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Allergen- statt Pollenflugvorhersage

Prof. Dr. rer. pharm. Jeroen Buters, Toxikologe am Zentrum Allergie & Umwelt (ZAUM), Technische Universität & Helmholtz Zentrum München

Reicht die Pollenflugvorhersage oder brauchen wir die Allergenvorhersage?

Für Heuschnupfen-Patienten ist die Pollenflugvorhersage ein nützlicher Service. Schließlich ermöglicht es ihnen in der Pollensaison, die Tage mit der höchsten Belastung zu umgehen, indem sie den Aufenthalt im Freien meiden. In der Forschung beschäftig man sich doch schon lange mit dem nächsten Schritt. Nicht die Vorhersage der Pollenkonzentration, sondern die Allergenkonzentration und damit die Möglichkeit einer Allergenvorhersage, stehen im Zentrum der Untersuchungen. Ein wichtiges Stichwort ist hierbei das biologische Exposom. MeinAllergiePortal sprach mit Prof. Dr. rer. pharm. Jeroen Buters, Toxikologe am Zentrum Allergie & Umwelt (ZAUM), Technische Universität & Helmholtz Zentrum München über seine Forschungsarbeit, erste Erkenntnisse und Ziele.

Herr Prof. Buters, Sie beschäftigen sich in Ihren Forschungsarbeiten zum Thema Allergie mit dem "biologischen Exposom". Was genau versteht man darunter?

Unter dem biologischen Exposom versteht man alle biologischen großmoleküligen Bestandteile der Luft, die im Laufe des Lebens in Nase und Lunge eines Menschen kommen. Dazu gehören z.B. Pflanzenteile, Pollen, Pollenallergene, Schimmelsporen, lebende und tote Bakterien – im Grunde alles außer chemischen Bestandteilen.

Wichtig zu erwähnen ist, dass es sich nicht bei all diesen Bestandteilen um Allergene handelt. Bakterien z.B. sind keine Allergene, sie können aber das allergische Geschehen beeinflussen, entweder indem sie schützend wirken oder aber indem sie einen negativen Einfluss haben. In der Literatur findet man überwiegend die Aussage, dass die Bakterien schützend wirken, aber dafür kommt es darauf an, um welche Bakterien es sich handelt und wie viele verschiedene Spezies vorhanden sind.

Es ist ein wichtiger Aspekt bei unserer Arbeit am biologischen Exposom, dass wir uns im Zusammenhang mit Allergien nicht allein auf die Pollen konzentrieren, sondern die Gesamtheit der Bestandteile der Atemluft in Betracht ziehen, eben das gesamte biologische Exposom. Übrigens ist das Mikrobiom, das im Zusammenhang mit der Hygiene-Hypothese diskutiert wird, ein Teil des biologischen Exposoms und bezeichnet die Gesamtheit der Bakterien des menschlichen Körpers, allerdings handelt es sich hier um das innere biologische Exposom.  

Warum ist das biologische Exposom ein wichtiger Faktor und warum ist es im Zusammenhang mit Allergien von Bedeutung?

Jeder Mensch ist individuell verschiedenen Einflüssen ausgesetzt. Zum einen sind da die chemischen Substanzen, die je nach Wohnort eine Rolle spielen. Dies können z.B. die Dieselrußpartikel sein, die bei einer Wohnlage in der verkehrsreichen Innenstadt eine Rolle spielen, oder - im Innenraum - der feine Textilstaub aus der Kleidung. In der Regel beschäftig man sich mit den chemischen Bestandteilen der Luft und deren Auswirkungen auf die Gesundheit und vernachlässigt die biologische Komponente.

Auch bei der Untersuchung der Stallstäube im Zuge der Bauernhofstudien hat man festgestellt, dass die Bakterien in der Umluft eine vor Allergien schützende Wirkung zu haben scheinen. Dennoch beschäftigte man sich bisher nicht sehr intensiv, außer bei den Bauernhofkindern, mit der biologischen Komponente der Atemluft, dem biologischen Exposom.

