Wirkungen von Bioaerosolen
Luftgetragene Mikroorganismen werden als Bioaerosole bezeichnet. Mikroorganismen kommen überall in der Umwelt vor und üben viele nützliche Funktionen aus. Ein Teil der Mikroorganismen sind allerdings (potenzielle) Krankheitserreger, so beispielsweise einige hundert Bakterienarten. Neben Bakterien sind insbesondere (Schimmel-)Pilze und Viren zu nennen. Es gibt ca. 6000 unterschiedliche Bakterienarten, welche eine sehr unterschiedliche Morphologie besitzen. Bakterien sind ca. 0,2 µm bis 4 µm groß und sehr anpassungsfähig gegenüber ihrer Umwelt. Pilze besitzen eine Größe von 2 bis 100 µm. Es gibt in etwa 120.000 verschiedene Arten.
Nach Richtlinie VDI 4252 Blatt 2 und VDI 4253 Blatt 2 versteht man unter Bioaerosolen "...alle im Luftraum befindlichen Ansammlungen von Partikeln, denen Pilze (Sporen, Konidien, Hyphenbruchstücke), Bakterien, Viren und/oder Pollen sowie deren Zellwandbestandteile und Stoffwechselprodukte (z. B. Endotoxine, Mykotoxine) anhaften bzw. diese beinhalten oder bilden.".
Abb. 1: Schimmelpilzkultur
(Foto: Dr. J. Balfanz - Dr. M. Lohmeyer GbR -Biotechnologie, Forschung, Analytik, Münster)
Hinsichtlich der Bioaerosole muss zwischen kultivierbaren und nicht kultivierbaren Mikroorganismen, d. h. lebens- und vermehrungsfähigen sowie abgestorbenen Bestandteilen unterschieden werden. Bei Messungen der Emission bzw. der Immission von luftgetragenen kultivierungsfähigen Mikroorganismen werden insbesondere die folgenden Parameter bestimmt: Gesamtpilzzahl (25 °C), thermotolerante Pilze (45 °C) mit Nachweis der Einzelspezies Aspergillus fumigatus, Gesamtbakterienzahl (37 °C), Staphylokokken und thermophile Actinomyceten (50 °C). Ermittelte Konzentrationen werden in Kolonie Bildende Einheiten (KBE) pro m3 Luft angegeben.
Als Stellvertreter für Substanzen, welche nach dem Zelltod von Mikroorganismen freigesetzt werden und umweltmedinzinisch für den Menschen relevant sein können, werden häufig die sogenannten Endotoxine bestimmt. Unter Endotoxinen versteht man abgestorbene Zellwandbestandteile gramnegativer 1 Bakterien (Lipopolysaccharid-Gerüst und andere Komponenten der bakteriellen Zellwand wie Proteine). Endotoxin-Konzentrationen werden in Endotoxin Units (EU) pro m3 Luft gemessen. Hierbei entsprechen 10 EU 1 ng/m3.
Im Rahmen der immissionsrechtlichen Genehmigung und Überwachung von industriellen und gewerblichen Anlagen wie beispielsweise Tierhaltungsbetriebe werden die möglichen gesundheitlichen Wirkungen der von diesen Anlagen emittierten Bioaerosole für den Menschen diskutiert. Im Mittelpunkt stehen hierbei vor allem Fragen nach den allergenen, toxischen und infektiösen Risiken bei der Inhalation dieser Bioaerosole.
Kenntnisstand
Bioaerosole können grundsätzlich eine Reihe von gesundheitlichen Wirkungen auslösen. Diese lassen sich unter die Oberbegriffe Infektionen, Allergien und toxische Effekte einordnen.
Aus der Arbeitsmedizin sind Erkenntnisse über ein gehäuftes Auftreten von bioaerosolbedingten Atemwegserkrankungen bei Arbeitnehmerinnen und Arbeitnehmern vor allem in der Landwirtschaft bekannt. Allerdings sind die Erkenntnisse aus der Arbeitsmedizin nicht oder nur sehr eingeschränkt auf die Allgemeinbevölkerung inklusive der hierin enthaltenden empfindlichen Personengruppen übertragbar.
Zu den gesundheitlichen Beeinträchtigungen der im Umfeld von Anlagen lebenden Personen liegen vergleichsweise wenige Erkenntnisse aus umweltepidemiologischen Studien vor. In diesen wurde bei gegenüber bioaerosol-exponierten Personen im Vergleich zu nicht belasteten Personen eine erhöhte Häufigkeit insbesondere für Schleimhautirritationen, chronisch-obstruktive Lungenerkrankungen (COPD), Asthma, Lungenentzündung, Q-Fieber, Infektionen bei Vorgeschädigten (Asthma, COPD) sowie Campylobakteriose und infektiöse Durchfallerkrankungen beobachtet. Neben diesen schädlichen Effekten wurden auch schützende Effekte (insbesondere geringere Häufigkeit von Atopien und Allergien) festgestellt.
