Nachrichten 16.08.2017

Wie Feinstaub dem Herzen schaden könnte

Erstmals konnten Wissenschaftler in einer aufwendigen randomisierten Studie die metabolischen Auswirkungen von Feinstaub aufzeigen. Die Exposition bewirkte bei gesunden Studenten ein Anstieg von Stresshormonen, Stoffwechselprodukten und Blutdruck. Nach Aufstellen eines Luftreinigers gingen die Werte wieder zurück.

Feinstaub scheint direkte Einflüsse auf die Hirnaktivität zu haben und darüber Stress und Bluthochdruck zu fördern. Mithilfe aufwendiger Analysetechniken haben es chinesische Wissenschaftler erstmals geschafft, durch Feinstaub hervorgerufene Stoffwechselveränderungen sichtbar zu machen. Sie vermuten darin eine Ursache für die kardiovaskulären Auswirkungen einer dauerhaften Feinstaubbelastung.

Die Exposition führe zu deutlichen Veränderungen in der Hypothalamus-Hypophysen-Achse und des sympathoadrenergen Systems und beeinflusse den Glukose-, Aminosäure- sowie den Lipidstoffwechsel, berichten die Studienautoren um Huichu Li von der Fudan Universität in Shanghai.

Luftreiniger zur Verbesserung der Luftqualität

Für ihre Analyse haben die Wissenschaftler einen ziemlichen Aufwand betrieben. Sie platzierten in Zimmern von 55 gesunden Studenten für neun Tage entweder einen Luftreiniger oder dasselbe Gerät ohne funktionsfähige Filterfunktion (Sham-Gruppe). Nach einer 12-wöchigen Pause ohne Luftreinigung tauschten sie die Geräte  in den jeweiligen Räumen aus, also die funktionsfähigen mit den nicht funktionsfähigen und andersherum. Die Studenten wurden angehalten, sich bis auf ihre Unterrichtsstunden hauptsächlich in ihren Räumen aufzuhalten. Dies taten sie immerhin zu ca. 75% ihrer Zeit.

Während dieser Zeit wurden die Feinstaub-Emissionen der Partikelgröße PM2,5  gemessen, also die Staubfraktion, die aufgrund ihrer geringen Partikelgröße (≤ 2,5 µm) als besonders gesundheitsschädlich gilt. Blut- und Urinproben der Teilnehmer wurden entnommen und die Serumbestandteile mithilfe von Analyseverfahren aus der sog. Metabolomik untersucht; in diesem Falle nutzen sie die Gaschromatografie mit Massenspektrometrie-Kopplung  oder eine Hochleistungsflüssigkeitschromatografie (ultra high performance performance liquid chromatography).

Anstieg von Stresshormonen, Blutdruck und Insulinresistenz

Ohne Luftreinigung betrug der durchschnittliche Tagesmittelwert pro Person 53,1 µg/mᶟ. Nach Installation eines funktionsfähigen Gerätes ging die Belastung um mehr als die Hälfte auf 24,3 µg/mᶟ zurück und befand sich damit unterhalb des von der WHO als sicher eingestuften Grenzwertes (25 µg/ mᶟ).

In der Zeit der erhöhten Schadstoffbelastung stiegen die Kortisol/Kortison-, Noradrenalin/Adrenalin-sowie Melatonin-Konzentrationen der Studenten merklich an. Ihre Glukose-Werte waren erhöht, ebenso stiegen die Konzentrationen anderer Stoffwechselprodukte wie Aminosäuren, freier Fettsäuren und Phospholipide an. Neben diesen metabolischen Veränderungen kam es zu einem Anstieg des systolischen Blutdrucks (um durchschnittlich 2,61%), der Insulinresistenz und von Biomarkern, die auf oxidativen Stress und Entzündungsprozesse hinweisen. 

Direkte Wirkung aufs ZNS

Aufgrund dieser Befunde vermuten Li und Kollegen, dass das zentrale Nervensystem direkt auf eine Erhöhung der Feinstaubwerte reagiert. „Es könnte sein, dass der Hypothalamus nach Inhalation von Feinstaub vermehrt Corticotropin-releasing Hormone (CRH) ausschüttet, die wiederum in der Hypophyse die Ausschüttung des Adrenocortikotropen Hormons (ACTH) stimulieren.“ ACTH regt in der Nebennierenrinde die Produktion und Sekretion von Glucokortikoiden an. Eine vermehrte Ausschüttung des Stresshormons Kortisol führt wiederum zu einem Blutdruckanstieg, einer Zunahme des Herzzeitvolumens, einer verstärkten Gefäßkonstriktion sowie Natrium- und Flüssigkeitsretention.

Weiterhin mutmaßen die Autoren, dass Feinstaub über eine Erhöhung der Adrenalin- und Noradrenalin-Konzentrationen erhebliche Veränderungen im Stoffwechsel hervorruft, etwa eine gesteigerte Glykolyse und Lipolyse.

Ähnliche Vorkehrungen in Deutschland?

Das Aufstellen eines Luftreinigers halten die chinesischen Wissenschaftler in Gegenden mit hoher Luftbelastung für eine sinnvolle Maßnahme, um die Feinstaubbelastung in Räumen zu reduzieren.

Unklar ist allerdings, ob solche Vorkehrungen auch in Deutschland effektiv sind und die durch Feinstaub induzierten metabolischen Veränderungen hierzulande ein ähnliches Ausmaß haben. Generell ist in China ja von einer deutlich höheren Feinstaubbelastung auszugehen.

Literatur

Li H, Cai J, Chen R et al. Particulate matter exposure and stress hormone levels: a randomized, double-blind, crossover trial of air purification. Circulation 2017; DOI: 10.1161/CIRCULATIONAHA.116.026796.

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