Das Problem der Luftverschmutzung ist seit Beginn der industriellen Revolution vor 300 Jahren stetig gewachsen. Vier Hauptfaktoren haben die Luftverschmutzung verschärft: wachsende Industrialisierung; zunehmender Verkehr; schnelle wirtschaftliche Entwicklung; und höheren Energieverbrauch. Die verfügbaren Informationen zeigen, dass die WHO-Richtlinien für die wichtigsten Luftschadstoffe in vielen großen Ballungszentren regelmäßig überschritten werden. Obwohl in den letzten zwei Jahrzehnten in vielen Industrieländern Fortschritte bei der Kontrolle der Luftverschmutzungsprobleme erzielt wurden, verschlechtert sich die Luftqualität – insbesondere in den größeren Städten der Entwicklungsländer. Von größter Bedeutung sind die nachteiligen gesundheitlichen Auswirkungen von Luftschadstoffen in vielen städtischen Gebieten, wo die Werte ausreichend hoch sind, um zu erhöhter Mortalität und Morbidität, Defiziten der Lungenfunktion und kardiovaskulären und neurologischen Auswirkungen beizutragen (Romieu, Weizenfeld und Finkelman 1990; WHO/UNEP 1992). Die Luftverschmutzung in Innenräumen durch heimische Verbrennungsprodukte ist auch ein wichtiges Thema in Entwicklungsländern (WHO 1992b), aber es ist nicht Teil dieser Übersicht, die nur die Quellen, die Ausbreitung und die gesundheitlichen Auswirkungen der Außenluftverschmutzung betrachtet und eine Fallstudie enthält der Situation in Mexiko.
Quelle von Luftschadstoffen
Zu den häufigsten Luftschadstoffen in städtischen Umgebungen gehören Schwefeldioxid (SO2), Schwebstaub (SPM), die Stickoxide (NO und NO2, kollektiv als NO bezeichnetX), Ozon (O.3), Kohlenmonoxid (CO) und Blei (Pb). Die Verbrennung fossiler Brennstoffe in stationären Quellen führt zur Produktion von SO2, Ich habe nichtX und Partikel, einschließlich Sulfat- und Nitrat-Aerosole, die sich nach der Umwandlung von Gas in Partikel in der Atmosphäre bilden. Benzinbetriebene Kraftfahrzeuge sind die Hauptquellen von NOX, CO und Pb, während Dieselmotoren erhebliche Mengen an Partikeln, SO emittieren2 und neinX. Ozon, ein photochemisches Oxidationsmittel und Hauptbestandteil von photochemischem Smog, wird nicht direkt von Verbrennungsquellen emittiert, sondern in der unteren Atmosphäre aus NO gebildetX und flüchtige organische Verbindungen (VOCs) in Gegenwart von Sonnenlicht (UNEP 1991b). Tabelle 1 zeigt die Hauptquellen von Außenluftschadstoffen.
Tabelle 1. Hauptquellen von Schadstoffen in der Außenluft
Schadstoffquellen
Schwefeloxide Kohle- und Ölverbrennung, Hütten
Schwebstaub Verbrennungsprodukte (Kraftstoff, Biomasse), Tabakrauch
Stickoxide Kraftstoff- und Gasverbrennung
Kohlenmonoxid Unvollständige Benzin- und Gasverbrennung
Ozon Photochemische Reaktion
Bleibenzinverbrennung, Kohleverbrennung, Herstellung von Batterien, Kabeln, Lötzinn, Farbe
Organische Substanzen Petrochemische Lösungsmittel, Verdampfung von unverbrannten Brennstoffen
Quelle: Adaptiert von UNEP 1991b.
