Nicht allein die Masse macht’s

Der Ruß aus dem Auspuff von Dieselfahrzeugen, Flugasche oder feiner Mineralstaub - sie alle enthalten feine und ultrafeine Teilchen, Partikel, welche die Gesundheit beeinflussen können, wenn sie eingeatmet werden. Betroffen ist natürlich erst einmal das Organ, mit dem der Staub in Berührung kommt: die Lunge. Aber nicht bei jedem Menschen treten die Effekte gleich stark auf.

Die werden meistens von gesunden Personen überhaupt nicht bemerkt. Wenn Menschen allerdings schon eine Lungenerkrankung haben wie Asthma oder Bronchitis, dann können sich durch Inhalation von ultrafeinen Partikeln diese Symptome dieser Krankheiten verstärken.

Silvia Diabaté vom Forschungszentrum Karlsruhe. Aus der Lunge können die kleinsten Partikel in die Blutbahn geraten und auch im Herz-Kreislauf-System Schaden anrichten.

Und auch hier sind besonders Menschen betroffen, die bereits erkrankt sind an Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Hier können zum Beispiel Thrombosen auftreten, die im schlimmsten Fall zu einem Infarkt führen können.

Die Wissenschaftlerin versucht herauszufinden, welche Eigenschaften ein Teilchen besonders gefährlich machen. Zum Beispiel untersucht sie Flugasche aus einer Müllverbrennungsanlage. Mit ungefähr 200 Nanometer Durchmesser liegen die Partikel gerade an der Grenze zu den ultrafeinen Teilchen. Die Asche bringt sie in Kontakt mit isolierten Zellen aus dem Lungegewebe von Tieren und Menschen. Dabei hat sich herausgestellt: Die Masse macht es nicht alleine, dass ein Teilchen die Zellen angreift.

Ja, die Masse ist nicht immer die geeignete Einheit, weil eben gerade die gefährlichen ultrafeinen Partikel nur eine sehr, sehr geringe Masse haben. Dafür haben sie aber eine große Oberfläche. Also müsste man eigentlich die Partikelanzahl messen oder die Partikeloberfläche als Maßeinheit für die Gefährlichkeit.

Die Oberfläche deshalb, weil dort die chemischen Reaktionen ablaufen, über die das Gewebe am Ende geschädigt wird. An der Oberfläche entstehen nämlich aggressive chemische Moleküle, die Radikalen, die viele wichtige Substanzen in der Zelle zerstören können. Ein Übermaß an ihnen setzt die Zelle unter Stress. Oxidativen Stress nennen das die Wissenschaftler. Wie die Zellen auf diese Belastung reagieren, dass wollen die Forscher aus Karlsruhe im Detail herausfinden. Silvia Diabaté:

Diese Effekte, die wir beobachten, gehören zu den Verteidigungsstrategie von Zellen. Also Zellen wehren sich gegen Schäden und induzieren Abwehrmechanismen.

Zum Beispiel, indem sie Antioxidantien bilden. Das sind Stoffe, welche die gefährlichen Radikale unschädlich machen können. Nimmt der Stress aber weiter zu, entstehen Entzündungen. Und irgendwann stirbt die Zelle ab. Wie stark sich der oxidative Stress bemerkbar macht, könnte also einen direkten Anhaltspunkt für die Gefährlichkeit von Feinstaub liefern - anstelle der Oberfläche oder der Masse. Ingeborg Kooter von der Niederländischen Organisation für Angewandte Naturwissenschaftliche Forschung, kurz TNO:

Die Masse der Teilchen ist ein erster Anhaltspunkt. Aber je nachdem, wo der Ultrafeinstaub gesammelt wird, kann er ganz unterschiedliche Eigenschaften haben. Zum Beispiel in den Niederlanden. Nahe an der Küste enthält der Staub eine ganze Menge Salz aus dem Meer. Und wir wissen: Meeressalz ist in dieser Konzentration nicht giftig. Aber es schlägt sich in der Gesamtmasse einer Probe nieder. Das bedeutet: In diesem Fall ist die Masse kein gesundheitlich relevanter Maßstab. Aber wenn wir messen könnten, welchen oxidativen Stress die fein verteilte Materie in einem Gewebe auslöst, das wäre sicher ein besserer Maßstab.

Außerdem kommt es natürlich auch darauf an, aus welchen Stoffen der Feinstaub besteht. Bestimmte wasserlösliche Metallsalze können nämlich als Katalysator den Stress der Zelle so richtig anheizen.

Wir wissen, dass diese Metalle bestimmte chemische Reaktionen beschleunigen können, zum Beispiel die so genannte Fenton-Reaktion. Dabei entstehen reaktive Radikale aus Sauerstoff und Wasserstoff. Gerade die sind es, die stark zum oxidativen Stress beitragen.