Aus den vorliegenden Erkenntnissen ergeben sich Hinweise für eine Verknüpfung zwischen einem erhöhten Erkrankungsrisiko der Anwohner und Anwohnerinnen und Bioaerosolen. Eine gesicherte Angabe von Dosis-Wirkungs-Beziehungen zwischen Bioaerosolen und gesundheitlichen Wirkungen ist bislang aber nicht möglich.
Insgesamt bleibt festzuhalten, dass Bioaerosole aus emittierenden Anlagen grundsätzlich geeignet sind gesundheitliche Beeinträchtigungen hervorzurufen. Dem wurde durch die Erarbeitung von entsprechenden Regelungen zur gesundheitlichen Bewertung Rechnung getragen (siehe unten).
Methicillin resistente Staphylococcus aureus
MRSA sind Bakterien, die beim Menschen unter anderem Wundinfektionen und Entzündungen der Atemwege hervorrufen können und gegen sogenannte Beta-Laktam-Antibiotika (Penicilline und Cephalosporine) resistent sind. Diese Antibiotika wirken bei der Behandlung einer Infektion mit MRSA nicht mehr, d. h. sie können den Infektionsverursacher nicht abtöten. In der Vergangenheit trat der Keim vor allem in Krankenhäusern auf, wo er von Mensch zu Mensch übertragen wird. In den vergangenen Jahren wurden vermehrt Fälle registriert, in denen sich Menschen außerhalb von Krankenhäusern infiziert haben.
Hinsichtlich der möglichen gesundheitlichen Wirkungen durch Bioaerosole stehen derzeit vor allem die mit der Nutztierhaltung assoziierten MRSA (la-MRSA) im Mittelpunkt. Dies insbesondere deshalb, weil bei landwirtschaftlichen Nutztieren vermehrt MRSA festgestellt worden sind. In der Öffentlichkeit wird daher die Frage gestellt, inwieweit Tiere die Quelle für Kolonisation oder Infektionen durch solche multiresistente Erreger beim Menschen sein können, z. B. durch direkten Tierkontakt, Lebensmittel tierischen Ursprungs, Abluft aus Tierställen oder Gülle. Die Mehrzahl (> 90 %) der bei Nutztieren und in Lebensmitteln nachgewiesenen MRSA (= la-MRSA) gehört der klonalen Linie CC398 an. Seltener werden die Linien CC9, CC5 und CC97 nachgewiesen.
Die vorliegenden Erkenntnisse zum Vorkommen von la-MRSA geben Anlass für eine erhöhte Aufmerksamkeit im Hinblick auf eine mögliche Belastung der Allgemeinbevölkerung. Eine Übertragung von la-MRSA über die Luft und eine anschließende nasale Kolonisation mit dauerhafter Besiedlung der AnwohnerInnen erscheinen prinzipiell möglich, dürften nach aktuellem Kenntnisstand aber nur vergleichsweise selten auftreten.
Bisher gibt es keinen Nachweis, dass das Wohnen in der Umgebung von Tierhaltungsanlagen bedingt durch den Austrag von antibiotikaresistenten Bakterien über die Abluft aus Ställen ein höheres Gesundheitsrisiko für die Allgemeinbevölkerung birgt als an anderen Wohnorten.
Gesundheitliche Bewertung
TA Luft
Nach Nr. 5.4.7.1 TA Luft sind für Anlagen zum Halten oder zur Aufzucht von Nutztieren die Möglichkeiten, die Emissionen an Keimen und Endotoxinen durch dem Stand der Technik entsprechende Maßnahmen zu vermindern, zu prüfen.
Einen Immissionswert, mit welchem beantwortet werden kann, ob der Schutz vor Gefahren für die menschliche Gesundheit durch Bioaerosol-Immissionen sichergestellt ist, enthält die TA Luft nicht. Eine Prüfung, ob durch Bioaerosole aus einer Anlage nach BImSchG schädliche Umwelteinwirkungen hervorgerufen werden, ist daher nach Nr. 4.8 TA Luft („Prüfung, soweit Immissionswerte nicht festgelegt sind, und in Sonderfällen“) vorzunehmen. Eine Sonderfallprüfung ist dann erforderlich, wenn hierzu hinreichende Anhaltspunkte vorliegen. Wie konkret bei der Anhaltspunkte- und Sonderfallprüfung vorgegangen werden kann, ist im LAI-Leitfaden Bioaerosole sowie in den Erlassen des MKULNV NRW beschrieben.