Ausbreitung und Transport von Luftschadstoffen
Die beiden Haupteinflüsse auf die Ausbreitung und den Transport von Luftschadstoffemissionen sind die Meteorologie (einschließlich mikroklimatischer Effekte wie „Wärmeinseln“) und die Topographie in Bezug auf die Bevölkerungsverteilung. Viele Städte sind von Hügeln umgeben, die als Abwindbarriere wirken und die Verschmutzung einfangen können. Thermische Inversionen tragen zu einem Partikelproblem in gemäßigten und kalten Klimazonen bei. Unter normalen Ausbreitungsbedingungen steigen heiße Schadgase auf, wenn sie mit zunehmender Höhe auf kältere Luftmassen treffen. Allerdings kann es unter Umständen zu einem Temperaturanstieg mit der Höhe kommen und es bildet sich eine Inversionsschicht, die Schadstoffe in der Nähe der Emissionsquelle einfängt und deren Ausbreitung verzögert. Der weiträumige Transport von Luftverschmutzung aus großen städtischen Gebieten kann nationale und regionale Auswirkungen haben. Stickstoff- und Schwefeloxide können in großer Entfernung von der Emissionsquelle zur Säureablagerung beitragen. Die Ozonkonzentrationen sind in Windrichtung von städtischen Gebieten aufgrund der Zeitverzögerung bei photochemischen Prozessen oft erhöht (UNEP 1991b).
Gesundheitliche Auswirkungen von Luftschadstoffen
Schadstoffe und ihre Derivate können nachteilige Auswirkungen haben, indem sie mit Molekülen interagieren und diese beeinträchtigen, die für die biochemischen oder physiologischen Prozesse des menschlichen Körpers entscheidend sind. Drei Faktoren beeinflussen das Risiko einer toxischen Verletzung im Zusammenhang mit diesen Substanzen: ihre chemischen und physikalischen Eigenschaften, die Dosis des Materials, die die kritischen Gewebestellen erreicht, und die Reaktion dieser Stellen auf die Substanz. Auch die gesundheitlichen Beeinträchtigungen durch Luftschadstoffe können je nach Bevölkerungsgruppe variieren; insbesondere können junge und ältere Menschen besonders anfällig für schädliche Wirkungen sein. Bei Personen mit Asthma oder anderen vorbestehenden Atemwegs- oder Herzerkrankungen können bei Exposition verstärkte Symptome auftreten (WHO 1987).
Schwefeldioxid und Feinstaub
In der ersten Hälfte des XNUMX. Jahrhunderts führten Episoden ausgeprägter Luftstagnation zu einer übermäßigen Sterblichkeit in Gebieten, in denen die Verbrennung fossiler Brennstoffe sehr hohe SOXNUMX-Konzentrationen erzeugte2 und SMP. Studien zu langfristigen gesundheitlichen Auswirkungen haben auch die jährlichen mittleren Konzentrationen von SO in Beziehung gesetzt2 und SMP zu Mortalität und Morbidität. Jüngste epidemiologische Studien haben eine nachteilige Wirkung von inhalierbaren Partikelkonzentrationen (PM10) in relativ niedrigen Konzentrationen (die die Standardrichtlinien nicht überschreiten) und haben eine Dosis-Wirkungs-Beziehung zwischen der PM-Exposition gezeigt10 und respiratorische Mortalität und Morbidität (Dockery und Pope 1994; Pope, Bates und Razienne 1995; Bascom et al. 1996), wie in Tabelle 2 gezeigt.
Tabelle 2. Zusammenfassung der kurzfristigen Expositions-Reaktions-Beziehung von PM10 mit unterschiedlichen Indikatoren für gesundheitliche Auswirkungen
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Wirkung auf die Gesundheit |
% Änderungen für jeweils 10 μg/m3 |
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Bedeuten |
Abdeckung |
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Sterblichkeit |
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Gesamt |
1.0 |
0.5-1.5 |
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Herz-Kreislauf- |
1.4 |
0.8-1.8 |
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Atem |
3.4 |
1.5-3.7 |
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Morbidität |
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|
Krankenhauseinweisung wegen Atemwegserkrankungen |
1.1 |
0.8-3.4 |
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Notfallbesuche bei Atemwegserkrankungen |
1.0 |
0.5-4 |
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Symptomverschlimmerung bei Asthmatikern |
3.0 |
1.1-11.5 |
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Änderungen des exspiratorischen Spitzenflusses |
0.08 |
0.04-0.25 |
Stickoxide
Einige epidemiologische Studien haben über negative gesundheitliche Auswirkungen von NO berichtet2 einschließlich erhöhter Inzidenz und Schweregrad von Atemwegsinfektionen und Zunahme von Atemwegssymptomen, insbesondere bei Langzeitexposition. Eine Verschlechterung des klinischen Zustands von Personen mit Asthma, chronisch obstruktiver Lungenerkrankung und anderen chronischen Atemwegserkrankungen wurde ebenfalls beschrieben. In anderen Studien haben Forscher jedoch keine nachteiligen Wirkungen von NO beobachtet2 auf Atmungsfunktionen (WHO/ECOTOX 1992; Bascom et al. 1996).
