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Wirkungen von Bioaerosolen

Vereinfacht ausgedrückt sind Bioaerosole luftgetragene Mikroorganismen. 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 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.".

Abbildung einer Schimmelpilzkultur

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.

Bei der Bestimmung der Gesamtzellzahl werden die kultivierbaren und die nicht kultivierbaren Mikroorganismen bestimmt und in Zellen pro m3 angegeben. Eine Unterscheidung zwischen lebenden und abgestorbenen Mikroorganismen ist hierbei nicht möglich. Eine Differenzierung der Gattungen und Arten ist nur eingeschränkt möglich.

Im Rahmen der immissionsrechtlichen Genehmigung und Überwachung von Kompostierungsanlagen und Tierhaltungsbetrieben sowie aufgrund von Anwohnerbeschwerden werden immer häufiger 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

Über die gesundheitlichen Auswirkungen von Bioaerosolen auf die Bevölkerung in der Nachbarschaft von bioaerosolemittierenden Betrieben ist allgemein aber wenig bekannt. Aus den bislang noch wenigen umweltepidemiologischen Studien liegen Anhaltspunkte für eine Beeinträchtigung der Anwohnerinnen und Anwohner im Umfeld solcher Anlagen durch Bioaerosole vor. 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.

Gesundheitliche Bewertung

Hinsichtlich gesundheitlicher Auswirkungen durch Bioaerosole auf Anwohnerinnen und Anwohner von Bioabfallbehandlungsanlagen und Tierhaltungsbetrieben ist grundsätzlich zunächst zu klären, ob diese überhaupt einer zusätzlichen Belastung durch Bioaerosole ausgesetzt sind. Das heißt, es ist zu beantworten, ob im Umfeld solcher Anlagen gegenüber Hintergrundkonzentrationen überhaupt erhöhte Immissionskonzentrationen durch emittierende Betriebe vorliegen. Erst wenn dies der Fall ist, kann ggf. von einer zusätzlichen Bioaerosolbelastung durch eine emittierende Anlage gesprochen werden.

Es ist immer zu beachten, dass schon die übliche natürliche Umweltbelastung durch Bioaerosole ohne einen zusätzlichen Anteil durch Immissionen aus bioaerosolemittierenden Betrieben bekanntlich gesundheitliche Beeinträchtigungen verursachen kann (Stichwort: allergische Reaktionen durch Schimmelpilze). Nach wissenschaftlichem Kenntnisstand gibt es aber Anhaltspunkte dafür, dass über den grundsätzlich möglichen gesundheitlichen Beeinträchtigungen hinaus Bioaerosol-Emissionen aus Bioabfallbehandlungsanlagen und Tierhaltungsbetrieben zusätzliche nachteilige Wirkungen auf den Menschen verursachen können. Ermittelte Bioaerosol-Immissionen und die daraus möglicherweise resultierenden gesundheitlichen Wirkungen für die Anwohnerinnen und Anwohner von bioaersolemittierenden Betrieben können allerdings derzeit nicht gesichert beurteilt werden.

Es existieren gegenwärtig keine anerkannten wirkungsbezogenen Beurteilungsmaßstäbe mit denen ermittelte Immissionskonzentrationen verglichen werden können. Solche quantitativen Bewertungsmaßstäbe fehlen, da es bislang nicht möglich ist für die verschiedenen Mikroorganismen-Parameter Wirkschwellenwerte und somit tolerierbare Konzentrationen anzugeben. Es existieren zwar verschiedene Bewertungsmaßstäbe für Bioaerosole. Diese beziehen sich aber nicht auf den Immissionsschutz, das heißt auf den Schutz der Allgemeinbevölkerung einschließlich empfindlicher Personengruppen, sondern auf den Schutz von Arbeitnehmerinnen und Arbeitnehmern am Arbeitsplatz. In aller Regel wurden die Werte für Arbeitsplätze aber nicht wirkungsbezogen abgeleitet, sondern orientieren sich an möglichen technischen Minderungsmaßnahmen.

Für eine Bewertung der möglichen Bioaerosolbelastung der Anwohnerinnen und Anwohner von emittierenden Betrieben steht daher derzeit ausschließlich der Vergleich zwischen in Lee der Anlage gemessenen Bioaerosolkonzentrationen und der ortsüblichen Hintergrundkonzentration zur Verfügung. Hierdurch kann zumindest beantwortet werden, ob und in welchem Ausmaß Personen durch Bioaerosole aus emittierenden Betrieben zusätzlich exponiert sind.

Eine im Vergleich zur ortsüblichen Hintergrundbelastung erhöhte Bioaerosol-Immissionskonzentration, durch Emissionen aus einer Anlage, ist dabei als eine (potenzielle) zusätzliche Bioaerosolbelastung der Anwohnerinnen und Anwohner anzusehen. Aus Gründen des vorsorgenden gesundheitlichen Umweltschutzes kann eine solche erhöhte Exposition deshalb als Belastung eingestuft werden, da bei bestimmten Personen nachteilige gesundheitliche Effekte ( z. B. allergische Symptome) schon bei Exposition gegenüber üblichen Umweltkonzentrationen auftreten können. Eine gegenüber der Hintergrundkonzentration erhöhte Immissionskonzentration ist demnach als umwelthygienisch unerwünscht zu bezeichnen, ohne dass damit eine Aussage zu einem konkreten quantitativen Gesundheitsrisiko verbunden ist. Eine Verringerung bzw. Vermeidung erhöhter Bioaerosol-Konzentrationen dient der Vorsorge vor vermeidbaren Belastungen.

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 schell 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.