Sommersmog
Hintergrundinformation
Wirkungen auf den Menschen
Quelle: Umweltbundesamt Stand Juni 2002

 

Das für den Sommersmog typische Photooxidantiengemisch enthält eine Vielzahl von Reizstoffen, allerdings nicht in konstanter Zusammensetzung. Die starke Reizwirkung des „photochemischen Smogs“ auf die Augen und Schleimhäute der oberen Atemwege (Nasen-Rachen-Raum) kommt nur zu einem geringen Teil durch Ozon zustande, hauptsächlich aber durch andere Photooxidantien, die als Nebenprodukt der atmosphärischen Ozonbildung entstehen, zum Beispiel Peroxiacetylnitrat (PAN), Peroxibenzoylnitrat (PBN), Acrolein und Formaldehyd. Diese Substanzen sind – im Gegensatz zu Ozon – gut wasserlöslich. Im Hinblick auf ihre gesundheitlichen Wirkungen sind sie allerdings weniger bedeutend als Ozon, da sie in geringeren Konzentrationen auftreten und weniger toxisch (giftig) sind als Ozon.

Ozon selbst reagiert durch seine hohe Reaktionsbereitschaft fast ausschließlich am Auftreffort, das heißt an den Oberflächen des Atemtraktes. Durch seine geringe Wasserlöslichkeit wird es in viel geringerem Maße als beispielsweise Schwefeldioxid in den oberen Atemwegen zurückgehalten. Folglich dringt Ozon viel weiter in die Lunge ein. In der Lungenperipherie trifft es auf Gewebe, das nicht durch eine Schleimschicht geschützt ist. Hier kann es zur Schädigung der Zellmembran mit den damit verbundenen entzündlichen Prozessen kommen.

Im Gegensatz zum Wintersmog (hier sind insbesondere Asthmakranke betroffen) gibt es bei Ozon keine genau eingrenzbare Risikogruppe. Die individuelle Empfindlichkeit gegenüber Ozon ist sehr unterschiedlich ausgeprägt. Es ist davon auszugehen, dass etwa 10 bis 15 % der Bevölkerung (quer durch alle Bevölkerungsgruppen) besonders empfindlich auf Ozon reagieren. Gesundheitliche Beeinträchtigungen sind umso eher zu erwarten,

•je höher die Ozon-Konzentration der inhalierten Luft ist,

•je länger die Exposition dauert, also man dem Ozon ausgesetzt ist, und

•je höher das Atemminutenvolumen (Luftvolumen, das während einer Minute ein- oder ausgeatmet wird) während der Exposition ist.

Körperliche Aktivität oder Anstrengung steigern das Atemminutenvolumen. Durch Ozon besonders betroffen sind deshalb alle diejenigen Personen, die während Sommersmog-Episoden bei Spiel, Sport oder Arbeit häufig längere, anstrengende körperliche Tätigkeiten im Freien ausüben. Darüber hinaus müssen aus Vorsorgegründen grundsätzlich alle Säuglinge und Kleinkinder als Risikogruppe eingestuft werden, da sie, bezogen auf ihre Körpergröße, ein relativ erhöhtes Atemminutenvolumen haben. Zudem ist ihr Immunsystem noch nicht vollständig ausgebildet, eine zusätzliche Reizung durch Ozon könnte die Anfälligkeit gegenüber Infektionen des Atemtraktes erhöhen.

Nicht abschließend geklärt ist die Frage, ob Asthmatiker als Gruppe empfindlicher auf Ozon reagieren als Nicht-Asthmatiker: Einerseits wird in der Fachliteratur beschrieben, dass Asthmatiker oder Patienten mit chronischen Atemwegserkrankungen nicht grundsätzlich stärker reagieren als andere Personen. Auf der anderen Seite wird teilweise über stärkere Reaktionen von Kindern mit Asthma berichtet.

Potenzielle, konzentrations- bzw. dosisabhängige Wirkungen von Ozon auf Menschen sind sensorische Wirkungen (Geruch), Wirkungen auf die Lungenfunktion und Wirkungen auf die körperliche Leistungsfähigkeit. Die folgenden Symptome treten nur nach mehrstündiger Exposition bei gleichzeitiger körperlicher Aktivität auf:

• Veränderungen von Lungenfunktionsparametern (zum Beispiel Abnahme des forcierten Ausatemvolumens, Zunahme des Widerstands in den Atemwegen) bei Schulkindern und Erwachsenen ab 160 bis 300 µg/m3 nach reger körperlicher Aktivität im Freien; in klinischen Expositionsversuchen ab 160 µg/m3 bei sechsstündiger, beziehungsweise ab 240 µg/m3 bei ein- bis dreistündiger Exposition mit intermittierender (zwischen Anstrengung und Ruhe wechselnder) körperlicher Aktivität. Neue wissenschaftliche Erkenntnisse zeigen bereits bei Ozon-Konzentrationen von 100 µg/m3 Einschränkungen der Lungenfunktion, wobei neben Ozon sehr wahrscheinlich noch andere Schadstoffe eine Rolle spielen.

