Partikkelegenskaper og viktige definisjoner

Mens NO₂ er en veldefinert gass har svevestøv langt mer kompleks sammensetning og kan inneholde tusenvis av ulike kjemikalier. Svevestøv (Particulate Matter, PM) varierer både i størrelse og sammensetning, og deles gjerne inn i ulike størrelsesfraksjoner. De viktigste størrelsesgruppene er: PM₁₀, PM_2,5 og PM_0,1, som er partikler med aerodynamisk diameter under henholdsvis 10-, 2,5- og 0,1 mm. PM₁₀ utgjør såkalt respirabel fraksjon av støv, dvs. partikler som kan trenge ned i luftveiene ved inhalering. Partikler med diameter mellom 10 og 2,5 mm (PM_10–2,5) betegnes som grovfraksjonen, partikler med diameter under 2,5 mm som finfraksjonen, og partikler med diameter under 0,1 mm som ultrafine eller nanopartikler. Forbrenningspartikler dominerer i finfraksjonen og i den ultrafine fraksjonen, mens mekanisk genererte partikler dominerer ofte grovfraksjonen. Fine forbrenningspartikler består i stor grad av en karbonkjerne med kondenserte hydrokarboner (som polysykliske aromatiske hydrokarboner, PAH) og spor av metallisk aske. Grovfraksjonen er gjerne rik på mineraler og kan inneholde mye metaller, samt noe biologisk materiale som pollen og rester fra mikroorganismer.

Kilder til svevestøv og NO₂

Menneskeskapte kilder til svevestøv kan deles inn i stasjonære og mobile kilder.Stasjonære kilder inkluderer ulike forbrenningsanlegg for energiproduksjon, ulike industrier, avfallsbehandling, byggeplasser, erosjons- og veistøv. Særlig slitasje av veidekke på grunn av piggdekkbruk, er en viktig kilde til grovt støv (PM_10–2,5). Oppvirvling av grovt veistøv er spesielt et problem på tørre dager på sen vinter og tidlig vår. ålinger fra Elgseter gate i Trondheim har vist at opptil 90 prosent av svevestøvet kan være mineralpartikler fra slitasje av veidekket. Dette grove støvet faller imidlertid relativt raskt ned etter oppvirvling, og spres derfor ikke særlig langt fra veibanen, sammenliknet med finere eksospartikler. I enkelte norske byer og tettsteder kan imidlertid også bergverksindustri som gruvedrift og pukkverk, være en betydelig kilde til lokale nivåer av PM₁₀. PM_2,5 fraksjonen (spesielt andelen partikler mindre enn 1 mm) stammer i stor grad fra forbrenningsreaksjoner. De viktigste kildene til forbrenningspartikler er eldre dieselkjøretøy uten partikkelfilter og vedfyring fra privatboliger. Forbrenningspartikler fra vedfyring og forurensning fra veitrafikk vil imidlertid distribueres ulikt i bymiljøer. Selv om eksosstøv spres over lengre avstander enn det grovere veistøvet, vil konsentrasjonen av eksospartikler (og NO₂) være høyere nær trafikkerte veier, spesielt i rushtiden. Man ser derfor gjerne topper av PM_2,5-nivåer når folk reiser til og fra jobb. Vedfyringspartikler vil normalt spres mer jevnt utover boligstrøk, og konsentrasjonene når gjerne en topp på kveldstid når folk er kommet hjem fra jobb. Det kan ikke utelukkes at denne forskjellen i både geografisk og tidsmessig forekomst av vedfyrings røk og trafikkeksos kan ha betydning for helseeffekter i befolkningen. I en del norske byer og tettsteder kan vedfyring bidra vesentlig til svevestøvnivåene, spesielt i kalde perioder da flere benytter ved til oppvarming av bolig. Kaldt og stille vær, særlig inversjon, der kald luft blir liggende nær bakken og luftutskifting hindres, er generelt et problem for luftkvaliteten. Lokal luftforurensning kan dermed oppkonsentreres betydelig over tid. I tillegg vil langtransportert støv kunne bidra betydelig til lokal forurensning. Dette svevestøvet bidrar mer til årsmidlet og vesentlig mindre til kortvarige episoder med høye topper.

