ArchivDeutsches Ärzteblatt10/2018Dieselmotoremissionen: Eine Gefahr für die Gesundheit

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Dieselmotoremissionen: Eine Gefahr für die Gesundheit

Dtsch Arztebl 2018; 115(10): A-430 / B-377 / C-377

Grunert, Dustin

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Nach dem Urteil des Bundesverwaltungsgerichts gibt es viele verschiedene Lösungsvorschläge, um die Stickstoffdioxidgrenzwerte einzuhalten. Gleichzeitig lassen sich Gefahren und Auswirkungen von Luftschadstoffen eher für die Allgemeinheit als für das Individuum definieren.

Foto: dpa
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Die Entscheidung des Bundesverwaltungsgerichts in Leipzig wurde mit Spannung erwartet. Ursprünglich sollte es schon einige Tage zuvor ein Urteil geben. Doch die Richter machten sich ihre Entscheidung nicht leicht, ließen sich Zeit, um die Fakten, Argumente und rechtlichen Voraussetzungen genau prüfen zu können. Das Ergebnis: Es ist zulässig, Dieselfahrzeuge aus deutschen Innenstädten auszuschließen, um die Luftreinhaltepläne der EU umsetzen zu können, lautet kurz gesagt der Richterspruch. In rund 70 Kommunen wurden 2017 die Grenzwerte für Stickstoffdioxid (NO2) von 40 µg/m3 im Jahresmittel überschritten. Diese Kommunen können nun selber entscheiden, ob und wie sie Fahrverbote umsetzen. Eine bundeseinheitliche Lösung ist nicht nötig.

Doch warum ist ausgerechnet der Diesel im Fokus der Diskussion? Dieselmotoremissionen (DME) bestehen aus verschiedenen gefährlichen stofflichen Komponenten. Die Zusammensetzung ist abhängig von der Art des Dieselmotors, der Betriebsweise, der eingesetzten Kraftstoffart und -qualität sowie der Art der technischen Abgasreinigung. Abgase aus Dieselmotoren enthalten hauptsächlich Rußpartikel, polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe und Aldehyde.

  • Rußpartikel lagern sich in der Lunge ab und können zu Bronchitiden und Lungenkrebs führen.
  • Benzol kann das Blutbild verändern und Leukämie hervorrufen.
  • Stoffe wie Formaldehyd reizen die Schleimhäute von Nase und Augen und sollen Krebs erzeugen.

Die größte Gesundheitsgefahr unter den Luftschadstoffen geht von Feinstaub aus. Laut Prof. Dr. sc. techn. Thomas Koch, Leiter des Instituts für Kolbenmaschinen am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), ist die Dieseltechnologie selbst mittlerweile nur für einen sehr geringen Anteil an der Feinstaubentwicklung verantwortlich.

Kaum Feinstaub durch Diesel

Schon ein Fahrrad gebe durch seinen Felgenverschleiß beim Bremsen 3 bis 4 Milligramm Metalloxide pro Kilometer ab. „Und der Partikelausstoß aus dem Auspuff eines Diesels liegt bei 0,2 bis 0,5 Milligramm“, erklärt Koch. Der Abrieb von Reifen, Bremsen und durch den Straßenverkehr aufgewirbelte Feinstaubpartikel machen einen großen Teil der Belastung aus. Die würde sich also selbst bei ausschließlich elektrisch betriebenen Autos nicht dramatisch verändern.

Doch das richterliche Urteil bezieht sich nicht auf den Feinstaubausstoß, sondern auf die überschrittenen Stickstoffdioxidwerte. Laut Umweltbundesamt sind Diesel-Pkw im innerstädtischen Bereich tatsächlich für 73 % der Stickoxid-Emissionen (NOX; darunter auch NO2) des Verkehrs verantwortlich und damit die größte Quelle (1).

Stickstoffdioxid ist ein Reizgas und wirkt als sehr reaktive Verbindung. Beim Menschen löst NO2 bei Kontakt mit Geweben und Zellen insbesondere des Atemtrakts und auch der Augen Reizeffekte aus. Auch können Gewebe- und Zellschäden entstehen, die dann zu möglichen Funktionsstörungen, zellschädigenden Reaktionsprodukten und entzündlichen Prozessen führen (2). Diese Wirkungen werden durch das Atemmuster, die Lungenanatomie, bestehende Atemwegserkrankungen sowie durch Expositionshöhe und -zeit bestimmt. Die individuelle Empfindlichkeit fällt recht unterschiedlich aus (2).

Stickstoffmonoxid (NO) greift weniger die Atemwege an, sondern dringt tiefer in den Körper vor. Es greift unter anderem in die Regulierung der Blutgefäßspannung ein. Bei permanent starker NO-Exposition, wie zum Beispiel in Großstädten, lässt sich in der Regel eine höhere Quote von Schlaganfällen und Infarkten beobachten.

