Studie zur UV-Belastung beim Arbeiten im Freien

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1 Bericht Teil 1 Studie zur UV-Belastung beim Arbeiten im Freien Dezember 2007

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3 Inhaltsverzeichnis 1 Inhaltsverzeichnis Seite 1 EINLEITUNG Problemstellung Ziel der Studie ULTRAVIOLETTE-STRAHLUNG (UV-STRAHLUNG) Solare UV-Strahlung Einflussgrößen auf die Stärke der solaren UV-Strahlung Sonnenstand Ozonschichtdicke Breitengrad Seehöhe Bewölkung Luftverunreinigungen (Aerosole) Reflektierende Oberflächen Schatten RADIOMETRISCHE DEFINITIONEN UND KENNGRÖßEN WIRKUNG VON UV-STRAHLUNG AUF DEN MENSCHEN Wirkung auf die Haut Akute Effekte DNA-Schädigung Sonnenbrand Pigmentierung (Bräunung) Schwächung des Immunsystems Vitamin D Bildung Sonnenallergie Chronische Effekte Hautkrebs Frühzeitige Hautalterung (Photoaging) Wirkung auf das Auge...23

4 Inhaltsverzeichnis Grauer Star (Katarakt) Entzündungen der Hornhaut und der Netzhaut Netzhautschädigung (Photoretinitis) Weitere UV-induzierte Augenschäden RICHTLINIEN UND GRENZWERTE Bewertung gemäß ICNIRP und ACGIH Bewertung mit MED UV-Index Schatten-Regel ERFASSUNG DER UV-BELASTUNG VON BERUFSGRUPPEN IM FREIEN Messtechnik Elektronisches Dosimeter X Polysulfonfilme Befestigung der Dosimeter Faktor FTH Personenmonitoring Spengler Verschubarbeiter der ÖBB Gleisarbeiter Ergebnisse UV-Bestrahlung des Nackens UV-Bestrahlung der Brust Abschätzung der täglichen UV-Bestrahlung des Auges FTH Interpretation der Ergebnisse UV-Bestrahlung der Haut UV-Bestrahlung der Augen PRAXISERPROBUNG VON PERSÖNLICHER UV-SCHUTZAUSRÜSTUNG Getestete persönliche Schutzausrüstung Bekleidungstextilien Kopfbedeckung Sonnenbrillen (UV-Schutzbrillen)...72

5 Inhaltsverzeichnis Sonnenschutzmittel Studiendesign Baustellen Ergebnisse Bekleidungstextilien Spengler Verschubarbeiter Gleisarbeiter Zusammenfassung der Ergebnisse der Fragebögen Kopfbedeckungen Spengler Verschubarbeiter Gleisarbeiter Zusammenfassung der Ergebnisse der Fragebögen Sonnenbrillen (UV-Schutzbrillen) Spengler Verschubarbeiter Gleisarbeiter Zusammenfassung der Ergebnisse der Fragebögen Sonnenschutzmittel Spengler Verschubarbeiter Gleisarbeiter Zusammenfassung der Ergebnisse der Fragebögen ZUSAMMENFASSUNG VERZEICHNISSE Literatur Verwendete Abkürzungen/Begriffe Tabellen Abbildungen DANKSAGUNG...131

6 Kapitel 1 - Einleitung 4 1 Einleitung 1.1 Problemstellung Viele Berufsgruppen gehen ihrer beruflichen Tätigkeit im Freien nach ( Outdoor Worker ) und sind dabei regelmäßig hohen Dosen von solarer UV-Strahlung exponiert [1-3]. Expositionen gegenüber UV-Strahlung gelten als Risikofaktor für die Entwicklung bestimmter UV-induzierter Schäden des Auges (z. B. UV-Katarakt [4-5]) und der Haut (z. B. Hautkrebs [6-7]). Solare UV-Strahlung wird auch von der International Agency for Research on Cancer (IARC) als kanzerogen eingestuft [8]. Um geeignete Schutzmaßnahmen bezüglich übermäßiger solarer UV-Exposition am Arbeitsplatz treffen zu können, ist es notwendig, die UV-Belastung am Arbeitsplatz zu quantifizieren. Bei übermäßiger UV-Belastung sind die Arbeiter im Freien mit entsprechender Schutzausrüstung auszustatten, um UV-induzierten Schäden vorzubeugen. 1.2 Ziel der Studie Die Studie zur UV-Belastung beim Arbeiten im Freien soll Die UV-Belastung ausgewählter Berufsgruppen quantifizieren Die Praxistauglichkeit und Akzeptanz von persönlicher Schutzausrüstung gegen solare UV-Strahlung aufzeigen. Zahlreiche Studien zur Erfassung der berufsbedingten solaren UV-Belastung von Outdoor Workern wurden bereits durchgeführt [9-13], dennoch ist die solare UV- Belastung einiger Berufsgruppen bis dato dosimetrisch nicht quantifiziert worden. Um die solare UV-Strahlungsbelastung dreier Berufsgruppen (Spengler, Schienenleger und Verschubarbeiter der ÖBB) zu evaluieren, wurde im Sommer 2005 und 2006 jeweils ein UV-Monitoring der jeweiligen Berufsgruppe durchgeführt. Ein Umrechnungsfaktor, der das Verhältnis der UV-Exposition am entsprechenden Körperteil zur horizontalen UV-Belastung wiedergibt, wurde versucht, zu berechnen. Bei Kenntnis der vorliegenden horizontalen UV-Belastung (abrufbar bei allen Messstationen im Rahmen des UV-Index Messnetzes) und des Umrechnungsfaktors

7 Kapitel 1 - Einleitung 5 für den jeweiligen Körperteil, kann die UV-Exposition des entsprechenden Körperteiles berechnet werden. Schutzmaßnahmen gegen solare UV-Strahlung müssen nicht nur einen guten physikalischen Schutz gegen die UV-Strahlungsbelastung bieten, sondern sie sollen von den Arbeitern auch akzeptiert werden bzw. praxistauglich sein. Um die Akzeptanz und Praxistauglichkeit von persönlicher Schutzausrüstung gegen solare UV-Strahlung zu evaluieren, wurden unterschiedliche Kategorien von persönlicher Schutzausrüstung in der Praxis getestet und deren Akzeptanz und Tauglichkeit für den täglichen Arbeitsalltag mittels Fragebögen erhoben. Ergänzt wurde die Studie durch Messungen von UV-Basisdaten im Labor, wie der UV-Schutzwirkung von Textilien, Sonnenbrillen sowie Gläser und Scheiben. Weiters wurde der Reflexionsgrad von Oberflächen, die für Outdoor Worker von Relevanz sind, sowohl im Labor als auch im Freien, untersucht (siehe [26]).

