Wegen der grundsätzlichen Bedeutung der Atemluftqualität auf die Situation des Herz-Kreislaufsystems

- auch und insbesondere unter Arbeitsbedingungen -

möchten wir aus dem kürzlich publizierten Positionspapier der Deutschen Gesellschaft für Pneumologie und Beatmungsmedizin zu Luftschadstoffen und Gesundheit zitieren.

Arbeitsmediziner*innen, Sicherheitsfachkräften und auch Arbeitgeber*innen wird hier verdeutlicht, wie wichtig gesunde, saubere Luftverhältnisse auf der Arbeit sind, denen Arbeitnehmer*innen ggf. viele Stunden pro Tag über Jahre / Jahrzehnte ausgesetzt sind.

In diesem Zusammenhang sei daran erinnert, dass der Gesetzgeber bereits Hinweise gegeben hat, wie mit Gefahren umgegangen werden soll:

1. Arbeitsschutzgesetz:

§ 4 Allgemeine Grundsätze
Der Arbeitgeber hat bei Maßnahmen des Arbeitsschutzes von folgenden allgemeinen Grundsätzen auszugehen:
1. Die Arbeit ist so zu gestalten, daß eine Gefährdung für das Leben sowie die physische und die psychische Gesundheit möglichst vermieden und die verbleibende Gefährdung möglichst gering gehalten wird;
2. Gefahren sind an ihrer Quelle zu bekämpfen;
3. bei den Maßnahmen sind der Stand von Technik, Arbeitsmedizin und Hygiene sowie sonstige gesicherte arbeitswissenschaftliche Erkenntnisse zu berücksichtigen;
4. Maßnahmen sind mit dem Ziel zu planen, Technik, Arbeitsorganisation, sonstige Arbeitsbedingungen, soziale Beziehungen und Einfluß der Umwelt auf den Arbeitsplatz sachgerecht zu verknüpfen;
5. individuelle Schutzmaßnahmen sind nachrangig zu anderen Maßnahmen;
6. spezielle Gefahren für besonders schutzbedürftige Beschäftigtengruppen sind zu berücksichtigen;
7. den Beschäftigten sind geeignete Anweisungen zu erteilen;
8. mittelbar oder unmittelbar geschlechtsspezifisch wirkende Regelungen sind nur zulässig, wenn dies aus biologischen Gründen zwingend geboten ist.

2. Gefahrstoff-Verordnung:

§ 7 Grundpflichten

...   (3) Der Arbeitgeber hat auf der Grundlage des Ergebnisses der Substitutionsprüfung nach § 6 Absatz 1 Satz 2 Nummer 4 vorrangig eine Substitution durchzuführen. Er hat Gefahrstoffe oder Verfahren durch Stoffe, Gemische oder Erzeugnisse oder Verfahren zu ersetzen, die unter den jeweiligen Verwendungsbedingungen für die Gesundheit und Sicherheit der Beschäftigten nicht oder weniger gefährlich sind.
(4) Der Arbeitgeber hat Gefährdungen der Gesundheit und der Sicherheit der Beschäftigten bei Tätigkeiten mit Gefahrstoffen auszuschließen. Ist dies nicht möglich, hat er sie auf ein Minimum zu reduzieren.
...

Bei der Diskussion um Grenzwerte sollte nicht vergessen werden, dass der Gesetzgeber ein Minimierungsgebot für Gefahren ausgesprochen hat...

 

 

 Zitat aus dem:

„Positionspapier -  Deutsche Gesellschaft für Pneumologie und Beatmungsmedizin e.V.

Atmen:  Luftschadstoffe und Gesundheit

 

Autoren:

Holger Schulz1, Stefan Karrasch1, Georg Bölke2, Josef Cyrys1, Claudia Hornberg3, Regina Pickford1, Alexandra Schneider1, Christian Witt2, Barbara Hoffmann4

 1 Helmholtz Zentrum München – Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Institut für Epidemiologie, Ingolstädter Landstr. 1, 85764 Neuherberg/München, Deutschland

2 Charité – Universitätsmedizin Berlin, Arbeitsbereich ambulante Pneumologie der Medizinischen Klinik mit Schwerpunkt Infektiologie und Pneumologie, Charitéplatz 1, 10117 Berlin, Deutschland

3 Universität Bielefeld, Fakultät für Gesundheitswissenschaften, AG Umwelt und Gesundheit

4 Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Institut für Arbeits-, Sozial- und Umweltmedizin, Postfach 101007, 40001 Düsseldorf, Deutschland

 

 

Seiten 46-55      Abschnitt Herz-Kreislauf-System

Autorin Alexandra Schneider

„Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind weltweit die führende Todesursache für nicht ansteckende Erkrankungen. Etwa 30 % aller Todesfälle werden darauf zurückgeführt (http://www.who.int/en/news-room/fact-sheets/detail/cardiovascular-diseases-(cvds)).

Die in der Studie „Gesundheit in Deutschland aktuell“ (GEDA) für Deutschland abgeschätzte Lebenszeitprävalenz von koronarer Herzerkrankung, Herzinfarkt oder -insuffizienz sowie Schlaganfall beträgt bei Männern 13,3 % und bei Frauen 10,7 % [166].

Vor allem individuelle Lebensstilfaktoren wie Rauchen, ungesunde Ernährung oder mangelnde Bewegung gelten als beeinflussbare Risikofaktoren, während die Exposition gegenüber Luftschadstoffen die Gesamtbevölkerung betrifft und vom Einzelnen nur in sehr geringem Maße beeinflusst werden kann [22, 82, 167].

Obwohl die Luftschadstoffe primär über die Atemwege in den Körper gelangen und damit zunächst ein Gesundheitsrisiko für die Lunge naheliegt, stellen sie das größte attributable Risiko für das Herz-Kreislauf-System dar. Zahlreiche epidemiologische Studien weltweit [23, 27] konnten zeigen, dass die Exposition von Außenluftschadstoffen nicht nur lokale Effekte in der Lunge, sondern vor allem auch systemische Effekte im Herz-Kreislauf-System hervorrufen kann. Aus diesem Grund gab die American Heart Association im Jahr 2010 ein Statement mit folgenden Schlussfolgerungen heraus: „A wide array of new studies that range from epidemiology to molecular and toxicological experiments have provided additional persuasive evidence that presentday levels of air pollutants contribute to cardiovascular morbidity and mortality.“ Und: „It is the opinion of the writing group that the overall evidence is consistent with a causal relationship between PM2.5 exposure and cardiovascular morbidity and mortality. …. Finally, PM2.5 exposure is deemed a modifable factor that contributes to cardiovascular morbidity and mortality.“ [22]

 

Mortalität und Morbidität

Zu den wichtigsten europäischen Kurzzeitstudien im Hinblick auf Partikel zählt die APHEA2-Studie (Air Pollution and Health: A European Approach 2). Dabei handelt es sich um eine multizentrische Studie, die in 29 europäischen Städten durchgeführt wurde [98]. In dieser Studie konnte ein linearer Zusammenhang zwischen einem Anstieg von PM10 um 10 µg/m3 mit einer erhöhten Mortalität aufgrund von Herz-Kreislauf-Erkrankungen (Anstieg um 0,76 % (95%KI: 0,47 – 1,05 %)) gezeigt werden [97]. Darüber hinaus waren erhöhte Partikelkonzentrationen in der Luft mit vermehrten Krankenhausaufnahmen aufgrund kardiovaskulärer Erkrankungen assoziiert (Anstieg um 1,3 % (95%KI: 0,7 – 1,8 %) für einen PM10-Anstieg um 10 µg/m³ für Personen älter als 65 Jahre) [168]. Entsprechende große Studien in den USA wie die NMMAPS (National Mortality, Morbidity and Air Pollution Studies) [169, 170] lieferten ähnliche Ergebnisse. In der APHEA2-Studie wurde auch die Auswirkung von Ozon auf die Sterblichkeit in 23 europäischen Städten untersucht [99]. Effekte konnten für die warme Jahreszeit nachgewiesen werden, wobei man für Ozon stärkere Assoziationen mit Atemwegs- als mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen fand. Ein Anstieg des mittleren 1-Stundenwertes von Ozon um 10 μg/m3 im Sommer führte zu einer Erhöhung der Gesamtmortalität um 0,33 % (95%KI: 0,17 – 0,52 %). Bei den Herz-Kreislauf-Erkrankungen waren es 0,45 % (95%KI: 0,22 – 0,69 %) [99]. Die praktisch lineare Dosis-Wirkungsbeziehung blieb auch dann statistisch signifikant, wenn für andere Luftschadstoffe adjustiert wurde.

Über die Auswirkungen einer Langzeit-Exposition existiert inzwischen ebenfalls eine Reihe von umweltepidemiologischen Studien. Die mit Abstand größte und umfassendste Kohortenstudie, in der ein Zusammenhang zwischen der Langzeit-Exposition gegenüber Feinstaub und der Sterblichkeit untersucht wurde, ist die „American Cancer Society“ (ACS)-Studie [91, 100]. Diese Studie basiert auf der „ACS Cancer Prevention II“-Studie, die 1982 initiiert wurde und ungefähr 1,2 Millionen amerikanische Teilnehmer aus allen 50 US-Bundesstaaten rekrutiert und ihre Sterbedaten bis 1998 erhoben hat. In den Analysen von Pope und Kollegen [91] wurden Risikofaktoren und der Todeszeitpunkt sowie die Todesursachen von etwa 550.000 Teilnehmern dieser Kohorte erfasst und mit Luftschadstoffkonzentrationen aus ca. 150 Städten in Verbindung gebracht. Für die Gesamtmortalität und kardiopulmonale Todesfälle wurden statistisch signifikant erhöhte relative Risiken für PM2.5 gefunden.

