INSTITUT UND POLIKLINIK FÜR ARBEITS-, SOZIAL- UND UMWELTMEDIZIN

DIR.: PROF. DR. MED. DENNIS NOWAK

Krank durch Atmen?

Obstruktive Atemwegserkrankungen

Rudolf A. Jörres

SS 2012

Vorbemerkung

Derjenige Text, den Sie sich merken sollten, ist rot markiert,

die anderen Folien dienen der Illustration

Lernziele (AM)

Die Studierenden sollen nach der Vorlesung in der Lage sein,

– obstruktive Atemwegserkrankungen, die mit Expositionen am Arbeitsplatz in Zusammenhang stehen, zu benennen und arbeitsmedizinisch zu kategorisieren (BK-Nummern und Definition).

– klinische Erkennungszeichen zu benennen.

– Dispositionen anzugeben, die das Neuauftreten einer obstruktiven Atemwegserkrankung am Arbeitsplatz oder in der Umwelt begünstigen (z.B. Atopie bei Berufsasthma).

– Erkrankungen Expositionen zuzuordnen (u.a. wichtige Berufsallergene).

– Angaben zu machen über Entwicklung/Persistenz einer Atemwegserkrankung bei fortdauernder Exposition und bei Expositionskarenz.

Lernziele (UM)

– zwischen dem Neuauftreten einer Erkrankung und akuten oder chronischen Verschlechterungen bei bereits bestehender Erkrankung zu differenzieren.

– einige wichtige Luftschadstoffe zu benennen.

– einige Wirkungen von Luftschadstoffen in der Umwelt anzugeben(Feinstaub, Stickstoffdioxid, Ozon).

– beispielhaft Interaktionen zwischen Umweltnoxen zu benennen, die zu einer Erhöhung des Krankheitsrisikos führen können (z.B. Ozon plus Allergen).

Die Studierenden sollen nach der Vorlesung ferner eine Idee moderner Verfahren gewonnen haben, mit denen entzündliche Veränderungen aufgespürt werden können (z.B. exhaliertes NO).

Präliminarien

Spirometrie

FEV1

Zeit

1 s

Liter

ein

aus

VC

Vorschub langsam Vorschub schnell

FVC

VC (langsame inspiratorische) VitalkapazitätFVC forcierte (exspiratorische) VitalkapazitätFEV1 Einsekundenvolumen

Volumen-Zeit-Kurve

langsame Atmung forcierte Ausatmung

ObstruktiveVentilations-

störungen

restriktiveVentilationsstörung

ähnlich „normal“,nur alle Volumina

reduziert

„normal“

keine Obstruktion

„Asthma“

„gleichmäßige“ Obstruktion

„COPD“ (Emphysem)

„Atemwegskollaps“

Spirometrie

Diffusionskapazität für CO

DLCO

Helium Verdünnung messen Residualvolumen

CO relativ dazu Aufnahme messen DLCO

0,3

0,01 0,1 1,0 10

100

80

>16

Histamin (mg /ml)

FEV1

(%Referenz)normoreaktiv

hyperreaktiv

Überempfindlichkeit der Atemwege(bronchial hyperresponsiveness, BHR)

Beispiel einesarbeitsplatzbezogenenProvokationstests

Nichtinvasive Verfahren

zur Erfassung der Atemwegsentzündung

Eosinophiler und Neutrophiler Granulozyt

Induziertes/Spontanes Sputum

NO während Atemwegsinfekt und Allergensaison

Daten gemäß Holz 2004

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

02.0

2.04

09.0

2.04

16.0

2.04

23.0

2.04

01.0

3.04

08.0

3.04

15.0

3.04

22.0

3.04

29.0

3.04

05.0

4.04

12.0

4.04

19.0

4.04

26.0

4.04

03.0

5.04

10.0

5.04

17.0

5.04

NO (ppb)

Beginn derPollensaison

Atemwegsinfekt

Asthma bronchiale

• anfallsweise Luftnot (Giemen, Engegefühl)