Erwiesen ist, dass der Körper auf biologische Komponenten allergisch reagieren kann, also macht es durchaus Sinn, den dahinter liegenden Mechanismen auf den Grund zu gehen. Wir untersuchen deshalb, welche Faktoren beim biologischen Exposom für die allergischen Reaktionen und Sensibilisierungen verantwortlich sind und was von außen an Einflüssen an das Individuum herangetragen wird.


Trägt ein Mensch das biologische Exposom in sich oder ändert es sich mit jedem Umzug?

Die neuesten Erkenntnisse zeigen, dass man das biologische Exposom auch in sich trägt – dies wäre dann das innere biologische Exposom. Bei Asthmatikern findet man z.B. eine höhere Anzahl bestimmter Bakterienstämme in der Lunge als bei Nicht-Asthmatikern. Die Frage ist hier nur, was war zuerst da? Die Henne oder das Ei? Das Asthma oder die veränderte Bakterienflora? Und: Ist diese verstärkte Besiedlung mit bestimmten Bakterien für den Asthmatiker gut oder schlecht?

Man weiß aber z.B. auch, dass manche Menschen bestimmte Bakterien mit sich tragen, die immer  wiederkehren. Auch wenn die Bakterien zuvor erfolgreich durch Antibiotika vernichtet wurden, kehren diese bestimmten Bakterien bei diesen Menschen immer wieder.  Es scheint so, als gäbe es hier individuelle Voraussetzungen, die die erneute Ansiedlung dieser speziellen Bakterienstämme begünstigen. 

Leider weiß man noch nicht, ob das Exposom sich im Laufe eines Lebens verändert - die Forschung am biologischen Exposom ist eine sehr neue Forschungsrichtung. Der Fokus unserer Studien liegt daher zunächst auf der Frage, was von außen kommt.  Z.B. findet man in der Außenluft auch tote Bakterien, die aber dennoch das Immunsystem stimulieren können.

Sie bewerten in Ihren Untersuchungen nicht allein die Pollenbelastung in der Luft, sondern auch die Pollenpotenz. Wie erfolgt diese Berechnung und wozu dient sie?

Der aktuelle Standard in Europa ist die Messung der Anzahl der Pollen pro Kubikmeter Luft. Damit ist Europa führend denn man ist z.B. in den USA nicht einmal in der Lage zu sagen, welche Pollenkonzentration in der Luft vorhanden ist, man weiß dort lediglich, ob viele oder wenige Pollen vorhanden sind.

In Europa sind wir jedoch noch einen Schritt weiter gegangen. Wir haben gerade ein großes Europäisches Forschungsprojekt abgeschlossen, das nicht die Messung der Pollen, sondern der Allergene pro m3 zum Ziel hatte. Aus dem Quotienten aus der Anzahl der Pollen und der Menge der Allergene ergibt sich dann die Pollenpotenz (Allergen pro Pollen).

Wie genau misst man den Allergengehalt der Luft und welche Erkenntnisse konnten Sie aus der Pollenpotenz-Studie gewinnen?

Noch sind die dafür nötigen Messungen sehr aufwändig. Zur Messung der Allergenkonzentration wird ein separates Gerät ca. in 5 m Abstand zu einer normalen Pollenfalle aufgestellt. Diese Apparatur misst dann im gleichen Luftabschnitt wie die Pollenfalle einen anderen Wert, d.h. nicht die Anzahl der Pollen, sondern die Menge der Allergene in der Luft.

Unsere Messungen der letzten Jahre haben bereits gezeigt, und dies gilt für ganz Europa, dass die Pollen eine sehr unterschiedliche Potenz aufweisen. Diese Potenz ändert sich von Tag zu Tag, von Land zu Land und von Jahr zu Jahr und kann sich um den Faktor 10 oder mehr unterscheiden.

