Einleitung
Einleitung
Seit mehr als 60 Jahren wird über Pneumokoniosen bei Schweißern berichtet [9 11 4 24 39 22 38
Darüber hinaus wurden jedoch auch fibrosierende Lungenerkrankungen mit erkennbarem Krankheitswert unterschiedlicher Schweregrade als interstitielle Siderofibrosen der Lunge nach langjähriger, intensiver Schweißrauch-Einwirkung mitgeteilt [10 41 1 2 8 17 6 7 12 26 30 35 36 41
Beispielhaft vorgestellt werden die Befunde von 3 Schweißern mit histologisch gesicherter interstitieller Siderofibrose der Lunge vom Schweregrad II - III bzw. III. Dabei sind histologisch beim Menschen - je nach Ausprägung der Veränderungen - drei Schweregrade der Schweißerlungenfibrose zu unterscheiden [26 1
Tab 1 Histologische Stadieneinteilung der Schweißerlungenfibrose
Grad I Grad II Grad III
- vorwiegend alveoläre, aber auch interstitielle, herdförmig betonte Ansammlungen von Siderophagen
- diskrete, unspezifische entzündliche Begleitreaktion - ausgeprägte Mischstaubdepots
- nur wenige Makrophagen und Mischstäube im peribronchialen, perivasalen und pleuralen Bindegewebe
- verstärkte Anreicherungen von aktivierten Makrophagen und Mischstaubpartikeln im perivasalen, bronchopulmonalen und paralymphatischen Bindegewebe und in der Pleurahauptschicht - deutliche Zeichen einer chronisch-schwelenden, entzündlich-fibrosierenden Reaktion
- ausschließlich mikroskopisch fassbare diskrete Fibrosierungsreaktion
- Entwicklung herdförmig akzentuierter, den Fremdstoffdepots topografisch zugeordneter Lungenfibrosen
- nur mikroskopisch zu diagnostizieren
- deutliche Fibrosierungen im Bereich der Staubdepots
- entspricht den im Schrifttum wiederholt mitgeteilten Siderosen mit „benignem” Krankheitsverlauf
Methodik und Kollektiv
Methodik und Kollektiv
Die kasuistisch-empirischen Ergebnisse beruhen auf ambulanten Untersuchungen. Neben der Erhebung einer detaillierten Arbeitsplatzvorgeschichte und umfassenden Lungenfunktionsanalysen erfolgte die histologische Sicherung der Diagnose zweimal mittels offener Lungenbiopsie und einmal transbronchial. Zusätzlich konnten jeweils energiedispersive Röntgenmikroanalysen (EDX) im Rasterelektronenmikroskop durchgeführt werden. Stets war mehrfach eine umfassende pneumologisch-internistische Differenzialdiagnostik vorausgegangen.
Die Abschätzung einer kumulativen Dosis der Schweißrauch-Einwirkung anhand von Messerfahrungen an Schweißerarbeitsplätzen mit arbeitshygienisch ungünstigen Schweißbedingungen erfolgte in Kooperation mit sicherheitstechnischen Experten der Schweißtechnologie [31 3 multipliziert [32
Ergebnisse
Ergebnisse
Berufliche Expositionsdaten und Krankheitsvorgeschichten
Pat. W. F.: 42-jähriger, 174 cm großer und 64 kg schwerer (Bodymass-Index [BMI] 21,1 kg/m2 ) Exraucher seit 3 Jahren (insgesamt 3 Zigaretten-Packungsjahre). 23 Jahre Schweißarbeiten an 6 - 7 Stunden/Tag im Stahlbau in einer Halle mit bis zu 50 Schweißern. Unlegierte Baustähle, Metallaktivgas- und Wolframinertgas-Schweißverfahren, umhüllte und blanke Elektroden. Z. T. Schweißarbeiten in Tanks. Schätzwert der kumulativen Schweißrauchdosis = 201 mg/m3 × Jahre.