• verstärkt nachts und morgens

• oft von Husten begleitet

• bronchiale Obstruktion

• (partiell) reversibel

• bronchiale Hyperreaktivität• unspezifisch (z.B. Histamin/Methacholin)

• spezifisch (Allergen)

• meist allergischer Natur

Chronisch-obstruktive Lungenerkrankung (COPD)

Chronisch-obstruktive Bronchitis

Lungenemphysem

• Atemwegsobstruktion• nur partiell reversibel• Allergien i.a. irrelevant

• Zerstörung der alveolären Architektur Verlust der elastischen Rückstellkraft exspiratorischer Atemwegskollaps Gasaufnahmestörung Lungenüberblähung Obstruktion praktisch irreversibel

Chronische Bronchitis• Husten• Auswurf

Manifestationsaltereiner obstruktiven Atemwegserkrankung

Alter Asthma COPDJahre % %

20 80 2

60 20 98

beachte Zeitskalen und Unterschiede

Arbeitsmedizin

• Berufliche Tätigkeiten des gesamten bisherigen Lebens wichtig (z.B. Latenzzeit 10-30 und mehr Jahre bei Karzinomerkrankungen)

• Orientierende Kenntnis auch früher verwendeter Arbeitsstoffe

• Auch ungelernte Tätigkeiten oder Tätigkeiten unabhängig vom erlernten Beruf sind versichert und können zu einer Berufskrankheit führen

Prüfung auf Bestehen einer Berufserkrankung (BK)

Für eine Berufskrankheitenanzeige notwendig

• passende Exposition

• passende Erkrankung

• Hinweise auf einen Zusammenhang zwischen beiden

Beispiel

• Exposition: Gärtner/Ficuspflanze• Erkrankung: Allergisches Asthma• Zusammenhang: IgE-Antikörper auf Ficus Kl. 2

Prüfung auf Bestehen einer Berufserkrankung (BK)

BerufskrankheitenObstruktive Atemwegserkrankungen (1)

• 4301: Durch allergisierende Stoffe

verursachte obstruktive Atemwegserkrankungen (einschließlich Rhinopathie), die zur Unterlassung aller Tätigkeiten gezwungen haben, die für die Entstehung, die Verschlimmerung oder das Wiederaufleben der Krankheit ursächlich waren oder sein können

• 4302: Durch chemisch-irritativ oder toxisch

wirkende Stoffe verursachte obstruktive Atemwegserkrankungen, die zur Unterlassung...

BerufskrankheitenObstruktive Atemwegserkrankungen (2)

• 1315: Erkrankungen durch Isocyanate,

die zur Unterlassung aller Tätigkeiten gezwungen haben, die für die Entstehung, die Verschlimmerung oder das Wiederaufleben der Krankheit ursächlich waren oder sein können

BerufskrankheitenObstruktive Atemwegserkrankungen (3)

• 4111: Chronische obstruktive Bronchitis oder Emphysem von Bergleuten unter Tage

im Steinkohlenbergbau bei Nachweis der Einwirkung einer kumulativen Dosis von in der Regel 100 Feinstaubjahren [(mg/m3)xJahre]

Reactive Airways Dysfunction Syndrome (RADS)

• ähnlich einem akuten Asthma

• abrupter Beginn 12-24 h nach Expositionsende

• Nach hoher Exposition gegenüber Irritantien

• Mindestdauer > 3 Monate

• keine vorbestehenden Atemwegsprobleme

• Obstruktion und/oder

• bronchiale Überempfindlichkeit

do Pico 2004

Chemisch-irritatives Asthma nach Inhalationstoxikation

Berufs-Asthma - Diagnostik

• Anamnese/ Fragebogen

• Haut-Test, spez. IgE

• Lungenfunktion, ggf. Peak-Flow am Arbeitsplatz

• spezifische Provokationstestung

• Messung der Atemwegsentzündung

• Methacholin-Test

Erkrankung Noxe Vorkommen (Beispiele) Beruf (Beispiele) BK-Nr.