8 Kapitel 2 Ultraviolette-Strahlung (UV-Strahlung) 3 2 Ultraviolette-Strahlung (UV-Strahlung) Als ultraviolette Strahlung wird der kurzwelligste Bereich der nicht-ionisierenden Strahlung im Wellenlängenbereich von 100 bis 400 nm bezeichnet, dies entspricht etwa einer Frequenz von 750 bis 3000 THz bzw. einer Photonenenergie von 3,1 bis 12,4 ev (siehe Abbildung 2.1). Obwohl sie für das menschliche Auge größtenteils nicht sichtbar ist, wird die UV-Strahlung wie auch die Infrarot-Strahlung zur optischen Strahlung gezählt, da sie die gleichen grundlegenden Eigenschaften wie sichtbares Licht aufweisen, und mit optischen Geräten (z. B. Spiegel, Gitter, Prismen) manipulierbar sind. Abbildung 2.1: Das elektromagnetische Spektrum. Aufgrund ihrer unterschiedlichen biologischen Wirkung wird die UV-Strahlung in drei Bereiche unterteilt, die UV-A, UV-B und UV-C genannt werden (siehe Tabelle 2.1). Tabelle 2.1: Unterteilung der UV-Strahlung. Wellenlängenbereich [nm] UV-C UV-B UV-A Der Übergang von UV-A zum sichtbaren Licht ist durch das DIN [14] bei 380 nm festgelegt, die Grenze ist allerdings nicht scharf zu definieren. Einerseits ist die

9 Kapitel 2 Ultraviolette-Strahlung (UV-Strahlung) 4 Netzhaut auch für kürzere Wellenlängen empfindlich, andererseits wird ein Großteil der Strahlung unter 400 nm durch die Hornhaut und die Augenlinse absorbiert. Die CIE [15] definiert als Grenze 400 nm, dadurch ergibt sich eine Überlappung mit dem sichtbaren Bereich, der bei 380 nm beginnt. Der Großteil der UV-Strahlung unterhalb von ca. 200 nm wird durch Luft absorbiert, sie stellt somit im Normalfall keine Gefährdung für den Menschen dar. Dieser Bereich wird auch als Vakuum-UV (VUV) bezeichnet. 2.1 Solare UV-Strahlung Die Quelle der natürlichen UV-Strahlung auf der Erde ist die Sonne. Sie bestrahlt die Erde mit einer durchschnittlichen Bestrahlungsstärke von 1367,2 W/m² im gesamten optischen Bereich [16] (siehe Tabelle 2.2), wovon allerdings der Großteil durch die Erdatmosphäre absorbiert wird. Dieser Betrag schwankt mit der Entfernung zwischen Sonne und Erde um ± 3,3 % und wird auch durch die Sonnenaktivität beeinflusst. Diese Veränderungen sind allerdings klein gegenüber der Absorption in der Atmosphäre. Tabelle 2.2: Spektrale Verteilung der optischen solaren Strahlung außerhalb der Atmosphäre (nach [16]). Wellenlängenbereich Bestrahlungsstärke [W/m²] Anteil an der Gesamtbestrahlung [%] UV-C 6,4 0,5 UV-B 21,1 1,5 UV-A 85,7 6,3 Gesamter UV-Bereich 113,2 8,3 VIS- und IR-Bereich 1254,0 91,7 Summe 1367,2 100,0 Diese Werte sind für die meisten Lebewesen tödlich, nur durch die Absorption in der Atmosphäre (durch molekularen Sauerstoff (O 2 ) und vor allem Ozon (O 3 )) ist Leben auf der Erdoberfläche möglich. Die Ozonschicht in der Stratosphäre (in ca km Höhe) schützt uns vor beinahe der gesamten Strahlung unter 290 nm und über 90 % der Strahlung mit Wellenlängen zwischen 290 und 315 nm. Grund dafür ist der sogenannte Ozon-Sauerstoff-Zyklus, bei dem Ozon durch UV- Strahlung in molekularen und atomaren Sauerstoff zerlegt wird, die dann aber rasch wieder miteinander reagieren und Ozon bilden. Dabei wird Wärme frei, einer der

10 Kapitel 2 Ultraviolette-Strahlung (UV-Strahlung) 5 Hauptgründe für die Erwärmung der Erdatmosphäre (neben der Photolyse von O 2 in O). Ein Sauerstoff-Atom kann aber auch mit einem Ozon-Molekül zu zwei Sauerstoff- Molekülen rekombinieren, was durch die Anwesenheit von freien Radikalen beschleunigt werden kann. Sind zu viele freie Radikale (insbesondere durch menschlichen Einfluss) in der Atmosphäre vorhanden, gerät die Produktion und Vernichtung von Ozon aus dem Gleichgewicht und es entsteht ein Ozonloch. Neben der Dicke und Zusammensetzung der Ozonschicht hängt die Stärke der UV- Strahlung, die die Erdoberfläche erreicht, auch von vielen anderen Faktoren ab, wie z. B.: - Wellenlänge: Kurzwellige UV-Strahlung wird stärker absorbiert, aber auch stärker gestreut (Rayleigh sches Gesetz: Streuung ist proportional zu λ -4 ), - Sonnenstand, der von der geografischen Breite und der Tages- und Jahreszeit abhängt, - Bestrahlungsstärke außerhalb der Atmosphäre (Sonnenaktivität), - Umweltverschmutzung (Streuung an Aerosolen), - Grad und Art der Bewölkung, - Reflexionsverhalten des Untergrunds, - Beschattung durch andere Objekte, - Seehöhe. Da hier sehr viele, sich ständig ändernde Parameter zu berücksichtigen wären, werden für theoretische Berechnungen gerne Normspektren verwendet, wie z. B. das in Abbildung 2.2 dargestellte Spektrum, das an einem klaren Sommertag mittags in Albuquerque, New Mexico, aufgenommen wurde. In Abbildung 2.3 ist ein extraterrestrisches Spektrum mit der dazugehörigen simulierten Bestrahlungsstärke auf der Erdoberfläche für typische Atmosphärenbedingungen (u. a. Standard-Atmosphäre, 37 Breite) dargestellt.

11 Kapitel 2 Ultraviolette-Strahlung (UV-Strahlung) 6 Abbildung 2.2: UV-Spektrum von Albuquerque [17]. Abbildung 2.3: Sonnenspektrum außerhalb der Erdatmosphäre sowie an der Erdoberfläche (UV-Bereich zusätzlich vergrößert dargestellt) [18].

