ASU Ausgabe: 08-2013

Alters- und geschlechtsdifferenzierte Analyse und Beurteilung der Auswirkungen von Kältearbeit auf die Körperkerntemperatur

S. Groos

M. Penzkofer

K. Kluth

(eingegangen am 12. 12. 2012, angenommen am 17. 04. 2013)

Abstract deutsch

Alters- und geschlechtsdifferenzierte Analyse und Beurteilung der Auswirkungen von Kältearbeit auf die Körperkerntemperatur

Ziel: Die durchgeführten Feldstudien dienen der Objektivierung der aus Kältearbeit resultierenden Beanspruchung, beispielsweise hinsichtlich der Abnahme der Körperkerntemperatur. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse sollen es dann ermöglichen unter Einbeziehung des Alters und des Geschlechts neue Regeln für die Gestaltung von Kältearbeit zu entwickeln, sodass bei Mann und Frau altersunabhängig für präventiven Gesundheitsschutz gesorgt ist und damit letztlich auch die Arbeitsprozesseffizienz gesteigert wird.

Methode: Ein Kollektiv von insgesamt 60 Arbeitspersonen (Apn), klassifiziert in 4 Gruppen mit jeweils 15 Apn (jüngere/ältere Männer, jüngere/ältere Frauen) führte an die Realsituation angepasste Kommissioniertätigkeiten in einem gewerblichen Warenverteilzentrum mit Kühllager (+3 °C) und Tiefkühllager (–24 °C) durch. Während der drei Arbeitsphasen von 80, 100 und 120 Minuten Länge sowie in den 20-minütigen Aufwärmpausen zwischen den Arbeitsphasen wurden, neben der diskontinuierlich am Trommelfell erfassten Körperkerntemperatur, weitere arbeitsphysiologisch relevante Parameter aufgezeichnet.

Ergebnisse: Während bei den jüngeren bzw. älteren männlichen Apn im Tiefkühllager (–24 °C) maximale Abnahmen der Körperkerntemperatur von 1,5 K respektive 2,1 K ermittelt werden konnten, waren es bei den Frauen Abnahmen von max. 1,1 K (jüngere Apn) bzw. 1,4 K (ältere Apn). Beim Arbeiten im Kühllager (+3 °C) sank die Körperkerntemperatur im Vergleich zum Ausgangswert bei den jüngeren männlichen Apn um max. 0,7 K, bei den älteren um 0,9 K. Bei den jüngeren und älteren weiblichen Apn konnten im Kühllager nur Abnahmen von 0,4 K bzw. 0,5 K verzeichnet werden.

Schlussfolgerungen: Die Ergebnisse zeigen, dass es unabhängig von Alter und Geschlecht vor allem während der Arbeit im Tiefkühllager zu signifikanten Abnahmen der Körperkerntemperatur kam, die auch in der 20-minütigen Aufwärmpause nicht gänzlich kompensiert werden konnten. Die älteren Apn zeigten dabei erwartungsgemäß stärkere Abnahmen als die jüngeren Apn. Überraschend war, dass es bei den Frauen beider Altersklassen zu weniger starken Abnahmen kam als bei den Männern.

Schlüsselwörter: Kältearbeit – Körperkerntemperatur – manuelles Kommissionieren – Alter – Geschlecht

Abstract English

Age- and gender-related analysis and assessment of the effects of working in the cold on body core temperature

Aim: The field study was carried out in order to objectify the cold-induced strain, e.g. the decrease of the body core temperature. The results should help to create recommendations for tolerability of different cold exposures in the context of an age- and gender-differentiated employment of the workforce with the aim of creating preventive occupational health and safety and, ultimately, also to increase the efficiency of the work process.

Method: Physiological effects of order-picking in a chill room (+3 °C) and a cold store (–24 °C) were examined on 60 subjects (Ss), classified in 4 groups with 15 Ss each (younger/older males, younger/older females). The Ss had to work under predetermined, realistic working conditions with modified working phases with a duration of 80, 100, and 120 minutes, separated by identical warming-up breaks of 20 minutes. During the whole workday, the body core temperature was taken discontinuously at the tympanum. In addition, other physiologically important parameters were registered.

Results: Working in the cold store (–24 °C) caused a decline up to 1.5 K and 2.1 K for the younger and older male Ss and for the female Ss 1.1 K and 1.4 K respectively (younger and older Ss). Working in the chill room (+3 °C) induced a decrease in the body core temperature of up to 0.7 K and 0.9 K in comparison to the value at the outset for the younger respectively older male Ss. A decrease of 0.4 K and 0.5 K was registered for the younger and older female Ss while working in the chill room.

Conclusion: The results of the study show that working in the cold and in this case especially in the cold store with a surrounding temperature of approximately –24 °C, leads to significant decreases of the body core temperature, independent of age and gender. Here none of the subject groups reached their initial temperature after the 20-minutes warming-up breaks. As expected, the groups with the older Ss had greater body core temperature decreases compared to the groups with the younger Ss of the same gender. Surprisingly the body core temperature of the female Ss compared to the male Ss decreased less while working in the cold.

