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Publikationstyp
Forschungsbericht
Monographie
Monographie
Erscheinungsjahr
2015
Effekte von Partikeln aus Innenraum-Aktivitäten (EPIA)
Effekte von Partikeln aus Innenraum-Aktivitäten (EPIA)
Untersuchungen zur Freisetzung feiner und ultrafeiner Partikel aus Quellen im Innenraum: chemisch-physikalische Charakterisierung der Partikel und Studien zur gesundheitlichen Wirkung
Autor:innen
Quelle
Schlagwörter
Anzahlkonzentration
Forschungskennzahl (FKZ)
371162205
Verbundene Publikation
Zitation
Institut für Energie- und Umwelttechnik (Duisburg) (Hrsg.), 2015. Effekte von Partikeln aus Innenraum-Aktivitäten (EPIA), 2015. [online]. Verfügbar unter: https://openumwelt.de/handle/123456789/8163
Zusammenfassung deutsch
Im Vergleich zur intensiven öffentlichen Diskussion bezüglich anthropogener Feinstaubemissionen in der Außenluft (z.B. Diskussion um Straßenverkehrsemissionen und Umweltzonen) werden Par-tikelemissionen in Innenräumen derzeit noch wenig wahrgenommen. Die Folge ist trotz offensichtlicher alltäglicher partikulärer Innenraumemissionen und -belastung ein geringer Kenntnisstand über das Emissionsverhalten und die gesundheitliche Relevanz. Entsprechend war das Ziel dieser Studie, potentiell wichtige Innenraumquellen für Fein- und Ultrafeinstäube bezüglich ihrer Emissionen zu charakterisieren und mögliche akute gesundheitliche Wirkungen zu untersuchen. Als potentiell wichtige Quellen für Innenraumpartikel wurden das Braten (von Würstchen ohne Fettzugabe), das Abbrennen von Kerzen sowie das Toasten (von Toastbrot) identifiziert und in der Folge charakterisiert. Hierbei wurden neben den chemischen Eigenschaften der Partikel auch verschiedene Massenfraktionen sowie weitere für Feinstaub als "relevant" geltende Metriken wie die Partikelanzahlkonzentration oder lungendeponierbare Oberfläche der Partikel betrachtet. Es zeigte sich im Vergleich zu anderen Innenraumquellen aus z.B. Gasbrenner oder Staubsauger u.a. eine erhöhte Partikelanzahlkonzentration submikroner Partikel für die Quellen Braten, Toasten und Kerzenabbrand. In Kombination mit der Partikelcharakterisierung und -sammlung wurden in-vitro-Experimente an Lungen-epithelzellen durchgeführt, die insbesondere oxidativem Stress als potentiellen Wirkungsmechanismus untersuchten. Es konnte gezeigt werden, dass die Innenluftpartikel in Abhängigkeit von der Quelle ein toxisches Potential auf Lungenepithelzellen haben. Die Quelle Toasten generierte dabei die reaktivsten Partikel bezüglich der Freisetzung von Zytokinen und DNA-Schäden. Der zugrunde liegende molekulare Mechanismus konnte im Rahmen dieser Studie nicht aufgeklärt werden. Kerzenabbrand-Partikel zeigten lediglich DNA-Schädigung allerdings keine Zytokinfreisetzung. Insgesamt konnte die Studie auch zeigen, dass die getesteten Innenluftpartikel ein eher geringes toxisches Potential aufwiesen. Im Rahmen einer kontrollierten Expositionsstudie wurden akute Effekte der drei Expositionsquellen auf das Herz-Kreislaufsystem, die Lunge und auf lokale sowie systemische Entzündungsreaktionen und oxidativen Stress beim Menschen untersucht. Hierzu wurden insgesamt 56 Probanden kurzzeitig (2 h) einer erhöhten Partikelkonzentration durch Toasten, Braten, Kerzenabbrand auf zwei unterschiedlichen Expositionsniveaus oder einer Kontrollbelastung mit Raumluft in randomisierter Reihenfolge aussetzt. Medizinische Untersuchungen wurden während, direkt nach der Belastung und nach 24 h durchgeführt. Es zeigten sich Zusammenhänge mit akuten kardiovaskulären, respiratorischen und lokalen sowie systemischen inflammatorischen Effekten. Für Kerzenabbrand-Partikel wurde bei erhöhter Partikelmassenkonzentration eine leicht verschlechterte Lungenfunktion, ein Anstieg des Entzündungsmarkers IL-8 im Blut, eine Blutdruckerhöhung und ein An-stieg der Herzfrequenzvariabilität festgestellt. Bei der Belastung durch Toast-Partikel waren erhöhte Massenkonzentrationen von PM2.5 und PM10 mit einer kurzzeitigen (bis 2 h) erhöhten arteriellen Steifigkeit und einer erhöhten Vagusaktivität nach 24 h verbunden. Erhöhte PM1- und Oberflächenkonzentrationen waren assoziiert mit einer erhöhten antioxidativen Kapazität und mit einer lokalen entzündlichen Reaktion. Die Belastung mit Partikeln aus Bratvorgängen war mit einer erniedrigten Lungenfunktion und einer Erhöhung des Entzündungsmarkers IL-8 in der Nasallavageflüssigkeit assoziiert. Zudem kam es zu einem leichten Blutdruckabfall nach der Exposition. Die beobachteten biologischen Effekte waren in aller Regel schwach und transient. Eine Aussage zu gesundheitlichen Auswirkungen einer sich häufig wiederholenden oder langandauernden Exposition gegenüber den untersuchten Stäuben kann auf Basis dieser Studie nicht gemacht werden. Zusammenfassend zeigt diese Studie, dass feine und ultrafeine Partikel aus Innenraumquellen sich in ihren chemisch-physikalischen Eigenschaften, sowie hinsichtlich ihres Emissionsmusters zum Teil deutlich unterscheiden. Hierdurch ergeben sich auch unterschiedliche Auswirkungen auf Entzündungen und DNA-Schäden in vitro. Bei gesunden Teilnehmern kann eine kurzfristige Exposition gegenüber diesen feinen und ultrafeinen Partikeln aus Innenraumquellen zu Änderungen im Herz-Kreislauf-und Lungensystem führen, sowie Entzündungsprozesse auslösen.
