Umweltbelastungen der Atemwege

Atemwege sind besonders anfällig für luftgetragene Schadstoffe wie Gase, Stäube und Allergene. Eine Studie untersuchte den Einfluss der Endotoxinbelastung in Klassenräumen auf die Lungenfunktion von Kindern, eine Metaanalyse beleuchtete die Folgen von Schimmelbelastung in der Kindheit in Hinblick auf das Risiko, Asthma zu entwickeln.

Die „Linzer Lunge“

Die „Linzer Lunge“, oder, wie der offizielle Name der Tagung lautet, „Lunge – Umwelt – Arbeitsmedizin“, bringt seit Jahrzehnten klinisch-therapeutische und radiologisch-diagnostische mit präventiven umwelt- und arbeitsmedizinischen Themen zusammen. Diese Kombination ist eher selten und dabei doch gerade sehr bereichernd für beide Seiten. Umwelt- und Arbeitsmedizin befassen sich nicht nur mit den Atemwegen. Im Gegenteil wird jedes Organsystem auch von Außenfaktoren beeinflusst. Aber zumindest für luftgetragene Schadfaktoren, giftige und radioaktive Gase, schädliche Stäube, inhalative Irritantien, Allergene oder auch Infektionserreger sind die Atemwege sicher das erste Ziel.

Es gereicht den Lungenfachärzt:innen zur Ehre, dass sie schon lange und auch lange vor den anderen Fachbereichen die Wichtigkeit und Bedeutung von umwelt- und arbeitsmedizinischer Prävention erkannt und den Austausch gesucht haben. Daher war es auch ein glücklicher Zufall, dass ich in der letzten Zeit zwei umweltmedizinische Arbeiten zu Effekten auf die Atemwege veröffentlichen konnte, die ich gerne in Linz zur Diskussion stellte.

Endotoxin und Lungenfunktion

Die Herausforderungen

Die Daten zur ersten Arbeit¹ haben wir schon vor über 10 Jahren erhoben. Im Rahmen eines großen europäischen Projektes (School Indoor Pollution and Health Observatory Network In Europe; SINPHONIE) haben Teams aus mehr als 21 Ländern Daten zu Umweltfaktoren und zur Gesundheit der Schulkinder gesammelt.

In Österreich waren das Umweltbundesamt für Umweltmonitoring und wir für die Fragebögen und klinischen Untersuchungen zuständig. Zusätzlich durfte ich damals die Spirometriedaten aller Partner:innen prüfen und bereinigen. Das war keine leichte Aufgabe! Nicht alle hielten sich an das definierte Datenformat. Ich weiß bis heute nicht, in welcher Volumeneinheit die Engländer:innen anfänglich ihre Ergebnisse lieferten. Einige verwechselten MEF_25/50/75 (maximaler exspiratorischer Fluss) mit FEF_75/50/25 (forcierter exspiratorischer Fluss). Andere maßen die Größe der Kinder in Metern statt in Zentimetern. Und zuletzt bestanden die Belgier:innen, die für die Datenspeicherung zuständig waren, darauf, keine Excel-Dateien zu verwenden, weil Excel ja bekanntlich fallweise Probleme macht. Also forderten sie Text-Files, Komma-separierte Files (CSV-Dateien). Was dazu führte, dass ein Teil der Partner:innen für das Dezimalzeichen einen Punkt und der andere ein Komma verwendete. Kurzum, nach Abschluss des Projekts war jeder erst einmal erschöpft. Und da auch nicht abschließend geklärt worden war, wer welche Aspekte untersuchen dürfe und wer als Koautor:in eingeladen werden darf, blieben die wertvollen Daten über Jahre fast ungenützt.

Erst eine Diskussion mit französischen Kolleg:innen darüber, wie man den Einfluss von Endotoxin auf die Lungenfunktion am besten untersuchen könne, sowie die Gnade des Vergessens betreffend die Schrecken der Datenstruktur verleiteten mich dazu, beim Publikationskomitee des Projektes dann doch den Antrag zu stellen, alle Daten zu Endotoxin in den Klassenräumen, alle Spirometriedaten sowie bestimmte Fragebogendaten, welche als Störvariablen relevant sein könnten, zu verwenden.

Durchführung

Endotoxin wurde mittels Staubsaugens über eine definierte Fläche des jeweiligen Klassenbodens gesammelt, der Beutelinhalt wurde gesiebt und die feine Staubfraktion dann in einem Labor in Ungarn mittels Limulus-Assay analysiert. Nach Abzug des Blindwerts wurde das Messergebnis dann durch die gesaugte Fläche dividiert und so der Endotoxingehalt (in EU) pro m² ermittelt. Die spirometrischen Untersuchungen (einschließlich der Messung von Größe und Gewicht) erfolgten in der gleichen Winterwoche wie die Probenahme. Als zusätzliche Einflussgröße (beziehungsweise als Clustervariable in einer alternativen Analyse im gemischten Modell) wählte ich den Staat bzw. das jeweilige Untersuchungsteam.

