Wirkungen auf die Gesundheit | Umweltbundesamt

Außenluft

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 und offensichtlich anstiegen, sind glücklicherweise vorbei. Dennoch, gemessen an den geltenden Grenz- und Zielwerten für Luftschadstoffe, ist ein Level, bei dem nachteilige gesundheitliche Wirkungen nicht mehr vorkommen, noch nicht erreicht. Und das, obwohl die derzeit geltenden EU-Grenz- und Zielwerte einen Kompromiss zwischen dem Schutzziel (der menschlichen Gesundheit) und der Machbarkeit darstellen, wie die EU bei der Festlegung der Werte im Jahr 2008 darlegte.

Da sich der wissenschaftliche Erkenntnisstand zu den gesundheitlichen Wirkungen seit 2008 deutlich erweitert hat, hat die Weltgesundheitsorganisation (⁠WHO⁠) eine Studie in Auftrag gegeben, um zu überprüfen, ob die Grenz- und Zielwerte überarbeitungsbedürftig sind. Zu diesem Thema und zur grundlegenden Bewertung der wichtigsten Luftschadstoffe informieren wir Sie im Folgenden.

Woher stammen die Schadstoffe und wie wirken sie sich auf die Gesundheit aus?

Gemessen an den in der EU geltenden Grenzwerten sind in Deutschland insbesondere die Konzentrationen von Stickstoffdioxid und Feinstaub noch immer zu hoch. Auch die Konzentrationen von Ozon können so hoch sein, dass gesundheitliche Wirkungen zu befürchten sind.

Stickstoffdioxid

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

In der Umwelt vorkommende Stickstoffdioxid-Konzentrationen sind vor allem für Asthmatiker ein Problem, da sich eine Bronchialkonstriktion (Bronchienverengung) einstellen kann, die zum Beispiel durch die Wirkungen von Allergenen verstärkt werden kann. Hier finden Sie Antworten auf häufig gestellten Fragen zu NO₂.

Ozon

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

Die gesundheitlichen Wirkungen von Ozon bestehen in einer verminderten Lungenfunktion, entzündlichen Reaktionen in den Atemwegen und Atemwegsbeschwerden Bei körperlicher Anstrengung, also bei erhöhtem Atemvolumen, können  sich diese Auswirkungen verstärken. Empfindliche oder vorgeschädigte Personen, zum Beispiel Asthmatiker sind besonders anfällig und sollten bei  hohen Ozonwerten körperliche Anstrengungen im Freien am Nachmittag vermeiden. Ab einem Ozonwert von 180 µg/m³ (1h-Mittelwert) werden dazu über die Medien Verhaltensempfehlungen an die Bevölkerung gegeben.

Da Ozon sehr reaktionsfreudig (reaktiv) ist, liegt die Vermutung nahe, dass es krebserregend sein könnte. Die MAK-Kommission (MAK=Maximale Arbeitsplatz Konzentration) der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) beurteilte Ozon als einen ⁠Stoff⁠, der „im Verdacht steht, beim Menschen Krebs auszulösen“. Hier finden Sie Antworten auf häufig gestellte Fragen zu Ozon.

Unter dem Begriff Feinstaub (PM, 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 somit aus einem komplexen ⁠Gemisch⁠ fester und flüssiger Partikel und  wird in unterschiedliche Fraktionen eingeteilt. PM₁₀ hat einen maximalen Durchmesser von 10 µm und kann beim Menschen in die Nasenhöhle 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. Sie reichen von Schleimhautreizungen und lokalen Entzündungen in der Luftröhre und den Bronchien oder den Lungenalveolen bis zu verstärkter Plaquebildung in den Blutgefäßen, einer erhöhten Thromboseneigung oder Veränderungen der Regulierungsfunktion des vegetativen Nervensystems (Herzfrequenzvariabilität). Hier finden Sie Antworten auf häufig gestellte Fragen zu Feinstaub.

Mit welcher Art Studien lassen sich Zusammenhänge zwischen der Luftbelastung und gesundheitlichen Wirkungen untersuchen

Ein wesentliches Ziel umwelthygienischer Forschung ist, gesundheitsschädigende Luftverunreinigungen möglichst frühzeitigen zu erkennen und zu beseitigen. Gesundheitliche Wirkungen von Umweltschadstoffen lassen sich mit sogenannten umweltepidemiologischen Studien an ausgewählten Gruppen der Bevölkerung (Kollektiven) untersuchen. Dabei ist zwischen kurz (akute)- und langfristigen (chronischen) gesundheitlichen Wirkungen zu unterscheiden.

