Luchtvervuiling en fijnstof als bedreiging voor onze gezondheid

Robert van Esch

Robert van Esch MSc.
PsychoNeuroImmunoloog

Van alle milieufactoren veroorzaakt luchtvervuiling de meeste schade aan de gezondheid. De gezondheidsschade die het lichaam door de blootstelling aan luchtvervuiling oploopt, kan leiden tot afname van levenskwaliteit, ziekte en vroegtijdige sterfte. Primair worden de luchtwegen en het cardiovasculaire systeem aangetast.

De meest basale fysiologische behoeften voor het menselijk leven zijn zuurstof, water en glucose. Naast zuurstof bevinden zich diverse gassen en andere chemische verbindingen in de lucht in variërende concentraties. De belangrijkste schadelijke gassen in de lucht zijn stikstofdioxide (NO2), ozon (O3), zwaveldioxide (SO2) en koolmonoxide en koolstofdioxide (CO2).  Vluchtige organische chemicaliën (VOC) worden uitgestoten als gassen van bepaalde vaste stoffen of vloeistoffen.

VOC omvatten een verscheidenheid aan chemicaliën, waarvan sommige op korte en lange termijn nadelige gezondheidseffecten kunnen hebben. De concentraties van veel VOC zijn binnenshuis constant hoger dan buiten (tot tien keer hoger). VOC die zich in ons dagelijks leven bevinden, zijn: benzeen, ethyleenglycol, formaldehyde, methyleenchloride, tetrachloroethyleen, tolueen, xyleen en 1,3-butadieen. Op microscopisch niveau zijn aldus miljoenen deeltjes waarneembaar, die qua vorm, grootte en samenstelling van elkaar verschillen. Tezamen met zand en andere natuurlijke moleculen vormen zij fijnstof.

Dominante bronnen van fijnstof zijn verkeer, industrie, veehouderijen, houtkachels, barbecue, energiecentrales en de natuur. Als men kijkt naar de grootte van de deeltjes, kan worden onderscheiden:

  • fijnstof (PM10): alle deeltjes kleiner dan 10 micrometer;
  • de grove fractie van fijnstof: deeltjesgrootte tussen 2,5 micrometer en 10 micrometer;
  • de fijne fractie van fijnstof (PM2.5): deeltjesgrootte tussen 2,5 en 0,1 micrometer;
  • ultrafijnstof (PM0.1): deeltjesgrootte onder de 0,1 micrometer (ongeveer 500 keer kleiner dan de doorsnede van een haar).
Emissie broeikasgassen
Emissie broeikasgassen (RIVM 2021)

Aerosolen

De lucht om ons heen vormt tevens een transportmedium voor aerosolen en moleculen afkomstig van micro-organismen. Hierbij valt te denken aan geconcentreerde hoeveelheden van pollen, schimmelsporen, huisstofmijt, bacteriën en virussen. Normaliter fungeren deze allergenen als trainingsmateriaal voor het primaire immuunsysteem. Echter, chronische blootstelling kan de afweercompetentie aantasten en zelfs verminderen.

De vatbaarheid voor luchtwegvirussen neemt aantoonbaar toe in gebieden waar hoge concentraties fijnstof worden gemeten. In de Verenigde Staten is berekend dat in dergelijke gebieden relatief veel mensen stierven met COVID-19, waardoor fijnstof verantwoordelijk was voor tenminste 15 procent van alle coronadoden. In Oost-Azië, met name China, lag dat percentage zelfs boven de 25 procent.

Schadelijke gassen en fijnstof kunnen de ogen en bovenste luchtwegen irriteren en zorgen voor hoesten, lokale ontsteking, slijmvorming, benauwdheid en afname van de longfunctie. Fijnstof vergroot met name de ontwikkeling van en mortaliteit door longaandoeningen, zoals astma, chronische bronchitis, COPD en longkanker. Tevens wordt de kans vergroot op hart- en vaatziekten, waaronder cardiale ischemische, hartinfarct, beroerte, hartritmestoornissen, hartfalen, veneuze trombose en hypertensie.

Langdurige blootstelling aan fijnstof wordt voorts geassocieerd met een significant kortere levensverwachting. Volgens de Wereldgezondheidsorganisatie overlijden wereldwijd jaarlijks tussen de vier en zeven miljoen mensen vroegtijdig door blootstelling aan luchtvervuiling in binnen- en buitenruimten en staat fijnstof wereldwijd op nummer 13 van de belangrijkste doodsoorzaken.

Uit een rapport van het Europees Milieuagentschap blijkt dat de meeste mensen in Europese steden nog altijd worden blootgesteld aan schadelijke niveaus van luchtverontreiniging. Volgens schattingen in het rapport was in 2014 de luchtconcentratie fijnstof verantwoordelijk voor ongeveer 400.000 vroegtijdige sterfgevallen in 39 Europese landen. Uit een recente cohortstudie met meer dan 300 duizend volwassenen uit zes Europese landen is gebleken dat zelfs bij langdurige luchtvervuiling onder de normen en richtlijnen die worden gesteld door WHO, Europese en Amerikaanse autoriteiten een associatie waarneembaar is met verhoogde mortaliteit. Een toename van vijf μg/m3 fijnstof (PM2.5) blootstelling aan stikstofdioxide en koolstof in de buitenlucht blijkt geassocieerd met een sterftetoename van gemiddeld dertien procent.