Nitrogenoksider (NO_x) stammer i all hovedsak fra dieseleksos og består av nitrogenmonoksid (NO) og nitrogendioksid (NO₂). Veitrafikk er hovedkilden til NO₂ i de større byene, men skipsfart og langtransportert forurensning kan også bidra. Et problem har vært at dieselpartikkelfilterteknologi brukt i kjøretøy for å redusere utslippet av eksospartikler, til dels har gitt økte utslipp av NO₂. Fra 2014 ble det innført krav fra EU om rensing av NO₂ og NO_x fra diesel motorer (Euro 6). Imidlertid har det blitt kjent gjennom den mye omtalte VW-skandalen at bilprodusentenes filtreringsteknologi ikke virker i henhold til Euro 6-kravene. Det er derfor uklart hvorvidt nye dieselbiler faktisk vil ha noe særlig lavere NO₂-utslipp under reelle kjøreforhold, særlig ved kaldt klima.

Luftkvalitetskriterier og lovbestemte grenseverdier

Folkehelseinstituttet (FHI) og Miljødirektoratet har utarbeidet luftkvalitetskriterier for 15 ulike luftforurensningskomponenter (Folkehelseinstituttet 2013). Kriteriene er utelukkende basert på helsefaglige vurderinger og er satt så lavt at ut fra nåværende kunnskap kan de aller fleste utsettes for disse nivåene uten at det oppstår skadevirkninger. For å bedre luftkvalitet er det fastsatt grenseverdier for ulike luftforurensningskomponenter i forurensningsforskriften kapittel 7 om lokal luftkvalitet, som er underlagt forurensningsloven. I forskriften er det fastsatt grenseverdier for ulike forurensningskomponenter som ikke må overskrides i utendørsluft flere enn det tillatte antall ganger. Til forskjell fra luftkvalitetskriteriene er ikke de lovbestemte grenseverdiene utelukkende basert på helsefaglig kunnskap, men tar også samfunnsøkonomiske, administrative og tekniske hensyn.

Helseeffekter av svevestøv

En rekke befolkningsundersøkelser fra hele verden viser en assosiasjon mellom nivåer av svevestøv (PM) i uteluft og sykelighet og dødelighet i befolkningen. Klarest sammenheng er det mellom økninger i nivåer av PM₁₀ og PM_2,5 og økninger i antall dødsfall og sykehusinnleggelser. Både korttids- og langtidseksponering for PM viser sammenhenger med dødelighet og sykelighet. Doseresponskurven synes å være lineær ned mot svært lave konsentrasjonsområder. For langvarig eksponering er risikoen høyere enn for kortvarig, og sammenhengene er best dokumenterte for langvarig økte PM_2,5-nivåer sammenlignet med PM₁₀. Eksponering for svevestøv kan føre til inflammasjon, noe som synes å være sentralt i utvikling og forverring av lunge- og hjerte- og karsykdommer. Effekter skyldes også til dels forbindelser bundet til partiklene. Særlig effekter av forbrenningspartiklene antas i stor grad å skyldes organiske kjemikalier fra ufullstendig forbrenning, slik som PAH’er.

