Die Lungenfunktion kann auf verschiedene Weise gemessen werden. Allerdings muss das Ziel der Messungen vor der Untersuchung klar sein, um die Ergebnisse richtig interpretieren zu können. In diesem Artikel gehen wir auf die Lungenfunktionsuntersuchung unter besonderer Berücksichtigung des Berufsfeldes ein. Es ist wichtig, sich an die Einschränkungen bei verschiedenen Lungenfunktionsmessungen zu erinnern. Akute vorübergehende Auswirkungen auf die Lungenfunktion sind bei Exposition gegenüber fibrogenem Staub wie Quarz und Asbest möglicherweise nicht erkennbar, chronische Auswirkungen auf die Lungenfunktion nach längerer (> 20 Jahre) Exposition können jedoch auftreten. Dies liegt daran, dass chronische Wirkungen Jahre nach dem Einatmen des Staubs und dessen Ablagerung in der Lunge auftreten. Gut geeignet sind dagegen akute temporäre Einwirkungen von organischem und anorganischem Staub sowie Schimmelpilzen, Schweißrauch und Motorabgasen. Dies liegt daran, dass die Reizwirkung dieser Stäube nach einigen Stunden Einwirkung eintritt. Akute oder chronische Auswirkungen auf die Lungenfunktion können auch bei Exposition gegenüber Konzentrationen reizender Gase (Stickstoffdioxid, Aldehyde, Säuren und Säurechloride) in der Nähe gut dokumentierter Expositionsgrenzwerte erkennbar sein, insbesondere wenn die Wirkung durch Partikelluftkontamination verstärkt wird .
Lungenfunktionsmessungen müssen für die Untersuchten und die Lungenfunktionsgeräte für den Untersucher sicher sein. Eine Zusammenfassung der spezifischen Anforderungen an verschiedene Arten von Lungenfunktionsgeräten ist verfügbar (z. B. Quanjer et al. 1993). Natürlich müssen die Geräte nach unabhängigen Standards kalibriert werden. Dies kann schwierig zu erreichen sein, insbesondere wenn computergestützte Geräte verwendet werden. Das Ergebnis des Lungenfunktionstests ist sowohl vom Probanden als auch vom Untersucher abhängig. Um bei der Untersuchung zufriedenstellende Ergebnisse zu erzielen, müssen die Techniker gut ausgebildet und in der Lage sein, die Testperson sorgfältig zu instruieren und die Testperson auch zu ermutigen, den Test ordnungsgemäß durchzuführen. Der Untersucher sollte auch Kenntnisse über Atemwege und Lunge haben, um die Ergebnisse aus den Aufnahmen richtig interpretieren zu können.
Es wird empfohlen, dass die verwendeten Methoden eine ziemlich hohe Reproduzierbarkeit sowohl zwischen als auch innerhalb der Probanden aufweisen. Die Reproduzierbarkeit kann als Variationskoeffizient gemessen werden, dh die Standardabweichung multipliziert mit 100 dividiert durch den Mittelwert. Werte unter 10 % bei wiederholten Messungen am selben Probanden gelten als akzeptabel.
Um festzustellen, ob die Messwerte pathologisch sind oder nicht, müssen sie mit Vorhersagegleichungen verglichen werden. Normalerweise basieren die Vorhersagegleichungen für spirometrische Variablen auf Alter und Größe, stratifiziert nach Geschlecht. Männer haben im Durchschnitt höhere Lungenfunktionswerte als Frauen gleichen Alters und gleicher Größe. Die Lungenfunktion nimmt mit dem Alter ab und nimmt mit der Körpergröße zu. Ein großer Proband hat daher ein höheres Lungenvolumen als ein kleiner Proband im gleichen Alter. Das Ergebnis von Vorhersagegleichungen kann sich zwischen verschiedenen Referenzpopulationen erheblich unterscheiden. Auch die Alters- und Größenunterschiede in der Referenzpopulation beeinflussen die vorhergesagten Werte. Das bedeutet zum Beispiel, dass eine Vorhersagegleichung nicht verwendet werden darf, wenn Alter und/oder Größe der untersuchten Person außerhalb der Bereiche für die Bevölkerung liegen, die der Vorhersagegleichung zugrunde liegen.
Rauchen verringert auch die Lungenfunktion, und die Wirkung kann bei Personen verstärkt werden, die beruflich Reizstoffen ausgesetzt sind. Früher galt die Lungenfunktion als nicht pathologisch, wenn die erhaltenen Werte innerhalb von 80 % des aus einer Vorhersagegleichung abgeleiteten Vorhersagewerts lagen.