So war z. B. ein Anstieg von PM2.5 um 10 µg/m3 mit einem erhöhten Risiko für kardiopulmonale Mortalität von 9 % (95%KI: 3 – 16 %) assoziiert. Für die Gesamtmortalität ergab sich eine Risikoerhöhung von 6 % (95%KI: 2 – 11 %). Eine Re-Analyse sowie eine fortgeschriebene Auswertung mit Daten aus weiteren acht Jahren bestätigten im Wesentlichen die ursprünglichen Studienergebnisse [171, 172].

Die amerikanische „Harvard Six Cities“-Studie [155] beobachtete ca. 8.000 Erwachsene über einen Zeitraum von 14 bis 16 Jahren und konnte zeigen, dass die Mortalität in der am stärksten durch PM2.5 belasteten Stadt (Steubenville, Ohio, mittlere PM2.5-Belastung 29,6 µg/m3) um 26 % (95%KI: 8 – 47 %) höher war im Vergleich zu der Stadt mit der niedrigsten PM2.5-Belastung (Portage, Wisconsin, mittlere PM2.5-Belastung 11,0 µg/m3). Ein wesentlicher Befund nach Verlängerung der Beobachtungszeit um weitere acht Jahre war, dass eine verbesserte Luftqualität zu einer Reduzierung des Sterblichkeitsrisikos führte (Abnahme um 27 % (95%KI: 5 – 43 %) für eine mittlere Abnahme des PM 2.5 um 10 µg/m³ im Vergleich der Perioden 1980–1985 und 1990–1998) [167]. Auch die Studie von Pope et al. [82] zeigte, dass eine Verringerung von PM2.5 um 10 µg/m³ zwischen 1980 und 2000 in US-amerikanischen Städten zu einer verlängerten Lebenserwartung (Erhebungszeitraum 1980–1990) von im Mittel 0,61 Jahren führte. Dabei war neben anderen Faktoren (z. B. Prävalenz des Rauchens, sozioökonomische Faktoren) die Verbesserung der Luftqualität für 15 % des gesamten Anstiegs der Lebenserwartung verantwortlich. In Europa wurden im Rahmen der niederländischen „Netherlands Cohort Study-AIR“-Studie etwa 120.000 Personen von 1986 bis 2006 beobachtet. Die Langzeitexposition der Teilnehmer wurde durch gemessene regionale und urbane Hintergrundkonzentration charakterisiert sowie durch eine Indikatorvariable, die das Wohnen in der Nähe einer Hauptverkehrsstraße berücksichtigte. Das Wohnen an einer stark befahrenen Straße war mit erhöhter kardiovaskulärer Sterblichkeit assoziiert: relatives Risiko 1,05 (95%KI: 0,99 – 1,12) in Bezug auf die Verkehrsintensität auf der zum Wohnort nächstgelegenen Straße. Ähnliche relative Risiken zeigten sich für Ruß (1,04 (95%KI: 0,95 – 1,13)), PM2.5 (1,04 (95%KI: 0,90 – 1,21)) und NO2 (1,07 (95%KI: 0,94 – 1,21)) [173, 174].

Einige aktuellere multizentrische Studien konnten die bestehende Evidenz der Rolle der Luftschadstoffe in Bezug auf die Gesundheit weiter untermauern (z. B. Mortalität: [71, 81, 175-178]; Inzidenz kardiovaskulärer Erkrankungen: [179-181]). Insbesondere ist das ESCAPE-Projekt („European Study of Cohorts for Air Pollution Effects”) zu nennen, die erste multizentrische Langzeitstudie dieser Größenordnung in Europa. Um sowohl den Einfluss regulierter Luftschadstoffe wie NO2, PM2.5 und PM10 als auch die elementare Zusammensetzung der Partikel konsistent über existierende europäische Kohorten hinweg zu untersuchen, wurden in ESCAPE einheitliche Landnutzungsmodelle zur Expositionsabschätzung entwickelt. Da sich deutliche Gesundheitseffekte auch für Luftschadstoffbelastungen unter den derzeitigen europäischen Grenzwerten feststellen ließen, werden diese Zusammenhänge derzeit im ELAPSE-Projekt („Effects of Low-Level Air Pollution: A Study in Europe“) weiter verfolgt. So ergab sich für die ursprüngliche Analyse der natürlichen Mortalität ohne Schwellenwert für PM2.5 ein Hazard Ratio von 1,07 (95%KI: 1,02 – 1,13) pro Anstieg des PM2.5 um 5 µg/m³, für Schwellenwerte von 25 µg/m³, 20 µg/m³, 15 µg/m³ und 10 µg/m³ blieb das Hazard Ratio quasi unverändert: 1,06 (95%KI: 1,01 – 1,12), 1,06 (95%KI: 1,01 – 1,12), 1,07 (95%KI: 1,01 – 1,13) und 1,06 (95%KI: 1,00 – 1,13).

Bereits 2010 folgerten Brook et al. [22] im „Scientifc Statement from the American Heart Association“, dass die existierende Evidenz für kardiovaskuläre Mortalität, Krankenhauseinweisungen und ischämische Herzerkrankungen bzw. Herzinfarkt relativ stark ist und sich für Herzinsuffizienz moderat darstellt. Seitdem hat sich die Evidenz vor allem für ischämische Herzerkrankungen bzw. Herzinfarkt weiter konsolidiert.

 

Biologische Mechanismen

Der Zusammenhang zwischen Luftschadstoffen und kardiovaskulären Effekten kann mit den folgenden Mechanismen erklärt werden, die einzeln oder interaktiv in der Lage sind, das Risiko für Herz-Kreislauf-Krankheiten zu erhöhen [22, 25]:

1. Partikel können Abwehrprozesse in Form von Entzündungsreaktionen hervorrufen. Diese Reaktionen, die sich zunächst im Lungengewebe abspielen [182, 183], können über freigesetzte Botenstoffe zur systemischen Entzündung führen, die den gesamten Organismus betrifft und deren Ausmaß z. B. Über Interleukin-6- und C-reaktive Proteinkonzentrationen im Serum erfasst werden kann. Als Folge können eine Störung der Endothelfunktion, die Bildung von Thromben oder ein Fortschreiten von atherosklerotischen Läsionen beobachtet werden.

2. Interaktionen deponierter Schadstoffe mit Reflex-Rezeptoren im Atemtrakt können das vegetative Nervensystem beeinflussen. Störungen der vegetativen Balance haben indirekte Auswirkungen auf die durch das Nervensystem mitgesteuerte Herzfunktion und können z. B. zu Herzrhythmusstörungen beitragen bzw. führen [184-186].

3. Partikel oder deren lösliche Bestandteile können auch direkt auf Organe des Herz-Kreislauf-Systems oder auf Blutbestandteile einwirken. Dies trifft insbesondere auf die ultrafeinen Partikel zu, die die alveolokapilläre Schranke in den Alveolen überwinden und in den Blutstrom gelangen können, wo sie u. a. eine Aktivierung von Leukozyten induzieren können, die Viskosität des Blutes beeinflussen oder zu lokalen Entzündungsreaktionen und Störungen der Endothelfunktion, die maßgeblich an der vaskulären Homöostase beteiligt sind, führen können.

Dabei wird davon ausgegangen, dass direkte Effekte von Partikeln kardiovaskuläre Ereignisse vor allem innerhalb weniger Stunden auslösen können. Daneben gibt es zunehmend Hinweise, dass Partikel die Entstehung und Progression chronischer Prozesse wie der Atherosklerose fördern – ein möglicher Mechanismus für die beobachteten Langzeiteffekte [25].

 

Kardiovaskuläre Endpunkte

Vegetative Balance

Das kardiovaskuläre System unterliegt einem komplexen Zusammenspiel zwischen autonomem Nervensystem (Steuersystem), dem myokardialen Substrat, dem Zustand des Myokards (motorische Funktion, „Pumpeinheit“) und der myokardialen Vulnerabilität (Toleranzbereich) [187]. Die myokardiale Vulnerabilität beinhaltet das Konzept der individuellen Suszeptibilität bezüglich kardialer Ereignisse wie Arrhythmien, transitorischer Ischämie oder des dynamischen Repolarisationsverhaltens [187]. Veränderungen im myokardialen Substrat wie Ischämie oder Hypertrophie sind mit einer erhöhten Morbidität und häufig fatalen kardialen Ereignissen assoziiert und können z. B. nichtinvasiv echokardiographisch oder aus EKG-Veränderungen abgeleitet werden. Über das konstante Zusammenspiel von sympathischer und parasympathischer Aktivität steuert das autonome Nervensystem die Herzfunktion. Die aus dem EKG abgeleitete Herzratenvariabilität (HRV) spiegelt die autonome Modulation der rhythmischen Aktivität des Sinusknotens wider [188] und wird als Marker für die Beurteilung der vegetativen Balance des Herzens genutzt [188]. Eine reduzierte HRV gilt als Prädiktor eines höheren Risikos für kardiovaskuläre Mortalität und Morbidität [189, 190]. Im Allgemeinen kann jede Art von Stress die sympathische Aktivität steigern, so das myokardiale Substrat verändern und folglich die myokardiale Vulnerabilität erhöhen. Diskutiert wird, dass Veränderungen in der Luftqualität einen ausreichenden Stressfaktor darstellen, um als Trigger diese Kette von Ereignissen auszulösen. Suszeptible Personen wie ältere Menschen, Patienten mit Herzerkrankungen oder chronisch obstruktiver Lungenerkrankung (COPD) sind dafür prädisponiert [187].

