Eine Exposition gegenüber ultrafeinen Stäuben — zurückzuführen auf natürlich freigesetzte und unbeabsichtigt erzeugte nanoskalige Partikel — ist seit langem bekannt. Neu dagegen ist die Exposition gegenüber gezielt industriell synthetisierten Nanomaterialien. Vor dem Hintergrund eines solch speziellen und sehr heterogenen Expositionsspektrums erfolgte nach ausführlicher Individual-Diagnostik eine tätigkeitsparallele Untersuchung bei Beschäftigten in der chemischen Nanotechnologie

Berger, Hendrik

Buchter, Axel

Hannig, Matthias

Kraegeloh, Annette

Mittmann-Frank, Michaela

Wennemuth, Gunther

Acronym

EINLEITUNGEine Exposition gegenüber ultrafeinen Stäuben – zurückzuführen auf natürlich freigesetzte und unbeabsichtigt erzeugte nanoskalige Partikel – ist seit langem bekannt. Neu dagegen ist die Exposition gegenüber gezielt industriell synthetisierten Nanomaterialien. Vor dem Hintergrund eines solch speziellen und sehr heterogenen Expositionsspektrums erfolgte nach ausführlicher Individual-Diagnostik eine tätigkeitsparallele Untersuchung bei Beschäftigten in der chemischen Nanotechnologie. METHODENNeben spirometrischen Untersuchungen1 im Tagesverlauf wurde jeweils vor und nach der Tätigkeit exhaled breath condensate (EBC) zur Analyse der spezifischen Biomarker H2O2 und pH (sowie IL-6, IL-8, IFN-γ, IL-12p70, VEGF und LTB4) gewonnen2. Ferner erfolgte die Bestimmung des exhalierten Stick-stoffmonoxid (eNO)3. Gleichzeitig erfolgten Partikelmessungen mit einem tragbaren Kondensationspartikelzähler4, der die Gesamtpartikelanzahl in einem Größenbereich von 10 – 1.000 nm in einem Konzentrationsbereich von bis zu 105 pt/cm3 bestimmt. Ziel war es, bei einem Kollektiv von 10 Personen, die überwiegend langjährig (im Durchschnitt 11 Jahre) mit der Herstellung, Oberflächenmodifikation und Weiterverarbeitung oxidischer Nanomaterialienmit Primärpartikelgrößen < 10 bis 100 nm beschäftigt sind, Hinweise für eine tätigkeitsparallele Dynamik der untersuchten Parameter unter Berücksich-tigung aktueller Partikelkonzentrationen zu verifizieren. ERGEBNISSEDie arbeitsparallele Spirometrie zeigte keine eindeutige Dynamik der statischen und dynamischen Lungenvolumina. Die eNO-Werte lagen in einem Bereich zwischen 7 und 54 ppb, individuell reproduzierbar und tageszeitunabhängig. Erhöhte eNO-Werte korrelierten mit klinischen Symptomen (einer obstruktiven Atemwegserkrankung) und Vorliegen von Sensibilisierungen (auf ubiquitäre Inhalations- und Soforttyp-Allergene). Die Werte für H2O2 – Marker für die Aktivität des oxidativen Stoffwechsels – lagen in einem Bereich zwischen 0 und 1.060 nmol/l und stiegen im Tagesverlauf bei der Hälfte des Kollektivs an. Der EBC-pH – Marker der Atemwegsazidifikation – lag bei unserem Kollektiv zwischen 4,8 und 8,4, ohne konsistente zirkadiane Dynamik (Abb. 1).Partikelmessungen während relevanter Tätigkeitsabläufe ließen Aussagen zu Spitzenkonzentrationen im Vergleich zu Hintergrundkonzentrationen zu. Bei Raumkonzentrationen zwischen 4. - 10.000 pt/cm³ Luft kam es bei vorsichtigem Umfüllen von kleinsten Mengen Nanopartikel-haltiger Pulver zu keinem Anstieg der Partikelkonzentration, dagegen bei Anwendung größerer Mengen zu kurzzeitigen Maxima bis 15.700 (innerhalb des laufenden Abzugs) bzw. 16.400 pt/cm³ (ohne Abzug). Spitzenkonzentrationen bis 140.000 pt/cm³ waren beim Spritzlackieren (Abb. 2 & 3) mit nanopartikulären Lacken zu dokumentieren, wobei der Anwender eine Atemschutzhaube mit Frischluftzufuhr trug (Abb. 4), innerhalb der –auch beim Spritzlackieren – nur Konzentrationen < 10 pt/cm³ gemessenwerden konnten (Abb. 5). Mindestens 30 Minuten nach den über Sekunden anhaltenden Maxima wurden immer noch Konzentrationen bis 28.000 pt/cm³ im Raum gemessen, hinweisend auf eine mögliche inhalativeBelastung des Anwenders, sollte die Atemschutzhaube frühzeitig entfernt werden (Abb. 6). U.a. Zirkonium konnte raster- und transmissions-elektronenmikroskopsich (aus Raumluftproben) detektiert werden (Abb. 7 –9).SCHLUSSFOLGERUNGBei dem derzeitigen Tätigkeitsprofil des