Keywords: working in severe cold – body core temperature – manual order-picking – age –gender

ASU Arbeitsmed Sozialmed Umweltmed 2013; 48: 460–468

Einleitung und Ziele

In den vergangenen Jahrzehnten hat sich der Lebensmittelmarkt vor allem in den Industrienationen grundlegend gewandelt. Der Mensch ist vom ursprünglichen Konsum selbst erzeugter Lebensmittel dazu übergegangen, diese vorwiegend im Einzelhandel zu beziehen, wobei hier vor allem gekühlte und tiefgekühlte Waren einen hohen Anteil am Gesamtkonsum ausmachen. So zählt laut dem Deutschen Tiefkühlinstitut (NN 2012) das Tiefkühlsortiment seit 2009 zu den expansivsten Märkten der deutschen Ernährungswirtschaft. Beispielsweise stieg der Pro-Kopf-Verbrauch an Tiefkühlkost (ohne Speiseeis) in den vergangenen 20 Jahren um ca. 80 % von 22,4 kg in 1991 auf 40,4 kg in 2011. Solche Entwicklungen einhergehend mit gesetzlichen Forderungen nach einer geschlossenen Kühlkette für Tiefkühlkost bei –18 °C (vgl. TLMV 1991) bedingen allerdings auch, dass sich Menschen innerhalb der Supply Chain, d. h. bei der Produktion, dem Transport, der Einlagerung und der Distribution der Waren immer wieder in diesen Temperaturbereichen auch für längere Zeiten aufhalten müssen. Das Kommissionieren der in einem Warenverteilzentrum eingelagerten Waren, für die anschließende Verteilung an den Einzelhandel, stellt eine dieser notwendigen Tätigkeiten in Kälte dar. Ein solches Warenverteilzentrum besteht häufig aus drei Lagerbereichen mit deutlichen Temperaturunterschieden. Das ca. +18 °C warme Trockenlager dient der Einlagerung von Waren, die keiner besonderen Umgebungstemperatur bedürfen, wohingegen Kühlwaren bei ca. +3 °C und Tiefkühlwaren bei ca. –24 °C eingelagert werden. Die beiden letztgenannten Lagerbereiche können nach der DIN 33403-5 (1997) als leicht kalter Bereich (unter +10 bis –5 °C) und sehr kalter Bereich (unter –18 bis –30 °C) eingestuft werden, was für den Arbeitnehmer bereits das Tragen entsprechender Kälteschutzkleidung unabdingbar macht. Ebenso notwendig ist die Einhaltung von maximalen Expositionszeiten und daran anschließenden Aufwärmpausen, die allerdings erst für Kältebereiche ab –25 °C in der BGV D4 (1998, ehemals VBG 20) verbindlich geregelt sind. Demnach ist bei Tätigkeiten unter –25 °C nach einer 2-stündigen Kälteexposition eine darauffolgende 15-minütige Aufwärmpause einzuhalten. Auch besteht eine Verpflichtung zu Vorsorge- sowie regelmäßigen arbeitsmedizinischen Nachuntersuchungen bei Arbeiten in Temperaturbereichen unter –25°C (vgl. BGI 504-21 1998). Wenn allerdings in Räumlichkeiten gearbeitet wird, deren Temperaturen nicht dauerhaft unter –25 °C fallen, werden nach sicherheitstechnischen und arbeitsmedizinischen Erfahrungen diese Untersuchungen für Arbeitnehmer nicht zwingend notwendig. Das heißt, dass eine arbeitsmedizinische Betreuung für Kommissionierer in einem gewerblichen Tiefkühlzentrum mit durchschnittlichen Temperaturen von –24 °C nicht gesetzlich vorgeschrieben ist. Auch gibt es für Arbeiter in diesem Temperaturbereich keine bindenden Regelungen bezüglich der maximalen Kälteexpositionszeiten und der darauffolgenden Aufwärmpause. Die DIN 33403-5 (1997) gibt hierzu lediglich Empfehlungen ab, wonach bei Arbeiten in Kältebereich IV (sehr kalter Bereich mit Temperaturen unter –18 bis –30 °C) eine maximale ununterbrochene Kälteexpositionszeit von 90 min und eine daran anschließende 30-minütige Aufwärmpause empfohlen wird. Diese Empfehlung liegt allerdings sogar noch über der Forderung aus der BGV D4 (1998) und wird in der Praxis kaum eingehalten. Denn eine von Penzkofer (2013) durchgeführte Befragung von 128 professionellen Kommissionierern (62 Männer und 66 Frauen) in 24 Tiefkühlzentren zeigte deutliche Schwankungen in den individuellen Arbeitszeit-Pausen-Regimen. Die Arbeitszeiten reichten meist von 60 min bis hin zu 240 min, worauf Aufwärmpausen von 20 min bis 45 min folgten. Einzelne Personen gaben Arbeitszeit-Pausen-Regime von 135/15 (135 min Arbeit mit anschließender 15-minütiger Pause), 150/30, 210/15 oder sogar 240/15 an. Für das Arbeiten im Kühllager bei Temperaturen von ca. +3 °C wird eine maximale ununterbrochene Kälteexpositionszeit von 150 min mit einer daran anschließenden 10-minütigen Aufwärmpause empfohlen (vgl. DIN 33403-5 1997). Auch hier zeigte die von Penzkofer (2013) durchgeführte Befragung deutliche Unterschiede bezüglich der realen Arbeits- (90–240 min) und Pausenzeiten (10–30 min).

