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Wirkungen beim Menschen:
Wirkungen auf die Lungenfunktion:
Das Einatmen von Ozon führt zu verschiedenen Veränderungen der Lungenfunktion. Diese Veränderungen zählen zu den am besten untersuchten Wirkungen von Ozon beim Menschen. Eine wesentliche Erkenntnis dieser Untersuchungen war, dass das Ausmaß der Lungenfunktionsänderungen von der eingeatmeten Luftmenge und damit von der körperlichen Aktivität der jeweiligen Personen abhängig ist. Die Ozondosis ist daher ein besseres Maß für die tatsächliche Ozonbelastung eines Menschen als die Ozonkonzentration. Für die Ozondosis ist außer den inhalierten Luftvolumen auch noch die Dauer der Belastung des Organismus von Bedeutung.
Ozondosis = C*T*V C= Ozonkonzentration
T= Einwirkdauer (Expositionszeit)
V= Inhaliertes Luftvolumen
Das erklärt, warum im Ruhezustand, das heißt bei geringen inhalierten Luftvolumen, auch hohe Ozonkonzentrationen nicht zu nennenswerten Veränderungen der Lungenfunktion führen. Je höher die körperliche Aktivität und/oder je länger die Expositionszeit, umso geringer sind die Ozonkonzentrationen bei denen Wirkungen beobachtet werden können. Wegen des Zusammenhangs zwischen inhaliertem Luftvolumen, das meist als Atemminutenvolumen AMV ausgedrückt wird, und Ozondosis werden Untersuchungen zur Wirkung von Ozon in der Regel mit körperlich aktiven Versuchspersonen durchgeführt.
Wie gut man die augenblicklich vorherrschende Ozonbelastung verträgt, hängt nicht zuletzt vom gesundheitlichen Allgemeinzustand ab und auch davon, wie groß die individuelle Empfindlichkeit gegenüber Ozon ist. Wie unterschiedlich die Umstände auch sein mögen, bei denen Ozon in den Sommermonaten auf den körperlichen Mechanismus wirkt, grundsätzlich wurden von der Wissenschaft die gesundheitlichen Auswirkungen beobachtet.
Die Symptome sind z.B. "Trockenes Auge" bei einer Konzentration von ca. 100 µg/m³, ab 160 µg/m³ veränderte Lungenfunktion bzw. Entzündungen des Lungengewebes, ab 200 µg/m³ Tränenreiz, Kopfschmerzen, Atembeschwerden. Es kann sogar zu massiven Einschränkungen der körperlichen Leistungsfähigkeit und eine höhere Gefahr von Asthmaanfällen bei 240 µg/m³ auftreten.
Zwar wurden diese Wirkungen überwiegend nur nach mehrstündigen Expositionen unter körperlicher Belastung beschrieben. Doch diese Situation ist an Strahlungsreichen Sommertagen bei weitem nicht mehr die Ausnahme.
Anpassung an Ozon:
Bei wiederholter kurzer Einwirkung von Ozon an mehreren aufeinander folgenden Tagen wird ein als Anpassung bezeichnetes Phänomen beobachtet: Der Atemtrakt reagiert mit steigender Zahl der Ozonexpositionen immer unempfindlicher auf den Ozonreiz, d.h. Lungenfunktionsänderungen und Bronchiale Reagibilität (Reaktionsfähigkeit) werden immer geringer, bis nach ca. 1 Woche überhaupt keine messbare Reaktion auf Ozon mehr erfolgt. Hört jedoch die tägliche Ozonbelastung auf, stellt sich die ursprüngliche Empfindlichkeit des Atemtraktes innerhalb von ca. 2 Wochen wieder ein. [37;38]
Allergische Reaktionen:
Ozon selbst löst keine allergischen Reaktionen aus, es setzt jedoch Prozesse in Gang, die die Entstehung einer Allergie begünstigen können. So nimmt z.B. bei Einwirkung von Ozon die Durchlässigkeit (Permeabilität) des Lungengewebes zu. Allergieauslösende Stoffe können dadurch eventuell tiefer ins Lungengewebe eindringen; damit erhöht sich die Wahrscheinlichkeit für allergische Reaktionen. Daraus kann man schließen, je stärker die Ozonkonzentration und je länger man ihr vor allem aktiv ausgesetzt ist, desto wahrscheinlicher ist eine Gewebsdurchlässigkeit. [39]
Einfluss von Ozon auf die Bronchiale Reagibilität:
Substanzen wie Acetylcholin, Histamin oder Metacholin lösen bei Kontakt mit dem Bronchialsystem Kontraktionen der Bronchialmuskulatur (Bronchiale Reagibilität) aus. Die Einatmung von Ozon kann die Bronchien empfindlicher auf den Kontakt mit den genannten Stoffen reagieren lassen. Körperlich aktive Personen sind schneller bei niedrigeren Ozonkonzentrationen betroffen als Personen ohne körperliche Belastung. [38]
Einfluss auf die körperliche Leistungsfähigkeit:
Für die Belastungssituation ist vor allem die aufgenommene Schadstoffdosis erheblich die sich aus der Schadstoffkonzentration der Luft und dem eingeatmeten Luftvolumen ergibt. Deshalb sind alle, die an ozonreichen Tagen draußen aktiv sind eine Risikogruppe. Spielende Kinder und Erwachsene, die Sport treiben gehören ebenso dazu, wie Personen, die eine mehrstündige, körperliche Anstrengung verbundene berufliche Tätigkeit im Freien ausüben. Wie sehr das Atemvolumen, das in einer Minute ein- und ausgeatmet wird, bei sportlicher Betätigung ansteigt, zeigt folgende Abbildung:
Vor allem für Sportler können hohe Ozonwerte in Bodennähe ein Problem sein. Unter freiem Himmel steigen die Ozonwerte an sonnigen Sommertagen bis über 180 Mikrogramm pro Kubikmeter.
