Dieses allgegenwärtige Element macht fast die gesamte Menschheit zu Narren

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Zhang Hao

Hersteller: China Science Expo

Im März dieses Jahres wurde in einer Studie, die in der renommierten Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ veröffentlicht wurde, darauf hingewiesen, dass sich der weitverbreitete Konsum von verbleitem Benzin negativ auf die Intelligenz von mehr als der Hälfte der US-Bevölkerung auswirkte und der durchschnittliche IQ jeder Person um 2,6 Punkte sank.

Lassen Sie uns heute über die Geschichte von „Blei“ sprechen. Bevor ich mit dem Haupttext beginne, möchte ich etwas wiederholen, das jeder kennt. Das heißt, die Bleistifte, die wir verwenden, haben, obwohl sie Bleistifte heißen, nichts mit Blei zu tun. Der Bleistiftkern besteht aus Graphit, einer Form von Kohlenstoff. Auch wenn Sie als Kind gerne „auf der Stiftspitze herumkauen“, besteht kein Grund zur Sorge.

Zurück zum Thema. Zufälligerweise untersuchten Wissenschaftler im Rahmen einer 2020 im Journal of the American Medical Association veröffentlichten Studie die Gehirnstruktur von mehr als 1.000 45-jährigen Erwachsenen, die in derselben Stadt in Neuseeland geboren wurden. Sie sind in der Zeit aufgewachsen, als der Verbrauch von verbleitem Benzin am höchsten war. Die Studie ergab, dass bei den Probanden im Alter von 11 Jahren pro 5 Mikrogramm Blei pro Deziliter, die sie im Körper trugen, die Oberfläche der Großhirnrinde um 1 Quadratzentimeter und das Volumen des Hippocampus um 0,1 Kubikzentimeter kleiner war als bei der Kontrollgruppe. Ihr IQ war im Durchschnitt um 2 Punkte niedriger, und bei einigen Personen zeigten sich auch Anzeichen eines kognitiven Abbaus.

Bei den Teilnehmern mit der höchsten Bleibelastung war auch die Integrität der weißen Substanz ihres Gehirns geschädigt. Da die Kindheit eine kritische Phase für die Entwicklung des Gehirns darstellt, kann eine Bleibelastung in dieser Zeit langfristige Auswirkungen auf das Gehirn haben und im Alter sogar zu degenerativen Erkrankungen führen.

In unserem täglichen Leben gibt es viele Dinge, die wir für selbstverständlich halten, die aber tatsächlich schwere Schäden am menschlichen Gehirn verursachen. Beispielsweise waren einst Bleiwasserrohre weit verbreitet und auch die oben erwähnten bleihaltigen Autoauspuffe kamen häufig zum Einsatz. Obwohl diese Bleiwasserleitungen und bleihaltigen Abgase langsam aus dem Leben der Menschen verschwinden, bleibt der Schaden, den sie verursachen, wie ein Schatten, der viele Opfer noch lange begleitet.

Die Tatsache, dass verbleites Benzin seit fast 100 Jahren beliebt ist, ist sicherlich auf Kompromissbereitschaft und Hilflosigkeit zurückzuführen, aber auch die dahinter stehenden Kapitalkräfte und mangelnde Kontrolle sind schuld. Warum wird dem Benzin Blei zugesetzt? Welche Symptome verursacht das langfristige Einatmen von bleihaltigen Abgasen? Wird es der Menschheit in Zukunft gelingen, die Bleiverschmutzung vollständig zu beseitigen oder Blei sogar aus allgemein verwendeten Materialien auszuschließen?

Bleikristalle und verarbeitete Bleiblöcke (Bildquelle: Wikipedia)

Wie kamen bleihaltige Benzinzusätze auf die Bühne der Menschheitsgeschichte?

Im Zuge der kontinuierlichen Verbesserung des Verbrennungsmotors entdeckte der Mensch nach und nach das sogenannte „Detonations“-Phänomen. Frühe Verbrennungsmotoren hatten ein niedriges Verdichtungsverhältnis und die Temperatur im Zylinder war nicht hoch. Solange die Zündkerze nicht zündet, kann das Öl-Gas-Gemisch im Zylinder nicht verbrennen. Wenn wir Verbrennungsmotoren mit höherer Leistung anstreben, müssen wir zwangsläufig das Verdichtungsverhältnis erhöhen und die Betriebstemperatur des Zylinders steigern. Zu diesem Zeitpunkt kann es zu einer Selbstentzündung eines Teils des Öl-Gas-Gemisches kommen, bevor die Zündkerze zündet. Dabei handelt es sich um eine Benzindetonation.