Die Übersichtsarbeit von Pieters et al. [191] zeigt, dass in vielen Studien eine Kurzzeitexposition mit Luftschadstoffen mit einer reduzierten HRV assoziiert war, wobei diese Assoziationen besonders bei älteren Menschen, bei Patienten mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen bzw. Diabetes oder bei Personen mit reduzierter anti-oxidativer Abwehr ausgeprägt waren und diese somit als suszeptible Bevölkerung gelten [22, 192, 193]. Speziell ergab sich für die Frequency-domain Parameter Low Frequency und High Frequency pro Anstieg um 10 µg/m³ PM2.5 eine Abnahme um -1,66 % (95%KI: -2,58 – -0,74 %) bzw. um -2,44 % (95%KI: -3,76 – -1,12 %). Für die Time-domain Parameter SDNN (Standard Deviation of the NN Interval) und rMSSD (Root Mean Square of Successive Differences ) ergaben sich Abnahmen um -0,12 % (95%KI: -0,22 – -0,03 %) bzw. um -2,18 % (95%KI: -3,33 – -1,03 %).

Die Ergebnisse aus der Übersichtsarbeit legen nahe, dass Luftschadstoffe in der Lage sind, das autonome Nervensystem zu beeinflussen. Dies wird von einem zusammenfassenden Bericht des Health Effects Institutes [194] unterstützt. Er zeigt, dass eine Reduktion der HRV sowohl in epidemiologischen Studien aus Deutschland (Augsburg) in Bezug auf die Exposition gegenüber Luftschadstoffpartikeln (PM 2.5, Partikel im Akkumulationsmodus (ACP, 100 nm–500 nm), UFP, Ruß) als auch aus den USA (Rochester, New York) beobachtet wurde. Von besonderer Bedeutung und die Evidenz des Zusammenhanges klar stärkend ist die Tatsache, dass diese Beobachtung in zwei experimentellen Studien mit kontrollierter Exposition repliziert werden konnte. Im Speziellen zeigte sich in den Time-domainParametern eine Abnahme von SDNN um 1–5 % in Assoziation mit einer erhöhten Exposition gegenüber UFP, ACP und PM 2.5 in den vorangegangenen sechs Stunden und auch rMSSD nahm in Assoziation mit erhöhtem PM 2.5 der vorhergehenden sechs Stunden um 2–7 % ab.

 

Arrhythmien

Neben der HRV wurden weitere Parameter des EKGs in Bezug auf ihre Assoziation mit Luftschadstoffexposition in einem Zeitfenster von wenigen Stunden bis hin zu mehreren Tagen untersucht. Dazu zählen z. B. das korrigierte QT-Intervall, die T-Wellen Amplitude oder die T-Wellen Komplexität [195, 196], aber auch ventrikuläre und supraventrikuläre Arrhythmien [186, 197-202]. Die Ergebnisse dieser Studien sind allerdings nicht konsistent und lassen keine klare Schlussfolgerung zu. Weiterhin untersuchten Studien den Einfluss der Luftschadstoffe auf die Aktivierung von implantierten Kardioverter-Defbrillatoren, einem Defbrillator-System, das extreme Arhythmien wie Bradyarrhythmien, ventrikuläre Tachykardien oder Kammerflattern erkennt und als Schrittmacher bzw. Defbrillator fungiert und so Rhythmusstörungen in einen regulären Herzrhythmus überführt. Die Ergebnisse dieser Studien sind bisher kontrovers, wie der Arbeit von Anderson et al. [197] zu entnehmen ist.

Insgesamt gesehen muss, wie auch von Brook et al. [22] geschlossen, die Evidenz in Bezug auf die luftschadstoffassoziierte Arrhythmogenese noch als unklar angesehen werden. Allerdings wurden in Bezug auf einen Herzstillstand (außerhalb eines Krankenhauses) in den letzten Jahren wiederholt Assoziationen mit partikulären Luftschadstoffen (UFP, PM2.5, PM10, grobe Partikel (PM10-PM2.5)) und Ozon berichtet [203, 204]. Hier reichen die Risikoanstiege in Bezug auf PM2.5 (Expositionsanstieg um einen Interquartilsabstand am gleichen Tag bis zu vier Tagen vorher) von 2,4–7 % und in Bezug auf Ozon von 4 % (für einen Expositionsanstieg um 20 ppb in den zwei Stunden vor dem Event) bis zu 18 % (für einen Expositionsanstieg um einen Interquartilsabstand innerhalb von zwei Tagen vor dem Event).

 

Vaskuläre Regulation und Atherosklerose

Eine steigende Zahl von Studien konnte bisher eine positive Assoziation zeigen zwischen (Langzeit)-Exposition gegenüber Luftschadstoffen (meist PM2.5) und der subklinischen Atherosklerose unter Verwendung diverser Biomarker wie Intima-Media-Dicke der Arteriae carotis, Grad der koronaren oder aortalen Verkalkung sowie anhand funktioneller Größen, wie Knöchel-Arm-Index, vaskuläre Reaktivität, fbrinolytische Kapazität und Plasminogen-Aktivator-Inhibitor-Aktivität, Thrombozytenadhäsion, Ex-vivo-Thrombogenität und ST-T-Segment-Senkung im EKG (vergleiche auch [205]). Die meisten Studien sind Querschnittsstudien und sollten deshalb mit Vorsicht in Bezug auf die kausale Wirkungskette interpretiert werden. Dennoch dienen die Ergebnisse dieser Studien zur weiteren Verfestigung der biologisch plausiblen Mechanismen, die man zurzeit zur Erklärung des Zusammenhangs zwischen Luftqualität und vaskulärer Regulation sowie Atherosklerose diskutiert.

 

Vaskuläre Regulation

Sowohl in epidemiologischen Studien als auch in kontrollierten Expositionsstudien an Menschen und Tieren zeigte sich ein Zusammenhang zwischen Luftschadstoffbelastung und verminderter mikrovaskulärer und vaskulärer Funktion der Gefäße [206-208]. So war z. B. die Langzeit-PM2.5-Exposition bei [207] mit funktionellen Parametern der Endothelfunktion, d. h. mit einer um -0,16 % (95%KI: -0,27 – -0,05 %) verminderten flussvermittelten Vasodilatation und einer um -0,72 cm/s (95%KI: -1,38 – -0,06 cm/s) verminderten hyperämischen Flussgeschwindigkeit pro Anstieg um 1,99 µg/m³ im räumlich aufgelösten PM2.5 assoziiert. Auch die Nähe des Wohnorts zu einer Hauptstraße (Vergleich <50 m vs. ≥400 m) war mit einer verminderten flussvermittelten Vasodilatation um -0,32 % (95%KI: 0,58 – -0,06 %) verknüpf. Ähnliche Effekte ergaben sich mit -0,3 % (95%KI: -0,6 – -0,03 %) pro Anstieg des Langzeit-PM2.5 um 3 µg/m³ bei [206]. Chronische endotheliale Dysfunktion wird einheitlich als Verlust der normalen Endothel-abhängigen Vasodilatation charakterisiert [209], spielt eine wesentliche Rolle beim atherosklerotischen Prozess [210-212] und ist ein wichtiger prädiktiver Marker für kardiovaskuläre Erkrankungen und fatale Ereignisse [213]. Verschiedene Studien konnten zeigen, dass die PM2.5-Exposition der Vortage die als flussvermittelte Vasodilatation gemessene Endothelfunktion nachweislich beeinträchtigt [206, 214-217] – vermutlich über die Mediation von oxidativem Stress im Gewebe, von Entzündungsprozessen und einer reduzierten endothelialen NO-Freisetzung im Gefäßbett, während vasokonstriktiv wirkende Stoffe wie Endothelin vermehrt freigesetzt werden [208].

Schneider et al. [214] berichteten pro Anstieg des PM2.5 um 10 µg/m³ (Exposition am Tag der Messung) von einer Abnahme der flussvermittelten Vasodilatation um -17,3 % (95%KI: -34,6 – 0,0 %), wohingegen O’Neill et al. [215] etwas niedrigere und nicht statistisch signifikante Effekte für einen Anstieg des PM2.5 und der Partikelanzahlkonzentration im 6-Tage-Mittel zeigten. Die stärksten Effekte waren hier für Sulfat- und Rußexposition zu erkennen. Entsprechend berichten auch Studien zu Passivrauch einheitlich eine Reduktion der Endothelfunktion nach Exposition gegenüber Tabakrauch [218-220]. Unter diesem Gesichtspunkt erscheint es plausibel, dass der langfristige Einfluss von Luftschadstoffen über Monate und Jahre hinweg zu einer chronischen Verschlechterung der Endothelfunktion führen kann. Inwieweit die beobachteten kurzfristigen Änderungen der Endothelfunktion als Reaktion auf erhöhte Luftschadstoffe klinisch relevant sind, ist noch Gegenstand der Forschung.