Messungen
Lungenfunktionsmessungen werden durchgeführt, um den Zustand der Lunge zu beurteilen. Die Messungen können entweder einzelne oder mehrere gemessene Lungenvolumina oder die dynamischen Eigenschaften in den Atemwegen und Lungen betreffen. Letzteres wird in der Regel durch kraftabhängige Manöver ermittelt. Auch die Lungenverhältnisse können hinsichtlich ihrer physiologischen Funktion, dh Diffusionskapazität, Atemwegswiderstand und Compliance, untersucht werden (su).
Messungen bezüglich der Atemkapazität werden durch Spirometrie erhalten. Das Atemmanöver wird normalerweise als maximale Inspiration gefolgt von einer maximalen Exspiration durchgeführt, Vitalkapazität (VC, gemessen in Litern). Mindestens drei technisch zufriedenstellende Aufzeichnungen (dh volle Inspirations- und Exspirationsanstrengung und keine beobachteten Lecks) sollten durchgeführt und der höchste Wert angegeben werden. Das Volumen kann direkt durch eine wasserdichte oder niederohmige Glocke oder indirekt durch Pneumotachographie (dh Integration eines Flusssignals über die Zeit) gemessen werden. Hierbei ist es wichtig zu beachten, dass alle gemessenen Lungenvolumina in BTPS ausgedrückt werden sollten, d. h. Körpertemperatur und Umgebungsdruck, gesättigt mit Wasserdampf.
Die forcierte exspiratorische Vitalkapazität (FVC, in Litern) ist definiert als eine VC-Messung, die mit einer maximal forcierten Ausatmungsanstrengung durchgeführt wird. Aufgrund der Einfachheit des Tests und der relativ kostengünstigen Ausrüstung hat sich das forcierte Expirogramm zu einem nützlichen Test in der Überwachung der Lungenfunktion entwickelt. Dies hat jedoch zu vielen schlechten Aufnahmen geführt, deren praktischer Wert umstritten ist. Um zufriedenstellende Aufzeichnungen durchzuführen, kann die aktualisierte Richtlinie für die Sammlung und Verwendung des forcierten Expirogramms, veröffentlicht von der American Thoracic Society im Jahr 1987, hilfreich sein.
Momentane Flüsse können auf Fluss-Volumen- oder Fluss-Zeit-Kurven gemessen werden, während zeitlich gemittelte Flüsse oder Zeiten aus dem Spirogramm abgeleitet werden. Assoziierte Variablen, die aus dem forcierten Expirogramm berechnet werden können, sind forciertes expiriertes Volumen in einer Sekunde (FEV1, in Liter pro Sekunde), in Prozent von FVC (FEV1%), Spitzenfluss (PEF, l/s), Maximalfluss bei 50 % und 75 % der forcierten Vitalkapazität (MEF50 und MEF25, beziehungsweise). Eine Illustration der Ableitung von FEV1 aus dem forcierten Expirogramm ist in Abbildung 1 dargestellt. Bei gesunden Probanden spiegeln die maximalen Flussraten bei großen Lungenvolumina (d. h. zu Beginn der Exspiration) hauptsächlich die Flusseigenschaften der großen Atemwege wider, während die bei kleinen Lungenvolumina (d. h. am Ende der Exspiration) werden normalerweise so gehalten, dass sie die Eigenschaften der kleinen Atemwege widerspiegeln, Abbildung 2. In letzteren ist die Strömung laminar, während sie in den großen Atemwegen turbulent sein kann.
Abbildung 1. Forciertes exspiratorisches Spirogramm, das die Ableitung von FEV zeigt1 und FVC nach dem Extrapolationsprinzip.
Abbildung 2. Fluss-Volumen-Kurve, die die Ableitung des exspiratorischen Spitzenflusses (PEF), des maximalen Flusses bei 50 % und 75 % der forcierten Vitalkapazität (
und 
, beziehungsweise).
PEF kann auch mit einem kleinen tragbaren Gerät, wie dem von Wright 1959 entwickelten, gemessen werden. Ein Vorteil dieser Ausrüstung besteht darin, dass der Proband Reihenmessungen durchführen kann – beispielsweise am Arbeitsplatz. Um brauchbare Aufnahmen zu erhalten, ist es jedoch notwendig, die Probanden gut zu instruieren. Außerdem sollte man bedenken, dass PEF-Messungen mit beispielsweise einem Wright-Meter und solchen, die durch herkömmliche Spirometrie gemessen wurden, aufgrund der unterschiedlichen Blastechniken nicht verglichen werden sollten.
