Umweltchemie
Block 8
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Cartes-fiches
Wie können Luftschadstoffe in den Atemwegen wirken?
Reizung der Schleimhäute / Entzündungen / Einengung der Bronchien (Atemwege enger)
Schädigung der Abwehrzellen / Entzündungen / Veränderung der Membranpermeabilität / Übertritt der Partikel in Lungengewebe/Blutbahn
Was kann Feinstaub für Auswirkungen haben?
Vasokonstriktion aufgrund einer endothelialen Dysfunktion, welches eine Vasodilatation und somit eine Blutdruckkorrektur verhindern kann.
Sklerosen/Thrombogenesen
Insulinresistenzen
Atem-/Herzfrequenz erhöht
Nenne 3 Beispiele für Kurzzeiteffekte von PM
Erhöhte Mortalität
Husten/Auswurf/Atemnot
Verschlechterung der Lungenfunktion
Nenne 5 Beispiele für Langzeiteffekte von PM
Hypertonie
Hirnschlag
Asthma
Verkürzung der Lebenserwartung
Lungenkrebs
(10 Mikrogramm / Kubikmeter -> 1/2 Lebensjahr weniger)
Nenne 3 schädliche Luftstoffe
NO2
Ozon
SO2 (im feuchten Milieu zu schwefliger Säure mit Bronchospasmen, reduzierte Lungenfunktion und Schleimhautreizungen wie Ozon)
Wieviele Atome können durch 2MeV ionisiert werden?
2 MeV = 2'000'000 eV
2'000'000 eV / 10 eV = 200'000 Atome!
10 eV = Elektronenbindungsenergien von Atomen
Nenne drei Arten von Zerfällen und ihre Eigenschaften
Alpha-Zerfall: Aussenden eines Alpha-Teilchens (He-Kern ohne Elektronen mit Energieaussendung von 4.87 MeV)
Kern bleibt häufig in einem angeregten Zustand zurück und zerfällt weiter oder emittiert Photonen.
Beta-Zerfall: Zerfall eines Neutrons in ein Proton mit Aussendung eines Elektrons und eines Antineutrinos mit Energieaussendung von 1.18 MeV. Der Impuls ist auf 3 Teilchen verteilt, d.h., die Elektronen haben ein kontinuierliches kinetisches Energiespektrum mit maximaler Energie (1.18 Mev)
Daumenregel zur Abschätzung der mittleren Elektronenenergie: \(E_{mittel}={ E_{max}\over 3}\)
Kern bleibt häufig in einem angeregten Zustand zurück und zerfällt weiter oder emittiert Photonen.
B+-Zerfall: Beim B+-Zerfall haben die Positronen ein kontinuierliches kinetisches Energiespektrum mit einer kinetischen Maximalenergie. Die Maximalenergie ist aber bei 2x 0.51 MeV = 1.02 MeV. Abschätzung gleich gerechnet wie bei B-Zerfall.
Gamma-Zerfall: Es wird ein Photon mit einer bestimmten Energie emittiert, ca. 0.662 MeV. Energie abgegeben in Form von Licht, keiner Änderung von Atomen.
Was ist ein Cluster-Zerfall?
Ein Alpha-Zerfall, welches aber ein schwereres (vielfaches) Teilchen als Helium absendet.
Zerfallsgesetze
\(N_m= {N_{m,0}\times e^{-{t\over \tau}}} = {N_{m,0}\times e^{-\lambda t}}\)
\(A = {-{dN_m\over dt}} = \lambda N_m\)
Welches 2 Arten von LET-Strahlung gibt es? Wie wirken sie?
1.) Schwache LET-Strahlung: Wirken indirekt durch freie Radikale, welche die DNA angreifen.
2.) Starke LET-Strahlung: Wirken DIREKT und schädigen die DNA (also ohne "Hilfsmittel")
Erkläre folgende Begriffe:
1.) Energie-Dosis
2.) Äquivalent-Dosis
3.) Effektiv-Dosis
1.) Energie-Dosis: Energieabgabe einer Strahlung an Materie pro kg Gewicht
2.) Äquivalent-Dosis: Energie-Dosis mal einem Strahlungsgewichtsfaktor
3.) Effektiv-Dosis: Summen der Äquivalentdosen der gesamten Organe multipliziert mit einem Gewebe-Wichtungsfaktor (für Krebsrisiko des Gesamtkörpers)
Was kann man grob über die Strahlenschädigung mit effektiver Dosis sagen?
