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Abb. 1: Zu akuten und langfristigen Auswirkungen der Luftverschmutzung auf die v. a. respiratorische Kindergesundheit wurden zahlreiche epidemiologische Studien durchgeführt.
© Hans Peter Hutter, Institut für Umwelthygiene der MedUni Wien

Abb. 1: Der Gesamtschwebstaub (TSP) umfasst alle luftgetragenen Staubteilchen. Feinstaub (PM10) ist eine Teilmenge von TSP und bildet die nächstkleinere Größenordnung. Noch kleiner sind PM0.1 und PM2.5 – jeweils als Teilmengen von PM10.

 
Kinder- und Jugendheilkunde 8. Jänner 2013

Luftverunreinigungen und Kindergesundheit

Luftschadstoffe stellen für den kindlichen Organismus ein großes Gesundheitsrisiko dar.

Der vorsorgende Schutz der Kinder vor gesundheitsrelevanten Belastungen ist eine große Herausforderung unserer modernen Gesellschaft. Die Krankheitsmuster der Kinder haben sich in den so genannten Industriegesellschaften in den letzten hundert Jahren wesentlich verändert. Standen früher infektionsassoziierte Erkrankungen im Mittelpunkt, so sind es heute eher physikalische, chemische, (nicht infektionsrelevante) biologische und psychosoziale Schadfaktoren, die Krankheiten auslösen oder an deren Auslösung beteiligt sind und/oder als Risikofaktoren wesentliche Voraussetzungen dafür schaffen, dass Krankheiten überhaupt entstehen können.

Unter den chemischen Faktoren sind Luftverunreinigungen im Innen- und Außenraumbereich von hoher medizinischer Bedeutung. Sie betreffen nämlich alle Bevölkerungsgruppen, wobei eine persönliche Expositionsprophylaxe zumeist nur sehr eingeschränkt möglich ist. Da das Ausmaß einer Schädigung nicht nur durch die einwirkende Schadstoffkonzentrationen, sondern auch durch Dauer, Zeitpunkt und Muster der Exposition mitbestimmt wird und natürlich auch vom Zustand des Empfängerorganismus abhängt, sind Kinder in ihrer jeweiligen Entwicklungsphase a priori als besonders empfindlich anzusehen.

Die vorliegende wissenschaftliche Evidenz zu diesem Forschungsfeld belegt, dass Luftschadstoffe für den kindlichen Organismus ein größeres Gesundheitsrisiko darstellen als für gesunde Erwachsene. Insgesamt liegt zu den Auswirkungen, insbesondere zu den respiratorischen Effekten eine Fülle wissenschaftlicher Erkenntnisse vor. Bemerkenswert ist in diesem Zusammenhang, dass im Laufe der Zeit immer mehr Hinweise zu finden sind, dass neben den Effekten auf den Respirationstrakt auch andere Organsysteme betroffen sind (wie etwa das zentrale Nervensystem).

Es ist heute unbestritten, dass eine Vielzahl von Luftverunreinigungen - insbesondere Partikel - negative Effekte auf die Kindergesundheit hat. Nach einer kurzen Übersicht über wesentliche Schadstoffgruppen und deren Herkunft fassen wir in diesem Beitrag wesentliche Gesundheitseffekte zusammen. Aufgrund der unterschiedlichen Schadstoffzusammensetzung ist zwischen Indoor- und Outdoor-Expositionen zu unterscheiden. Unser Fokus liegt hier (aus Platzgründen) vor allem auf den Außenluftbelastungen.

Kinder sind besonders empfindlich gegenüber Luftverunreinigungen

Generell sind Kinder als Risikogruppe zu betrachten, da sie gegenüber schädigenden Einwirkungen von Luftschadstoffen aus verschiedenen Gründen anfälliger sind:

  • Kinder sind im Wachstum begriffen, Organe wie etwa die Lunge befinden sich in Entwicklung.
  • Stoffwechselsysteme sind noch nicht voll ausgereift. Gleiches gilt für das Immunsystem, was sich in der größeren Häufigkeit von Atemwegsinfektionen spiegelt.
  • Kinder haben relativ zum Körpergewicht ein höheres Atemvolumen (höhere Atemfrequenz) als Erwachsene.
  • Kinder haben Atemwege mit kleineren Querschnitten.
  • Das kindliche Aktivitätsmuster unterscheidet sich oft von jenem der Erwachsenen. Sie sind körperlich aktiver und halten sich häufiger im Freien auf.