Ved kortvarig eksponering (episoder på et til tre døgn) er PM₁₀ og PM_2,5 funnet å være assosiert med økt antall innleggelser på sykehus for luftveis- og hjerte- og karsykdommer. Hos astmatikere er både PM10- og PM_2,5-eksponering forbundet med økt hyppighet av luftveissymptomer, økt bruk av medisiner og endringer i lungefunksjon. Studiene er utført i områder med konsentrasjoner ned mot henholdsvis 20 mg/m³ for PM₁₀ og 6–8 mg/m³ for PM_2,5. Langvarig eksponering for PM₁₀ og PM_2,5 synes å ha sammenheng med økt forekomst av respiratoriske symptomer, så vel som redusert lungefunksjon. Også forekomsten av hjerte- og karsykdom har sammenheng med langvarig PM₁₀- og PM_2,5-eksponering. Disse sammenhenger er observert ved årsgjennomsnitt 18 – 68 mg/m³ for PM₁₀ og ned mot 5 til 10 mg/m³ for PM_2,5. Til sammenlikning ligger årsmiddelkonsentrasjoner for PM₁₀ og PM_2,5 i Oslo, på henholdsvis 15–20 og 8–10 mg/m³.

I tillegg til PM₁₀ og PM_2,5, er PM_10–2,5 (eller grovfraksjonen), PM_0,1 (ultrafine partikler) og svarte karbonpartikler brukt som partikkelparametere i enkelte befolkningsstudier. Grovfraksjonen synes å ha sammenheng med dødelighet og sykelighet etter kortvarig eksponering, men først og fremst i forbindelse med luftveissykdommer. Når det gjelder langvarig eksponering er det for få studier til å kunne trekke noen konklusjon. Datagrunnlaget for PM_0,1 (ultrafine partikler) og dødelighet og sykelighet er fremdeles for tynt til å si noe om årsakssammenhenger, men enkelte studier finner assosiasjoner både med masse og partikkelantall. For svarte karbonpartikler er det vist sammenheng mellom korttidseksponering og dødelighet, samt sykehusinnleggelser for astma og hjerte- og karsykdommer. For langtidseksponering er det også observert en sammenheng med dødelighet og respiratoriske helseutfall. Risikoestimatene for svarte karbonpartikler på dødelighet og sykelighet er høyere enn for PM_2,5 og PM₁₀ både ved kortvarig og langvarig eksponering.

Generelt kan det synes som det grove veistøvet (PM_10–2,5) hovedsakelig påvirker luftveiene, mens de finere forbrenningspartiklene (PM_2,5 og PM_0,1) i større grad påvirker hjerte-karsystemet. Nyere studier tyder også på at svevestøv kan forårsake en lang rekke andre effekter i nervesystemet (inklusiv autisme hos barn og demens hos eldre), på fosterutvikling, reproduksjon, samt forverre eller forårsake stoffskifteforstyrrelser (som diabetes og fedme). Disse effektene antas i stor grad å skyldes langtidseksponering for forbrenningspartikler, men årsakssammenhengen er fremdeles uklar og risiko kan ennå ikke kvantifiseres.

Helseeffekter av nitrogenoksider

Helseskadelige effekter av nitrogenoksider er først og fremst knyttet til NO₂. NO kan også utløse biologiske effekter, men da først ved meget høye konsentrasjoner, som den generelle befolkning sjelden eller aldri blir utsatt for. De viktigste helseeffektene som er knyttet til NO₂-eksponering er nedsatt lungefunksjon og forverring av astma og bronkitt.I kontrollerte kliniske studier er NO₂ vist å gi redusert lungefunksjon og endret luftveisreaktivitet mot kaldluft, ulike kjemisk stimuli og allergener. Hos friske personer inntrer slike effekter bare ved svært høye eksponeringer (fra 1880 mg/m³ NO₂ over én time). De samme effektene opptrer hos astmatikere allerede i konsentrasjonsområdet 376–560 mg/m³ NO₂. Samlet sett synes befolkningsstudier å indikere at kortvarig økte NO₂-nivåer har sammenheng med økt forekomst av dødsfall, og spesielt forårsaket av luftveissykdommer. I de fleste studiene er det justert for andre faktorer som kunne ha sammenheng med dødelighet, men det råder likevel en viss usikkerhet om eller hvor mye av den observerte dødeligheten som skyldes NO₂ alene. Spesielt kan ikke effekten av ultrafine partikler utelukkes. Det er mulig at NO₂ og andre faktorer virker sammen.I disse studiene har det vist seg vanskelig å etablere en nedre grense for effekt, men økninger i risiko for dødsfall har vært rapportert fra 20 til 40 mg NO₂/m³ (døgnmiddel) og høyere. Dødeligheten synes relatert til både times-midler og døgnmidler av NO₂.

