Über gute und schlechte Stickoxide

Deutsche Welle: Professor Ghofrani, es gibt eine lebhafte Kontroverse über Expositionsstudien an Affen mit Dieselabgasen und an Menschen mit Stickstoffdioxid. Als Lungenarzt und Forscher sind Sie auch an entsprechenden Studienergebnissen interessiert. Wie soll die Wissenschaft es richtig machen?

Ardeschir Ghofrani: Die ganze Thematik mit Dieselfeinstaub - der Stickstoffdioxid enthält - kam ja erst durch eine legendäre Studie zustande, wo Epidemiologen und Lungenspezialisten in London einen etwas anderen Weg gegangen waren als es die Forscher gemacht haben, deren Studien jetzt kontrovers in der Presse diskutiert werden.

Letztere haben Versuche mit Primaten und teilweise auch mit Menschen durchgeführt. Wahrscheinlich waren sie daran interessiert, zu erforschen, wie Abgase selbst - oder auch Fragmente der Abgase wie Stickstoffdioxid (NO2) - mit komplexen Säugerorganismen interagieren.

Die englischen Kollegen sind einen anderen Weg gegangen. Sie haben sich gesagt: Wir haben ja im Prinzip in unserem Alltag eine Situation, die ein Feldexperiment erlaubt. Sie haben freiwillige Patienten - mittelschwer befallene Asthmatiker - in ihrer alltäglichen Situation untersucht: Auf einer belebten Einkaufsstraße und in einer Parkumgebung. Das Ganze im Winter bei einer Inversionswetterlage.

Dann haben sie bei den Probanden nach Entzündungszeichen in der Lunge und nach der Lungenfunktion geschaut und konnten feststellen, dass die, die sich zwei Stunden auf der Straße aufgehalten hatten, viel mehr Lungenfunktionseinschränkungen und Entzündungszeichen gezeigt haben als die, die zwei Stunden im Park gewesen waren.

Die Ärzte fanden auch noch einige andere Parameter, die darauf schließen lassen, dass Aspekte der Erkrankung sich durch die Umweltfaktoren in dieser kurzen Zeit an der Straße messbar verschlechtert haben.

Erst dadurch kamen die Forscher auf den Gedanken, dass insbesondere im Dieselfeinstaub etwas drin sein kann, was man bis dahin nicht im Blick hatte. Auf Dieselfahrzeuge kamen die Forscher, weil in der Zeit des Versuchs - im Zentrum von London - so gut wie keine Benziner unterwegs waren. Es waren im wesentlichen Lieferwagen und Taxis - meist mit schlechtgefilterten Dieselmotoren. Ihre Studie wurde im New England Journal of Medicine veröffentlicht.

Man konnte also einen Human-Feldversuch machen, wo man etwas weniger skandalträchtig, viel lebensnäher in der Umgebung einer Alltagsexposition trotzdem eine sehr solide Untersuchung gemacht hat. 

Mehr dazu: Stichwort: Wie gefährlich sind Stickstoffoxide?

Alle reden über Stickstoffdioxid (NO2). Das ist aber nicht der einzige Stickstoff-Schadstoff in den Autoabgasen. Es gibt auch noch das Stickstoffmonoxid (NO). Wie verhalten sich die beiden Gase miteinander?

Das verbindende Glied ist eigentlich, dass sowohl NO als auch NO2 und viele andere Stickoxide bei der unvollständigen Verbrennung von fossilen Brennstoffen entstehen.

Man findet es in Abgasen von Autos aber auch im Zigarettenrauch oder in offenen Feuern, die in vielen Regionen der Welt immer noch zum Heizen von Räumen oder auch zum Kochen verwendet werden.

Die Halbwertszeit dieser Moleküle ist allerdings sehr unterschiedlich. Das NO ist ein sehr kurzlebiges Radikal und steht deshalb in der jetzigen Debatte nicht so sehr im Vordergrund, obwohl es auch in höheren Dosierungen vorkommt. Besonders im Zigarettenrauch wird sehr viel NO bei der Verbrennung und Inhalation freigesetzt.

Und dieses Stickstoffmonoxid ist ein sehr potenter biologischer Botenstoff. Er wirkt unmittelbar auf die Gefäßwand und weiter entfernt liegende Organe. Es war bereits seit langem als Umweltgift bekannt und wurde Anfang der 1990er Jahre erst über Umwege im Körper auch als wichtiger Botenstoff für physiologische Prozesse erkannt: Es wirkt unter anderem auf die Nervenleitung und die Eng- und Weitstellung der Gefäße. 