In 28 Ländern der EU kam es im Jahr 2016 zu circa 68 000 vorzeitigen Todesfällen durch NO2-Exposition. In Deutschland waren es 10 610 (3). Zum Vergleich: In Deutschland gab es im gleichen Zeitraum 3 214 Verkehrstote (4). Allerdings sind diese Zahlen nur bedingt aussagekräftig. Zum einen werden sie durch statistische Modelle erhoben und nicht durch eine direkte Ermittlung der Todesursache. Außerdem hat die Aussage „vorzeitige Todesfälle“ eine sehr begrenzte Genauigkeit. Damit kann jeder Todesfall gemeint sein, der statistisch gesehen zu früh eintritt, ohne Unterscheidung, ob es wenige Tage oder viele Jahre sind.

„Epidemiologische Studien zeigen, dass die Luftbelastung durch NO2/NOX ein Risiko für die menschliche Gesundheit darstellt. Auch wenn dieses im Vergleich zu anderen Risiken vergleichsweise gering ist, so können doch viele Stadtbewohner betroffen sein“, erklärt Dr. rer. nat. Ulrich Franck vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ), Leipzig.

Man unterscheidet zwischen kurzfristigen Wirkungen hoher Luftkonzentrationen von NO2, das heißt Wirkungen, die in zeitlicher Nähe zur Exposition (also innerhalb weniger Tage) auftreten, und denjenigen Wirkungen, die langfristig aus einer erhöhten Belastung mit NO2 resultieren. Dabei ist noch unklar, welche die eigentlich schädlichen Bestandteile des komplexen Staub-Luft-Gemisches sind.

Allerdings kann für die in umweltepidemiologischen Studien beobachteten gesundheitlichen Wirkungen ein eigenständiger Schadstoffeinfluss durch NO2 und NOX unterstellt werden.

Kleinräumige Veränderungen

„Da die Belastungen sich kleinräumig – zum Beispiel von Stadtbezirk zu Stadtbezirk, Straße zu Straße und sogar Vorderfront der Häuserzeile hin zur stark befahrenen Straße im Vergleich zur straßenabgewandten Seite – häufig stark unterscheiden, können auch sehr kleinräumige Fahrverbote die am stärksten betroffenen Personengruppen entlasten“, sagt Franck.

Hinsichtlich der Kurzzeitwirkungen von NO2 konnten in verschiedenen Studien Assoziationen zwischen einer Erhöhung der NO2-Belastung und einer Zunahme der Gesamtsterblichkeit (alle Todesursachen), der Herz-Kreislauf-bedingten Sterblichkeit, der Krankenhausaufnahmen und Notfallkonsultationen aufgrund von Atemwegserkrankungen und Asthma sowie der Hospitalisationen aufgrund chronischer Bronchitis ermittelt werden (5, 6, 7). Kurzfristig auftretende NO2-Konzentrationen im Tagesmittel von etwa 10–100 μg/m³ vermögen die Lungenfunktion zu beeinträchtigen.

Wegen seiner geringen Wasserlöslichkeit dringt der überwiegende Anteil des eingeatmeten NO2 bis in die Lungenperipherie (dem Gasaustauschbereich) vor. Dort treffen die NO2-Moleküle auf die gut durchbluteten Alveolen, die das Gas aufnehmen und chemisch umwandeln. Entstehende Reaktionsprodukte werden mit dem Blut abtransportiert. Jedoch kann NO2 bei Kontakt mit Alveolengewebe Zellschäden auslösen und entzündliche Prozesse verursachen.

Anhand von Expositionskammer-Untersuchungen an gesunden und vorgeschädigten Testpersonen (insbesondere Jugendliche mit leichten Formen von Asthma) konnte nachgewiesen werden, dass eine (kurzfristige) Belastung gegenüber NO2 zu einer Verschlechterung der Lungenfunktion führt. Hierbei zeigten sich bei Vorgeschädigten vergleichbare Effekte schon bei deutlich niedrigeren Konzentrationen als bei gesunden Personen. In den meisten Studien ergab sich, dass die individuelle Empfindlichkeit sehr unterschiedlich ist (5).

Zudem konnte im Tierversuch gezeigt werden, dass Stickstoffdioxid zur Hyperreagibilität der Atemwege führt. Hyperreagibilität ist ein Risikofaktor für die Manifestation von Asthma (5).

Langfristige Expositionen gegenüber NO2-Belastungen der Außenluft wirken sich auf die Gesamtsterblichkeit aus. Hiervon sind besonders Menschen betroffen, die an verkehrsreichen Straßen leben. Bei langfristiger Exposition gegenüber NO2-Außenluftkonzentrationen mit 10–80 μg/m³ treten Atemwegserkrankungen wie Husten, Bronchitis und Lungenfunktionsverschlechterungen häufiger auf.

Lungenschädigungen im Alter

Besonders bei Kindern können Lungenfunktionsverschlechterungen und Defizite in der Lungenfunktionsentwicklung auftreten. Die derzeitigen Erkenntnisse lassen nicht ausschließen, dass im Alter irreversible Lungenschädigungen vorkommen können.