 

Dies wird auch von der WHO im Kinder-Umwelt-Gesundheit-Aktionsplan für Europa (CEHAPE) betont. Eines der vier vorrangigen Ziele des Aktionsplans stellt dabei die Verhütung bzw. Verminderung der durch Verschmutzung der Außen- und Innenraumluft bedingten Erkrankungen der Atemwege sowie die Reduktion der Häufigkeit von Asthmaanfällen dar (BMLFUW, BMGF, ÖÄK 2005).

Wesentliche Außenluft-Schadstoffe und Quellen

Hauptverursacher anthropogener Luftbelastung sind Industrie (Energiewirtschaft etc.), Verkehr, Hausbrand und Landwirtschaft. Zur besseren Übersicht können die emittierten Luftschadstoffe grob in gasförmige und feste Stoffe eingeteilt:

  • Gasförmige Stoffe: Kohlenstoffmonoxid (CO), Stickstoffoxide (NOx), Schwefeldioxid (SO2), Kohlenwasserstoffe (u.a. Benzol, Benzo(a)pyren), Ozon (O3)
  • Feste Stoffe: Schwebstaub aus Verbrennungsprozessen (elementarer Kohlenstoff, organisches Material), sekundäres anorganisches Aerosol (aus Ammoniak und NOx bzw. SO2), mineralische (Quarz, Asbest), metallische und radioaktive Staubarten, biogene Stäube (Pollen, Pilzsporen), Staub bedingt durch Bodenerosion etc.

 

In der Regel werden Schwebstaub (spez. Feinstaub) Schwefeldioxid, Stickstoffoxide, Kohlenmonoxid und Ozon als die wichtigsten Außenluftschadstoffe angesehen.

Schwefeldioxid (SO2) entsteht (außer aus natürlichen Quellen) vor allem bei der Verbrennung schwefelhältiger (fossiler) Brennstoffe und bei Produktionsprozessen der Eisen- und Stahlindustrie. Insbesondere bestimmte Kohlevorkommen, aber auch Erdöl sind stark mit Schwefel verunreinigt, so dass SO2 schon früh als einfach zu messender Indikator für Luftbelastung aus Verbrennungsvorgängen verwendet wurde.

In den 70er und frühen 80er Jahren war SO2 im Zusammenhang mit den Schlagworten „Waldsterben“ und „saurer Regen“ in aller Munde. SO2 und andere Verbrennungsgase (NOx) führten zu einer ausgeprägten Azidität des Regens, wobei insbesondere der Ferntransport die Globalität des Umweltproblems offen legte. Jedenfalls wurden massive Maßnahmen zur Reduktion des SO2-Ausstoßes gesetzt, die vom Einsatz schwefelarmer Brennstoffe bis zu aufwendigen Rauchgasreinigungsanlagen reichten. Diese Maßnahmen führten zu einer starken Reduktion von SO2.

Unter Gesamtschwebstaub (TSP, Total Suspended Particulates) werden Partikel bis zu einem aerodynamischen Durchmesser von 25 μm zusammengefasst. Eine Subgruppe stellt der Feinstaub (PM10 „particulate matter less than 10 µm“) mit den weiteren kleineren (gesundheitsrelevanteren) Fraktionen PM2.5 oder PM0.1 dar (Abbildung 1).

Die Feinstaubkonzentrationen sind im Winter höher, was auf den Hausbrand als eine wichtige Staubquelle schließen lässt. Tageszeitliche und regionale Schwankungen wiederum belegen den wesentlichen Beitrag des (Straßen-)Verkehrs. Dieser trägt nicht nur durch Ruß aus dem Auspuff zur (primären) Aerosolbelastung bei. Aus den Stickoxiden der Autoabgase bilden sich Nitratpartikel als sekundäres Aerosol, und nicht unerheblich sind auch die Teilchen aus Reifen-, Straßen und Bremsabrieb, mit der Zeit fein gemahlener Streusplitt und die Wiederaufwirbelung von sedimentiertem Staub. Standard bei der Staubmessung ist derzeit die Bestimmung von PM10.

Neben den Kleinverbrauchern (Feuerungsanlagen) und dem Verkehr tragen vor allem Industrie und die Landwirtschaft zu den österreichischen Feinstaubemissionen bei. Allerdings kann man diese Emissionsanteile nicht direkt auf die lokale Situation etwa an einer viel befahrenen Straße umrechnen. Dort ist der Anteil des Verkehrs viel höher. Im Unterschied zu Hausbrand und Verkehr ist der Beitrag von Industrie und Kraftwerken deutlich zurückgegangen.

