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Aerosole und die Gesundheit
Im vierten Teil der Aerosole-Blogserie befassen wir uns mit der Gesundheit. Wie wir bereits wissen, haben Aerosole netto einen kühlenden Effekt auf das Klima. Allerdings sind sie schädlich für unsere Gesundheit und verursachen jedes Jahr mehrere Millionen Tote, vor allem in den Schwellenländern. Aerosole werden aber auch in der Medizin eingesetzt, wo sie zur Verabreichung zahlreicher Medikamente dienen.
Einfluss der Aerosole auf die Gesundheit
Wie bereits erwähnt kann eine zu hohe Aerosol-Konzentration in der Luft zu gesundheitlichen Problemen führen. Die Weltgesundheits-Organisation (WHO) berichtet, dass aktuell weltweit neun von zehn Personen verschmutzte Luft einatmen. Davon sind die Ärmsten am stärksten betroffen. Die WHO schätzt, dass jährlich ca. Sieben Millionen Menschen durch Aerosol-Belastung sterben. Fast die Hälfte dieser Todesfälle werden durch die Luftverschmutzung im Inneren von Gebäuden verursacht, die durch Heizen und Kochen mit Brennstoffen und Technologien mit starker Rauchentwicklung entstehen.
In Europa haben diverse Gesetze dazu geführt, dass die Aerosolkonzentration in den letzten Jahrzehnten deutlich reduziert wurde, so dass sie im Allgemeinen nicht mehr zu grossflächigen Problemen für die Volksgesundheit führen. Allerdings erhöhen gewisse Ereignisse, wie lange Temperatur-Inversionen im Winter oder die Advektion von Saharastaub (vor allem in Südeuropa, Afrika und dem mittleren Osten) die Feinstaub-Konzentration stark. Laut der Europäischen Umweltagentur (EEA) beträgt die Zahl der frühzeitigen Todesfälle durch Feinstaub in Europa 428'000, davon 4’240 in der Schweiz.
Durch Aerosole verursachte Krankheiten
Der Durchmesser und die chemische Zusammensetzung der Aerosole sind die zwei Faktoren, die die Schädlichkeit der Aerosole für die Gesundheit bestimmen. Je kleiner die Teilchen, desto tiefer dringen sie in unsere Lungen vor. In der Nase, dem Rachen und der Luftröhre werden Aerosole mit einem Durchmesser von mehr als 3 Mikrometern herausgefiltert. Die PM1 (Teilchen kleiner als ein Mikrometer) hingegen, erreichen die Lungenbläschen und können in die Blut- und Lymphgefässe vordringen. Ausserdem enthalten die PM10 (Teilchen kleiner als zehn Mikrometer) eine grosse Zahl an chemischen Substanzen, wovon einige krebserregend sind (z.B. Russ oder Asbest). Ist ein Mensch zu lange hohen Konzentrationen von Feinstaub ausgesetzt, kann das zu Reizungen und Entzündungen sowie Krankheiten der Atemwege und des Herz-Kreislauf-Systems führen oder sogar Lungenkrebs auslösen. Zudem ist bekannt, dass die PM1 einen negativen Einfluss auf das zentrale Nervensystem und die Geschlechtsorgane haben können.
Die Feinstaubkonzentration in der Schweiz
Die EMPA (Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt) ist zuständig für die Feinstaubmessungen, die in der Schweiz im Rahmen des Gesundheitsschutzes der Bevölkerung durchgeführt werden. Die PM10 werden an 16 Stationen gemessen. Diese sind so verteilt, dass sie die städtischen und vorstädtischen sowie die ländlichen der verschiedenen Regionen möglichst repräsentativ erfassen. Vier Stationen liegen über 1‘000 m Höhe, davon eine im Hochgebirge (Jungfraujoch auf 3‘580 m). Dank der Massnahmen zur Luftreinhaltung haben die Konzentrationen der PM10 und PM2.5 (Teilchen kleiner als 2.5 Mikrometern) in den letzten 30 Jahren deutlich abgenommen. Seit fünf Jahren liegen die Jahresmittel der PM10 für fast alle Schweizer Stationen unterhalb des von der WMO definierten Grenzwerts von 20 µg/m3, während die Konzentrationen der PM2.5 für die Stationen im Süden der Alpen, sowie jene in schlecht durchlüfteten und dem Strassenverkehr ausgesetzten Lagen immer noch über dem Grenzwert von 10 µg/m3 liegen.
Laut dem Bundesamt für Umwelt (BAFU) wurden 2017 die Grenzwerte für die Tagesmittel der PM10 (50 μg/m3) in den Städten und Agglomerationen an 5 bis 18 Tagen überschritten, mit Höchstwerten zwischen 66 und 115 μg/m3. In den ländlichen Gebieten der Alpennordseite wurden die Grenzwerte hingegen nur an 0 bis 4 Tagen überschritten, bei Stationen über 1'000 m nie.
Wie die untenstehende Figur zeigt, sind die Hauptquellen der PM2.5 in der Schweiz vor allem kommerzielle, institutionelle und private Aktivitäten, gefolgt vom Strassenverkehr und der Industrie.
Ein Beispiel : Abnahme der Aerosole in Lausanne
Eine Studie über die Folgen der Anstrengungen zur Luftreinhaltung in Lausanne (Castro et al., 2017) zeigt, dass dank der Reduktion der PM10 zwischen 2005 und 2015 pro Jahr 26 frühzeitige Todesfälle weniger registriert wurden (290 gewonnene Lebensjahre). Zudem konnten dadurch die Spitalaufenthalte wegen Herz-Kreislauf- und Atemwegserkrankungen um 215 Tage und der Zeitraum mit krankheitsbedingt eingeschränkter Aktivität um 47‘000 Stunden reduziert werden. Die finanziellen Einsparungen durch die Reduktion des Feinstaubs wurde mit 36 Millionen Franken beziffert.
Therapeutischer Einsatz von Aerosolen
Per Definition zählen auch flüssige Schwebstoffe in der Luft zu den Aerosolen. In der Medizin werden Aerosole häufig eingesetzt indem Medikamente in sehr feine Tröpfchen oder feste Aerosole zerstäubt werden und somit durch die Lungenbläschen direkt in den Blutkreis gelangen können. Wenn Durchmesser unter 2 Mikrometern erreicht werden, haben diese Medikamente somit die gleiche Wirkung wie wenn sie intravenös verabreicht würden. Die Hauptvorteile der Medikation durch Inhalation sind das direkte Erreichen der Lunge, die Umgehung des Magen-Darm-Trakts, das schnelle Eintreten der Wirkung des Medikaments, sowie die kleinen Dosen, die in den Körper gelangen.
Links
Teil 2/5: Aerosole und Wolkenbildung
Teil 3/5: Die Aerosole und das Klima