MEDIZIN: Originalarbeit
Hitzebedingte Mortalität in Deutschland zwischen 1992 und 2021
Heat-related mortality in Germany from 1992 to 2021
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Hintergrund: In den Jahren 2018–2020 war es ungewöhnlich warm in Deutschland, und der Sommer 2018 war der zweitwärmste Sommer seit Beginn der Aufzeichnungen im Jahr 1881. Insbesondere in höheren Altersgruppen kommt es infolge hoher Temperaturen regelmäßig zu einem Anstieg der Mortalität.
Methode: Wir verwendeten wöchentliche Daten zur Gesamtmortalität und mittleren Temperatur im Zeitraum 1992–2021 und schätzten die Anzahl der hitzebedingten Sterbefälle in Deutschland und in den verschiedenen Regionen, unterteilt in „Norden“, „Mitte“ und „Süden“, mithilfe eines generalisierten additiven Modells (GAM). Um langfristige Trends zu charakterisieren, verglichen wir den Effekt von Hitze auf die Mortalität über die Dekaden.
Ergebnisse: Unsere Schätzung zeigt, dass die ungewöhnlich hohen Sommertemperaturen 2018–2020 in allen drei Jahren zu einer statistisch signifikanten Anzahl von Sterbefällen geführt haben: Es gab etwa 8 700 hitzebedingte Sterbefälle im Jahr 2018, etwa 6 900 im Jahr 2019 und etwa 3 700 im Jahre 2020. Im Jahr 2021 kam es nicht zu einer signifikant erhöhten Übersterblichkeit aufgrund von Hitze. Im Vergleich der letzten drei Dekaden beobachten wir insgesamt einen leichten Rückgang des Effekts von hohen Temperaturen auf die Mortalität.
Schlussfolgerung: Trotz Hinweisen auf eine gewisse Anpassung an Hitze zeigen besonders die Daten der Jahre 2018–2020, dass Hitzeereignisse nach wie vor eine bedeutende Bedrohung für die Gesundheit der Menschen in Deutschland darstellen.
Extreme Hitze und andauernde Hitzeperioden sind bedeutende Risikofaktoren für die menschliche Gesundheit. Zahlreiche Studien zeigen nicht nur, dass hohe Temperaturen zu einer erhöhten Belastung des Gesundheitssystems führen (1, 2), sondern können auch einen systematischen Zusammenhang zwischen Hitzeereignissen und einem erhöhten Mortalitätsgeschehen belegen (3, 4, 5, 6). Für Deutschland konnte die Auswirkung von Hitze auf das Mortalitätsgeschehen sowohl für einzelne Bundesländer (7, 8, 9, 10, 11, 12) als auch bundesweit (3, 13, 14, 15, 16) quantifiziert werden.
Hohe Außentemperaturen wirken in vielfältiger Weise auf den Körper ein und können beispielsweise das Herz-Kreislauf-System stark belasten, etwa durch reduzierte Blutviskosität aufgrund des höheren Flüssigkeitsverlusts sowie durch die Herausforderung, die Körpertemperatur konstant zu halten (17, 18). Insbesondere können bestehende Beschwerden, wie etwa Atemwegserkrankungen, verstärkt werden (19, 20). Da Hitze nur in seltenen Fällen als direkte Todesursache identifiziert wird, sind statistische Verfahren erforderlich, um die Anzahl der aufgrund von Hitze verstorbenen Personen abzuschätzen. Die vorliegende Arbeit schließt an die Modellierung der Studien zur hitzebedingten Mortalität für die Jahre 1992–2017 (3) sowie für die Jahre 2001–2015 (15) an und schätzt die Anzahl der hitzebedingten Sterbefälle in den Jahren 1992 bis 2021 mithilfe eines generalisierten additiven Modells (GAM) (21).