12 Kapitel 2 Ultraviolette-Strahlung (UV-Strahlung) Einflussgrößen auf die Stärke der solaren UV-Strahlung Wie bereits in Kapitel 2.1 beschrieben, ist die Stärke der solaren UV-Strahlung auf der Erdoberfläche nicht konstant, sondern wird von mehreren Faktoren beeinflusst Sonnenstand Je höher die Sonne am Himmel steht, desto höher ist die UV-Belastung auf der Erdoberfläche. Die höchste UV-Belastung tritt deswegen tageszeitlich gesehen zu Mittag (im Sommer bei MESZ um 13:00 Uhr, siehe Abbildungen 2.4 und 2.6) auf, und jahreszeitlich betrachtet, in unseren nördlichen Breiten (46-48 nördliche Breite), zur Sommer-Sonnenwende am 21. Juni (siehe Abbildungen 2.5 und 2.6). Tageszeitlich betrachtet, hat die UV-Strahlung zur Mittagszeit den kürzesten Weg durch die Atmosphäre und wird dadurch am wenigsten geschwächt. Weiters treffen die Sonnenstrahlen in einem steileren Winkel auf die bestrahlte Oberfläche auf, und sind so, gemäß der Kosinus-Abhängigkeit, besonders wirkungsvoll Juni 21.April/ 21.August UV-Index :00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 MESZ [h:min] Abbildung 2.4: Tagesverlauf der sonnenbrandwirksamen UV-Strahlung, ausgedrückt durch den UV-Index. Die höchste Bestrahlungsstärke tritt in den Mittagsstunden auf. Bei gleichen atmosphärischen Bedingungen (Ozongehalt, Aerosole) ist der Tagesverlauf des UV-Index symmetrisch um den 21.Juni verlaufend.

13 Kapitel 2 Ultraviolette-Strahlung (UV-Strahlung) 8 Erythemwirksame solare Bestrahlungsstärke E er [mw/m 2 ] (Mittagsmaxima) Jän. Feb. März Apr. Mai Juni Juli Aug. Sep. Okt. Nov. Dez. Ozongehalt: 350 DU 21. März 21. Juni 23. September 21. Dezember Tag UV-Index Abbildung 2.5: Jahresverlauf der sonnenbrandwirksamen UV-Strahlung um 12:00 Uhr (13:00 Uhr MESZ): Ende April und Mitte August (jeweils blau gestrichelte Linie) ist die UV-Belastung gleich hoch. Normalzeit [h:min] Jän. Feb.Mär. Apr. Jahresverlauf Mai Jun. Jul. Aug. Sep. Okt. Nov. Dez MESZ [h:min] UV-Index: 0 125, 50, 2 75, März 21.April 21.Juni 21.August 23.September 21.Dezember Tag Nr. Abbildung 2.6: Tages- sowie Jahresverlauf des UV-Index (Meereshöhe, Ozonschichtdicke 350 DU, wolkenloser Himmel). Für den Tagesverlauf ist Abbildung 2.6 von unten nach oben zu betrachten (siehe auch Abbildung 2.4), für den Jahresverlauf von links nach rechts (siehe auch Abbildung 2.5).

14 Kapitel 2 Ultraviolette-Strahlung (UV-Strahlung) Ozonschichtdicke Das atmosphärische Ozon absorbiert einen Großteil des solaren UV-B sowie das gesamte UV-C. Die solare UV-C Strahlung stellt deswegen keine Gefahr für den Menschen auf der Erdoberfläche dar. Eine Ausdünnung der Ozonschicht führt allerdings zu einer erhöhten UV-Belastung auf der Erdoberfläche. Die Ozonschichtdicke wird über die Dobson-Einheiten (Englisch: Dobson-Units, DU, 1 DU = 2,7x10 16 O 3 -Moleküle/cm²) bestimmt. Die Dicke der Ozonschicht weist eine jahreszeitliche Schwankung auf und erreicht in Mitteleuropa einen Wert von 350 DU meist Anfang Juni [19]. Vom Ozonloch spricht man, wenn diese Dicke weniger ist 220 DU beträgt [20] Breitengrad Generell gilt, je näher man dem Äquator kommt, desto größer ist die UV- Bestrahlungsstärke. Der jahreszeitliche Verlauf der UV-Bestrahlungsstärke weicht von der in Abbildung 2.5 dargestellten Kurve markant ab, solange man sich zwischen nördlichen (23,5 nördl. Breite) und südlichen Wendekreis (23,5 südl. Breite) bewegt. Die Sonne wandert im Jahresverlauf zwischen nördlichen (21. Juni) und südlichen (21. Dezember) Wendekreis. Sie steht deswegen zu Frühlings- bzw. Herbstbeginn (21. März bzw. 23. September) genau über dem Äquator und weist dort jahreszeitlich betrachtet, zwei Maxima auf. Für Orte die südlicher des südlichen Wendekreises liegen, verschiebt sich die in Abbildung 2.5 dargestellte Kurve um sechs Monate (UV-Maximum am 21. Dezember) Seehöhe Mit zunehmender Höhe über dem Meeresspiegel steigt auch die UV- Bestrahlungsstärke auf der Erdoberfläche an. Dies ist auf den verkürzten Weg der UV-Strahlung in der Atmosphäre zurück zu führen, die dadurch weniger abgeschwächt wird. Pro 1000 Höhenmeter nimmt die UV-Strahlung um ca % zu Bewölkung Je nach Bewölkungsgrad wird die UV-Strahlung unterschiedlich stark durch Wolken abgeschwächt. Generell gilt aber, dass der Wasserdampf der Wolken Infrarot-

15 Kapitel 2 Ultraviolette-Strahlung (UV-Strahlung) 10 Strahlung stärker filtert als UV-Strahlung. Dadurch kommt es zu einer spürbaren Temperaturreduktion auf der Erdoberfläche aber nicht notwendigerweise auch zu einer verminderten UV-Belastung. Eine leichte Bewölkung reduziert die UV-Strahlung auf der Erde nur um ca % [21]. Durch seitliche Reflexion von Sonnenstrahlung an Wolken (siehe Abbildung 2.7) kann bei teilweise bewölktem Himmel aber auch eine um bis zu 15 % höhere UV-Bestrahlung auftreten als bei wolkenlosem Himmel [22, 23, 24]. Eine dichte Wolkendecke reduziert die UV-Strahlung auf der Erdoberfläche um ca % [21]. Eine geschlossene, sehr dichte Bewölkung (Regenwolken oder Gewittertürme) sorgt für eine Reduktion von bis zu 90 % des solaren UV auf der Erdoberfläche [25]. Abbildung 2.7: Durch seitliche Reflexion von Sonnenstrahlung an Wolken kann sich die UV-Belastung auf der Erde erhöhen Luftverunreinigungen (Aerosole) Aerosole sind ein Gemisch aus feinsten Schwebeteilchen und Luft, die z. B. durch Luftverschmutzung aus Industrie und Verkehr entstehen. Diese kleinen Teilchen absorbieren und streuen ebenfalls das solare UV und sorgen für eine Reduktion der UV-Belastung. Da es auf der südlichen Hemisphäre deutlich weniger industrielle Luftverunreinigungen gibt, im Vergleich zur nördlichen Hemisphäre (der Austausch der Luftmassen bzw. Luftverunreinigungen zwischen nördlicher und südlicher Hemisphäre ist eher gering), sorgt die weniger mit Schadstoffen belastete Luft für eine verminderte Reduktion der UV-Strahlung auf der südlichen Hemisphäre.