Allerdings bieten diese Mechanismen eine mögliche Erklärung für die bei Patienten mit Insulinresistenz, z. B. Typ-2-Diabetikern, beobachtete erhöhte Suszeptibilität gegenüber Luftschadstoffen, da diese Patienten generell eine geringere Verfügbarkeit von NO in den Gefäßen aufweisen und so der Luftschadstoffeffekt, die Insulinresistenz und die fortschreitende endotheliale Dysfunktion synergistisch wirken.

 

Blutdruck, Hypertonie

Hypertonie ist die weltweit größte singuläre Ursache für Mortalität aufgrund chronischer Krankheit.

Jeder systolische/diastolische Blutdruckanstieg um 20/10 mmHg verdoppelt das Risiko für kardiovaskuläre Erkrankungen – sogar im normotensiven Bereich [221]. Somit ist erhöhter Blutdruck der Hauptvorläufer für fatale kardiovaskuläre Ereignisse, erhöhter Blutdruck ist dabei für fast die Hälfe aller Herzinfarkte und Schlaganfälle verantwortlich und wird im Global Burden of Disease Assessment als weltweiter Risikofaktor an erster Stelle gelistet [222, 223]. Eine zunehmende Anzahl von epidemiologischen und experimentellen Studien weist darauf hin, dass Luftschadstoffe akut zum Anstieg des Blutdrucks beitragen können [224-226]. Trotz allem sind die Ergebnisse dieser Studien nicht unbedingt konsistent. Signifikant positive Assoziationen wurden z. B. für PM2.5, organischen Kohlenstoff und SO2 im systolischen und/oder diastolischen Blutdruck sowie dem mittleren arteriellen Blutdruck um 2–8 mmHg pro Interquartilsanstieg des 5-Tage-Mittels des jeweiligen Luftschadstoffs von [224, 227-232] gezeigt, wohingegen andere Studien [233-235] für diese Luftschadstoffe keine signifikante Assoziation finden konnten und [236, 237] sogar eine negative Assoziation für PM10, PM2.5 und UFP aus ihren Daten schlossen. Brook [238] führt die sehr unterschiedlichen Studienergebnisse auf verschiedene Faktoren zurück: auf den Einschluss von unterschiedlich suszeptiblen Studienpopulationen, eine mögliche Missklassifikation bei der Expositionsbestimmung, die unterschiedliche chemische Zusammensetzung von Luftschadstoffen sowie auf vorhandene Störgrößen, für die in den statistischen Analysen nicht ausreichend adjustiert wurde, und letztlich auf nicht optimale Blutdruckbestimmungen.

Im Großen und Ganzen deuten die Studien darauf hin, dass es eher langanhaltende bzw. kumulative Luftschadstoffexpositionen sind, die zu stärkeren Blutdruckeffekten führen, also z. B. Mittelwerte über fünf bis sieben Tage. So zeigte eine Metaanalyse von [226] für PM2.5 einen systolischen bzw. diastolischen Blutdruckanstieg von 1–2 mmHg pro 10 μg/m3 über eine 5-Tageperiode, wohingegen längere Expositionen in der Größenordnung von 30 Tagen bis zu einem Jahr bei Effektgrößen von 5–10 mmHg lagen. Eine steigende Zahl von Studien findet zudem eine Assoziation zwischen Wohnorten, die durch höhere PM2.5-Level belastet sind, und der Entwicklung einer Hypertonie per se [225, 226, 239-241]. Jedoch, ähnlich wie bei den akuten Effekten, zeigen auch die Langzeitstudien zum Teil sich widersprechende Ergebnisse: Einige Studien zeigen positive Assoziationen mit PM2.5, NO2 oder Ruß, während andere negative oder gar keine Assoziationen zeigen [242-245]. In einer Sensitivitätsanalyse fanden Pitchika et al. [246], dass die gefundenen Luftschadstoffeffekte in Bezug auf den Blutdruck fast doppelt so groß waren, wenn nur Studienteilnehmer berücksichtigt wurden, die mehr als zehn Jahre an der gleichen Wohnadresse lebten, was die Bedeutung der Langzeitexposition für luftschadstoffassoziierte Effekte unterstreicht.

Chronisch erhöhter Blutdruck durch die Exposition gegenüber Luftschadstoffen erhöht das Langzeitrisiko für kardiovaskuläre Ereignisse. Bei den eher transienten, kurzfristigen Blutdruckanstiegen ist dagegen bisher ungeklärt, inwieweit sie zu einem erhöhten kardiovaskulären Risiko beitragen.

Die akuten Anstiege sind in der Regel gering und stellen für gesunde Menschen wahrscheinlich eher kein Risiko dar. Brook et al. [224] weisen aber darauf hin, dass ein akuter Anstieg des Blutdrucks ein plausibler Vorläufer von ischämischen Ereignissen in suszeptiblen Patienten sein kann, da er, z. B. bei Instabilität von vorhandenen Plaques, ein kardiovaskuläres Ereignis triggern kann. So lassen sich laut Brook et al. [224] die beobachteten Assoziationen von PM2.5 mit Schlaganfällen sowie einer Verschlechterung der Herzinsuffizienz zumindest teilweise auf Blutdruckanstiege zurückführen.

Dies unterstreicht, dass sich aufgrund von Luftschadstoffen nicht nur ein einzelner biologischer Endpunkt oder pathophysiologischer Biomarker verändert, der am Ende ein kardiovaskuläres Ereignis auslöst. Eher ist zu erwarten, dass eine ganze Reihe biologischer Effekte synergistisch wirken (vgl. z. B. Schneider et al. [247]), die die vaskuläre Homöostase beeinträchtigen, zu endothelialer Dysfunktion und ultimativ dann zur Progression von Atherosklerose bzw. einem klinischen Endpunkt führen. Die Details dieser „Kettenreaktionen“ bedürfen aber noch weiterer Forschung.

Eine wesentliche Fragestellung, inwieweit interaktive Effekte zwischen Lärm und Luftschadstoffbelastung zu Hypertonie bzw. Blutdruckveränderungen beitragen können, ist derzeit noch Gegenstand der Forschung. Es existieren noch zu wenige Studien, die beide Expositionen gleichzeitig berücksichtigen konnten [246, 248-251]. Beide Expositionen scheinen voneinander unabhängig Effekte auf diese Gesundheitsendpunkte auszuüben. Ob sich diese Effekte im Zusammenspiel gegebenenfalls noch verstärken können, muss noch genauer untersucht werden.

 

Knöchel-Arm-Index

Der Knöchel-Arm-Index (Ankle-Brachial Index, ABI) ist der Quotient aus dem systolischen Blutdruck im Bereich des Fußknöchels und dem der Oberarmarterie. Sowohl niedrige als auch hohe Index-Werte werden mit einem erhöhten kardiovaskulären Risiko in Verbindung gebracht [252-255].

Ein erniedrigter Index dient als Indikator für systemische Atherosklerose und wird zur Charakterisierung des Schweregrads der peripheren arteriellen Verschlusskrankheit verwendet. Ein erhöhter Index wird als Indikator für eine erhöhte arterielle Steifigkeit aufgrund einer Mediasklerose angesehen, die die Reagibilität der Gefäße auf (Umwelt-)Einflüsse einschränkt. Die Versteifung der Arterien (unter anderem gemessen als Pulswellengeschwindigkeit, Augmentationsindex, Augmentationsdruck, Time to wave reflection, Large/Small artery elasticity index, Systemic vascular resistance) wurde schon in mehreren Studien in Assoziation mit Luftschadstoffexposition (z. B. Dieselabgase oder PM2.5) gebracht [214, 256, 257]. Hoffmann et al. [258] fanden einen Zusammenhang zwischen der verkehrsnahen Wohnadresse (Abstand <200 m zur nächsten großen Straße) und einem reduzierten ABI um 0,002 bis 0,024. In der Multi-Ethnic Study of Atherosclerosis (MESA-Studie) [259] und der Jackson Heart Study [260] war dieser Zusammenhang jedoch nicht signifikant. In Bezug auf erhöhte Knöchel-Arm-Index Werte (ABI >1,3) und Langzeitexposition gegenüber Luftschadstoffen konnten Rivera et al. [261] eine angestiegene Prävalenz von 60 % bis 98 % von erhöhtem Knöchel-Arm-Index in Assoziation mit NO2 (für einen Anstieg um 25 µg/m³) und weiteren Verkehrsparametern, wie Verkehrsdichte (trafic load) in einer 100-Meter-Zone (für einen Anstieg um 7.200.000 Fahrzeug-m/Tag) und Verkehrsintensität in der nächstgelegenen Straße (für einen Anstieg um 15.000 Fahrzeuge pro Tag), zeigen. In der Studie von Zhang et al. 2018 ergab sich eine Erhöhung der Prävalenz von niedrigem ABI (ABI <0,9) von 59 % bis 82 % für einen Anstieg um 7,6 µg/m³ im PM10 und 2,8 µg/m³ im PM2.5 und eine ansteigende Prävalenz von hohem ABI (ABI >1,4) um 44 % bis 92 % in Assoziation mit einem Anstieg von der 5. zur 95. Perzentile von NO2, PM10, PM2.5, Ruß und groben Partikeln. Die Effekte der Luftschadstoffe auf abnormalen ABI waren ausgeprägter bei körperlich inaktiven, hypertensiven und nicht-diabetischen Studienteilnehmern.