Stickstoffoxide (NOx) entstehen bei Verbrennungsprozessen. Das aggressive NO2 (Stickstoffdioxid) ist nicht nur ein ausgezeichneter Indikator für die (weitreichende) Belastung der Luft mit Verbrennungsabgasen, es ist auch selbst von großer gesundheitlicher Bedeutung.

Darüber hinaus stellen die Stickstoffoxide eine wichtige Gruppe bei den Ozon-Vorläufersubstanzen dar. Weiters bildet sich – wie bereits erwähnt – aus Stickoxiden und Ammoniak partikelförmiges Ammoniumnitrat. Die wichtigste Quelle für Stickstoffdioxid ist der Kfz-Verkehr. Von Grenzwertüberschreitungen sind vor allem verkehrsnahe Standorte betroffen.

Ozon (O3) entsteht aus entsprechenden Vorläufersubstanzen (Stickstoffoxide und flüchtige organische Verbindungen). Wesentlich für seine Entstehung in der unteren Atmosphäre ist der Oxidationszyklus zwischen NO2 und NO, wobei das frei werdende Sauerstoffatom fallweise mit einem Sauerstoffmolekül zu Ozon reagiert. Dieser Vorgang ist energieabhängig und funktioniert daher nur am Tag bei Sonneneinstrahlung (UV). Relativ saubere (staubfreie etc.) Luft ist Voraussetzung. Ozon ist somit ein Problem der Grüngürtel im Umkreis der Städte. Dort kommt zur Hintergrundbelastung (zusammengesetzt aus einer großräumigen, die gesamte Nordhalbkugel umfassenden und einer mitteleuropäischen Hintergrund-Konzentration) die lokale Ozonproduktion hinzu (www.umweltbundesamt.at).

Gesundheitliche Auswirkungen (Outdoor Air pollution)

Zu akuten und langfristigen Auswirkungen der Luftverschmutzung auf die (v.a. respiratorische) Kindergesundheit wurden zahlreiche (epidemiologische) Studien durchgeführt (Übersichten dazu finden sich z.B. bei European Respiratory Society 2010, Grigg 2011).

Bereits in den 80er Jahren zeigten Untersuchungen, dass Schulkinder in Gebieten mit höheren Staub-, SO2- und NO2-Konzentrationen häufiger an Husten und akuter Bronchitis litten bzw. geringere Lungenvolumina aufwiesen als Kinder in Regionen mit geringerer Luftbelastung.

In darauf folgenden Kohorten- bzw. Fall-Kontroll-Studien fanden sich Zusammenhänge zwischen PM10-, PM2.5- oder NO2-Belastung und Hustenepisoden, Bronchitis bei gesunden Kindern, Bronchitis und Auslösung von Asthmaanfällen bei Kindern mit diagnostiziertem Asthma sowie Einbußen in der Lungenfunktion bei Schulkindern. Langzeitexpositionen wurden mit vermindertem Lungenwachstum in Zusammenhang gebracht.

Als besonders gesundheitsproblematisch stellten sich Immissionen des Straßenverkehrs heraus. So wurden signifikante Assoziation zwischen der Häufigkeit asthmatischer Erkrankungen sowie respiratorischer Symptome bei Kindern und der Exposition gegenüber Feinstaub und/oder NO2 festgestellt. Insbesondere zeigte sich, dass Wohnen an viel befahrenen Straßen zu einer Symptomverschlimmerung von Kindern mit Asthma führt (European Respiratory Society 2010, WHO 2005).

Selbstverständlich besteht die Abgaswolke aus einer Vielzahl von Schadstoffen; Partikel sind jedoch ein guter Indikator für dieses Gemisch. Auch gilt von den angeführten Luftschadstoffen die Feinstaubbelastung gegenwärtig als das bedeutendste lufthygienische Problem. Nicht unterschätzt werden sollte aber auch die Stickstoffdioxid-Belastung.

Ab der Mitte der 90er Jahre wurden gesundheitlichen Auswirkungen der Luftverschmutzung auf die öffentliche Gesundheit genauer quantifiziert. Eine große Drei-Länderstudie (Osterreich, Frankreich, Schweiz) für die WHO kam u.a. zu dem Schluss, dass infolge von Luftverschmutzung in Österreich pro Jahr etwa 15.000 Asthmaanfalle bei Kindern auftreten (Künzli et al. 2000).

