Smog-Kammer des PSI mit beteiligten Forschern
Frank Reiser / Paul Scherrer Institut
Forscher der Universität Bern und des Paul Scherrer Instituts PSI haben nachgewiesen, dass Feinstaub-Partikel aus Benzinmotoren schädlich für die Atemwege sind. Die Partikel bewirken, dass Krankheitserreger leichter in die Lunge eindringen können.
Es ist noch nicht allzu lange bekannt, dass Benzinmotoren eine signifikante Menge an sekundärem Feinstaub produzieren. Dessen Toxizität ist aber noch weitgehend unerforscht. Nun hat ein internationales Forscherteam unter der Leitung der Lungenforscherin Marianne Geiser vom Institut für Anatomie der Universität Bern und des Aerosolforschers Josef Dommen vom Paul Scherrer Institut PSI aufgezeigt, dass sekundäre Partikel aus der Benzinverbrennung in Euro-5-Motoren das Lungengewebe direkt schädigen sowie dessen Abwehrfunktionen schwächen. Die Forschenden zeigen damit auch, dass technische Weiterentwicklungen bei Benzinmotoren nicht zwingend zu weniger gesundheitsschädigenden Resultaten führen. Die vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) unterstützte Studie ist in der Fachzeitschrift "Nature Scientific Reports" erschienen.
Gefährlicher sekundärer Feinstaub
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Sekundäre Partikel sind kleiner als ein Tausendstel Millimeter (sogenannt PM 1) und werden beim Einatmen zu einem großen Teil in den Atemwegen abgelagert, erklären die Wissenschaftler. "Das bei gesunden Personen normalerweise gut ausgebildete Abwehrsystem in der Lunge sorgt dafür, dass abgelagerte Partikel möglichst rasch unwirksam gemacht und aus der Lunge entfernt werden. Können aber eingeatmete Partikel dieses Abwehrsystem aufgrund ihrer physikalisch-chemischen Eigenschaften überwinden, besteht die Gefahr, dass das Lungengewebe irreparabel geschädigt wird." Gefährdet seien insbesondere Asthmatiker sowie Personen mit Chronisch Obstruktiver Lungenerkrankung (COPD) oder Cystischer Fibrose (CF).
Kein Schwellenwert feststellbar
In neuartigen, kombinierten Experimenten haben die Forschenden nun die Giftigkeit von Partikeln, die aus den Abgasen eines Euro-5-Benzinmotors in der Atmosphäre gebildet werden, untersucht. So wurden in der Smog-Kammer am PSI die atmosphärischen Veränderungen ausgestoßener Partikel simuliert und mit einem neu entwickelten Gerät deren Konzentration variiert. Eine ebenfalls neu entwickelte Aerosol-Depositionskammer ermöglichte es, die Partikel realitätsnah auf Zellkulturen von gesunden und kranken Atemwegen zu platzieren. "So konnten wir die Gefährdung von besonders empfindlichen Personengruppen abklären, die aus ethischen Gründen nie an einer Studie hätten teilnehmen können", sagt Josef Dommen.
Erhöhter Zelltod in Abhängigkeit von der Partikeldosis
Die deponierte Partikelmasse von 10 bis 350 Nanogramm (Milliardstel Gramm) pro Quadratzentimeter Zelloberfläche entspreche einer Atemwegs-Tagesdosis von leicht verschmutzter, ländlicher Luft mit 20 Mikrogramm (Millionstel Gramm) PM pro Kubikmeter Luft bis hin zu einer sehr starken Luftverschmutzung in einer Megacity (1000 Mikrogramm PM pro Kubikmeter Luft). Die Ergebnisse zeigten, wie die Forscher berichten, Folgendes: "Bei allen Zellkulturen wurde ein erhöhter Zelltod in Abhängigkeit von der Partikeldosis nachgewiesen". Zudem seien in den Zellen - ebenfalls dosisabhängig - weniger Entzündungsmediatoren ausgeschüttet worden, die für die Körperabwehr von zentraler Bedeutung sind. "Beide Reaktionen reduzieren die Fähigkeit der Atemwegszellen, auf einen nachfolgenden viralen oder bakteriellen Angriff entsprechend zu reagieren", erklärt Marianne Geiser. Diese Zellschädigungen seien auch bei der kleinsten verwendeten Partikeldosis beobachtet worden, was darauf hinweise, dass es keinen Schwellenwert gebe. Die in dieser Studie verwendeten Messmethoden und die daraus gewonnenen Ergebnisse bilden laut den Forschenden einen weiteren wichtigen Schritt für die Erforschung der Luftschadstoffe und deren Auswirkungen auf die Gesundheit.
Originalveröffentlichung: Toxicity of aged gasoline exhaust particles to normal and diseased airway epithelia
Künzi L, Krapf M, Daher N, Dommen J, Jeannet N, Schneider S, Platt S, Slowik JG, Baumlin N, Salathe M, Prévôt ASH, Kalberer M, Strähl C, Dümbgen L, Sioutas C, Baltensperger U, Geiser M. P.,
Scientific Reports 5, 11801 (2015)