Mit dem Kommissionieren in Kälte geht nicht nur eine Abweichung vom Bereich der thermischen Behaglichkeit einher – in Abhängigkeit von Klimafaktoren, Aktivität, Bekleidung und Nutzungskategorie der Räume liegt diese zwischen ca. +10 °C und +28 °C (vgl. DIN EN ISO 7730 2006; Bux 2006) – sondern es besteht auch die Gefahr von Gesundheits- oder Leistungsbeeinträchtigungen (Mercer 2003; Hassi et al. 2005). Bereits leichte Abweichungen vom thermischen Behaglichkeitsbereich können eine Senkung der mentalen (Palinkas 2001) und physischen (Oksa 1998) Leistungsfähigkeit zur Folge haben. Letztere definieren Oksa et al. (2002) und Faulkner et al. (1990) als eine Kombination aus Ausdauer, Muskelkraft und physischen Fähigkeiten. Eine Abkühlung der Muskulatur beeinflusst somit die physische Leistungsfähigkeit, was dann wiederum in einer Minderung der funktionellen Eigenschaften Leistung, Kraft und Geschwindigkeit resultiert. Die mentalen Fähigkeiten, die ebenfalls durch eine kalte Arbeitsumgebung beeinflusst werden, spielen nach Pilcher et al. (2002) eine wichtige Rolle in den Bereichen Orientierung, Sicherheit, Entscheidungsfindung, Arbeitsproduktivität und im Verhalten in Notfallsituationen.

Aber nicht nur die physische und mentale Leistungsfähigkeit wird bei kalten Arbeitsumgebungen beeinflusst, auch die Gesundheit des Arbeitnehmers kann kurz- und langfristig beeinträchtigt werden. Nach Oksa et al. (2002) und Sormunen et al. (2006) können während dem Arbeiten in Kälte vermehrt muskelskelettbezogene Beschwerden auftreten. Mäkinen (2007) gibt weiter an, dass durch tägliche Kälteexpositionen beispielsweise Erkrankungen der Atemwege hervorgerufen werden können. Vor allem für Menschen, die bereits durch eine chronische Atemwegserkrankung (z. B. Asthma, chronisch obstruktive Lungenerkrankung) oder durch Rauchen (Kotaniemi et al 2002; Kotaniemi et al. 2003) vorbelastet sind, besteht ein erhöhtes Risiko. Das wird durch Hassi et al. (2005) bestätigt, der viele Arten chronischer Beschwerden wie etwa kardiovaskuläre Erkrankungen, Atemwegserkrankungen, muskuläre Beschwerden, periphere Durchblutungsstörungen und Hauterkrankungen mit Kälteexpositionen in Verbindung bringt.

Die Wärmeverluste im Körper beim Arbeiten in Kälte können nicht gänzlich durch die Kälteschutzkleidung und die periphere Vasokonstriktion kompensiert werden (Strasser u. Kluth 2006), daher ist ein erhöhter Energieumsatz zwingend notwendig. Daher kann das körperlich anstrengende manuelle Kommissionieren von Warenpaketen, in der Regel zwischen 2 und 15 kg, durch die produzierte Muskelwärme zumindest aus Sicht des Kälteschutzes als vorteilhaft angesehen werden (Kluth et al. 2008, 2008/2009). Allerdings nimmt nach Boothby et al. (1936) die Wärmebildung des Menschen mit zunehmenden Alter deutlich ab, wonach hypothetisch ältere Arbeitnehmer bei Kältearbeit schlechter gestellt sein müssten als Jüngere. Gleiches sollte auch für Frauen gelten, deren Muskelmasse im Durchschnitt nur ca. 36 % des Körpergewichts beträgt, beim Mann sind es 42 %. Hierdurch müsste auch bei der Frau die Fähigkeit zur Wärmebildung zwangsläufig schlechter sein (vgl. Boothby et al. 1936). Auch bietet die im Vergleich zu Männern meist um 15 % dünnere Haut eine schlechtere Isolation gegen den Wärmeverlust, wohingegen der um ca. 10 % höhere Fettanteil der Frau als Vorteil zur Aufrechterhaltung der Körperkerntemperatur angesehen werden kann (Keatinge 1960; Degnbol u. Quaade 1964). Auch das schlechte Verhältnis von Körperoberfläche zu Körpervolumen, was letztlich für die Wärmespeicherung entscheidend ist, lässt annehmen, dass Frauen insgesamt aufgrund ihrer anatomischen und physiologischen Nachteile schlechtere Voraussetzungen beim Schutz gegen Kälte mitbringen als Männer.