Kollektivs waren keine relevanten Spitzenkonzentrationen zu dokumentieren – mit Ausnahme des Spritz-lackierens – hier sind effektive personenbezogene Schutzmaßnahmen er-forderlich und auch wirksam. Entsprechend der derzeitigen Exposition zeigten sich keine Hinweise auf eine relevante und konsistente tätigkeitsparallele Dynamik der untersuchten Parameter.1Flow Screen Jaeger, Hoechberg, Germany2TURBO DECCS, Ital Chill, Parma, Italy, ECOCheck, FILT GmbH, Berlin und ECOVent,   VIASIS Healthcare, Hoechberg, Germany 3Nioxmino, Aerocrine, Bad Homburg, Germany4CPC 3007, TSI GmbH, Aachen, GermanyTÄTIGKEITSPARALLELE DIAGNOSTIK BEI BERUFLICHER EXPOSITION GEGENÜBER NANOPARTIKELN UND NEUEN MATERIALIEN – II Michaela MITTMANN-FRANK1, Hendrik BERGER1, Annette KRAEGELOH2, Matthias HANNIG3, Gunther WENNEMUTH4 und Axel BUCHTER11Institut und Poliklinik für Arbeitsmedizin der Universität des Saarlandes und Präventivmedizinisches Zentrum für arbeits- und umweltbedingte Erkrankungen,Leiter: Univ.-Prof. Dr. med. Axel Buchter, Universitätsklinikum des Saarlandes, 66421 Homburg/Saar 2Leibniz-Institut für Neue Materialien gGmbH, INM, Campus D2 2, 66123 Saarbrücken3Klinik für Zahnerhaltung, Parodontologie und Präventive Zahnheilkunde, Universitätsklinikum des Saarlandes, 66421 Homburg/Saar4Institut für Anatomie und Zellbiologie der Universität des Saarlandes, Universitätsklinikum des Saarlandes, 66421 Homburg/Saar Hintergrundmessung Labor 4 000 pt/cm³140 000 pt/cm³71 000 pt/cm³Spritzlackierung (3 sec) mit einem Druck von 5 barErneute Spritzlackierung (3,5 bar) über ca. 3 secMessung im Arbeitsbereich Raumkonzen-trationsmessung nach SpritzlackierungErneute Spritzlackierung über wenige SekundenMessung in Gesichtshöhe (neben Atemmaske)136 000 pt/cm³Raumkonzentration nach Spritzlackierung 29 000 pt/cm³Messung innerhalbAtemmaske beiSpritzlackierung< 10 pt/cm³Raumkonzentration5 000 - 10 000 pt/cm³LITERATURBaur X, Barbinova L (2007) Messung von exhaliertem Stickstoffmonoxid. Dtsch Ärztebl 104, (12): 790-796.Dekhuijzen PN, Aben KK, Dekker I, Aarts LP, Wielders PL, van Herwaarden CL, Bast A (1996) Increased exhalation of hydrogen peroxide in patients with stable and unstable chronic obstructive pulmonary disease. Am J Respir Crit Care Med. Vol 154,3: 813-816.Kostikas K, Papotheodorou G, Psathakis K, Panagou P, Loukides S (2003) Oxidative stress in expired breath condensate of patients with COPD. Chest 124: 1373-1380.Mittmann-Frank M, Berger H, Buchter A (2009) Arbeitsmedizinisches und präventivmedizinisches Untersuchungsprogramm bei Exposition mit Nanopartikeln und speziellen oder neuen Materialien. Zbl Arbeitsmed 59: 336-343.Nowak D, Kasielski M, Ahtczak A, Pietras T, Bialasiewicz P (1999) Increased content of thiobarbituric acid – reactive substances and hydrogen peroxide in the expired breath condensate of patients with stable chronic obstructive pulmonary disease: no significant effect of cigarette smoking. Respir Med 93: 389-396.Olin AC, Rosengren A, Thelle DS et al (2006) Height, age and atopy are associated with fraction of exhaled nitric oxide in a largeadult general population sample. Chest 130: 1319-1325.Paget-Brown A, Ngamtrakulpanit L, Smith A, Bunyan D, Hom S, Nguyen A, Hunt JF (2006) Normative data for pH of exhaled breath condensate. Chest 129: 426-430.Abb. 7: REM: ZrO2. Abb. 8: Elementanalyse: Nachweis von Zirkonium,  Cerium und Lanthan. Abb. 9: TEM: Nanopartikuläres ZrO2 , Referenzmaterial.Die Untersuchungen wurden vom Ministerium für Wirtschaft und Wissenschaft und der Universität des Saarlandes gefördert.Abb. 6: Messprofil beim Spritzlackieren mit nanopartikulären Lacken.Abb. 1: eNO-, H2O2- und pH-Analysen.Abb. 2 und 3: Spritzlackieren mit nanopartikulären Lacken.Abb. 4: Atemschutzhaube mit Frischluftzufuhr. Abb. 5: Partikel-Konzentrations-messung innerhalb der Haube.Element  Wt %   At %C           18,74      69,52O             1,52        4,24Zr            4,92       2,40La         14,35       4,60Ce         60,47      19,23PersonenPersonenPersoneneNO(ppb)H2O2(nmol/l)pH     

Tätigkeitsparallele Diagnostik bei beruflicher Exposition gegenüber Nanopartikeln und neuen Materialien. — II

Universaar

Scientific documents from the Saarland University,

EINLEITUNG
Eine Exposition gegenüber ultrafeinen Stäuben – zurückzuführen auf natürlich 
freigesetzte und unbeabsichtigt erzeugte nanoskalige Partikel – ist seit langem 
bekannt. Neu dagegen ist die Exposition gegenüber gezielt industriell 
synthetisierten Nanomaterialien. Vor dem Hintergrund eines solch speziellen 
und sehr heterogenen Expositionsspektrums erfolgte nach ausführlicher 
Individual-Diagnostik eine tätigkeitsparallele Untersuchung bei Beschäftigten 
in der chemischen Nanotechnologie. 
METHODEN
Neben spirometrischen Untersuchungen1 im Tagesverlauf wurde jeweils vor 
und nach der Tätigkeit exhaled breath condensate (EBC) zur Analyse der 
spezifischen Biomarker H2O2 und pH (sowie IL-6, IL-8, IFN-γ, IL-12p70, VEGF 
und LTB4) gewonnen2. Ferner erfolgte die Bestimmung des exhalierten Stick-
stoffmonoxid (eNO)3. Gleichzeitig erfolgten Partikelmessungen mit einem 
tragbaren Kondensationspartikelzähler4, der die Gesamtpartikelanzahl in 
einem Größenbereich von 10 – 1.000 nm in einem Konzentrationsbereich von 
bis zu 105 pt/cm3 bestimmt. Ziel war es, bei einem Kollektiv von 10 Personen, 
die überwiegend langjährig (im Durchschnitt 11 Jahre) mit der Herstellung, 
Oberflächenmodifikation und Weiterverarbeitung oxidischer Nanomaterialien
mit Primärpartikelgrößen < 10 bis 100 nm beschäftigt sind, Hinweise für eine 
tätigkeitsparallele Dynamik der untersuchten Parameter unter Berücksich-
tigung aktueller Partikelkonzentrationen zu verifizieren. 
ERGEBNISSE
Die arbeitsparallele Spirometrie zeigte keine eindeutige Dynamik der 
statischen und dynamischen Lungenvolumina. Die eNO-Werte lagen in 
einem Bereich zwischen 7 und 54 ppb, individuell reproduzierbar und 
tageszeitunabhängig. Erhöhte eNO-Werte korrelierten mit klinischen 
Symptomen (einer obstruktiven Atemwegserkrankung) und Vorliegen von 
Sensibilisierungen (auf ubiquitäre Inhalations- und Soforttyp-Allergene). Die 
Werte für H2O2 – Marker für die Aktivität des oxidativen Stoffwechsels – lagen 
in einem Bereich zwischen 0 und 1.060 nmol/l und stiegen im Tagesverlauf 
bei der Hälfte des Kollektivs an. Der EBC-pH – Marker der 
Atemwegsazidifikation – lag bei unserem Kollektiv zwischen 4,8 und 8,4, 
ohne konsistente zirkadiane Dynamik (Abb. 1).
Partikelmessungen während relevanter Tätigkeitsabläufe ließen Aussagen zu 
Spitzenkonzentrationen im Vergleich zu Hintergrundkonzentrationen zu. Bei 
Raumkonzentrationen zwischen 4. - 10.000 pt/cm³ Luft kam es bei 
vorsichtigem Umfüllen von kleinsten Mengen Nanopartikel-haltiger Pulver zu 
keinem Anstieg der Partikelkonzentration, dagegen bei Anwendung größerer 
Mengen zu kurzzeitigen Maxima bis 15.700 (innerhalb des laufenden 
Abzugs) bzw. 16.400 pt/cm³ (ohne Abzug). Spitzenkonzentrationen bis 
140.000 pt/cm³ waren beim Spritzlackieren (Abb. 2 & 3) mit 
nanopartikulären Lacken zu dokumentieren, wobei der Anwender eine 
Atemschutzhaube mit Frischluftzufuhr trug (Abb. 4), innerhalb der –
auch beim Spritzlackieren – nur Konzentrationen < 10 pt/cm³ gemessen
werden konnten (Abb. 5). Mindestens 30 Minuten nach den über Sekunden 
anhaltenden Maxima wurden immer noch Konzentrationen bis 28.000 
pt/cm³ im Raum gemessen, hinweisend auf eine mögliche inhalative
Belastung des Anwenders, sollte die Atemschutzhaube frühzeitig entfernt 
werden (Abb. 6). U.a. Zirkonium konnte raster- und transmissions-
elektronenmikroskopsich (aus Raumluftproben) detektiert werden (Abb. 7 –
9).
SCHLUSSFOLGERUNG
Bei dem derzeitigen Tätigkeitsprofil des Kollektivs waren keine relevanten 
Spitzenkonzentrationen zu dokumentieren – mit Ausnahme des Spritz-
lackierens – hier sind effektive personenbezogene Schutzmaßnahmen er-
forderlich und auch wirksam. Entsprechend der derzeitigen Exposition zeigten 
sich keine Hinweise auf eine relevante und konsistente tätigkeitsparallele 
Dynamik der untersuchten Parameter.
1Flow Screen Jaeger, Hoechberg, Germany
2TURBO DECCS, Ital Chill, Parma, Italy, ECOCheck, FILT GmbH, Berlin und ECOVent,   
VIASIS Healthcare, Hoechberg, Germany 
3Nioxmino, Aerocrine, Bad Homburg, Germany
4CPC 3007, TSI GmbH, Aachen, Germany
TÄTIGKEITSPARALLELE DIAGNOSTIK BEI BERUFLICHER EXPOSITION 
GEGENÜBER NANOPARTIKELN UND NEUEN MATERIALIEN – II 
Michaela MITTMANN-FRANK1, Hendrik BERGER1, Annette KRAEGELOH2, Matthias HANNIG3, Gunther WENNEMUTH4 und Axel BUCHTER1
1Institut und Poliklinik für Arbeitsmedizin der Universität des Saarlandes und Präventivmedizinisches Zentrum für arbeits- und umweltbedingte Erkrankungen,
Leiter: Univ.-Prof. Dr. med. Axel Buchter, 
Universitätsklinikum des Saarlandes, 66421 Homburg/Saar 
2Leibniz-Institut für Neue Materialien gGmbH, INM, Campus D2 2, 66123 Saarbrücken
3Klinik für Zahnerhaltung, Parodontologie und Präventive Zahnheilkunde, Universitätsklinikum des Saarlandes, 66421 Homburg/Saar
4Institut für Anatomie und Zellbiologie der Universität des Saarlandes, Universitätsklinikum des Saarlandes, 66421 Homburg/Saar 
Hintergrundmessung 
Labor 4 000 pt/cm³
140 000 pt/cm³
71 000 pt/cm³
Spritzlackierung 
(3 sec) mit einem Druck 
von 5 bar
Erneute Spritzlackierung 
(3,5 bar) über 
ca. 3 sec
Messung im 
Arbeitsbereich Raumkonzen-
trationsmessung nach 
Spritzlackierung
