Welche gesundheitlichen Auswirkungen haben ultrafeine Partikel?

Ultrafeine Partikel (UFP) sind allgegenwärtig - sie sind überall in der Luft vorhanden. Sie stammen aus vielen Quellen, darunter viele menschliche Betätigungen (Verkehr, Kochen usw.) und auch viele natürliche Umweltprozesse. Da sie so häufig vorkommen, könnte man leicht annehmen, dass sie keine negativen Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben können.

Wie so oft stellt sich jedoch nach und nach heraus, dass etwas, das lange Zeit als nahezu harmlos galt, schädliche Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit hat. Dieser Prozess hat sich in der Vergangenheit bei vielen Umweltschadstoffen vollzogen (z. B. Blei, PM10, PM2,5 usw.), und eine stetig wachsende Zahl von Forschungsarbeiten gibt Aufschluss über die gesundheitlichen Auswirkungen von UFP. Es zeichnet sich das Bild ab, dass UFPs ein erhebliches Gesundheitsrisiko darstellen und dass ihre Überwachung als Mittel zur Bekämpfung der wachsenden gesundheitlichen Bedenken im Zusammenhang mit der Luftverschmutzung durch Partikel in Betracht gezogen werden sollte.

Gesundheitliche Auswirkungen von Feinstaub in der Umgebungsluft

Schlechte gesundheitliche Auswirkungen der Luftverschmutzung im Freien sind nicht nur auf das Einatmen schädlicher Gase zurückzuführen, sondern auch auf das Einatmen winziger Partikel, die in der Umgebungsluft schweben und sich tief in der Lunge festsetzen. Die gesundheitlichen Auswirkungen der Exposition gegenüber Feinstaub (d.h. Particulate Matter, kurz PM) mit einer Größe von 2,5 Mikrometern oder weniger (PM2,5) sind Gegenstand umfangreicher Forschungsarbeiten.

Es ist erwiesen, dass die Exposition gegenüber PM2,5 in der Luft mit Atemwegserkrankungen wie chronischer Bronchitis und Lungenentzündung sowie mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen wie kongestiver Herzinsuffizienz und koronarer Herzkrankheit in Verbindung gebracht wird.^1,2 Und PM2,5 ist ein wesentlicher Schadstoff, der überwacht werden muss, da über 90 % der monetarisierten sozialen Kosten der Luftverschmutzung durch Partikel mit einer Größe von 2,5 Mikrometern und kleiner zurückzuführen sind.³ 

Da UFP kleiner als 2,5 Mikrometer sind, werden sie technisch gesehen in die PM2,5-Metrik einbezogen. Angesichts ihrer winzigen Größe haben sie jedoch eine extrem geringe Masse. Daher ist es durchaus möglich, dass eine sehr große Menge an ultrafeinen Partikeln vorhanden ist, die Messung der PM2,5-Masse aber kaum auf diese Präsenz reagiert.

Aus diesem Grund sind Studien, die die gesundheitlichen Auswirkungen in Abhängigkeit von der PM2,5-Belastung untersuchen, höchstwahrscheinlich nicht in der Lage, die speziell von den ultrafeinen Partikeln ausgehenden gesundheitlichen Auswirkungen festzustellen. Trotz dieser Herausforderung belegen Studien, die sorgfältig auf die Untersuchung der UFP-Exposition ausgerichtet sind, dass ultrafeine Partikel ein größeres Gesundheitsrisiko darstellen als bisher angenommen.

Gesundheitliche Auswirkungen von ultrafeinen Partikeln

Wie bereits erwähnt, gelten ultrafeine Partikel als 0,1 Mikrometer groß oder kleiner; Partikel in diesem Größenbereich können auch als "Nanopartikel" bezeichnet werden. Die kleinsten UFP haben einen Durchmesser von nur 5-10 Atomen. Da UFPs so klein sind, verhalten sie sich im Atmungssystem anders als größere Partikel. Eine Schlüsseleigenschaft von UFPs ist ihre Fähigkeit, die Blut-Hirn-Schranke zu überwinden.⁴

Aufgrund der Fähigkeit von UFPs, sich im Körper zu bewegen, haben einige Forscher diese Eigenschaft genutzt, um die Folgen einer Exposition gegenüber UFPs aufzuzeigen. In einer Studie aus dem Jahr 2020, die in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde, wurden in der menschlichen Lungenflüssigkeit Nanopartikel gefunden, die sich außerhalb des menschlichen Körpers gebildet hatten.⁵ In den untersuchten Fällen war die Exposition gegenüber partikelförmiger Luftverschmutzung unbeabsichtigt, da die Personen einfach ihren Routinetätigkeiten nachgingen und dabei mit diesen Partikeln in der Umgebungsluft in Berührung kamen. Infolge dieser Exposition wurden die Partikel absorbiert und reicherten sich in ihrer Lungenflüssigkeit an.

In einer anderen Studie wurden Freiwillige der Gefahr ausgesetzt, inhalierbare Partikel in Form von aerosolierten Goldnanopartikeln der Größe 5 und 30 nm einzuatmen. Die Partikel wurden innerhalb von 24 Stunden im Blut und Urin der Probanden nachgewiesen und waren auch nach drei Monaten noch vorhanden.⁶ Diese Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass UFP leicht in den Körper eindringen und dort über längere Zeiträume verbleiben können, was zu langfristigen gesundheitlichen Auswirkungen führen kann.

Andere Forschungsarbeiten konzentrierten sich auf das Verständnis der Zusammenhänge zwischen PM0,1-Exposition und gesundheitlichen Folgen. Die Entwicklung von Krankheiten erfolgt über oxidativen Stress, epigenetische Veränderungen und andere Mechanismen, die alle durch die Exposition gegenüber PM0,1, d. h. ultrafeinen Partikeln, ausgelöst werden können. Oxidativer Stress kann beispielsweise Entzündungen und Zellschäden verursachen, die zu einer Vielzahl von Gesundheitsproblemen wie Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Krebs führen. Epigenetische Veränderungen hingegen können die Art und Weise verändern, wie Gene ausgedrückt werden, was zu Veränderungen im Zellverhalten und der Entwicklung von Krankheiten führt.⁷

Überwachung von ultrafeinen Partikeln als Mittel gegen wachsende Gesundheitsbedenken

Die wissenschaftliche Erkenntnis, dass ultrafeine Partikel ein erhebliches Gesundheitsrisiko darstellen, wird immer deutlicher. Da die eigentliche Motivation für die Überwachung der Luftqualität der Schutz der öffentlichen Gesundheit ist, würde die Aufnahme von UFP-Messungen in die regelmäßige Überwachung der Luftqualität dazu beitragen, Gebiete zu ermitteln, in denen UFP in hohen Konzentrationen auftreten, und Schritte zum Schutz der Gesundheit einzuleiten. Entsprechende Bemühungen werden bereits im Rahmen des ACTRIS-Netzes und anderer Forschungsprojekte unternommen. Die Standardisierung der Messverfahren für UFP - die epidemiologische Studien über die Auswirkungen von UFP verbessern wird - ist dank zweier europäischer technischer Spezifikationen, EN 16976* und CEN/TS 17434, auf gutem Wege.

*EN 16976 war zuvor als Technische Spezifikation CEN/TS 16976 bekannt und wurde vom Europäischen Komitee für Normung (CEN) ausgearbeitet.