Helbredseffekter af partikulær luftforurening i Danmark - et forsøg på kvantificering

Introduktion: Udendørs luftforurening er årsag til mortalitet og morbiditet. Formålet med dette studie var at kvantificere helbredseffekter af partikulær luftforurening i Danmark.

Materiale og metoder: Vi anvendte estimater for relativ risiko relateret til den udendørs partikelkoncentration, målt som PM 10 , baseret på den epidemiologiske litteratur. Befolkningens eksponering for partikelkoncentrationen blev beregnet. Antal årlige tilfælde, der kunne tilskrives partikelforurening blev estimeret for mortalitet, hospitalsindlæggelser for hjerte-kredsløbs- og luftvejssygdomme, kronisk bronchitis, akut bronchitis, sygedage og asthmaanfald. Vi søgte ligeledes at vurdere de mulige helbredsgevinster ved at montere partikelfiltre på alle tunge køretøjer i Danmark.

Resultater: Den danske befolkning skønnes gennemsnitligt at være eksponeret for ca. 22 μ g/m 3 PM 10 , hvoraf ca. en tredjedel skyldes naturligt skabte partikler. Den estimerede eksponering kan årligt relateres til ca. 5.000 dødsfald, ca. 5.000 hospitalsindlæggelser, ca. 5.000 tilfælde af kronisk bronchitis hos voksne, ca. 17.000 tilfælde af akut bronchitis hos børn, ca. 200.000 asthmaanfald og knap tre millioner sygedage. Helbredsgevinsten ved at montere partikelfiltre er meget usikker; det beregnede antal sparede dødsfald per år varierede mellem ca. 22 og ca. 1.250, afhængigt af forudsætningerne.

Diskussion: Selv om risikoen i forbindelse med luftforurening er meget lille for det enkelte individ, indikerer resultaterne, at luftforurening er et stort folkesundhedsproblem. Det er usikkert, hvilke egenskaber ved partikler der forårsager de estimerede helbredseffekter. Den ultrafine fraktion af partikler kan have langt større effekter end deres masse antyder.

Udendørs luftforurening er årsag til mortalitet og morbiditet. En lang række studier af akutte effekter viser korrelation mellem daglig mortalitet, morbiditet og stigninger i partikelkoncentrationer målt som PM10 (μ g/m3 af partikler med en diameter under 10 μ m) (1). Kohortebaserede undersøgelser har påvist kroniske effekter, især total og årsagsspecifik mortalitet i relation til partikelforurening i byer (2, 3). Der er høj grad af enighed om, at de observerede sammenhænge mellem luftforurening og helbredseffekter er kausale (1), og partikler synes at have effekter, der er uafhængige af effekter, der er forårsaget af luftforurening med svovldioxid (SO2 ) og ozon (O3 ) (4).

Det har tidligere været forsøgt at kvantificere helbredseffekterne af luftforurening i Danmark. Kronborg et al (5) fandt, at høje koncentrationer af SO2 og sod den ene dag var associeret med en beskeden stigning i antal indlæggelser for kredsløbs- og luftvejssygdomme den følgende dag. Undersøgelsen justerede dog ikke for meteorologiske parametre. Baseret på tidsseriestudier og dermed akutte effekter estimerede Moseholm, at 195 årlige dødsfald i Københavns Kommune og 390 årlige dødsfald i hele Storkøbenhavn kunne tilskrives partikelforurening (6), mens embedslægeinstitutionerne i Københavnsområdet vurderede, at 100-280 for tidlige dødsfald, og 190-540 ekstra hospitalsindlæggelser per år i Storkøbenhavn kunne tilskrives PM10 forurening (7). Larsen et al (8) anvendte et risikoestimat, der var baseret på kohortestudier og fandt, at en partikelreduktion med ca. 10 μ g/m3 PM10 vil medføre et fald i den årlige dødelighed på 120-720 personer per million.

En forskergruppe fra Frankrig, Østrig og Schweiz præsenterede i 1999-2000 resultaterne af en undersøgelse af luftforureningens helbredsmæssige konsekvenser (9-11), i det følgende benævnt WHO-studiet. For Schweiz, med syv millioner indbyggere, viste resultaterne, at en reduktion af PM10 -niveauerne fra det estimerede populationsvægtede gennemsnit på 21,4 μ g/m3 til et niveau på 7,5 μ g/m3 ville medføre betragtelige reduktioner i mortalitet og morbiditet, bl.a. 3.300 færre dødsfald per år. Studiet modellerede befolkningens eksponering for PM10 og inkluderede den lange række helbredseffekter, hvor et dosis-respons-forhold med PM10 i dag kan estimeres ud fra epidemiologiske undersøgelser.