• Reduzierung der physischen Ausdauer-Leistungsfähigkeit ab 240 µg/m3.

• Entzündliche Reaktion des Lungengewebes ab 160 µg/m3 bei 6,6-stündiger Exposition mit intermittierender körperlicher Belastung.

• Zunahme der Häufigkeit von Asthmaanfällen (240 bis 300 µg/m3).

Diese funktionellen Veränderungen und Beeinträchtigungen normalisieren sich im allgemeinen weitgehend im Laufe von ein bis drei Stunden nach Expositionsende. Bei besonders starken Belastungen lassen sich allerdings geringe Abweichungen noch nach 24 bis 48 Stunden feststellen.

Subjektive Befindlichkeitsstörungen wie Tränenreiz (verursacht durch Begleitstoffe des Ozons), Reizung der Atemwege, Husten, Kopfschmerzen und Atembeschwerden werden ab 200 µg/m3 genannt. Die akuten Reizerscheinungen an Augen und Schleimhäuten sind von der körperlichen Aktivität weitgehend unabhängig; ihr Ausmaß wird primär durch die Aufenthaltsdauer in der ozonbelasteten Atmosphäre bestimmt.

Um gesundheitliche Beeinträchtigungen durch hohe Ozon-Konzentrationen zu vermeiden, sollte man folgende Regeln beachten:

•Da hohe Ozon-Konzentrationen üblicherweise bei hohen Temperaturen auftreten, kann als Faustregel gelten: Vernünftiges Verhalten im Hinblick auf hohe Temperaturen ist auch vernünftig im Hinblick auf Ozon.

•Längere körperliche Anstrengungen sollten möglichst nicht in die Mittags- und Nachmittagsstunden gelegt werden, wenn sie auch zu anderen Tageszeiten möglich sind.

Bei besonders hoher chronischer Belastung kam es in Tierversuchen zu irreversiblen Veränderungen mit vermehrter Bindegewebsbildung in der Lunge. Ob derartige Veränderungen, die einem „vorzeitigen Altern“ der Lunge entsprechen, auch beim Menschen unter umweltrelevanten Bedingungen auftreten können, ist umstritten. Epidemiologische Studien schienen diese Vermutung zunächst zu bestätigen. Da diese Befunde aber bei Nachuntersuchungen nicht mehr nachweisbar waren, ist keine abschließende Beurteilung möglich.

Neben den bereits genannten Wirkungen kann Ozon die menschliche Gesundheit noch durch andere Wirkungen beeinträchtigen, die aber nicht konkreten Konzentrationen zugeordnet werden können. Dazu zählen:

•allergiefördernde Wirkung: Ozon selbst ist kein Allergen. Durch die beschriebene Reizwirkung können aber im peripheren Lungengewebe entzündliche Prozesse ausgelöst werden. Dies führt möglicherweise dazu, dass gleichzeitig anwesende chemische oder biologische Allergene tiefer in das geschädigte Gewebe eindringen, was eine Allergisierung begünstigen könnte;

•gentoxische (erbgutschädigende) und kanzerogene (krebserzeugende) Wirkung: In Zellkulturen wirkt Ozon sowohl bei Bakterien und Pflanzen als auch bei Säugetierzellen eindeutig gentoxisch. Auch nach der Ozonexposition von Tieren ist ein gentoxisches Potenzial nachweisbar, allerdings nicht so durchgängig wie in der Zellkultur; darüber hinaus kann Ozon infolge seiner starken Reizwirkung kokanzerogen wirken, das heißt, bei Anwesenheit von Kanzerogenen die Krebsentstehung fördern (in manchen Fällen aber auch abschwächen).

Eine Studie im Rahmen des US-amerikanischen „National Toxicology Program“ (NTP) ergab Hinweise auf kanzerogene Wirkungen von Ozon im Tierversuch. In der Studie wurden Ratten und Mäuse in Gruppen zu je 50 Tieren zwei Jahre lang oder über die Lebenszeit der Tiere sechs Stunden täglich an fünf Tagen pro Woche Ozon ausgesetzt. Als Expositionskonzentrationen wurden 0,12 ppm3 (240 µg/m3 ; entspricht dem US-Luftqualitätsstandard 4 ), 0,5 ppm (1.000 µg/m3 ) als mittlere Konzentration und 1,0 ppm (2.000 µg/m3 ) als höchste Konzentration, bei der Versuchstiere lange genug überleben können („maximum concentration believed compatible with long-term survival“), gewählt.