Im Rahmen eines rezenten Projekts (Aphekom) wurde berechnet, dass in Wien knapp 20 Prozent aller kindlichen Asthmafälle auf das Wohnen an viel befahrenen Straßen zurückzuführen sind (www.aphekom.org).

Neben den Atemwegen und der Lunge sind aber auch andere Organsysteme betroffen wie z.B. das ZNS, da eingeatmete kleine Partikel entlang des Riechnervs bis in das Gehirn gelangen können (Oberdörster et al. 2004). Eine Studie der Harvard School of Public Health zeigte, dass diese Teilchen nicht nur ablagert werden, sondern auch bestimmte Gehirnfunktionen beeinflussen können (Franco Suglia et al. 2008): Bei Kindern nahmen mit steigender Exposition gegenüber Rußpartikeln bestimmte Intelligenz- und Gedächtnisleitungen ab.

Nicht zu vernachlässigen sind auch sommerliche Belastungen durch Photooxidantien. Der Leitparameter Ozon ist ein starkes Reizgas. Zu den akuten Effekten zählen unter anderem eine verminderte Lungenfunktion und Entzündungsreaktionen in den Atemwegen und Atemwegbeschwerden (Husten), wobei besonders Kinder mit Asthma betroffen sind. So werden Schulabsenzen, Notfallkonsultationen und Spitalsaufnahmen aufgrund von Asthma-Exazerbationen mit den täglichen Ozonkonzentrationen in Zusammenhang gebracht.

Bei dauerhafter Exposition gegenüber höheren Ozonwerten fanden sich bei Schulkindern Lungenfunktionsbeeinträchtigungen in den kleinen Atemwegen bzw. ebenfalls ein vermindertes Lungenwachstum (Tager et al. 2005, Miller & Marty 2011).

Am Institut für Umwelthygiene der Med. Universität Wien wurde 2011 die Forschungseinheit Child Public Health gegründet. Sie beschäftigt sich u.a. mit den Effekten von Luftschadstoffen (im Außenbereich als auch in Innenräumen).

Innenluftqualität und Kindergesundheit

Kinder wie Erwachsene verbringen in der Regel mehr als 90 Prozent ihrer Zeit in Innenräumen. Die Qualität der Innenraumluft hat daher entscheidenden Einfluss auf Wohlbefinden und Gesundheit.

Das Spektrum der Luftverunreinigungen unterliegt material- und produktbedingt einem permanenten Wandel. Medizinisch besonders relevant sind flüchtige organische Verbindungen (VOC: Volatile Organic Compounds). Darunter werden eine Vielzahl synthetischer und natürlicher Stoffe zusammengefasst, die aus verschiedenen Materialien und Produkten der Innenausstattung und des täglichen Gebrauchs emittiert werden (Tabelle 1). VOC-Gemische können bereits in niedrigen Konzentrationen eine Reihe unspezifischer Effekte auslösen (Schleimhautirritationen, Kopfschmerzen, Müdigkeit etc.)

Neugeborene bzw. Säuglinge werden oft hohen VOC-Konzentrationen ausgesetzt, da die Eltern am Ende der Schwangerschaft oder in den ersten Lebensmonaten des Kindes das Kinderzimmer renovieren und/oder neue Möbel anschaffen. Diese VOC-Belastungen äußern sich unmittelbar in Atemwegsreizungen und im späteren Leben (Klein- und Vorschulkinderzeit) in einer höheren Inzidenz an Neurodermitis (Herbarth et al. 2006).

Bei Kleinkindern, die gegenüber Zigarettenrauch exponiert sind, treten neben Veränderungen der Lungenfunktion vermehrt Atemwegssymptome und Atemwegserkrankungen (einschließlich Asthma) sowie Mittelohrerkrankungen auf. Darüber hinaus ist Passivrauch einer der wichtigsten Risikofaktoren für den plötzlichen Kindstod.