16 Kapitel 2 Ultraviolette-Strahlung (UV-Strahlung) Reflektierende Oberflächen Von Oberflächen reflektiertes, solares UV kann zu einer erheblichen zusätzlichen UV-Belastung führen. Vor allem polierte Metalle (Zink, Aluminium, siehe Abbildung 2.8), Styropor und Schnee können sehr viel solares UV reflektieren. Schnee kann bis zu 80 % der UV-Strahlung reflektieren, Bleche mehr als 60 %. Dies ist nicht nur für die Haut sondern auch für die Belastung der Augen relevant, die gegen UV Strahlung von oben relativ gut geschützt sind, gegen UV-Strahlung von vorne allerdings nicht. Für detaillierte Daten bezüglich reflektierender Oberflächen sei auf [26] verwiesen. Abbildung 2.8: Beim Arbeiten mit polierten Metallen, die u. A. für Blechdächer verwendet werden, erhöht sich die UV-Belastung durch Reflexion an der Metalloberfläche Schatten Schatten kann die UV-Belastung wesentlich reduzieren. Im Schatten ist man vor der direkten UV-Strahlung sehr gut geschützt, allerdings erfährt man auch im Schatten eine UV-Bestrahlung durch den in der Atmosphäre gestreuten UV-Anteil und durch reflektiertes UV von Oberflächen (siehe Abbildung 2.9). Deswegen kann man selbst im Schatten einer UV-Bestrahlungsstärke ausgesetzt sein, die halb so groß ist, wie jene in der direkten Sonne. Man kann desshalb auch beim Aufenthalt im Schatten einen Sonnenbrand bekommen.

17 Kapitel 2 Ultraviolette-Strahlung (UV-Strahlung) 12 Reflexion/Streuung durch Atmosphäre Reflexion/Streuung durch Wolken Reflexion von Materialien Direktes solares UV Reflexionen von der Erdoberfläche Abbildung 2.9: Einwirkung von solarer UV-Strahlung auf den Menschen im Schatten eines Baumes.

18 Kapitel 3 Radiometrische Definitionen und Kenngrößen 13 3 Radiometrische Definitionen und Kenngrößen Zur Beschreibung von ultravioletter Strahlung beziehungsweise von ultravioletten Strahlungsquellen werden radiometrische, also rein strahlungsphysikalische bzw. strahlungsenergetische Größen, verwendet. Von Relevanz für diese Studie sind dabei insbesondere die Bestrahlungsstärke E sowie die Bestrahlung H. Bestrahlungsstärke E e : A Fläche in [m 2 ] Φ Strahlungsleistung in [W] E e dφe = Einheit: [W/m²] da Bestrahlung H e : H e t = 2 t1 E e dt Einheit: [J/m²] t Zeit in [s] Hiervon zu unterscheiden sind die photobiologischen Größen, die nach Wichtung mit einer charakteristischen spektralen biologischen Wirkungsfunktion s bio, wie zum Beispiel dem Hellempfindlichkeitsgrad des menschlichen Auges oder dem Wirkungsspektrum für Sonnenbrand (UV-Erythem), aus den radiometrischen Größen hervorgehen (siehe dazu auch Kapitel sowie Kapitel 5). Für eine Bewertung der ultravioletten Strahlungsschädigungen werden je nach Schädigungsmechanismus und Gewebeart unterschiedliche Aktionsspektren zur Gewichtung herangezogen und die photobiologischen Größen als effektive Größen bezeichnet. Eine genaue Beschreibung und Definition der effektiven Größen, wie sie in den internationalen Richtlinien der ACGIH [27] und ICNIRP [28, 29] für einen Vergleich mit Grenzwerten oder in den Veröffentlichungen der CIE [30] für einen Vergleich mit den angeführten Richtwerten zur Beurteilung herangezogen werden, erfolgt in Kapitel 5.

19 Kapitel 4 Wirkung von UV-Strahlung auf den Menschen 15 4 Wirkung von UV-Strahlung auf den Menschen UV-Strahlung ist für den Menschen in geringen Dosen lebensnotwendig (zur Bildung der Vorstufe von Vitamin D in der Haut, dem Provitamin D), bei zu hoher UV-Belastung kann es jedoch zu ernsthaften Schäden an den Augen und der Haut kommen. Man unterscheidet dabei zwischen akuten Schäden, die nach einmaliger, zu hoher UV-Belastung auftreten (z. B. Sonnenbrand, Hornhautentzündung des Auges) und chronischen Schäden (Langzeit-Effekten), die nach oftmaliger UV-Exposition erst nach Jahren sichtbar werden (z. B. grauer Star, Hautkrebs). Für das Ausmaß der Belastung von Augen und Haut durch die Sonne sind die Dauer der Bestrahlung sowie die auftreffende Bestrahlungsstärke verantwortlich. Je intensiver und je länger die Bestrahlung ist, umso größer ist die Schädigung. Daraus lässt sich ableiten, dass vor allem ein langer Aufenthalt in der Sonne im Frühjahr und Sommer zur Mittagszeit zu meiden ist. Röntgenstrahlung Infrarot UV-C UV-B UV-A Sichtbar Auge Haut Wellenlänge / nm Hornhaut- Entzündung Grauer Star Netzhaut- Schädigung Frühzeitige Alterung Haut- Krebs UV-Erythem (Sonnenbrand) Schwächung des Immunsystems Vitamin D Bildung Abbildung 4.1: Wirkung der UV-Strahlung auf Auge und Haut. Unterschiedliche Wellenlängen haben unterschiedlichen Einfluss auf das Gewebe. Die weißen Bereiche zeigen die für die Hervorrufung der jeweiligen Wirkung effektivsten Wellenlängen an.

20 Kapitel 4 Wirkung von UV-Strahlung auf den Menschen 16 UV-A dringt tiefer ins Gewebe ein als UV-B. Dies gilt sowohl für die Haut wie für die Augen. Die Wirkmechanismen der UV-Strahlung sind von deren Wellenlänge λ abhängig, daher sind die meisten Schädigungen ebenso vom Wellenlängenbereich abhängig. Eine Übersicht dazu zeigt Abbildung Wirkung auf die Haut Die Haut ist unser größtes Organ (Fläche von ca. 1,5-2 m 2 ) und ist unser Schutzschild gegen negative Umwelteinflüsse (z. B. Strahlung, Bakterien, Viren) Sie ist, von außen nach innen betrachtet, aus mehreren Schichten aufgebaut [31]: Oberhaut Lederhaut Unterhaut Der Aufbau der Haut ist schematisch in Abbildung 4.2 dargestellt. Oberhaut 0,5 mm (Augenlieder) - 4 mm (Fußsohlen) Lederhaut Unterhaut Abbildung 4.2: Schematischer Schnitt durch die Hautschichten mit Angabe der minimalen bzw. maximalen Schichtdicke.