Pro Sv effektiver Dosis erkranken 5% der Bestrahlten an Krebs
Beispiel: Effektive Dosis in CH: 4 mSv/Jahr bei 8'000'000 Bevölkerung
Gerechnet: \(Anzahl\space an\space Neu-Krebserkrankte= 0.05\times 0.004\times 8*10^6\approx 1'600\)
Wie berechnet man die Effektiv-Dosis bei einem bestimmten Gewebe?
1.) Strahlungsleistung berechnen (\(P_e = A\times E_{Zerfallsart}\))
2.) Strahlungsleistungsdichte berechnen (\(p_e = {P_e\over 4\pi r^2}\))
3.) Absorbierende Strahlung berechnen (\(P_a = p_e \times Zu\space bestrahlende\space Fläche\))
4.) Energie-Dosis berechnen (\(D = {P_a\times Dauer\space der\space Bestrahlung\over Masse\space des\space bestrahlenden\space Gewebes}\)
5.) Äquivalent-Dosis berechnen (\(AD = D\times Wichtungsfaktor\space der\space Zerfallsart\space (w_\alpha= 20, w_\beta = 1, w_\gamma = 1)\))
6.) Effektiv-Dosis berechnen (\(ED = AD\times Gewebe-Wichtungsfaktor +(AD\times Gewebe-Wichtungsfaktor \space anderer\ bestrahlter\space Körperteile)\)
Wie gross ist die jährliche Strahlenbelastung in der Schweiz?
ca. 4.2 mSv natürliche Dosis!
(Vergleich: CT ist ca. 11 mSv)
Wie gut schirmen sich die Strahlungsarten ab?
Alpha: Kurze, endliche Reichweite abhängig von der Dichte des Materials. Geben Energie kurz vor Stopp komplett ab. SEHR LEICHT ABSCHIRMBAR (z.B. durch Seidenpapier)
Reichweite: Wenige cm in Luft, wenige Mikrometer in Gewebe.
Abschirmbarkeit: Mit Seidenpapier sehr leicht abschirmbar.
Beta: Dringt besser in Materie ein.
Reichweite: Wenige Meter in der Luft, wenige mm in Gewebe
Abschirmbarkeit: Mit Blei schlecht absorbier-, aber gut reflektierbar!
Zusatz: Halbiert man den Abstand der Entfernung, so ist die Strahlung 4x höher (wird ja mit Kreis/Kugelform gerechnet)
Gamma: Berechnet mit Intensität.
Reichweite: Unendlich. d(1/2) = Halbwertsdicke, wo nur noch halb soviel strahlt nach dieser Dicke. Ca. 10 cm in Gewebe, wenige cm in Blei.
Abschirmbarkeit: Unmöglich, aber Schwächung durch Materialien hoher Dichte möglich (\(I(x)= I_oe^{-\mu x}= I_oe^{-{x\over d}}\)
Was sind die Hauptschwierigkeiten einer umweltepidemiologischen Forschung?
1.) Nachweis von möglichen kleinen Risiken/Unschädlichkeiten (insbesondere bei multifaktoriellen Zusammenhängen).
2.) Aus ethischen Gründen nur beobachtende (epidemiologische) Studien möglich
3.) Expositionsabschätzung, Falls ungenau -> Verdünnung des Effekts. (Wie stark bist du ausgesetzt etc.?)
Was können Typen von Fehlern sein in der Epidemiologie?
1.) Zufällige Fehler
2.) Bias (konsistente Abweichung vom wahren Wert, nicht zufällig)
--> 3 Arten von Bias:
a) Confounding
b) Selektionsbias
c) Informationsbias
Erkläre Confounding
Störgrösse bei der Analyse die zu falsch posiviten oder falsch negativen Resultaten führen kann.
Bedingungen:
1.) Es muss ein protektiver oder Risikofaktor für die Krankheit sein
2.) Es muss mit der Exposition assoziiert sein.
3.) Es darf NICHT durch die Exposition oder die Krankheit beeinflusst sein.
Erkläre Selektionsbias
Selektionsbias tritt ein, wenn Kontrollen nicht repräsentativ sind für die Bevölkerung aus denen die Fälle stammen.
Beispiel: Die Motivation zur Studienteilnahme ist bei Erkrankten häufig höher als bei Gesunden (Eher ein Problem bei Fall-Kontroll-Studien).
