Open Access

Olaf Holz

• Ausgehend von epidemiologischen Daten, die häufigere Krankenhauseinweisungen aufgrund von Atemwegsbeschwerden sowie Symptome und Medikamentengebrauch bei Patienten mit Asthma nach Perioden erhöhter Ozonbelastung in der Umwelt zeigen, sollte diese Untersuchung die Frage klären, ob Ozon in umweltrelevanter Konzentration die bronchiale Allergenempfindlichkeit am Tage nach der Exposition zu steigern vermag. Es sollte darüber hinaus geklärt werden, ob dieser Effekt auch die als klinisch relevante allergische Spätreaktion betrifft und ob eine wiederholte Exposition gegenüber Ozon diese Effekte verstärkt oder eine Toleranz induziert. Wesentlich war, dass neben der Lungenfunktionsreaktion die Atemwegsentzündung zum Zeitpunkt der Spätreaktion mittels verschiedener, moderner, nichtinvasiver Verfahren erfasst werden sollte. Zu diesem Zweck wurden 11 Probanden mit allergischem Asthma bronchiale, 22 Probanden mit allergischer Rhinitis und 5 Probanden mit asymptomatischer Atopie jeweils einmalig gegenüber gefilterter Luft (FA), 125 ppb oder 250 ppb Ozon sowie an vier aufeinanderfolgenden Tagen gegenüber 125 ppb Ozon exponiert. Hierbei atmeten die Probanden die Testatmosphäre jeweils für 3 h während intermittierender Fahrradbelastung. Am Morgen nach den einmaligen oder der letzten der mehrmaligen Expositionen erfolgte eine einmalige Allergenprovokation. Neben der Lungenfunktion wurde die unspezifische Atemwegsempfindlichkeit auf inhaliertes Methacholin, die spezifische Atemwegsantwort auf inhaliertes Allergen sowie 6 h nach Allergeninhalation die zelluläre und biochemische Zusammensetzung des induzierten Sputums gemessen. Darüber hinaus wurde nach Ozonexposition sowie zu zwei Zeitpunkten nach Allergengabe die Konzentrationen von Stickstoffmonoxid in der Ausatemluft (eNO) und von Wasserstoffperoxid (H2O2) im Atemkondensat bestimmt. Sowohl die funktionelle wie auch die inflammatorische Reaktion auf Allergen und Ozon zeigten starke interindividuelle Unterschiede. Der deutlichste Abfall des Atemstosses (FEV1) zum Zeitpunkt der Sofortreaktion, und in geringerem Ausmaß auch zum Zeitpunkt der Spätreaktion, war nach vorausgegangener einmaliger, hoher (250 ppb) sowie wiederholter, niedriger (4x125 ppb) Ozonexposition zu beobachten. Diese Effekte erreichten bei einzelnen Probanden ein klinisch relevantes Ausmaß. Ferner waren nach diesen Expositionen im Sputum die Zahlen der eosinophilen Granulozyten und die Konzentration der Laktatdehydrogenase (LDH) sowie diejenigen von Histamin und Tryptase als Marker einer allergischen Reaktion am höchsten. Erhöhte Werte für eNO wurden nach den Expositionen gegenüber FA und 125 ppb Ozon beobachtet, sowie zum Zeitpunkt der Spätreaktion. Das exhalierte H2O2 lieferte keine konklusiven Ergebnisse. Am deutlichsten waren die Einschränkungen der Lungenfunktion in der Regel bei den Patienten mit allergischer Rhinitis. Hingegen war bei den Patienten mit Asthma eine deutlichere Verstärkung der allergischen Atemwegsentzündung durch Ozon zu beobachten. Darüber hinaus fand sich auch ein Zusammenhang zwischen der Konzentration des Gesamt- und spezifischen IgE im Blut und dem Ausmaß der Verstärkung der Allergenantwort durch Ozon. Die Daten der vorliegenden experimentellen Untersuchung zeigen, dass die wiederholte Inhalation von Ozon in einer Konzentration von 125 ppb sowohl die Lungenfunktionsantwort als auch die Entzündungsreaktion auf ein inhaliertes Allergen bei Personen mit vorbestehenden allergischen Atemwegserkrankungen verstärken kann. Die in der Untersuchung verwendete Ozonkonzentration kann als umweltrelevant gelten, da sie die regelhaft gefundenen Spitzenwerte in Gegenden hoher Ozonbelastung repräsentiert. Diese Daten tragen dazu bei, die epidemiologische beobachteten Assoziationen zwischen Ozon und Asthma kausal zu verstehen.
• Epidemiological studies have demonstrated associations between elevated levels of ambient ozone and an increased frequency of emergency room visits due to worsening of asthma symptoms. Therefore, it was the aim of this study to reveal whether ambient air levels of ozone exert an effect on bronchial allergen responsiveness the day after exposure, whether this would also affect the clinically relevant late phase reaction, and whether a repeated ozone exposure would worsen the effect or induce an adaptation. Besides assessing the effects on lung function, modern non-invasive methods were used to evaluate the inflammatory responses during early and late phase reaction to allergen. Eleven subjects with allergic asthma, 23 subjects with allergic rhinitis, and 5 subjects with a positive skin prick test to allergens without a history of asthma or rhinitis were included into the study. Subjects underwent either a single exposure to filtered air (FA), 125 ppb or 250 ppb ozone, as well as four repeated exposures to 125 ppb ozone. During each exposure, FA or ozone was inhaled for 3 h while performing intermittent exercise. Three hours after the exposure the unspecific responsiveness to methacholine was tested. The morning after (the last) exposure an allergen challenge was performed and the effect on lung function was evaluated for at least 10 h after the challenge. The extend of airway inflammation was assessed by analysing the concentration of hydrogen peroxide (H2O2) in exhaled breath condensate (EBC) and nitric oxide (NO) in exhaled air at three different time points. In addition, a sputum induction was performed 6 h after the allergen challenge, during the peak of the late phase reaction, to analyse the cellular and biochemical composition of mucus directly derived from the airways. Both the functional and the inflammatory response to allergen and ozone showed large interindividual differences. After single exposure with 250 ppb and after the repeated exposures with 125 ppb ozone we observed the largest decline in FEV1 during early phase response and to a lower extent also during late phase response. These effects reached a clinical significant extent in some individuals. Corresponding changes in induced sputum were characterised by increases in the proportions of eosinophils and sputum fluid-phase parameters such as LDH. In addition, the largest concentrations of histamine and tryptase, both markers of allergic airway inflammation, were detected after these exposures. Increased levels of NO in exhaled air could be detected during the late phase response. The analysis of H2O2 did not lead to conclusive results. The effects on lung function were most pronounced in subjects with rhinitis, while in subjects with asthma a stronger increase in allergic airway inflammation by ozone was observed. In addition, we found an association between the extent of ozone induced enhancement of the allergic response and the con-centration of total and specific IgE in blood. Our data demonstrate that repeated exposure to ozone, which correspond to that experienced during regular exercise at peak ozone levels occurring in Southern Germany, is capable of enhancing the lung function and inflammatory response to allergen in subjects with pre-existing allergic airway diseases. The results of this study will contribute to the understanding of epidemiological findings showing a relationship between asthma and ozone.