The Linkages between Air Quality Index, Environmental Quality and Self- Reported Respiratory Conditions. Empirical Evidence from Selected Industrial Locations in Lagos State, Nigeria

Technische Zusammenfassung: Die Zusammenhänge zwischen dem Luftqualitätsindex, der Umweltqualität und selbstberichteten Atemwegserkrankungen im Bundesstaat Lagos, Nigeria

Problemstellung
Die Belastung der Umgebungsluft (Ambient Air Pollution, AAP) ist eine kritische globale Gesundheitsherausforderung, die für über 3 Millionen Todesfälle jährlich verantwortlich ist, wobei Entwicklungsländer unverhältnismäßig stark betroffen sind. In Nigeria, insbesondere im Bundesstaat Lagos – der am stärksten industrialisierten und bevölkerungsreichsten Region des Landes – konzentrierten sich Luftverschmutzungsstudien historisch auf diurnale und saisonale Variationen von gasförmigen und partikulären Schadstoffen. Es gibt jedoch eine erhebliche Forschungslücke hinsichtlich der Verbindung zwischen Luftverschmutzung, Bodenqualität, Regenwasser-pH-Wert und selbstberichteten Atemwegserkrankungen innerhalb aktiver Industriegebiete. Diese Studie adressiert diese Lücke, indem sie die Umweltqualität und die gesundheitlichen Auswirkungen in fünf ausgewählten Industrielagen in Lagos untersucht, mit dem Ziel, die Zusammenhänge zwischen dem Luftqualitätsindex (AQI), Bodenkontamination und respiratorischer Morbidität zu quantifizieren.

Methodik
Die Studie verwendete einen Mixed-Methods-Ansatz, der Feldmonitoring, Laboranalysen und Umfrageforschung in fünf aktiven Industriegebieten (Ikeja/Ogba, Surulere, Odogunyan, Apapa und Oshodi/Ilupeju) sowie einem Kontrollstandort (Alausa) kombinierte.

• Überwachung der Luftqualität: Primärdaten wurden über 12 Monate (Februar 2020 bis Mai 2021) erhoben. Unter Verwendung von Standardmessgeräten (Teflonfilter, VRAE-Multidetektoren und Tecto 315-2 Detektoren) wurden vier Schlüsselschadstoffe überwacht: Schwefeldioxid (SO2), Stickstoffdioxid (NO2), Kohlenmonoxid (CO) und Feinstaub (PM2,5). Die Probenahme erfolgte monatlich über acht Stunden an 10 Punkten pro Standort.
• AQI-Berechnung: Der Luftqualitätsindex der US-Umweltschutzbehörde (USEPA) wurde verwendet, um die Verschmutzungsgrade basierend auf den gemessenen Konzentrationen zu berechnen und zu kategorisieren.
• Umweltprobenahme:
  • Boden: 12 Bodenproben (je 2 kg) wurden im Juli 2021 aus den Industriegebieten Odogunyan und Ikeja/Ogba sowie vom Kontrollstandort entnommen. Die Analyse erfolgte zur Detektion der elementaren Zusammensetzung. Das Abstract gibt explizit an, dass die Böden im Vergleich zum Kontrollstandort mit Cadmium, Blei und Arsen kontaminiert waren, während die Ergebnisse in den Abbildungen und Texten der Ergebnisse hohe Konzentrationen von Chrom, Blei und Nickel hervorheben.
  • Regenwasser: Sechs Regenwasserproben wurden während der Regenzeit (Juli–Oktober 2021) gesammelt und mittels titrimetrischer Analyse auf den pH-Wert untersucht.
• Gesundheitsdaten:
  • Selbstberichtet: Ein modifizierter Fragebogen des British Medical Research Council wurde an 1.067 Befragte verteilt, um selbstberichtete respiratorische Symptome und Morbiditäten zu erfassen.
  • Krankenhausdaten: Daten zu Atemwegserkrankungen wurden über einen Zeitraum von 12 Monaten aus Allgemein- und Lehrkrankenhäusern im Untersuchungsgebiet bezogen.
• Statistische Analyse: Eine multiple lineare Regression wurde verwendet, um die Beziehung zwischen den monatlichen AQI-Werten und den im Krankenhaus dokumentierten Atemwegserkrankungen zu testen.

Wichtigste Ergebnisse

• Variationen des Luftqualitätsindex (AQI):

  • Saisonalität: Die AQI-Werte waren in der Trockenzeit durchgehend höher als in der Regenzeit an allen Standorten, was auf das Fehlen von Niederschlag als Reinigungsprozess zurückzuführen ist.
  • Trockenzeit: Odogunyan verzeichnete „sehr ungesunde“ AQI-Werte (229 ± 33,73). Surulere, Oshodi/Ilupeju, Apapa und Ikeja/Ogba wurden als „ungesund für sensible Gruppen“ eingestuft (Bereich von 119 bis 130). Der Kontrollstandort Alausa blieb „moderat“ (64 ± 18,40).
  • Regenzeit: Odogunyan blieb „ungesund“ (161 ± 51,19). Surulere und Oshodi/Ilupeju waren „ungesund für sensible Gruppen“, während Apapa, Ikeja/Ogba und Alausa sich auf „moderat“ verbesserten.
  • Schadstofftreiber: Die PM2,5-Werte waren in Odogunyan und Surulere aufgrund von Industrieemissionen und Verkehr am höchsten. Die SO2-Werte waren in Odogunyan und Apapa erhöht, was mit der Nutzung von Heizöl zusammenhängt. NO2 war hoch in Apapa und Odogunyan aufgrund des hohen Verkehrsaufkommens.