Die spirometrischen Größen VC, FVC und FEV1 zeigen eine angemessene Variation zwischen Personen, wobei Alter, Größe und Geschlecht normalerweise 60 bis 70 % der Variation erklären. Restriktive Lungenfunktionsstörungen führen zu niedrigeren Werten für VC, FVC und FEV1. Flowmessungen während der Exspiration weisen eine große individuelle Variation auf, da die gemessenen Flows sowohl aufwands- als auch zeitabhängig sind. Das bedeutet zum Beispiel, dass ein Proband bei vermindertem Lungenvolumen einen extrem hohen Flow haben wird. Andererseits kann der Flow bei sehr hohem Lungenvolumen extrem gering sein. Bei einer chronisch obstruktiven Erkrankung (z. B. Asthma, chronische Bronchitis) ist der Fluss jedoch meist vermindert.
Abbildung 3. Ein prinzipieller Überblick über die Ausrüstung zur Bestimmung der Gesamtlungenkapazität (TLC) nach der Heliumverdünnungstechnik.
Der Anteil des Residualvolumens (RV), also das Luftvolumen, das sich nach maximaler Exspiration noch in der Lunge befindet, kann durch Gasverdünnung oder durch Bodyplethysmographie bestimmt werden. Die Gasverdünnungstechnik erfordert eine weniger komplizierte Ausrüstung und ist daher bequemer in Studien anzuwenden, die am Arbeitsplatz durchgeführt werden. In Abbildung 3 ist das Prinzip der Gasverdünnungstechnik skizziert. Die Technik basiert auf der Verdünnung eines Indikatorgases in einem Rückatmungskreislauf. Das Indikatorgas muss in biologischen Geweben schwer löslich sein, damit es nicht von den Geweben und dem Blut in der Lunge aufgenommen wird. Zunächst wurde Wasserstoff verwendet, aber aufgrund seiner Fähigkeit, mit Luft explosive Gemische zu bilden, wurde er durch Helium ersetzt, das sich leicht mit Hilfe des Wärmeleitfähigkeitsprinzips nachweisen lässt.
Das Subjekt und die Vorrichtung bilden ein geschlossenes System, und die Anfangskonzentration des Gases wird somit reduziert, wenn es in das Gasvolumen in der Lunge verdünnt wird. Nach der Äquilibrierung ist die Konzentration des Indikatorgases in der Lunge dieselbe wie im Gerät, und die funktionelle Residualkapazität (FRC) kann mit einer einfachen Verdünnungsgleichung berechnet werden. Das Volumen des Spirometers (einschließlich der Zugabe des Gasgemisches in das Spirometer) wird mit bezeichnet VS, VL ist das Volumen der Lunge, Fi ist die anfängliche Gaskonzentration und Ff ist die Endkonzentration.
FRC = VL = [(VS · Fi) / Ff] - VS
Es werden zwei bis drei VC-Manöver durchgeführt, um eine zuverlässige Basis für die Berechnung von TLC (in Litern) bereitzustellen. Die Unterteilung der verschiedenen Lungenvolumina ist in Abbildung 4 skizziert.
Abbildung 4. Spirogramm, das beschriftet ist, um die Unterteilungen der Gesamtkapazität anzuzeigen.
Aufgrund der Veränderung der elastischen Eigenschaften der Atemwege nehmen RV und FRC mit dem Alter zu. Bei chronisch obstruktiven Erkrankungen werden in der Regel erhöhte Werte von RV und FRC beobachtet, während VC erniedrigt ist. Bei Patienten mit schlecht belüfteten Lungenbereichen – beispielsweise Patienten mit Emphysem – kann die Gasverdünnungstechnik jedoch RV, FRC und auch TLC unterschätzen. Dies liegt daran, dass das Indikatorgas nicht mit geschlossenen Atemwegen kommuniziert und daher die Abnahme der Indikatorgaskonzentration fälschlicherweise kleine Werte ergibt.
Abbildung 5. Ein prinzipieller Überblick über die Aufzeichnung des Verschlusses der Atemwege und der Neigung des Alveolarplateaus (%
).
Messungen des Verschlusses der Atemwege und der Gasverteilung in der Lunge können in ein und demselben Manöver durch die Single-Breath-Wash-Out-Technik erhalten werden, Abbildung 5. Die Ausrüstung besteht aus einem Spirometer, das mit einem Bag-in-Box-System verbunden ist, und einem Rekorder für kontinuierliche Messungen der Stickstoffkonzentration. Das Manöver wird durch maximales Einatmen von reinem Sauerstoff aus dem Beutel durchgeführt. Zu Beginn der Ausatmung steigt die Stickstoffkonzentration durch die Entleerung des Totraums des Probanden, der reinen Sauerstoff enthält. Die Ausatmung setzt sich mit der Luft aus den Atemwegen und Alveolen fort. Abschließend wird Luft aus den Alveolen ausgeatmet, die 20 bis 40 % Stickstoff enthält. Wenn die Exspiration aus den basalen Teilen der Lunge zunimmt, steigt die Stickstoffkonzentration im Falle eines Atemwegsverschlusses in abhängigen Lungenregionen abrupt an, Abbildung 5. Dieses Volumen über RV, bei dem sich die Atemwege während einer Exspiration schließen, wird normalerweise als Schließvolumen bezeichnet (CV) in Prozent von VC (CV%). Die Verteilung der eingeatmeten Luft in der Lunge wird als Neigung des Alveolarplateaus (%N2 oder Phase III, %N2/l). Sie wird ermittelt, indem man die Differenz der Stickstoffkonzentration zwischen dem Zeitpunkt, an dem 30 % der Luft ausgeatmet sind, und dem Zeitpunkt des Verschlusses der Atemwege durch das entsprechende Volumen dividiert.
Alterung sowie chronisch obstruktive Erkrankungen führen zu erhöhten Werten sowohl für CV% als auch für Phase III. Allerdings haben auch gesunde Probanden keine gleichmäßige Gasverteilung in der Lunge, was zu leicht erhöhten Werten für Phase III führt, nämlich 1 bis 2 % N2/l. Die Variablen CV% und Phase III sollen die Verhältnisse in den peripheren kleinen Atemwegen mit einem Innendurchmesser von etwa 2 mm widerspiegeln. Normalerweise tragen die peripheren Atemwege zu einem kleinen Teil (10 bis 20 %) zum gesamten Atemwegswiderstand bei. Recht weitreichende Veränderungen, die mit herkömmlichen Lungenfunktionstests wie der dynamischen Spirometrie nicht nachweisbar sind, können beispielsweise durch eine Belastung mit irritierenden Stoffen in der Luft in den peripheren Atemwegen auftreten. Dies deutet darauf hin, dass die Obstruktion der Atemwege in den kleinen Atemwegen beginnt. Ergebnisse von Studien haben auch Veränderungen in CV% und Phase III gezeigt, bevor irgendwelche Änderungen von der dynamischen und statischen Spirometrie aufgetreten sind. Diese frühen Veränderungen können zurückgehen, wenn die Exposition gegenüber gefährlichen Stoffen aufgehört hat.
Der Transferfaktor der Lunge (mmol/min; kPa) ist ein Ausdruck für die Diffusionskapazität des Sauerstofftransports in die Lungenkapillaren. Der Transferfaktor kann mit Einzel- oder Mehrfachatemtechniken bestimmt werden; Die Single-Atem-Technik gilt als am besten geeignet für Studien am Arbeitsplatz. Kohlenmonoxid (CO) wird verwendet, da der Gegendruck von CO im peripheren Blut im Gegensatz zu dem von Sauerstoff sehr gering ist. Es wird angenommen, dass die Aufnahme von CO einem exponentiellen Modell folgt, und diese Annahme kann verwendet werden, um den Übertragungsfaktor für die Lunge zu bestimmen.
Bestimmung von TLCO (Übertragungsfaktor gemessen mit CO) erfolgt durch ein Atemmanöver mit maximaler Exspiration, gefolgt von maximaler Inspiration eines Gasgemisches aus Kohlenmonoxid, Helium, Sauerstoff und Stickstoff. Nach einer Atemanhaltephase erfolgt eine maximale Ausatmung, die den Gehalt in der Alveolarluft widerspiegelt, Abbildung 10. Zur Bestimmung des Alveolarvolumens wird Helium verwendet (VA). Unter der Annahme, dass die Verdünnung von CO die gleiche ist wie bei Helium, kann die Anfangskonzentration von CO vor Beginn der Diffusion berechnet werden. TLCO wird gemäß der nachstehenden Gleichung berechnet, wobei k hängt von den Dimensionen der Komponententerme ab, t ist die effektive Zeit für das Anhalten des Atems und log ist der Logarithmus zur Basis 10. Das inspirierte Volumen ist angegeben Vi und die Brüche F von CO und Helium sind mit bezeichnet i und a für inspiriert bzw. alveolar.
TLCO = k Vi (Fa,Er/Fi,He) Protokoll (Fi,CO Fa,He/Fa, CO Fi,Er) (t)-1
Abbildung 6. Ein prinzipieller Überblick über die Aufzeichnung des Transferfaktors
Die Größe TLCO hängt von einer Vielzahl von Bedingungen ab, beispielsweise von der Menge des verfügbaren Hämoglobins, dem Volumen der belüfteten Alveolen und perfundierten Lungenkapillaren und deren Verhältnis zueinander. Werte für TLCO mit zunehmendem Alter abnehmen und mit körperlicher Aktivität und erhöhtem Lungenvolumen zunehmen. Verringert TLCO findet sich sowohl bei restriktiven als auch bei obstruktiven Lungenerkrankungen.