Das ist vergleichbar mit einem Drachenbootrennen, bei dem alle zusammenarbeiten, aber jemand nicht auf die Anweisungen hört und von sich aus rudert, was sich letztendlich auf das gesamte Team auswirkt. Für einen Verbrennungsmotor ist eine Detonation definitiv nicht gut. Dadurch verringert sich nicht nur die Kraftstoffeffizienz des Verbrennungsmotors, sondern es kann auch zu Geräuschen und sogar zu Zylinderschäden kommen. Um das Klopfproblem zu lösen, können wir natürlich bei der Struktur des Verbrennungsmotors und beim Benzin selbst ansetzen, aber die Entwicklung der Struktur des Verbrennungsmotors war damals an einen Engpass gestoßen und eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses war ein unvermeidlicher Weg bei der Entwicklung des Verbrennungsmotors. Daher können Ingenieure nur mit Benzin eine Lösung finden.

Midgley (links), der Erfinder der bleihaltigen Benzinzusätze, und seine Produktverpackung (rechts)

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Bald darauf entdeckte Thomas Midgley, der für General Motors arbeitete, im Jahr 1921, dass eine Verbindung namens Tetraethylblei das Benzinklopfen wirksam unterdrücken konnte. Der Syntheseprozess dieser Substanz ist einfach, die Kosten sind recht gering und es muss nur eine kleine Menge hinzugefügt werden, um die Klopffestigkeit von Benzin wirksam zu verbessern. Leider waren Blei und einige seiner Verbindungen damals bereits als giftig bekannt, und die Markteinführung bleihaltiger Benzinzusätze würde wahrscheinlich in der Öffentlichkeit Besorgnis hervorrufen.

General Motors zeigte jedoch großes Interesse an dieser Technologie. Um das Produkt erfolgreich auf den Markt zu bringen, verschwieg man bei der Namensgebung bewusst den Bleigehalt des Benzins und nannte es „Ethylbenzinadditiv“. Seit dem Bau der Produktionslinie sind viele Arbeiter an einer Bleivergiftung erkrankt oder sogar gestorben. Trotz der enormen wirtschaftlichen Vorteile von Antiklopf-Benzinzusätzen ignorierte General Motors jedoch weiterhin verschiedene Sicherheitsrisiken und machte Tetraethylblei in den nächsten fast 100 Jahren zum am häufigsten verwendeten Benzinzusatz.

Verbleite Auspuffanlage

Schon bald wurden die schädlichen Auswirkungen bleihaltiger Benzinzusätze deutlich. Im Produktionsprozess kommt es häufig zu akuten Vergiftungen und chronischen Berufsvergiftungen bei Arbeitern. In der Verbrauchsphase gelangt eine große Menge bleihaltiger Abfälle mit den Autoabgasen in die Atmosphäre und reichert sich im Straßenrandbereich an. Die Industrieländer sind früher in die Automobilgesellschaft eingestiegen und waren in der Anzahl der Kraftfahrzeugbesitzer schon vor Jahrzehnten den Entwicklungsländern weit voraus. Daher wurden sie früher Opfer der Bleibelastung durch Abgase.

Bildquelle: Veer Gallery

Der bekannteste und dramatischste Fall einer akuten Vergiftung durch Tetraethylblei-Benzinzusätze ist der des Erfinders Midgley. Um die Zweifel der Öffentlichkeit an der Sicherheit dieser Substanz zu zerstreuen, hielt Midgley am 30. Oktober 1923 eine Pressekonferenz ab und holte an Ort und Stelle eine kleine Flasche mit Tetraethylblei-Zusatz hervor. Er schmierte es auf seine Hände und roch 60 Sekunden lang an der Flaschenöffnung. Unerwarteterweise entwickelte sich diese Pressekonferenz zum Schauplatz eines „schweren Autounfalls“. Wenige Tage später wurde nicht nur eine Tetraethylbleifabrik von General Motors von der Regierung des Staates New Jersey geschlossen, auch Midgley selbst zeigte schwere Symptome einer Bleivergiftung. Nachdem er ins Krankenhaus eingeliefert worden war, ruhte er sich ein ganzes Jahr lang aus, bevor er sich im Wesentlichen erholt hatte.