Pat. E. K.: 60-jähriger Nieraucher, 168 cm groß und 79 kg schwer (BMI 28,0 kg/m2 ). 32 Jahre Vollzeitschweißer im Fahrzeug- und Maschinenbau, enge Räume in Pkw bei schlechter Absaugung, umhüllte Elektroden, Baustahl, daneben eisen- und manganhaltige Legierungen im Lichtbogenhand-, Metallaktivgas- und Metallinertgas-Schweißverfahren. Schätzwert der kumulativen Schweißrauchdosis = 115 mg/m3 × Jahre.
Pat W. S.: 44-jähriger Exraucher seit einem Jahr (insgesamt 13 Zigaretten-Packungsjahre), 178 cm groß und 61 kg schwer (BMI 19,3 kg/m2 ). 28 Jahre Schweißarbeiten an durchschnittlich 220 Schichten/Jahr, 6 - 8 Stunden/Tag, Lichtbogenhandschweißverfahren, basisch-umhüllte Elektroden, Baustahl, überwiegend in Behältern (2.000 - 3.000 l) und Tanks (5.000 - 60.000 l). Schätzwert der kumulativen Schweißrauchdosis = 3.883 mg/m3 × Jahre.
Klinische Untersuchungsbefunde
Die klinischen, lungenfunktionsanalytischen sowie die histologischen Untersuchungsergebnisse und das röntgenologische Stadium der Lungenfibrosierung gemäß der ILO-Klassifikation 1980/Bundesrepublik [5 2
Pathophysiologisch ergaben die Lungenfunktionsanalysen vor allem deutliche Einschränkungen der pulmonalen Leistungsbreite unter Ergometerbelastung. Der Sauerstoffpartialdruck fiel unter Belastung deutlich ab. Die Diffusionskapazität war bei Pat. W.S. schwer, bei Pat. E.K. leichtgradig reduziert. Einschränkungen der Vitalkapazität wurden bei Pat. W.S. und des Atemgrenzwertes bei den Patienten W.S. und E.K. beobachtet. Bei den Patienten W.S. und W.F. fand sich darüber hinaus eine obstruktive Ventilationsstörung mit Flussminderung im Bereich der kleinen und bei Pat W.S. auch der großen Atemwege.
Röntgenologisch zeigten sich jeweils symmetrisch verteilte kleine unregelmäßige Schatten vom Typ s, t oder u in den Mittel- und Unterfeldern. Unter Anwendung des Standardfilmsatzes der ILO-Röntgenklassifikation ergaben sich Streuungskategorien von 1/2, 1/0 und 2/2.
Von den drei Patienten standen transbronchiale bzw. offene Lungenbiopsien bis 2 cm Durchmesser für die mikroskopische und elektronenmikroskopische Auswertung mit Einsatz der energiedispersiven Röntgenmikroanalyse (EDX) zur Verfügung. In allen Fällen handelte es sich um Siderofibrosen der Stadien II bis III nach dem Graduierungsvorschlag von Müller und Verhoff, 2000 [26 1
In den semiquantitativ ausgewerteten EDX-Spektren ließen sich regelmäßig in den Makrophagen, aber auch im Zwischengewebe vergleichsweise hohe Anteile von Eisen, in geringerer Menge auch Aluminium, Silizium, Mangan und Titan nachweisen (Abb. [1 1
Tab. 2 Lungenfunktionsanalytische, röntgenologische und pathologisch-histologische Untersuchungsergebnisse bei 3 Schweißern mit interstitieller Siderofibrose der Lunge
Code VK FEV1
FEV1 /VK Rt
MVV KCO PO2 unter Belastung Ergometer-Belastung Rö-Thorax Lungengewebs-Histologie/Elektronenmikroskopie Graduierung
BMI (kg/m2 ) (l) (l) (%) (kPa/l/s) (l/min) (mmol/min/kPa/l) (mmHg) (Watt) (Streuung nach ILO)
Soll (M)2
Ist Soll (M) Ist Soll (M) Ist Soll (O) Ist Soll (M) Ist Soll (M) Ist Soll (M)3
Ist Soll (S) Ist
W. F. 21,1
3,87 3,87 2,94 2,40 67,9 65,6 0,35 0,21 74,0 80,7 - n. d. 86,0 72,8 175 50 t/u 2/2 MF UF bds. Erhebliche Speicherung von körnigen schwarzen Partikeln nach Art von Fe-Oxid im interstitiellen Lungengewebe. Grad III.