Erkläre Informationsbias
Systematische Unterschiede zwischen der Vollständigkeit oder der Genauigkeit der Daten zwischen Gesunden und Kranken. Erkrankte machen sich z.B. mehr Gedanken über vergangene Exposition und überschätzen möglicherweise ihre Exposition, wenn sie retrospektiv befragt werden.
Objektive Daten oder prospektive Expositionsabschätzung ist bevorzugt.
Was sind Vor- und Nachteile einer ökologischen Studie?
+: Sehr einfach und effizient
-: Confounding und Bias nicht berücksichtigbar. Räumliche und zeitliche Variabilität der Datenqualität ist ein Problem.
Vorteile/Nachteile einer Zeitreihenanalyse (statistische Analyse kurzfristiger Schwankungen bei der Exposition und der Sterblichkeit/Erkrankungshäufgkeit)?
+:
Analyse von Routinedaten
limitierter Einfluss von individuellen Confoundern
-:
nur akute Wirkungen erfasst
relativ anspruchsvolle statistiche Analyse
Möglicher Einfluss von zeitlichen Trends, schwierig zu modelieren
Vorteile/Nachteile der Querschnittsstudie (Gesundheit und Exposition werden zur gleichen Zeit erhoben. Man nimmt an, dass die momentan gemessene Exposition die Frühere repräsentiert und die Erkrankung nicht die Expositionssituation beeinflusst hat)?
+: Einfach in der Durchführung
-: Ursache-Wirkung unklar
Selektionsbias möglich
Nur für Prävalenz (nicht Inzidenz)
Bias, wenn Mortalität beeinflusst wird
Vorteile/Nachteile der Kohortenstudie (Beobachtung einer Kohorte von nicht-erkrankten Personen, die unterschiedlich exponiert sind, über einen gewissen Zeitraum und schauen, wieviele und wer die Krankheit entwickelt)?
+: Mehrere Endprodukte können angschaut werden
Methodisch robust, v.a. wenn prospektiv
Confounder können erhoben und berücksichtigt werden
-: Zeitliche Aufwendigkeit
Grosses Kollektiv bei seltenen Krankheiten
Vorteile/Nachteile einer Fall-Kontroll-Studie (Krankheitsfälle aus einer Grundpopulation werden mit Nicht-Fällen aus der gleichen Population/Kontrollen in Bezug auf die Exposition verglichen)?
+: Effizient für seltene Krankheiten
Störgrössen können erhoben und berücksichtigt werden
-: Selektionsbias möglich
retrospektive Expositionsabschätzung (Informationsbias)
Wie berechnet man die attributalen Fälle?
1.) Attributale Fraktion \(AF = {RR-1\over RR}\)
mit Berücksichtigung des Anteils exponierter: \(AF = {p_x\times (RR-1)\over (p_x\times (RR-1))+1}\)
2.) Anzahl Attributale Fälle berechnet sich aus AF und Krankheitshäufigkeit D: \(n = AF\times D\)
Was können Hitzewellen für Schäden bewirken?
Zunahme der Gesamtsterblichkeit, besonders Herzkreislauf-, Hirngefäss-, und Atemwegserkrankungen bei hohen Tag-/Nachttemperaturen, hoher Luftfeuchtigkeit, langer Dauer.
Wer ist betroffen vom Klimawandel?
Ältere und Personen mit vorbestehenden Krankheiten:
- Körperliche Anpassung an Hitze reduziert
- Reduziertes Durstgefühl
- Medikamente
Kleinkinder
- Hoher Flüssigkeitsverlust (Körperoberfläche, Atemfrequenz, Umsatz)
Personen, die Verhalten der Hitze nicht anpassen können
- Alta, alleinstehende, sozial isolierte & bettlägerige Menschen
- Personen mit niederem Einkommen
- Psychisch Kranke
Was gibt es für primär direkte Klimawandel-schäden?
- Hitzewellen
- Naturkatastrophen usw.
Was gibt es für indirekte Klimawandelschäden?
Nahrungsmittel
- Nahrungsmittel-Versorgung schlechter (Produktionsausfall usw.)
- Nahrungsmittelsicherheit (Bessere Vermehrungsbedingungen für Bakterien etc.)
Atemwegserkrankungen und Allergien
- Ozon: steigt bei hohen Temperaturen (Atembeschwerden, schlechtere Lungenfunktion, etc.