Allergische Rhinitis

Berufsallergene(Typ 1-Sen-sibilisierung)

Mehle, Futtermittel, Tierepithelien, Pflanzen

BäckerGärtnerLandwirteTierpfleger

4301

Asthma Berufsallergene(Typ 1-Sen-sibilisierung)

Mehle, Futtermittel, Tierepithelien, Pflanzen

BäckerGärtnerLandwirteTierpfleger

4301

Isocyanate SchaumstoffLacke

SchäumerKFZ-ZulieferindustrieLackierer

1315

COPD Atemwegs-irritantien (> Grenzwert)

EndotoxineStäubeFriseurstoffeSchweiß- /Lötrauche

LandwirteChemiearbeiterSchweißerFriseure

4302

Steinkohlestaub Steinkohlebergbau unter Tage BergmannHauer

4111

Exogen-allergische Alveolitis

Berufsallergene(Typ 3-Sen-sibilisierung)

SchimmelpilzeBefeuchterwasserVögel

DruckereienKlimaanlagenLandwirteVogelzüchter

4201

Obstruktive Atemwegserkrankungen und Beruf

Expositionshöhe, vorbestehende Allergien

und Rauchen erhöhen das Risiko für Berufsasthma

Wenn bei Suszeptiblen eine Sensibilisierung gegen ein

Berufsallergen auftritt, dann zumeist in kurzer Zeit

Berufsasthma

• Risikofaktoren

• Entwicklung wie rasch?

• Prognose

Berufsasthma - Prognose

• Bei fortgesetzter Exposition- Ausgeprägtere Verschlechterung der Lungenfunktion

und der BHR im Vergleich zur Expositionskarenz- Expositionsminderung durch persönliche

Schutzausrüstung u.U. sinnvoll

• Bei Expositionskarenz- Bei ca. 50 % der Patienten Verbesserung in den

ersten 4 Jahren- Prognose umso besser, je früher die Diagnose und

Expositionsvermeidung- Dennoch verbleibt bei der Mehrzahl der Patienten nach

Expositionsende eine Symptomatik und eine gesteigerteAtemwegsempfindlichkeit

Berufs-Asthma

„Ca. 10 % der Asthma-Neuerkrankungen bei

Erwachsenen sind auf Arbeitsplatzexpositionen

zurückzuführen“

Blanc, Am J Med 1999

Umweltmedizin

• Akute Effekte

• Chronische Effekte

• Temporäre Effekte bei Gesunden

• Begünstigung der Entwicklung einer Erkrankung

• Verursachung von (zusätzlichen) Erkrankungen

• Wirkung auf Vorerkrankte

Mögliche Wirkungen von Luftschadstoffen

Arbeitsplatz (MAK etc.)

Schutz Gesunder

Zahl Exponierter i.A. relativ klein

Expositionen zeitlich begrenzt

Umwelt (Richtwerte, Alarmschwellen etc.)

Schutz aller, auch Vorerkrankter und Suszeptibler

Zahl Exponierter sehr groß

u.U. Lebenszeitexposition

Warum sind

die zugelassenen Arbeitsplatzkonzentrationen

oft viel größer als die Umweltgrenzwerte?

• auf die Atemwege• Symptome

• Lungenfunktion (Obstruktion / Restriktion)

• Unspezifische Überempfindlichkeit

• Allergene: Empfindlichkeit / Sensibilisierung

• Entzündung: Zellaktivierung / Umbauprozesse

Biologische Effekte von Luftschadstoffen

• außerhalb der Atemwege• Blut / Blutzellen / systemische Entzündung

• Gefäßsystem

• Herz (Regulation / Belastung)

• Gehirn

• andere Organe

Schwebstaub/Feinstaub

Abkürzungen

Durch- Messer

Außenluft (anthropogene Quelle)

Innenraum (anthropogene Quelle)

Umrechnung In TSP [20]