E. K. 28,0
3,00 3,26 2,16 2,17 61,0 77,2 0,35 0,18 64,7 54,5 1,37 1,28 80,0 61,0 150 75 s/t 1/0 MF UF bds. Interstitielle Fibrose. Fibrosezonen mit Staubpartikeln (Fe-Ablagerungen mit Al, Ti, Mn-Konzentrationen). Grad II - III.
W. S. 19,3
4,06 2,25 3,05 0,92 67,5 41,8 0,35 0,53 73,0 39,0 1,50 0,49 85,4 53,1 175 75 s/t 1/2 MF UF bds. Deutliche interstitielle Lungenfibrose. Ausgeprägte Einlagerungen von Fe-pigmenthaltigem Staub im Sinne einer Siderose. Grad III.
n.d. = nicht durchgeführt; MF = Mittelfeld; UF = Unterfeld, BMI = Bodymass-Index (Körpergewicht [kg]/Körperlänge2 [m2 ]); Soll (M) = Mindestsollwert; Soll (O) = Sollwerte für die maximale Leistung in Watt nach den Richtlinien des American College of Physician 1986 [1 1 = Einsekundenkapazität; Rt = totale Resistance; MVV = maximale willkürliche Ventilation; KCO = Transferkoeffizient, 2 = nach EGKS 1993 [29 3 = nach Woitowitz et al 1969 [37
Abb. 1 Mikroskopische Befunde und EDX-Spektren der drei exemplarisch dargestellten Erkrankungsfälle an Schweißerlungenfibrose, Grad (II) - III nach Müller und Verhoff, 2000 [26
Diskussion
Diskussion
Zusammensetzung der Schweißrauche
Eine für den Arzt kaum überschaubare, hoch entwickelte Technologie der verschiedenen Schweißverfahren findet in der modernen Arbeitswelt Anwendung. Besondere arbeitsmedizinische Bedeutung besitzen die Verfahren des Lichtbogen-Handschweißens und des Schutzgas-Schweißens, speziell das Metall-Aktivgas (MAG)- und Metall-Inertgas (MIG)-Schweißen [16 28
Die partikelförmigen Stoffe besitzen in der Regel einen Durchmesser < 1 µm (meist sogar < 0,1 µm). Sie erfüllen damit z. T. die Definition des Ultrafeinstaubes. Schweißrauchpartikel können nicht nur in das Lungeninterstitium, sondern auch in die inneren Organe, besonders in Leber, Milz und Knochenmark, gelangen [25
Die chemisch-metallurgische Zusammensetzung der Schweißrauchpartikel hängt vom Grundwerkstoff ab, weitaus stärker aber von den verwendeten Elektroden bzw. deren Ummantelung. Beim Lichtbogen-Hand- und MAG-Schweißen kommen vor allem Oxide von Eisen und einer Reihe anderer Metalle, wie z. B. Chrom, Nickel und Kobalt, zur Freisetzung [27 33 34
Art und Menge der gasförmigen Komponenten hängen ebenfalls wesentlich vom eingesetzten Schweißverfahren ab. Arbeitsmedizinisch-toxikologisch stehen das Ozon, die nitrosen Gase (NOx ), die Fluoride, das Phosgen und das Kohlenmonoxid im Vordergrund.
Die Konzentrationen sowohl teilchen- als auch gasförmiger Komponenten von Schweißrauchen in der Luft am Arbeitsplatz werden weiterhin maßgeblich von der Raumgröße, der Zeitdauer und Art des Schweißverfahrens bestimmt. Mit einer extremen Anreicherung von Schweißrauchen ist bei Schweißvorgängen unter beengten Verhältnissen zu rechnen. Derart ungünstige Schweißbedingungen treten insbesondere während längerer Schweißarbeiten in Kellern, Tunneln, Behältern, Tanks, Rohrgräben, Containern und in bestimmten Schiffsräumen auf. Andere arbeitshygienisch ungünstige Bedingungen können z. B. bei fehlender Absaugung an der Entstehungsstelle des Schweißrauches, bei unzureichenden Lüftungsbedingungen und bei körperlicher Zwangshaltung entstehen.