Diese theoretischen Erkenntnisse warfen die Frage auf, ob unter den derzeitigen Bedingungen das Arbeiten in Kälte für Frauen und Männer jeden Alters in gleicher Weise auszuführen ist und ob dabei auch unter dem Aspekt der ungeregelten Arbeits- und Pausenzeiten langfristig für präventiven Gesundheitsschutz gesorgt ist. Im Hinblick auf eine Arbeitszeit-Pausen-Regelung und der Gestaltung und Verwendung geeigneter Kälteschutzkleidung sollten daher die Auswirkungen von Kältearbeit – im speziellen beim Kommissionieren von Kühl- und Tiefkühlwaren – in an die Realität angepassten Arbeitssituationen analysiert werden.

Kollektiv und Methode

Zur Objektivierung der Belastung und Beanspruchung bei arbeitsbedingten Kälteexpositionen wurde ein Kollektiv von insgesamt 60 freiwilligen Arbeitspersonen (Apn) zusammengestellt und in 4 Gruppen mit jeweils 15 Personen klassifiziert. Klassifizierungsmerkmale waren dabei Alter und Geschlecht, sodass eine Einteilung in jeweils zwei Gruppen männliche und weibliche Apn in den Altersklassen 20- bis 35-Jährige (Jüngere) und 40- bis 65-Jährige (Ältere) erfolgte (vgl.   Tabellen 1 und 2 ). Die Apn nahmen – nach vorangegangener Aufklärung – an zweitägigen Ganztagsanalysen in einem gewerblichen Warenverteilzentrum mit Kühllager (+3 °C) und Tiefkühllager (–24 °C) teil. Dabei folgten die Versuchstage dem in   Abb. 1 dargestellten standardisierten Schema, was im Wesentlichen aus 3 Phasen besteht.

In der Vorphase wurden die persönlichen und körperrelevanten Daten erfasst, zu denen u. a. auch die Angaben in Tabelle 1 und 2 gehörten. Zur Bestimmung der individuellen physischen Leistungsfähigkeit sollten die Apn einen PWC130-Test auf einem Fahrradergometer absolvieren. Anschließend wurde die in   Abb. 2 dargestellten Messtechnik an den Apn appliziert. Hierzu gehörten 7 Thermosensoren, die die Hautoberflächentemperaturen an Nase, Fingerspitze, Fingergrundglied, Schulter, im Bereich der Niere, Fußsohle und Zehe über den gesamten Versuchstag hinweg kontinuierlich erfasst haben. Die Herzschlagfrequenz wurde mit dem für wissenschaftliche und leistungsdiagnostische Untersuchungen optimierten Messsystem Polar®S810i™ kontinuierlich (5-Sekunden Mittelwert) aufgezeichnet. Das 24-h-Langzeit-Blutdruckmessgerät BOSO® TM 2430 erfasste alle 15 min den Blutdruck nach der RIVA-ROCCI-Methode. Die Körperkerntemperatur wurde wie in Abbildung 2 dargestellt, mit Hilfe des Infrarot-Ohrthermometers Braun®-Thermoscan in einem vorbestimmten Zeitschema (vor Beginn der Arbeitsphase, alle 15 min während der Arbeitsphase, am Ende der Arbeitsphase sowie nach 5 und 20 min Aufwärmpause) gemessen. Zur Einschätzung der Schwere der körperlichen Arbeit des manuellen Kommissionierens wurde der Energieumsatz mit dem Ergospirometriesystem MetaMax3B bestimmt. Hierbei galt es innerhalb von 15 min 4 Paletten mit jeweils 20 Kisten von unterschiedlicher Größe und Gewicht (2–15 kg) in der Vorkühlzone bei +3 °C umzusetzen. Das entsprach einer standardisierten Umsetzleistung von 600 kg in 15 min für alle Apn, was einen Vergleich der ermittelten Energieumsätze zuließ. Nach Abschluss der Vorphase begann die eigentliche Versuchsdurchführung im Kühl- bzw. Tiefkühllager. Hierbei sollten in drei randomisierten Arbeitsphasen von 80, 100 und 120 min Länge vorbereitete Paletten kommissioniert werden, mit einem definierten Gesamtgewicht von bis zu 3,2 t, basierend auf der von Kluth und Strasser (2001) in einem repräsentativen Warenverteilzentrum ermittelten durchschnittlichen Kommissionierleistung von 1,6 t/h Kühl- und Tiefkühlware. Unterbrochen wurden die Arbeitsphasen durch eine jeweils 20-minütige Aufwärmpause im +21 °C warmen Sozialbereich. Vor dem Kommissionieren im Kühl- bzw. Tiefkühllager wurden alle Apn mit der gleichen Kälteschutzkleidung ausgestattet. Im Kühllager wurde neben normaler Alltagskleidung ein Thermohemd und eine Thermoweste sowie Thermosocken, Sicherheitsschuhe und Noppenhandschuhe getragen. Im Tiefkühllager bestand der über der Alltagskleidung zu tragendende Kälteschutzanzug aus einer Thermojacke und -hose mit einem Wärmeisolationswert von 2,85 clo (clothing) bzw. 0,441 m²°C/W, wobei die unter dem Kälteschutzanzug getragene Alltagskleidung diesen Wert noch weiter erhöht. Komplettiert wurde die Ausrüstung durch Thermosocken, Kälteschutzstiefel, Fließhandschuhe und eine Wollmütze. Während der insgesamt 6-stündigen Versuchsdurchführung, die an einem Tag im Kühllager bei +3 °C und an einem weiteren Tag im Tiefkühllager bei –24 °C stattfand, wurde das persönliche Kälteempfinden an unterschiedlichen Körperregionen alle 15 min während des Kommissionierens sowie am Ende der Arbeits- und Aufwärmphase abgefragt.