Die Ergebnisse der Zwei-Jahres-Studie bei weiblichen Mäusen belegen eine statistisch signifikant erhöhte Bildung von Lungentumoren bei 1 ppm. Ein von der Tendenz her gleichartiges Ergebnis im Lebenszeit-Versuch bei 1 ppm war statistisch nicht signifikant. Statistisch signifikant war jedoch bei den weiblichen Mäusen eine Verminderung der Lebertumore, so dass sich bei der Auswertung der Gesamt-Tumorhäufigkeit bei 1 ppm ein signifikanter Rückgang ergab. Bei den männlichen Mäusen wurde bei 0,5 und 1 ppm sowohl in der Zwei-Jahres-Studie als auch in der Lebenszeitstudie eine geringfügige Erhöhung der Lungentumorrate festgestellt, die aber nicht signifikant war.

Bei den Versuchen mit Ratten trat keine erhöhte Tumorrate unter der gewählten Ozonexposition auf. Es wurden jedoch bei Ratten und Mäusen bei 0,5 und 1 ppm (nicht aber bei 0,12 ppm) vermehrt Zellveränderungen (Hyper- und Metaplasien) in den Atemwegen gefunden, die als Vorstufen von Tumoren angesehen werden können. Diese Zellveränderungen weisen daher in die gleiche Richtung wie die erhöhte Lungentumorrate bei den weiblichen Mäusen bei 1 ppm.

Betrachtet man die im NTP-Bericht beschriebenen Ergebnisse aller Versuche mit Mäusen zusammen, so ist eine klare Dosis-Wirkungs-Beziehung nicht zu erkennen. Die Befunde deuten aber darauf hin, dass für die Tumorbildung an der Lunge eine Wirkungsschwelle existiert.

Für die in Deutschland vorkommenden Konzentrationen lässt sich zurzeit nicht klären, ob das kanzerogene Potenzial von Ozon beim Menschen eine Rolle spielt. Geht man direkt von den Ergebnissen der Mäuseversuche in der NTP-Studie aus, so spricht vieles dafür, dass die Wirkungsschwelle, wenn überhaupt, nur selten überschritten wird und damit insgesamt keine nennenswerte Erhöhung des Lungenkrebsrisikos durch Ozon vorliegt. Bei dieser Betrachtung sind allerdings keine zusätzlichen Sicherheitsfaktoren einbezogen. Ob diese auf die Allgemeinbevölkerung bezogene Aussage auch generell für Expositionen an Freiluft-Arbeitsplätzen zutrifft, an denen regelmäßig auch in Zeiten erhöhter Ozon-Konzentrationen langandauernde, körperlich anstrengende Tätigkeiten im Freien erforderlich sind, lässt sich derzeit nicht beurteilen.

Bei schönem Wetter gelangt durch verstärktes Lüften mehr Ozon in die Innenräume. Zwar wird das Ozon dort binnen weniger Stunden abgebaut. Doch kann das Ozon mit organischen Verbindungen aus im Raum befindlichen Materialien (zum Beispiel aus Tapeten und Anstrichen) reagieren. Das ist jedoch abhängig von den Bau- und Ausstattungsmaterialien in den Räumen. Messungen des UBA haben gezeigt, dass bei diesen Reaktionen weitere, potenziell gesundheitsschädliche Luftschadstoffe wie zum Beispiel Formaldehyd entstehen. Bei hohen Ozon-Konzentrationen sollte daher vornehmlich in den Morgen- und Abendstunden stärker gelüftet werden.

Fazit: Die in diesem Abschnitt genannten Wirkungen bestätigen die Notwendigkeit, Maßnahmen zur Reduktion der Ozon-Konzentrationen zu ergreifen.

3ppm = parts per million (ein Millionstel des Volumens oder Gewichtes).

4Die US-Umweltbehörde EPA (Environmental Protection Agency) hat vorgeschlagen, die Messbasis für den Ozongrenzwert von einem 1-Stunden-Maximum auf ein 8-Stunden-Maximum zu verändern. Der Grenzwert soll von 0,12 ppm auf 0,08 ppm (das entspräche 160 µg/m3) abgesenkt werden. Dieser Vorschlag wird zurzeit diskutiert.

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