Die Compliance (l/kPa) ist unter anderem eine Funktion der elastischen Eigenschaft der Lunge. Die Lungen haben eine intrinsische Tendenz zur Zusammenarbeit – das heißt zum Kollaps. Die Kraft, die Lunge gestreckt zu halten, hängt vom elastischen Lungengewebe, der Oberflächenspannung in den Lungenbläschen und der Bronchialmuskulatur ab. Andererseits neigt die Brustwand dazu, sich bei Lungenvolumina von 1 bis 2 Litern über dem FRC-Niveau auszudehnen. Bei höheren Lungenvolumina muss Kraft aufgewendet werden, um die Brustwand weiter zu dehnen. Auf FRC-Ebene wird die entsprechende Tendenz in der Lunge durch die Tendenz zur Ausdehnung ausgeglichen. Der FRC-Level wird daher als Ruhelevel der Lunge bezeichnet.
Die Compliance der Lunge ist definiert als die Volumenänderung geteilt durch die Änderung des transpulmonalen Drucks, also der Differenz zwischen dem Druck im Mund (atmosphärisch) und in der Lunge, als Folge eines Atemmanövers. Messungen des Drucks in der Lunge sind nicht einfach durchzuführen und werden daher durch Messungen des Drucks in der Speiseröhre ersetzt. Der Druck in der Speiseröhre entspricht fast dem Druck in der Lunge und wird mit einem dünnen Polyethylenkatheter mit einem Ballon gemessen, der die distalen 10 cm bedeckt. Während der Inspirations- und Exspirationsmanöver werden die Volumen- und Druckänderungen mittels eines Spirometers bzw. eines Druckwandlers aufgezeichnet. Wenn die Messungen während der Atempause durchgeführt werden, kann die dynamische Nachgiebigkeit gemessen werden. Statische Nachgiebigkeit wird erreicht, wenn ein langsames VC-Manöver durchgeführt wird. Im letzteren Fall werden die Messungen in einem Bodyplethysmographen durchgeführt und die Exspiration intermittierend durch einen Shutter unterbrochen. Compliance-Messungen sind jedoch umständlich durchzuführen, wenn die Auswirkungen der Exposition auf die Lungenfunktion am Arbeitsplatz untersucht werden, und diese Technik wird im Labor als geeigneter angesehen.
Bei Fibrose wird eine verminderte Compliance (erhöhte Elastizität) beobachtet. Um eine Volumenänderung zu bewirken, sind große Druckänderungen erforderlich. Andererseits wird eine hohe Compliance beispielsweise beim Emphysem als Folge des Verlustes von elastischem Gewebe und damit auch Elastizität in der Lunge beobachtet.
Der Widerstand in den Atemwegen hängt im Wesentlichen vom Radius und der Länge der Atemwege, aber auch von der Luftviskosität ab. Der Atemwegswiderstand (RL in (kPa/l) /s), kann mit Hilfe eines Spirometers, eines Druckaufnehmers und eines Pneumotachographen (zur Messung des Durchflusses) bestimmt werden. Die Messungen können auch mit einem Body-Plethysmographen durchgeführt werden, um die Fluss- und Druckänderungen während Hechelmanövern aufzuzeichnen. Durch die Verabreichung eines Medikaments, das eine Bronchokonstriktion hervorrufen soll, können empfindliche Personen aufgrund ihrer hyperreaktiven Atemwege identifiziert werden. Patienten mit Asthma haben normalerweise erhöhte Werte für RL.
Akute und chronische Auswirkungen beruflicher Exposition auf die Lungenfunktion
Die Lungenfunktionsmessung kann verwendet werden, um eine berufliche Expositionswirkung auf die Lunge aufzudecken. Die berufsvorbereitende Lungenfunktionsuntersuchung sollte nicht zum Ausschluss von Arbeitssuchenden dienen. Denn die Lungenfunktion von Gesunden schwankt in weiten Grenzen und es ist schwierig, eine Grenze zu ziehen, unterhalb derer sicher gesagt werden kann, dass die Lunge pathologisch ist. Ein weiterer Grund ist, dass die Arbeitsumgebung so gut sein sollte, dass auch Probanden mit leichter Lungenfunktionsstörung sicher arbeiten können.
Chronische Wirkungen auf die Lunge bei beruflich exponierten Personen können auf verschiedene Weise nachgewiesen werden. Die Techniken dienen jedoch der Bestimmung historischer Effekte und sind weniger geeignet, als Richtlinie zur Vermeidung von Lungenfunktionsstörungen zu dienen. Ein gängiges Studiendesign besteht darin, die tatsächlichen Werte exponierter Personen mit den Lungenfunktionswerten einer Referenzpopulation ohne berufliche Exposition zu vergleichen. Die Referenzpersonen können von denselben (oder nahe gelegenen) Arbeitsplätzen oder aus derselben Stadt rekrutiert werden.
In einigen Studien wurde eine multivariate Analyse verwendet, um Unterschiede zwischen exponierten Probanden und übereinstimmenden nicht exponierten Referenzen zu bewerten. Lungenfunktionswerte bei exponierten Personen können auch mittels einer Referenzgleichung standardisiert werden, die auf Lungenfunktionswerten bei nicht exponierten Personen basiert.
Ein weiterer Ansatz besteht darin, die Differenz zwischen den Lungenfunktionswerten von exponierten und nicht exponierten Arbeitern nach Adjustierung für Alter und Körpergröße unter Verwendung externer Referenzwerte zu untersuchen, die mit Hilfe einer Vorhersagegleichung auf der Grundlage gesunder Probanden berechnet wurden. Die Referenzpopulation kann auch nach ethnischer Gruppe, Geschlecht, Alter, Größe und Rauchgewohnheiten den exponierten Personen zugeordnet werden, um diese Einflussfaktoren weiter zu kontrollieren.
Das Problem besteht jedoch darin zu entscheiden, ob eine Abnahme groß genug ist, um als pathologisch eingestuft zu werden, wenn externe Referenzwerte verwendet werden. Obwohl die Instrumente in den Studien tragbar und einfach sein müssen, muss sowohl auf die Sensitivität der gewählten Methode zum Nachweis kleiner Anomalien in Atemwegen und Lunge als auch auf die Möglichkeit der Kombination verschiedener Methoden geachtet werden. Es gibt Hinweise darauf, dass bei Personen mit respiratorischen Symptomen wie Belastungsdyspnoe ein höheres Risiko für einen beschleunigten Rückgang der Lungenfunktion besteht. Dies bedeutet, dass das Vorhandensein von respiratorischen Symptomen wichtig ist und daher nicht vernachlässigt werden sollte.
Das Subjekt kann auch durch Spirometrie nachuntersucht werden, zum Beispiel einmal im Jahr über mehrere Jahre, um vor der Entwicklung einer Krankheit zu warnen. Es gibt jedoch Einschränkungen, da dies sehr zeitaufwändig sein wird und sich die Lungenfunktion möglicherweise dauerhaft verschlechtert hat, wenn die Abnahme beobachtet werden kann. Dieser Ansatz darf daher keine Entschuldigung dafür sein, Maßnahmen zur Verringerung schädlicher Konzentrationen von Luftschadstoffen zu verzögern.
Schließlich können auch chronische Auswirkungen auf die Lungenfunktion untersucht werden, indem die individuellen Veränderungen der Lungenfunktion bei exponierten und nicht exponierten Personen über mehrere Jahre untersucht werden. Ein Vorteil des Längsschnittstudiendesigns besteht darin, dass die interindividuelle Variabilität eliminiert wird; Die Konstruktion gilt jedoch als zeitaufwändig und teuer.
Anfällige Personen können auch durch Vergleich ihrer Lungenfunktion mit und ohne Exposition während Arbeitsschichten identifiziert werden. Um mögliche Auswirkungen tageszeitlicher Schwankungen zu minimieren, wird die Lungenfunktion zur selben Tageszeit einmal unexponiert und einmal exponiert gemessen. Der unexponierte Zustand kann beispielsweise durch gelegentliches Verbringen des Arbeiters in einen nicht kontaminierten Bereich oder durch Verwendung eines geeigneten Atemschutzes während einer ganzen Schicht oder in einigen Fällen durch Lungenfunktionsmessungen am Nachmittag eines arbeitsfreien Tages erreicht werden.
Ein besonderes Anliegen ist, dass wiederholte, vorübergehende Wirkungen zu chronischen Wirkungen führen können. Eine akute vorübergehende Abnahme der Lungenfunktion kann nicht nur ein biologischer Expositionsindikator sein, sondern auch ein Prädiktor für eine chronische Abnahme der Lungenfunktion. Die Belastung mit Luftschadstoffen kann zu erkennbaren akuten Auswirkungen auf die Lungenfunktion führen, obwohl die Mittelwerte der gemessenen Luftschadstoffe unterhalb der hygienischen Grenzwerte liegen. Es stellt sich also die Frage, ob diese Wirkungen auf Dauer wirklich schädlich sind. Diese Frage lässt sich nur schwer direkt beantworten, zumal die Luftbelastung an Arbeitsplätzen oft komplex zusammengesetzt ist und die Exposition nicht durch mittlere Konzentrationen einzelner Verbindungen beschrieben werden kann. Die Wirkung einer beruflichen Exposition ist teilweise auch auf die Empfindlichkeit des Einzelnen zurückzuführen. Dies bedeutet, dass einige Probanden früher oder stärker reagieren als andere. Der zugrunde liegende pathophysiologische Grund für eine akute, vorübergehende Abnahme der Lungenfunktion ist nicht vollständig geklärt. Die unerwünschte Reaktion bei Exposition gegenüber einer irritierenden Luftverunreinigung ist jedoch ein objektives Maß, im Gegensatz zu subjektiven Erfahrungen wie Symptomen unterschiedlicher Genese.
Der Vorteil der Früherkennung von Atemwegs- und Lungenveränderungen durch gefährliche Luftschadstoffe liegt auf der Hand – die aktuelle Belastung kann reduziert werden, um schwereren Erkrankungen vorzubeugen. Ein wichtiges Ziel in diesem Zusammenhang ist es daher, die Messungen akuter temporärer Auswirkungen auf die Lungenfunktion als sensibles Frühwarnsystem zu nutzen, das bei der Untersuchung von Gruppen gesunder Berufstätiger eingesetzt werden kann.
Überwachung von Reizstoffen
Reizung ist eines der häufigsten Kriterien für die Festlegung von Expositionsgrenzwerten. Es ist jedoch nicht sicher, ob die Einhaltung eines Expositionsgrenzwerts, der auf Reizung basiert, vor Reizung schützt. Es sollte berücksichtigt werden, dass ein Expositionsgrenzwert für einen Luftschadstoff normalerweise mindestens zwei Teile enthält – einen zeitlich gewichteten Durchschnittsgrenzwert (TWAL) und einen kurzfristigen Expositionsgrenzwert (STEL) oder zumindest Regeln für die Überschreitung des zeitlich gewichteten Durchschnitts Grenze, „Ausflugsgrenzen“. Bei stark reizenden Stoffen wie Schwefeldioxid, Acrolein und Phosgen ist es wichtig, die Konzentration auch in sehr kurzen Zeiträumen zu begrenzen, und es ist daher gängige Praxis, Arbeitsplatzgrenzwerte in Form von Höchstwerten festzulegen. mit einer Probenahmeperiode, die so kurz gehalten wird, wie es die Messeinrichtungen zulassen.
Zeitlich gewichtete durchschnittliche Grenzwerte für einen Acht-Stunden-Tag, kombiniert mit Regeln für Überschreitungen dieser Werte, werden für die meisten Substanzen in der Schwellenwert-Liste (TLV) der American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) angegeben. Die TLV-Liste von 1993-94 enthält folgende Aussage zu Überschreitungsgrenzen für Grenzwertüberschreitungen:
„Für die überwiegende Mehrheit der Stoffe mit einem TLV-TWA sind nicht genügend toxikologische Daten verfügbar, um einen STEL = Kurzzeit-Expositionsgrenzwert zu rechtfertigen). Dennoch sollten Abweichungen über dem TLV-TWA kontrolliert werden, selbst wenn der achtstündige TWA innerhalb der empfohlenen Grenzen liegt.“
Expositionsmessungen bekannter Luftschadstoffe und Vergleiche mit gut dokumentierten Expositionsgrenzwerten sollten routinemäßig durchgeführt werden. Es gibt jedoch viele Situationen, in denen die Feststellung der Einhaltung von Expositionsgrenzwerten nicht ausreicht. Dies ist unter anderem in folgenden Fällen der Fall:
- wenn der Grenzwert zu hoch ist, um Reizungen vorzubeugen
- wenn der Reizstoff unbekannt ist
- wenn der Reizstoff ein komplexes Gemisch ist und kein geeigneter Indikator bekannt ist.
Wie oben befürwortet, kann die Messung akuter, vorübergehender Auswirkungen auf die Lungenfunktion in diesen Fällen als Warnung vor einer übermäßigen Exposition gegenüber Reizstoffen verwendet werden.
In den Fällen (2) und (3) können akute, vorübergehende Auswirkungen auf die Lungenfunktion auch bei der Prüfung der Wirksamkeit von Kontrollmaßnahmen zur Verringerung der Exposition gegenüber Luftkontamination oder bei wissenschaftlichen Untersuchungen, beispielsweise bei der Zuordnung biologischer Wirkungen zu Luftbestandteilen, anwendbar sein Schadstoffe. Es folgen eine Reihe von Beispielen, bei denen akute, vorübergehende Lungenfunktionsstörungen erfolgreich in arbeitsmedizinischen Untersuchungen eingesetzt wurden.