Abgesehen von ihren Wohnungen halten sich Kinder zeitlich gesehen am längsten in Schulen auf, woraus sich ebenfalls eine hohe gesundheitliche Relevanz der Qualität der dortigen Innenraumluft ableitet. Zur der Beurteilung der Luftqualität in den Schulklassen wird die CO2-Konzentration als Indikator („verbrauchte Luft“) herangezogen. Messreihen ergaben, dass die Luftqualität in Unterrichtsräumen vor allem in den Wintermonaten unzureichend ist. Schlechte Innenraumluft-Bedingungen können bei den Kindern (aber auch bei den Lehrenden) zu Müdigkeit oder Konzentrationsschwächen führen und sich ungünstig auf die Lernbereitschaft und Leistung auswirken (Mendell und Heath 2005). Regelmäßiges Lüften ist ein wesentlicher Beitrag zur Schadstoffreduktion und Abfuhr von Körperausdünstungen. Das Einhalten der CO2-Richtwerte ist allerdings mit alleiniger Fensterlüftung in den meisten Fällen nicht möglich.

Anzumerken ist, dass auch die Außenluft rund um Schulen gesundheitlich bedeutend ist. So fanden sich konsistent negative Effekte auf die respiratorische Gesundheit der Kinder (z.B. Kim et al. 2004), wenn die Schulen in der Nähe viel befahrener Straßen situiert waren.

 

Literatur bei den Verfassern

1 Institut für Umwelthygiene, Zentrum für Public Health, Medizinische Universität Wien

Zu den Autoren
Hans-Peter Hutter
Facharzt für Hygiene und Mikrobiologie mit Schwerpunkt Umweltmedizin und Ökologe, Leiter der Forschungseinheit Child Public Health am Institut für Umwelthygiene der MedUni Wien, langjährige Forschungstätigkeiten u.a. zu Luftverunreinigungen und Kindergesundheit, Mitarbeit bei der Erstellung des Kinder-Umwelt-Gesundheits-Aktionsplans für Österreich.


Peter Wallner
Umweltmediziner, Medizinpublizist und Lektor an der Med. Universität Wien, Mitarbeit an zahlreichen Forschungsprojekten zum Thema „Luftverunreinigungen und Kindergesundheit“.
Tabelle 1 Häufige Luftverunreinigungen in Innenräumen und deren Quellen.
LuftverunreinigungenQuellen
Allergene Schimmelpilzsporen, Staubmilben, Haustiere, Baumaterialien, Einrichtungsgegenstände, Pflanzen
Autoabgase Außenluft, (Tief-)Garagen
Biozide Desinfektionsmittel, Lacke, Teppiche, Schädlingsbekämpfung, Elektroverdampfer
Flammschutzmittel Elektro-, Elektronikgeräte, Textilien, Polstermöbel
Flüchtige Kohlenwasserstoffe Lösungsmittel, Farben, Lacke, Kleber
Formaldehyd Tabakrauch, Spanplatten, Holzwerkstoffe, Lacke
Kohlendioxid Mensch (Ausdünstungen), offene Flammen
Kohlenmonoxid Undichte Öfen, Durchlauferhitzer, Gasthermen, Gasherde
Phthalate (Weichmacher) Tapeten, Bodenbeläge, Folien, Beschichtungen, Spielzeug
Ozon Laserdrucker, Luftionisatoren
Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe Alte Parkettkleber, Feuchteabdichtungen
Stickstoffoxide Gasherde, (offene) Holzfeuerungen, Rauchen
Tabakrauch Zigaretten, Zigarren, Pfeifen
Ultrafeinstaub Drucker, Tabakrauch, Außenluft
Fazit für die Praxis
Die Verschmutzung der Luft stellt ein schwer wiegendes Problem für die Gesundheit der Kinder in Europa dar.
Aus ärztlicher Sicht muss verstärkt auf spezielle Kinderumwelten geachtet werden. Dies betrifft sowohl die Qualität der Innenraumluft (hier besonders „zu Hause“, in Schulen und Kindergärten) als auch der Außenluft.
Straßenverkehr ist eine wesentliche Quelle für Luftverunreinigungen mit besonders hoher gesundheitlicher Relevanz.
Nicht nur der Respirationstrakt ist betroffen, auch die kognitive Leistungsfähigkeit wird durch (partikuläre) Luftschadstoffe beeinträchtigt.
Leider werden lufthygienische Probleme nach wie vor zu wenig ernst genommen. Es ist daher dringend notwendig, dass sich Entscheidungsträger viel stärker als bisher für bessere Luftqualität und Kindergesundheit einsetzen.

Hans-Peter Hutter und Peter Wallner1, Pädiatrie & Pädologie 6/2012

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