Quelle:Forschungsbericht
Quelle:Forschungsbericht
Zusammenfassung englisch
While anthropogenic emissions of ambient outdoor particulate matter (PM) are under intensive dis-cussion (e.g. traffic emissions and environmental zoning) particulate indoor emissions are by far less investigated. In consequence, despite the obvious everyday PM indoor emissions and exposures, a lack of knowledge about the emission behaviour and their relevance to health exists. Accordingly, the aim of this study was to characterize potentially relevant indoor sources of fine and ultrafine particles with respect to their emission levels, composition and their potential acute health effects. Fry-ing sausages burning of candles and toasting bread were selected as relevant PM indoor sources and subsequently characterised. This includes the determination of the chemical properties of the particles, various mass fractions and further, possibly more health "relevant" characterisation metrics for ultrafine particles like particle number concentration or lung deposited surface area. Other indoor sources such as butane burner, vacuuming cleaner or electrical heat convention radiator by comparison, had substantially less particle emission indicated by lower particle number concentration than the sources investigated in detail. Collected material from indoor sources was used to conduct in vitro experiments on lung epithelial cells. We investigated whether the particles that were generated from three elected different indoor sources showed relevant toxic effects focusing on the induction of oxidative stress as a key mechanism. It was demonstrated that the emitted indoor PM depending on the source differ in their toxic potency towards lung epithelial cells. Overall the particles from toasting led to a significant release of the inflammatory cytokine interleukin-8 (IL-8) and induction of DNA strand breaks. The underlying molecular mechanism of these effects could not be elucidated in this study. The PM from candle burning showed DNA damage depending on the type of candle, but no cytokine release. Ambient PM has been linked to acute health effects in many studies (e.g. increase in blood pressure, pulmonary and systemic inflammation). In a cross-over sham-controlled chamber exposure study, we investigated acute effects on the cardiovascular and respiratory system, on local and systemic inflam-matory responses, and oxidative stress for the three indoor sources. Healthy participants were ex-posed for 2 h to increased concentrations of PM from frying, toasting, candle burning at two different exposure levels. Clinical examinations were carried out before, during and after the controlled expo-sure at defined time intervals. In mixed linear regression analyses controlling for individual level risk factors, season, temperature, outdoor air pollution, duration and mode of transportation, we found associations between exposure and several acute cardiovascular, respiratory and local and systemic inflammatory changes. In particular, PM mass concentration from burning candles was associated with a slight impairment of lung function, increased inflammatory marker (IL-8) in the blood, an in-crease in blood pressure and an increase of heart rate variability. Increased exposures o PM2.5 and PM10 mass concentrations of toast particles were associated with a short-term (up to 2 h) increase of arterial stiffness and increased vagal activity after 24 h. Increased PM1 concentrations and particle surface area concentrations from toasting were associated with increased antioxidant capacity and local inflammation. Exposure to particles from frying showed an association with reduced lung function and an increase of the inflammatory marker IL-8 in the nasal lavage fluid. In addition, a slight decrease in blood pressure was observed after the exposure. All detected biological effects were mild and transient. This study however does not allow an evaluation of health effects after frequently repeated, prolonged or chronic exposure to the here tested indoor particles. In general, this study demonstrates that fine and ultrafine particles from indoor sources differ con-siderably regarding chemical and physical characteristics as well their emissions pattern. Consequently, these particles are also able to exert differential effects on inflammation and DNA damage in vitro. In healthy participants, a single short-term exposure to these fine and ultrafine particles from indoor sources may lead to changes in the cardiovascular and lung system as well as possibly induce inflammation.
Quelle:Forschungsbericht
Quelle:Forschungsbericht