 

Vaskuläre Veränderungen:

Intima-Media-Dicke der Arteriae Carotis, Koronaratherosklerose, Stenose der A. carotis interna

Die Intima-Media-Dicke der A. carotis (CIMT), die mittels Ultraschall nichtinvasiv beurteilt werden kann, ist ein klinisch etablierter Marker der Atherogenese. Allerdings wird die klinische Bedeutung zwischen Progression der CIMT und inzidenten kardiovaskulären Ereignissen in der Gesamtbevölkerung noch kritisch diskutiert [262]. Seit sie 2005 das erste Mal von Künzli et al. [263] auf ihre Assoziation mit Luftschadstoffen hin untersucht wurde, sind mehrere Querschnittsstudien zu Langzeiteffekten von Luftschadstoffen (z. B. Jahresmittelwerte an der Wohnadresse) publiziert worden. Perez et al. [264] kombinierten im Rahmen der ESCAPE-Studie („European Study of Cohorts for Air Pollution Effects“) die Daten von vier europäischen Kohortenstudien und die Ergebnisse von drei bereits publizierten Studien (davon zwei amerikanische Studien und eine Studie aus den Niederlanden) und fanden einen positiven, aber nicht statistisch signifikanten Zusammenhang in Bezug auf PM2.5, wohingegen die Metaanalyse von Provost et al. [265] sowohl für die eingeschlossenen Querschnittstudien als auch die Längsschnittstudien einen signifikanten Zusammenhang zwischen CIMT und PM2.5 zeigen konnte. Pro PM2.5-Anstieg um 5 µg/m³ ergab sich eine um 1,04 µm (95%KI: 0,01 – 2,07 µm) erhöhte CIMT-Progression pro Jahr. Allerdings beruhte z. B. die Metaanalyse der Progression der CIMT nur auf drei Studien, aus Vancouver, Kanada, sechs US-Gemeinden (MESA-Studie) und aus Los Angeles, Kalifornien. Einen unterstützenden Beitrag zur biologischen Plausibilität des Zusammenhangs von Luftschadstoffen und CIMT lieferten Adar und Kollegen [266], indem sie zeigen konnten, dass pro Reduktion der PM2.5-Belastung um 1 µg/m³ im Verlauf der Follow-up-Periode eine Abnahme der Progressionsrate der CIMT um 2,8 µm (95%KI: 1,6 – 3,9 µm) pro Jahr einherging. Die Messung der CIMT ist inhärent von Problemen der Ungenauigkeit betroffen, was insbesondere eine Analyse der Progression erschwert. Weniger fehleranfällig ist die Messung der koronaren oder aortalen Verkalkung. Hier konnte in der Heinz-Nixdorf-Studie im Ruhrgebiet gezeigt werden, dass Feinstaub und das Wohnen nahe an einer großen Straße mit einer vermehrten Verkalkung assoziiert ist, unabhängig von der Lärmexposition [267, 268]. Überzeugende Evidenz für eine Beeinflussung der Progression der Atherosklerose bietet die Studie von Kaufman et al. [269], die in der Multi-Ethnic Study of Atherosclerosis (MESA-Studie) zeigen konnte, dass erhöhte PM2.5-Konzentrationen und erhöhte Konzentrationen anderer verkehrsbezogener Luftschadstoffe, wie Ruß, NO2 und NOx, mit der Progression der Koronaratherosklerose assoziiert sind (z. B. für einen Anstieg des PM2.5 um 5 µg/m³ bzw. einen Anstieg des NOx um 40 ppb schritt die Koronarverkalkung um 4-5 Agatston-Einheiten pro Jahr fort). Die Studie von Newman et al. [270] konnte zeigen, dass die Langzeitbelastung durch PM2.5 pro 10 µg/m³ Anstieg mit einem beinahe doppelt so hohen Risiko für eine Carotis-Stenose assoziiert ist, einem essentiellen Risikofaktor für zerebrovaskuläre Ereignisse. Insgesamt gesehen unterstützen diese Studien die biologische Plausibilität des Zusammenhangs zwischen Luftschadstoffen und morphologischen Veränderungen im Gefäßbett.

 

Herzinsuffzienz

Potentielle Faktoren, die zu fatalen Ereignissen bei Patienten mit Herzinsuffizienz beitragen können, wie z. B. Vasokonstriktion, Blutdruckanstieg oder Arrhythmien, wurden in den vorigen Abschnitten in Bezug auf ihre Assoziation zur Luftschadstoffbelastung hin dargestellt [271]. Die aufgezeigten Zusammenhänge machen eine Verbindung zwischen akuter Luftschadstoffexposition und Genese, Progression oder Dekompensation der Herzinsuffizienz plausibel. In der Übersichtsarbeit von Sacks et al. [85] wird bei Patienten mit Herzinsuffizienz ein erhöhtes Risiko sowohl für Krankenhauseinweisungen aufgrund ischämischer Ereignisse (knapp 10 % pro 10 µg/m³ Anstieg im PM2.5) als auch für die Mortalität (1,7-fach erhöhtes Risiko pro 10 µg/m³ Anstieg im PM10) im Vergleich zu Patienten ohne Herzinsuffizienz bei erhöhter Belastung durch partikuläre Luftschadstoffe berichtet. Zudem konnte eine systematische Übersichtsarbeit und Metaanalyse [272] ein erhöhtes Risiko für Krankenhauseinweisungen und Sterblichkeit (alle Ereignisse zusammengenommen) aufgrund von Herzinsuffizienz (1,6–3,6 %) in Assoziation mit erhöhten Tagesmittelwerten von partikel- und gasförmigen Luftschadstoffen (PM10 und PM2.5 pro 10 µg/m³, CO pro 1 ppm, SO2 pro 10 ppb, NO2 pro 10 ppb) zeigen. Die Autoren diskutieren, dass die akuten Herzinsuffizienz-Vorfälle über angestiegene Anforderungen an den Herzmuskel durch z. B. eine höhere Herzfrequenz, einen höheren Blut- bzw. Füllungsdruck der durch eine weitere Verminderung der Herzmuskelkapazität entstehen. Für eine Langzeitexposition gegenüber Luftschadstoffen zeigte sich ein Anstieg des Risikos für inzidente Herzinsuffizienz [273] (Hazard Ratio von 1,06 (95%KI: 1,01 – 1,11) pro Anstieg im PM10 um 3,0 µg/m³ und im NO2 pro 10,7 µg/m³) als auch für Herzinsuffizienz-Mortalität [273, 274] (relatives Risiko von 1,11 (95% -KI: 1,05 – 1,17) pro Anstieg im PM10 um 10 µg/m³). Nur wenige Studien haben die Assoziation von kardiovaskulären Biomarkern und ihre Assoziation zur akuten Luftschadstoffexposition bei Patienten mit Herzinsuffizienz untersucht. Wellenius et al. [275] fanden keine Assoziation von Luftschadstoffen mit B-Typ Natriuretischem Peptid in Patienten mit stabiler Herzinsuffizienz und gestörter systolischer Funktion. Barclay et al. [276] konnten bei Patienten mit stabiler Herzinsuffizienz ebenfalls keinen Zusammenhang zwischen Schadstoffbelastung und Blutmarkern der endothelialen Aktivierung, wie von-WillebrandFaktor oder E-Selektin sowie Entzündungs- und Koagulationsmarkern, wie C-reaktives Protein, Interleukin-6, Fibrinogen, Faktor VII oder D-Dimer, feststellen. Trotz dieser negativen Ergebnisse zu möglichen Biomarkern kann die Evidenz eines negativen Einflusses von Luftschadstoffen bei Patienten mit Herzinsuffizienz als gegeben angesehen werden.

 

Myokardinfarkt

Eine systematische Literaturübersicht aus dem Jahr 2012 zeigt, dass akut erhöhte Partikelkonzentrationen auch mit einem erhöhten Risiko für die Auslösung von Herzinfarkten einhergehen [277]. So konnte in der Metaanalyse ein Anstieg des Herzinfarkt-Risikos um 0,6 % (95%KI: 0,2 – 0,9 %) für einen Anstieg von PM10 um 10 µg/m3 ermittelt werden. Für einen Anstieg um 10 µg/m3 PM2.5 ergab sich sogar ein Anstieg des Herzinfarkt-Risikos um 2,5 % (95%KI: 1,5 – 3,6 %). Weiterhin konnte auch für NO2 ein signifikanter Effekt in der Metaanalyse gezeigt werden mit 1,1 % (95%KI: 0,6 – 1,6 %) für einen Anstieg um 10 µg/m3. Ebenso zeigten sich signifikante Effekte in der Metaanalyse für CO und SO2 in der gleichen Größenordnung wie für NO2, jedoch nicht für Ozon. Insofern hat sich das Spektrum der schädlichen Luftschadstoffe gegenüber der vor drei Jahren publizierten Übersichtsarbeit von Bhaskaran et al. [278], die nur für die Exposition gegenüber PM2.5 eine ausreichende Evidenz fanden, deutlich erweitert.

