Tragbare Geräte erfassen in Echtzeit die gesundheitlichen Auswirkungen von Umweltverschmutzung und Hitze

Da der Klimawandel zu immer häufigerer extremer Hitze und einer zunehmenden Luftverschmutzung führt, suchen Forscher nach besseren Möglichkeiten, um in Echtzeit zu verstehen, wie sich diese Belastungen auf die Gesundheit auswirken. Eine neue Pilotstudie unter der Leitung von Forschern der City University of New York zeigt, dass es möglich ist, tragbare Geräte, Smartphone-Standortdaten und Echtzeitumfragen zu kombinieren, um die Umweltexposition von Einzelpersonen und ihre unmittelbaren physischen und emotionalen Auswirkungen zu erfassen.

Die neu veröffentlichte Studie „Feasibility of Integrating Wearable Devices and Ecological Momentary Assessment for Real-Time Environmental Exposure Estimation“ erscheint in der Zeitschrift JMIR Formative Forschung. Die Studie wurde gemeinsam von Sameera Ramjan und Melissa Blum (Co-Erstautoren), Rung Yu Tseng, Katherine Davey und Duke Shereen verfasst, mit Yoko Nomura als leitender Autorin.

„Menschen bewegen sich jeden Tag durch viele verschiedene Umgebungen, und dieser Ansatz ermöglicht es uns, dies in Echtzeit zu erfassen“, sagte Ramjan, Doktorand im Psychologieprogramm des CUNY Graduate Center. „Wir waren beeindruckt, wie schnell die Daten Muster – Veränderungen der Herzfrequenzvariabilität, Stimmungsschwankungen – offenbarten, die mit dem Aufenthaltsort der Teilnehmer und dem, was sie ausgesetzt waren, übereinstimmten.“

Für die Studie trugen die Teilnehmer etwa einen Monat lang Fitbit-Smartwatches und führten mehrmals täglich kurze Stimmungsumfragen, sogenannte ökologische Momentanbewertungen, durch. Die Forscher kombinierten diese Daten mit der Standortverfolgung per Smartphone, um die Belastung durch Hitze und Luftschadstoffe wie Stickstoffdioxid, Feinstaub und Schwefeldioxid abzuschätzen, basierend darauf, wo sich die Teilnehmer im Laufe des Tages aufhielten.

Die Ergebnisse legen nahe, dass dieser integrierte Ansatz nicht nur machbar, sondern auch aufschlussreich ist. An Tagen mit höherer Hitze- und Stickstoffdioxidbelastung zeigten die Teilnehmer Veränderungen in der Herzfrequenzvariabilität, einem Indikator für die Fähigkeit des Körpers, sich von Stress zu erholen. Eine höhere Schwefeldioxidbelastung war mit einem erhöhten Gefühl von Nervosität und Hoffnungslosigkeit verbunden. Interessanterweise war eine höhere Hitzeexposition mit einer geringeren selbstberichteten Traurigkeit verbunden, ein kontraintuitiver Befund, der möglicherweise saisonale Muster bei Outdoor-Aktivitäten und sozialem Engagement bei wärmerem Wetter widerspiegelt und die Notwendigkeit größerer Studien unterstreicht, um diese Effekte zu entwirren.

Selbst in einem kleinen Pilotprojekt konnten wir erkennen, dass die Beziehung zwischen Umweltbedingungen und den physiologischen und emotionalen Reaktionen der Menschen komplexer ist, als herkömmliche Methoden erfassen können. Durch die Kombination tragbarer Sensoren, GPS-Daten und Echtzeitumfragen sind wir in der Lage, individuelle Expositionsprofile zu erstellen, die sich den Menschen im Laufe des Tages anpassen. Das ist eine echte Abkehr von der Abhängigkeit von stationären Monitoren oder Privatadressen.“

Melissa Blum, Medizinstudentin, Icahn School of Medicine am Mount Sinai

„Nach unserem Kenntnisstand ist dies die erste Studie, die tragbare Geräte, ökologische Momentanbewertung und kontinuierliche GPS-Verfolgung kombiniert, um Umweltbelastungen und ihre unmittelbaren Auswirkungen auf die Gesundheit zu messen“, sagte der leitende Autor Nomura, ein angesehener Professor für Psychologie am CUNY Graduate Center und am Queens College mit einer Anstellung an der Icahn School of Medicine am Mount Sinai. „Es ist ein kleines Pilotprojekt, aber es zeigt eine Integration zwischen Verbrauchertechnologie und Umweltepidemiologie, die die Tür zu personalisierten Ansätzen für die Präventivmedizin öffnen könnte.“

Die Pilotstudie identifizierte auch Bereiche mit Verbesserungspotenzial, darunter die Vereinfachung des Systems und die Erhöhung der Teilnehmertreue – Erkenntnisse, die bereits in die nächste Phase der Forschung eingeflossen sind. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen wendet Nomuras Team das verfeinerte System nun auf eine größere, von den National Institutes of Health (NIH) unterstützte Studie an, in der untersucht wird, wie pränatale und aktuelle Umwelteinflüsse die Gehirnentwicklung und die psychische Gesundheit von Jugendlichen beeinflussen.

Die Arbeit kommt in einem kritischen Moment. Die Belastung durch extreme Hitze und Luftverschmutzung nimmt zu, mit unverhältnismäßigen Auswirkungen auf gefährdete Bevölkerungsgruppen, darunter Kinder, Schwangere, Obdachlose und Menschen mit niedrigerem sozioökonomischen Status. Kinder sind besonders gefährdet, da Umwelteinflüsse nachhaltige Auswirkungen auf die Entwicklung und das Verhalten des Gehirns haben können.

Über die Forschung hinaus könnte der Ansatz klinische Anwendungen haben. Die Überwachung der Umweltbelastung in Echtzeit könnte Ärzten eines Tages dabei helfen, fundiertere Entscheidungen über die Patientenversorgung zu treffen, insbesondere für Personen mit Erkrankungen, die empfindlich auf Hitze oder Luftqualität reagieren.

„Dies ist noch eine frühe Arbeit, und wir sind vorsichtig, wenn wir nicht zu viel in eine kleine Stichprobe hineininterpretieren“, sagte Nomura. „Aber die Verbesserung der Messung der Exposition ist ein entscheidender Schritt zum Schutz der öffentlichen Gesundheit, und diese Ergebnisse geben uns Zuversicht, dass der Ansatz skalierbar ist.“

Die Studie wurde durch ein Forschungsstipendium des Professional Staff Congress–City University of New York (PSC-CUNY) unterstützt.

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