Für den Patienten könnte dies heißen: Nicht die Pollenmenge oder der Pollenflug sind ausschlaggebend für den Schweregrad einer allergischen Reaktion, sondern die Menge an Allergen die durch die Pollenpotenz bestimmt wird. Dementsprechend müsste nicht die Anzahl der Pollen mit den Allergie-Symptomen der Heuschnupfen-Patienten korreliert werden, sondern die Alergenmenge. Schließlich sind es nicht die Pollen, die nur die Träger der Allergene sind, die die Beschwerden auslösen, sondern die Allergene selbst. Genau diesen Zusammenhang versuchen wir mit unseren Forschungen nachzuweisen und hierfür korrelieren wir die Pollenpotenz mit den Symptomen der Patienten.

Wie lange untersuchen Sie schon den Zusammenhang zwischen Pollenpotenz und den Heuschnupfen-Symptomen der Patienten und mit welchen Mitteln?

Die Untersuchungen laufen seit 2008 in Zusammenarbeit mit der Stiftung Deutscher Polleninformationsdienst in Berlin. Allerdings war es nicht so leicht für uns, Studienteilnehmer für eine Teilnahme zu gewinnen. Für die Studie müssten Heuschnupfenpatienten während der für sie relevanten Saison täglich ihre Symptome in ein Online Pollentagebuch eintragen. Nachdem wir über diverse Maßnahmen, wie die direkte Ansprache auf der Straße oder Hinweisen in Radio und Fernsehen nicht genügend Teilnehmer gewinnen konnten, haben wir in 2013 eine kostenlose App für Android und iPhone (Applet "Pollen") eingeführt, mit der Heuschnupfen-Patienten täglich sehr bequem und mobil ihre Symptome eingeben können – das dauert nur eine Minute pro Tag!

Für den Heuschnupfen-Patienten bzw. auch für den Asthma-Patienten bietet das Pollentagebuch den Vorteil, dass, aufgrund der individuellen Eingaben, eine personalisierte Symptomvorhersage möglich ist. Der Patient kann so seinen Alltag besser planen und auch ein optimiertes Medikamentenmanagement wird ermöglicht. Mit Hilfe der App geht das natürlich noch schneller und bequemer und hier liegen auch schon erste Resultate vor. Für die nächsten Jahre wünschen wir uns aber durchaus noch höhere Teilnehmerzahlen, denn nur so können wir langfristig sicher ermitteln, ob es die Pollenzahl oder die Pollenpotenz ist, die zukünftig die Basis der Vorhersage sein sollte.


Was versteht man unter "Gewitter-Asthma" und wo ist der Zusammenhang mit der Pollenpotenz?

Man hat festgestellt, dass es bei Gewittern während der Pollensaison vermehrt zu Asthma-Anfällen kommen kann, deshalb Gewitter-Asthma. Es kommt jedoch nicht bei jedem Gewitter zu Gewitterasthma. Außerdem haben wir beobachtet, dass die veränderte Pollen häufig nicht während des Gewitters auftreten, sondern bereits im Vorfeld.

Der ausschlaggebende Faktor beim Gewitter-Asthma scheint zu sein, dass die Pollen aufreißen und damit hohe Mengen an Allergenen frei setzen. Normalerweise werden Allergene aus den Pollen freigesetzt, indem sie durch die Außenhaut der Pollen diffundieren. Das Aufreißen der Pollenhaut sorgt also für eine plötzliche Entladung, was offensichtlich wiederum heftige Symptome bei Asthmatikern auslösen kann. Die Ursache für das Aufreißen der Pollen ist jedoch anscheinend nicht das Gewitter selbst, sondern eine plötzliche Veränderungen der Luftfeuchtigkeit. Wir vermuten, dass dieses Phänomen auch unabhängig von einem Gewitter auftreten kann und dann ebenfalls zu starken Symptomen bei Asthmatikern führen kann. Welche Mechanismen hier ausschlaggebend sind wissen wir jedoch noch nicht. Wir stehen hier mit unseren Forschungsarbeiten noch ganz am Anfang.

Welche Zusammenhänge gibt es zwischen dem biologischen Exposom und der Feinstaubbelastung?