Gesamtschweb- staub

TSP1 < 35 µm Aufwirbelungen, Industrieabgase, Hausbrand, Verkehr

Aufwirbelungen, Staubsaugen, Kochen, Rauchen

1

Inhalierbarer Schwebstaub

PM101 < 10 µm Aufwirbelungen,

Industrieabgase, Hausbrand, Verkehr

Aufwirbelungen, Staubsaugen, Kochen, Rauchen

0,55 * TSP

Lungengängiger Schwebstaub

PM2,51 < 2,5 µm Industrieabgase,

Hausbrand, Verkehr

Staubsaugen, Kochen, Rauchen

0,60 * PM10 ~ 0,33 * TSP

Ultrafeine Partikel NC0,01-0,12 < 0,1 µm Industrieabgase,

Hausbrand, Verkehr

Kochen, Rauchen -

Kenngrößen von Schwebstaub

1 gemessen als Massenkonzentration in µg / m3 (TSP = total suspended particulates, PM = particulate matter)

2 gemessen als Anzahlkonzentration in m-3 (NC = number concentration)

nach Wichmann/Schlipköter/Fülgraff - Handbuch Umweltmedizin

• Kardiovaskuläre Morbidität und Mortalität

• Nur bei Suszeptiblen / vorerkrankten Individuen

• Verschlechterung eines Asthma

• Verdacht auf bzw. teilweise Evidenz für andere Effekte

• Lungenkrebs

• Reduziertes Geburtsgewicht

• Atemwegsbeschwerden im ersten Lebensjahr

• Häufigkeit von Allergie und Asthma

Wirkungen von Feinstaub beim Menschen

Stickstoffdioxid (NO2)

NO2-Wirkungen beim Menschen

• erhöhte Prävalenz von Atemwegsbeschwerden

• schwacher Zusammenhang mit Mortalität

• Daten uneinheitlich

• Problem: andere Schadstoffe als Confounder

NO2: Effekte verglichen mit Partikeln / Ozon eher gering

Ozon (O3)

Entstehung des troposphärischen Ozons

Ozonbildung

NO2 + Strahlung (<420 nm) NO + O

O + O2 + M O3 + M

Ozonabbau

NO + O3 NO2 + O2

Indirekte EntstehungWichtig ist das Verhältnis zwischen [NO2] und [NO]

M = aus physikalischen Gründen benötigter Reaktionspartner

Merke: Ozon wird nicht freigesetzt, sondern ausVorläufersubstanzen unter Sonneneinstrahlung gebildet

Spaziergang, Liegewiese im Schwimmbad, Sportplatz 100%

Dacharbeiten, Fassadenarbeiten außen 90%

Offener Rohbau (keine Fenster und Türen) 50-75%

Geschlossener Rohbau 30%

Wald 75%

Arbeiten mit Staubemissionen im Freien 70%

Straßenbau - Schwarzdeckenfertigung 50%

Geschlossene Innenräume 10%

Baugruben (Rand) 30%

Baugruben (Mitte) 80%

PKW- und LKW-Innenräume 10%

Ozonkonzentrationen am Arbeitsplatz im Vergleichzu denen offizieller Umweltmessungen am Stadtrand

Zusammengestellt aus Messungen der BG Bau, Tiefbau BG, Lehrstuhl für Bioklimatologie und Immissionsforschungder Universität München und Institut für Arbeits- und Umweltmedizin der Universität München (nach Höppe)

Merke: Ozon wird stark an Oberflächen absorbiert

Arbeitsplätze, an denen Ozon in nennenswerten Mengenerzeugt werden kann

- elektrostat. Beschichten (Pulverlackierung)- Solarien- UV-Trocknung von Lacken- Lasereinsatz zur Bearbeitung von Werkstoffen- Zellstoff-Fabriken- ....

Die hauptsächliche Ozonbelastung an Arbeitsplätzen stammt nicht aus Arbeitsprozessen, sondern ist umweltbedingt!

