Luftverschmutzung und kognitive Leistungsfähigkeit bei Kindern
Die Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung (ADHS) ist eine neurologische Entwicklungsstörung, die sich in mangelnder Konzentrationsfähigkeit und hyperaktivem Verhalten äußert und zu schulischen, familiären sowie sozialen Funktionsbeeinträchtigungen führt. ADHS gilt zwar als familiäre Erkrankung, doch es zeigt sich zunehmend, dass bestimmte Umweltfaktoren erheblichen Einfluss auf die Pathophysiologie von ADHS nehmen. Das EU-finanzierte Projekt APGAR verfolgte das Ziel, die Auswirkungen der städtischen Luftverschmutzung auf die Gehirnfunktion und kognitive Leistungsfähigkeit bei Kindern zu untersuchen. Im Schwerpunkt dieser Forschungsarbeit standen polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), die vorwiegend durch anthropogene Verbrennungsquellen (z. B. Zigarettenrauch, auf Holzkohle gegrillte Nahrung und Emissionen aus der Verbrennung von fossilen und Biomasse-Brennstoffen) in die Luft freigesetzt werden. PAK sind enorm gefährlich, da sie die Blut-Hirn-Schranke überwinden und pathophysiologische Veränderungen, wie den Verlust der neuronalen Aktivität sowie Zelltod, verursachen können. Die APGAR-Projektpartner führten bei Kindern im Schulalter aus der allgemeinen Bevölkerung in verschiedenen Schulen in Barcelona (Spanien) eine Längsschnittstudie durch. Zu Beginn des Schuljahres und erneut neun Monate später wurden wöchentliche Messungen der psychometrischen Werte und Luftverschmutzung im Innen- und Außenraum durchgeführt. „Bisherige Studien behandelten ausschließlich die Auswirkungen auf Prüfungsergebnisse. Unsere Studie verfolgte einen neuen Ansatz, bei dem neuronale Bildgebung mit Umweltepidemiologie gekoppelt wurde“, erläutert Projektkoordinatorin Dr. Marion Mortamais. Erhöhte Luftschadstoff-Konzentrationen verändern die Hirnstruktur Anhand von statistischer Methodik und Regressionsmodellen untersuchten die Forscher zunächst die Zusammenhänge zwischen den Luftschadstoff-Konzentrationen der Schulen und den Hirnstrukturen der Kinder, die durch dreidimensionale funktionelle Magnetresonanztomographie (MRT) dargestellt wurden. Anschließend bewerteten sie die Auswirkungen der durch Luftverschmutzung hervorgerufenen Hirnveränderungen auf die Kognition und das Verhalten. Zuletzt untersuchten sie noch den Zusammenhang zwischen der Luftschadstoff-Konzentration und der kognitiven Leistungsfähigkeit bei Kindern. Interessanterweise zeigten die APGAR-Ergebnisse, dass eine geringfügige Erhöhung bestimmter PAK-Gehalte in der Schulumgebung mit einer Verminderung des Nucleus caudatus (NC) einherging, die rund 2 % des durchschnittlichen NC-Volumens entsprach. Der Nucleus caudatus ist ein Kern der Basalganglien, der sich zentral im Gehirn befindet und an vielen wichtigen kongitiven und verhaltenssteuernden Prozessen, einschließlich ADHS-Symptomen und Alzheimer, beteiligt ist. Überraschenderweise lag der PAK-Gehalt, und hier insbesondere die Konzentration von Benzo(α)pyren (BAP), deutlich unter den gemäß der Richtlinie 2004/107/EG des Europäischen Rates gesetzlich geregelten jährlichen Zielwerten. Die BAP-bedingte Veränderung des NC-Volumens konnte zwar nicht direkt mit einer verstärkten ADHS-Symptomatik assoziiert werden. Anlass zur Sorge gibt sie im Hinblick auf die neuronale Entwicklung bei Kindern dennoch. Änderung der Rechtsvorschriften zur PAK-Exposition nötig Die Mechanismen, die der Neurotoxizität von PAK zugrunde liegen, werden nach wie vor erforscht. Vor diesem Hintergrund liefern die Ergebnisse des APGAR-Projekts wichtige Erkenntnisse über den Zusammenhang zwischen Luftverschmutzung und kognitiven Störungen bei Kindern. Die Forscher legen nahe, dass PAK oxidative Schäden am besonders empfindlichen Nucleus caudatus des Hirns verursachen. Vor allem aber deuten die Ergebnisse darauf hin, dass die städtische Luftverschmutzung die Hirnstruktur beeinflusst – und zwar auch, wenn die von der Europäischen Union empfohlenen Expositionswerte deutlich unterschritten werden. Um die Auswirkungen einer chronischen Exposition gegenüber Luftverschmutzung zu bestätigen, ist eine MRT-Nachbeobachtung erforderlich. „Unsere Ergebnisse sollten Anstoß zu einer Neubewertung der jährlichen Zielwerte geben, die von der Europäischen Union gesetzlich festgelegt wurden“, so Dr. Mortamais. Zweifellos wird sich durch die Verbesserung der Luftqualität zugleich auch die öffentliche Gesundheit verbessern, da sie sich direkt senkend auf die Krankheitslast in Europa auswirkt, die mit Luftverschmutzung assoziiert wird.
Schlüsselbegriffe
APGAR, Gehirn, Luftverschmutzung, polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), kognitive Leistungsfähigkeit, Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung (ADHS), Benzo(α)pyren (BAP), Nucleus caudatus
