Pneumokoniose & Silikose: Ursachen, Prävention und Luftprobenahme im Arbeitsschutz

Pneumokoniose: Staub in der Lunge

Pneumokoniose wird definiert als „Staub in der Lunge und Gewebereaktionen in Gegenwart dieses Staubes.“ Es werden zwei Hauptarten von Pneumokoniose unterschieden:

• Kollagene Pneumokoniose: Diese Form ist durch Reaktionen mit Bindegewebsproduktion und permanenten Veränderungen oder Zerstörung der Alveolarstruktur gekennzeichnet. Sie wird durch fibrogene Stäube (z.B. Kieselsäure, Asbest) oder eine Reaktion auf nicht-fibrogene Stäube (z.B. Kohle, die zu massiver Fibrose führt) verursacht.
• Nicht-kollagene Pneumokoniose: Hierbei tritt eine Reaktion mit Retikulin auf, wobei die Wabenstruktur intakt bleibt. Diese Reaktion kann reversibel sein, wie es bei Pneumokoniosen durch röntgendichte Metalle (Eisen, Zinn, Barium) der Fall ist.

Silikose: Ursachen und Formen

Silikose ist eine Krankheit, die durch freie Kieselsäure (SiO₂) verursacht wird und durch eine diffuse, knotige Fibrose gekennzeichnet ist. Die Diagnose erfolgt mittels radiologischer und funktioneller Untersuchungen, die eine ventilatorische Beeinträchtigung zeigen können.

Der Hauptverursacher ist freie kristalline Kieselsäure oder Siliziumdioxid (SiO₂). Es ist wichtig zu beachten, dass nicht jede Kieselsäure, bei der Silizium in Silikaten mit anderen Elementen verbunden ist, die gleiche Pathogenität aufweist.

Formen der freien Kieselsäure

Freie Kieselsäure kommt in verschiedenen allotropen Formen vor, deren Zusammensetzung die Pathogenität bestimmt:

• Kristalline Formen: Quarz (die häufigste Form), Tridymit und Cristobalit.
• Kryptokristalline Formen: Chalcedon (Achat), Opal, Tripolis und Feuerstein.
• Amorphe (nicht-kristalline) Formen: Diatomeenerde oder Kieselgur.

Expositionsquellen für Silikose

Die verschiedenen Formen von SiO₂ sind in Gesteinen (z.B. Granit) und reinem Quarz enthalten. Expositionsquellen entstehen durch Extraktions-, Schleif- und Zerkleinerungsprozesse sowie durch verschiedene stauberzeugende Tätigkeiten:

• Bergbau: Bohren, Abbau, Transport, Zerkleinern und Mahlen von Erzen (Kupfer, Eisen) und Nichtmetallen (Salz, Kohle).
• Quarzabbau: Abbau und Industrialisierung (Mahlen und Sieben) von Quarz.
• Zementherstellung: Abbau und Industrialisierung (Mahlen und Sieben) von Calcit.
• Laboranalyse von mineralischen Proben.

Luftprobenahme: Instrumente und Methoden

Für Fachkräfte im Arbeits- und Gesundheitsschutz ist es von entscheidender Bedeutung, die Schadstoffe, denen Arbeitnehmer ausgesetzt sind, sowie deren Konzentration in der Luft zu kennen. Dabei spielen die erforderliche Genauigkeit, die Komplexität des Verfahrens und die Kosten der Instrumente eine wichtige Rolle.

Erfassung von Gasen und Dämpfen

Gase und Dämpfe können mittels Indikatorröhrchen direkt bewertet oder für die Laboranalyse in speziellen Behältern gesammelt werden. Die Sammlung kann durch Absorption in einer Flüssigkeit oder Adsorption an geeigneten Feststoffen (z.B. Aktivkohle) erfolgen.

