Konzentrationen können gesundheitliche Effekte auftreten. Weitere Informationen zu den Richtwerten sind hier zu finden: Luftqualitätswerte verstehen.

Die Richtwerte der WHO sind nicht rechtlich bindend. Rechtlich bindend sind hingegen die Grenzwerte, die in der Richtlinie des Europäischen Parlaments und dem Rat der Europäischen Union festgelegt sind. Diese wurden zuletzt im Herbst 2024 in neuer Fassung als Richtlinie über Luftqualität und saubere Luft für Europa (2024/2881) verabschiedet und wird derzeit ins deutsche Recht übersetzt. Die darin festgeschriebenen Grenzwerte sind jedoch weniger streng als die WHO-Richtwerte. Das heißt höhere Konzentrationen von Luftschadstoffen in der Außenluft sind erlaubt.

Der Unterschied ist: Die Richtwerte der WHO beruhen auf wissenschaftlichen Studien zur Gesundheit. Sie sollen die Menschen so gut wie möglich vor den gesundheitlichen Folgen von Luftschadstoffen schützen.

Grenzwerte sind dagegen gesetzlich festgelegte Werte. Bei ihrer Festlegung spielen nicht nur gesundheitliche Aspekte eine Rolle, sondern auch, wie gut sie in der Praxis eingehalten werden können und welche Kosten und Folgen die Maßnahmen haben. Weitere Informationen zu den Grenzwerten sind hier zu finden: Bewertung der neuen Grenzwerte zur Luftqualität.