Gesundheitliche Bewertung der Particulate Matter (PM)10- und Feinstaub-Problematik

Hintergrund und gegenwärtige Feinstaubbelastung in Bayern

Blick auf eine Autobahn aus Sicht des Fahrers

Die rechtlichen Regelungern wurden aktualisiert: in der 39. Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes sind Immissionsgrenzwerte festgelegt. Es handelt sich um Werte, die auf der Basis wissenschaftlicher Erkenntnisse von den Parlamenten mit dem Ziel festgelegt werden, schädliche bzw. erhebliche Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit oder die Umwelt zu vermeiden, zu verhüten oder zu verringern und dem Entstehen schädlicher Umwelteinwirkungen vorzubeugen. Diese Grenzwerte müssen innerhalb eines bestimmten Zeitraums (z. B. eines Tages oder Kalenderjahrs) eingehalten werden.
Für PM10 und PM2,5 liegen folgende Grenzwerte vor:

  • als 24-Stunden-Grenzwert 50 µg/m³ PM10, der nicht öfter als 35mal im Jahr überschritten werden darf. Als der über ein Kalenderjahr gemittelte Immissionsgrenzwert gilt 40 µg/m³ PM10.
  • Seit Januar 2015 gilt für PM2,5, der über ein Kalenderjahr gemittelte Immissionsgrenzwert von 25 µg/m3.

Überschreitungen der Grenzwerte und Toleranzmargen für PM10 und Stickstoffdioxid für Bayern im Jahr 2003 (Liste der Messstationen) (PDF, 14 KB)
Quelle: Bayerisches Landesamt für Umweltschutz

Für verschiedene bayerische Städte und Ballungsräume wurden Luftreinhaltepläne entwickelt. Einzelheiten finden sich auf den Internetseiten des Umweltministeriums.

Zur Website des Bayerischen Staatsministeriums für Umwelt und Gesundheit

Quellen für Feinstäube

Partikuläre Luftinhaltsstoffe werden, wenn sie dispers in der Luft verteilt sind, auch als Aerosol bezeichnet. Der Begriff umfasst sowohl "feste " (Stäube) als auch "flüssige " Partikel (Nebel). Neben den natürlichen Aerosolquellen (z. B. Seesalz der Meere, Vulkanausbrüche, aufgewirbelter Saharasand) und biogenen Aerosolen (z. B. Pollen) spielen anthropogene Quellen (z. B. Verbrennungsprozesse) eine wichtige Rolle. Nach ihrer Freisetzung bilden die anorganischen und organischen Reaktionszwischenprodukte schnell ultrafeine Partikel (Nukleation), die im weiteren Verlauf aus thermodynamischen Gründen zu größeren Einheiten aggregieren (Koagulation).

Der Anteil der wesentlichen Quellen an den partikulären Emissionen ist in der Abbildung 1 dargestellt. Es fällt auf, dass der motorisierte Straßenverkehr die Emissionen dominiert, insbesondere je kleiner die untersuchte Partikelfraktion ist. Bei der ultrafeinen Partikelfraktion (PM0,1) ist diese Quelle allein mit ca. 54 % an den Gesamtemissionen beteiligt, in verkehrsnahen Bereichen ist dieser Prozentsatz nochmals deutlich höher.

Die Abbildung 2 macht deutlich, dass ca. 65 % der Dieselemissionen (ein wesentlicher Bestandteil der sehr feinen Partikelfraktion) aus dem Nutzfahrzeugsektor kommen. Dies ist ein Hinweis darauf, dass vor allen Dingen Minderungsmaßnahmen in diesem Fahrzeugbereich mit einer erheblichen Belastungsreduktion verbunden sein könnte.