Sykdomsbyrdeberegninger for Norge

Det er i hovedsak fire mål på sykdomsbyrde: antall dødsfall, tapte leveår, helsetap, samt summen av de to sistnevnte som er helsetapsjusterte leveår (Disability-Adjusted Life Year, DALY). DALY som måleenhet på sykdomsbyrde, er således et samlemål på tap av leveår ved dødsfall og helsetap ved sykdommer eller skader man lever med og lider av. Sykdomsbyrde defineres i form av helsetap og tapte leveår, og ikke etter hvorvidt sykdommene påvirker for eksempel inntekt, helsetjenestebruk eller produktivitet (FHI, 2016). Tapte leveår er et mål på dødelighet hvor et dødsfall tillegges større vekt jo tidligere det skjer i livet. Vekten som er valgt er antall forventede, gjenstående leveår når dødsfallet inntraff, beregnet etter en referanse-dødelighetstabell. Sykelighet mens man er i live måles som helsetap, som er produktet av sykdomsforekomst (prevalens) i befolkningen og sykdommens helsetapsvekt. Helsetapsvekten er et tall mellom 0 («helt frisk») og 1 («død») som uttrykker størrelsen på helsetapet som er forbundet med sykdommen eller skaden. Sykdomsbyrdemålene beregnes for ett kalenderår.

Sykdomsbyrdeberegninger for Norge, basert på resultater fra det globale sykdomsbyrdeprosjektet (GBD), viser at for 2015 kan 1450 dødsfall, 17 378 tapte leveår og 18 422 DALY tilskrives fint svevestøv (PM_2,5). Disse tallene gjelder for begge kjønn i alle aldre. For gruppen av personer under 70 år tilskrives 295 dødsfall, 8119 tapte leveår og 8754 DALY fint svevestøv (Folkehelseinstituttet 2017). På oppdrag fra Statens vegvesen utførte FHI i 2016 sykdomsbyrdeberegninger for luftforurensning i Oslo for 2013. Det ble da gjennomført separate beregninger for korttidseksponering (episoder) for PM₁₀ og langtidseksponering (årsmiddel) for PM_2,5. Beregninger av sykdomsbyrde viser at luftforurensningskomponenten PM_2,5 bidrar med 2674 DALY pr. år i Oslo, hvor både helsetap og tapte leveår inngår. Beregnet som rate, blir dette 424 DALY pr. 100 000. Tapte leveår som følge av dødelighet knyttet til hjerte- og kar- og luftveissykdommer utgjør størstedelen av estimert DALY. Totalt for Oslo tilskrives 104 (39–165) for tidlige dødsfall og 865 (323–1376) tapte leveår fra hjerte- og karsykdom, og 81 for tidlige dødsfall og 888 (342–1388) tapte leveår fra lungekreft og annen lungesykdom langtidseksponering for PM_2,5. Til sammenlikning tilskrives 115 (86–143) for tidlige dødsfall og 1322 (994–1648) tapte leveår, korttidseksponering for PM₁₀. Disse beregnede sykdomsbyrdeestimatene for PM₁₀ og PM_2,5 kan imidlertid ikke summeres, da dette vil innebære dobbelttellinger, ettersom PM_2,5 inngår som del av PM₁₀.

Det er viktig å være klar over at GBD-prosjekts kriterier for utvelgelse av studier er meget strenge når det gjelder design og at risikoen også må være kvantifiserbar. Som konsekvens favoriserer GBD-prosjektet veletablerte årsakssammenhenger og ser følgelig bort fra en rekke epidemiologiske studier som gir gode holdepunkter for helseskade, men som ikke uten videre kan brukes i kvantifisering av risiko. Lancet-kommisjonen understreker derfor at sykdomsbyrde fra forurensning høyst sannsynligvis underestimeres, og at beregnet sykdomsbyrde antas å øke i fremtiden når datagrunnlaget styrkes. Dette gjelder blant annet sammenhenger mellom luftforurensning og diabetes, for tidlig fødsel og nevrologiske sykdommer, inkludert autisme i barn og demens blant eldre (Landrigan et al., 2017).

