Physical activity improves health. But in polluted environments, could it actually do more harm than good? When we engage in physical activity, our breathing rate increases. This means we inhale more air and, with it, more air pollutants. Therefore, in polluted environments, practicing physical activity could worsen the effects of air pollution on our health. Given that 99% of the world population lives in areas where air pollution levels exceed the World Health Organization (WHO) guidelines, understanding how physical activity in polluted environments affects our health is paramount.

Measuring the combined effects of exercise and air pollution on health

In the past, research has examined physical activity and air pollution as separate factors. In recent years, a more integrated measure has been emerging: the inhaled dose of air pollution (IDoAP). This parameter is a measure of the exposure to air pollutants that also accounts for current activity levels. It factors in the rate and volume of breathing, and therefore captures the amount of air pollutants that enter the respiratory tract. Expressed in mathematical terms, the IDoAP is estimated as the product of the minute ventilation (how much air we breathe per minute), the air pollutant concentration, and the exposure duration. 

«The inhaled dose of air pollution (IDoAP) is a measure that captures the amount of air pollutants that enter the respiratory tract.»

Estimating the health effects in dependence of the IDoAP might help us address the question of whether the benefits of physical activity outweigh the risks of air pollution exposure. To summarise the current evidence on the health effects of IDoAP, we conducted a systematic review that was published in the European Respiratory Review.

What is the inhaled dose of air pollution and how does it affect us?

The review included 25 original-research studies in which participants performed different types of physical activity such as walking or cycling while they were exposed to different types of air pollutants. They included both field and laboratory studies, and mainly measured ozone (O₃) and particulate matter < 2.5 µm (PM_2.5). Ozone is a secondary pollutant formed in the atmosphere from precursors such as nitrogen oxides (NOₓ) and volatile organic compounds (VOCs) in the presence of sunlight. PM_2.5 in turn are tiny particles that can be emitted by several sources, like traffic, factories, wildfires, and even cooking.

«It appears that healthy adults should adhere to their physical activity routines, also at higher intensities, while trying to avoid times and areas with peak air pollutant concentrations. This includes morning peak hours and streets with high-intensity traffic. These measures should be accompanied by initiatives that reduce air pollution levels.»

We found that a greater IDoAP of ozone was associated with an immediate reduction in lung function. Notably, this effect was driven by the concentration of ozone rather than minute ventilation. This means that reducing the IDoAP by lowering the intensity of physical activity and thus reducing the amount of air that we inhale does not appear to be a strategy to reduce the harmful effects of air pollution. Rather, it appears that healthy adults should adhere to their physical activity routines, also at higher intensities, while trying to avoid times and areas with peak air pollutant concentrations. This includes morning peak hours and streets with high-intensity traffic. These measures should be accompanied by initiatives that reduce air pollution levels.

Who’s Missing from the Research on Air Pollution and Physical Activity?

The review also highlighted some gaps in the current research. Most studies focused on healthy adults, while vulnerable or susceptible populations were largely overlooked. This means populations that are more likely to be exposed to air pollution or to suffer the harmful effects of air pollution have not been sufficiently studied yet. This includes:

• Individuals with pre-existing conditions
• Children and adolescents
• Pregnant individuals
• People with significant occupational exposures
• People from low- and middle-income regions

Also, most studies focused on the effects of IDoAP of ozone and particulate matter on lung function. We need further research to understand the effect of IDoAP of other air pollutants, like nitrogen dioxide or black carbon, which are very relevant traffic-related air pollutants and thus of particular relevance in cities or areas where traffic is dense and congestions a daily occurrence. We also need more research on other health outcomes, such as the cardiovascular, cognitive and mental health, to see if IDoAP has different effects on these outcomes.

As research advances, understanding IDoAP could help us maximize the benefits of physical activity, even in polluted areas, while pushing for cleaner air worldwide.

Sollten wir bei hoher Luftverschmutzung Sport treiben?

Metaübersicht zum Artikel: Ist es unbedenklich, Sport zu treiben, wenn die Luft verschmutzt ist? Erfahren Sie, wie körperliche Aktivität und Luftverschmutzung zusammenspielen und was die neuesten wissenschaftlichen Erkenntnisse für eine gute Gesundheit empfehlen.

Körperliche Aktivität verbessert die Gesundheit – aber  könnte sie in belasteter Umgebung tatsächlich mehr schaden als nützen? Wenn wir uns körperlich betätigen, erhöht sich unsere Atemfrequenz. Das bedeutet, dass wir mehr Luft einatmen und damit auch mehr Luftschadstoffe in die Atemwege und die Lunge gelangen. Daher könnte körperliche Aktivität in verschmutzter Umgebung die Auswirkungen der Luftschadstoffe auf unsere Gesundheit verschlimmern. Angesichts der Tatsache, dass 99 % der Weltbevölkerung in Gebieten leben, in denen die Luftverschmutzung die Richtlinien der Weltgesundheitsorganisation (WHO) überschreitet, ist es von größter Bedeutung, zu verstehen, wie sich körperliche Aktivität in verschmutzter Umgebung auf unsere Gesundheit auswirkt.