Kurzfristige Wirkungen lassen sich dadurch feststellen, dass Zusammenhänge zwischen Stunden- bzw. Tageswerten von Luftschadstoffen und gesundheitlichen Folgeereignissen wie Zahl der Todesfälle oder Krankenhauseinweisungen am selben Tag oder in den Folgetagen untersucht werden. Diese Untersuchungen lassen sich über lange Zeiträume (Zeitreihenanalysen) oder als Vergleich mit unbelasteten Kontrolltagen (Case-Crossover-Analysen) durchführen. Es ist auch möglich, dass akute gesundheitliche Effekte innerhalb bestimmter Gruppen wie Asthmatikern mit den täglichen Schadstoffkonzentrationen verglichen und in einem Zusammenhang betrachtet werden (Panel-Studien).

Um langfristige Auswirkungen am Menschen zu untersuchen, muss man bestimmte Personengruppen über einen möglichst langen Zeitraum hinsichtlich gesundheitlicher Wirkungen beobachten. In sogenannten Kohortenstudien zieht man dazu belastete und bis auf die Belastung möglichst vergleichbare unbelastete Personen heran. Die größte Herausforderung bei solchen Studien ist die Bestimmung der tatsächlichen ⁠Exposition⁠ der jeweiligen Personen über einen langen Zeitraum, da bei manchen Schadstoffen eine große räumliche Variabilität auftritt (zum Beispiel die Nähe zum Straßenverkehr). Zur Abschätzung werden meist Vor-Ort-Messungen in Kombination mit Modellrechnungen herangezogen.

Welche Erkenntnisse ergeben sich aus solchen Studien?

Ziel der oben beschriebenen umweltepidemiologischen Studien ist es, das Risiko, welches für gesundheitliche Wirkungen durch Luftverschmutzung besteht, zu beschreiben. Auf der Basis internationaler epidemiologischer Studienergebnisse  hat die Weltgesundheitsorganisation (⁠WHO⁠) Maßzahlen zur gesundheitlichen Bewertung ermittelt,  abgeleitet und publiziert. Daraus ergibt sich zum Beispiel für Feinstaub, dass sich die durchschnittliche Lebenserwartung der Menschen in Europa  durch die Belastung mit PM_2,5 um 8,6 Monate verkürzt (siehe WHO-Fact-Sheets auf Englisch).

Grenz- und Zielwerte für die Luftreinhaltung

Die ⁠WHO⁠ hat zuletzt 2005 ihre Luftqualitätsleitlinien (Air Quality Guidelines (AQG) auf Englisch) zum Schutz der menschlichen Gesundheit vor Luftschadstoffen aktualisiert. Die Ableitung der Luftgüteleitwerte basiert auf Ergebnissen und Erkenntnissen umweltepidemiologischer Studien, wie sie oben beschrieben sind.

Die in der EU geltenden Grenz- und Zielwerte werden derzeit überprüft

Die im Jahr 2008 festgelegten Grenz- und Zielwert der EU orientieren sich zwar an den von der WHO vorgeschlagenen Werten, berücksichtigen aber gleichzeitig auch die Kosteneffizienz der Minderungsmaßnahmen, was häufig zu weniger ambitionierten Werten führte. Zum Beispiel wurden von der WHO für PM₁₀ ein Kurzzeitwert (Tagesmittel) von 50 µg/m³ und ein Langzeitwert (Jahresmittel) von 20 µg/m³ vorgeschlagen. Die EU hat sich mit ihrem Kurzzeitwert an den Luftqualitätsleitlinien der WHO orientiert, erlaubt aber für das Jahresmittel einen Wert von 40 µg/m³, also einen Wert, der doppelt so hoch ist, wie von der WHO vorgeschlagen.

Aufgrund der Weiterentwicklung der wissenschaftlichen Erkenntnislage beauftragte die EU im Jahr 2012 die WHO, die neuesten Erkenntnisse über die Zusammenhänge zwischen Luftverunreinigungen und Gesundheit durch anerkannte, externe Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler beurteilen zu lassen. Die WHO legte 2013 einen ersten Bericht des Projektes REVIHAAP (Review of EVIdence on Health Aspects of Air Pollution) vor. Dieser kommt zu dem Schluss, dass inzwischen durch Studien belegt werden kann, dass eine langfristige ⁠Exposition⁠ gegenüber Feinstaub (PM_2,5) zu Arteriosklerose führen, Geburten beeinträchtigen und Atemwegserkrankungen bei Kindern auslösen kann. Die WHO kommentiert, dass die bis dato vorliegenden Erkenntnisse zu einer Senkung der EU-Grenzwerte, insbesondere für PM_2,5,  führen sollten. Die EU-Kommission wird aber voraussichtlich erst zum Ende dieses Jahrzehnts eine Fortschreibung der Grenzwerte vorschlagen.