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Gesundheitsrisiko Luftverschmutzung Welcher Feinstaub ist der schlimmste?

Autor / Redakteur: Sebastian Jutzi* / Christian Lüttmann

Feinstaub ist ungesund, aber mancher ist schädlicher als anderer. So zeigt eine aktuelle Studie unter Beteiligung des Paul-Scherrer-Instituts, dass es beim Feinstaub nicht nur auf die Menge, sondern auch auf die Sorte ankommt. Besonders gesundheitsschädlich ist demnach Staub aus Holzverbrennung und Bremsenabrieb.

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Feinstaub kann aus verschiedenen Quellen kommen und verschieden stark gesundheitsschädlich sein (Symbolbild).
Feinstaub kann aus verschiedenen Quellen kommen und verschieden stark gesundheitsschädlich sein (Symbolbild).
(Bild: gemeinfrei (v.o.l. Josh Withers, serjan midili, Thijs Stoop, Russ Ward) / Unsplash)

Villigen /Schweiz – Feinstaub ist eines der größten Gesundheitsrisiken, die von Luftverschmutzung ausgehen. Verschiedenen Studien zufolge lassen sich mehrere Millionen Todesfälle pro Jahr auf die schädliche Wirkung von Feinstaub zurückführen. Damit zählen schlechte Luftqualität und Feinstaub zu den fünf wichtigsten Gesundheitsrisikofaktoren der Welt, neben Bluthochdruck, Rauchen, Diabetes und Übergewicht.

Was Feinstaub so gefährlich macht, ist allerdings noch nicht genau bekannt. Forscher des Paul-Scherrer-Instituts (PSI) haben nun gemeinsam in einem internationalen Team herausgefunden, dass bei Feinstaub nicht allein die Menge für die Gesundheitsgefahr ausschlaggebend ist.

So misst man die Gefährlichkeit von Feinstaub

Bei der Studie untersuchten die Forscher vor allem zwei Dinge: Erstens, welche Quellen in Europa für das so genannte oxidative Potenzial des Feinstaubs verantwortlich sind, und zweitens, ob das oxidative Potenzial das Gesundheitsrisiko des Feinstaubs verursacht. Als oxidatives Potenzial des Feinstaubs wird die Fähigkeit bezeichnet, Antioxidantien abzubauen, was zur Schädigung von Körperzellen und -gewebe führen kann.

In einem ersten Schritt gaben die Forscher Feinstaubproben zu Zellen aus den menschlichen Atemwegen und überprüften deren biologische Reaktion. Stehen die Zellen unter Stress, geben sie einen Signalstoff für das Immunsystem ab, der im Körper Entzündungsreaktionen in Gang setzt. Die Wissenschaftler zeigten, dass Feinstaub mit erhöhtem oxidativem Potenzial die Entzündungsreaktion der Zellen besonders deutlich verstärkt. Dies legt die Vermutung nahe, dass das oxidative Potenzial bestimmt, wie schädlich der Feinstaub ist. Zwar sei die kausale Verbindung zwischen erhöhtem oxidativem Potenzial und einer Gesundheitsgefährdung noch immer nicht eindeutig nachgewiesen, Kaspar Dällenbach von der Forschungsgruppe Gasphasen- und Aerosolchemie am PSI betont. „Die Studie ist aber ein weiterer deutlicher Hinweis darauf, dass dieser Zusammenhang tatsächlich besteht.“

Kritische Regionen in Europa identifiziert

Zusätzlich sammelten die Forscher Feinstaubproben an verschiedenen Standorten in der Schweiz. Sie analysierten mithilfe einer am PSI entwickelten Massenspektrometrietechnik die Zusammensetzung des Feinstaubs. Das damit gewonnene chemische Profil jeder Feinstaubprobe lässt auf die Quelle schließen, aus der sie stammt. Außerdem bestimmten Kollegen in Grenoble an den gleichen Proben dessen oxidatives Potenzial, um einen Hinweis auf dessen Gefährlichkeit für die Gesundheit zu erhalten.

Mithilfe der detaillierten Analysen und statistischer Methoden, bestimmten die Forscher anschließend das oxidative Potenzial für alle relevanten Emissionsquellen. Auf Grundlage dieser experimentellen Daten berechneten sie in einem Computermodell, an welchen Orten Europas das höchste oxidative Potenzial durch Feinstaub übers Jahr hinweg herrscht. So identifizierten sie identifizierten vor allem Ballungsräume wie die französische Hauptstadt Paris oder die Po-Ebene in Norditalien als kritische Regionen.

Die Quellen des besonders schädlichen Feinstaubs

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass das oxidative Potenzial des Feinstaubs und die Feinstaubmenge nicht durch dieselben Quellen bestimmt werden“, resümiert Studienleiter Dällenbach. Der größte Teil des Feinstaubs besteht aus Mineralstaub und so genannten sekundären anorganischen Aerosolen wie Ammoniumnitrat und -sulfat. Das oxidative Potenzial des Feinstaubs bestimmen dagegen vor allem anthropogene sekundäre organische Aerosole. Das sind Partikel, die hauptsächlich aus Holzfeuerungen stammen, sowie Metallemissionen aus Bremsen- und Reifenabrieb des Straßenverkehrs.

Außerdem fanden die Forscher heraus, dass die Bevölkerung im urbanen Raum nicht nur einer höheren Feinstaubmenge ausgesetzt ist, sondern dass der Feinstaub in diesen Regionen ein höheres oxidatives Potenzial hat, und deswegen gesundheitsschädlicher als Feinstaub im ländlichen Raum ist. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass alleine die Regulierung der Feinstaubmenge unter Umständen nicht zielführend sein könnte“, sagt Dällenbach.

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Geschwächte Abwehr gegen Feinstaub

Eine von der Universität Bern geleitete Partnerstudie gibt weitere Einsichten in das Krankheitspotenzial von Feinstaub. Dort untersuchte man Zellen von Patienten, die unter einer speziellen Vorerkrankung leiden, der so genannten Cystischen Fibrose. In diesen Zellen ließ sich eine geschwächte Abwehr gegen Feinstaubbelastung nachweisen: Während bei gesunden Zellen ein antioxidativer Abwehrmechanismus das Fortschreiten der Entzündungsreaktionen stoppen konnte, reichte die Abwehrkapazität bei kranken Zellen dazu nicht aus. Das führte zu einer erhöhten Zellsterblichkeit.

Die Wissenschaftler vermuten aufgrund dieser Erkenntnisse, dass Bevölkerungsgruppen mit Vorerkrankungen besonders von entsprechenden Maßnahmen zur Verringerung der Feinstaubbelastung profitieren könnten.

Originalveröffentlichung der Partnerstudie: Z. Leni et al.: Oxidative stress-induced inflammation in susceptible airways by anthropogenic aerosol, PLOS ONE, 19. November 2020; DOI: 10.1371/journal.pone.0233425

Originalpublikation: Kaspar Rudolf Daellenbach et al.: Sources of particulate matter air pollution and its oxidative potential in Europe, Nature, volume 587, pages 414–419; November 2020; DOI: 10.1038/s41586-020-2902-8

* S. Jutzi, Paul-Scherrer-Institut (PSI), 5232 Villigen/Schweiz

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