Dr. Sabrina Michael Referat 52

Eisenbahn-Bundesamt - Zentrale Heinemannstraße 6 53175 Bonn

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Humantoxikologische Wirkung und umweltmedizinische Bewertung von Luftschadstoffen

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Kolloquium „Luftqualität an Straßen“ 29. März 2017 1

Luftschadstoffe  Nach aktuellen Modellrechnungen sterben jedes Jahr 3,3 Millionen Menschen weltweit an den Folgen der Luftverschmutzung Hauptquellen dieser Luftschadstoffe sind die Energieerzeugung wie auch häusliche Verbrennungsprozesse (> 30 % weltweit), wohingegen in Ländern wie Deutschland, UK oder den USA der Kfz-Verkehr (> 20 %) dominiert [Lelieveld et al., 2015].

 Einteilung von Luftschadstoffe 

Stoff- oder quellenbezogen, z.B. Emissionsursprung, Substanzeigenschaften oder pathogenetische Eigenschaften



Physikalisch-chemischen Eigenschaften



Gesundheitlich- und umweltschutzrelevante Luftschadstoffe z.B. SO2, NOX, O3 und Feinstaub (PM10 und PM2.5)

2

Gesundheitliche Wirkung  Primärer Wirkungsort : Respirationstrakt  Partikeldeposition: Abhängig von der Partikelgröße  Gesundheitliche Effekte: - Reizungen der Atemwege - Erhöhter Medikamentenbedarf bei Asthmatikern - Zunahme der Morbidität und Mortalität aufgrund von Atemwegserkrankungen und Herz-Kreislauf-Problemen

Quelle: Michael, S. und Dott, W. (2014): Bestimmung der Humantoxizität von Emissionen und ihre umweltmedizinische Bewertung, In: Thomé-Kozmiensky, K.J., Löschau, M. (Hrsg.): Immissionsschutz, Band 4: Recht – Anlagenbetrieb – Optimierung – Emission, Vivis - TK-Verlag, 249-266, ISBN 978-3-935317-59-7

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Umweltmedizinische Bewertung Epidemiologie

Toxikologie

Monitoring

Risikobewertung

Grenzwerte 4

Umweltmedizinische Bewertung Kurzzeiteffekte

Epidemiologie Ambientmonitoring

Gesundheitsstörungen und Erkrankungen innerhalb einer definierten Gruppe (Populations)

Nachweis von Umweltschadstoffen

 Anstieg der Mortalität infolge von Herz-, Kreislauf- und Atemwegs-Erkrankungen  Atemwegsbeschwerden und Entzündungen  Effekte auf Herz-Kreislauf-System  Anstieg von Medikamenteneinnahmen, Arztbesuchen und Krankenhauseinweisungen

Langzeiteffekte  Zunahme von Atemwegssymptomen  Verschlechterung der Lungenfunktion bei Kindern und Erwachsenen  Zunahme chronischer Bronchitis  Anstieg der Sterblichkeit an Herz- und KreislaufErkrankungen und an Lungenkrebs

Statistischen Zusammenhängen

 Verringerung der Lebenserwartung

Im Jahr 2000 lag die statistische Lebenszeitverkürzung in Deutschland bei etwa 10 Monaten

Risikobewertung 5

Umweltmedizinische Bewertung Monitoring Ambientmonitoring

Biomonitoring

Effektmonitoring

Interdisziplinäres Forschungsprojekt: HumTec City 2020+

Quelle: Humtec, RWTH Aachen

Risikobewertung

Grenzwerte 6

Ambient Monitoring Stadt und Region Aachen

Probenahme Standorte und chemische Charakterisierung

Quarzfaserfilter

VACW: Aachen Wilhelmstraße - Verkehr AABU: Aachen Burtscheid - Stadtrand EIFE: Aachen Simmerath (Eifel) - Land

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Ambient Monitoring

Massenkonzentration [µg/m3]

Räumliche und zeitliche Verteilung der Feinstaub-Massenkonzentration Verkehr

Probenahmezeit:  Herbst 2010 01.09 – 01.11  Sommer 2011 01.05 – 31.07

GW-Überschreitungstage  Verkehr 5x MZ; 36 ± 9,5 Tage (2007-2014)

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Ambient Monitoring Verkehr [PM10]

Verkehr [PM2.5]

 Deutliche Unterschiede in der Feinstaub-Zusammensetzung und Beladung der Filter Standort Verkehr: Hauptsächlich anorganische Bestandteile Standort Land:

Land [PM10]

Land [PM2.5]

Mischung aus anorganischen/organischen Bestandteil. Hoher Anteil an Pilzsporen! Zusammensetzung-EDX [WT%]