Für den Nachweis organischer Dämpfe ist die Standardmethode die Adsorption an Aktivkohle, gefolgt von einer chromatographischen Bestimmung. Gase und Dämpfe, die in Wasser unlöslich sind, aber in anderen Medien löslich sind oder mit diesen reagieren, können in einem geeigneten Lösungsmittel gesammelt werden.

Direkte Probenahme (Kurzzeitmessung)

Die direkte Probenahme, auch als Sofortmessung bekannt, erfasst Luftproben über einen kurzen Zeitraum, typischerweise zwischen einer und fünf Minuten.

Diese Methode ist ideal, um verschiedene Phasen eines zyklischen Prozesses zu verfolgen und maximale Luftkonzentrationen zu bestimmen. Sie erfordert jedoch sehr empfindliche analytische Methoden, da die zu analysierende Materialmenge oft sehr gering ist.

Integrierte Probenahme (Langzeitmessung)

Die integrierte Probenahme wird eingesetzt, wenn die Empfindlichkeitsanforderungen der Analysemethode dies erfordern, oder wenn Probenahmen über längere Zeiträume (z.B. 10 bis 30 Minuten oder über eine 8-Stunden-Schicht) notwendig sind, um die Exposition von Personen zu bewerten.

Dabei wird ein bekanntes Luftvolumen durch eine absorbierende Lösung geleitet, die gasförmige Schadstoffe erfasst und bindet. Anschließend wird das Sorptionsmittel zur weiteren Analyse an ein Labor geschickt.

Für die integrierte Probenahme ist ein zuverlässiges Gerät zur Luftförderung erforderlich. Bei längeren Probenahmezeiten sind elektrische Pumpen oder Lüfter die praktischste Wahl. Diese sind in verschiedenen Ausführungen und Größen erhältlich und sollten entsprechend den Anforderungen der Probenahme ausgewählt werden.

Qualifizierung der Luft: Farbmetrische Verfahren

Farbveränderungen sind ein nützliches Indiz für die Konzentration von Schadstoffen in der Luft. Ein Verfahren zur Analyse der Zusammensetzung einer Lösung ist die Zugabe bekannter Mengen einer Standardlösung, bis eine Reaktion eintritt, die sich durch eine Farbänderung, Niederschlagsbildung oder eine Variation der Leitfähigkeit äußern kann.

Beispielsweise kann ein Glas-Bubbler mit einer bekannten Konzentration eines flüssigen Reagenzes und einem geeigneten Indikator bestückt werden. Anschließend wird ein Luftstrom mit konstanter Rate hindurchgeleitet, bis eine spürbare Farbänderung auftritt, die dem Farbton eines Referenzmusters entspricht. Unter kontrollierten Probenahmebedingungen ist die Schadstoffkonzentration in der Luft umgekehrt proportional zur Zeit, die benötigt wird, um eine Farbveränderung zu erzeugen.

Repräsentative Luftprobenahme

Vor der Durchführung von Lufttests im Arbeitsbereich ist es entscheidend, die Art des betreffenden Schadstoffs und alle potenziell in der Atmosphäre vorhandenen Problemstoffe genau zu kennen, um das geeignete Probenahmeverfahren auszuwählen.

Um die zeitlich gewichtete durchschnittliche Exposition zu ermitteln und diese mit den zulässigen Expositionsgrenzwerten (PEL) zu vergleichen, muss eine ausreichende Anzahl von Proben entnommen werden. Obwohl Konzentrationsschwankungen bei Gasen oder Dämpfen im Allgemeinen weniger ausgeprägt sind, darf die Bedeutung der Probenahmestelle, des Zeitpunkts und der Anzahl der Proben, die im Rahmen einer Arbeitsplatzumfelduntersuchung entnommen werden, bei partikulären Substanzen nicht unterschätzt werden.

Beim Umgang mit sehr gefährlichen Stoffen in großen Mengen ist eine kontinuierliche Überwachung der atmosphärischen Konzentrationen ratsam. Probenahmestellen sollten sich an den Arbeitsplätzen befinden. Um eine aussagekräftige Abschätzung der Dosis toxischer Substanzen zu erhalten, die ein Arbeitnehmer einatmet, können die Probenahmestellen und die Häufigkeit der Probenahme mit einer Zeitstudie der Arbeitstätigkeit kombiniert werden.