Zum Ende des Versuchstages wurden die Apn mittels eines standardisierten Fragebogens zu Themengebieten wie den Arbeitsbedingungen (Räumlichkeiten, Geräuschpegel, Luftfeuchtigkeit, Zugluft, Kälteschutzkleidung und Arbeitsmitteln), der Arbeitszeit-Pausen-Gestaltung, dem körperlichen Befinden hinsichtlich eventuell auftretender gesundheitlicher Probleme (Hustenreiz, Blässe, Gefühllosigkeit und/oder leichte Schmerzen der Haut etc.) sowie Muskel- und Gelenkbeschwerden befragt.

Ergebnisse

Tiefkühllager (–24 °C)

Während des Kommissionierens im Tiefkühllager kam es bei den männlichen Apn zu deutlichen Abnahmen der Körperkerntemperatur. Bei den 20- bis 35-jährigen Apn lagen die über 15 Apn gemittelten Abnahmen im Maximum bei 1,3 K (80 Min), 1,4 K (100 min) und 1,5 K (120 min). Die Gruppe der älteren Apn reagierte mit deutlich stärkeren Temperaturabnahmen auf die Kälteexpositionen. In allen drei Arbeitsphasen betrugen die mittleren Temperaturverluste ca. 2 K und waren somit um ca. 0,5 K höher als bei den jüngeren Apn (vgl. Kluth et al. 2008/2009). Die zur statistischen Absicherung dieser Unterschiede durchgeführte Signifikanzanalyse ergab in der 80-minütigen Arbeitsphase einen hoch signifikanten (p < 0,001) und in der 120-minütigen Arbeitsphase einen immer noch signifikanten Unterschied (p < 0,01) zwischen den beiden Altersklassen, wohingegen die Unterschiede in der 100-minütigen Arbeitsphase nicht signifikant (p  0,05) waren.

Auch bei den Frauen zeigten sich im altersdifferenzierten Vergleich Unterschiede bei der Abnahme der Körperkerntemperatur, die allerdings mit maximalen Werten von 1,1 K bei den Jüngeren (weiße Säulen) und 1,4 K bei den Älteren (grüne Säulen) am Ende der 120-minütigen Arbeitsphase in allen drei Arbeitsphasen nicht signifikant (p  0,05) waren (vgl.   Abb. 3 ). Der geschlechtsdifferenzierte Vergleich beider Altersklassen verdeutlicht, dass die Abkühlungen der Männer teilweise stärker ausfielen als bei den Frauen.   Abbildung 4 zeigt die Körperkerntemperaturabnahmen der jüngeren männlichen (grüne Säulen) und weiblichen (weiße Säulen) Apn im Vergleich, wobei die hier augenscheinlich starken Unterschiede in der 80- und 120-minütigen Arbeitsphase nicht signifikant (p  0,05) und in der 100-minütigen lediglich schwach signifikant (p < 0,05) waren. Der in   Abb. 5 dargestellte Vergleich zwischen den älteren männlichen (grüne Säulen) und älteren weiblichen (weiße Säulen) Apn zeigte allerdings in der 80-minütigen Arbeitsphase hoch signifikante (p < 0,001), in der 100-minütigen bzw. 120-minütigen Arbeitsphase schwach signifikante (p < 0,05) respektive signifikante (p < 0,01) Unterschiede. Signifikante (p < 0,01) bis hoch signifikante (p < 0,001) Unterschiede konnten allerdings beim Vergleich der älteren männlichen (grüne Säulen) und weiblichen (weiße Säulen) Apn beim Kommissionieren im Tiefkühllager ermittelt werden (s. Abb. 5).