Stickstoffmonoxid existiert nicht nur in der Umwelt und kann von dort aus in den Körper gelangen, sondern es wird auch vom Körper selbst produziert. Prominente Beispiele sind der männliche Schwellkörper, die Lunge und das Gehirn.

Ein chronischer Mangel an Stickstoffmonoxid kann zum Beispiel zu chronischen Gefäßverengungen wie Arteriosklerose, zu Veränderungen der Herzkranzgefäße aber auch zu Lungenhochdruck führen.

Man kann NO auch therapeutisch dem Körper zuführen und dann erwünschte Effekte erzielen - allerdings in relativ niedrigen Dosierungen. Wir reden da von Dosierungen in ppm (Teile von einer Million).

Würde ich in einer Tiefgarage - etwa an der Kasse - arbeiten und dort wegen der Autoabgase NO einatmen, bekäme ich mehr ab als gut für mich ist?

Das wäre wahrscheinlich schon zu viel des Guten. Und wir wissen, dass beim Zigarettenrauchen die Menge des aufgenommenen NO in den Spitzen die körpereigene Produktion übersteigen kann.

Das Zweischneidige an NO ist, dass dieses Radikalmolekül in hohen Dosierungen gemischt mit anderen Gasen und Partikeln reagieren kann, die in der Umgebungsluft und im Rauch vorkommen können. Dann geht dieses sehr kurzlebige und reaktionsfreudige Radikal auch chemische Reaktionen mit anderen Elementen und Molekülen ein.

Zum Beispiel kann NO zusammen mit einigen Körperproteinen Verbindungen eingehen, die für sich wiederum stark entzündungssteigernd sind. Es können sogenannte Nitrotyrosine entstehen. Und die können ganze Kaskaden von Entzündungen auslösen.

Das gilt zum Teil auch für das NO2, was sich allerdings andere Partner sucht um zu reagieren. Das sind auch viele Proteine im Körper die Ammoniakmoleküle mitbeinhalten. Durch die Reaktion wird auch hier die Nitrotyrosinproduktion angeregt und das führt wiederum zur Entzündung.

Man hat also in einem Verbrennungsvorgang verschiedene Subgruppen von Stickoxiden: Kürzerlebige, wie NO, längerlebige, wie NO2. Und die können schon außerhalb des Körpers Reaktionen eingehen, die dann Stoffe produzieren, die insbesondere für die Lunge schädlich sind. Sie können aber auch innerhalb des Körpers - wie im Fall des niedrig dosierten NO - positive Effekte haben, so paradox das auch klingt. Im überwiegenden Teil sind es indes eigentlich negative Effekte, alles eine Frage der Dosis. 

Wenn ich neben einem Dieselfahrzeug stehe und mir wird von dem beißenden stechenden Geruch richtig schlecht. Das liegt vor allem am Stickstoffdioxid. Das Stickstoffmonoxid merke ich gar nicht…

NO ist farb- und geruchslos. Wenn man es aber in sehr hohen Dosierungen inhaliert - es ist ja in der medizinischen Anwendung als hochgereinigtes Gas verfügbar - dann spürt man einen leicht metallischen Geschmack. Ich hatte es selbst einmal zum Test inhaliert. Das liegt wahrscheinlich an der sehr schnellen und starken Bindung des Stickstoffmonoxids direkt am Hämoglobin, umgangssprachlich dem roten "Blutfarbstoff". Das löst eine Geruchs- und Geschmackssensation aus.

Während das Stickstoffmonoxid also auch eine medizinische Bedeutung hat - gibt es irgendetwas zur Ehrenrettung des Stickstoffdioxids zu sagen?

Nicht dass ich wüsste! Da ist es wirklich besser dem Stickstoffdioxid so weit wie möglich aus dem Wege zu gehen.

Ardeschir Ghofrani ist Lungenarzt am Universitätsklinikum Gießen. Zusammen mit dem Pharmakologen Johannes-Peter Stasch und dem Arzt Reiner Frey hat er 2015 den Deutschen Zukunftspreis für die Entwicklung eines Medikaments gegen Lungenhochdruck erhalten, welches - ähnlich wie Stickstoffmonoxid - als Botenstoff zu einer Erweiterung der Blutgefäße führt.