• Boden- und Regenwasserqualität:

  • Bodenkontamination: Die Studie präsentiert widersprüchliche Befunde bezüglich der spezifischen Schwermetalle. Das Abstract berichtet, dass die Böden in den Industriegebieten im Vergleich zum Kontrollstandort mit Cadmium, Blei und Arsen kontaminiert waren. Die Abschnitte zu Ergebnissen (Figuren 19 und 20) und Diskussion heben jedoch hohe Konzentrationen von Chrom, Blei und Nickel in den Industriegebieten hervor.
  • Regenwasser-pH-Wert: Der pH-Wert des Regenwassers lag zwischen 5,7 und 6,9, was innerhalb des normalen Bereichs (5,6–6,5) liegt und darauf hindeutet, dass kein signifikanter saurer Regen (pH < 4,4) oder eine Versauerung der Atmosphäre durch Industrieemissionen im Untersuchungsgebiet vorliegt.
  • Boden-pH-Wert: Der Boden-pH-Wert in den Industriegebieten war alkalisch (7,1–8,64), was darauf hindeutet, dass Faktoren jensein der Regenwasserversauerung (z. B. Geologie, Vegetation, Düngemittel) den Boden-pH-Wert an diesen Standorten bestimmen.

• Gesundheitsergebnisse und Regressionsanalyse:

  • Symptome: Zu den am häufigsten selbstberichteten Symptomen gehörten Husten, Kopfschmerzen, Schnupfen/Katarrh, Augenreizungen und Müdigkeit. Zu den Hauptmorbiditäten gehörten Asthma und Pneumonie. Odogunyan, Surulere und Apapa verzeichneten die höchsten Inzidenzen von Atemwegserkrankungen.
  • Regressionsbefunde: Das Modell erklärte 43 % der Variation der monatlichen, im Krankenhaus dokumentierten Atemwegserkrankungen (R² = 0,430).
    • PM2,5-AQI: Steigerte die respiratorischen Erkrankungen signifikant um 35,1 % (β = 1,351, p = 0,000).
    • NO2-AQI: Reduzierte die berichteten Erkrankungen signifikant um 2,8 % (β = -2,028, p = 0,003), ein kontraintuitives Ergebnis, das in der Arbeit vermerkt wurde.
    • SO2- und CO-AQI: Zeigten keinen statistisch signifikanten Einfluss auf die monatlichen Krankenhausbesuche.
  • Demografische Faktoren: Geschlecht, Beruf, Wohnform und Zigarettenrauchen wurden als signifikante Einflussfaktoren auf die respiratorischen Symptome identifiziert.

Zentrale Beiträge
Die Arbeit liefert empirische Belege für die Verknüpfung spezifischer Industriegebiete in Lagos mit einer degradierten Luftqualität und negativen gesundheitlichen Auswirkungen. Ihre primären Beiträge sind:

1. Räumliche und zeitliche Kartierung: Detaillierte Charakterisierung der AQI-Variationen in fünf großen Industriegebieten von Lagos, unter Unterscheidung der Auswirkungen der Regen- und Trockenzeit.
2. Multisensorielle Umweltbewertung: Gleichzeitige Bewertung der Luft-, Boden- und Regenwasserqualität, die zeigt, dass während die Regenwasserversauerung derzeit kein primäres Problem darstellt, die Luftqualität in bestimmten Zonen (insbesondere Odogunyan) schwer beeinträchtigt ist und die Schwermetallbelastung des Bodens signifikant ist (wobei Diskrepanzen bei den spezifischen identifizierten Metallen zwischen dem Abstract und den Ergebnissen bestehen).
3. Gesundheitskorrelation: Etablierung eines statistischen Zusammenhangs zwischen PM2,5-Werten und im Krankenhaus dokumentierten Atemwegserkrankungen, was PM2,5 als kritischen Treiber für die Morbidität in diesen Industriezonen hervorhebt.

Bedeutung und Behauptungen
Die Autoren behaupten, dass die industrielle Umgebungsluftverschmutzung die größte Bedrohung für die Umwelt und die menschliche Gesundheit in Lagos darstellt, insbesondere während der Trockenzeit. Die Studie behauptet, dass die Ergebnisse:

• Die Notwendigkeit von Interventionen validieren: Die schlechte Luftqualität in den Industriegebieten beeinträchtigt die Lebensqualität und Gesundheit der Bewohner und Arbeiter negativ, was dringende politische Maßnahmen erforderlich macht.
• Die Ziele für nachhaltige Entwicklung (SDGs) unterstützen: Die Ergebnisse informieren politische Entscheidungsträger über die Notwendigkeit, SDG 9 (Industrie, Innovation und Infrastruktur) und SDG 11 (Nachhaltige Städte und Gemeinden) durch den Aufbau resilienter Infrastrukturen und die Förderung einer nachhaltigen Industrialisierung zu erreichen.
• Praktische Lösungen vorschlagen: Die Arbeit plädiert für die Einführung von Echtzeit-Überwachungstechnologien (z. B. Air Beam Sensoren), das Engagement der Bürgerwissenschaft (Citizen Science), die Schaffung von mehr Grünflächen zur Biofiltration, verbesserte Straßeninfrastruktur zur Staubreduktion sowie den Übergang zu saubereren Brennstoffen und erneuerbaren Energien (Biokraftstoffe, Solar), um die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern.

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass, obwohl der Regenwasser-pH-Wert unbedenklich bleibt, die Akkumulation toxischer Elemente im Boden und die hohen AQI-Werte in der Trockenzeit eine direkte Bedrohung für die öffentliche Gesundheit darstellen, was einen multidisziplinären Ansatz von Regierung, Industrie und Öffentlichkeit erfordert, um die Risiken zu mindern.