Im Jahr 1970 kam es auch in Yanagimachi, Tokio, zu einem schweren Vorfall einer chronischen Bleivergiftung. Yanagimachi ist ein Stadtteil im Bezirk Shinjuku, Tokio. Damals kreuzten sich hier mehrere wichtige Verkehrsadern, und außerdem lag er in einem Tal, sodass sich dort leicht Luft ansammeln konnte. Autoabgase treffen auf das Gelände im Talgrund, wodurch der Kohlenmonoxidgehalt der Luft in dieser Gegend das ganze Jahr über zu den höchsten in ganz Tokio gehört. Dies hat zu einer hohen Zahl von Atemwegserkrankungen unter der örtlichen Bevölkerung geführt und es gibt sogar den Begriff „Yanagachi-Asthma“.

Autoabgase im Winter (Bildquelle: veer Fotogalerie)

Um den Gesundheitszustand der Anwohner gründlich zu untersuchen, führten medizinische Einrichtungen detaillierte körperliche Untersuchungen bei ihnen durch. Die Ergebnisse zeigten, dass der Bleigehalt im Blut der hier getesteten Einwohner durchschnittlich 47,7 mg/dl erreichte, mit einem Maximum von 138 mg/dl, was im Grunde mehr als dem Siebenfachen des Wertes in anderen Teilen des Landes entspricht. Damals legte das japanische Ministerium für Gesundheit, Arbeit und Soziales den Grenzwert für berufsbedingte Bleischäden auf 60 mg pro Deziliter fest und viele Einwohner von Yanagimachi litten bereits an einer Bleivergiftung.

Allerdings lassen sich die Auswirkungen einer chronischen Bleivergiftung auf das Nervensystem nur schwer mit konkreten Zahlen beschreiben, schließlich kann es sich um einen schleichenden Prozess handeln, der Jahrzehnte andauert. Obwohl die oben genannten Forschungsdaten eine Reihe von Mängeln in Details aufweisen, über die es sich nachzudenken lohnt, können sie im Allgemeinen die langfristige und tiefgreifende Toxizität einer Bleivergiftung für das menschliche Nervensystem widerspiegeln. Welche Auswirkungen hat das Element Blei auf den menschlichen Körper, warum beeinträchtigt es die menschliche Gesundheit und was sind die Symptome und Behandlungsmöglichkeiten einer Bleivergiftung?

Was für ein Element ist Blei?

Blei ist ein in der Natur weit verbreitetes Metallelement. Die Einzelsubstanz Blei zeichnet sich durch hohe Dichte, leichtes Schmelzen und einfache Verarbeitung aus. Es wird häufig in der Industrie und im täglichen Leben verwendet. Die Dichte von Blei ist etwa 1,4-mal so hoch wie die von Eisen. Daher wird zur Herstellung verschiedener Formen von Gegengewichten häufig nur Blei verwendet. Verschiedene Bleiverbindungen sind seit der industriellen Revolution zu einem unverzichtbaren Rohstoff für die Menschheit geworden. Neben Benzinzusätzen wird Blei in der Industrie vor allem in Blei-Säure-Batterien, Zinn-Blei-Lötmitteln, Bleifarben, Schmuck aus Bleilegierungen usw. verwendet.

Bleisteine ​​als Strahlenschutzmaterial (links) und kleine Blei-Säure-Batterien (rechts)

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Als giftiges Element stellt Blei in seiner elementaren Form kein Vergiftungsrisiko dar, solange es nicht in den Körper gelangt. Blei in unverpackter Form kann man ohne Bedenken berühren und man muss sich keine allzu großen Sorgen machen, aber es ist sehr gefährlich, es versehentlich zu verschlucken. Elementares Blei löst sich unter Einwirkung der Magensäure in Bleiionen auf. Nachdem diese Ionen ins Blut gelangt sind, verteilen sie sich schnell im gesamten Körper und verursachen Schäden an zahlreichen Organen.

Im Jahr 2006 starb in den USA ein vierjähriges Kind, nachdem es versehentlich Schmuck aus reinem Blei verschluckt hatte. Ein 4-jähriger Junge mit leichter geistiger Behinderung kam wegen plötzlichem Erbrechen ins Krankenhaus. Der Arzt vermutete zunächst nicht, dass der Junge versehentlich Gift zu sich genommen hatte. Er verschrieb lediglich ein Mittel gegen Erbrechen und bat seine Eltern, den Jungen nach Hause zu bringen. Zwei Tage später verschlechterte sich der Zustand des Jungen unerwartet plötzlich und er litt unter starken Bauchschmerzen und Schwäche in den Gliedmaßen. Nach seiner Einlieferung ins Krankenhaus entwickelte der Junge eine Reihe neurologischer Symptome, darunter Erregung, Atembeschwerden und ein Hirnödem. Eine Röntgenuntersuchung ergab zudem, dass sich in seinem Magen ein Fremdkörper befand.

Vier Tage nach der Einlieferung ins Krankenhaus erreichte die Bleikonzentration im Blut des Jungen 180 mg pro Deziliter, und der Arzt vermutete daraufhin eine akute Bleivergiftung. Aber es war zu spät, um eine Schlussfolgerung zu ziehen. Der Junge zeigte in dieser Nacht Symptome des Hirntods und starb fünf Tage nach seiner Einlieferung ins Krankenhaus. Die Ergebnisse der Obduktion zeigten, dass es sich bei dem Fremdkörper im Magen des Jungen um eine herzförmige Verzierung an seinen Stiefeln handelte, die zu 99,1 % aus Blei bestand.

Nach dieser Tragödie führten viele Länder zahlreiche Kontrollen des auf dem Markt befindlichen billigen Metallschmucks durch. Die Schlussfolgerung zeigte, dass Blei und Bleilegierungen aufgrund ihres niedrigen Preises und ihrer festen Beschaffenheit immer noch von einigen Herstellern zur Herstellung von kostengünstigem Schmuck verwendet werden. Bei täglichem Tragen sind diese Accessoires gesundheitlich unbedenklich, bei versehentlichem Verschlucken durch Kinder besteht jedoch eine große Vergiftungsgefahr.

Beispiele für Bleivergiftungen: (links) Bleihaltige Rohrleitungen, (rechts) Aasfresser sind anfällig für Vergiftungen, nachdem sie mit Bleigeschossen erschossene Beute gefressen haben

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Bleiverbindungen verursachen häufiger Umweltverschmutzung

Nachdem wir über das Element Blei gesprochen haben, werfen wir einen Blick auf die Gesundheitsrisiken verschiedener Bleiverbindungen (einschließlich in Bleiwasserleitungen gelöster Bleiionen) für den menschlichen Körper. Obwohl verschiedene anorganische Bleiverbindungen außerhalb des Körpers stabil existieren können, lagern sie sich nach und nach ab und zersetzen sich langsam, sobald sie über die Atemwege und den Verdauungstrakt in den Körper gelangen. Die zersetzten Bleiionen konzentrieren sich am stärksten im Blut, im Weichgewebe und im Knochengewebe. Von allen inneren Organen weisen Nieren und Leber den höchsten Bleigehalt auf, da sie am Bleistoffwechsel beteiligt sind, während der Bleigehalt im Gehirn vergleichsweise viel niedriger ist.

Aus Autoabgasen freigesetzte gasförmige organische Bleiverbindungen gelangen hauptsächlich über die Atemwege in den menschlichen Körper. Aufgrund ihrer Fettlöslichkeit ist auch die Haut einer der möglichen Eintrittswege in den menschlichen Körper. Obwohl sich Blei nach dem Eintritt in den menschlichen Körper anreichert, kann es bis zu einem gewissen Grad auch wieder ausgeschieden werden. Blei wird über Kot, Urin und sogar die Atmung aus dem Körper ausgeschieden. Im Gegensatz zu anorganischen Bleiverbindungen steigt die Bleikonzentration im Gehirn nach dem Einatmen organischer Bleiverbindungen deutlich an, was einer der wichtigen Gründe dafür ist, warum bleihaltige Abgase leicht das Nervensystem beeinträchtigen können.

Die Auswirkungen von Blei auf den Körper: (links) Menschen mit Bleibelastung in der Kindheit haben im Erwachsenenalter einen deutlich kleineren Präfrontallappen (roter Bereich), (Mitte) spezielle Epiphysenfugen nach Bleivergiftung, (rechts) basophile punktierte rote Blutkörperchen nach Bleivergiftung

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Der Hauptgrund, warum Blei nach dem Eindringen in den menschlichen Körper Anomalien hervorruft, besteht darin, dass Blei die Hämoglobinsynthese beeinträchtigen kann. Wenn die Bleikonzentration im Blut 40 Mikrogramm pro Deziliter oder mehr erreicht, beginnen die mit der Hämatopoese verbundenen biochemischen Prozesse gestört zu werden. Der abnormale Zustand im Körper reicht jedoch nicht aus, um offensichtliche Symptome hervorzurufen, die kurzfristig erkannt werden können. Wenn die Bleikonzentration im Blut 60 Mikrogramm pro Deziliter oder mehr erreicht, können die Werte mehrerer Organe im Körper, beispielsweise der Leber und der Nieren, abnormal werden. Wenn die Bleikonzentration im Blut weiter auf 80 Mikrogramm pro Deziliter ansteigt, beginnen systemische Symptome aufzutreten. Die primären Manifestationen sind Anämie und eine einzigartige gräuliche Gesichtsfarbe. Auch das Nervensystem zeigt verschiedene Erscheinungsformen wie Kopfschmerzen, Empfindlichkeit und Manie.

Wenn der Bleigehalt im Blut des Körpers auf über 150 Mikrogramm pro Deziliter steigt, befindet sich der menschliche Körper bereits in einem Zustand, der einer akuten Bleivergiftung entspricht, und es kommt zu schwerwiegenden Anomalien in allen wichtigen Körpersystemen, insbesondere im Nervensystem. Die normalen Funktionen des menschlichen Gehirns können nur schwer aufrechterhalten werden, die motorischen und sensorischen Nerven sind abnormal und unter der Wirkung einer Nervenlähmung zeigen die Patienten oft das einzigartige Symptom, dass sie ihre Hände herabhängen lassen.

Vorsicht vor Kindermördern (Fotoquelle: Changsha Evening News)

In den letzten Jahren haben Studien wiederholt ergeben, dass eine langfristige Exposition gegenüber einer Umgebung mit übermäßigem Bleigehalt Schäden am menschlichen Körper, insbesondere am Nervensystem, verursachen kann, selbst wenn die Bleikonzentration im Blut nicht den herkömmlichen krankheitsverursachenden Risikowert erreicht. Daher führt diese Studie zu keinen neuen Schlussfolgerungen, sondern ergänzt lediglich seit langem bestehende Ansichten um einige neue Beweise. Im Gegensatz zu anderen Metallelementen wie Kupfer und Eisen hat Blei keine bekannten Auswirkungen auf den menschlichen Körper und ist eine rein giftige und schädliche Substanz. Da Blei in der Natur jedoch weit verbreitet ist, nimmt der Mensch es zwangsläufig über verschiedene Kanäle auf, hauptsächlich über die Nahrung.

Die tägliche Bleiaufnahme der chinesischen Bevölkerung variiert von Region zu Region. Am Beispiel der Einwohner von Hangzhou zeigte eine Umfrage aus dem Jahr 2014, dass die Bleiaufnahme der Einwohner von Hangzhou bei etwa 80 Mikrogramm pro Tag lag. Dieser Wert liegt zwar deutlich unter der zulässigen Tagesdosis von 200 Mikrogramm, ist aber immer noch deutlich höher als in Nachbarländern wie Japan (ca. 20 Mikrogramm), die bereits früher umfassende Kontrollen der Bleibelastung eingeführt haben.

Ich bin davon überzeugt, dass die Bleiaufnahme der chinesischen Bevölkerung mit der Einführung verschiedener, strengerer Umweltschutzmaßnahmen allmählich das weltweite Niveau erreichen wird. Daher ist es umso wichtiger, umfassendere Maßnahmen zum „Bleiverbot“ in verschiedenen Industriezweigen zu ergreifen.