Die Exposition kann jedoch auch auf anderen Wegen als der Inhalation erfolgen. Daher kann eine umfassendere Expositionsbewertung eine Analyse der Ausatemluft, des Blutes oder des Urins erfordern. Diese Daten sollten in Kombination mit dem klinischen Wissen des verantwortlichen Arztes interpretiert werden. All dies unterstreicht die Bedeutung von Arbeitsschutzprogrammen.

Messung der Exposition

Die Vorschriften zur Arbeitnehmerexposition und alle Gesundheitskontrollen konzentrieren sich vorzugsweise auf den Atembereich des Arbeitnehmers.

Probenahme im Atembereich

Die Probenahme im Atembereich kann eine Reihe von Einzelproben erfordern, z.B. stündliche Proben über einen bestimmten Zeitraum oder ein bis zwei erweiterte Proben über den gesamten Arbeitstag. Zur Berechnung der zeitlich gewichteten durchschnittlichen Exposition ist eine integrierte persönliche Probenahme über die gesamte Schicht erforderlich. Viele der zulässigen Grenzwerte basieren auf zeitlich gewichteten Durchschnittskonzentrationen von Luftschadstoffen.

Bereichsprobenahme

Bereichsproben werden verwendet, um eine erste Einschätzung zu erhalten, welche Bereiche genauer untersucht werden sollten. Sie können auch dazu dienen, festzustellen, ob ein Bereich isoliert und der Zugang beschränkt werden sollte, um den Zustrom aus hochkontaminierten Bereichen zu verhindern.

Verfahren zur Probensammlung

Für gasförmige Stoffe werden verschiedene Instrumente verwendet, um Proben in Flaschen, Plastikbeuteln oder Röhrchen mit Aktivkohle, Silicagel oder anderen absorbierenden Materialien zu sammeln, die mit der gasförmigen Substanz reagieren oder diese zurückhalten.

Arbeitshygieniker setzen weitere Geräte zur Luftprobenahme ein, darunter Hochvolumen-Probenahmegeräte, Zyklonabscheider oder Kaskadenimpaktoren für die Partikelmessung. Zur Berechnung der absoluten Stoffmenge müssen die Probenwerte für Lufttemperatur und Normaldruck korrigiert werden. Es ist daher wichtig, die grundlegenden Gasgesetze und ihre Anwendung zu kennen.

Bubbler (Gaswaschflaschen)

Es gibt verschiedene Arten von Bubblern aus Glas oder Kunststoff, die als Geräte für die indirekte Probenahme verwendet werden können. Diese enthalten Wasser oder andere Flüssigkeiten, die gasförmige Substanzen erfassen, wenn Luft hindurchgeleitet wird.

Im Wesentlichen bestehen sie aus einer Probenahmeflasche mit einer bestimmten Menge einer absorbierenden Flüssigkeit und einem Sprudler. Wenn die Luft durch die Waschflasche geleitet wird, wird die Verunreinigung in der Flüssigkeit zurückgehalten.

Aktivkohleröhrchen

Aktivkohle besitzt die Eigenschaft, gasförmige Stoffe (physikalisch) an ihrer Oberfläche zu adsorbieren. Probenahmegeräte, die Aktivkohle als Adsorptionsmittel verwenden, bestehen aus kleinen Glasröhrchen mit zwei getrennten Aktivkohlesektionen, die durch Glasfaserstopfen gehalten werden.

Für die Luftprobenahme werden die verschlossenen Enden des Röhrchens aufgebrochen, und die Luft wird langsam mittels eines persönlichen Probenahmegeräts durch die Aktivkohle geleitet. Nach der Probenahme werden die Röhrchen wieder verschlossen und zur Analyse an das Labor geschickt.