Studien zu akuten, vorübergehenden Auswirkungen auf die Lungenfunktion
Arbeitsbedingte, vorübergehende Abnahme der Lungenfunktion während einer Arbeitsschicht wurde Ende 1950 bei Baumwollarbeitern festgestellt. Später berichteten mehrere Autoren über arbeitsbedingte, akute, vorübergehende Veränderungen der Lungenfunktion bei Hanf- und Textilarbeitern, Bergleuten, Arbeitern Personen, die Toluoldiisocyanat ausgesetzt sind, Feuerwehrleute, Arbeiter in der Gummiverarbeitung, Former und Kernmacher, Schweißer, Skiwachser, Arbeiter, die organischen Stäuben und Reizstoffen in wasserbasierten Farben ausgesetzt sind.
Es gibt aber auch mehrere Beispiele, bei denen Messungen vor und nach der Exposition, meist während einer Schicht, trotz hoher Exposition keine akuten Wirkungen nachweisen konnten. Dies ist wahrscheinlich auf die Wirkung der normalen zirkadianen Schwankungen zurückzuführen, hauptsächlich bei Variablen der Lungenfunktion, die von der Größe des Atemwegskalibers abhängen. Daher muss die vorübergehende Abnahme dieser Variablen die normale zirkadiane Schwankung überschreiten, um erkannt zu werden. Das Problem kann jedoch umgangen werden, indem die Lungenfunktion bei jedem Studienanlass zur gleichen Tageszeit gemessen wird. Indem der exponierte Mitarbeiter als seine eigene Kontrolle verwendet wird, wird die interindividuelle Variation weiter verringert. Schweißer wurden auf diese Weise untersucht, und obwohl der mittlere Unterschied zwischen unbelasteten und exponierten FVC-Werten bei 3 untersuchten Schweißern weniger als 15 % betrug, war dieser Unterschied bei einem Konfidenzniveau von 95 % mit einer Aussagekraft von mehr als 99 % signifikant.
Die reversiblen vorübergehenden Wirkungen auf die Lunge können als Expositionsindikator für komplizierte Reizkomponenten verwendet werden. In der oben zitierten Studie waren Partikel in der Arbeitsumgebung ausschlaggebend für die Reizwirkung auf Atemwege und Lunge. Die Partikel wurden durch ein Atemschutzgerät entfernt, das aus einem Filter in Kombination mit einem Schweißhelm bestand. Die Ergebnisse deuteten darauf hin, dass die Auswirkungen auf die Lunge durch die Partikel im Schweißrauch verursacht wurden und dass die Verwendung eines Partikel-Atemschutzgeräts diesen Effekt verhindern könnte.
Die Exposition gegenüber Dieselabgasen führt auch zu messbaren Reizwirkungen auf die Lunge, die sich in einer akuten, vorübergehenden Abnahme der Lungenfunktion zeigen. Mechanische Filter, die an den Auspuffrohren von Lastwagen angebracht waren, die von Stauern beim Beladen eingesetzt wurden, linderten subjektive Beschwerden und reduzierten die akute, vorübergehende Abnahme der Lungenfunktion, die beobachtet wurde, wenn keine Filtration durchgeführt wurde. Die Ergebnisse weisen somit darauf hin, dass das Vorhandensein von Partikeln in der Arbeitsumgebung eine Rolle bei der Reizwirkung auf Atemwege und Lunge spielt und dass die Wirkung durch Messungen akuter Veränderungen der Lungenfunktion beurteilt werden kann.
Eine Vielzahl von Expositionen und ein sich ständig änderndes Arbeitsumfeld können Schwierigkeiten bei der Erkennung des kausalen Zusammenhangs der verschiedenen in einem Arbeitsumfeld vorhandenen Agenten bereiten. Das Expositionsszenario in Sägewerken ist ein anschauliches Beispiel. Expositionsmessungen aller möglichen Agenzien (Terpene, Stäube, Schimmelpilze, Bakterien, Endotoxine, Mykotoxine etc.) sind in dieser Arbeitsumgebung (z. B. aus wirtschaftlichen Gründen) nicht möglich. Eine praktikable Methode kann sein, die Entwicklung der Lungenfunktion im Längsschnitt zu verfolgen. In einer Studie an Sägewerksarbeitern in der Holzzuschnittabteilung wurde die Lungenfunktion vor und nach einer Arbeitswoche untersucht, und es wurde keine statistisch signifikante Abnahme festgestellt. Eine einige Jahre später durchgeführte Folgestudie ergab jedoch, dass diejenigen Arbeiter, die während einer Arbeitswoche tatsächlich eine zahlenmäßige Abnahme der Lungenfunktion hatten, auch eine beschleunigte langfristige Abnahme der Lungenfunktion aufwiesen. Dies kann darauf hindeuten, dass gefährdete Personen durch die Messung von Veränderungen der Lungenfunktion während einer Arbeitswoche erkannt werden können.