Speziell die Rolle der Verkehrsbelastung wurde in verschiedenen Studien adressiert. Bei einer Untersuchung an Personen, die einen Herzinfarkt überlebt hatten, konnte beobachtet werden, dass der Aufenthalt im Straßenverkehr wenige Stunden vor einem Herzinfarkt ein auslösender Faktor zu sein scheint [191, 279, 280]. Die Ergebnisse der Studie zeigten ein 2,7-fach erhöhtes Risiko (95%KI: 2,1 – 3,6) für die Auslösung von Herzinfarkten eine Stunde nach der Nutzung von Verkehrsmitteln (z. B. Auto, Fahrrad, öffentliche Verkehrsmittel). Weitere Studien, die speziell Luftschadstoffe aus dem Verkehr als Trigger für einen Herzinfarkt adressiert haben, wie z. B. UFP, [280-286] zeigten überwiegend adverse Effekte in der gleichen Größenordnung. Studien zu anderen klinisch relevanten Endpunkten, wie Krankenhauseinweisungen aufgrund von koronarer Herzerkrankung [287], akutem Koronarsyndrom [288] oder anderen kardiovaskulären Erkrankungen [289] beobachteten keine UFP-assoziierten Effekte.

In einer Register-basierten Studie aus England und Wales mit knapp 80.000 fatalen Herzinfarkten [290] konnte sogenanntes „Mortality Displacement“ (zeitliche Mortalitätsverschiebung) beobachtet werden. Nach einem schnellen Risikoanstieg für die Mortalität um 1,2 % (95%KI: 0,3 – 2,1 %) pro 10 µg/m3 PM10 innerhalb von sechs Stunden nach der Exposition wurde anschließend eine reduzierte Anzahl von Herzinfarkten beobachtet, was nahelegt, dass vor allem prämorbide Patienten von der Schadstoffbelastung betroffen sind. In anderen Studien hingegen konnte zwar ebenfalls ein kurzfristiger Effekt beobachtet werden (am gleichen Tag oder einen Tag nach der Exposition), allerdings ohne kompensierendes „Mortality Displacement“ [24, 281, 291, 292].

In Bezug auf den Einfluss von individuellen Charakteristika wie Alter, Geschlecht, aber auch chronische Morbiditäten (z. B. Diabetes, Hypertonie) oder Medikation lässt sich aus den publizierten Studien bisher kein stimmiges Bild ableiten [24, 281, 290, 292, 293]. Werden die Infarkte nach Kausalität differenziert, so sahen Gardener et al. [284] in ihrer Studie hingegen PM2.5-Effekte für ST-Hebungs-Myokardinfarkte (STEMI), aber nicht für Infarkte ohne ST-Hebung (NSTEMI), was möglicherweise auf differenzierte Mechanismen von Luftschadstoffen als Herzinfarkt-Trigger hinweist. Erstere, STEMI, werden vor allem auf eine Plaque-Ruptur und einen kompletten Verschluss einer Koronararterie zurückgeführt, NSTEMI auf ischämische Insulte bedingt durch eine Koronarstenose.

In Bezug auf Langzeiteffekte von Luftschadstoffen und die Inzidenz von Herzinfarkten hat die Evidenz in den letzten Jahren zugenommen – z. B. hatten von den 26 eingeschlossenen Studien in der Übersichtsarbeit von Bhaskaran et al. [278] aus dem Jahr 2009 sieben Studien (u. a. Tonne et al. [294]; Miller et al. [181]) die Einflüsse von Langzeiteffekten adressiert mit überwiegend positiven, wenngleich nicht immer statistisch signifikanten Ergebnissen. Die bisher größte und aktuellste Studie in Europa zu kardiovaskulären Ereignissen ist die ESCAPE-Studie mit mehr als 100.000 Probanden [179]. Sie zeigt eine Risikoerhöhung von 12 % (95%-KI: 1,01 – 1,25) pro 10 μg/m3 Anstieg in PM10, wobei keine Anzeichen für Heterogenität zwischen den Studien bestanden. Besonders wichtig ist der Befund, dass sich diese Assoziation auch zeigte, wenn nur Probanden betrachtet wurden, deren Langzeitkonzentration von Luftschadstoffen unterhalb der derzeit gültigen europäischen Grenzwerte lag.

Insgesamt ist hier die Evidenz noch begrenzt, was nicht nur auf die geringe Anzahl von Studien, sondern auch auf die niedrigen Fallzahlen in prospektiven Studien zurückzuführen ist. Die Evidenz für akute Schadstoffbelastungen, insbesondere durch Partikel, kann jedoch als gegeben angesehen werden. Auch wenn der Einfluss von Umweltfaktoren im Vergleich zu den klassischen Risikofaktoren wie Übergewicht, Bluthochdruck, Diabetes mellitus oder erhöhte Cholesterinwerte sowie Effekte des Lebensstils wie Stress, Rauchen, Bewegungsmangel und ungesunde Ernährung auf das individuelle Myokardinfarktrisiko klein ist, so ist ihre Auswirkung auf die gesamte Bevölkerung bezogen beträchtlich, da jeder ihnen täglich ausgesetzt ist [295].

 

Schlaganfall

Schlaganfallerkrankungen sind eine der häufigsten Todesursachen und Ursachen für dauerhafte Pflegebedürfigkeit weltweit und in Deutschland [296] mit den höchsten Gesundheitskosten aus kardiovaskulären Erkrankungen und Schlaganfällen [297]. Bekannte Risikofaktoren für Schlaganfall sind Bluthochdruck, Diabetes mellitus, Herzrhythmusstörungen, erhöhtes Cholesterin, Rauchen sowie Alkoholkonsum [296, 297]. Studien, die einen spezifischen Zusammenhang zwischen Luftverunreinigungen und einem erhöhten Schlaganfallrisiko belegen, liegen erst aus jüngerer Zeit vor [298, 299]. Auf der Grundlage der mit den kardiovaskulären Effekten assoziierten pathophysiologischen Mechanismen kann davon ausgegangen werden, dass kurzfristige Anstiege der Luftschadstoffkonzentration eine erhöhte Morbidität und Mortalität ischämischer und/oder hämorrhagischer Schlaganfälle verursachen sollten [299], auch wenn die konkreten Effekte von Luftschadstoffen auf die zerebrovaskuläre Funktion und die Hämodynamik bisher noch unklar sind. Die Metaanalyse von Shah et al. [300] in Bezug auf schlaganfallbedingte Krankenhauseinweisungen und Mortalität (alle Ereignisse zusammen genommen) weist auf eine enge zeitliche Korrelation von Luftschadstoffexposition und Schlaganfall hin und beobachtet für verschiedene Luftschadstoffe vergleichbare Risiken: Für einen Anstieg von CO um 1 ppm ergab sich ein relatives Risiko von 1,015 (95%KI: 1,004 – 1,026), für einen SO2–Anstieg um 10 ppb 1,019 (95%KI: 1,011 – 1,027), für ein Ansteigen von NO2 um 10 ppb 1,014 (95%KI: 1,009 – 1,019) und für den Anstieg von PM2.5 um 10µg/m³ 1,011 (95%KI: 1,011 – 1,012). Die Risiken für PM10 und Ozon waren geringer, für einen Anstieg von PM10 um 10 µg/m³ ergab sich ein relatives Risiko von 1,003 (95%KI: 1,002 – 1,004) und für einen Ozonanstieg um 10 ppb ergab sich ein Risiko von 1,001 (95%KI: 1,000 – 1,002). Die stärksten Effekte wurden mit der Exposition am Tag des Schlaganfalls gefunden, wobei PM2.5 auch länger anhaltende Effekte aufwies. Allerdings sind die bisherigen Befunde zum Zusammenhang kurzfristiger Luftschadstoffbelastungen und akuter zerebrovaskulärer Ereignisse inkonsistent [298, 299, 301-303] und können die Ergebnisse von Shah et al. [300] nicht alle bestätigen.

Langzeiteffekte von Luftschadstoffen auf die Inzidenz von Schlaganfällen wurden von Stafoggia et al. [304] an 99.446 Studienteilnehmern aus elf europäischen Kohorten (ESCAPE-Studie: „European Study of Cohorts for Air Pollution Effects“) untersucht, von denen 3.086 Teilnehmer einen inzidenten Schlaganfall entwickelten. Die Autoren zeigen ein um 19 % (95%KI: 0,88 – 1,62 %) erhöhtes Risiko für ein inzidentes zerebrovaskuläres Event für einen Anstieg von PM2.5 um 5-μg/m3 im Jahresmittelwert. Ein ähnlicher Effekt wurde für PM10 gefunden. Signifikant waren die Assoziationen für Teilnehmer, die älter als 60 Jahre waren, für Nichtraucher und für Wohnorte mit Jahresmittelwerten von PM2.5 kleiner als 25 μg/m3. Die Autoren schlussfolgerten, dass gesundheitliche Beeinträchtigungen, hier in Form von inzidentem Schlaganfall, also bereits unter den derzeitig herrschenden Grenzwerten auftreten können.