Formålet med dette studie var, ved anvendelse af de samme metoder som i WHO-studiet, at estimere luftforureningens (indikeret ved PM10 ) helbredseffekter i Danmark samt at pointere usikkerheder og begrænsninger i den forbindelse.

Materiale og metoder

Beregningerne forudsatte kendskab til befolkningens eksponering for PM10 , sammenhængen mellem eksponering og helbredseffekter (risikoestimater) samt forekomsten af de inkluderede helbredseffekter i Danmark.

Befolkningens eksponering for PM10

Vi anvendte PM10 -koncentrationer i baggrundsområder til at estimere befolkningens eksponering. Koncentrationerne i København blev beregnet ud fra oplysninger om trafikken i København, beregnede kvælstofilte (NOx )-emissioner fra trafik i København, empirisk bestemte r elationer mellem NOx - og PM10 -emissioner fra trafik, meteorologiske data samt måling af NOx -koncentrationer på landet (12, 13). Vi nedskalerede koncentrationen for København til mindre byer ud fra viden om relationen mellem bystørrelse og NOx -koncentrationer i baggrundsområder (14). Den danske befolkning blev opdelt efter bystørrelse og tildelt forventede PM10 -koncentrationer. Herudfra beregnede vi populationsvægtede gennemsnitseksponeringer for landbefolkning (landområder samt byer under 1.000 indbyggere) og bybefolkning hver for sig. Der er andetsteds redegjort yderligere for metoderne til estimering af befolkningens eksponering (13).

Risikoestimater

Vi inkluderede de samme helbredseffekter som i WHO-studiet, nemlig mortalitet, indlæggelser for kredsløbs- og hjertesygdom, indlæggelser for luftvejssygdom, kronisk bronchitis hos voksne (incidens), hvor langtfra alle har kronisk obstruktiv lungesygdom, akut bronchitis hos børn (etårsperiodeprævalens), dage med begrænset aktivitet på grund af luftvejssygdom hos voksne samt asthmaanfald hos voksne og børn. Risikoestimaterne var præcis de samme som i WHO-studiet, hvor de blev beregnet som variansvægtede metaanalyseeffektestimater med tilhørende 95%'s sikkerhedsgrænser, baseret på epidemiologiske studier (9).

Forekomst af helbredseffekter i Danmark

Vi tog så vidt muligt udgangspunkt i situationen midt i 1990'erne. Data for mortalitet (ekskl. voldsom død) blev indhentet fra Sundhedsstyrelsens opgørelse (15). Vi anvendte Landspatientregisterets tal for ICD 10-diagnoserne J00-J99 henholdsvis I00-I99 som kilde til data om antal indlæggelser for luftvejssygdomme og hjerte-kredsløbs-sygdomme per år (16).

For de øvrige helbredseffekter findes der ikke eksakte data, hvorfor vi estimerede incidens- og prævalensrater ud fra danske og udenlandske studier. Vi antog, at incidensraten for kronisk bronchitis hos voksne over 24 år i Danmark var den samme som i et amerikansk studie af ikkerygere, nemlig 0,71 per 100 personer per år (11). Vi anvendte en etårsperiodeprævalens på 3,9% for forældreangivet lægediagnosticeret akut bronchitis blandt børn, der var yngre end 16 år (17). Vi anvendte et estimat på 3,7 dages begrænset daglig aktivitet per år på grund af luftvejssygdomme per voksen over 19 år, hvilket er et gennemsnit, der er baseret på studier fra henholdsvis USA, Schweiz og Østrig (11). På basis af danske data (17) estimerede vi en rate for asthmaanfald hos voksne danskere over 14 år på 0,6 anfald per person per år. På basis af data fra Østrig og Schweiz estimerede vi, at der på populationsbasis opstår 0,33 asthmaanfald per barn (under 15 år) per år (11). Disse estimerede rater blev efterfølgende ganget med antallet af personer i den relevante aldersgruppe i den danske befolkning for at estimere antallet af helbredseffekter i Danmark per år (Tabel 1 ).

Beregningsmetode

Første trin: Rate blev beregnet som antal årlige tilfælde per million indbyggere i Danmark.

Andet trin: Her beregnede vi raten (Rate7,5 ) og det absolutte antal tilfælde i Danmark, hvis den populationsvægtede gennemsnitseksponering havde været 7,5 μ g/m3 PM10 :

hvor Rate er raten ved de aktuelle eksponeringsforhold (beregnet under trin 1), RR er den relative risiko per 10 μ g/m3 PM10 og Eksp er den aktuelle gennemsnitlige eksponering af befolkningen for PM10 . Efterfølgende beregnede vi det forventede antal helbredseffekter i Danmark ved en befolkningseksponering på 7,5 μ g/m3 (antal7,5 ) ved at gange indbyggerantallet i Danmark (i millioner) med rate7,5 . Disse beregninger blev udelukkende gennemført for i tredje trin at kunne give et konservativt estimat for det absolutte antal sundhedseffekter, der var relaterede til en stigning på 10 μ g/m3 PM10 .

