{"id":3975,"date":"2021-03-20T07:49:56","date_gmt":"2021-03-20T06:49:56","guid":{"rendered":"https:\/\/www.umweltperspektiven.ch\/?p=3975"},"modified":"2022-02-09T11:09:14","modified_gmt":"2022-02-09T10:09:14","slug":"feinstaub-gefaehrlicher-als-gedacht","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.organisator.ch\/de\/sustainability\/2021-03-20\/feinstaub-gefaehrlicher-als-gedacht\/","title":{"rendered":"Feinstaub \u2013 gef\u00e4hrlicher als gedacht"},"content":{"rendered":"
\"Feinstaub\"
Markus Ammann an einer der Apparaturen, mit deren Hilfe die Feinstaubuntersuchungen durchgef\u00fchrt wurden.
\u00a9 Markus Fischer, PSI<\/figcaption><\/figure>\n

 <\/p>\n

Dass Feinstaub die Gesundheit gef\u00e4hrden kann, ist bekannt. Die Partikel mit einem maximalen Durchmesser von 10 Mikrometern k\u00f6nnen tief ins Lungengewebe vordringen und sich dort festsetzen. Sie enthalten reaktive Sauerstoffverbindungen (ROS), auch „Sauerstoffradikale“ genannt, die die Zellen der Lunge sch\u00e4digen k\u00f6nnen. Je mehr Partikel in der Luft schweben, desto h\u00f6her das Risiko. Die Partikel gelangen zwar auch aus nat\u00fcrlichen Quellen wie W\u00e4ldern oder Vulkanen in die Luft. Doch menschliche Aktivit\u00e4ten, beispielsweise in Fabriken und Verkehr, vervielfachen die Menge, sodass bedenkliche Konzentrationen erreicht werden. Das Potenzial des Feinstaubs, Sauerstoffradikale in die Lunge zu bringen oder dort zu erzeugen, ist f\u00fcr verschiedene Quellen bereits untersucht worden. Die Forschenden des Paul Scherrer Instituts (PSI) haben dazu nun wichtige neue Erkenntnisse gewonnen.<\/p>\n

Die bisherige Forschung hat gezeigt, dass einige ROS im K\u00f6rper des Menschen entstehen, wenn der Feinstaub sich in der Oberfl\u00e4chenfl\u00fcssigkeit der Atemwege aufl\u00f6st. Feinstaub enth\u00e4lt in der Regel chemische Bestandteile, etwa Metalle wie Kupfer und Eisen sowie bestimmte organische Verbindungen. Diese tauschen mit anderen Molek\u00fclen Sauerstoffatome aus und es entstehen sehr reaktionsfreudige Verbindungen wie Wasserstoffperoxid (H2O2), Hydroxyl (HO) oder Hydroperoxyl (HO2), die sogenannten oxidativen Stress verursachen. So greifen sie zum Beispiel die unges\u00e4ttigten Fetts\u00e4uren im K\u00f6rper an, die dann nicht mehr als Bausteine der Zellen dienen k\u00f6nnen. Auf solche Vorg\u00e4nge f\u00fchren Mediziner Lungenentz\u00fcndungen, Asthma und diverse andere Atemwegserkrankungen zur\u00fcck. Selbst Krebs k\u00f6nnte ausgel\u00f6st werden, da die ROS auch die Erbsubstanz DNA sch\u00e4digen k\u00f6nnen.\u00a0<\/strong><\/p>\n

Neue Erkenntnisse dank einmaliger Ger\u00e4tekombination<\/strong><\/p>\n

Seit einiger Zeit ist bekannt, dass gewisse ROS-Spezies auch bereits im Feinstaub der Atmosph\u00e4re vorliegen und als sogenannte exogene ROS \u00fcber die Atemluft in unseren K\u00f6rper gelangen, ohne dass sie sich dort erst bilden m\u00fcssen. Wie sich nun herausstellt, hat man dabei noch nicht genau genug hingesehen: \u00a0\u00abBisherige Studien haben mit Massenspektometern analysiert, woraus Feinstaub besteht\u00bb, erkl\u00e4rt Peter Aaron Alpert, Erstautor der neuen PSI-Studie. \u00abDabei erh\u00e4lt man aber keine Informationen \u00fcber die Struktur der einzelnen Partikel und dar\u00fcber, was in ihrem Inneren vorgeht.\u00bb<\/p>\n

Alpert dagegen nutzte die M\u00f6glichkeiten des PSI f\u00fcr einen pr\u00e4ziseren Blick: \u00abMit dem brillanten R\u00f6ntgenlicht der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS konnten wir solche Partikel nicht nur einzeln mit einer Aufl\u00f6sung von unter einem Mikrometer betrachten, sondern sogar in sie hineinschauen, w\u00e4hrend Reaktionen darin ablaufen.\u00bb Dazu verwendete er auch eine neuartige, am PSI entwickelte Zelle, in der sich verschiedenste atmosph\u00e4rische Umweltbedingungen simulieren lassen. Sie kann Temperatur, Feuchte sowie Gasexposition genau regulieren und eine UV-LED-Lichtquelle ahmt die Sonneneinstrahlung nach. \u00abDiese Kombination \u2013 hochaufl\u00f6sendes R\u00f6ntgenmikroskop und Zelle \u2013 gibt es nur einmal auf der Welt\u00bb, sagt Alpert. Die Studie sei deshalb nur am PSI m\u00f6glich gewesen. Eng zusammengearbeitet hat er daf\u00fcr mit dem Leiter der Gruppe Oberfl\u00e4chenchemie am PSI, Markus Ammann. Unterst\u00fctzt haben ihn ausserdem Forschende um die Atmosph\u00e4renchemiker Ulrich Krieger und Thomas Peter an der ETH Z\u00fcrich, wo zus\u00e4tzliche Experimente mit in der Schwebe gehaltenen Partikeln gemacht wurden, sowie Experten um Hartmut Hermann vom Leibniz-Institut f\u00fcr Troposph\u00e4renforschung in Leipzig.<\/p>\n

Wie sich gef\u00e4hrliche Verbindungen bilden<\/strong><\/p>\n

Die Forschenden untersuchten Partikel mit organischen Bestandteilen und Eisen. Das Eisen stammt aus nat\u00fcrlichen Quellen wie W\u00fcstenstaub oder Vulkanasche, ist aber auch in Emissionen von Industrie und Verkehr enthalten. Die organischen Bestandteile resultieren ebenfalls aus nat\u00fcrlichen und menschgemachten Quellen. In der Atmosph\u00e4re verbinden sich diese Bestandteile zu Eisenkomplexen, die dann unter Sonneneinstrahlung zu sogenannten Radikalen reagieren. Diese wiederum binden allen verf\u00fcgbaren Sauerstoff und produzieren so die Sauerstoffverbindungen.<\/p>\n

Normalerweise w\u00fcrde ein gr\u00f6sserer Teil dieser ROS in der W\u00e4rme der Sonne aus den Partikeln in die Luft diffundieren und keine Gefahr mehr bedeuten, wenn wir die Partikel einatmen, die dann weniger ROS enthalten. Stimmen die Bedingungen, reichern sich die Radikale jedoch im Inneren der Partikel an und verbrauchen dort binnen Sekunden den gesamten verf\u00fcgbaren Sauerstoff. Und das liegt an der sogenannten Viskosit\u00e4t: Feinstaub kann fest wie Stein oder fl\u00fcssig wie Wasser sein \u2013 aber je nach Temperatur und Feuchte auch z\u00e4hfl\u00fcssig wie Sirup, Kaugummi oder Schweizer Kr\u00e4uterzucker. \u00abDieser Zustand des Partikels, so haben wir festgestellt, sorgt daf\u00fcr, dass die ROS im Partikel gefangenbleiben\u00bb, sagt Alpert. Und von aussen gelangt auch kein zus\u00e4tzlicher Sauerstoff hinein.<\/p>\n

Besonders erschreckend ist, dass sich durch das Zusammenspiel von Eisen und organischen Verbindungen die h\u00f6chsten Konzentrationen der ROS bei allt\u00e4glichen Wetterbedingungen bilden: bei mittlerer Luftfeuchte von 50 Prozent und Temperaturen um die 20 Grad, wie sie etwa in R\u00e4umen herrschen. \u00abFr\u00fcher dachte man, dass ROS in der Luft \u2013 wenn \u00fcberhaupt \u2013 nur dann entstehen, wenn die Feinstaubteilchen vergleichsweise seltene Verbindungen wie Chinone enthalten\u00bb, sagt Alpert. Das sind oxidierte Phenole, die etwa in Farbstoffen von Pflanzen und Pilzen vorkommen. Seit Kurzem ist klar, dass viele weitere ROS-Quellen im Feinstaub vorhanden sind. \u00abWie wir nun feststellten, k\u00f6nnen diese bekannten ROS-Quellen unter v\u00f6llig allt\u00e4glichen Bedingungen deutlich verst\u00e4rkt werden.\u00bb Etwa jedes zwanzigste Partikel ist organisch und enth\u00e4lt Eisen.<\/p>\n

Doch damit nicht genug: \u00abWir gehen davon aus, dass die gleichen fotochemischen Reaktionen auch in anderen Feinstaubpartikeln ablaufen\u00bb, sagt Forschungsgruppenleiter Markus Ammann. \u00abWir vermuten sogar, dass nahezu alle Schwebeteilchen in der Luft auf diese Weise zus\u00e4tzliche Radikale ausbilden\u00bb, erg\u00e4nzt Alpert. \u00abWenn sich dies in weiteren Studien best\u00e4tigt, m\u00fcssen wir dringend unsere Modelle und Grenzwerte bez\u00fcglich der Luftqualit\u00e4t anpassen. Wom\u00f6glich haben wir hier einen zus\u00e4tzlichen Faktor daf\u00fcr gefunden, dass so viele Menschen scheinbar ohne konkreten Anlass an Atemwegserkrankungen oder Krebs erkranken.\u00bb<\/p>\n

Immerhin haben die ROS \u2013 zumal in Zeiten der COVID-19-Pandemie \u2013 auch ihr Gutes, wie die Studie ebenfalls nahelegt: Sie greifen auch Bakterien, Viren und andere Pathogene an, die auf den Aerosolen sitzen, und machen diese unsch\u00e4dlich. Dieser Zusammenhang k\u00f6nnte erkl\u00e4ren, warum das Sars-CoV-2-Virus in der Luft bei Raumtemperatur und mittlerer Feuchte am k\u00fcrzesten \u00fcberlebt.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

  Dass Feinstaub die Gesundheit gef\u00e4hrden kann, ist bekannt. Die Partikel mit einem maximalen Durchmesser von 10 Mikrometern k\u00f6nnen tief ins Lungengewebe vordringen und sich dort festsetzen. Sie enthalten reaktive Sauerstoffverbindungen (ROS), auch „Sauerstoffradikale“ genannt, die die Zellen der Lunge sch\u00e4digen k\u00f6nnen. Je mehr Partikel in der Luft schweben, desto h\u00f6her das Risiko. 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