Insgesamt gesehen unterstreichen die Studien den akuten und langfristigen Einfluss von Luftschadstoffen auf Schlaganfall-bedingte Krankenhauseinweisungen und Mortalität, wie auch gerade von Lee et al. [305] publiziert. Allerdings sind derzeit noch wichtige Fragen offen: Es gibt kaum Erkenntnisse, wie sich bisher nicht-regulierte Luftschadstoffe wie UFP oder Ruß auf das Auftreten von Schlaganfall auswirken. Bedingt durch die geringe Größe dieser Partikel (Durchmesser <0,1 µm) ist eine direkte Translokation ins Gehirn möglich [22]. Ebenso ist kaum untersucht, inwieweit die Konzentration von Feinstäuben und anderen Luftschadstoffen einen potentiellen Störfaktor oder Effektmodifikator für den Zusammenhang zwischen Lufttemperatur bzw. anderen meteorologischen Parametern und Schlaganfallerkrankungen darstellt. In der Studie von Mostofsky et al. [306] in Boston, Massachusetts ergab sich z. B. für die Inzidenz ischämischer Schlaganfälle ein relatives Risiko von 1,09 (95%KI: 1,01 – 1,18) für eine Abnahme des 2-Tage-Temperaturmittels von 5°C. Der Effekt blieb auch nach Adjustierung für PM2.5 robust.

 

ZUSAMMENFASSENDE BEURTEILUNG

Auf Grundlage der Vielzahl der Studien lässt sich feststellen, dass Beobachtungen aus Quer- und Längsschnittstudien den Zusammenhang zwischen Luftschadstoffbelastung und adversen kardiovaskulären Effekten unterstreichen, wenngleich die Evidenz für die einzelnen kardiovaskulären Endpunkte als unterschiedlich anzusehen ist. Während sie sich für Herzinsuffizienz als moderat darstellt, kann die existierende Evidenz für kardiovaskuläre Mortalität, Krankenhauseinweisungen, ischämische Herzerkrankungen bzw. Herzinfarkt und Schlaganfall als stark angesehen werden, ebenso die Evidenz für die kurzfristige Beeinflussung der vegetativen Balance, während ein langfristiger Effekt noch als unklar einzustufen ist. Zur luftschadstoffassoziierten Arrhythmogenese liegen heterogene Studienergebnisse liegen vor, die derzeit eine klare Schlussfolgerung nicht zulassen. Ein großer Teil der Studien unterstützt, dass Luftschadstoffe ein Umweltfaktor sind, der akut und langfristig zum Anstieg des Blutdrucks beitragen kann, zu einer gestörten vaskulären Homöostase mit endothelialer Dysfunktion führt und die Progression atherosklerotischer Veränderungen fördert.

Diese Effekte stellen biologisch plausible Mechanismen für die mit Luftschadstoffen assoziierten fatalen Ereignisse dar.

Kurzzeiteffekte bergen womöglich für gesunde Menschen eher kein Risiko, können aber als plausibler Vorläufer von fatalen Ereignissen bei suszeptiblen Patienten angesehen werden, während repetitive Expositionen bzw. eine hohe Langzeitbelastung zur Entwicklung von kardiovaskulären Erkrankungen beitragen können.

 

 

Seite 70 -  Abschnitt Mechanismen & Biomarker

Regina Pickford, Stefan Karrasch, Holger Schulz

 

Zur Erklärung adverser Effekte von Luftschadstoffen werden verschiedene, oft ineinandergreifende biologische Mechanismen diskutiert. Während grundlegende Wirkungen wie etwa die Induktion von oxidativem Stress und entzündlicher Reaktion durch zahlreiche Beobachtungen gut belegt sind, werden in toxikologischen und epidemiologischen Studien derzeit auch spezifischere Pathomechanismen wie epigenetische Effekte oder „Neuroinflammation“ untersucht.

Grundsätzlich unterscheidet man auch bei der Betrachtung der Mechanismen und Biomarker zwischen Kurzzeit- und Langzeitstudien, die unterschiedliche Aspekte der Gesundheitseffekte und die ihnen zugrunde liegenden Mechanismen adressieren.

Langzeitstudien betrachten Expositionen von ein bis mehreren Jahren und fokussieren auf chronische Effekte, die beispielsweise durch eine permanent erhöhte Luftschadstoffbelastung am Wohnort bedingt sind.

Kurzzeitstudien untersuchen Auswirkungen einer akuten Erhöhung der Luftschadstoffbelastung im Zeitfenster von Stunden bis Tagen, die zur Auslösung eines akuten Gesundheitseffektes wie Herzinfarkt oder Exazerbation einer Lungenerkrankung führen können.

 

Grundsätzliche Mechanismen

Mit der Atmung gelangen die Luftschadstoffe zunächst über die oberen Atemwege in die Lunge und werden dort im Falle von Partikeln auf dem Epithel abgelagert, wo sie lösliche Bestandteile abgeben können. Mukoziliäre Clearance und Phagozytose durch Alveolarmakrophagen sind die zentralen Reinigungsmechanismen für partikuläre Belastungen der Lunge. Gasförmige Schadstoffe werden entsprechend ihrer Wasserlöslichkeit vom Gewebe aufgenommen und entfalten dort ihre biologische Wirkung, wobei NOx vorwiegend in den größeren Atemwegen und O3 in den peripheren Atemwegen wirkt. Die Schadstoffe können dort entzündliche Reaktionen und oxidativen Stress induzieren, was einen entscheidenden Teil ihrer pathogenen Wirkung ausmacht (Abbildung 16, [22, 182, 183]). Darüber hinaus können durch Reizung von z. B. Chemo- oder Irritant-Rezeptoren der Atemwege vegetative Reflexe ausgelöst werden, die zur Störung der vegetativen Balance und zu Reaktionen im zentralen Nervensystem führen können [22]. Weiterhin können Teile von Partikeln oder lösliche Bestandteile sowie ultrafeine Partikel die Blut-Luft-Schranke in den Alveolen überwinden und ins Blut gelangen.

Auch können Entzündungsmediatoren aus dem Lungengewebe in die Blutbahn freigesetzt werden.

Dort können beide Mechanismen zu Entzündungsreaktionen und/oder endothelialen Reaktionen im Kapillarbett der Lunge, aber auch auf systemischer Ebene führen („low-grade systemic inflammation“). In das Blut gelangte Schadstoffe erreichen über das Kreislaufsystem alle Organe und können in sehr geringem Ausmaß sogar die Blut-Hirn-Schranke oder die Plazenta-Schranke überwinden [430], damit in das zentrale Nervensystem bzw. den sich entwickelnden Fötus gelangen.

 

Seite 74

Unterabschnitt    Auswirkungen auf das Herz-Kreislauf-System

Die adversen Auswirkungen von Luftschadstoffen auf das Herz-Kreislauf-System lassen sich prinzipiell in drei physiologische Pfade aufteilen: Alteration der Elektrophysiologie des Herzens, der Blutdruck-/Gefäßregulation und des Blut-/Gerinnungssystems.

 

Elektrophysiologie des Herzens

Partikel und/oder die im Lungengewebe ausgelöste entzündliche Reaktion können Lungenrezeptoren wie Chemo- oder Irritant-Rezeptoren in den Atemwegen oder juxtakapilläre Rezeptoren im Alveolarbereich stimulieren, die über vegetative Reflexe die autonome Kontrolle des Herzens und damit die kardiovaskuläre Homöostase beeinträchtigen [22, 187, 305]. Diese Veränderungen der autonomen Kontrolle des Herzens können den Toleranzbereich des Herzens einschränken, damit die myokardiale Vulnerabilität erhöhen und z. B. bei kardialen Vorschädigungen bedingt durch Ischämie oder Hypertrophie zu fatalen Ereignissen führen [187]. Der Einfluss auf die autonome Kontrolle lässt sich aus verschiedenen EKG-Parametern, beispielsweise einer verminderten Herzratenvariabilität, ableiten [188]. Änderungen weiterer elektrophysiologischer Parameter wie des korrigierten QT-Intervalls, der T-Wellenamplitude oder der T-Wellenkomplexität [195, 196] sowie ventrikuläre und supraventrikuläre Arrhythmien [186, 197-202] sind Ausdruck einer veränderten myokardialen Vulnerabilität und wurden im Zusammenhang mit einer Exposition gegenüber Luftschadstoffen in verschiedenen Studien beobachtet.