Tredje trin: I dette trin blev det forventede antal ekstra helbredseffekter per 1 million indbyggere per 10 μ g/m3 PM10 (antal10 ) beregnet ud fra følgende formel:

Antal10 = (RR - 1) Rate7,5

hvor RR er estimatet for den relative risiko og Rate7,5 blev beregnet i andet trin.

Fjerde trin: Her beregnede vi det forventede antal helbredseffekter (Antals ) for et givet scenario for befolkningens eksponering, hvor forskellige kategorier af befolkningen er eksponeret for forskellige gennemsnitlige PM10 -koncentrationer:

hvor antal7,5 blev beregnet i andet trin, N(x) er antal personer i kategori x af befolkningen (i millioner), Eksp (x) er den gennemsnitlige eksponering for PM10 i kategori x af befolkningen og Antal10 blev beregnet i tredje trin.

Femte trin: Antal færre helbredseffekter ved det givne eksponeringsscenario blev beregnet som differencen mellem det observerede (eller estimerede) antal tilfælde i Danmark ved de aktuelle eksponeringsforhold og det estimerede antal ved det givne eksponeringsscenario. Der er andetsteds givet et eksempel på beregningerne gennem alle fem trin (13).

Eksponeringsscenarier

Vi anvendte tre eksponeringsscenarier i beregningerne: 1) ingen PM10 -forurening i Danmark, 2) PM10 -forureningen er 7,5 μ g/m3 overalt i Danmark og 3) en estimeret PM10 -forurening i Danmark efter montering af partikelfiltre på al tung trafik i Danmark (Tabel 2 ). Det første scenario angiver den potentielle gevinst ved at eliminere luftforureningen, det andet scenario svarer til, hvad der blev regnet på i WHO-studiet, og med det tredje scenario vil vi demonstrere begrænsninger i forbindelse med at anvende beregninger som disse som beslutningsgrundlag i forbindelse med praktisk forebyggelse. Der er redegjort for beregningerne bag det tredje eksponeringsscenario andetsteds (13).

Resultater

Beregningerne viste, at der kun er få procents forskel mellem de danske baggrundsniveauer af PM10 på landet og i selv store byer. Beregningerne viste en mindre end 1%'s reduktion af PM10 i bybaggrund ved montering af partikelfiltre på alle tunge køretøjer i Danmark (Tabel 2).

Tabel 3 viser det estimerede antal ekstra årlige tilfælde af mortalitet, kreds løbssygdomme, luftvejssygdomme, kronisk bronchitis, akut bronchitis, dage med begrænset aktivitet pga. luftvejssygdom og asthmaanfald per million mennesker i forbindelse med en stigning på 10 μ g/m3 PM10 .

Beregningerne viste en stor potentiel sundhedsmæssig gevinst ved at eliminere PM10 forurening i Danmark, men en tilsyneladende beskeden gevinst af montering af partikelfiltre på al tung trafik vurderet på basis af PM10 (Tabel 4 ).

Diskussion

De beregnede PM10 -koncentrationer var overraskende ens for land og by og knap påvirkelige af montering af partikelfiltre på tunge køretøjer. Dette skyldes, at PM10 i baggrundsområder domineres af fjerntransporterede partikler i størrelsesordenen 0,1-2,5 μ m. Anvendelse af filtre på tunge køretøjer vil kun medføre en beskeden reduktion af PM10 , fordi den partikulære dieselemission fortrinsvis udgøres af ultrafine partikler med ringe masse (18).

De relative risici i forbindelse med luftforurening er små (Tabel 3), hvilket indikerer en lille øget risiko for det enkelte individ. Den potentielle sundhedsmæssige gevinst ved at eliminere PM10 forurening i Danmark er stor, da hele befolkningen er eksponeret. De estimerede helbredseffekter, fx 435 dødsfald per million per år for en stigning i PM10 -koncentrationen på 10 μ g/m3 stemmer overens med en tidligere dansk beregning (8) og WHO-studiet (10). En række usikkerheder skal dog nævnes.

Der er begrænset viden om partikelkoncentrationer i baggrundsområder i Danmark, og de estimerede koncentrationer er derfor behæftet med usikkerhed. Den beregnede befolkningsvægtede gennemsnitseksponering i Danmark (22,3 μ g/m3 ) er dog tæt på, hvad der blev estimeret for Østrig (26,0 μ g/m3 ), Frankrig (23,5 μ g/m3 ) og Schweiz (21,4 μ g/m3 ) (10). Det er usikkert, i hvilken grad disse baggrundskoncentrationer reflekterer personlig eksponering i befolkningen.

