Fietsen is natuurlijk gezond, en ikzelf fiets redelijk veel; de woon-werk afstand bijna altijd en dan nog vaak voor privé doeleinden. Daarbij merk ik dat ik last heb van uitlaatgassen van auto’s en brommers, en vroeg me af hoe slecht dit nu eigenlijk is, en hoe blootstelling te voorkomen is. In mijn zoektocht kwam ik op een interessant afstudeerverslag dat de blootstelling van de fietsers aan fijn en ultrafijn stof verkent. Ik deel met jullie graag de vraagstelling en de conclusies, en leg iets uit van de meest opvallende zaken uit het rapport.

Achtergrond van het onderzoek

Het onderzoek is gedaan in opdracht van Fietsersbond, die een nieuwe ronde van de fietsbalans wil aanvangen. De fietsbalans is een project waarin het fietsklimaat wordt onderzocht en beoordeeld. In de nieuwe ronde van dit project wil men ook de luchtkwaliteit onderzoeken.
Fijn stof blijkt hiervoor een goede parameter omdat deze goed te correleren is met de verkeersuitstoot; en daar ongeveer 55 % van het fijn stof is afkomstig van het verkeer [RIVM 2002] is dit iets wat het fietsklimaat erg bepaald. Met fijn stof worden hier PM_2,5 (stofdeeltjes met een diameter van max 2,5 μm) en Ultra Fine Particles (UFP, oftewel ultrafijn stof, in dit rapport met diameters tussen 0,01 en 1 μm) bedoeld. De volgende vier redenen geven goed aan waarom juist deze stoffen worden onderzocht:

1. Het gemotoriseerde verkeer is één van de belangrijkste bronnen van UFP en PM_2,5.
2. Het is aangetoond dat een verhoogde blootstelling aan PM_2,5 schadelijk is voor de gezondheid [Dockery et al., 1993; Hoek et al., 2002]. Voor UFP is dit nog niet aangetoond, hoewel van deze emissies een grotere schade per massa-eenheid vermoed wordt.
3. Het is mogelijk om UFP en PM_2,5 mobiel en per seconde te meten. Dit is een randvoorwaarde voor toepassing in de fietsbalans.
4. UFP is sterk gecorreleerd aan NO_x [Seaton and Dennekamp, 2003; Westerdahl et al., 2005], en laatstgenoemde heeft acute en langetermijn gezondheidsschade als gevolg. Metingen aan UFP zeggen dus iets over de concentratie van NO_x in de atmosfeer.

Het onderzoek is te downloaden (na aanvraag) op de website van de Wetenschapswinkel Biologie en vormt dus de bron van dit artikel. In dit document staan ook veel bronverwijzingen naar allerlei artikelen.

Luchtkwaliteit en gezondheidseffecten

Zoals eerder gesteld is de meting van fijn stof goed te correleren met de verkeersuitstoot, en daar richten we ons nu op. Er bestaat een norm voor fijn stof, alleen die is gebaseerd op PM₁₀: 50 μg/m³ als daggemiddelde, en deze mag 35 x per jaar overschreden worden. De schadelijkheid van PM₁₀ deeltjes is stofafhankelijk, en vanwege de grens op 10 μm vallen hier vele natuurlijke en nagenoeg schadeloze bronnen ook onder. Beter is te kijken naar PM_2,5 (en ook UFP).
Bij nadere analyse blijkt dat het aantal ultrafijne deeltjes veel groter is dan het aantal zwaardere deeltjes, zie de figuur.

Figuur 1: Bijdrage per deeltjesgrootte aan het totale aantal en aan de totale massa (PM_2,5)

PM_2,5

Diverse studies geven een verhoogd risico voor korte blootstelling aan fijn stof ([RIVM 2002], [Hoek et al., 1997], [Pope III, 2000]). Het resulteert in hogere sterfte, in het bijzonder respiratoire oorzaken (25 % per 50 μg/m³ PM_2,5) en cardiovasculaire sterfte (11 % per 50 μg/m³ PM_2,5). Tevens stijgt het aantal ziekenhuisopnames en resulteert blootstelling aan een verminderd longfunctioneren.
Langdurige blootstelling aan PM_2,5 wordt in verband gebracht met diverse aandoeningen, en grotere schade [RIVM 2002], zie hiervoor dezelfde al genoemde effecten, maar daarnaast tevens: pneumonia (ontstoken longblaasjes), COPD en algemene hart- en vaatziekten. De impact van een aantal van deze effecten in gekwantificeerd in cohortstudies. De schade van langdurige blootstelling wordt geschat op een relatief verhoogd risico van enkele procenten. [Künzli 2000] heeft geprobeerd de effecten te kwantificeren voor Oostenrijk, Frankrijk en Zwitserland.