Methoden
Daten
Wie in der Studie der Jahre 1992–2017 (3) verwendeten wir Daten des Statistischen Bundesamtes (StBA) zur Gesamtmortalität pro Kalenderwoche im Zeitraum 1992–2021 (22). Diese Daten sind nach vier Altersgruppen (< 65, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75–84 und 85+ Jahre) und nach Bundesland aggregiert. Zusätzlich zogen wir die offizielle Bevölkerungsstatistik des StBA von 1992 bis 2020 heran sowie die Ergebnisse der Bevölkerungsprojektion für das Jahr 2021 (Szenario G2-L2-W2, ausgehend von moderaten Entwicklungen in Geburtenhäufigkeit, Lebenserwartung und Wanderungssaldo) (23).
Für die Temperaturdaten verwendeten wir stündliche Messungen der Lufttemperatur von 52 Stationen des Bodenmessnetzes des Deutschen Wetterdienstes. Diese Daten wurden zuerst über die 24 Stunden des Tages und dann über Kalenderwoche und Bundesland gemittelt. Wir betrachteten auch den bereits analysierten Zeitraum 1992–2017, einerseits, um durch den längeren Beobachtungszeitraum eine stabile Anpassung des saisonalen Musters zu gewährleisten, und andererseits, um die Vergleichbarkeit mit früheren Schätzungen zu ermöglichen. Wie zuvor analysierten wir nur das Sommerhalbjahr (Kalenderwochen 15–40) und unterschieden drei Dekaden: 1992–2001, 2002–2011 und 2012–2021. Außerdem gruppierten wir die Bundesländer in drei große Regionen: „Norden“ (Bremen, Hamburg, Mecklenburg-Vorpommern, Niedersachsen, Schleswig-Holstein), „Mitte“ (Berlin, Brandenburg, Nordrhein-Westfalen, Rheinland-Pfalz, Saarland, Hessen, Sachsen, Sachsen-Anhalt, Thüringen) und „Süden“ (Baden-Württemberg, Bayern). Dadurch konnten auch regionale Besonderheiten der Wirkung hoher Temperaturen auf die Mortalität berücksichtigt werden.
Modell
Wir verwendeten ein generalisiertes additives Modell (GAM) (21) sowie die Statistiksoftware R (Version 4.0.5, package„mgcv“ [24]), um den beobachteten Verlauf der Gesamtmortalität im Studienzeitraum nachzubilden. Für jede Region und Altersgruppe setzt sich der nachgebildete Verlauf zusammen aus einem Langzeittrend, einem saisonal wiederkehrenden Muster sowie Expositions-Wirkungskurven, die den relativen Einfluss der mittleren Temperatur auf die Mortalität der gleichen Woche und der drei folgenden Wochen quantifizieren.
Ausgehend von den Expositions-Wirkungskurven identifizierten wir für jede Altersgruppe, Region und Dekade einen Temperatur-Schwellenwert, oberhalb dessen die Temperatur relevant auf die Mortalität einwirkt. Eine Kalenderwoche, deren Mitteltemperatur oberhalb des Schwellenwerts liegt, bezeichnen wir als „Hitzewoche“, zusammenhängende Zeiträume von Hitzewochen als „Hitzeperioden“. Da diese Schwellenwerte in der Nähe von 20 °C liegen, gebrauchen wir gelegentlich auch diesen Wert als Kennzeichen einer Hitzewoche.
Als „Hintergrundmortalität“ bezeichnen wir die Mortalität, die zu erwarten wäre, wenn die Wochenmitteltemperatur stets unterhalb des Schwellenwerts verbliebe. Die Differenz zwischen dem modellierten Mortalitätsverlauf und der Hintergrundmortalität ergibt die „hitzebedingte Mortalität“. Liegt das 95-%-Konfidenzintervall der geschätzten hitzebedingten Mortalität vollständig über Null, so sprechen wir von einer signifikanten Anzahl hitzebedingter Sterbefälle. Für eine detaillierte Beschreibung der Modellierung und der durchgeführten Sensitivitätsanalysen siehe eSupplement „Methoden“ und (3).