Deshalb sollten sportliche Aktivitäten im Freien auf den Morgen gelegt werden, oder in Sporthallen stattfinden oder nur kurzzeitig ausgeübt werden. [11]
Subjektive Beschwerden:
Erhöhte Belastungen durch Ozon rufen eine Reihe von Beschwerden hervor, die allgemein als "subjektive Befindlichkeitsstörungen" bezeichnet werden. Symptome sind z.B. Engegefühl in der Brust, Husten, Kurzatmigkeit oder Schmerzen bei tiefem einatmen. Es können auch Kopfschmerzen, Übelkeit und Schwindelgefühl auftreten. Man kann sagen, je höher die Ozonkonzentration und die körperliche Belastung, desto kürzer die Reaktionszeit. [39]
Gewebsreaktion:
Ozon ruft im Lungengewebe eine Reihe von zellulären und biochemischen Veränderungen hervor, die für entzündliche Prozesse charakteristisch sind. Die Reaktionszeit ist wie im vorherigen Punkt beschrieben.
Wirkungen auf Tiere:
Tiere reagieren auf Ozon mit ähnlichen Veränderungen der Lungenfunktion, wie sie auch beim Menschen beobachtet wurden.
Wirkungen auf Materialien:
Wegen der hohen Reaktivität von Ozon ist es nicht verwunderlich, dass neben biologischen auch zahlreiche nicht biologische Materialien von Ozon angegriffen werden. Natürlich verstärken mechanische und thermische Belastungen, Feuchtigkeit und das Gemisch verschiedener bestehenden Schadstoffe die Auswirkungen gegenseitig. Da solchen unbelebten Materialien die natürlichen Reparaturmechanismen fehlen, sind sie oft schon durch Schadstoffkonzentrationen gefährdet, die bei Organismen noch keine sichtbaren Schäden hervorrufen.
Wirkungen auf die Flora:
Wie z.B. SO2 (Schwefeldioxid) gehört Ozon zu den wichtigsten Pflanzentoxischen Schadstoffen. Für empfindliche Pflanzenarten ist Ozon schon in wesentlich niedrigeren Konzentrationen als für den Menschen schädlich. Pflanzen reagieren auf ein zu hohes oder zu niederes Angebot einzelner Luftbestandteile sehr empfindlich. Während Menschen und Tiere ihre Atmung auf Sauerstoff ausrichten, der mehr als 20 Volumenprozent ausmacht, ist der Gasstoffwechsel der Pflanzen wesentlich empfindlicher, weil seine Ausrichtung auf Kohlendioxid (CO2) mit einem Luftanteil von ca. 0,03 Volumenprozent besteht. Ozon wirkt auf die Oberfläche der Pflanze ein und wird durch die Spaltöffnungen ins Blatt aufgenommen. Umwelteinflüsse wie Licht, Luftfeuchtigkeit, Wärme, Nährstoffmangel oder andere Zusatzbelastungen können die Erweiterung der Spaltöffnungen fördern und verstärken somit die Wirkung des Ozons. Das Ozon kommt über die Interzellularen Räume mit den umliegenden Zellmembranen in Kontakt. Die Folgen sind äußerlich sichtbare punktförmige Ausbleichungen, die auf einem gestörten Wasser- und Nährstoffhaushalt, sowie Enzymstoffwechsel und damit verbundenen zellulären Funktionen hinweisen. In weiteren Stadien kommt es zu punktförmigen Zerstörungen des Gewebes, die zu Flächen verschmelzen können. Ab einem bestimmten Zerstörungsgrad stirbt das Blatt ab. [11]
Abbildung von Blattstruktur.
[40]
Die Schädigung beruht vor allem auf der Zerstörung chemischer Doppelbindungen zwischen Kohlenstoffatomen, was zur Veränderung von ungesättigten Fettsäuren führt. Die wichtigsten physiologischen Prozesse in einer Pflanzenzelle sind die Atmung und die Fotosynthese.
