In unserer Serie „70 Jahre MAK-Kommission“ werden die verschiedenen Arbeitsgruppen der Kommission vorgestellt. Feiern Sie mit uns dieses besondere Jubiläum und erfahren Sie, wie die MAK-Kommission auch heute noch eine Schlüsselrolle dabei spielt, die Arbeitswelt von morgen sicherer und gesünder zu gestalten.
In Folge 7 der Reihe stellt Prof. Dr. Dr. Dirk Walter die von ihm geleitete Arbeitsgruppe „Stäube“ der Ständigen Senatskommission zur Prüfung gesundheitsschädlicher Arbeitsstoffe vor.
70 Years of the MAK Commission (Part 7): Dusts
Dust exposure is widespread in the workplace. But not all dust is the same! A discussion about a highly complex hazardous substance to which we are all exposed to to a greater or lesser degree.
70 Jahre MAK-Kommission (Teil 7): Stäube
Staubexpositionen sind in der Arbeitswelt weit verbreitet. Dabei ist Staub nicht gleich Staub! Ein Gespräch über einen hochkomplexen Gefahrstoff, dem wir alle mehr oder weniger ausgesetzt sind.
Herr Professor Walter, Ihre Arbeitsgruppe befasst sich mit einem der ältesten und zugleich immer noch hochrelevanten Thema im Arbeitsschutz: den Stäuben. Können Sie uns die Kernaufgaben Ihrer AG innerhalb der Senatskommission erläutern und betonen, wie Ihre Arbeit zur Bewertung der vielfältigen Staubexpositionen und deren gesundheitlichen Auswirkungen beiträgt, insbesondere im Jahr des 70-jährigen Jubiläums der MAK-Kommission?
D. Walter: In der Tat, Stäube existieren, solange es das Universum gibt ... Doch zurück zum Arbeitsschutz: Staubexpositionen treten an einer Vielzahl von Arbeitsplätzen auf und können in Abhängigkeit von der exponierten Dosis zu einer Beeinträchtigung. chronischen Erkrankungen oder Tumoren der Atemwege und der Lunge führen. Aufgabe der AG ist es, Grenzwertvorschläge zu erarbeiten, die, bei Einhaltung, vor einer arbeitsplatzbedingten Gesundheitsgefährdung schützen. Dies geschieht zum einen über den sogenannten „Allgemeinen Staubgrenzwert“, der die Summe aller am Arbeitsplatz auftretenden Stäube erfasst, also Mischexpositionen aus Stäuben unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung. Zum anderen über stoffspezifische Grenzwerte für Stäube mit einer definierten chemischen Zusammensetzung – wie beispielsweise Cerdioxid, das als Schleif- und Poliermittel, aber auch als Katalysatormaterial Anwendung findet. Voraussetzung für die Ableitung eines stoffspezifischen Grenzwertes sind wissenschaftlich belastbare epidemiologische und/oder toxikologische Studiendaten. Dies gelingt jedoch nur, wenn für die Ableitung des stoffspezifischen Grenzwerts wissenschaftlich belastbare epidemiologische und/oder toxikologische Studiendaten vorliegen.
Das 70-jährige Jubiläum der MAK-Kommission bietet die Möglichkeit, mit einer interessierten Öffentlichkeit ins Gespräch zu kommen.
Stäube sind nicht gleich Stäube – ihre Größe, Form und chemische Zusammensetzung sind entscheidend für ihre Wirkung. Welche spezifischen Kriterien und Methoden wendet Ihre Arbeitsgruppe an, um verschiedene Staubarten zu charakterisieren und ihr Gefährdungspotenzial zu bewerten? Welche Herausforderungen ergeben sich bei der präzisen Messung und Differenzierung von Stäuben am Arbeitsplatz?
D. Walter: Völlig richtig, es sind mehrere Faktoren, die über die toxische Wirkung der Stäube entscheiden. Die Größe der Staubpartikel bestimmt die Eindringtiefe entlang des Atemtrakts. Bei den Luftgrenzwerten (MAK-Werten) wird daher zwischen der E-Fraktion (einatembare Fraktion) und der A-Fraktion (alveolengängige Fraktion) unterschieden. Größere Staubpartikel (E-Fraktion) werden durch die mukoziliäre Clearence daran gehindert, bis in die Alveolen vorzudringen. Kleine Staubpartikel (A-Fraktion) können hingegen in die Alveolen gelangen. Hier erfolgt die Clearance vor allem durch die Alveolarmakrophagen. Ist deren Kapazität überschritten, kommt es zur anhaltenden Deposition (Ablagerung von feinstaubförmigen Partikeln in den tiefsten Bereichen der Lunge). Insbesondere biobeständige Stäube können so über eine sehr lange Zeit, oft Jahre und Jahrzehnte, als Partikel in den Alveolen erhalten bleiben. Neben der Größe spielt auch die Geometrie der Partikel eine wichtige Rolle. Wir unterscheiden unter dem Obergriff „Stäube“ zwischen granulären (körner-/kugelförmigen) und faserförmigen Stäuben. Bei faserförmigen Stäuben (z. B. Asbest) ist für eine mögliche pathologische Wirkung, neben der Geometrie,
auch die Rigidität (Starrheit/Steifheit) der Faser von Bedeutung. So können elastische Fasern, im Gegensatz zu rigiden Fasern, nicht durch das Lungengewebe zur Pleura wandern und dadurch möglicherweise ein Pleuramesotheliom verursachen. Den Zusammenhang der Fasergeometrie und der Rigidität kann sich jeder klarmachen, der zu Hause in der Küche ungekochte mit gekochten Spaghetti in ihrem Verhalten vergleicht. Schließlich ist auch die chemische Zusammensetzung der Stäube für das bisher besprochene und insbesondere für die stoffspezifische Toxizität ein entscheidender Parameter. Präziser ausgedrückt, die chemische Zusammensetzung an der Partikeloberfläche bestimmt die toxische Wirkung. Hier wird es auch analytisch anspruchsvoll, weil die Oberflächenzusammensetzung teilweise erheblich von der Zusammensetzung im Inneren der Partikel abweicht. Zum besseren Verständnis der Oberflächenzusammensetzung und der dadurch bedingten Oberflächenreaktivität tragen moderne festkörperanalytische Methoden, wie Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) und Methoden der Thermischen Analyse (DSC, TG-IR), bei.