Ergebnisse
Hitzebedingte Sterbefälle
Grafik 1 zeigt die geschätzte Anzahl hitzebedingter Sterbefälle in Deutschland für den Zeitraum 1992–2021. In den Jahren 2018–2020 treten zum ersten Mal innerhalb des Untersuchungszeitraums in drei aufeinanderfolgenden Jahren signifikante Anzahlen hitzebedingter Sterbefälle auf. Insbesondere das Jahr 2018 liegt mit einer geschätzten Anzahl von etwa 8 700 hitzebedingten Sterbefällen in einer ähnlichen Größenordnung wie die historischen Hitzejahre 1994 und 2003 (jeweils rund 10 000 Sterbefälle). Für die Jahre 2019 und 2020 schätzt das Modell etwa 6 900 beziehungsweise 3 700 Sterbefälle. Die Anzahlen von Sterbefällen sind vergleichbar mit jenen in den Jahren 2006, 2010 und 2015. Für das Jahr 2021 wurde keine signifikant erhöhte hitzebedingte Sterblichkeit ermittelt. Die geschätzten Sterbefallzahlen und Konfidenzintervalle für die Dekade 2012–2021 sind auch in der Tabelle zusammengefasst, die Ergebnisse für den gesamten Zeitraum seit 1992 finden sich in der eTabelle.
Grafik 2 zeigt den zeitlichen Mortalitätsverlauf (Sterbefälle pro 100 000 Einwohner) der Jahre 2018–2021. Vor allem in den Jahren 2018–2020 liegt die nachgebildete und die beobachtete Gesamtmortalität deutlich über der modellierten Hintergrundmortalität.
Die eGrafiken 1 und 2 zeigen eine feinere Aufschlüsselung des Mortalitätsverlaufs nach den drei Regionen Norden, Mitte und Süden sowie einen Vergleich der hitzebedingten Mortalität nach Region und Altersgruppe. In Übereinstimmung mit bisherigen Ergebnissen (3, 9, 15) wird dort deutlich, dass in allen Regionen die Altersgruppe über 85 Jahre am stärksten betroffen ist. In der Region Norden fallen die Hitzeperioden der Jahre 2018 und 2020 kürzer aus, dennoch kam es in diesen Jahren zu einer hohen Anzahl von hitzebedingten Sterbefällen.
Grafik 3 zeigt den Verlauf der Expositions-Wirkungskurven der aktuellen Woche und der Vorwoche für die Altersgruppe über 85 Jahre in den drei Regionen Norden, Mitte und Süden. Hier wird deutlich, dass der Temperaturschwellenwert, ab dem von einer relevanten Einwirkung der Hitze auf die Mortalität gesprochen werden kann, im Norden etwas niedriger ausfällt (19,7 °C) als in den Regionen Mitte (20,2 °C) oder Süden (20,8 °C). Zusätzlich verzeichnen die Expositions-Wirkungskurven der aktuellen Woche und der Vorwoche im Norden einen deutlich steileren Anstieg für Temperaturen oberhalb des Schwellenwerts. Es zeigt sich also eine von Süden nach Norden hin regional zunehmende Wirkung von Hitze auf die Mortalität, sodass die für eine bestimmte Wochenmitteltemperatur erwartete Anzahl hitzebedingter Sterbefälle (pro 100 000 Einwohnern derselben Altersgruppe) im Norden etwas höher und im Süden etwas niedriger als in der Mitte Deutschlands ausfällt.
Veränderungen in der Schätzung der Expositions-Wirkungskurven
Grafik 4 zeigt die Expositions-Wirkungskurven der Altersgruppe über 85 Jahre, aufgeteilt nach geografischer Region und Dekade. Insgesamt ist für Wochenmitteltemperaturen über 20 °C eine deutliche Erhöhung der Mortalitätsrate zu beobachten. Im Verlauf der Dekaden ist insbesondere in der Region Mitte ein leichtes Abflachen der Kurven zu beobachten, das heißt dieselbe Wochenmitteltemperatur führt im Zeitraum 2012–2021 zu einer weniger starken Erhöhung der Mortalität als beispielsweise im Zeitraum 1992–2001. Eine Zusammenfassung der Expositions-Wirkungskurven der verschiedenen Regionen und Altersgruppen findet sich im eSupplement „Analyse“.