Kwantitatieve resultaten van epidemiologisch onderzoek worden doorgaans uitgedrukt als Relatief Risico (RR). Een RR is gekoppeld aan een bepaalde blootstelling en een daaraan verbonden gezondheidseffect. In het onderzoek naar effecten van luchtverontreiniging worden RR’s voor elke combinatie van component en effect uitgedrukt voor een bepaalde toename in de
luchtconcentraties. Bijvoorbeeld: de RR voor het effect van PM₁₀ op de dagelijkse sterfte is in een bepaalde studie 1,007 per 10 μg/m³ toename in PM₁₀ concentratie. Dit betekent dat op een dag met een PM₁₀ concentratie van 30 μg/m³ 1,007 keer meer mensen overlijden (+0,7%) dan bij 20 μg/m³. Het RR wordt standaard gerapporteerd met een 95% betrouwbaarheidsinterval.

Aandoening	RR10μg
Totale natuurlijke sterfte onder volwassenen ouder dan 30 jaar	1,043
Respiratoire ziekenhuisopname (alle leeftijden)	1,013
Cardiovasculaire ziekenhuisopname (alle leeftijden)	1,013
Chronische bronchitis incidenten (volwassenen)	1,098
Astma aanvallen bij volwassenen vanaf 15 jaar	1,039
Bronchitis episodes bij kinderen tot 15 jaar	1,306
Astma aanvallen bij kinderen tot 15 jaar	1,044
Ter vergelijk	RR
Roken	2,11

Ultrafijn stof (UFP)

UFP is een deel van PM_2,5. Hoewel de schadelijkheid van UFP niet met een cohortstudie is aangetoond en ook niet is gekwantificeerd, zijn er wel vermoedens dat deze emissie ernstig schadelijk is omdat het om grote aantallen deeltjes gaat en een relatief groot opppervlak (er zijn wel literatuurstudies en laboratoriumexperimenten beschikbaar). Het afweersysteem van de mens is niet in staat al deze deeltjes uit het lichaam te verwijderen. Bovendien is het grote oppervlak van de deeltjes een substraat voor allerlei chemische reacties. Hieruit kunnen radicalen ontstaan, die schadelijke gevolgen voor de longcellen kunnen hebben. Maar ook andere reacties kunnen de cellen beschadigen [Donaldson et al., 1998].
De gezondheidseffecten betreffen verder onstekingen in de longen, meer hartziektes en een verminderd longfunctioneren.
Het aan ultrafijn stof gerelateerde NO_x [Seaton en Dennekamp, 2003, Sioutas et al., 2005] wordt tevens in verband gebracht met een verminderd longfunctioneren [WHO, 2000]. Bovendien kan NO_x worden omgezet in ozon, wat al in lagere concentraties schade aan de longen kan veroorzaken.

Alhoewel dus niet geheel aangetoond, is het duidelijk dat men beter kan uitgaan van een voorzichtigheidsprincipe, dat dus de uitstoot van UFP niet gezond is en inademen (en daarmee uitstoot) beter vermeden kan worden.

De uitvoeringsvorm van het onderzoek

De uitvoering van het onderzoek gaat door registratie van concentraties van PM_2,5 en UFP op zowel de fiets als in de auto, wanneer de fietser en de automobilist gedefinieerde trajecten afleggen. Er is een viertal trajecten gedefinieerd in Utrecht, waarbij de verwachte blootstelling per traject verschillend is (met veel of weinig verkeer).
De fietser neemt de meetapparatuur mee in een rugzak tijdens het fietsen, en er zit een pijpsysteem aan de ingangen van de meetapparatuur met de pijpmond die uitkomt juist boven de schouder van de fietser.

Figuur 2: De rugzak met de meetapparatuur
De automobilist heeft dezelfde meetapparatuur achter de bestuurdersstoel gemonteerd, en met een zelfde buizensysteem wordt de lucht ingenomen nabij de schouder van de automobilist.