21 Kapitel 4 Wirkung von UV-Strahlung auf den Menschen Akute Effekte Unter akuten Effekten auf die Haut versteht man jene, die noch während bzw. unmittelbar nach der UV-Belastung auftreten DNA-Schädigung Die DNA ist der Träger der Erbinformation jeder Zelle. Die Schädigung der DNA in den Hautzellen (Keratinozyten, Melanozyten) ist Ausgangspunkt für alle weiteren UVinduzierten Hautschäden (z. B. Sonnenbrand, Hautkrebs). Während die energiereiche UV-B - Strahlung die DNA meist auf direktem Weg schädigt (z. B. durch Bildung von CPD (Cyclobutyl-Pyrimidindimeren, siehe Abbildung 4.3) erfolgt dies bei UV-A Strahlung auf indirektem Weg, etwa mit Hilfe von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS, z. B. Hydroxyl-Radikale). Abbildung 4.3: Schädigung der DNA durch UV-Strahlung. Bei der Bildung von Pyrimidindimeren wird die Verbindung zwischen den Basenpaaren aufgebrochen, und benachbarte Basen verbinden sich miteinander statt wie ordnungsgemäß mit ihrem Gegenüber. Außerdem können vor allem im UV-A-Bereich auch Einzel- und Doppelstrangbrüche sowie selten auch Schädigungen einzelner Basen vorkommen. Sind die Beschädigungen zu stark und können nicht mehr repariert werden, so sterben die betroffenen Hautzellen ab (Apoptose) und die oberste Hautschicht (Hornhaut) löst sich ab. Bei Fehlfunktion des Reparaturmechanismus und

22 Kapitel 4 Wirkung von UV-Strahlung auf den Menschen 18 entsprechender Anhäufung von DNA-Schäden kann es allerdings auch zur Ausbildung von Hautkrebs kommen Sonnenbrand Der Sonnenbrand entsteht als Folgeeffekt der DNA-Schädigung. Er erscheint wenige Stunden nach der UV-Exposition und erreicht sein Maximum etwa 16 bis 24 Stunden nach der Bestrahlung. In der Regel klingt er nach 2-3 Tagen wieder ab. Er ist erkennbar als eine Hautrötung, die durch eine Vergrößerung und verstärkte Füllung der Blutgefäße entsteht (siehe Abbildung 4.4). Abbildung 4.4: Sonnenbrand am Oberkörper eines Arbeiters. Je nach Schwere des Sonnenbrandes kommt es auch zu Entzündungen, Blasenbildung, Schälung der Haut, Fieber und Übelkeit. Sonnenbrand wird hauptsächlich durch das UV-B im Sonnenlicht verursacht, der Beitrag des UV-A sollte aber trotzdem nicht vernachlässigt werden. Ein schwerer Sonnenbrand wirkt sich auch langfristig negativ auf die Hautstruktur aus und kann noch Jahre später von einem Dermatologen diagnostiziert werden. Für das Auftreten eines Sonnenbrandes ist eine Schwellenbestrahlung notwendig, die vom Hauttyp und der vorhandenen Pigmentierung abhängig ist und in Form der Minimalen Erythem Dosis (MED) in [J/m 2 ] angegeben wir (siehe dazu auch Kapitel 5.2). Zur Auslösung einer minimalen

23 Kapitel 4 Wirkung von UV-Strahlung auf den Menschen 19 Hautrötung bei einer unbestrahlten Haut eines sehr hellhäutigen Europäers (Hauttyp I) ist eine Bestrahlung von ca. 200 J/m² notwendig. Multipliziert man die biologische spektrale Wirkungsfunktion der Erythembildung mit der spektralen Bestrahlungsstärke der Sonne auf der Erdoberfläche, so lässt sich eine biologisch-effektive erythemwirksame Bestrahlungsstärke für die Sonne darstellen (siehe Abbildung 4.5) Relative spektrale Wirkungsfunktion / - Spektrale Bestrahlungsstärke / mw/m²nm ,1 0,01 1E-3 erythemale Wirkungsfunktion Solare Strahlung erythemwirksame Bestrahlungsstärke 1E Wellenlänge / nm Abbildung 4.5: Darstellung der erythemwirksamen solaren Bestrahlungsstärke Pigmentierung (Bräunung) Bei Einwirkung von UV-B Strahlung auf die Haut kommt es zur Bildung von neuen Pigmenten (Melanin) und einer Vergrößerung der bereits vorhandenen Pigmente (Bräunung). Die Hornschicht wird dadurch verdickt und es bildet sich eine sogenannte Lichtschwiele. Diese bietet in Verbindung mit der erhöhten Pigmentierung in der Haut einen geringfügigen Schutz gegen weitere UV- Bestrahlung (ca. LSF 1,4 4). Diese Art der Pigmentierung, die vorwiegend durch UV-B verursacht wird, bezeichnet man auch als verzögerte Pigmentierung, da sie erst ca. 24 Stunden nach der UV-Exposition einsetzt. Sie hält einige Tage bis Wochen an.

24 Kapitel 4 Wirkung von UV-Strahlung auf den Menschen 20 Durch Bestrahlung der Haut mit UV-A werden die bereits vorhandenen Pigmente verdunkelt (Oxidation bzw. Umlagerung des bereits in der Haut vorhandenen Melanins) und es kommt zu einer kurzzeitigen Braunfärbung (für einige Stunden) der Haut. Da jedoch keine Verdickung der Hornschicht ausgebildet wird, ergibt sich keine schützende Wirkung bei weiteren Bestrahlungen. Die vorwiegend durch UV-A verursachte Pigmentierung wird auch als Sofortpigmentierung bezeichnet, da sie bereits während der UV-Exposition auftritt und innerhalb von Stunden wieder verschwindet Schwächung des Immunsystems Für die Schwächung des Immunsystems sind bereits Sonnenexpositionen ausreichend, die kleiner sind als die minimale Erythemdosis (Minimale Dosis, ab der nach Stunden eine Hautrötung eintritt). Eine Schwächung des Immunsystems ist auch mit einem erhöhten Risiko für Krebsentstehung verbunden. Durch die UV-induzierte Schwächung des Immunsystems kann es zur Ausbildung und Ausbreitung von viralen (z. B. Herpes) bzw. bakteriellen Erkrankungen (z. B. Tuberkulose) und Pilzinfektionen kommen. Sowohl UV-A als auch UV-B Strahlung können eine Schwächung der Immunsystems hervorrufen Vitamin D Bildung Die UV-B Strahlung des Sonnenlichts löst in der Haut die Produktion von Provitamin D 3 aus, einer Vorstufe des Vitamin D 3, welches eine wichtige Rolle in vielen Lebensprozessen spielt (z. B. Aufbau des Knochengewebes). Ein Mangel an Vitamin D 3 kann zu ernsthaften Schäden im Köper führen. Zur Produktion der notwendigen Menge an Vitamin D 3 reicht schon eine kurze Sonnenexposition an Armen, Beinen und Gesicht (an einem Sonnentag im Sommer) aus, die weit unter der Dosis liegt, bei der man braun wird oder einen Sonnenbrand hat (siehe Tabelle 4.1). Als grobe Richtwerte für die notwendige Aufenthaltsdauer in der Sonne, um ausreichend Provitamin D 3 in der Haut zu produzieren, können in Abhängigkeit vom Hauttyp und vorliegenden UV-Index die in Tabelle 4.1 angegebenen Werte herangezogen werden. Diese Werte basieren auf den Annahmen, dass für jeden