Allen Gruppen war jedoch gemeinsam, dass die 20-minütige Aufwärmpause nicht ausreichte, um die Ausgangstemperatur wieder zu erreichen, sodass die Apn stets „vorbelastet“ in die nächste Arbeitsphase gingen. Die Frauen zeigten selbst nach der 30-minütigen Pause noch ein leichtes Temperaturdefizit, wohingegen diese Zeit bei den Männern für eine vollständige Wiedererwärmung von ausreichend langer Dauer war, wie die letzte Messung der Nachuntersuchung dokumentierte. Die gemittelten Temperaturabnahmen dürfen auch nicht darüber hinwegtäuschen, dass es in Einzelfällen zu deutlich stärkeren Abnahmen um bis zu 3 K bei den Männern und 2,5 K bei den Frauen kam, was gleichzeitig ein Absinken der Körperkerntemperatur auf unter 35°C bedeutet. Nach DIN 33403-2 (2000) kann die Körperkerntemperatur ohne die Gefahr einer Gesundheitsschädigung auf etwa 35 °C absinken, denn im Bereich zwischen 35 bis 37 °C wirkt der Körper durch verminderte Wärmeabgabe, erhöhtem Energieumsatz und Kältezittern dem Auskühlen entgegen. Sind die Energiespeicher allerdings erschöpft und das Kältezittern eingestellt, sinkt die Temperatur weiter und der menschliche Organismus ist nicht mehr selbstständig in der Lage, die Körperkerntemperatur aufrechtzuerhalten. Werte zwischen 35 und 32 °C können bereits die Gesundheit gefährden und unter 32 °C sogar als lebensbedrohlich eingestuft werden (vgl. Brandström 1996).

Kühllager (+3 °C)

Erwartungsgemäß nahmen die Körperkerntemperaturen im Kühllager unabhängig von der Expositionszeit weit weniger stark ab als im Tiefkühllager. Bei den Männern der Altersklasse 20–35 Jahre kam es im Vergleich zum morgendlichen Ausgangswert während des Kommissionierens im Mittel zu Abnahmen der Körperkerntemperatur von bis zu 0,7 K (80 und 100 Minuten Arbeitsphase) sowie 0,8 K in der 120-minütigen Arbeitsphase. Bei den „älteren“ Männern lag die maximale Temperaturabnahme in allen drei Arbeitsphasen bei 0,9 K. Im altersdifferenzierten Vergleich waren die Unterschiede zwischen den jüngeren und älteren männlichen Apn in allen drei Arbeitsphasen nach dem 2-seitigen t-Test für unabhängige Stichproben nicht signifikant (p  0,05). Bei den Frauen zeigten sich bei den jüngeren Apn mit Abnahmen von maximal 0,4 K in allen drei Arbeitsphasen und bei den älteren Apn mit 0,3 K (80 min) bzw. 0,5 K (100 und 120 min) insgesamt weniger starke Abnahmen als bei den Männern. Auch bei den Frauen waren die Unterschiede im altersdifferenzierten Vergleich in allen drei Arbeitsphasen nicht signifikant (p  0,05). Im geschlechtsdifferenzierten Vergleich konnten hingegen teilweise Signifikanzen nachgewiesen werden. So waren bei den jüngeren Frauen und Männern die Unterschiede in der 80-minütigen Arbeitsphase nicht signifikant (p  0,05), in der 100- und 120-minütigen Arbeitsphase zumindest schwach signifikant (p < 0,05) ausgeprägt. Im Geschlechtervergleich waren die Unterschiede bei den älteren Apn hoch signifikant (p < 0,001), nicht signifikant (p  0,05) und schwach signifikant (p < 0,05) (80, 100 und 120 min). Bei den Männern beider Altersklassen konnten sogar nach der 20-minütigen Aufwärmpause immer noch Temperaturdefizite im Vergleich zum Ausgangswert festgestellt werden.

Diskussion

Die Ergebnisse zeigen, dass unabhängig von Alter und Geschlecht Abnahmen der Körperkerntemperatur während der Arbeit im Tiefkühllager (–24 °C) auftraten. Auch das Arbeiten im Kühllager (+3° C) erwirkte leichte Abnahmen der Tympanumtemperatur. Erwartungsgemäß kam es bei den älteren Apn beider Geschlechter zu jeweils höheren Abnahmen im Vergleich zu den Jüngeren des gleichen Geschlechts. Das ist v. a. auf die eingangs genannte mit zunehmendem Alter wesentlich schlechtere Wärmebildung zurückzuführen. Überraschend waren hingegen die stärkeren Abnahmen der Körperkerntemperatur der männlichen Apn im Vergleich zu den weiblichen. Allerdings konnte auch bereits in einer subjektiven Befragung von 66 weiblichen und 62 männlichen professionellen Kommissionierern in 24 Tiefkühlzentren gezeigt werden, dass die Frauen die Kälte als weit weniger negativ empfanden als ihre männlichen Kollegen (vgl. Penzkofer 2013). Die objektiv gewonnenen Erkenntnisse lassen die Vermutung zu, dass sich die Frauen wohl durch eine vegetative und hormonelle Steuerung in die Lage versetzen können, der Kälte durch eine höhere Stoffwechselproduktivität in der Muskulatur zugunsten von Wärmeentwicklung zu widerstehen.