- Biogene Luftpartikel (Luftverschmutzung)
- Pollen
- Pilzsporen
Vektorübertragene Krankheiten
- Malaria, Gelbfieber usw. Infektion durch z.B: Mücken, Zecken, etc.
Was sind positive Gesundheitseffekte des Klimawandels?
- Weniger Kälte-Tote
- zT weniger vektor- oder parasitenübertragene Krankheiten falls Schwellenwerte überschritten
- Gesamthaft überwiegende negative Gesundheitseffekte weitaus
Was haben Umweltkrankheiten gemeinsam?
- Unspezifische medizinische/psychologische Symptome (überlappen stark)
- Schuldmedizin: Keine empirische Evidenz für die Bezeichnungen wegen nicht bewiesener Kausalität (Kein schlüssiger wissenschaftlicher Nachweis)
- Betroffene Patienten: Interessenvereinigungen, Schuldzuweisungen und Streben nach Genugtuung
- Grosses Echo in Medien
Umweltmedizinsches Beratungsnet, wie vorgehen?
- Unabhängiges, praxisbezogenes Angebot für Patienten, die als Grund ihrer Erkrankung eine Umweltnoxe vermuten
- Das Problem wird direkt gelöst oder die Patienten an umweltmedizinisch interessierte Grundversorger überwiesen
- Fachliche Begleitung
- Wissenschaftliche Begleitung, Stellungnahme
Nenne 2 Syndrome die mit der Umwelt zu tun haben
- Sick Building Syndrome (Unspezifische Innenraumbeschwerden - Arbeiten/Gebäude/Biologisch/Chemisch/Physisch usw. --> Psychosomatisch oder Somatopsychologisch? / Klimaanlage oder Betriebsklima)
- Multiple Chemical Sensitivty Syndrom (MCS): Symptome durch wiederholte Exposition an Chemikalien reproduzierbar. Beschwerdebild chronisch. Normalerweise tolerierbare Mengen führen zu Beschwerden. Symptome klingen ab wenn Chemikalien entfernt werden. Beschwerde treffen verschiedene Organsysteme.
Welche Strahlung kann Ozon absorbieren, weshalb es Ozon so wichtig macht?
Strahlung zwischen 200-310 nm
Was ist der Chapman-Zyklus? Was sagt er ungefähr aus?
Der Chapman-Zyklus bezeichnet den Kreislauf von Ozon und Sauerstoff.
Es lässt sich zusammenfassen als: \(\ce {2O_3 <=> 3O_2}\)
Wie wirken anthropogene Stoffe in der Atmospähre?
Die anthropogenen Stoffe, welche nicht in der Tropospähre abgebaut werden, gehen in die Stratospähre. Dort werden sie photochemisch in reaktive Teilchen (X) umgewandelt, die dann mit Ozon als Katalysatoren reagieren. Sie reduzieren somit die Konzentration an Ozon und erhöhen damit die Durchlässigkeit für UV-Strahlung.
Wie sieht es mit dem "Morgenverkehr" aus?
An sich ist die Konzentration von Ozon am Tag höher als am Abend, da am Tag kein photochemischer Effekt mehr da ist (photochemisches Gleichgewicht). Am Morgen mit dem Morgenverkehr entstehen auch die anthropogenen Stoffe wie Stickoxide oder Kohlenstoffmonoxide, welche photochemisch Ozon oder Stickstoffdioxid (welches dann auch wieder mit Sauerstoff Ozon bildet) bilden.
Aus wievielen Prozent entstehen PM10 aus Verbrennungen?
ca. 44%. aus ca. 56% aus Nichtverbrennungen
MIt was für einer Konzentration werden chemische Stoffe gefunden. Warum wird Antibiotika bei Tieren in der Veterinärmedizin gemieden?
Bei Konzentrationen von ng/L werden Stoffe meist entdeckt.
Antibiotika werden meist gemieden, da sie schlussendlich dann nach dem Stuhlgang usw. in den Boden/Kläranlage und dann ins Grund-/Oberflächenwasser gelangen. Somit gelangen sie dann ins Trinkwasser. Es kann aber auch dazu führen, dass Bakterien in Kläranlangen z.B. dann eine Resistenz gegen diese Antibiotika entwickeln und es somit mehr kaum bekämpfbare Krankheiten/Infektionen durch Bakterien gibt.