Abbildung 1: Quellen der partikulären Emissionen in Großbritannien 2001 (modifiziert nach [AQEG 2004])

Säulendiagramm: Quellen der partikulären Emissionen in Großbritannien 2001

Abbildung 2: Emission von Dieselpartikeln in Deutschland 2002 nach Fahrzeuggruppen (nach Umweltbundesamt 2004)

Säulendiagramm: Emission von Dieselpartikeln in Deutschland 2002 nach Fahrzeuggruppen

Tierexperimentelle Befunde

Die Wirkung feiner Partikel wurde in einer großen Zahl von tierexperimentellen Studien untersucht. Im folgenden ist dargestellt, wie die Ergebnisse aussehen und wie weit sie auf den Menschen übertragbar sind.

Tierexperimentelle Befunde

Die Wirkungen auf den Menschen und epidemiologische Bewertung

Kurzzeiteffekte

Zahlreiche Studien haben einen Zusammenhang zwischen den aktuellen PM10-Konzentrationen in der Luft und der Morbidität bei Kindern und Erwachsenen nachgewiesen. Untersucht wurden in Bezug auf die Morbidität beispielsweise die Änderung von Lungenfunktionsparametern, die Medikamenteneinnahme von Asthmatikern, die Veränderung kardiovaskulärer Parameter wie Herzfrequenzvariabilität und Blutviskosität oder die Zahl von Arztbesuchen und Krankenhausaufnahmen. Bezogen auf einen Anstieg der Partikelbelastung um 10 µg/m³ PM10 schätzt die WHO die Zunahme von Krankenhauseinweisungen aufgrund von Atemwegserkrankungen auf 0,8 %, den Anstieg des Medikamentengebrauchs auf 3 %, die Zunahme von Hustensymptomatik auf 4 % und von Symptomen der unteren Atemwege auf 3 % sowie die Reduktion des PEF (peak expiratory flow) um 0,13 %.

Die Mortalität wurde insgesamt erfasst sowie spezifiziert für kardiovaskuläre und respiratorische Ereignisse. Besonders vulnerabel für die schädlichen Effekte von Schwebstaub sind Personen mit bereits bestehenden Atemwegs- oder Herzkreislauferkrankungen.

Schätzungen, die auf Daten aus den USA basieren, gehen von einer Zunahme der Gesamtmortalität um 0,5 % aus bezogen auf einen Anstieg der Partikelbelastung um 10 µg/m³ PM10. Die durchschnittliche PM10-Belastung lag hierbei in den untersuchten Städten mit 24 und 46 µg/m³ in einem nicht unüblichen Bereich. Daten aus westeuropäischen Städten ergaben eine Zunahme der Mortalität um 0,4 % bei einem Anstieg der PM10-Belastung um 10 µg/m³. Die mediane PM10-Belastung bewegte sich in den untersuchten Städten zwischen 33 und 85 µg/m³.

Die Exposition gegenüber PM2.5 zeigt im Vergleich zu PM10 entsprechende gesundheitliche Effekte. Es wird derzeit diskutiert, ob PM2.5 der bessere Prädiktor für die beobachteten Gesundheitseffekte ist als PM10.

Neuere Arbeiten verweisen zudem auf gesundheitliche Auswirkungen ultrafeiner Partikel, die unabhängig von den Gesundheitseffekten der größeren Partikel sind. Auch wenn die Datenlage hierzu noch nicht ausreichend ist, wird den gesundheitlichen Effekten ultrafeiner Partikel zukünftig insofern Beachtung geschenkt werden müssen, da bisherige regulatorische Maßnahmen für PM10, die darauf abzielen, die Partikelmasse zu reduzieren, nicht zwingend die Partikelanzahl ultrafeiner Partikel verringern.

Langzeiteffekte

Epidemiologische Studien zu Langzeiteffekten von partikelförmiger Luftbelastung haben gesundheitliche Auswirkungen in Bezug auf die Morbidität, gemessen z. B. als Änderung der Lungenfunktion, das Auftreten infektiöser Atemwegserkrankungen (Bronchitis) oder atopischer Erkrankungen, und auf die Mortalität (Gesamtsterblichkeit, kardiopulmonare Mortalität, Lungenkrebs) nachgewiesen.