Figuur 3: De autostoel met de meetapparatuur
Het onderzoek bepaalt de invloed van o.a. de volgende parameters op de meetwaardes:

1. van snelheid van fietsen
2. van de stand van de pijpmond
3. van het weer (regen en wind)
4. van de apparatuur zelf
5. van de verkeersdrukte

De tijdstippen zijn gedefinieerd als zijnde buiten de ochtendspits, omdat men geen te groot wisselende verkeerstoestand cq -drukte wil hebben.
Er wordt gebruik gemaakt van camera’s, zodanig dat de verkeersdrukte ingeschat kan worden. Tevens kan zo een correlatie gelegd worden tussen gemeten pieken en vepaalde verkeerssituaties.

Een voorbeeld van een meetresultaat tijdens een rit wordt hierbij weergegeven.

Figuur 4: Voorbeeld meetresultaat tijdens een rit
Piek 1 is de hoogste, en is afkomstig van een scooter, die door de fietser een seconde wordt gevolgd. De tweede piek is afkomstig van een aantal tegemoetkomende auto’s, het is dus een set van pieken achter elkaar. De derde piek wordt veroorzaakt door een dieselbusje, en piek 4 komt van een bijzonder voertuig. Vaak zijn deze laatste wat ouder en hun uitstoot is daarom hoger.

Interessante resultaten uit het onderzoek

Het onderzoek moest antwoorden genereren op een aantal hoofdvragen. Ik formuleer de antwoorden op voor dit artikel interessante en relevante vragen. In het rapport staan natuurlijk veel meer interessante conclusies, waarvan ik er ook enkele vermeld.

Wat zijn factoren op het meetresultaat?

• Het meetapparaat zelf; de deeltjestellers die gebruikt zijn verschilden slechts 2 % (volgens spec kon dit 20 % zijn), en de massameters verschilden 22 %. Voor deze laatste is gecorrigeerd. Er is niet gekozen voor calibratie, omdat alleen relatieve vergelijkigen tussen fietser en automobilist belangrijk waren. Een tabel die aangeeft welke deeltjes gemeten worden door de CPC (condensatie kern teller) deeltjesteller en de specifieke massameter DustTrak is gaat hierbij:

Stofdeeltjes	grootte (μm)	Gemeten door CPC	Gemeten door DustTrak
Moleculen	<0,004	Nee, te klein	Nee, te klein
Condensatiekernen	<0,005 - 0,07	Ja	Ja
Verbrandingsproducten	<0,08 - 0,12	Ja	Ja
Zeezout	<0,7 - 20	Ja	Ja
Opwaaiend stof	<0,8 - 12	Ja	Ja
Pollen	<8 - 80	Nee, te groot	Nee, te groot
Waterdruppels	>20	Nee, te groot	Nee, te groot

• Het gebruikte inlaatsysteem zorgt voor een kleine extra vertraging van het aantal gemeten deeltjes en zorgt voor het afvlakken van pieken. De metingen van UFP worden bovendien verlaagd, omdat er coagulatie (samenklontering) plaatsvindt van deeltjes in het inlaatsysteem (10 % lager).
• De snelheid waarmee gefietst wordt heeft geen invloed op de meetresultaten.
• Hoe meer ventilatie in de auto, hoe hoger het UFP en lager het PM_2,5 gehalte.
• Het weer zorgt voor verschillen in UFP (50 %) en PM_2,5 (factor 9!).

Hoe beïnvloeden verkeerssituaties de meetresultaten?

• Hoge piekwaarden in UFP worden veroorzaakt door (1) brommers en scooters, optrekkend verkeer, fileverkeer, vrachtauto’s, dieselbusjes en bijzondere voertuigen (brandweerauto, graafmachines, tractoren).
• Het weer en ook het verkeer heeft grote invloed op het gehalte UFP. In de auto hebben individuele voertuigen grote invloed, omdat de auto hiermee gelijk opgaat in het verkeer (kan er vlak achter rijden, terwijl de fietsers vaan een eigen rijpad hebben iets verder weg). Zie hierbij ook twee metingen.

Figuur 5: Metingen op de drukke Vleutenseweg (links) en het rustige Oog in Al (rechts).
Gedurende de meting links, heeft de fietser tweemaal moeten stoppen voor een stoplicht, terwijl het gemotoriseerde verkeer voorbijraasde. Hierdoor zijn veel pieken ontstaan. Rechts staat de grafiek van een meting door de woonwijk Oog in Al, met een constante lage blootstelling. De afstand was 250 m, en de fietser deed er langer over op de Vleutenseweg.