Utsatte grupper i befolkningen

Akutte effekter fra luftforurensing, ved de konsentrasjonene man opplever i Norge, rammer i første rekke personer med dårlig helse og høy alder. Det er i første rekke personer med eksisterende luftveissykdom som astma og KOLS, hjerte og karsykdom og diabetes som har økt risiko for sykdomsutvikling/forverring og død ved eksponering for luftforurensning. Luftveisinfeksjoner ser også ut til å øke mottagelighet for luftforurensning, og vice versa: det er kjent at luftforurensning kan nedsette immunforsvaret og dermed øke mottagelighet for luftveisinfeksjoner. Dessuten er barn mer utsatt for helseeffekter av inhalasjonseksponering da de puster mer luft pr. vektenhet, og har uutviklete luftveier og immunsystem.

Avsluttende kommentarer

Luftforurensning er det miljøproblemet som har størst kvantifiserbar betydning for menneskers helse, både nasjonalt og internasjonalt. De siste års forskning har vist at luftforurensning trolig påvirker langt flere helseutfall enn man tidligere var klar over.Veistøv, eksospartikler og NO₂ fra veitrafikk, samt vedfyring utgjør de viktigste kildene i Norge. Det grove støvet (PM_10–2,5) som veistøvet er en del av, synes i hovedsak å påvirke luftveiene, mens de fine forbrenningspartiklene (PM_2,5 og PM_0,1) synes i større grad å påvirke hjerte- og karsykdom.Med støtte fra BEDREHELSE-programmet til Forskningsrådet, har Folkehelseinstituttet nylig startet et forskningsprosjekt i samarbeid med Statens vegvesen, St. Olavs Hospital, NTNU, og europeiske samarbeidspartnere, for å undersøke om veistøv og eksospartikler faktisk påvirker lunge- og hjertekarsystemet ulikt. En sentral del av dette prosjektet er å undersøke hvordan ulike tiltak, som restriksjoner i dieselbilbruk, piggdekkavgifter, eksosrenseteknologi og sammensetning av veidekket vil kunne redusere helsefaren ved trafikkforurensninger. Vår avdeling er også aktivt involvert i fellesnordiske epidemiologiske studier for å undersøke effekter av lave nivåer av svevestøv.

Med endring i bilparken, og en gradvis utfasing av diesel- og bensinbiler, vil betydningen av trafikkeksos forventes å avta i femtiden, men dette kommer til å ta tid. Offentlige målsettinger er at bensin- og dieselbiler skal utfases fra 2025. Trafikkeksos vil derfor kunne være et problem for luftkvalitet i norske byer i flere tiår fremover. Overgang til el- og hydrogenbiler vil ikke endre dannelsen av veistøv fra slitasje av veidekke, dekk og bremser. Vedfyring representerer en viktig kilde til forbrenningspartikler i norske byer og tettsteder, det hersker imidlertid noe usikkerhet rundt hvorvidt vedfyringsrøyk har de samme helseeffektene som trafikkeksos, da den kjemiske sammensetningen av disse partiklene avviker noe. Avklaring av den helsemessige betydningen av vedfyring, og hvorvidt overgang til moderne vedovner er en tilstrekkelig løsning, vil være viktig for luftkvalitetsarbeidet i Norge.

Det er viktig å merke seg at forbrenning av kull og olje er en hovedkilde til forurenset luft på verdens basis. Tiltak som nå iverksettes for å bedre luftkvaliteten i en rekke større byer verden over, vil også redusere CO₂-utslipp og er derfor viktige bidrag i kampen mot global oppvarming.