Bezogen auf einen Anstieg der PM10-Belastung um 10 µg/m³ wurde ein um rund 30 % höheres Risiko für Bronchitis bei Kindern und ein um 10 % höheres Sterblichkeitsrisiko bei Erwachsenen geschätzt. Bei einer gegenüber der Hintergrundbelastung um 10 µg/m³ erhöhten Exposition gegenüber PM2.5 ist pro Jahr in einer Population mit 200.000 Kindern mit zusätzlichen 3.350 Kindern mit Bronchitisymptomen zu rechnen sowie bei zusätzlichen 4.000 Kindern mit einer verschlechterten Lungenfunktion. Ausgewählte Studien, die wesentlich für die gesundheitliche Bewertung sind, wurden vertiefend zusammengefasst:

Ausgewählte Studien zu Langzeit- und Kurzzeiteffekten (PDF, 14 KB)

Darüber hinaus wird ein möglicher Zusammenhang der Exposition gegenüber PM10 bzw. Schwebstaub und intrauteriner Wachstumsverzögerung, Frühgeburtlichkeit und vermindertem Geburtsgewicht diskutiert.

Die Langzeitexposition gegenüber vergleichsweise geringen Partikelkonzentrationen führt darüber hinaus zu einer messbaren Verringerung der Lebenserwartung in einer Bevölkerung. Berechnungen für die Niederlande ergaben unter der Annahme einer 15jährigen Exposition gegenüber einer um 10 µg/m³ PM10 erhöhten Partikelkonzentration eine um 1,11 Jahre verringerte Lebenserwartung von erwachsenen Männern. Für die Gesamtbevölkerung von Baden-Württemberg wurden für eine durchschnittliche verkehrsbedingte PM10-Exposition von 11,2 µg/m³ 4.325 vorzeitige Todesfälle bzw. eine Verringerung der durchschnittlichen Lebenserwartung von 5,5 Monaten geschätzt.

Die Ergebnisse epidemiologischer Untersuchungen zum Zusammenhang von Partikeln und Lungenkrebs sind nicht einheitlich. Einige Studien zeigen erhöhte, jedoch nicht immer statistisch signifikante relative Risiken. In einer großen prospektiven Kohortenstudie (AHSMOG) wurde ein deutlich erhöhtes Risiko für Männer beobachtet.

Ausgewählte Studien zu Langzeit- und Kurzzeiteffekten - siehe AHSMOG (PDF, 14 KB)

Attributables Risiko

Basierend auf den Ergebnissen der WHO-Dreiländerstudie in Frankreich, Schweiz und Österreich zu den gesundheitlichen Auswirkungen von verkehrsbedingter Luftschadstoffbelastung wurden die absolute Anzahl der dieser Belastung zuschreibbaren (attributablen) Fälle und der relative Anteil (attributable Proportion) abgeschätzt

Der Luftschadstoffbelastung zuschreibbare (attributale) Fälle und Anteile (PDF, 9KB)

Für die Berechnungen wurden epidemiologisch bestimmte Expositions-Wirkungs-Beziehungen für einen Anstieg der Immissionsbelastung um 10 µg/m³ PM10 verwendet. Beispielsweise wurde geschätzt, dass 30 % der Bronchitiserkrankungen bei Kindern und 6 % der Gesamtmortalität bei Erwachsenen der Luftschadstoffbelastung zugeschrieben werden können.

Berechnungen der WHO zufolge ist in einer Bevölkerung von 1 Million bei einer Episode von 3 Tagen mit einer mittleren PM10-Konzentration von 50 µg/m³ mit 4 zusätzlichen Todesfällen, 3 zusätzlichen Krankenhausaufnahmen aufgrund respiratorischer Beschwerden, 4.863 zusätzlichen Personen-Tagen mit Medikamenteneinnahme (Bronchodilatatoren) und 5.185 zusätzlichen Personen-Tagen mit verstärkt auftretender Asthmasymptomatik zu rechnen.