25 Kapitel 4 Wirkung von UV-Strahlung auf den Menschen 21 Hauttyp ¼ der individuellen minimalen Erythemdosis (MED) ausreicht, um genügend Provitamin D 3 in der Haut zu bilden, und dass dabei ¼ der Hautoberfläche der Sonne exponiert ist (z. B. Arme, Beine, Kopf). Wird eine größere Hautoberfläche der Sonne ausgesetzt, so verkürzt sich die notwendige Aufenthaltsdauer [32]. Tabelle 4.1. Orientierende Richtzeiten für den täglichen Aufenthalt in der Sonne in Abhängigkeit vom Hauttyp und vorliegendem UV-Index, um ausreichend Provitamin D 3 in der Haut zu produzieren. Hauttyp UV-Index I 34 min 17 min 11 min 9 min 7 min 6 min 5 min 5 min II 42 min 21 min 14 min 11 min 9 min 7 min 6 min 6 min III 59 min 30 min 20 min 15 min 12 min 10 min 9 min 8 min IV 75 min 38 min 25 min 19 min 15 min 13 min 11 min 10 min Während an Sommertagen in unseren Breiten im Flachland (Raum Wien: 48 nördliche Breite, Seehöhe 200 m) über einen Zeitraum von elf Stunden (ca. von 07:30 18:30 Uhr MESZ) beim Aufenthalt in der Sonne Provitamin D 3 in der Haut gebildet werden kann, ist dies im Winter, aufgrund des verminderten UV-B - Anteils in der Sonnenstrahlung, nur für einen Zeitraum von maximal zweieinhalb Stunden (ca. von 11:00 13:30 Uhr Normalzeit) möglich [33, 34] Sonnenallergie Unter Sonnenallergie versteht man eine Gruppe von Hautveränderungen, die durch Einwirkung von UV-Strahlung auf die Haut entstehen. Dabei handelt es sich um abnorme Reaktionen der Haut auf Sonneneinstrahlung und nicht um eine tatsächliche Allergie im biologischen Sinne. Man unterscheidet dabei unterschiedliche Reaktionen (z. B. phototoxische Reaktionen, Lichtdermatosen), die wohl bekannteste Form ist die Mallorca-Akne Chronische Effekte Chronische UV-Schäden entstehen durch Akkumulation molekularer Schäden in der Haut über die gesamte Lebenszeit.

26 Kapitel 4 Wirkung von UV-Strahlung auf den Menschen Hautkrebs UV-Strahlung wirkt mutagen und kann bei häufiger oder überdosierter Exposition epitheliale, sogenannte nicht-melanome Hautkrebse, hervorrufen, oder die Entstehung von malignen Melanomen induzieren. Die Entstehung von malignen Melanomen (siehe rechtes Bild Abbildung 4.6) durch UV-Strahlung wird teilweises über direkte Induktion, wie bei Lentigo-maligna - Melanome im Gesicht, aber hauptsächlich durch indirekte Induktion, wie durch Negativeffekte auf das Immunsystem, erklärt. Die Inzidenz der oberflächlich spreizenden oder knotigen Melanome an überwiegend bekleideten Körperstellen beträgt 80 %. Es wird davon ausgegangen, dass hohe Bestrahlungen, vor allem in der Kindheit und Jugendzeit, für das Entstehen von malignen Melanomen verantwortlich sind. Nicht-melanomer Hautkrebs (siehe linkes Bild Abbildung 4.6) entsteht vor allem durch langjährige Exposition der Haut mit UV-Strahlung, wobei angenommen wird, dass der relevante Faktor die Jahresdosis (kumulative Dosis) ist und nicht eine einmalige überhöhte Dosierung. Damit verschärft sich das Gesundheitsrisiko auch bei UV - Bestrahlungen mit geringen Dosierungen. Auslöser für die Schädigung der Basaliome und Spinaliome kann ein einziges UV-Quant sein. Abbildung 4.6: Links: Nicht malignes Melanom, rechts: Malignes Melanom. Der Verlauf des Wirkungsspektrums für Hautkrebs ähnelt sehr stark dem Wirkungsspektrum der Erythembildung, wonach UV-Strahlung um 300 nm nicht nur die größte Eythemwirksamkeit sondern auch die größte Karzinogenität hat. Das

27 Kapitel 4 Wirkung von UV-Strahlung auf den Menschen 23 tumorige Gewebe nicht-melanomer Hautkrebse kann meistens durch einen chirurgischen Eingriff entfernt werden und die Fünfjahresüberlebensrate liegt bei mehr als 90 % Frühzeitige Hautalterung (Photoaging) Durch häufige UV-Bestrahlung kann es zu einer frühzeitigen Alterung der Haut kommen. Sie erscheint dann trocken - ledrig und weist eine starke Falten- und Furchenbildung (siehe Abbildung 4.7) auf. Durch das Auftreten von Elastose (Degeneration des Bindegewebes) und von Keratose (Altersflecken) wird die Epidermis leicht verletzlich, papierartig verdünnt und wirkt durch Hyper- und Hypopigmentierung insgesamt fleckig. Sie tritt umso früher auf, je intensiver und länger die UV-Exposition, und desto hellhäutiger das Individuum ist (Hauttypen I und II). Abbildung 4.7 Hautalterung im Nackenbereich verursacht durch häufige UV-Bestrahlung. 4.2 Wirkung auf das Auge Das Auge ist als unser Sehorgan auf die Wahrnehmung optischer Strahlung spezialisiert, dadurch aber auch den schädlichen Wirkungen der Strahlung besonders ausgesetzt. Es hat allerdings auch einige Schutzmechanismen integriert. Ein wichtiger ist bereits die Position im Kopf: Es liegt in einer Höhle, die nicht nur mechanischen Schutz bietet, sondern insbesondere durch das Stirnbein auch vor der Sonneneinstrahlung wenn die Sonne nahe dem Zenit steht. Einen weiteren Schutz bieten die Augenlider, die einerseits beim Zusammenkneifen des Auges den Lichteinfall beträchtlich mindern, sich andererseits bei plötzlicher, starker Bestrahlung innerhalb von 0,2 Sekunden schließen können um so das Auge zu schützen. Dieser