Unklar bleibt aber weiterhin, ob der Verlauf der Körperkerntemperatur mittels des Infrarot-Ohrthermometers tatsächlich so exakt wiedergegeben werden konnte, wie es Untersuchungen von Lefrant et al. (2003) und Nordas et al. (2005) zeigten. Denn es ist auch möglich, dass die niedrigen Umgebungstemperaturen und die damit einhergehende Abkühlung des Kopfes einen stärkeren Einfluss auf die Tympanumtemperatur besitzen als zunächst vermutet. Zudem zeigten vergangene Untersuchungen recht kontroverse Ergebnisse bezüglich der Veränderung der Körperkerntemperaturen kälteexponierter Menschen, wobei diese Untersuchungen in Laboren durchgeführt wurden und daher nur bedingt mit realen Arbeitssituationen vergleichbar sind (vgl. Toshihara et al. 1995). Aschoff (1971) beispielsweise konnte bei seinen Untersuchungen keinen direkten Zusammenhang zwischen Körperkerntemperatur und Umgebungstemperatur feststellen. Veghte u. Clogston (1961), Bönnemark et al. (1969) sowie Forsthoff (1983) ermittelten bei ihren Untersuchungen sogar eine Zunahme der Körperkerntemperatur während dem Arbeiten in Kälte. Hellstrøm et al. (1970) und Sormunen (2009) stellten dagegen während der Kälteexpositionen Abnahmen der Körperkerntemperaturen der Apn fest. Vor diesem Hintergrund und der Tatsache, dass es in den aktuell durchgeführten Feldstudien entgegen der zunächst angenommenen Vermutung, Frauen seien vor Kälte schlechter geschützt als Männer, zu höheren Abnahmen bei den Männern kam, ist weiterer Forschungsbedarf zwingend erforderlich, um weiterführende Erkenntnisse zum Thema Arbeit in Kälte zu gewinnen. Dabei ist vor allem weiter zu erforschen, welche Mechanismen im menschlichen Körper dafür sorgen, dass es bei einigen Menschen sogar zu Temperaturerhöhungen in Kälte kommt, was auch in dieser Untersuchung bei zwei weiblichen Apn festgestellt werden konnte. Ebenso ist weiterer Forschungsbedarf bei der Ermittlung der optimalen Expositions- und Pausenzeiten angezeigt. Diese Feldstudie konnte aber schon jetzt nachweisen, dass eine 20-minütige Aufwärmpause für eine vollständige Wiedererwärmung nicht ausreicht und dass es bei den meisten Apn nach ca. 90-minütiger Kälteexposition zu einem weiteren starken Abfall der Körperkern- sowie Hautoberflächentemperaturen kam. In einem weiteren Schritt müsste nun bei variablen Arbeits- und Pausenzeiten das optimale Verhältnis dieser beiden Determinanten ermittelt werden.

Schlussfolgerung

Das Arbeiten in einem Tiefkühllager stellt für den Körper eine Doppelbelastung als Superposition von Arbeitsschwere und Umwelteinfluss dar.

Das als physisch hoch belastend einzustufende Kommissionieren, bei dem wie in der Versuchsanordnung Warenpakete mit Gewichten zwischen 2 und 15 kg in unterschiedlichen Höhen zu bewegen waren, fand nachweisbar bereits an bzw. oberhalb der Dauerleistungsgrenze statt (vgl. Kluth et al. 2012; Penzkofer 2013).

Auch wenn die durch die Kälteeinwirkung zu erwartende Auskühlung des Körpers durch die Wärmeerzeugung bei körperlich schwerer Arbeit teilweise kompensiert wird, kommt es dennoch zu deutlichen Abnahmen der Körperkerntemperatur.

Die Körperkerntemperaturabnahmen waren im Tiefkühllager (–24 °C) bei den Männern beider Altersklassen mit mittleren Werten von maximal 1,5 K (Jüngere) respektive 2,1 K (Ältere) deutlich größer als bei den jüngeren (1,1 K) und älteren (1,4 K) Frauen.

Im Kühllager (+3 °C) zeigten die am Trommelfell erfassten Temperaturen bei den Männern mit maximalen Abnahmen von 0,7 K bzw. 0,9 K für die jüngeren und älteren ebenfalls stärkere Abnahmen als die Frauen mit 0,4 K (Jüngere) und 0,5 K (Ältere).

Der Fokus der Arbeitsgestaltung sollte auf die weitere Optimierung der Kälteschutzkleidung und der Arbeitszeit-PausenRegelung – insbesondere was Häufigkeit und Länge der Aufwärmpausen und die maximale Expositionszeit betrifft – gerichtet sein.

Das Gewicht der Kälteschutzkleidung sollte reduziert werden, um die Arbeitsschwere zu senken. Gleichzeitig muss die isolierende Wirkung – bei einer erhöhten Wasserdampfdurchlässigkeit zur Vermeidung von Schweißbildung – verbessert werden.