Die Atmung ist in den Mitochondrien, die Fotosynthese in den Chloroplasmen angesiedelt. Diese Zellorganellen sind durch Membranen kompartimentiert. In diesen Membranen und Kompartimenten laufen die Biochemischen Atmungs- und Fotosyntheseprozesse ab. Die Membranen bestehen aus Protein- und Fettsäuren. Durch den Ozonangriff werden die Membranen geschädigt und damit die Atmungs- und Fotosyntheseprozesse beeinträchtigt. [11,41]
Ein Schnellkurs zu Zellmembranen:. In die Doppelschicht aus Lipidmolekülen (kleine blaue Köpfe, braune Schwänze) sind Proteine (schwarz) eingebettet. Die Lipidschicht wird durch Proteinfilamente (rot) stabilisiert. Die dünnen grauen Fäden stehen für membranständige Proteine " Zell-Rezeptoren", und die grünen Ketten sind Zuckermoleküle, die beide für die Zell-Zell-Erkennung sehr wichtig sind.
(Erich Sackmann, TU München)
Sehr viele der wichtigen Prozesse in der Zelle findet an der Zellmembran statt. Der Grundaufbau ist eine Doppelschicht aus stecknadelförmigen Lipidmolekülen (s. Abb.), in die die eigentlichen Funktionsträger, die Proteine, eingebettet sind oder an deren Oberfläche sich anheften. Die Membran ist eine Zusammensetzung aus über 100 verschiedenen Lipidsorten und Proteinen. Es können aber selbst kleine, z. B. krankheitsbedingte Änderungen in der Zusammensetzung der Membran schwere Folgen für deren Funktion haben.
Eine der wichtigsten Voraussetzungen ist, dass ein schneller Stofftransport für die vielen biochemischer Reaktionen, die an Membranen stattfinden, möglich ist. Die Beweglichkeit der Moleküle in der Membran hängt nur schwach vom Radius der Moleküle ab, d.h. große Proteine können fast ebenso schnell in der Membran diffundieren, wie die erheblich kleineren Lipidmoleküle. Dies erhöht die Effektivität der örtlichen Strukturbildung und der biochemischen Reaktionen enorm.
Wie kann die Zellmembran, ein flüssiges Häutchen, das unglaublich dünn ist, überhaupt stabil sein? Dafür ist u. a. das Zusammenspiel von Molekülstruktur und zwischenmolekularer Wechselwirkung verantwortlich: Wegen des polaren Aufbaus der Lipide aus wassermeidenden Kohlenwasserstoffketten und wasserliebenden Kopfgruppen gewinnen die Lipidmoleküle stark an Bindungsenergie, wenn sie Doppelschichten bilden und sich gegen das Wasser abschirmen. Dieser hydrophobe (wasserabweisende) Effekt sorgt auch dafür, dass sich die Proteine in die Lipiddoppelschicht einbetten. Trotz der starken Bindungsenergie würde die Membran in tausend kleine Teilchen zerfallen, wenn sie nicht durch das Zytoskelett, ein Netz aus Proteinfilamenten, stabilisiert werden würde. Die Lipidmembran und die Makromoleküle des Zytoskeletts sind sehr anpassungsfähig, weil deren Biegewiderstand so klein ist, dass sie aufgrund der thermischen Bewegung der Umgebung ständig zu regellosen Biegeschwingungen angeregt werden.
Diese Elastizität macht die Zellen und auch das Gewebe zu elastischen Körpern: Eine kurze Zeit sind sie sich starr, da es etwas braucht, um die thermisch angeregten Verbiegungen zu strecken. Entweder geben die Körper dann nach, oder die schwachen chemischen Bindungen brechen.
2 Zellmembranen und Inter- zellularraum Zellmembran eines Ery- throcyten (Gefrierbruch)
[42,43,44]
Wegen seiner hohen Reaktivität ist Ozon selbst bei hohen Luftwerten in den Pflanzen kaum nachweisbar. Man kann nur über die Erfassung typischer Schadbilder Rückschlüsse auf mögliche Ozonwirkungen ziehen. Die Empfindlichkeit von Pflanzen ist sehr unterschiedlich. Besonders Ozonempfindliche Pflanzen kann man als "Indikatororganismen" zur Anzeige Fotochemischer Verunreinigungen nutzen.
Die Tabakpflanze ist ein häufig verwendeter Indikator; Akute sichtbare Schäden an den Blättern treten hier schon bei 80 bis 100 µg Ozon/m³ auf. Typisches Kennzeichen der Einwirkung schon geringer Ozonkonzentrationen ist das Auftreten von "Nekrosen", "Wasserflecken", helle Punkte, die einen Lokal begrenzten Gewebetod durch die Einwirkung von Ozon anzeigen. Sie wird z.B. an Hauptverkehrsstraßen, Städten und ländlichen Umgebungen aufgestellt.
Tabaksorte Bel W3 mit Nekrosen
Abgestorben:
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