Chemie auf vier Pfoten: Wie Hunde unser Raumklima verändern

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Hunde hinterlassen nicht nur Spuren auf dem Boden, sondern auch in der
Luft: Sie verändern die Zusammensetzung ihrer Umgebung, von Gasen und
Partikeln bis hin zu Mikroorganismen.

Pressemitteilung der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) mit
Ergänzungen des Max-Planck-Instituts für Chemie

Auf den Punkt gebracht:

- Messbarer Einfluss auf die Luft: Hunde verändern die chemische
Zusammensetzung der Raumluft durch Gase wie CO₂ und Ammoniak.

- Mobile Bio-Träger: Durch Schütteln und Bewegen bringen Hunde Pollen und
Mikroorganismen in Innenräume und verteilen sie weiter.

- Überraschend: Viele Schadstoffe entstehen erst beim Streicheln der Hunde
auf dem Fell. Hautfette reagieren dort mit Ozon zu ultrafeinen Partikeln.

- Präzisere Modelle: Die neuen Emissionsfaktoren helfen, die Luftqualität
in Wohnungen realistischer zu simulieren und das Wohnumfeld gesünder zu
gestalten.

Unsichtbar und doch allgegenwärtig ist die Luft, die wir in Innenräumen
atmen. Sie prägt maßgeblich unsere Gesundheit und unser Wohlbefinden, denn
sie ist weit mehr als gefilterte Außenluft: Raumluft hat ihre eigene
chemische Identität, die sich aus einer einzigartigen Kombination aus
Partikeln, Gasen und Mikroorganismen zusammensetzt. Welche Bestandteile
dominieren, hängt selbst in gut gelüfteten Räumen davon ab, wer sich dort
aufhält, was getan wird und welche Gegenstände vorhanden sind. Da die
Einflüsse auf Raumluft vielfältig sind, kann die Konzentration mancher
Schadstoffe genauso hoch oder sogar höher sein als im Freien, insbesondere
bei alltäglichen Aktivitäten wie Kochen oder Putzen.

Während der menschliche Einfluss auf die Luftqualität längst erforscht
ist, hat sich bisher noch niemand näher mit der Rolle von Hunden befasst.
Dabei gehören die Vierbeiner längst zum Alltag: Über eine halbe Million
leben in Schweizer Haushalten, in Deutschland sind es sogar 10,5
Millionen.

Diese Forschungslücke schließt nun eine Studie unter der Leitung der École
Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL). Maßgeblich beteiligt war das
Max-Planck-Institut für Chemie, das seine langjährige Expertise zur
Atmosphärenchemie in die internationale Zusammenarbeit mit der EPFL, dem
Finnischen Institut für Gesundheit und Soziales sowie der Technischen
Universität Dänemark einbrachte.

Quantitative Klarheit durch das HOBEL-Labor

In der neuen Studie hat ein Forschungsteam des Human-Oriented Built
Environment Lab (HOBEL) an der EPFL untersucht, welche Gase, Partikel und
Mikroorganismen Hunde an ihre Umgebung abgeben. „Wir wollten
wissenschaftliche Klarheit über Faktoren schaffen, die bisher nicht
vollständig verstanden waren“, sagt Dusan Licina, Professor am HOBEL. „Die
Ergebnisse liefern erstmals quantitative ‚Emissionsfaktoren‘, mit denen
sich Modelle zur Innenraumluftqualität präzisieren lassen. Forscher können
künftig realistischer simulieren, wie sich das Zusammenleben von Menschen
und Haustieren auf die Luft in geschlossenen Räumen auswirkt. Das ist ein
wichtiger Schritt, um Quellen der Luftverschmutzung besser zu verstehen
und das Wohnumfeld gesünder zu gestalten.“

Wie stark die Luft in Innenräumen belastet ist, lässt sich an bestimmten
Schlüsselindikatoren ablesen. Wir Menschen selbst tragen erheblich dazu
bei: Wir geben Hautzellen, Kleidungsfasern und Mikroorganismen an die
Umgebung ab, unsere Atmung reichert die Luft mit CO₂ an, und über unsere
Haut entweichen Spuren von Ammoniak und flüchtigen organischen
Verbindungen. Hinzu kommen komplexe chemische Prozesse, beispielsweise
wenn Luftmoleküle mit der Haut reagieren und sich dabei in neue Substanzen
verwandeln.