In der Hauptanalyse modellierte ich die Einflüsse von Alter, Größe, Gewicht und Endotoxin als nichtlinear, also mittels natürlicher Splines in einem „general additive model“ (GAM; verallgemeinertes additives Modell). Die Endotoxinbelastung wies innerhalb und zwischen den Staaten eine ausreichende Variabilität auf. Auch ergab sich hinhinsichtlich des Staats bzw. des Untersuchungsteams ein deutlicher Einfluss auf die Spirometriewerte. Insgesamt zeigte sich jedoch für alle Lungenfunktionsparameter ein deutlicher, wenn auch nicht immer linearer Effekt der Endotoxinbelastung: Je höher die Belastung, desto schlechter die Lungenfunktion. Bei den Parametern, die keinen linearen Zusammenhang aufwiesen, war die Beziehung bei niedrigen Endotoxinwerten am steilsten und flachte dann bei höheren Werten ab. Diese Bilder sprachen eigentlich gegen eine „sichere“ Wirkschwelle (Abb.1).

Kinder, die laut Elternfragebogen jemals Asthma gehabt hatten, wiesen zwar insgesamt eine schlechtere Lungenfunktion auf, reagierten aber nicht empfindlicher auf Endotoxin als die anderen Kinder.

Metaanalyse zu Schimmelbelastung und Asthmarisiko

Die Studie zum Zusammenhang von Schimmelbelastung und Asthmarisiko war sehr umfangreich – sowohl die Anzahl der Teilnehmer:innen als auch die der beteiligten Forschungseinrichtungen betreffend. Es war aber wieder einmal „nur“ eine Querschnittsstudie, wie sie zunehmend gerne von Politik und Verwaltung finanziert werden, weil die hohen Herrschaften einfach rasch Ergebnisse für ihr Geld sehen wollen. Längsschnittsstudien sind im Vergleich oft aufwendiger und dauern länger. Dabei können nur diese halbwegs verlässliche Auskunft über ursächliche Beziehungen geben.

Hintergrund

Wir haben ja selber mehrere Querschnittsstudien durchgeführt,die zeigten, dass Kinder, die diversen respiratorischen Noxen wie Passivrauch oder Schimmelbefall ausgesetzt sind, eine schlechtere Lungenfunktion haben.^2,3 Aber wenn Belastung und Funktion gleichzeitig erhoben werden, ist nie klar, ob die Effekte passager sind (im Sinne einer reflektorischen Verengung der Bronchien) oder permanent (im Sinne einer langfristigen Schädigung des Lungengewebes). Selbst ein Zusammenhang zwischen Belastung und Asthmadiagnose beweist noch keinen sicher kausalen Zusammenhang.

Asthma wird hauptsächlich durch genetische Faktoren bestimmt. Wegen der deutlichen Zunahme der Prävalenz weltweit müssen wir aber auch vom Vorhandensein wichtiger Umweltfaktoren ausgehen. Das bloße gleichzeitige Auftreten von Belastung und Diagnose kann aber auch einfach daher rühren, dass bei bestehendem Asthma die Diagnose eher gestellt wird, wenn die Lungenfunktion durch die zusätzliche Belastung (vorübergehend) noch deutlicher eingeschränkt ist.

Durchführung

Um dieses Problem näher zu beleuchten, habe ich mich entschlossen, eine Diplomarbeit als systematischen Review und Metaanalyse⁴ zu vergeben. Dabei wollte ich mich auf den Belastungsfaktor „Schimmelpilz“ konzentrieren, da diese Belastung auch (im Falle von Fall-Kontroll-Studien) relativ leicht mittels Fragebogen retrospektiv erhoben werden kann.

Die Ergebnisse

Wir fanden insgesamt 21 Fall-Kontroll-Studien und 11 Kohortenstudien, die unseren Ansprüchen genügten. Das Ergebnis der Fall-Kontroll-Studien war eindeutig: In der Metaanalyse zeigte sich ein um mehr als 50% erhöhtes Risiko, an Asthma zu erkranken, wenn die Patienten in einer Wohnung mit Schimmelbelastung aufgewachsen waren. Das Ergebnis war hochsignifikant (p<0,001) und wies keine Zeichen von Heterogenität zwischen den Studien auf (Abb. 2).

Die Kohortenstudien waren nicht ganz so eindeutig. Zwar fand sich bei diesen auch ein deutlich signifikanter Effekt (p<0,001), der aber schwächer ausgeprägt war (um 15% erhöhtes Risiko) und die Studien wiesen auch eine deutliche Heterogenität auf (p=0,005). Die Metaregression zeigte dann jedoch, dass vor allem das Alter bei Diagnosestellung und das Publikationsjahr entscheidend für die Effektstärke der einzelnen Studien waren und einen großen Teil der Heterogenität erklärten. Je später (in Kohortenstudien) die Diagnose endgültig erfasst wurde und je jünger die Studie war, desto stärker war der Effekt. Wir interpretierten dies dahingehend, dass für das Auftreten von Asthma nach der Belastung eine ausreichende Latenzzeit beobachtet werden muss und dass neuere Studien oft präzisere Methoden zur Messung von Belastung und Erkrankung anwenden.

Insgesamt war das Ergebnis auch der Kohortenstudien daher für uns ein deutliches Zeichen dafür, dass Schimmel in der (frühen) Kindheit das Risiko für Asthma in der späteren Kindheit und Jugend erhöht. Wir argumentierten, dass Schimmel hier nur als ein Beispiel für respiratorische Irritantien steht, welche in der kindlichen Entwicklung der Atemwege die Entwicklung adverser Pathologien bahnen können, wenn die entsprechende genetische Veranlagung dazu besteht.

Literatur: