INSTITUT UND POLIKLINIK FÜR ARBEITS-, SOZIAL- UND UMWELTMEDIZIN

1. INSTITUT UND POLIKLINIK FÜR ARBEITS-, SOZIAL- UND UMWELTMEDIZIN DIR.: PROF. DR. MED. DENNIS NOWAK Krank durch Atmen? Obstruktive Atemwegserkrankungen Rudolf A. Jörres SS 2012

2. Vorbemerkung Derjenige Text, den Sie sich merken sollten, ist rot markiert, die anderen Folien dienen der Illustration

3. 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.

4. 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).

5. Präliminarien

6. Spirometrie Liter Volumen-Zeit-Kurve langsame Atmung forcierte Ausatmung 1 s ein FEV1 FVC VC aus Zeit Vorschub langsam Vorschub schnell VC (langsame inspiratorische) Vitalkapazität FVC forcierte (exspiratorische) Vitalkapazität FEV1 Einsekundenvolumen

7. Spirometrie „normal“ keine Obstruktion „Asthma“ restriktive Ventilationsstörung ähnlich „normal“, nur alle Volumina  reduziert Obstruktive Ventilations- störungen „gleichmäßige“ Obstruktion „COPD“ (Emphysem) „Atemwegskollaps“

8. Diffusionskapazität für CO DL CO Helium  Verdünnung messen  Residualvolumen CO  relativ dazu Aufnahme messen  DLCO

9. Überempfindlichkeit der Atemwege(bronchial hyperresponsiveness, BHR) FEV1 (%Referenz) normoreaktiv 100 hyperreaktiv 80 >16 0,3 0,1 0,01 1,0 10 Histamin (mg /ml)

10. Beispiel eines arbeitsplatzbezogenen Provokationstests

11. Nichtinvasive Verfahren zur Erfassung der Atemwegsentzündung

12. Induziertes/Spontanes Sputum Eosinophiler und Neutrophiler Granulozyt

13. NO während Atemwegsinfekt und Allergensaison NO (ppb) 200 180 160 Atemwegsinfekt 140 120 Beginn der Pollensaison 100 80 60 40 20 0 02.02.04 08.03.04 15.03.04 22.03.04 12.04.04 17.05.04 09.02.04 16.02.04 23.02.04 01.03.04 05.04.04 19.04.04 26.04.04 03.05.04 29.03.04 10.05.04 Daten gemäß Holz 2004

14. 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

15. Chronisch-obstruktive Lungenerkrankung (COPD) Chronische Bronchitis • Husten • Auswurf Chronisch-obstruktive Bronchitis • Atemwegsobstruktion • nur partiell reversibel • Allergien i.a. irrelevant Lungenemphysem • Zerstörung der alveolären Architektur •  Verlust der elastischen Rückstellkraft •  exspiratorischer Atemwegskollaps •  Gasaufnahmestörung •  Lungenüberblähung • Obstruktion praktisch irreversibel

16. Manifestationsalter einer obstruktiven Atemwegserkrankung Alter Asthma COPD Jahre % % 20 80 2 60 20 98 beachte Zeitskalen und Unterschiede

17. Arbeitsmedizin

18. Prüfung auf Bestehen einer Berufserkrankung (BK) • 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

19. 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

20. BerufskrankheitenObstruktive Atemwegserkrankungen (1) • 4301: Durch allergisierende Stoffeverursachte 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 toxischwirkende Stoffe verursachte obstruktive Atemwegserkrankungen, die zur Unterlassung...

21. 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

22. BerufskrankheitenObstruktive Atemwegserkrankungen (3) • 4111: Chronische obstruktive Bronchitis oder Emphysem von Bergleuten unter Tageim Steinkohlenbergbau bei Nachweis der Einwirkung einer kumulativen Dosis von in der Regel 100 Feinstaubjahren [(mg/m3)xJahre]

23. 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 Chemisch-irritatives Asthma nach Inhalationstoxikation do Pico 2004

24. Berufs-Asthma - Diagnostik • Anamnese/ Fragebogen • Haut-Test, spez. IgE • Lungenfunktion, ggf. Peak-Flow am Arbeitsplatz • Methacholin-Test • spezifische Provokationstestung • Messung der Atemwegsentzündung

25. Obstruktive Atemwegserkrankungen und Beruf

26. Berufsasthma • Risikofaktoren • Entwicklung wie rasch? • Prognose Expositionshöhe, vorbestehende Allergien und Rauchen erhöhen das Risiko für Berufsasthma Wenn bei Suszeptiblen eine Sensibilisierung gegen ein Berufsallergen auftritt, dann zumeist in kurzer Zeit