Besonderheiten der Jahre 2018–2020 und Einfluss der Hitzedauer
Grafik 2 und eGrafik 1 zeigen, dass das Modell den Mortalitätsverlauf im Allgemeinen gut nachbilden kann. Allerdings wird die Mortalität während der Hitzeperioden 2018 und 2020 etwas unterschätzt, im Jahr 2019 dagegen leicht überschätzt. Eine mögliche Erklärung dafür liegt im unterschiedlichen Charakter der Hitzeperioden dieser drei Jahre.
Das Jahr 2018 zeichnete sich in allen drei Regionen durch eine ungewöhnlich lange Hitzeperiode aus (bis zu neun Wochen in der Region Süden und bis zu fünf Wochen in den Regionen Norden und Mitte). Zusätzlich wurden in diesem Zeitraum auch auffallend hohe Wochenmitteltemperaturen (bis zu 26,6 °C in den Regionen Mitte und Süden, bis zu 25,1 °C im Norden) gemessen. Im Jahr 2019 wurden zwar ebenfalls sehr hohe Temperaturen gemessen (maximal 25,8 °C in der Region Mitte, 25,7 °C im Süden und 25 °C im Norden), die Hitzeperioden wurden aber immer wieder von Wochen mit niedrigerer Temperatur unterbrochen. Im Jahr 2020 lässt sich schließlich wieder eine langandauernde Hitzeperiode (bis zu fünf Wochen in den Regionen Mitte und Süden, bis zu drei Wochen im Norden) beobachten, die maximale Wochenmitteltemperatur lag jedoch deutlich niedriger als im Jahr 2018 (maximale Wochenmitteltemperatur 24,9 °C).
Eine explizite Berücksichtigung der Hitzedauer in der Modellierung wurde untersucht, führt aber nicht zu einer wesentlich verbesserten Beschreibung der beobachteten Daten. Eine detaillierte Zusammenfassung der wichtigsten Temperaturkennzahlen im Untersuchungszeitraum findet sich im eSupplement „Daten“.
Diskussion
Die Jahre 2018–2020 weisen jeweils mehr Hitzewochen auf als die anderen Jahre der Dekade 2012–2021. Das Jahr 2018 sticht besonders hervor, da nicht nur überdurchschnittlich lange andauernde Hitzeperioden auftraten, sondern auch besonders hohe Temperaturen gemessen wurden. Die Dauer und Anzahl der Hitzeperioden unterscheiden sich allerdings deutlich zwischen den Regionen, siehe auch eSupplement „Daten“. Auch die hitzebedingte Mortalität liegt in den Jahren 2018–2020 deutlich über den Werten der anderen Jahre der Dekade. Im Jahr 2018 ist die geschätzte Anzahl der hitzebedingten Sterbefälle vergleichbar mit den historischen Hitzejahren 1994 und 2003. Allerdings zeigt eine direkte Gegenüberstellung der Mortalität in den einzelnen Wochen, dass bei vergleichbaren Temperaturen im Jahr 2018 weniger Sterbefälle auftraten als 1994 und 2003 (eSupplement „Analyse“). Im Jahr 2021 waren nur einzelne Hitzewochen zu beobachten, die nicht zu einer signifikanten Erhöhung der Gesamtmortalität geführt haben.
Einfluss der Jahre 2018–2020 auf die Gesamtdekade
Da die Expositions-Wirkungskurven pro Dekade geschätzt werden, führt die Inklusion der vergleichsweise heißen Jahre 2018–2020 zu einer Neuschätzung der Expositions-Wirkungskurven der Dekade 2012–2021, die im Vergleich mit dem Modell auf Basis der Daten bis 2017 (3) einen steileren Anstieg verzeichnen. Dies impliziert, dass auch die geschätzte Anzahl der hitzebedingten Sterbefälle für diese Dekade leicht nach oben korrigiert werden muss. Die aktualisierten Schätzwerte liegen im Rahmen der 95-%-Konfidenzbereiche der früheren Schätzung (eSupplement „Analyse“).