28 Kapitel 4 Wirkung von UV-Strahlung auf den Menschen 24 Lidschlussreflex funktioniert allerdings nur bei sichtbarem Licht, bei einer reinen UV- Quelle ist man also dadurch nicht geschützt. Ein Großteil der einfallenden UV-Strahlung wird am vorderen Teil des Auges, also an der Cornea (Hornhaut) und der Linse absorbiert (siehe Abbildung 4.8). Nur ein kleiner Teil der UV-Strahlung um etwa 320 nm erreicht die Retina (Netzhaut). Dieses Fenster verkleinert sich in der Pubertät durch eine altersbedingte Gelbfärbung der Linse, so dass bei Erwachsenen die Netzhaut kaum belastet wird. Hornhaut und Linse sind also besonders durch die UV-Strahlung gefährdet. Die sich zwischen der Hornhaut und der Linse befindende Pupille wirkt ebenfalls als Blende und beschränkt so die auf die Linse und Netzhaut fallende Strahlung. Ihr Öffnungsdurchmesser variiert zwischen etwa 7 mm (in der Dunkelheit) und 2 mm (bei sehr heller Umgebung). Die Pupille ist damit in der Lage, die auf die Linse und Netzhaut einfallende Strahlung etwa um den Faktor 16 zu vermindern. Da sich der Intensitätsbereich von wahrnehmbarem Licht auf ca. 10 Größenordnungen erstreckt, kann die Pupille allein Linse und Netzhaut nicht ausreichend schützen. UV-Strahlung bewirkt an den Augen, speziell an der Linse und der Hornhaut, ausschließlich negative Effekte. Analog zur Haut existiert auch für unterschiedliches Augengewebe ein unterschiedliches Absorptionsverhalten in Abhängigkeit von der Wellenlänge. In Abbildung 4.8 ist die prozentuelle Absorption der UV-Strahlung in Abhängigkeit von der Wellenlänge dargestellt.

29 Kapitel 4 Wirkung von UV-Strahlung auf den Menschen 25 < 280 nm 300 nm 320 nm 340 nm 360 nm Absorption in % Hornhaut Bindehaut Linse Netzhaut Aderhaut Lederhaut Gelber Fleck Vordere Augenkammer Sehnerv Regenbogenhaut Ziliarkörper Blinder Fleck Glaskörper Abbildung 4.8: Absorption und Eindringtiefe der UV-Strahlung im Auge Grauer Star (Katarakt) Der Katarakt ist die häufigste Ursache von Erblindung weltweit und kann nur operativ entfernt werden, indem die Augenlinse durch eine künstliche Linse ersetzt wird. Er zeigt sich im Alter durch eine frühzeitige Trübung der Augenlinse (siehe Abbildung 4.9), die zu einem eingeschränkten Sehvermögen führt. Da sich die Pupille nicht vollständig schließen kann, sollte sich im Zentrum der Linse besonders leicht ein UV-induzierter Katarakt bilden (nukleare Katarakt). Epidemiologische Studien deuten darauf hin, dass vor allem UV-B für die Entstehung von Katarakt sehr wirkungsvoll ist. Nicht restlos geklärt ist, welchen Anteil die UV- Strahlungsbelastung insgesamt an der Entstehung von Katarakten hat. Es gibt noch andere Faktoren, die zur Entstehung beitragen. Dazu gehören unter anderem physikalische und chemische Faktoren (Strahlung bzw. Umweltgifte), Allgemeinerkrankungen (Diabetes) sowie eine ungesunde Lebensweise (Rauchen, Alkohol).

30 Kapitel 4 Wirkung von UV-Strahlung auf den Menschen 26 Abbildung 4.9: Trübung der Augenlinse (Foto: Prof. Söderberg, Karolinska Institut, Stockholm) Entzündungen der Hornhaut und der Netzhaut Unter Keratitis und Konjunktivitis versteht man Entzündungen der Hornhaut und der Bindehaut (siehe Abbildung 4.10) durch erhöhte UV-Exposition. Eine häufige Ursache dafür ist eine stark reflektierende Umgebung wie Schnee ( Schneeblindheit ), bei der zusätzlich die Strahlung direkt aus der Blickrichtung kommt. Eine weitere Ursache könnten so genannte verblitzte Augen sein, wenn man ohne Schutz in den Lichtbogen beim Schweißen blickt. Auch wenn diese Schädigungen äußerst schmerzhaft sein können, treten die Symptome im Normalfall nur für etwa 48 Stunden auf, da sich in dieser Zeit die Hornhaut selbst regeneriert. Nur bei besonders starker Schädigung kommt es zu Narbenbildung und dadurch zu dauerhaften Sehschäden. Für die Keratitis ist hauptsächlich UV-B-Strahlung, für die Konjunktivitis hauptsächlich UV-C-Strahlung verantwortlich. Weiters ist zu beachten, dass es eine Schwellenbestrahlung von 100 J/m² (Keratitis) bzw. 50 J/m² (Konjunktivitis) gibt.

31 Kapitel 4 Wirkung von UV-Strahlung auf den Menschen 27 Abbildung 4.10: Hornhaut- und Bindehautentzündung (Foto: Prof. Söderberg, Karolinska Institut, Stockholm) Netzhautschädigung (Photoretinitis) Die Netzhaut ist eigentlich jener Teil des Auges, der am empfindlichsten auf UV- Strahlung und sogar auf blaues Licht (Blue Light Hazard) reagiert. Bei hoher Intensität dieser Strahlung wird der Stäbchen- und Zapfenverlust (Photorezeptoren der Netzhaut) erheblich beschleunigt. Durch eine Schädigung der Zellmembrankomplexe in der Netzhaut durch das Licht wird der programmierte Zelltod (Apoptose) der Stäbchen und Zapfen ausgelöst. Eine derartige Schädigung äußert sich meist durch eine Entzündung des umliegenden Gewebes. Zum Vorteil der Netzhaut gelangt zu ihr nur ein Bruchteil der einfallenden UV-Strahlung durch die davor liegenden Medien (besonders Hornhaut und Linse). In ihrer Wirkung als UV-A Filter ist die menschliche Linse im Übrigen einzigartig. Nur die menschliche Linse enthält das UV-absorbierende gelbe Pigment. Einen Ausnahmefall bilden jedoch UV-Laser. Durch die hohe Strahlintensität gelangt genügend UV-Strahlung auf die Netzhaut, um diese zu schädigen. Dadurch können am Auftreffpunkt auf der Netzhaut die Stäbchen und Zapfen vollständig zerstört werden, was besonders in der Macula (Bereich des schärfsten Sehens auf der Netzhaut) einen entscheidenden Verlust an Sehkraft bedeuten kann. Das gleiche gilt jedoch auch für sichtbares Licht bei entsprechend längeren Expositionsdauern. Blickt man etwa 90 Sekunden lang unablässig in die Mittagssonne, ist der gleiche Effekt erreicht.

