Studie: Ultrafeinstaub weltweit für fast zwei Millionen Todesfälle verantwortlich

Sie sind für das menschliche Auge unsichtbar, dringen über die Lunge direkt ins Blut ein und schädigen von dort Gefäße und Organe: Eine aktuelle Kartierung zeigt, dass etwa die Hälfte der vorzeitigen Todesfälle durch Ultrafeine Partikel auf Herz-Kreislauf-Erkrankungen zurückgeht. Experten fordern verbindliche Grenzwerte.

Ultrafeine Partikel (UFP, auch Ultrafeinstaub genannt) mit einer Größe von weniger als 100 Nanometer tragen weltweit erheblich zur Sterblichkeit bei. Zu diesem Ergebnis kommt eine internationale Studie von Forschenden unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz und des Cyprus Instituts in Nikosia (Zypern). Daran beteiligt waren auch Kardiologinnen und Kardiologen der Universitätsmedizin Mainz. Die Forschenden schätzen, dass weltweit jährlich 1,99 Millionen Menschen an Ultrafeinstaub vorzeitig sterben. Das sind etwa fünf Prozent aller Todesfälle durch nicht übertragbare Krankheiten. Rund die Hälfte davon entfällt auf Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Die Forschenden plädieren daher für verbindliche Grenzwerte. Die Studie erschien im Fachjournal „Cardiovascular Research“.

Fehlende Regulierung für Ultrafeinstaub

Für Feinstaub mit einer Partikelgröße von unter 2,5 Mikrometer (PM2,5) gelten in der EU und den USA gesetzliche Grenzwerte. Nicht so jedoch für UFP, sie werden bislang nicht reguliert. Obwohl UFP kaum zur Feinstaubmasse beitragen, besitzen sie aufgrund ihrer geringen Größe eine sehr große Oberfläche im Verhältnis zu ihrer Masse. Sie können tief in die Lunge eindringen, die Atemwegsbarriere überwinden und über die Blutbahn sowie die Riechschleimhaut direkt ins Gehirn gelangen. Damit unterscheiden sie sich grundlegend von größeren Feinstaubpartikeln.

„Ultrafeinstaub ist buchstäblich ein blinder Fleck der Luftreinhaltepolitik: Er wird von keiner Vorschrift erfasst, obwohl er in unseren Städten allgegenwärtig ist. Mit unseren Daten können wir erstmals weltweit zeigen, wo die Belastung am höchsten ist und welche Quellen dafür verantwortlich sind – insbesondere die Verbrennungsprozesse im Verkehr, in der Industrie und in der Energieerzeugung. Das gibt der Politik ein konkretes Werkzeug an die Hand, um gezielt gegenzusteuern“, erklärt Prof. Jos Lelieveld. Lelieveld ist Direktor emeritus am Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz und Erstautor der Studie.

Globale Belastungskarte mit sehr hoher Auflösung

Für die Studie kombinierte das Team Satellitendaten, Landnutzungsinformationen und Messdaten aus 155 Orten weltweit mithilfe maschinellen Lernens. Damit konnte es die langfristige Ultrafeinstaubbelastung erstmals mit einer Auflösung von einem Kilometer für den Zeitraum 2010 bis 2019 abbilden. In Städten liegen die mittleren jährlichen Konzentrationen demnach typischerweise zwischen 10.000 und 30.000 Partikeln pro Kubikzentimeter. Ihren Berechnungen zufolge führt die UFP-Belastung weltweit zu 1,99 Millionen vorzeitigen Todesfällen (95%-Konfidenzintervall [KI] 0,81–3,89 Millionen).

Auf Basis einer Metaanalyse großer Kohortenstudien aus Europa und Nordamerika leiteten die Forschenden zudem ein Risikoverhältnis für die Sterblichkeit ab und verknüpften es mit den Expositionsdaten. Das Ergebnis: eine Sterblichkeitsdichte von 35,7 (95%-KI 15,8–65,5) je 100.000 Einwohner und Jahr in Europa und 27,4 (95%-KI 12,9–47,4) je 100.000 in Nordamerika. Besonders hoch ist die Belastung in Süd- und Osteuropa. Weltweit entfallen etwa 91 Prozent der ultrafeinstaubbedingten Todesfälle auf Stadtgebiete, davon 78 Prozent auf dicht besiedelte urbane Zentren.

Besondere Gefahr für das Herz-Kreislauf-System

Die Studie unterstreicht, dass UFP ein bislang unterschätztes Risiko für das Herz-Kreislauf-System darstellen. Weil sie über die Lunge in die Blutbahn übertreten können, lösen sie systemischen oxidativen Stress und eine Endotheldysfunktion aus. Sie begünstigen die Entstehung von Arteriosklerose und stehen im Zusammenhang mit Bluthochdruck, Diabetes, Herzinsuffizienz, Herzinfarkt sowie einer mikrovaskulären Dysfunktion. Tierexperimentelle und humane Studien zeigen zudem Effekte auf die Herzfunktion und den Zellstoffwechsel bis hin zur Schädigung der Mitochondrien.

„Für uns in der Kardiologie ist besonders alarmierend, dass UFP die natürlichen Schutzbarrieren des Körpers umgehen und direkt ins Blut und sogar ins Gehirn gelangen können. Wir sehen in unseren eigenen Arbeiten, wie das Herz-Kreislauf-System auf diese Belastung reagiert: mit oxidativem Stress, geschädigten Blutgefäßen und einem erhöhten Risiko für Herzinfarkt und Schlaganfall. Rund die Hälfte der weltweit durch Ultrafeinstaub verursachten Todesfälle geht auf Herz-Kreislauf-Erkrankungen zurück. Das macht deutlich: Luftreinhaltung ist Herzgesundheit. Wir brauchen dringend verbindliche Grenzwerte und eine routinemäßige Überwachung von Ultrafeinstaub, so wie es sie längst für Feinstaub gibt“, fordert Prof. Thomas Münzel, Seniorprofessor am Zentrum für Kardiologie der Universitätsmedizin Mainz.

Niedrigere Grenzwerte könnten viele Todesfälle verhindern

Nach Analyse der Forschenden bestehen die UFP in belasteten Regionen überwiegend aus den typischen Verbrennungsprodukten wie Ruß (Black Carbon) und organischem Kohlenstoff. Weltweit entfallen rund 75 Prozent der Belastung auf fossile Brennstoffe. In Ländern mit hohem Einkommen sind es sogar über 90 Prozent. In einkommensschwächeren Ländern spielt zusätzlich das häusliche Verbrennen von Holz eine wichtige Rolle. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) und die Europäische Union stufen Ultrafeinstaub inzwischen als „Schadstoff von neu aufkommender Bedeutung“ ein.

Die aktuelle Studie zeigt auch, dass ein Grenzwert von 5000 Partikeln pro Kubikzentimeter im Jahresmittel die weltweite Übersterblichkeit durch Ultrafeinstaub um etwa 45 Prozent senken könnte. Die Autorinnen und Autoren fordern daher, den Ausstoß von Verbrennungsquellen in Städten – insbesondere aus Verkehr, Industrie und Energieerzeugung – konsequent zu senken, den Ausbau nicht fossiler Energiequellen voranzutreiben und Ultrafeinstaub in die routinemäßige Luftgüteüberwachung aufzunehmen, um die langfristigen gesundheitlichen Auswirkungen besser erfassen zu können.