Um den Einfluss von Hunden auf die Luft, die wir in Innenräumen atmen, zu
bestimmen, untersuchte das Forschungsteam dieselben Faktoren wie bei
Menschen. Wenig überraschend zeigte sich: Hunde stoßen ähnlich viel CO₂
aus wie Menschen. Ein großer Hund, wie ein Mastiff oder ein Neufundländer,
kann genauso viel CO₂ produzieren wie ein erwachsener Mensch in Ruhe.

Auch Ammoniak, bekannt für seinen stechenden Geruch und seine reizende
Wirkung, gehört zu den typischen Nebenprodukten von Menschen und Tieren.
Es wird bei der Verdauung von Proteinen in geringen Mengen gebildet, kann
über Haut oder Atem freigesetzt werden und reagiert in der Luft weiter zu
neuen chemischen Verbindungen. In puncto abgegebener Menge ähneln sich
Hunde und ihre Besitzer ebenfalls, mit einem interessanten Unterschied:
„Ein Hund, der die gleiche Menge CO₂ ausatmet wie ein Mensch, produziert
deutlich mehr Ammoniak. Das liegt wahrscheinlich an der proteinreicheren
Ernährung, dem speziellen Stoffwechsel und der schnellen Atmung, über die
Hunde ihre Körpertemperatur regulieren“, erklärt der Umweltingenieur
Licina. Da Hunde einen Großteil des Tages schlafend verbringen und dabei
langsamer oder unregelmäßig atmen, gleicht sich die Gesamtmenge über den
Tag betrachtet aber in etwa der des Menschen an.

Hundehaare, Staub und Partikelwolken

Wenn es um Luftschadstoffe geht, hinterlassen Hunde vor allem winzige
feste und flüssige Partikel in der Raumluft. Welcher Hundebesitzer hat
sich nicht schon einmal gefragt, was sein Vierbeiner vom Gassigehen alles
im Fell mit nach Hause bringt? Die Studie liefert darauf nun eine konkrete
Antwort. Wenn Hunde sich schütteln, kratzen oder einfach nur gestreichelt
werden, setzen sie beträchtliche Mengen relativ großer Partikel frei:
Staub, Pollen, Pflanzenreste und Mikroben.

Jedes Mal, wenn sich die Hunde in der Versuchskammer bewegten,
registrierten die Sensoren regelrechte „Wolken” aus
Innenraumverschmutzung. Die großen Hunde gaben dabei zwei- bis viermal
mehr Mikroorganismen ab als die Menschen im selben Raum. Viele dieser
Partikel leuchten schwach, wenn sie mit ultraviolettem Licht bestrahlt
werden und verraten so ihren biologischen Ursprung. „Diese hohe
mikrobielle Vielfalt ist nicht unbedingt eine schlechte Nachricht”, sagt
Licina. „Einige Studien deuten darauf hin, dass der Kontakt mit einer
Vielzahl von Mikroben die Entwicklung des Immunsystems fördern kann,
besonders bei Kindern. Die genauen Auswirkungen auf die menschliche
Gesundheit sind jedoch noch wenig erforscht und können von Person zu
Person stark variieren. Unsere Messungen helfen aber zu quantifizieren,
wie Haustiere als mobile „Träger“ fungieren: Sie bringen biologisches
Material in Innenräume und verteilen es durch alltägliche Aktivitäten
weiter.“

