Wechselwirkungen von Temperatur und Ozon (TROPICOZ)

In den letzten Jahrzehnten hat sich die Luftqualität in den USA erheblich verbessert. Dennoch leben immer noch Millionen Menschen in den USA in Bezirken, die die Luftqualitätsstandards für einen oder mehrere Schadstoffe nicht erfüllen. Es wird allgemein angenommen, dass ein globaler Klimawandel stattfindet und dass er eine Reihe erheblicher und potenziell negativer Auswirkungen auf das Ökosystem hat. Darüber hinaus können Klimaveränderungen zu höheren Konzentrationen schädlicher Luftschadstoffe führen, und das Vorhandensein einiger Luftschadstoffe in der Atmosphäre kann den Klimawandel ebenfalls beschleunigen. Die gesundheitlichen Auswirkungen werden durch komplexe Wechselwirkungen zwischen Klimawandel und Luftqualität beeinflusst. Es sind Forschungsarbeiten erforderlich, um die Folgen dieser Wechselwirkungen für die öffentliche Gesundheit zu ermitteln. Ein bislang wenig erforschter Aspekt ist, wie sich der zusätzliche Stressfaktor Luftverschmutzung auf physiologische Reaktionen auf erhöhte Temperaturen auswirkt.

Mehrere epidemiologische Studien haben einen starken Zusammenhang zwischen der Belastung durch Luftverschmutzung und schädlichen kardiopulmonalen Auswirkungen wie Atemwegsinfektionen, Verschlimmerung von Asthma, chronischer Bronchitis, ischämischer Herzkrankheit und Schlaganfall gezeigt [1-3]. Ozon ist ein Hauptbestandteil des photochemischen Smogs. Kontrollierte Expositionsstudien am Menschen haben entscheidend gezeigt, dass es zu einer Beeinträchtigung der Lungenfunktion [4-10] und einer Lungenentzündung führen kann.[11-13] Die Entzündung umfasst erhöhte Neutrophile und lösliche proinflammatorische Mediatoren in den unteren Atemwegen [14, 15].

Die Mehrzahl dieser Studien umfasste kontrollierte Expositionen gegenüber relativ hohen Konzentrationen (0,1–0,4 ppm) über kurze Zeiträume (typischerweise 2 Stunden). Diese kurzfristigen Expositionsstudien sind nützlich, weil sie a) die aussagekräftigsten und am besten quantifizierbaren Expositions-Reaktionsdaten liefern und b) sie die Untersuchung biologischer Veränderungen ermöglichen, die an sich vorübergehend und belanglos sind, aber extrapoliert werden können, um Gesundheitsergebnisse in anfälligen Bevölkerungsgruppen vorherzusagen oder bei Langzeitbelichtungen. Beispielsweise zeigten gesunde Personen, die 2 Stunden lang einer Ozonbelastung von 0,4 ppm ausgesetzt waren [16], einen Rückgang des FEV1 um 13,5 %, oft begleitet von nur leichten Symptomen wie tracheobronchiale Reizung und Husten. Drei Stunden nach der Exposition waren diese Symptome jedoch weitgehend verschwunden und es war nur eine FEV1-Abnahme von 2,7 % nachweisbar. Selbst bei höheren Ozonkonzentrationen ist die Erholungsphase normalerweise nach 24 Stunden abgeschlossen. Die größte Sorge für die öffentliche Gesundheit besteht bei Personen mit Atemwegserkrankungen. Wenn dieselben Veränderungen bei einer Person mit reduzierter Reserve auftreten würden, würden sich die ozonbedingten Veränderungen mit einer bereits bestehenden Lungenschädigung überlagern und könnten erhebliche Auswirkungen auf die Gesundheit haben.