Stadt Land

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Ambient Monitoring Physikochemische Charakterisierung der Feinstaub-Zusammensetzung Saisonspezifische PM10-Zusammensetzung



Trotz geographischer Nähe zueinander (< 20km) zeigen alle 3 Standorte Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung



Hauptkomponenten: - Gesamtkohlenstoff : Sommer > Herbst - Anionen/Kationen: variable

Größenselektive PM-Zusammensetzung

 Spurenstoffe - Endotoxine: Herbst > Sommer - PAK: Herbst > Sommer; PM10 > PM2.5

 Deutliche partikelgrößenspezifische Unterschiede - Metalle und Ionen in PM2.5-Fraktion höher (7-55%) - Gesamtkohlenstoff in PM2.5-Fraktion bis zu 53% kleiner

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Umweltmedizinische Bewertung Toxikologie

Monitoring Ambientmonitoring

Effektmonitoring

In-vitro Testsysteme

Risikobewertung

Grenzwerte 11

Effekt Monitoring Toxikologische Charakterisierung A549: humane alveolar basal Epithelzellen RAW264.7: Murine Lungen- makrophagen HaCaT: Humane Kreatinozyten Zelllinie

A549 Zellen + Partikel

Hep G2: Humane Leberkarzinom- Zelllinie

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Effekt Monitoring Toxikologische Charakterisierung der Feinstaub-induzierten Effekte -Feinstaub-induzierte toxikologische Effekte auf verschiedene in vitro Zellsysteme-

Zytotoxizität

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Toxikologischer Wirkungsmechanismus Literatur: o

Michael, S. (2016): Umweltmedizinische Bewertung von Feinstäuben -Schadstoffmonitoring, physikochemische Einflussgrößen und in vitro Toxizität-, RWTH Publikationen, http://publications.rwthaachen.de/record/670908

o

Michael, S., Montag, M., Dott, W. (2013): Pro-inflammatory effects and oxidative stress in lung macrophages and epithelial cells induced by ambient particulate matter, Environmental Pollution, 183, 19-29

o

Merbitz, H.; Buttstädt, M.; Michael, S.; Dott, W.; Schneider, C. (2012): GISbased identification of spatial variables enhancing heat and poor air quality in urban areas, Applied Geography, 33, 94-106

Quelle:Michael, S., Montag, M., Dott, W. (2013): Pro-inflammatory effects and oxidative stress in lung macrophages and epithelial cells induced by ambient particulate matter, Environmental Pollution, 183, 19-29

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Umweltmedizinische Bewertung Epidemiologie Ambientmonitoring

Gesundheitsstörungen und Erkrankungen innerhalb einer definierten Gruppe (Populations)

Toxikologie

Monitoring Biomonitoring

Nachweis von Umweltschadstoffen

Effektmonitoring

Schadstoffnachweis in Körperflüssigkeiten, Exkrementen und Gewebeproben

Tierversuche

In-vitro Testsysteme

Toxikogenetik

Statistischen Zusammenhängen

Bioverfügbarkeit

Risikobewertung

DosisWirkungsbeziehung

Grenzwerte

Quelle: Dott, W., Michael, S. (2010): Toxikologische Wirkung und umweltmedizinische Bewertung von Luftinhaltsstoffen, In: Thomé-Kozmiensky, K.J., Hoppenberg, M. (Hrsg.): Immissionsschutz, Band 1: Planung, Genehmigung und Betrieb von Anlagen, Vivis - TK-Verlag, 245-256, ISBN 978-3-935317-59-7

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Das BMVI Expertennetzwerk

2016 ins Lebens gerufen auf Initiative des

Beteiligte Behörden:

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Das BMVI Expertennetzwerk • Schlägt eine Brücke zwischen Forschung und Anwendung • Bündelt Knowhow, Kompetenzen und dient der Entwicklung von innovativen Forschungsansätzen und Problemlösungen

http://www.bmvi-expertennetzwerk.de 17

Identifizierung und Charakterisierung der Schadstoffbelastung aus dem Schienenverkehr  Erste Stufe eines bundesweiten Emissions-Charakterisierungsprogramms für den Schienenverkehr - Sammlung bestehender Umweltdaten

(Landesbehörden) für die Parameter Feinstaub Schwermetalle Herbizide - Multifaktorielle und raumbezogene Analyse und Verschneidung Quelle: Referat 52, Eisenbahn Bundesamt

GIS-Kartenmaterial - Identifizierung von Hot Spot Gebieten - Grundlage für weiterführende Untersuchungen durch Eingrenzung der Messstandorte und Untersuchungsparameter

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Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit

Quelle: S. Michael

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