Zum einen gibt es hier ein Wahrnehmungsproblem. Während man in der Europäischen Luftqualitätsrahmenrichtlinie Grenzwerte für die Feinstaubbelastung bzw. den Anteil der chemischen Belastung der Luft festgelegt hat, fehlt nach wie vor der Fokus auf die biologischen Bestandteile der Luft. Obwohl es unstrittig ist, dass Pollen Allergene enthalten und diese Allergien, also erhebliche Erkrankungen, hervorrufen, kommen biologische Bestandteile der Luft auch in der neuen Richtlinie nicht vor. Die Konsequenz ist, dass man vom Gesamtexposem, dem der Mensch ausgesetzt ist, nur einen Teil in Betracht zieht, den chemischen Teil, der leichter zu messen ist. Das Ignorieren des biologischen Exposoms – denn außer den Pollen wird hier bis jetzt nichts gemessen - kann aber dazu führen, dass ein wesentlicher Teil des Gesamtexposoms einfach nicht erforscht wird und somit Ursache einer schädlichen Entwicklung werden kann.

Zum anderen weiß man, dass es eine Wechselwirkung zwischen Feinstaub und bestimmten Erkrankungen gibt. Zum einen kann Feinstaub die Entstehung von Sensibilisierungen befördern, zum anderen können Allergiesymptome dadurch verstärkt werden. Hier gibt es auch eine Schnittmenge zum biologischen Exposom, denn Feinstaub kann sich verstärkend auf die Allergenität der im biologischen Exposom vorhandenen Allergene und damit auf die Allergiesymptome auswirken.

Wie sieht die Pollenflugvorhersage der Zukunft aus?

Momentan ist die Messung der Allergene noch ein Forschungsprojekt – noch müssen wir nachweisen, dass die Messung der Allergen und nicht die der Pollen im Zentrum der Aufmerksamkeit stehen sollte.

Ziel für die nächsten 10 Jahre ist es, die Pollenflugvorhersage genauer und verlässlicher zu gestalten. Ein Vorbild kann hier die Vorgehensweise bei der Wettervorhersage sein. Bei der Wettervorhersage für Deutschland wird z.B. das aktuelle Wetter mit Windrichtung und Windgeschwindigkeit korreliert und daraus ergibt sich die Vorhersage für die nächsten Tage. Das gleiche Prinzip sollten wir auch für die Pollenflugvorhersage nutzen. Wir brauchen hierfür eine schnellere Technologie, die eine Online-Erfassung des Pollenflugs ermöglicht und in die Modelle der Wettervorhersage einfließen lässt. So würde die Pollenflugvorhersage quasi simuliert und damit präziser.

Ein weiteres Ziel ist die weitere Individualisierung der Pollenflugvorhersage. Jeder Heuschnupfen-Patient hat seine individuelle Allergen-Toleranzgrenze und durch die Kombination von Pollenflugvorhersage und den persönlichen Symptomen sollte es möglich sein, eine präzise persönliche Symptomvorhersage zu ermöglichen. Dies hilft den Heuschnupfenpatienten dann auch bei der Dosierung der benötigten Medikamente. Dafür müssen wir jedoch zunächst noch untersuchen, welche Wetterfaktoren welche Einflüsse auf die Pollenpotenz haben.
Ganz wichtig ist es festzuhalten, dass wir zwar das aktuelle Modell der Pollenflugvorhersage optimieren, nicht aber ersetzen wollen. Wie gesagt, ist unser System der Pollenflugvorhersage sehr effizient und gilt anderen Ländern als Vorbild. Man muss sich aber bewusst machen, dass dieses ausgeklügelte System sich maßgeblich auf private Initiativen stützt, es sind interessierte Privatpersonen, die die Pollenfallen betreuen und so die Basisdaten für die Vorhersage liefern. Deshalb an dieser Stelle an die Politik appellieren, endlich die nötigen Mittel zum Erhalt dieses Systems bereit zu stellen.

Herr Prof. Buters, ich danke Ihnen für dieses Gespräch!

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