• PM_2,5 toont t.o.v. UFP weinig variatie per plaats of situatie. Dus ook niet zozeer geschikt als meting om verkeersinvloeden aan te geven. Het weer heeft wel een merkbare invloed op de blootstelling aan PM_2,5.
• Het vergelijken van meetresultaten voor UFP met ander onderzoek is moeilijk. Ieder type CPC heeft nl. een eigen bereik en vooral de kleine deeltjes die kunnen worden geteld zijn belangrijk. Bovendien is ook ondetzocht dat gelijke apparaten moeilijk te vergelijken zijn. Vanwege de inlaatconstructie worden ongeveer 13 % lagere waarden gemeten dan zonder constructie. Tot slot vinden veel metingen niet mobiel in de stad plaats, maar stationair op drukke plaatsen.
• Een andemhalingscorrectie zou moeten worden toegepast op het effect van fijn stof op fietsers; bij het fietsen wordt namelijk dieper en veelvuldiger ingeademd en dus heeft fijn stof meer negatieve invloed. Er is natuurlijk ook een positieve invloed van de lichamelijke inspanning, wat wordt uitgewerkt door [Heim en Schuit, 2006]. E.e.a. resulteert dat een eventuele ademhalingscorrectie door zoveel aspecten wordt beïnvloedt, dat een gedetailleerde analyse is af te raden.

Enkele opvallende meetresultaten

Figuur 6: Opvallende meting in de auto vanwege een schakelfout.
Opvallend was de momentane verhoging van PM_2,5 als gevolg van het schuren van de koppelingsplaten tijdens een schakefoutje. Het figuur laat goed zien dat de grotere deeltjes vooral in de lucht verdeeld worden (en dus meetbaar aanwezig zijn.

Figuur 7: Meting wanneer de auto in de file komt.
Een andere interessante meting is wanneer de auto in de file komt (wat nogal eens gebeurd), of vaak voor een stoplicht wacht en daarbij dicht ander een andere auto staat. De waarden UFP en in mindere mate PM_2,5 schieten omhoog!

Wat te doen?

• Fiets op rustige routes, met weinig tot geen gemotoriseerd verkeer
• Fiets op afstand (minimaal 10 meter) van gemotoriseerd. Dit is nog belangrijker bij weinig wind en veel bewolking (waardoor de fijne stof blijft hangen).
• Mondkapje heeft geen nut, houdt geen (ultra) fijn stof tegen
• Ga meer fietsen ipv de auto te gebruiken
• Schaf een auto aan die met elektriciteit wordt aangedreven (natuurlijk moet dan die elektriciteit ook duurzaam opgewekt worden)

[Dockery et al., 1993]
Dockery, D.W., C.A. Pope III and X. Xu (1993)
An association between air pollution and mortality in six US cities. N Engl J Med 329: 1753-1759.

[Heim en Schuit, 2006]
Heim, N. and A.J. Schuit (2006)
Fietsen en gezondheid (in ontwikkeling)

[Hoek et al., 1997]
Hoek, G., J.D. Schwartz, B. Groot en P. Eilers (1997)
Effects of Ambient Particulate Matter and Ozone on Daily Mortality in Rotterdam, the Netherlands. Acrhives of National Health 52(6): 455-463.

[Hoek et al., 2002]
Hoek, G., B. Brunekeef, S. Goldbohm, P. Fischer, and P.A. van den Brandt (2002)
Association between mortality and indicators of traffic-related air pollution in te Netherlands: a co-hort study. The Lancet 360: 1203-1209.

[Künzli 2000]
Künzli, N., R. Kaiser and S. Medina (2000)
Public-health impact of outdoor and traffic-related air pollution: a European assessment. The Lancet (356): 795-801.

[Pope III, 2000]
Pope, C.A. III (2000)
Epidemiology of fine particulate air pollution and human health: biologic mechanisms and who’s at risk? Environmental Health Perspect 108 (suppl 4): 713-723

[RIVM 2002]
On health risks of ambient PM in the Netherlands. RIVM report 650010033, Bilthoven.

[Seaton and Dennekamp, 2003]
Seaton, A., and M. Dennekamp (2003)
Hypothesis: III health associated with low concentrations of nitrogen dioxide – an effect of ultrafine particles? Thorax 58: 1012-1015

[Westerdahl et al., 2005]
Westerdahl, D., S. Fruin, T. Sax, P.M. Fine
Mobile platform measurements of ultrafine particles and associated pollutant concentrations on freeways and residential streets in Los Angeles. Atmospheric Environment 39: 3597-3610.