27. 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 gesteigerte Atemwegsempfindlichkeit

28. Berufs-Asthma „Ca. 10 % der Asthma-Neuerkrankungen bei Erwachsenen sind auf Arbeitsplatzexpositionen zurückzuführen“ Blanc, Am J Med 1999

29. Umweltmedizin

30. Temporäre Effekte bei Gesunden • Begünstigung der Entwicklung einer Erkrankung • Verursachung von (zusätzlichen) Erkrankungen • Wirkung auf Vorerkrankte Mögliche Wirkungen von Luftschadstoffen • Akute Effekte • Chronische Effekte

31. Warum sind die zugelassenen Arbeitsplatzkonzentrationen oft viel größer als die Umweltgrenzwerte? 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

32. Biologische Effekte von Luftschadstoffen • auf die Atemwege • Symptome • Lungenfunktion (Obstruktion / Restriktion) • Unspezifische Überempfindlichkeit • Allergene: Empfindlichkeit / Sensibilisierung • Entzündung: Zellaktivierung / Umbauprozesse • außerhalb der Atemwege • Blut / Blutzellen / systemische Entzündung • Gefäßsystem • Herz (Regulation / Belastung) • Gehirn • andere Organe

33. Schwebstaub/Feinstaub

34. Kenngrößen von Schwebstaub 1gemessen 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

35. Wirkungen von Feinstaub beim Menschen • 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

36. Stickstoffdioxid (NO2)

37. 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

38. Ozon (O3)

39. Entstehung des troposphärischen Ozons Ozonbildung NO2 + Strahlung (l<420 nm) NO + O O + O2 + M  O3+ M Ozonabbau NO + O3 NO2 + O2 M = aus physikalischen Gründen benötigter Reaktionspartner Indirekte Entstehung Wichtig ist das Verhältnis zwischen [NO2] und [NO] Merke: Ozon wird nicht freigesetzt, sondern ausVorläufersubstanzen unter Sonneneinstrahlung gebildet

40. Ozonkonzentrationen am Arbeitsplatz im Vergleich zu denen offizieller Umweltmessungen am Stadtrand 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% Zusammengestellt aus Messungen der BG Bau, Tiefbau BG, Lehrstuhl für Bioklimatologie und Immissionsforschung der Universität München und Institut für Arbeits- und Umweltmedizin der Universität München (nach Höppe) Merke: Ozon wird stark an Oberflächen absorbiert

41. Vorkommen von Ozon am Arbeitsplatz Arbeitsplätze, an denen Ozon in nennenswerten Mengen erzeugt 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!

42. Ozonbedingte Symptome • Husten • Heiserkeit • Schmerzen bei tiefer Einatmung • Kratzen im Hals Merke: Symptome unspezifisch, bedingen teils die Funktionsstörung

43. Lungenfunktionsanalyse - Spirometrie Liter Zeit funktionelle Restriktion – Hustenreiz/Schmerzen

44. Wirkung von Ozon auf die Lungenfunktion • Hemmung der tiefen Einatmung (neuronal) • (fast) keine Atemwegsverengung (Obstruktion) • funktionell „restriktive Ventilationsstörung“ Bei gleicher Funktionsänderung weniger Luftnot als bei entsprechender Obstruktion Lungenfunktionsstörung bei Gesunden nicht gravierend

45. Experimentell belegte Wirkung von Ozon • auf die Allergenempfindlichkeit •  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“ Effekte auf die Allergenempfindlichkeit unter Umweltbedingungendenkbar, doch schwer zu beweisen

46. Unspezifische entzündliche Antwort, „lung injury“ 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

47. Ozon und Atemwegsentzündung • Neutrophile Entzündung, oxidative Schäden • Asthma  Gesunde • reproduzierbar • unabhängig von Lungenfunktionsreaktion („andere Responder“) • allergische Entzündung verstärkt • „Toleranzentwicklung“ ? (BALF , Bronchialschleimhaut nein!) Effekte auf die Atemwegsentzündung auch unter Umweltbedingungen nachgewiesen (z.B. Jogger, Kinder)

48. 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

49. Assoziation zwischen Ozon und Mortalität Gyparis et al. 2004

50. Evidenz für Effekte von Ozon auf den Menschen experim. epidemiol. • Symptome + + • Lungenfunktion + + • Atemwegsüberempfindlichkeit + • Allergenempfindlichkeit + • Atemwegsentzündung + + • Notaufnahmen/Exazerbationen + • Prävalenz Asthma/Allergie + • Mortalität + • Andere +