Das Vorhandensein von Blei bestimmt, ob es schädlich für die Umwelt ist

Tatsächlich ist das Ausmaß der toxischen Wirkung von Blei auf den menschlichen Körper und die Umwelt von dessen Vorhandensein und Verteilung abhängig, was wiederum direkt ausschlaggebend dafür ist, ob bleihaltige Materialien in großem Maßstab gefördert und eingesetzt werden können. Obwohl beispielsweise fast 90 % des Industriebleis in Blei-Säure-Batterien verwendet werden, ist die Möglichkeit, dass Bleiverbindungen in die Außenwelt gelangen und die Umwelt verschmutzen, sehr gering. Daher waren Blei-Säure-Batterien schon immer die erste Wahl bei der Herstellung von Autobatterien und USV-Notstromversorgungen. Allerdings bergen Tetraethylblei als Antiklopfmittel in Benzin und Zinn-Blei-Lot in der Elektronikindustrie große Risiken für die Umwelt.

Obwohl Zinn-Blei-Lot eine hervorragende Leistung und geringe Kosten aufweist, kann die Bleilegierung auf Altplatinen aufgrund der vielen Lötverbindungen auf dem Leiterplattensubstrat nicht recycelt werden. Der enorme Verbrauch und die Verschwendung elektronischer Produkte machen eine zentrale und schadlose Entsorgung dieser Produkte unmöglich. Schließlich kann es unter natürlichen Bedingungen dazu kommen, dass auf wilden Mülldeponien gestapelte Leiterplatten Blei in den Boden und das Grundwasser freisetzen. Dieses Blei wird schließlich von Pflanzen und Wassertieren angereichert und gelangt dann über die Nahrungskette in den menschlichen Körper.

Altplatinen (Fotoquelle: veer gallery)

Angesichts der potenziellen Umweltgefahren, die durch den unsachgemäßen Umgang mit Blei entstehen, müssen sich die Menschen von Tetraethylblei und Zinn-Blei-Lot verabschieden, auch wenn diese über unvergleichliche Leistungsvorteile verfügen. Derzeit wird nur noch in wenigen Ländern und Regionen der Welt verbleites Benzin verkauft. Nach fast 30 Jahren Bemühungen hat die Elektronikindustrie die Verwendung von Zinn-Blei-Lot im Bereich der zivilen Unterhaltungselektronik grundsätzlich eliminiert. Durch diese Maßnahmen konnte der steigende Bleigehalt in der Umwelt wirksam eingedämmt und auch der Gesamtbleigehalt, den der Mensch über die Atmung und die Ernährung aufnimmt, reduziert werden.

Wenn wir die Evolutions- und Entwicklungsgeschichte der Erde betrachten, können wir erkennen, dass jedes Element ein Schatz ist, den die Natur der Menschheit geschenkt hat, und dass es immer irgendwann Möglichkeiten für die menschliche Entwicklung schafft. Obwohl einige Formen von Blei und Bleiverbindungen eine gewisse Toxizität für den Menschen aufweisen, bleiben sie in vielen Fällen unersetzliche Schlüsselmaterialien. Darüber hinaus sind diese bleihaltigen Materialien bei wissenschaftlicher Verwendung weder für den menschlichen Körper noch für die Umwelt schädlich. Auch in Zukunft muss der Mensch den Eintrag von Blei in die Umwelt strenger kontrollieren und gleichzeitig Blei rationaler entwickeln und nutzen, damit diese Ressourcen der Menschheit wirklich zugute kommen.

Quellen:

Die Hälfte der US-Bevölkerung war in der frühen Kindheit schädlichen Bleiwerten ausgesetzt

https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2118631119

Eine der schlimmsten Gefahren für die öffentliche Gesundheit des letzten Jahrhunderts ist endlich beseitigt

https://www.vox.com/future-perfect/22650920/leaded-gasoline-eradicated-public-health

Bleibelastung im letzten Jahrhundert ließ den IQ der Hälfte der Amerikaner sinken, wie eine Studie zeigt

https://www.sciencedaily.com/releases/2022/03/220307162011.htm