 

Blutdruck, Gefäßregulation

Sowohl durch die unmittelbare Interaktion von Partikeln oder deren löslichen Bestandteilen, die über die Lunge in die Blutbahn gelangen, als auch durch die systemische Verfügbarkeit von Entzündungsmediatoren und ROS kann die vaskuläre Homöostase, insbesondere die Endothelfunktion, beeinträchtigt werden. Die endotheliale Dysfunktion äußert sich in vermehrter Vasokonstriktion aufgrund verminderter Bioverfügbarkeit von vasodilatorisch wirksamen NO und einem aktivierten, vasokonstriktorisch wirkenden Endothelin-1 System [22, 305, 446, 447]. Diese Wirkungen werden als grundlegende pathophysiologische Mechanismen für erhöhte Blutdruckwerte oder eine eingeschränkte vaskuläre Regulation bei Luftschadstoffexposition angesehen. Ein erhöhter Blutdruck ist einer der Hauptvorläufer für kardiovaskuläre Ereignisse, da über eine chronisch erhöhte Wandspannung die Genese von atherosklerotischen Prozessen gefördert wird und akute Blutdruckspitzen die Instabilität vorhandener atherosklerotischer Plaques triggern können. Nach der „Response-to-injury-Hypothese“ tragen Luftschadstoffexposition und chronische endotheliale Dysfunktion zur Bildung von atherosklerotischen Veränderungen im Gefäßbett bei. Die bei Schadstoffexposition beobachteten funktionellen und morphologischen Veränderungen im Gefäßbett, wie veränderter Knöchel-Arm-Index [258, 261, 448], erhöhte Intima-Media-Dicke der A. Carotis [263-266] oder vermehrte koronare Arterienverkalkung [269, 270], dokumentieren die Bedeutung dieser pathophysiologischen Vorgänge. Insgesamt unterstreichen die Studien den Beitrag von Luftschadstoffen bei der Genese von vaskulären Erkrankungen und dem Risiko für vaskulär getriggerte fatale Ereignisse wie Herzinfarkt oder Apoplex.

 

Blut/Gerinnungssystem

In diesem Zusammenhang muss auch die in verschiedenen Studien beobachtete gerinnungsfördernde Wirkung der Luftschadstoffexposition gesehen werden, die sich z. B. in einer erhöhten Plasmaviskosität oder erhöhten Serumspiegeln von Fibrinogen oder von-Willebrand-Faktor äußert bei gleichzeitiger Hemmung der Fibrinolyse durch erhöhte Spiegel von Plasminogen-Aktivator-Inhibitor-1 (PAI-1).

Darüber hinaus werden vermehrt Thrombozytenaggregate und erhöhte Spiegel des CD-40-Liganden als Ausdruck der Thrombozytenaktivierung beobachtet, sodass insgesamt das Bild eines prokoagulatorischen Status entsteht [22, 305, 447, 449].

Obwohl die einzelnen luftschadstoffinduzierten Reaktionen im kardiovaskulären System in der Regel subklinisch und nicht in allen Studien nachweisbar sind, können alle der genannten kardiovaskulären Wirkungen einzeln oder im Zusammenspiel, z. B. durch erhöhten Blutdruck, Alteration der vegetativen Balance, Fortschreiten einer Atherosklerose und erhöhte Plaque-Vulnerabilität, schließlich zum Auftreten eines fatalen Ereignisses wie Arrhythmie, Herzinfarkt, Schlaganfall, Beinvenenthrombose oder Herzinsuffizienz führen, insbesondere bei Patienten mit entsprechenden Vorerkrankungen. Weitere Details können dem Kapitel „Herz-Kreislauf-System“ (S. 46–55) entnommen werden."

 

Quelle:

„Positionspapier - Deutsche Gesellschaft für Pneumologie und Beatmungsmedizin e.V.     https://pneumologie.de

Atmen: Luftschadstoffe und Gesundheit

Autoren: Holger Schulz1, Stefan Karrasch1, Georg Bölke2, Josef Cyrys1, Claudia Hornberg3, Regina Pickford1, Alexandra Schneider1, Christian Witt2, Barbara Hoffmann4

https://pneumologie.de/fileadmin/user_upload/DGP_Luftschadstoffe_Positionspapier_20181127.pdf

 

zum Thema siehe auch unsere Veröffentlichung zum Thema : Herz-Kreislauf-Erkrankungen-infolge-Feinstaubs-durch-Dieselmotoremmissionen

 

ERGÄNZENDE INFORMATIONEN zur Luftqualität

UmweltBundesAmt UBA http://www.umweltbundesamt.at/umweltsituation/luft/luftschadstoffe/

Deutscher Wetter Dienst DWD  https://www.dwd.de/DE/forschung/atmosphaerenbeob/zusammensetzung_atmosphaere/zusammensetzung_atmosphaere_node.html

COPERNICUS https://www.copernicus.eu/en/services/atmosphere //   https://atmosphere.copernicus.eu/

European Environment Agency EEA https://www.eea.europa.eu/themes/air

European Topic Centre on Air Pollution and Climate Change Mitigation https://acm.eionet.europa.eu/

 

Update 2019 Januar

The Forum of International Respiratory Societies (FIRS) disagrees with the group of about 100 pulmonologists and agrees with the German national standards, the European standards, and the World Health Organization (WHO) standards.
According to the World Health Organization, outdoor fine particle pollution, also called “soot” or PM2.5, accounts for 4.2 million deaths per year. Although the lung is the organ most injured by air pollution, pollution can cause or complicate many conditions outside the respiratory system. The acute effects of air pollution are the most noticeable, but the chronic effects are the most deadly. Cancers, heart disease, birth defects, and even dementia have been linked to air pollution, with  fine inhalable particles having diameters generally 2.5 micrometers and smaller, called PM2.5, and diesel exhaust often being the culprits.
That the harmful effects go unnoticed has prompted WHO to term the health effects of air pollution the “silent epidemic.” The greater the exposure and the less one’s ability to cope with air pollution, because of illness or social vulnerability, the greater the harm done. Harmful effects of air pollution have also been found at exposure levels below international standards. For example, an increased risk of stroke is greatest within 12 to 14 hours of exposure to PM2.5 and the relation holds up even with PM2.5 levels below international standards. International standards protect health.
 
FIRS is an organisation comprised of the world's leading international respiratory societies working together to improve lung health: American College of Chest Physicians (CHEST), American Thoracic Society (ATS), Asian Pacific Society of Respirology (APSR), Asociación Latino Americana De Tórax (ALAT), European Respiratory Society (ERS), International Union Against Tuberculosis and Lung Diseases (The Union), Pan African Thoracic Society (PATS), Global Initiative for Asthma (GINA), and the Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease (GOLD).  The memberships of these organizations exceed 70,000 globally. Members are mostly pneumologists, many of whom are environmental health specialists and epidemiologists.

Die Autoren der FIRS-Stellungnahme

Dean E. Schraufnagel, MD, Professor, University of Illinois at Chicago, Executive Director, Forum of International Respiratory Societies
John R. Balmes, MD, Professor, University of California San Francisco and University of California Berkeley
E. Jane Carter, MD, Professor, Brown University, Rhode Island, President, Forum of International Respiratory Societies
Clayton T. Cowl, MD, MS, Chair Division of Preventive, Occupational, and Aerospace Medicine, Mayo Clinic
Sara De Matteis,  MD, MPH, PhD, Occupational and Environmental Health Physician and Epidemiologist
Imperial College London
Barbara Hoffmann, MPH, Professor, Environmental Epidemiology, Heinrich-Heine-Universität, Düsseldorf
Woo Jin Kim, MD, PhD, Professor, Director of Environmental Health Center, Kangwon National University
Kevin Mortimer, MB, BChir, Deputy Director, Institute for Health Research, Liverpool School of Tropical Medicine
Rogelio Perez-Padilla, MD, Investigator, National Institute of Respiratory Diseases, Mexico
Mary B. Rice, MD, MPH, Assistant Professor of Medicine, Harvard Medical School
Akshay Sood, MD, MPH, Professor University of New Mexico School of Medicine
Teresa To, PhD, Professor and Senior Scientist, The Hospital for Sick Children, University of Toronto
Aneesa Vanker, MBChB, Senior Specialist Paediatric Pulmonologist, University of Cape Town
Donald J. Wuebbles, PhD, MS, Professor of Atmospheric Sciences, University of Illinois at Urbana
Tobias Welte, MD, Professor, Hannover University School of Medicine, Incoming President, Forum of International Respiratory Societies
 
Quellen:

 

Updates:

2019 Februar

Grenzwertdiskussion Feinstaub und NOx Deutsches Ärzteblatt: https://www.aerzteblatt.de/archiv/205076/Luftschadstoffe-Neubewertung-in-der-Diskussion  und   https://www.aerzteblatt.de/archiv/205104/Feinstaub-und-Stickstoffverbindungen-Die-Krux-mit-den-Grenzwerten

2019 März

European Heart Journal - Analyse:   Cardiovascular disease burden from ambient air pollution in Europe: https://academic.oup.com/eurheartj/advance-article/doi/10.1093/eurheartj/ehz135/5372326

Stellungnahme der Beratungskommission der Deutschen Gesellschaft für Toxikologie (GT) „Der aktuelle NO2-Grenzwert ist wissenschaftlich plausibel“: https://www.toxikologie.de/fileadmin/user_upload/GT/Aktuelles/2019-02-26_Beratungskommission_GT_NO2.pdf.

2019 April

Leopoldina - Nationale Wissenschaftsakademie - Stellungnahme „Saubere Luft – Stickstoffoxide und Feinstaub in der Atemluft: Grundlagen und Empfehlungen“:  https://www.leopoldina.org/presse-1/nachrichten/stellungnahme-saubere-luft/   &   https://www.leopoldina.org/publikationen/detailansicht/publication/saubere-luft-stickstoffdioxid-und-feinstaub-in-der-atemluft-grundlagen-und-empfehlungen-2019/

2019 Mai

Institut für Sozialstrategie IfS: Themenschwerpunkt 2019 - Globale Mindeststandards: https://www.institut-fuer-sozialstrategie.de/ts-19-globale-mindeststandards/