De anvendte risikoestimater repræsenterer den nuværende viden, men vil sandsynligvis ændres, efterhånden som flere epidemiologiske studier kommer til. Det skal bemærkes, at vi i beregningerne for mortalitet, ligesom i WHO-studiet, anvender et risikoestimat, der er baseret på kohortestudier. Et risikoestimat, der er baseret på tidsseriestudier ville være væsentlig lavere og sandsynligvis underestimere de virkelige effekter af luftforurening (19).

Beregningsmetoden bygger på en antagelse om en lineær sammenhæng mellem eksponering og helbredseffekt. Selv om epidemiologiske data ikke indikerer et nedre effektniveau for partikler, er det ikke sikkert, at en lineær sammenhæng kan ekstrapoleres til under de laveste niveauer, der er studeret epidemiologisk. I et forebyggelsesmæssigt perspektiv er det desuden mindre meningsfuldt at beskæftige sig med potentielle helbredsgevinster ved at reducere PM10 -koncentrationerne til under det naturlige, ikkemenneskeskabte baggrundsniveau på omkring 7,5 μ g/m3 (9).

Det er blevet diskuteret, hvad en reduktion af luftforureningen og den deraf følgende forventede reduktion af mortaliteten ville betyde for befolkningens middellevetid. Beregninger for den hollandske befolkning indikerede, at en reduktion af PM10 -niveauet med ca. 20 μ g/m3 vil hæve middellevealderen med 1,1 år (20), mens beregninger, der er baserede på WHO-studiet indikerede, at luftforurening reducerer middellevetiden i befolkningerne med 0,6 år (19).

PM10 er anvendt som indikator for luftforurening. På grund af samvariation er det usikkert, i hvilken grad andre typer luftforurening er ansvarlige for de effekter, der er observeret for PM10 . Der synes dog at være selvstændige effekter af partikler (1, 2), men man ved ikke, hvilke egenskaber ved partikler der er ansvarlige for helbredseffekterne. Dette er afgørende for, om PM10 er relevant som indikator for partikler i en sundhedsmæssig vurdering. PM10 er et vægtbaseret mål, som domineres af relativt grove partikler. De ultrafine partikler (<0,1 μ m) er imidlertid helt dominerende i koncentrationsmål, der er baseret på antal partikler.

Resultaterne viste, at montering af partikelfiltre på tunge køretøjer i Danmark har en ringe effekt på PM10 -koncentration i baggrundsområder. Beregningerne estimerede derfor en begrænset helbredsmæssig gevinst. Dette resultat må imidlertid ikke tages for pålydende. Partikelfiltre forventes at reducere det enkelte køretøjs emission af ultrafine partikler med over 80%. Det anslås, at montering af partikelfiltre på al tung dieseltrafik vil reducere koncentrationen af ultrafine partikler med omkring 33% i baggrundsområder i byerne og væsentlig mere i trafikerede gader (13). Det er således afgørende for gevinsten ved partikelfiltre, om helbredseffekterne primært forårsages af de ultrafine eller de grovere partikler. Den tilgængelige epidemiologiske og eksperimentelt baserede viden tyder på, at de ultrafine partikler bidrager væsentligt mere, end deres masse antyder, til helbredseffekter, inkl. forværring af luftvejssygdomme og hjertesygdomme, herunder risiko for død (18), og resultaterne for PM10 vil i det tilfælde være misvisende. Hvis man antager, at de ultrafine partikler er årsagen til alle helbredseffekterne, vil montering af partikelfiltre på tunge køretøjer i Danmark kunne medføre en reduktion i de beregnede helbredseffekter i byområder (69% af befolkningen) på omkring 33%. Dette må forventes at medføre en reduktion af helbredseffekterne med omkring en fjerdedel af det totale helbredsmæssige potentiale (Tabel 4, scenario 1), svarende til bl.a. ca. 1.250 dødsfald, ca. 1.400 indlæggelser, ca. 700.000 sygedage og ca. 60.000 asthmaanfald om året. Den sande gevinst ved partikelfiltre skal sandsynligvis findes et sted mellem disse tal og dem der blev beregnet for Tabel 4, scenario 3.

Eksemplet med partikelfiltre viser, at det er svært at kvantificere den helbredsmæssige gevinst ved interventioner, der retter sig mod enkelte komponenter i den komplekse luftforurening, fordi vi ikke kender de selvstændige effekter af hver enkelt komponent. Den tilgængelige videnskabelige litteratur tyder på, at luftforurening er et væsentligt folkesundhedsproblem, at partikler forårsager helbredseffekter, der er uafhængige af de øvrige komponenter i luftforureningen, og at den ultrafine fraktion af partiklerne er ansvarlig for en meget større del af disse helbredseffekter end deres ma