Levensverwachting

In Nederland kunnen jaarlijks circa 3.000 sterfgevallen direct worden toegeschreven aan luchtverontreiniging. Daarnaast wordt de levensverwachting van iedereen min of meer beïnvloed door levenslange blootstelling aan luchtverontreiniging. Schattingen van het totale aantal vroegtijdige doden in Nederland lopen uiteen van 6.700 tot 12.900. Bijna zeventig procent van het aantal verloren levensjaren door luchtverontreiniging wordt – met de huidige stand van de wetenschap – toegeschreven aan fijn stof. De fijnstofblootstelling van 2013 komt in Nederland overeen met een verlies van circa 95.000 levensjaren, ten opzichte van een situatie zonder luchtverontreiniging, ofwel gemiddeld 9 maanden verlies aan levensverwachting per persoon. Recent onderzoek van het RIVM naar de zelfstandige invloed van stikstofdioxide op de gezondheid suggereert dat door blootstelling de geschatte levensduurverwachting met circa 4 maanden extra afneemt naast de effecten van fijn stof.

Desondanks is sinds het begin van de jaren negentig de fijnstofconcentratie in Nederland bijna gehalveerd en zijn naar schatting ook de nadelige effecten op gezondheid met vijftig procent afgenomen. Tussen 2009 en 2013 was de gemeten gemiddelde blootstelling aan PM2,5 in steden met ruim twintig procent verminderd en wordt inmiddels voldaan aan de EU-grenswaarde van 20 µg/m3 voor de jaargemiddelde blootstellingsconcentratie op stedelijke achtergrondlocaties. De blootstelling aan PM2,5 liep in 2013 uiteen van minder dan 10 µg/m3 in Noord-Nederland tot plaatselijk 19 µg/m3 op de grens van Brabant en Limburg. In 2013 werden desondanks circa twaalf miljoen mensen in Nederland blootgesteld aan concentraties boven 10 µg/m3.

Emissie luchtverontreinigende stoffen t/m 2019, RIVM 2021
Emissie luchtverontreinigende stoffen t/m 2019, RIVM 2021

"Volgens de WHO overlijden wereldwijd jaarlijks tussen de vier en zeven miljoen mensen vroegtijdig door blootstelling aan luchtvervuiling"

Kinderen gevoeliger voor fijnstof

Met name bij jonge kinderen, die gevoeliger zijn voor fijnstof dan volwassenen, kan blootstelling aan fijnstof leiden tot een minder goede ontwikkeling van de longen, een verminderde longfunctie en astma. Uit een recente Deense studie onder 3.192.785 kinderen, die geboren waren tussen 1997 en 2014 en tot hun vijftiende jaar werden gevolgd, bleek bij deze kinderen met name nitraat en fijnstof met een diameter kleiner dan 2,5 micrometer (PM2,5) een positieve associatie te hebben met astma. Luchtvervuiling kan bovendien interveniëren met de ontwikkeling van hersenen en cognitieve functies.

Zo blijkt uit recente studies dat vervuilde lucht kan bijdragen aan een verstoorde hersenontwikkeling bij ongeboren en jonge kinderen. Uit een Rotterdams bevolkingsonderzoek waarbij zwangere vrouwen en hun kinderen werden gevolgd bleek een verband aantoonbaar tussen concentratie fijnstof en hersenontwikkeling. Bij de vrouwen werd gedurende hun zwangerschap de gemiddelde hoeveelheid fijnstof in huis berekend. Daarnaast werd bij 783 kinderen de hersenen gescand in het foetale stadium, op zes- en op tienjarige leeftijd. Uit de hersenscans bleek dat naarmate de foetus meer aan fijnstof werd blootgesteld, een dunnere cerebrale cortex waarneembaar was. Deze kinderen ontwikkelden op latere leeftijd opvallende gedragsproblemen.

Opvallend was dat bij de zwangere vrouwen het fijnstofniveau niet significant hoger was dan de Europese normen. Men vond alleen licht verhoogde blootstellingniveaus van NO2. Uit studies bij volwassenen blijkt een verband aantoonbaar tussen cognitive impairment, dementie en klinisch vastgestelde ziekte van Alzheimer. Middels PET-scanonderzoek onder 18178 oudere volwassenen met mild cognitive impairment of dementie stelden Amerikaanse wetenschappers recent vast dat een hogere PM2,5-concentratie van fijnstof geassocieerd kan worden met de aanwezigheid van amyloïde-β-plaques in de hersenen.