Photochemische Oxidationsmittel und Ozon
Die gesundheitlichen Auswirkungen der Exposition gegenüber photochemischen Oxidationsmitteln können nicht nur auf Oxidationsmittel zurückgeführt werden, da photochemischer Smog typischerweise aus O besteht3, Ich habe nicht2, Säure und Sulfat und andere reaktive Mittel. Diese Schadstoffe können additive oder synergistische Wirkungen auf die menschliche Gesundheit haben, aber O3 scheint das biologisch aktivste zu sein. Zu den gesundheitlichen Auswirkungen einer Ozonexposition gehören eine verringerte Lungenfunktion (einschließlich erhöhter Atemwegswiderstand, verringerter Luftstrom, verringertes Lungenvolumen) aufgrund von Atemwegsverengung, Atemwegsbeschwerden (Husten, Keuchen, Kurzatmigkeit, Brustschmerzen), Augen-, Nasen- und Rachenreizungen, und Unterbrechung von Aktivitäten (z. B. sportliche Leistung) aufgrund geringerer Sauerstoffverfügbarkeit (WHO/ECOTOX 1992). Tabelle 3 fasst die wichtigsten akuten Gesundheitswirkungen von Ozon zusammen (WHO 1990a, 1995). Epidemiologische Studien haben eine Dosis-Wirkungs-Beziehung zwischen der Exposition gegenüber steigenden Ozonwerten und der Schwere der Atemwegssymptome und der Abnahme der Atemfunktionen nahegelegt (Bascom et al. 1996).
Tabelle 3. Gesundheitsergebnisse im Zusammenhang mit Änderungen der täglichen Spitzenkonzentration von Ozon in der Umgebung in epidemiologischen Studien
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Gesundheitliches Ergebnis |
Änderungen in |
Änderungen in |
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Symptomverschlimmerung bei gesunden Kindern |
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25% Zunahme |
200 |
100 |
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50% Zunahme |
400 |
200 |
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100% Zunahme |
800 |
300 |
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Krankenhauseinweisungen wegen Atemwegserkrankungen |
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5% |
30 |
25 |
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10% |
60 |
50 |
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20% |
120 |
100 |
a Aufgrund der hohen Korrelation zwischen 1-h- und 8-h-O3 Konzentrationen in Feldstudien, eine Verbesserung des Gesundheitsrisikos verbunden mit einer Verringerung von 1- oder 8-h O3 Ebenen sollten nahezu identisch sein.
Quelle: WHO 1995.
Kohlenmonoxid
Die Hauptwirkung von CO besteht darin, den Sauerstofftransport zu den Geweben durch die Bildung von Carboxyhämoglobin (COHb) zu verringern. Bei steigenden COHb-Spiegeln im Blut können die folgenden gesundheitlichen Auswirkungen beobachtet werden: kardiovaskuläre Auswirkungen bei Personen mit früherer Angina pectoris (3 bis 5 %); Beeinträchtigung von Wachsamkeitsaufgaben (>5%); Kopfschmerzen und Schwindel (≥10%); Fibrinolyse und Tod (WHO 1987).
Führen (Lead)
Die Bleiexposition wirkt sich hauptsächlich auf die Hämbiosynthese aus, kann aber auch auf das Nervensystem und andere Systeme wie das Herz-Kreislauf-System (Blutdruck) einwirken. Säuglinge und Kleinkinder unter fünf Jahren reagieren besonders empfindlich auf Bleiexposition aufgrund der Auswirkungen auf die neurologische Entwicklung bei Blutbleispiegeln nahe 10 μg/dl (CDC 1991).