Stäube können eine Vielzahl von Gesundheitsschäden verursachen, von Atemwegserkrankungen bis hin zu Krebs. Welche Mechanismen liegen den staubbedingten Erkrankungen zugrunde, die Ihre AG untersucht? Und welche Erkenntnisse aus Ihrer Arbeit sind besonders wichtig für das Verständnis der Pathogenese von Lungenfibrosen oder kanzerogenen Wirkungen durch Stäube?
D. Walter: Auf die schwierigste Frage eine kurze Antwort: Biobeständige granuläre und faserförmige Stäube führen durch langfristige Deposition in der Lunge zu einer hohen Dosis des Staubes lokal in den Alveolen. Daraus kann eine chronische Entzündung entstehen, in deren Folge fibrotische oder kanzerogene Veränderungen stattfinden. Handelt es sich um teilweise lösliche Stäube, können, neben dem beschriebenen „Partikel-Effekt“, die gelösten Spezies Entzündungen und pathologisch adverse Effekte hervorrufen.
Die von Ihrer Arbeitsgruppe erarbeiteten Grundlagen sind entscheidend für die Festlegung von Grenzwerten und die Entwicklung von Schutzmaßnahmen. Welche spezifischen Präventionsstrategien empfiehlt Ihre AG für den Umgang mit staubexponierten Arbeitsplätzen?
D. Walter: Die Empfehlung von Arbeitsschutzmaßnahmen sind nicht Aufgabe der AG beziehungsweise der Kommission, aber klar ist, dass zunächst am Arbeitsplatz ein Minimierungsgebot gilt. Ob das technisch immer machbar ist, muss individuell geklärt werden. Selbstverständlich müssen die Luftgrenzwerte eingehalten werden. Bei nicht biobeständigen Stäuben sind zudem die stoffspezifischen Grenzwerte im biologischen Material (BAT-Werte) einzuhalten. Um dies zu erreichen, hilft eine effektive Absaugung am Arbeitsplatz und natürlich eine Atemschutzmaske.
Die Entwicklung neuer Materialien, insbesondere im Bereich der Nanotechnologie, bringt auch neue Staubexpositionen mit sich. Welche zukünftigen Herausforderungen sehen Sie für Ihre Arbeitsgruppe im Hinblick auf neuartige Stäube und Partikel? Gibt es spezifische Forschungsbereiche, in denen Ihre AG Schwerpunkte setzen wird, um den Schutz vor staubbedingten Erkrankungen weiter zu verbessern?
D. Walter: Es ist im Sinne der Prävention wichtig, neue nanoskalige Materialien/Stäube so frühzeitig wie möglich arbeitsmedizinisch toxikologisch zu bewerten, um nicht aufgrund möglicher langer Latenzzeiten irgendwann ein Déjà-vu-Erlebnis zu erfahren (Quarz, Asbest etc.). Im Gegensatz zu den meisten mikroskaligen Stäuben hängt die Reaktivität der Oberfläche der Nanopartikel wesentlich vom Herstellungsprozess ab. Daraus folgt, dass, strenggenommen, nanoskalige Materialien nicht nur stoffspezifisch, sondern auch herstellungsspezifisch betrachtet werden müssten. Es ist nachvollziehbar, dass für diese neuen Materialien epidemiologische Studien fehlen. Vorhandene In-vitro Studien sind häufig schwer zu bewerten, weil die zugrunde liegenden In-vitro-Modelle nicht für nanoskalige Partikel entwickelt wurden und somit, aufgrund des Agglomerationsverhaltens der Partikel, die Partikeldosis nicht korrekt quantifiziert werden kann. Hier ist die AG beispielsweise gefordert, darauf hinzuweisen, dass evaluierte und vergleichbare In-vitro-Modelle für die Untersuchung von Nanomaterialien entwickelt werden. Lassen Sie mich zum Schluss aber auch einen positiven Ausblick geben. Cerdioxid hat uns gelehrt, dass die auftretenden toxischen Effekte der nanoskaligen Partikel, bedingt durch deren reaktive Oberfläche, durchaus auf größere mikroskalige Partikel (vergleichbare Oberflächenverhältnisse) übertragbar sind. So ist es beim Cerdioxid erstmals gelungen, aus Studien mit nanoskaligen Partikeln einen MAK-Wert für die A-Fraktion abzuleiten.
Herr Prof. Walter, herzlichen Dank für das aufschlussreiche Gespräch!