Dauer von Hitzeperioden
Eine Berücksichtigung der Dauer von Hitzeperioden führte nur zu geringfügigen Verbesserungen der Modellpassung und nicht zu signifikanten Veränderungen in den Schätzungen der hitzebedingten Sterbefälle. Eine mögliche Erklärung könnte sein, dass Kalenderwochen als Untersuchungseinheit zu grob sind, um den zeitlichen Verlauf einer lang anhaltenden Hitzeperiode vollständig zu erfassen. Insbesondere ein Wechsel zwischen heißen und kühleren Tagen innerhalb einer Woche sowie die Stärke der nächtlichen Abkühlung können auf Basis wöchentlicher Werte nicht eindeutig differenziert werden, sodass zum Beispiel die Dauer einer Hitzeperiode in den wöchentlichen Daten tendenziell überschätzt wird (eSupplement „Daten“). Die Untersuchung tagesgenauer Mortalitätsdaten könnte dabei helfen, eine optimale Zeiteinheit zu identifizieren.
Schließlich könnten auch andere Phänomene abgesehen von der Temperatur eine Rolle spielen, etwa das Auftreten und die Konzentration von Luftschadstoffen, die Luftfeuchtigkeit und möglicherweise auch die Lage einer Hitzeperiode im Kalenderjahr (25). So wurde beispielsweise in (26) gezeigt, dass der Mortalitätsverlauf während der ersten Tage der Hitzewellen 2003 und 2015 trotz vergleichbarer Temperaturverläufe starke Unterschiede aufwies. Erklären ließen sich die Unterschiede mit der deutlich höheren Luftfeuchtigkeit während der Hitzewelle 2015.
Vergleich mit anderen Modellen
Einzelne Bundesländer, zum Beispiel Hessen (10), Baden-Württemberg (11), Berlin und Brandenburg (27), veröffentlichen regelmäßige Schätzungen der Anzahl hitzebedingter Sterbefälle. Die Hintergrundmortalität wird in diesen Modellen mithilfe der durchschnittlichen Mortalität der Vorjahre berechnet, wobei Zeiträume mit bekannten Hitzeereignissen ausgeschlossen werden. Diese Modelle haben gegenüber der hier verwendeten Modellierung den Vorteil der vereinfachten Handhabung, da sie auch ohne spezielle Statistiksoftware ausgewertet werden können. Andererseits stehen sie vor der Problematik, dass die zunehmende Frequenz extremer Hitzeereignisse den Ausschluss immer größerer Zeiträume bedingt, was zu einer Verzerrung der geschätzten Hintergrundmortalität führen kann. Außerdem kann der Expositions-Wirkungszusammenhang nicht direkt quantifiziert werden, weshalb Temperatur-Schwellenwerte und Anpassungsprozesse auf anderem Wege beschrieben werden müssen.
Das Thema hitzebedingte Mortalität rückt auch zunehmend in den Fokus internationaler Untersuchungen. So wurde etwa im Jahr 2020 der Indikator „heat-related mortality“ in den „Lancet Countdown on health and climate change“ aufgenommen. Weltweit wurde die Anzahl der hitzebedingten Sterbefälle im Jahr 2018 mit 296 000 beziffert, von denen allein 20 000 auf Deutschland entfallen (6). Allerdings wurde für diese Schätzung eine weltweit einheitliche Expositions-Wirkungskurve angenommen und auch saisonale Unterschiede in der Mortalität wurden nur pauschal berücksichtigt. Eine solche vereinfachte Herangehensweise erlaubt zwar, die weltweite Größenordnung der hitzebedingten Mortalität einzuschätzen, kann aber für einzelne Staaten zu deutlichen Über- beziehungsweise Unterschätzungen führen (zur Bedeutung regionaler Unterschiede in den Expositions-Wirkungszusammenhängen siehe auch [28]).
Anpassung an Hitzeperioden in Deutschland
Die in Grafik 4 dargestellte Entwicklung der Expositions-Wirkungskurven im Verlauf der Dekaden zeigt, dass im Allgemeinen dieselbe Wochenmitteltemperatur in der Dekade 2012–2021 weniger stark auf die Mortalität einwirkte als etwa in der Dekade 1992–2001. Dies kann als Hinweis auf eine gewisse Anpassung der Bevölkerung an wiederkehrende Hitzeperioden interpretiert werden.