Mehrere epidemiologische Studien haben die Auswirkungen der Luftverschmutzung, insbesondere der Ozonbelastung, auf die Gesundheit der Bevölkerung von Mexiko-Stadt untersucht. Ökologische Studien zeigen eine Zunahme der Sterblichkeit in Bezug auf die Feinstaubbelastung (Borja-Arburto et al. 1995) und eine Zunahme der Notfallbesuche wegen Asthma bei Kindern (Romieu et al. 1994). Bei gesunden Kindern durchgeführte Studien zu den schädlichen Wirkungen einer Ozonexposition haben eine Zunahme von Schulabsentismus aufgrund von Atemwegserkrankungen (Romieu et al. 1992) und eine Abnahme der Lungenfunktion sowohl nach akuter als auch nach subakuter Exposition gezeigt (Castillejos et al. 1992, 1995). Studien, die an asthmatischen Kindern durchgeführt wurden, haben eine Zunahme der Atemwegssymptome und eine Abnahme der maximalen Ausatmungsflussrate nach Exposition gegenüber Ozon (Romieu et al. 1994) und Feinstaubkonzentrationen (Romieu et al. im Druck) gezeigt. Obwohl klar zu sein scheint, dass eine akute Exposition gegenüber Ozon und Partikeln mit gesundheitsschädlichen Auswirkungen auf die Bevölkerung von Mexiko-Stadt verbunden ist, besteht die Notwendigkeit, die chronischen Auswirkungen einer solchen Exposition zu bewerten, insbesondere angesichts der beobachteten hohen Konzentrationen von Photooxidantien Mexiko-Stadt und die Unwirksamkeit von Kontrollmaßnahmen.
Fallstudie: Luftverschmutzung in Mexiko-Stadt
Die Metropolregion Mexiko-Stadt (MAMC) liegt im mexikanischen Becken auf einer mittleren Höhe von 2,240 Metern. Das Becken umfasst 2,500 Quadratkilometer und ist von Bergen umgeben, von denen zwei über 5,000 Meter hoch sind. Die Gesamtbevölkerung wurde 17 auf 1990 Millionen geschätzt. Aufgrund der besonderen geografischen Merkmale und der leichten Winde ist die Belüftung schlecht mit einer hohen Häufigkeit thermischer Inversionen, insbesondere im Winter. Mehr als 30,000 Industrien im MAMC und die drei Millionen Kraftfahrzeuge, die täglich im Umlauf sind, sind für 44 % des gesamten Energieverbrauchs verantwortlich. Seit 1986 wird die Luftverschmutzung einschließlich SOXNUMX überwacht2, Ich habe nichtx, CO, O3, Feinstaub und Nicht-Methan-Kohlenwasserstoff (HCNM). Die Hauptprobleme mit Luftschadstoffen hängen mit Ozon zusammen, insbesondere im südwestlichen Teil der Stadt (Romieu et al. 1991). 1992 wurde die mexikanische Ozonnorm (110 ppb einstündiges Maximum) im südwestlichen Teil um mehr als 1,000 Stunden überschritten und erreichte ein Maximum von 400 ppb. Im nordöstlichen Teil der Stadt, in der Nähe des Industrieparks, sind die Feinstaubwerte hoch. 1992 wurde der Jahresdurchschnitt der einatembaren Partikel (PM10) betrug 140 μg/m3. Seit 1990 wurden von der Regierung wichtige Kontrollmaßnahmen ergriffen, um die Luftverschmutzung zu verringern, einschließlich eines Programms, das die Nutzung von Autos an einem Tag in der Woche in Abhängigkeit von ihrem endgültigen Kennzeichen verbietet, die Schließung einer der umweltschädlichsten Raffinerien in Mexiko-Stadt , und die Einführung von bleifreiem Kraftstoff. Diese Maßnahmen haben zu einem Rückgang verschiedener Luftschadstoffe, hauptsächlich SO, geführt2, Feinstaub, NO2, CO und Blei. Der Ozongehalt bleibt jedoch ein großes Problem (siehe Abbildung 1, Abbildung 2 und Abbildung 3)..
Abbildung 1. Ozonwerte in zwei Zonen von Mexiko-Stadt. Maximal eine Stunde täglich pro Monat, 1994
Abbildung 2. Feinstaub (PM10) in zwei Zonen von Mexiko-Stadt, 1988-1993
Abbildung 3. Bleiwerte in der Luft in zwei Zonen von Mexiko-Stadt, 1988-1994