Für Stickstoffdioxid liegen keine Hinweise auf eine Wirkschwelle vor, unter der langfristige Auswirkungen auszuschließen sind (2).

Eigentlich gibt es bereits jetzt Möglichkeiten, trotz Dieseltechnologie die Emissionsgrenzwerte für NO2 einzuhalten: „Technisch sind die Abgasprobleme der Dieseltechnologie inzwischen gänzlich gelöst“, sagt Thomas Koch vom KIT. „Wenn alle Diesel-Autofahrer ein EURO-6d-TEMP-Dieselfahrzeug der neuesten Generation hätten, schrumpfte der Beitrag des Dieselverkehrs an der NO2-Konzentration am Neckartor unmittelbar an der Straße auf etwa 3 µg/m3 Luft.“

Zum Vergleich: Eine Kerze in einem normal belüfteten Zimmer führe nach einer Stunde zu einer NO2-Konzentration von 100 µg/m3 Luft. Dustin Grunert

Literatur im Internet:
www.aerzteblatt.de/lit1018
oder über QR-Code.

1.
Umweltbundesamt: Umtauschprämie – Neuer Diesel, guter Diesel? https://www.umweltbundesamt.de/themen/umtauschpraemie-neuer-diesel-guter-diesel (last accessed on 1 March 2018).
2.
Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie: Stickstoffdioxid (NO2). https://www.hlnug.de/fileadmin/dokumente/luft/faltblaetter/Stickstoffoxid_12Seiten_2017_170606_Web.pdf (last accessed on 1 March 2018).
3.
World Health Organization: Air Quality in Europe. https://www.eea.europa.eu/publications/air-quality-in-europe-2016 (last accessed on 1 March 2018).
4.
Statistisches Bundesamt: 7,1 % weniger Verkehrstote 2016. Pressemitteilung Nr. 065 vom 24. Februar 2017. https://www.destatis.de/DE/PresseService/Presse/Pressemitteilungen/2017/02/PD17_065_46241.html (last accessed on 1 March 2018).
5.
Kraft M, Eikmann T, Kappos A, et al.: The German view: effects of nitrogen dioxide on human health-derivation of health-related short-term and long-term values. Int J Hyg Environ Health 2005; 208: 305–18 CrossRef MEDLINE
6.
World Health Organization (Regional Office for Europe): Air quality guidelines. Global update 2005. Particulate matter, ozone, nitrogen dioxide and sulfur dioxide. http://www.euro.who.int/en/health-topics/environment-and-health/air-quality/publications/pre2009/air-quality-guidelines.-global-update-2005.-particulate-matter,-ozone,-nitrogen-dioxide-and-sulfur-dioxide (last accessed on 1 March 2018).
7.
EPA, U.S. Environmental Protection Agency: Integrated Science Assessment for Oxides of Nitrogen – Health Criteria (EPA/600/R-08/071, Juli 2008). https://cfpub.epa.gov/ncea/risk/recordisplay.cfm?deid=194645 (last accessed on 1 March 2018).
1.Umweltbundesamt: Umtauschprämie – Neuer Diesel, guter Diesel? https://www.umweltbundesamt.de/themen/umtauschpraemie-neuer-diesel-guter-diesel (last accessed on 1 March 2018).
2.Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie: Stickstoffdioxid (NO2). https://www.hlnug.de/fileadmin/dokumente/luft/faltblaetter/Stickstoffoxid_12Seiten_2017_170606_Web.pdf (last accessed on 1 March 2018).
3.World Health Organization: Air Quality in Europe. https://www.eea.europa.eu/publications/air-quality-in-europe-2016 (last accessed on 1 March 2018).
4.Statistisches Bundesamt: 7,1 % weniger Verkehrstote 2016. Pressemitteilung Nr. 065 vom 24. Februar 2017. https://www.destatis.de/DE/PresseService/Presse/Pressemitteilungen/2017/02/PD17_065_46241.html (last accessed on 1 March 2018).
5.Kraft M, Eikmann T, Kappos A, et al.: The German view: effects of nitrogen dioxide on human health-derivation of health-related short-term and long-term values. Int J Hyg Environ Health 2005; 208: 305–18 CrossRef MEDLINE
6.World Health Organization (Regional Office for Europe): Air quality guidelines. Global update 2005. Particulate matter, ozone, nitrogen dioxide and sulfur dioxide. http://www.euro.who.int/en/health-topics/environment-and-health/air-quality/publications/pre2009/air-quality-guidelines.-global-update-2005.-particulate-matter,-ozone,-nitrogen-dioxide-and-sulfur-dioxide (last accessed on 1 March 2018).
7.EPA, U.S. Environmental Protection Agency: Integrated Science Assessment for Oxides of Nitrogen – Health Criteria (EPA/600/R-08/071, Juli 2008). https://cfpub.epa.gov/ncea/risk/recordisplay.cfm?deid=194645 (last accessed on 1 March 2018).

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