Verhalten ultrafeiner Partikel in der Lunge (2.1)

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: 2001.I.02
• Projekttitel Englisch: Deposition and Behavior of Ultrafine Particles in the Lung

Schlüsselwörter (Deutsch)

Toxikologie
Ratten
Wirkungsmechanismus
Partikeldeposition
Lunge
Surfactant
Ultrafeine Partikel

Schlüsselwörter (Englisch)

Toxicology
Rats
Biological Plausibility and Mechanisms
Deposition
Lung
Surfactant
Ultrafine Particles

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Die Belastung der Atemluft mit feinen, lungengängigen Stäuben (PM10, PM2.5) ist ein bedeutender Risikofaktor für das Auftreten und den Verlauf von Atemwegssymptomen und Atemwegserkrankungen in der Schweiz. Die feinen Stäube können neben respiratorischen Erkrankungen auch den Verlauf von kardiovaskulären und kardiopulmonären Erkrankungen be-einflussen und zu vorzeitigen Todesfällen in der betroffenen Bevölkerung führen. Sie sind damit ein wichtiger Einflussfaktor auf die öffentliche Gesundheit in der Schweiz. Der Bundesrat hat der Bedeutung des Problems Rechnung getragen und 1998 Immissionsgrenzwerte für feinen lungengängigen Staub (PM10) in der Luftreinhalte-Verordnung festgelegt.

Die Grössenverteilung und die chemische Zusammensetzung der feinen Stäube sind komplex und vielfältig. Welche Kompo-nenten die in epidemiologischen Studien beobachteten Wirkungen auslösen und verstärken, ist noch nicht im Detail bekannt und im Moment Gegenstand von intensiven Forschungen in Europa und den USA.

Aus verschiedenen toxikologischen Studien mit Ratten und wenigen epidemiologischen Studien gibt es Hinweise, dass auch die ultrafeinen Partikel, das heisst Partikel mit einem aerodynamischen Durchmesser von weniger als 100 Nanometern, die Lunge akut schädigen und einen Einfluss auf den Verlauf von respiratorischen und kardiovaskulären Erkrankungen haben können. Studien aus Deutschland z.B. haben gezeigt, dass 3 bis 5 Tage nach einer erhöhten Belastung der Atemluft mit ultrafeinen Partikeln auch die kardiovaskuläre Mor-talität ansteigt.

Die ultrafeinen Partikel entstehen vor allem bei der Verbrennung von Treib- und Brennstoffen (Dieselöl, Heizöl) sowie bei der Verbrennung von Holz. Es ist wichtig, die gesundheitliche Relevanz der ultrafeinen Partikel zu kennen, um bei den Reduktionsmassnahmen die richtigen Prioritäten zu setzen.

Projektziele (Deutsch)

Ziel des Auftrags ist es, die Deposition und den Mechanismus der Partikelaufnahme der ultrafeinen Partikel in der Lunge mit veschiedenen Modellen zu studieren. Wichtige Fragen in diesem Zusammenhang sind: In welchen Teil der Lunge gelangt welcher Anteil der inhalierten ultrafeinen Partikel? Welcher Anteil wird auf die Oberfläche deponiert? Wie interagieren ultrafeine Partikel mit dem Surfactant und was für Folgen hat das? Wie interagieren ultrafeine Partikel mit Zellen und was für Folgen sind davon zu erwarten?

Aus den ersten Versuchen mit ultrafeinen Partikeln sowie aus der Literatur ergibt sich folgende Hypothese:
Ultrafeine Partikel werden durch unspezifische physikalische Mechanismen von Epithelzellen, sowie von Makrophagen und dendritischen Zellen aufgenommen. Sie vermögen in Zellen einzudringen und diese an anderer Stelle wieder zu verlassen, wodurch sie, besonders im Falle der Epithelzellen, Zugang zum interstitiellen Raum erlangen können.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Ultrafeine Partikel finden sich in den Atemwegen auf der Luftseite, in den Alveoten, intrazellulär in verschiedenen Lungen-
zellen, frei im Interstitium sowie frei in den Blutkapillaren. Intrazellulär vorliegende Partikel waren nicht von einer Membran umgeben, was auf einen anderen Aufnahmemechanismus als Phagozytose/Endozytose schliessen lässt.