Milieudefensie, 2020
Milieudefensie, 2020

Bezwarende factoren, zoals wonen in een stedelijke omgeving, wonen naast een autoweg of verblijven in een slecht geventileerde woonomgeving kunnen de behoefte aan luchtreiniging verhogen. Daar buitenluchtverontreiniging de neiging heeft zich binnen op te hopen, hebben we vaak te maken met een verstoorde luchtkwaliteit in de woonruimten. Gezien de wereldwijde problematiek aangaande luchtvervuiling en de gebrekkige wet- en regelgeving gericht op het minimaliseren van de uitstoot van vervuilende bronnen kan persoonsgerichte bescherming zinvol zijn.

"De verbetering van luchtkwaliteit door luchtreinigingssystemen wordt gestandaardiseerd middels Clean Air Delivery Rate (CADR)"

Op de particuliere markt zijn, net als bij water, filtersystemen verkrijgbaar die in huiselijke omgeving de levenskwaliteit kunnen verbeteren. De verbetering van luchtkwaliteit door luchtreinigingssystemen wordt gestandaardiseerd middels Clean Air Delivery Rate (CADR). CADR bepaalt de effectiveit van reiniging bij rookdeeltjes van 0,9 tot 1 micrometer, stofdeeltjes van 0,5 tot 3 micrometer en allergenen van 5 tot 11 micrometer. Luchtreinigingsystemen maken gebruik van diverse typen filters, waaronder die voor High Efficiency Particulate Air (HEPA), met kwalitatieve gradaties van filtercapacitiet. Deze filters zijn ontworpen om deeltjes tot 0,3 micrometer weg te vangen en worden veelal gebruikt in medische, farmaceutische en biotechnologische laboratoria. Ook bestaan filters die specifiek gericht zijn op het verwijderen van ozon en vluchtige stoffen, zoals formaldehyde, bacteriën en virussen.

Conclusie

Luchtvervuiling is mondiaal een risicofactor voor bedreiging van de gezondheid. Fijne en ultrafijne stofdeeltjes kunnen, met name bij ongeborenen, kinderen en mensen met onderliggend lijden aantoonbaar een bijdrage leveren aan verslechtering van de algehele gezondheid en die van hersenen, luchtwegen en cardiovasculaire systeem in het bijzonder.

Hoewel luchtvervuiling en fijnstof vaak van exogene oorsprong zijn, kan de aanwezigheid van fijnstof in de eigen woonomgeving een voortdurende en onvoldoende onderkende bedreiging vormen. Het toepassen van preventieve maatregelen tegen luchtvervuiling, zoals het gebruik van luchtreinigingssystemen, kan zinvol zijn indien sprake is van kwetsbare populaties en van een woonomgeving in gebieden met hoge luchtvervuilingsconcentraties.

Referenties

Schraufnagel DE et al. Air Pollution and Noncommunicable Diseases, part 1 & 2. CHEST 155(2): 409-426, 2019

Brook RD et al. Particulate matter air pollution and cardiovasculair disease. Circulation 121(21): 2331-2378, 2010

Hoek G et al. Association between mortality and indicators of traffic-related air pollution in te Netherlands. Lancet 360(9341): 1203-1209, 2002

Pope C et al. Fine-particulate air pollution and life expectancy in the United States. N Engl J Med 360(4): 376-386, 2009

Strak M et al. Long term exposure to low level air pollution and mortality in eight European cohorts within the ELAPSE project: pooled analysis. BMJ 374, 2021

Guxens M et al. Air pollution exposure during fetal life, brain morphology and cognitive function in school-age children. Biol Psychiatry 84(4): 295-303, 2018

Holst GJ et al. Air pollution and family related determinants of asthma onset and persitent wheezing in children. BMJ 370, 2020

Jaccarino L et al. Association between ambient air pollution and amyloid positron emission tompgraphy positivity in older adults with cognitive impairment. JAMA Neurol. 78(2): 197-207, 2021

Boven van FE et al. Effectiveness of the Air Purification Strategies for the Treatment of Allergic Asthma: A Meta-Analysis. Int Arch Allergy Immunol. 181(5): 395–402, 2020

Schraufnagel DE. The health effects of ultrafine particles. Experimental & Molecular Medicine 52: 311–317, 2020

European Environment Agency, Air quality in Europe — 2020 report. Publications Office of the European Union, 2020

Knol A. Luchtvervuiling en de gevolgen voor onze gezondheid. Milieudefensie (www.milieudefensie.nl/publicaties), 2020

Fischer P et al. Air pollution and Mortality in 7 Million Adults – The Dutch Environmental Longitudinal Study (DUELS), Environmental Health Perspectives, 2015 

Maas R et al.  Luchtkwaliteit en gezondheidswinst. RIVM 2015

Xiao Wu MS, Nethery RC, M. Sabath B, Braun D, Dominici F.  Air pollution and COVID-19 mortality in the United States: Strengths and limitations of an ecological regression analysis. Science Adv. 6, 2020