Die Untersuchungen zeigten, dass die stärksten Abnahmen der Körperkerntemperaturen nach den ersten 90 min Kälteexposition bei –24 °C auftraten und nur wenige Apn ihre Ausgangstemperatur in weniger als 30 min Aufwärmpause erreichen.

Die Unternehmen sollten darauf achten, dass, solange keine ausreichenden Forschungsergebnisse zur Arbeitszeit-Pausen-Gestaltung vorliegen, die bereits in der DIN 33403-5 (1997) empfohlene maximale Expositionszeit von 90 nicht überschritten wird und darauf eine mindestens 30-minütige Aufwärmpause folgt.

Personen mit gesteigerter Kälteintoleranz sollten Kälteeinwirkung insgesamt vermeiden (vgl. Baumeister u. Drexler 2010). Das heißt, dass dieser Arbeitsmarkt für sie verschlossen ist bzw. eine Tätigkeit, die dort bereits ausgeführt wird, nicht mehr fortgeführt werden sollte.

Um langfristig für präventiven Arbeitsschutz zu sorgen und den Menschen unabhängig von Alter und Geschlecht einen gesunden Arbeitsplatz zu bieten, ist weitere Forschung auf dem Gebiet der Kältearbeit notwendig. Gleichzeitig muss die Kälteschutzkleidung weiter entwickelt und verbessert werden.

Literatur

Aschoff J: Temperaturregulation. In: Aschoff J, Günther B, Kramer K (Hrsg.): Energiehaushalt und Temperaturregulation. München: Urban und Schwarzenberg, 1971, S. 43–116.

Baumeister T, Drexler H: Non-Freezing Cold Injury (NFCI). Arbeitsmed Sozialmed Umweltmed 2010; 45: 190–193.

BGI 504-21: Berufsgenossenschaftliche Grundsätze für arbeitsmedizinische Vorsorgeuntersuchungen – Kältearbeiten. Stuttgart: Genter, 1998.

BGV D4: Kälteanlagen, Wärmepumpen und Kühleinrichtungen. Köln: CarlHeymanns, 1998.

Bönnemark B, Johansson L, Keiding J, Magnusson H, Palmgren B, Söderqvist A: Arbete i Fryshus. Arbetsmedicinska Institutet Stockholm, Rapport A-141, 1969.

Boothby WM, Berkson J, Dunn HL: Studies of the energy metabolism of normal individuals, a standard for basal metabolism, with a nomogram for clinical application. Am J Physiol 1936; 116: 468–484.

Brandström H: Accidentell hypotermi. In: Kyla på gott och ont. Solna: Arbetslivsinstitutet, 1996, S. 76–81.

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Für die Verfasser:

Dipl.-Wirt.-Ing. Sandra Groos

Arbeitswissenschaft/Ergonomie

Department Maschinenbau

Universität Siegen

Paul-Bonatz-Straße 9–11

57068 Siegen

groos@ergonomie.uni-siegen.de

Literatur

Fussnoten

Arbeitswissenschaft/Ergonomie, Department Maschinenbau, Universität Siegen

  • Abb. 1:  Schematische Darstellung des Versuchsablaufs

  • Abb. 2:  Eingesetzte Messtechnik und beispielhafter Verlauf einer Tympanum-Temperatur-Messung während einer Arbeitsphase und der anschließenden Aufwärmpause

  • Abb. 3:  Tympanum-Temperaturveränderungen [K] von weiblichen Kommissionierern vor, während und nach unterschiedlich langen Kälteexpositionen von ca. –24 °C im Tiefkühllager (TKL). Mittelwerte über jeweils 15 Apn in den Altersklassen „20- bis 35-Jährige“ und „40- bis 65-Jährige“. Symbolische Kennzeichnung der Signifikanzunterschiede nach dem zweiseitigen t-Test für unabhängige Stichproben (–: p  0,05; *: p < 0,05; **: p < 0,01; ***: p < 0,001)

  • Abb 4:  Tympanum-Temperaturveränderungen [K] von je 15 männlichen und weiblichen Kommissionierern in der Altersklasse „20–35 Jahre“ vor, während und nach unterschiedlich langen Kälteexpositionen von ca. –24 °C im Tiefkühllager (TKL). Symbolische Kennzeichnung der Signifikanzunterschiede nach dem zweiseitigen t-Test für unabhängige Stichproben (–: p  0,05; *: p < 0,05; **: p < 0,01; ***: p < 0,001)

  • Abb. 5:  Tympanum-Temperaturveränderungen [K] von je 15 männlichen und weiblichen Kommissionierern in der Altersklasse „40–65 Jahre“ vor, während und nach unterschiedlich langen Kälteexpositionen von ca. –24 °C im Tiefkühllager (TKL). Symbolische Kennzeichnung der Signifikanzunterschiede nach dem zweiseitigen t-Test für unabhängige Stichproben (–: p  0,05; *: p < 0,05; **: p < 0,01; ***: p < 0,001)

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