Organische Stäube: Wie man die Gesundheitsgefahr genau bestimmen kann

Bei Stäuben handelt es sich um fein verteilte feste Stoffe in Gasen, besonders in Luft. Wenn sie fein genug sind, schweben sie stunden- und teilweise tagelang durch die Luft. Fein- und Schwebstaub kann unter gewissen Umständen bis zu 14 Tage lang in der Luft bleiben. Die einzelnen Partikel sind nur wenige Mikrometer groß, also gerade einmal wenige Millionstel eines Meters. Trotz oder gerade wegen der winzigen Größe stellen sie für Beschäftigte, die Stäuben über längere Zeit exponiert sind, eine erhebliche Gesundheitsgefährdung dar. Das Spektrum der Gefährdungen reicht von der Reizung der Atemwege bis hin zur Ausbildung von Tumoren.

Gesundheitsgefahr durch organische Stäube - kritische Exposition an Arbeitsplätzen

An zahlreichen Arbeitsplätzen, wie zum Beispiel in der Landwirtschaft, der Abfallwirtschaft oder der baumwollverarbeitenden Textilindustrie, können Bioaerosole in schädigenden Konzentrationen auftreten. Eine langanhaltende Exposition gegenüber organischen Stäuben erhöht das Risiko von chronischem Husten und Schleimhautreizungen. Während man an der frischen Luft mit einem Atemzug lediglich einige wenige Bakterien einatmet, können es beispielsweise in großen Tierställen Millionen davon sein.

Mess- und Analyseverfahren von organischen Stäuben

Zu den Komponenten organischer Stäube gehören Bakterienbestandteile wie Endotoxine und andere atemwegsbelastende und fieberauslösende Substanzen, die über die Atemwege aufgenommen werden. Die heterogene Zusammensetzung von Bioaerosolen stellt somit eine sehr große Herausforderung an die messtechnische Analyse dar. Vor allem Bereiche mit hoher Staubentwicklung müssen deshalb kontinuierlich überwacht werden. Abhängig von den jeweiligen Inhaltsstoffen können organische Stäube infektiös, toxisch, allergisierend, reizend oder belästigend wirken, wobei ihre qualitative und quantitative Zusammensetzung entscheidend ist. Messmethoden, die die Zusammensetzung und Aktivität der Staubkomponenten bestimmen, sind deshalb wichtig. Sie ermöglichen eine Risikoabschätzung und können entsprechende Schutzmaßnahmen einleiten.

Gesundheitsgefahr von organischen Stäuben bestimmen - Identifizierung von Endotoxinen

Wie vielfältig die Mess- und Analyseverfahren sein müssen, um Quantität, Konzentration und Zusammensetzung der organischen Stäube zu bestimmen, zeigt das Beispiel der Endotoxine. Endotoxine sind hitzestabile Bestandteile von Bakterien. Sie gehören zu den Pyrogenen, das heißt, sie können bei Kontakt mit Schleimhäuten und bei Übertritt ins Blut Fieber erzeugen. Dieses „Inhalationsfieber“ äußert sich in Symptomen wie Husten oder Muskel- und Gliederschmerzen und sogar chronischer Bronchitis.

Eine Möglichkeit, die mikrobielle Zusammensetzung von Bakterien mit Endotoxinen zu analysieren, ist es, die Bakterien zur genauen Keimbestimmung in Laborkulturen anzuzüchten. Da Endotoxine teilweise auch aus abgestorbenen Bakterien stammen können, wird in der Regel zunächst einmal der sogenannte LAL-Test (Limulus-Amoebozyten-Lysat-Test) durchgeführt. Dafür verwendet man die Hämolymphe (Leibeshöhlenflüssigkeit aus Blutplasma und Lymphflüssigkeit) des Pfeilschwanzkrebses. Kommt diese in Kontakt mit dem Endotoxin, beginnt sie zu gerinnen. LAL-Test und Gesamtkeimzahlbestimmung können allerdings nur den bakteriellen Anteil der Bioaerosole bestimmen – und selbst das nicht in jedem Fall. Es sind also weitere Methoden erforderlich. Hierzu zählt der Vollbluttest (VBT): In einem 2-Stufen-Verfahren wird dabei ermittelt, welche Botenstoffe aus den Zellen einer definierten Menge menschlichen Bluts (Vollblut) durch die Testsubstanzen freigesetzt werden.

Neuere Verfahren zur Bestimmung der Gesundheitsgefahr von organischen Stäuben: elektronische Pollenmonitore

Während die oben beschriebenen Verfahren bereits fest etabliert sind, sind andere Verfahren zur Bestimmung und qualitativen und quantitativen Messung von Bioaerosolen noch relativ neu. So arbeitet das elektronische Polleninformationsnetzwerk Bayern (ePIN) seit 2019 mit sogenannten elektronischen Pollenmonitoren. Das bayerische Pollennetzwerk erfasst mit ihnen Daten zum Pollenflug an acht regionalen Standorten des Bundeslandes.

Die Pollenmonitore verfügen über ein vollautomatisch arbeitendes Lichtmikroskop und eine hochauflösende Kamera, die von jeder Polle zahlreiche Bilder aus unterschiedlichen Perspektiven macht. Durch eine spezielle Bilderkennungssoftware werden diese Pollen identifiziert und klassifiziert. Bei der Entdeckung neuer Pollenarten kann die „lernende“ Bilderkennungssoftware bislang unbekannte oder nicht erfasste Arten sofort in ihr Klassifikationssystem einordnen und dadurch bereits bei der nächsten Aufnahme diese Polle genau bestimmen. Somit können selbst für Mitteleuropa völlig neue invasive Arten aufgespürt und genau identifiziert werden.

Organische Stäube: Bioaerosole

Unterschieden wird zwischen anorganischen und organischen Stäuben. Luftgetragene organische Stäube werden auch Bioaerosole genannt. Bei ihnen handelt es sich um Ansammlungen von Partikeln, also Aerosolen, denen Pilze, Bakterien, Viren oder Pollen sowie deren Zellwandbestandteile und Stoffwechselprodukte wie Mykotoxine anhaften. Andere luftbewegte Partikel biologischer Herkunft, wie zum Beispiel Hautschuppen oder Faserteile, werden oft auch zu den Bioaerosolpartikeln gezählt. Genauso unterschiedlich sind die Größen diese Staubelemente, sie reichen von Molekülen im Nanometerbereich bis hin zu Pollen von 0,1 Millimeter Durchmesser. Bioaerosole zeichnen sich also durch eine äußerst heterogene Zusammensetzung aus.