Wirkungen auf das Immunsystem und Allergien

In verschiedenen Untersuchungen wurde beobachtet, dass ein höheres Sensibilisierungsrisiko gegenüber Inhalationsallergenen für Kinder besteht, wenn sie in stark befahrenen Straßen wohnen. Auch der Schweregrad an Heuschnupfensymptomen war dabei deutlich erhöht. Insgesamt zeigen die bisherigen Ergebnisse, dass Luftschadstoffe (insbesondere auch partikuläre) inhalative und kutane Allergien fördern und bestehende allergische Reaktionen verstärken können. Insbesondere für den Dieselruß (als Teil des PM10) ist tierexperimentell und in Versuchen an menschlichen Probanden eine adjuvante (fördernde) Wirkung im Rahmen einer IgE-vermittelten allergischen Reaktion belegt.

Zusammenfassung

Die bisher vorliegenden Daten aus epidemiologischen Studien geben keine Hinweise auf einen Schwellenwert der gesundheitlichen PM10-Effekte auf Populationsebene. Die Arbeitsgruppe der Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN kommt in Bezug auf die in der EU-Richtlinie festgelegten Grenzwerte der Stufe 1 (ab 2005) und Stufe 2 (ab 2010) zu dem Schluss, dass eine weitere Reduzierung der Jahresmittelwerte und der Häufigkeit von Überschreitungen eines Tagesmittelwertes von 50 µg/m³ über die Stufe 1 hinaus zu einer Minderung des gesundheitlichen Risikos führt. Aufgrund der linearen Zusammenhänge zwischen Exposition und gesundheitlicher Wirkung, die sich aus den epidemiologischen Untersuchungen ergeben, dient sowohl eine Reduzierung der Langzeitbelastung (Jahresmittelwert) als auch der Kurzzeitbelastung (Limitierung der Anzahl der Überschreitungen des Tagesmittelwertes) der menschlichen Gesundheit.

In einem Gutachten, das im Auftrag des Umweltbundesamtes erstellt wurde, wird aufgrund von Modellannahmen davon ausgegangen, dass durch den Einsatz von Partikelfiltern bei Dieselkraftfahrzeugen ein Minderungspotential von ca. 3 µg/m³ (bezogen auf PM2,5) ausgeschöpft werden könnte. Unter Berücksichtigung der Mortalitätsdaten für Deutschland kommt Wichmann (2003) zu dem Schluss, dass durch den konsequenten Einsatz von Partikelfiltern für Dieselfahrzeuge eine Verminderung der jährlichen Sterblichkeit um ca. 8.000 bis 17.000 Fälle (insbesondere an Herz- Kreislauferkrankungen) erreicht werden könnte.

Aus umweltmedizinischer Sicht legen die bisher vorliegenden Ergebnisse nahe, dass den Wirkungen von Fein- und Ultrafein-Stäuben eine herausgehobene gesundheitliche Bedeutung zukommt. Wesentliche Risiken müssen insbesondere für Kinder und ältere Personen sowie solchen mit schwerwiegenderen Vorerkrankungen der Atemwege bzw. des kardiovaskulären Systems gesehen werden. Da Erkrankungen dieser Organsysteme sehr häufig in der Bevölkerung auftreten, muss die gesundheitliche Bedeutung der Feinstäube als umso bedeutsamer eingeschätzt werden.

Auch wenn die mit einer Partikelexposition verbundenen individuellen Risiken klein erscheinen, sind aufgrund der hohen Zahl betroffener Personen durch die nahezu ubiquitäre Belastung der Bevölkerung die Risiken gesundheitspolitisch nicht zu vernachlässigen.

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