Die von uns analysierten Daten erlauben keine Rückschlüsse auf die Ursachen dieser begrenzten Anpassung. Denkbar sind zum Beispiel individuelle Verhaltensänderungen durch stärkere Sensibilisierung, wie etwa das Tragen luftiger Kleidung, ausreichende Flüssigkeitszufuhr oder das Aufsuchen schattiger oder klimatisierter Räume (29). Information zu Hitzeereignissen erfolgt beispielsweise auch über das Hitzewarnsystem des Deutschen Wetterdienstes (30).
Da ältere Menschen und Menschen mit Vorerkrankungen besonders betroffen sind, steht das Thema Hitzeprävention im Gesundheits- und Pflegewesen auf der Basis erster Umsetzungserfahrungen weiter im Fokus (2). Um Anpassungsstrategien auf Ebene der Kommunen zu initiieren, ist die Koordination und fachübergreifende Interaktion essentiell (31, 32). Hierzu betonte die Gesundheitsministerkonferenz 2020 in ihrem entsprechenden Beschluss die Erfordernis von Hitzeaktionsplänen, mit dem Hinweis diese bis 2025 zu erstellen (33).
Ausblick
Zahlreiche Untersuchungen gehen davon aus, dass durch den Klimawandel auch in Deutschland vermehrt mit extremen Hitzeereignissen mit teilweise drastischen Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit gerechnet werden muss (4, 20, 34, 35, 36, 37, 38). Die Untersuchung der hitzebedingten Mortalität stellt dabei einen wesentlichen Beitrag zur Einschätzung gesundheitlicher Risiken dar. Die Aktualisierung unserer Analyse zeigt erstmalig in drei aufeinanderfolgenden Jahren signifikant Anzahlen hitzebedingter Sterbefälle und verdeutlicht damit noch einmal, dass Hitzeereignisse weiterhin eine ernstzunehmende Bedrohung für die Gesundheit der Menschen in Deutschland sind. Insgesamt bestehen nach wie vor die Notwendigkeit und Herausforderung, den Umgang mit Hitzeperioden in Deutschland deutlich zu verbessern und vulnerable Bevölkerungsgruppen adäquat zu schützen.
Interessenkonflikt
Die Autorinnen und Autoren erklären, dass kein Interessenkonflikt besteht.
Manuskriptdaten
eingereicht: 21.12.2021, revidierte Fassung angenommen: 13.04.2022.
Anschrift für die Verfasser
Claudia Winklmayr, M.Sc.
Abteilung für Infektionsepidemiologie
Robert Koch-Institut
Nordufer 20, 13353 Berlin
winklmayrc@rki.de
Zitierweise
Winklmayr C, Muthers S, Niemann H, Mücke HG, an der Heiden M: Heat-related mortality in Germany from 1992 to 2021. Dtsch Arztebl Int 2022; 119: 451–7. DOI: 10.3238/arztebl.m2022.0202
►Die englische Version des Artikels ist online abrufbar unter:
www.aerzteblatt-international.de
Zusatzmaterial
eTabelle, eGrafiken, eSupplement:
www.aerzteblatt.de/m2022.0202 oder über QR-Code
Zentrum für Medizin-Meteorologische Forschung, Deutscher Wetterdienst (DWD), Freiburg: Dr. phil.-nat. Stefan Muthers
Abteilung für Epidemiologie und Gesundheitsmonitoring, Robert Koch-Institut (RKI), Berlin: Dr.-Ing. Hildegard Niemann
Abteilung Umwelthygiene, Umweltbundesamt (UBA), Berlin: Dr. rer. nat. Hans-Guido Mücke
Förderung
Diese Arbeit ist im Rahmen des Projekts „DAS: Weiterentwicklung und Harmonisierung des Indikators zur hitzebedingten Übersterblichkeit in Deutschland” (FKZ 3720 48 203 1) entstanden und wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz (BMUV) gefördert und im Auftrag des Umweltbundesamtes (UBA) durchgeführt.
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