Die Wirkung von Streicheln und Ozon

Die Studie wirft auch einen Blick auf sekundäre chemische Reaktionen. Als
die Forscher:innen kleine Mengen an Ozon (O₃) in einer Konzentration, wie
sie typischerweise in sauberer Außenluft vorkommt, in die Versuchskammer
einleiteten, veränderte sich die Zusammensetzung der Luft merklich. Ein
hochsensitives TOF-Massenspektrometer des Mainzer Max-Planck-Instituts für
Chemie registrierte dabei fortlaufend winzige chemische Reaktionen. Ozon
bleibt nach dem Eindringen in Innenräume nicht lange unverändert. Trifft
es auf menschliche Haut, reagiert es rasch mit dem Hautfett Squalen und
bildet neue chemische Verbindungen, darunter Aldehyde und Ketone sowie
ultrafeine Partikel. „Weil Hundehaut keine Poren hat, nicht mit Squalen
bedeckt ist und Hunde sich über Hecheln statt Schwitzen abkühlen, sind wir
zunächst davon ausgegangen, dass sich die freigesetzten flüchtigen
organischen Verbindungen deutlich unterscheiden würden“, erklärt
Atmosphärenchemiker Jonathan Williams vom Max-Planck-Institut für Chemie.
Tatsächlich zeigten sich bei Hunden aber ähnliche Ozonreaktionen wie beim
Menschen. Ein Grund, so Williams: „Beim Streicheln übertragen wir
Hautrückstände auf das Fell, die anschließend mit Ozon reagieren und
wiederum Nebenprodukte und ultrafeine Partikel entstehen lassen.“

Trotz aller Streicheleinheiten produzierten die an der Studie beteiligten
durchschnittlich 40 Prozent weniger Ozon-Abbauprodukte als Menschen. Ein
Interaktionsweg, der in Modellen der Raumluftchemie bisher weitgehend
übersehen wurde. Offen bleibt, ob Hunde darüber hinaus auch als „Ozon-
Senken“ wirken, also Ozon abbauen können. Künftige Studien sollen zudem
klären, inwiefern Rasse, Ernährung oder Pflegegewohnheiten eine Rolle
spielen und ob andere Haustiere ähnliche Effekte zeigen.

Eine Umweltkammer als hochpräzises Labor

Um verlässliche Daten zu gewinnen, führten die Forschenden ihre
Experimente in einer streng kontrollierten Umweltkammer auf dem EPFL-
Campus in Freiburg (Schweiz) durch. Die Kammer ist mit hochpräzisen
Messgeräten ausgestattet, bildet einen normalen Innenraum nach und schirmt
Störungen von außen ab. Da die Luft gefiltert und Temperatur und
Luftfeuchtigkeit konstant gehalten wurden, ließen sich Veränderungen der
Luftqualität klar den Hunden zuordnen und nicht anderen Umwelteinflüssen.

„Am schwierigsten war es, alle erforderlichen Genehmigungen zu erhalten
und die ethischen Vorgaben einzuhalten“, sagt Licina. Die Tiere mussten
miteinander vertraut sein und von einer ihnen bekannten Person begleitet
werden, um Stress zu reduzieren. Die Studienpopulation bestand aus zwei
Gruppen: drei großen Hunde in der einen und vier kleinen Hunden
(Chihuahuas) in der anderen.

Gemeinsam mit ihren menschlichen Begleitern wechselten die Hunde zwischen
Ruhe und Aktivität– sie liefen umher, spielten ruhig und wurden
gestreichelt. So konnten die Forscher:innen fast in Echtzeit und unter
realitätsnahen Bedingungen verfolgen, wie die Tiere  die Umgebungsluft
verändern. Für die Hunde war die Umweltkammer ein Wohnzimmer auf Zeit, für
die Forschenden ein hochpräzises Labor.

Urheberrechtshinweise & Lizenzhinweis:
Diese Pressemitteilung basiert auf der Pressemitteilung „Dogs affect the
quality of our indoor air“ der EPFL (https://news.epfl.ch/news/dogs-
affect-the-quality-of-our-indoor-air/). Die Übersetzung und Erweiterung
wurden vom MPI für Chemie erstellt. Das Werk steht unter der Creative
Commons Lizenz CC BY-SA 4.0.