Vorkommen von Ozon am Arbeitsplatz

• Husten

• Heiserkeit

• Schmerzen bei tiefer Einatmung

• Kratzen im Hals

Ozonbedingte Symptome

Merke: Symptome unspezifisch, bedingen teils die Funktionsstörung

Lungenfunktionsanalyse - Spirometrie

Zeit

Liter

funktionelle Restriktion – Hustenreiz/Schmerzen

• Hemmung der tiefen Einatmung (neuronal)

• (fast) keine Atemwegsverengung (Obstruktion)

• funktionell „restriktive Ventilationsstörung“

Wirkung von Ozon auf die Lungenfunktion

Bei gleicher Funktionsänderungweniger Luftnot als bei entsprechender Obstruktion

Lungenfunktionsstörung bei Gesunden nicht gravierend

Allergenempfindlichkeit (Asthma, Rhinitis)

• Rhinitiker können bronchiale Allergenreaktion zeigen

• Effekt bei Umwelt-Spitzen-Expositionbei wiederholter Belastung (z.B. 3 h, 250 µg/m3, 4 Tage)

• Ø „Toleranzentwicklung“

Experimentell belegte Wirkung von Ozon

auf die Allergenempfindlichkeit

Effekte auf die Allergenempfindlichkeit unter Umweltbedingungendenkbar, doch schwer zu beweisen

Wirkmechanismen des inhalierten Ozons

• dringt in die tieferen Atemwege vor ( 50 %)

• maximale Retention nahe den terminalen Bronchiolen

• Lipidperoxidation

• Verlust funktioneller Gruppen von Biomolekülen

• reaktive Aldehyde, Wasserstoffperoxid, Hydroxy-hydroperoxide

• Aktivierung des Eicosanoid-Metabolismus

Zellaktivierung Stimulation von Nervenendigungen

Unspezifische entzündliche Antwort, „lung injury“

• Neutrophile Entzündung, oxidative Schäden

• Asthma Gesunde

• reproduzierbar

• unabhängig von Lungenfunktionsreaktion („andere Responder“)

• allergische Entzündung verstärkt

• „Toleranzentwicklung“ ? (BALF , Bronchialschleimhaut nein!)

Ozon und Atemwegsentzündung

Effekte auf die Atemwegsentzündung auch unter Umweltbedingungen nachgewiesen (z.B. Jogger, Kinder)

Arbeitsschutzmaßnahmen für Arbeiten im Freien bei witterungsbedingter erhöhter Ozonkonzentration in der Außenluft

(Orientierungshilfe)

Auszug aus: Bek. des BMA vom 2. Mai 1996 – III b 2-34505-2-

Orientierung von Arbeitsschutzmaßnahmen an Ozoninformation für die Bevölkerung (ab 180 µg/m³)

Verlagerung von schwerer körperlicher Arbeit in die Morgen- und Vormittagsstunden

Zwischenschaltung leichterer Arbeit zur Verminderung des Atemvolumens

Verlagerung der Arbeit in das Innere von Gebäuden

Vermeiden von Mehrarbeit

Vermeidung von Mehrfachbelastung durch andere Schadstoffe

Gyparis et al. 2004

Assoziation zwischen Ozon und Mortalität

• Symptome ++

• Lungenfunktion ++

• Atemwegsüberempfindlichkeit +

• Allergenempfindlichkeit +

• Atemwegsentzündung ++

• Notaufnahmen/Exazerbationen+

• Prävalenz Asthma/Allergie+

• Mortalität+

• Andere+

Evidenz für Effekte von Ozon auf den Menschen

experim. epidemiol.

Insgesamt gut belegt

• Symptome

• Lungenfunktion (akut)

Experimentell belegt

• Verstärkung der Allergenreaktion (funktionell/entzündlich)

• Atemwegsentzündung

Hinweise auf

• Krankenhauseinweisungen/Exazerbationen

• Mortalität

• Asthma-Prävalenz

Wirkung von Ozon auf die Atemwege

Lernfälle zum Thema „Krank durch Atmen?“

Fließschnupfen und Atemnotanfälle (AM*)

Berufliche Allergierisiken, Berufsanamnese und BK-Verfahren

Mir bleibt die Luft weg (AM*)Berufsbedingte Atemwegserkrankungen, Differentialdiagnostik, UntersuchungsmethodenWird z.Z. nicht angeboten

Auch jetzt, im Winter (UM*)Diagnostik bei Verdacht auf Allergie, Definition und Diagnostik Pseudoallergie

* AM = Arbeitsmedizin * UM = Umweltmedizin