Trotz fast 30 Jahren Forschung zu den Auswirkungen von Ozon gibt es nur sehr wenige Studien zur Wechselwirkung zwischen Ozon und Temperatur. Obwohl das Ozon bei trockenem und heißem Wetter normalerweise erhöht ist, werden die meisten kontrollierten Kammerstudien bei moderaten Temperaturen (70–75 °F) durchgeführt. Die Studien, die sich mit höheren Temperaturen befassten, wurden im Allgemeinen im Vorfeld der Olympischen Spiele 1984 in Los Angeles durchgeführt und konzentrierten sich auf die Beeinträchtigung der Trainingsleistung. Beispielsweise untersuchten Gibbons und Adams zehn aerob trainierte junge erwachsene Frauen, die eine Stunde lang ununterbrochen bei 66 % der maximalen O2-Aufnahme trainierten, während sie oral gefilterter Luft und 0,15 und 0,30 ppm Ozon sowohl bei gemäßigten (24 °C) als auch heißen (35 °C) ausgesetzt waren °C) Umgebungsbedingungen und zeigte, dass Probanden bei heißen Temperaturen eher dazu neigten, vorzeitig mit dem Training aufzuhören.[17] Gong untersuchte Elite-Radfahrer und zeigte ähnliche Ergebnisse.[18] Folinsbee et al. untersuchten die Auswirkungen einer zweistündigen Exposition gegenüber hoher Ozonkonzentration (0,5 ppm) bei 14 nichtrauchenden Männern unter vier Umweltbedingungen (64,4, 80,0, 85,2 und 92,0 oF) und fanden heraus, dass der stärkste Rückgang der FVC auftrat, wenn die Ozonexposition bei der höchsten Temperatur erfolgte.[19]

Die zitierten Studien konzentrierten sich auf respiratorische Folgen. Es wird jedoch immer deutlicher, dass Ozon systemische und kardiale Auswirkungen haben kann. Ozon reagiert schnell mit dem Atmungsgewebe und wird nicht absorbiert oder zu extrapulmonalen Stellen transportiert. Neuere Studien haben jedoch auch Zusammenhänge zwischen langfristiger Ozonexposition und kardiovaskulärer Morbidität gezeigt [20, 21]. Darüber hinaus kann eine kurzfristige Ozonexposition bei gesunden Erwachsenen zu geringfügigen vorübergehenden Veränderungen der hochfrequenten Herzfrequenzvariabilität (HRV) führen [22]. Experimentelle Studien haben gezeigt, dass Hitzestress einen ähnlich geringen Einfluss auf diese Komponente der HRV haben kann. [23] Die Wirkung der Kombination wurde bisher nicht untersucht. Epidemiologische Studien zur Beurteilung des Ozon-Temperatur-Herz-Zusammenhangs waren im Allgemeinen nicht aussagekräftig, da Tage mit hohem Ozongehalt normalerweise bei heißem Wetter auftreten. Herkömmliche Methoden sind nicht geeignet, zwischen den Auswirkungen von Ozon und der Temperatur zu unterscheiden, geschweige denn zwischen deren Wechselwirkung. Diejenigen, die den Zusammenhang untersucht haben, haben einen negativen Zusammenhang zwischen Temperatur und Ozonsterblichkeit aufgrund des verstärkten Einsatzes von Klimaanlagen festgestellt. [24] Eine sehr aktuelle Studie untersuchte jedoch unter Verwendung neuartiger Ansätze, ob Ozon die Zusammenhänge zwischen Temperatur und kardiovaskulärer Mortalität in 95 großen Gemeinden in den USA im Zeitraum 1987–2000 im Sommer veränderte. Sie fanden heraus, dass ein Temperaturanstieg um 10 °C am selben Tag mit einem Anstieg der Sterblichkeit um 1,17 % bzw. 8,31 % für die niedrigste bzw. höchste Ozonkonzentration in allen Gemeinden verbunden war.[25]

Der Zweck dieser Studie besteht darin, die erste kontrollierte Kammerstudie durchzuführen, um die kardiovaskulären Veränderungen zu verstehen, die sich aus der Wechselwirkung zwischen Wärme und Ozon ergeben. Die aus dieser Studie gewonnenen Informationen werden es der EPA ermöglichen, die Risiken von Luftschadstoffen während einer Hitzewelle besser einzuschätzen und Empfehlungen für Maßnahmen zur Abschwächung der Auswirkungen abzugeben.