Messung der kombinierten Auswirkungen von Bewegung und Luftverschmutzung auf die Gesundheit

In der Vergangenheit wurden körperliche Aktivität und Luftverschmutzung als separate Faktoren untersucht. In den letzten Jahren hat sich jedoch ein integrierteres Maß herausgebildet: die inhalierte Dosis an Luftverschmutzung (in Englisch: inhaled dose of air pollution (IDoAP)). Dieser Parameter ist ein Maß für die Exposition gegenüber Luftschadstoffen, welches auch das aktuelle Aktivitätsniveau berücksichtigt. Er berücksichtigt die Atemfrequenz und das Atemvolumen und erfasst somit die Menge an Luftschadstoffen, die in die Atemwege gelangt. Mathematisch ausgedrückt, wird die IDoAP als Produkt des Atemzugvolumens (wie viel Luft wir pro Minute einatmen) und der Luftschadstoffkonzentration berechnet.

«Die inhalierte Dosis an Luftverschmutzung (IDoAP) ist ein Mass, das die Menge der Luftschadstoffe erfasst, die in die Atemwege gelangt.»

Die Abschätzung der gesundheitlichen Auswirkungen in Abhängigkeit von der IDoAP könnte uns helfen, die Frage zu beantworten, ob die Vorteile körperlicher Aktivität die Risiken der Luftverschmutzung überwiegen. Um die aktuellen Erkenntnisse zu den gesundheitlichen Auswirkungen der IDoAP zusammenzufassen, haben wir eine systematische Übersicht erstellt, die in der European Respiratory Review veröffentlicht wurde. 

Was ist die inhalierte Dosis an Luftverschmutzung und wie wirkt sie sich auf uns aus?

Die Übersicht umfasste 25 Originalstudien, in denen die Teilnehmenden verschiedene Arten von körperlicher Aktivität wie Gehen oder Radfahren ausübten, währenddem sie unterschiedlichen Arten von Luftschadstoffen ausgesetzt waren. Es handelte sich dabei sowohl um Feld- als auch um Laborstudien, in denen hauptsächlich Ozon (O₃) und Feinstaub < 2.5 µm (PM_2.5) gemessen wurden. Ozon ist ein sekundärer Schadstoff, der in der Atmosphäre aus Vorläuferstoffen wie Stickoxiden (NOₓ) und flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) unter Einwirkung von Sonnenlicht entsteht. PM_2.5 wiederum sind winzige Partikel, die unterschiedliche Ursprünge haben können wie z. B. Verkehr, Fabriken, Waldbrände und sogar Kochen.

«Es scheint, dass gesunde Erwachsene ihre körperlichen Aktivitäten auch mit höherer Intensität beibehalten sollten, während sie versuchen, Zeiten und Gebiete mit hohen Konzentrationen von Luftschadstoffen zu vermeiden. Dazu gehören morgendliche Stosszeiten und Strassen mit hohem Verkehrsaufkommen. Diese Massnahmen sollten von Initiativen zur Verringerung der Luftverschmutzung begleitet werden.»

Wir haben festgestellt, dass ein höherer IDoAP-Wert für Ozon mit einer sofortigen Verringerung der Lungenfunktion verbunden war. Bemerkenswert ist, dass dieser Effekt eher durch die Ozonkonzentration als durch das Atemzugvolumen verursacht wurde. Das bedeutet, dass eine Verringerung des IDoAP-Werts durch eine geringere Intensität der körperlichen Aktivität und damit eine Verringerung der eingeatmeten Luftmenge offenbar keine Strategie zur Verringerung der schädlichen Auswirkungen der Luftverschmutzung ist. Vielmehr scheint es, dass gesunde Erwachsene ihre körperlichen Aktivitäten auch bei höherer Intensität beibehalten sollten. Jedoch ist es empfohlen, Zeiten und Bereiche mit Spitzenkonzentrationen von Luftschadstoffen zu vermeiden. Dazu gehören morgendliche Stoßzeiten und Straßen mit hohem Verkehrsaufkommen. Diese Maßnahmen sollten von Initiativen zur Verringerung der Luftverschmutzung begleitet werden.

Was fehlt in der Forschung zu Luftverschmutzung und körperlicher Aktivität?

Die Übersicht hob auch einige Lücken in der aktuellen Forschung hervor. Die meisten Studien konzentrierten sich auf gesunde Erwachsene, während gefährdete oder anfällige Bevölkerungsgruppen weitgehend übersehen wurden. Das bedeutet, dass Bevölkerungsgruppen, die eher Luftverschmutzung ausgesetzt sind oder unter den schädlichen Auswirkungen der Luftverschmutzung leiden, noch nicht ausreichend untersucht wurden. Dazu gehören:

• Personen mit Vorerkrankungen
• Kinder und Jugendliche
• Schwangere
• Menschen mit erheblicher beruflicher Exposition 
• Menschen aus Regionen mit niedrigem und mittlerem Einkommen

Ausserdem konzentrierten sich die meisten Studien auf die Auswirkungen von IDoAP von Ozon und Feinstaub auf die Lungenfunktion. Wir brauchen weitere Forschung, um die Auswirkungen von IDoAP anderer Luftschadstoffe wie Stickstoffdioxid oder Ruß zu verstehen, die vorwiegend dem Verkehr geschuldet sind und somit in Städten oder Gebieten mit hohem Verkehrsaufkommen und täglichen Staus von besonderer Bedeutung sind. Wir benötigen ausserdem mehr Forschung zu anderen gesundheitlichen Auswirkungen wie z. B. kardiovaskuläre, kognitive und psychische Folgen, um herauszufinden, ob IDoAP unterschiedliche Auswirkungen auf diese Bereiche hat. 

Mit fortschreitender Forschung könnte das Verständnis von IDoAP helfen, die Vorteile körperlicher Aktivität auch in verschmutzten Gebieten zu maximieren und gleichzeitig weltweit für sauberere Luft zu sorgen.