LAI-Leitfaden Bioaerosole
Mit dem Leitfaden zur Ermittlung und Bewertung von Bioaerosol-Immissionen der Bund/Länderarbeitsgemeinschaft für Immissionsschutz (LAI-Leitfaden Bioaerosole) liegt eine standardisierte Methode zur Bewertung der möglichen Gefahren für die menschliche Gesundheit durch Bioaerosole im Rahmen von immissionsschutzrechtlichen Genehmigungsverfahren vor. Dieser dient zur Prüfung, ob von einer Anlage schädliche Umwelteinwirkungen durch Bioaerosole ausgehen und wann eine Sonderfallprüfung nach Nr. 4.8 TA Luft vorzunehmen ist. Bei Überschreitung der LAI-Orientierungswerte ist eine Sonderfallprüfung nach Nr. 4.8 TA Luft erforderlich. Ferner beschreibt der Leitfaden, wie eine solche Sonderfallprüfung durchzuführen ist.
Mit Erlass des MKULNV NRW vom 25.6.2015 wurde der den „Leitfaden zur Ermittlung und Bewertung von Bioaerosol-Immissionen der Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Immissionsschutz“ (LAI) für den Vollzug eingeführt.
Bereits am 19.2.2013 veröffentlichte das MKULNV NRW den Erlass „Immissionsschutzrechtliche Anforderungen an Tierhaltungsanlagen“, welcher Vorgaben zur Berücksichtigung der Bioaerosolproblematik in immissionsschutzrechtlichen Genehmigungsverfahren von Anlagen zur Haltung von Schweinen und Geflügel enthält. Nach Tierhaltungserlass emittieren Tierhaltungsbetriebe Bioaerosole, die grundsätzlich geeignet sein können, nachteilig auf die Gesundheit der benachbarten Anwohnerinnen und Anwohner einer Anlage einzuwirken. Gibt es hinreichende Gründe für die Annahme, dass Bioaerosol-Immissionen möglicherweise zu schädlichen Umwelteinwirkungen führen können, sind aus Gründen der Vorsorge nach § 5 Abs. 1 Nr. 2 BImSchG solche Risiken durch Emissionsbegrenzungen ggf. auch unter die Gefahrengrenze nach § 5 Abs. 1 Nr. 1 BImSchG zu minimieren.
Zur Umsetzung der o. g. NRW-Erlasse wurden den Vollzugsbehörden zusätzlich die Arbeitshilfe des LANUV vom 10.12.2015 zur Berücksichtigung der Bioaerosol-Thematik in Genehmigungsverfahren sowie ein Katalog zu Auslegungsfragen zur Verfügung gestellt.
Richtlinie VDI 4250 Blatt 1
Nach Richtlinie VDI 4250 Blatt 1 „Umweltmedizinische Bewertung von Bioaerosol-Immissionen“ ist eine gegenüber der Hintergrundbelastung erhöhte Immissionskonzentration umweltmedizinisch unerwünscht und sollte aus Vorsorgegründen verringert bzw. vermieden werden. Dieser Bewertungsansatz stellt eine umweltmedizinische Beurteilung von Bioaerosol-Immissionen und keine immissionsschutzrechtliche Beurteilung dar. Einen Bezug zum Schutz vor Gefahren für die menschliche Gesundheit weist dieser nicht auf. In der Richtlinie VDI 4250 Blatt 1 werden verschiedene Bewertungskriterien genannt.
1) Die Differentialfärbung nach Gram (Hans Christian Joachim Gram, dänischer Internist, Pathologe und Pharmakologe, 1853-1938) stellt eine gängige Färbemethode zur Sichtbarmachung und Unterscheidung von Bakterien dar. Sie erlaubt es dementsprechend, Bakterien in zwei große Gruppen zu unterscheiden, deren Mitglieder sich hinsichtlich ihres Zellwandaufbaus und anderer Eigenschaften unterscheiden. Bakterien, die bei der Differentialfärbung nach Gram den eingesetzten Farbstoff schnell und vollständig wieder abgeben und die rosa bis rote Gegenfärbung annehmen, werden als gramnegative Bakterien bezeichnet. Dementsprechend heißen Bakterien, welche die verwendete Gramfarbe im Inneren halten grampositive Bakterien. Diese stellen sich unter dem Mikroskop als blau-schwarz bis dunkelviolett dar. Ein Beispiel für grampositive Bakterien sind Streptokokken (Gattung Streptococcus). Salmonellen (Gattung Salmonella) beispielsweise sind dagegen gramnegative Bakterien.