Pathophysiologische und pathologisch-histologische Erkenntnisse
Als wesentlicher Pathomechanismus retinierter Teilchen wird nach gegenwärtigem Kenntnisstand die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies durch aktivierte Alveolarmakrophagen und neutrophile Leukozyten angenommen. Sie führt als oxidativer Stress zu Rückwirkungen auf die Alveolarmakrophagen und andere Zellsysteme. Hierdurch kommt es u. a. zur Freisetzung verschiedener, eine Entzündung und speziell auch die Bindegewebsbildung stimulierender Mediatoren [14 15
Auch der Pathomechanismus des Ozons wird z. T. auf die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies und damit auf oxidativen Stress zurückgeführt. Darüber hinaus, sind aus toxikologischer Sicht die Bildung reaktionsfähiger organischer Karbonylverbindungen (Aldehyde und Ketone) sowie die Entstehung organischer Radikale von Bedeutung [13 27
Im Tierversuch konnte gezeigt werden, dass nicht nur Ozon und Stickstoffdioxid (NO2 ) [20 18 19 40
Die Berechnung der kumulativen Dosis der Schweißrauch-Einwirkung durch einen sicherheitstechnischen Experten sollte bei der Frage, ob eine Schweißerlungenfibrose vorliegt, durchgeführt werden. Es ist anzunehmen, dass hier eine Schwellendosis besteht. Die bisher vorliegenden sicherheitstechnischen Daten lassen zur Zeit noch keine hinreichend valide Aussage zu. Hier besteht sicherlich noch Forschungsbedarf.
Bei klinisch-radiologisch nachweisbaren Lungenveränderungen ist im Regelfall von einer bereits fortgeschrittenen interstitiellen Fibrosierung, d. h. einem Stadium III der Siderofibrose der Lunge, auszugehen [26
Eine in den letzten 20 Jahren verfügbare, wertvolle Zusatzuntersuchung für die differenzialdiagnostischen Entscheidungen stellt die energiedispersive Röntgenmikroanalyse dar, die auch an mikroskopischen Schnittpräparaten von Lungenbiopsien durchgeführt werden kann. Die histologischen Befunde der in Abb. [1
Schlussfolgerungen
Schlussfolgerungen
Der Kausalzusammenhang zwischen einer langjährigen intensiven inhalativen Schweißraucheinwirkung und der Entstehung interstitieller Siderofibrosen der Lunge sowie deren differenzialdiagnostische Abgrenzung von Lungenfibrosierungen infolge anderer Ursachenfaktoren wird wesentlich gestützt durch die histologische Diagnostik auch von Biopsien, unter Einsatz u. a. der Elektronenmikroskopie, einschließlich der energiedispersiven Röntgenmikroanalyse.
Aufgrund der klinischen Daten und histologischen Befunde in Verbindung mit den sicherheitstechnischen und arbeitsmedizinisch-toxikologischen Erkenntnissen zu Art und Ausmaß der Gefahrstoffeinwirkung handelt es sich bei den drei dargestellten Erkrankungsfällen kausalanalytisch um sog. „Schweißerlungenfibrosen”.
Die histomorphologischen Befunde, vereinbar mit den Graden II - III, bzw. III der Schweißerlungenfibrose nach Müller und Verhoff, 2000 [26
Bioptische Verfahren zur Sicherung der Diagnose sind grundsätzlich zu empfehlen, insbesondere bei fraglicher Expositionshöhe, d. h. schwieriger Differenzialdiagnose. Von Patientenseite besteht allerdings im Rahmen von Berufskrankheiten-Feststellungsverfahren bekanntlich keine Duldungspflicht.
Die Aussagekraft von EDX-Befunden ist entscheidend von Art und Größe des Untersuchungsgutes abhängig. Bei vergleichsweise aussagekräftigen transbronchial entnommenen Gewebsproben kann aus der gemeinsamen Bewertung von licht- und rasterelektronenmikroskopischen Bildern und EDX-Spektrum durchaus die kausale Verknüpfung zwischen fibrosierender Reaktion und Elementablagerung hergestellt werden.
Aufgrund heutiger toxikologischer Erkenntnisse zum Pathomechanismus alveolengängiger und ultrafeiner Stäube im Lungengewebe [15 6