Erneute Spritzlackierung über wenige 
Sekunden
Messung in Gesichtshöhe (neben 
Atemmaske)
136 000 pt/cm³
Raumkonzentration nach 
Spritzlackierung 
29 000 pt/cm³
Messung innerhalb
Atemmaske bei
Spritzlackierung
< 10 pt/cm³
Raumkonzentration
5 000 - 10 000 pt/cm³
LITERATUR
Baur X, Barbinova L (2007) Messung von exhaliertem Stickstoffmonoxid. Dtsch Ärztebl 104, (12): 790-796.
Dekhuijzen PN, Aben KK, Dekker I, Aarts LP, Wielders PL, van Herwaarden CL, Bast A (1996) Increased exhalation of hydrogen 
peroxide in patients with stable and unstable chronic obstructive pulmonary disease. Am J Respir Crit Care Med. Vol 154,3: 813-
816.
Kostikas K, Papotheodorou G, Psathakis K, Panagou P, Loukides S (2003) Oxidative stress in expired breath condensate of 
patients with COPD. Chest 124: 1373-1380.
Mittmann-Frank M, Berger H, Buchter A (2009) Arbeitsmedizinisches und präventivmedizinisches Untersuchungsprogramm bei 
Exposition mit Nanopartikeln und speziellen oder neuen Materialien. Zbl Arbeitsmed 59: 336-343.
Nowak D, Kasielski M, Ahtczak A, Pietras T, Bialasiewicz P (1999) Increased content of thiobarbituric acid – reactive substances 
and hydrogen peroxide in the expired breath condensate of patients with stable chronic obstructive pulmonary disease: no 
significant effect of cigarette smoking. Respir Med 93: 389-396.
Olin AC, Rosengren A, Thelle DS et al (2006) Height, age and atopy are associated with fraction of exhaled nitric oxide in a large
adult general population sample. Chest 130: 1319-1325.
Paget-Brown A, Ngamtrakulpanit L, Smith A, Bunyan D, Hom S, Nguyen A, Hunt JF (2006) Normative data for pH of exhaled breath 
condensate. Chest 129: 426-430.
Abb. 7: REM: ZrO2. Abb. 8: Elementanalyse: Nachweis von Zirkonium,  
Cerium und Lanthan. 
Abb. 9: TEM: Nanopartikuläres 
ZrO2 , Referenzmaterial.
Die Untersuchungen wurden vom Ministerium für Wirtschaft und Wissenschaft und der 
Universität des Saarlandes gefördert.
Abb. 6: Messprofil beim Spritzlackieren mit nanopartikulären Lacken.
Abb. 1: eNO-, H2O2- und pH-Analysen.
Abb. 2 und 3: Spritzlackieren mit nanopartikulären Lacken.
Abb. 4: Atemschutzhaube mit 
Frischluftzufuhr. 
Abb. 5: Partikel-Konzentrations-
messung innerhalb der Haube.
Element  Wt %   At %
C           18,74      69,52
O             1,52        4,24
Zr            4,92       2,40
La         14,35       4,60
Ce         60,47      19,23
Personen
Personen
Personen
eNO
(ppb)
H2O2(nmol/l)
pH     


http://scidok.sulb.uni-saarland.de/volltexte/2011/3553/pdf/nano_taetigkeit.pdf

Tätigkeitsparallele Diagnostik bei beruflicher Exposition gegenüber Nanopartikeln und neuen Materialien. — II

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