32 Kapitel 4 Wirkung von UV-Strahlung auf den Menschen 28 Ebenfalls eine Ausnahme stellt das aphake (linsenlose) Auge dar. Dies betrifft etwa Patienten, denen bei einer Staroperation die Linse entfernt und durch eine Kunstlinse ersetzt wurde. Bei diesen Personen fehlt somit der natürliche UV-Filter für die Netzhaut und ein künstlicher Sonnenschutz (Sonnenbrille) ist unbedingt erforderlich, um eine Schädigung der Netzhaut zu vermeiden. Neuerdings geht man daher dazu über, Kunstlinsen mit einem UV-Schutz zu versehen Weitere UV-induzierte Augenschäden Die klimatisch bedingte Tröpfchenkeratopathie ist eine eine degenerative Veränderung der Cornea durch Ablagerung von gelblichen Proteinen, wovon allerdings nur der Bereich, der zwischen den Augenlidern liegt, betroffen ist. Sie tritt vor allem dort auf, wo Schnee bis in den Sommer hinein den Boden bedeckt (Polarregion), aber auch in Wüsten und an Stränden mit Korallensand oder hohem Salzgehalt, da dort eine starke Reflexion der Sonnenstrahlen durch den Boden stattfindet. Weitere Erkrankungen des äußeren Auges, von denen angenommen wird, dass sie im Zusammenhang mit UV-Strahlung stehen, sind Pinguecula ( Lidspaltenfleck ; gelbfärbige Verdickung der Bindehaut im höheren Alter), Pterygium ( Flügelfell ; Bindehautfalte, die vom äußeren Rand in die Cornea hinein wächst), Hyperkeratose (Übermäßige Verhornung der Cornea) und Krebs in den Plattenepithelien der Bindehaut.

33 Kapitel 5 Richtlinien und Grenzwerte 29 5 Richtlinien und Grenzwerte Wie in Kapitel 4 dargestellt, hängt die biologische Wirkung von UV-Strahlung stark von der Wellenlänge ab. Daher wird das Spektrum einer UV-Quelle mit biologischen Wirkungsspektren s bio,λ gewichtet und man erhält die effektive spektrale Bestrahlungsstärke für einen bestimmten biologischen Effekt (z. B. Sonnenbrand): E = E s λ, eff λ bio, λ Um die effektive Bestrahlungsstärke E eff zu erhalten, muss nun noch über den betrachteten Wellenlängenbereich integriert werden: λ 2 E = E s d λ eff λ bio, λ λ 1 Da das Ausmaß der Schädigung auch von der Bestrahlungsdauer abhängt, wird auch über diese integriert, so dass man letztlich zur effektiven Bestrahlung H eff gelangt: λ t2 2 H = E s dλ dt eff λ t1 1 λ bio, λ In internationalen Richtlinien werden drei verschiedene Gewichtungskurven verwendet: - Erythemal-Bewertung der CIE: Die CIE betrachtet das in Abbildung 5.1 vorgestellte Erythem-Wirkungsspektrum s er (λ) als Grundlage für die Gefährdung der Haut durch Erythembildung. - s λ -Bewertung (aktinisches UV) nach ACGIH und ICNIRP: Gewichtungsfunktion zur Bewertung der Gefahr für die Haut sowie die Hornhaut des Auges - UV-A-Bewertung nach ACGIH und ICNIRP: Die Schädigung der Augenlinse geschieht bei diesem Modell durch UV-A- Strahlung unabhängig von der Wellenlänge. Alle drei Bewertungsunktionen sind in Abbilldung 5.1 dargestellt.

34 Kapitel 5 Richtlinien und Grenzwerte 30 Abbildung 5.1: Spektrale Bewertungskurven. 5.1 Bewertung gemäß ICNIRP und ACGIH Bei der s λ -Bewertung gilt laut ACGIH und ICNIRP ein Grenzwert von 30 J/m² in 8 Stunden. Beim Grenzwert für die UV-A-Bewertung geben diese beiden Organisationen unterschiedliche Werte an: Laut ICNIRP liegt der Grenzwert bei 10 4 J/m², bei der ACGIH hängt er von der Bestrahlungsdauer ab. Unter 1000 Sekunden (ca. 17 Minuten) liegt der Grenzwert bei einer Bestrahlung von J/m², darüber bei einer Bestrahlungsstärke von 10 W/m². Grund für diese Unterscheidung ist, dass die ACGIH davon ausgeht, dass innerhalb der ersten 1000 Sekunden der Bestrahlung eine thermische Schädigung auftritt, die von der Bestrahlungsdauer abhängt, danach aber eine photochemische Schädigung auftritt, bei der die Bestrahlungsstärke ausschlaggebend ist. Tabelle 5.1 gibt einen Überblick über die unterschiedlichen Grenzwerte. Die Grenzwerte in Tabelle 5.1 wurden zunächst nur für Indoor-Arbeitsplätze angewendet. Da sich aber auch die EU-Richtlinie für optische Strahlung am Arbeitsplatz an diesen Grenzwerten orientiert, und diese Richtlinie in Österreich auch für Outdoor-Arbeitsplätze aller Vorraussicht nach Gültigkeit besitzen wird, werden die in Tabelle 5.1 dargestellten Grenzwerte für die Risikobeurteilung hinsichtlich UV- Strahlung am Arbeitsplatz für die untersuchten Berufsgruppen angewandt.

35 Kapitel 5 Richtlinien und Grenzwerte 31 Tabelle 5.1 Überblick über Grenzwerte zur Belastung von Haut und Augen mit Angabe der biol. Wirkungsspektrum s λ UV-A betroffenes Gewebe Auge (Hornhaut), Haut Auge (Linse) entsprechenden Zeitbasis. Evaluierungsbasis Zeit H eff ICNIRP, ACGIH 8 h 30 J m -2 ACGIH 1000 s J m -2 Grenzwert E eff > 1000 s 10 W m -2 ICNIRP 8 h J m -2 s er,λ Haut CIE 8 h Hauttyp I: 200 J m -2 Hauttyp II: 250 J m -2 Hauttyp III: 350 J m -2 Hauttyp IV: 450 J m Bewertung mit MED Unter der minimalen Erythemdosis (MED) versteht man jene Dosis, die erforderlich ist, die erste wahrnehmbare und klar abgegrenzte Rötungsreaktion (Sonnenbrand, UV-Erythem) 16 h bis 24 h nach UV-Bestrahlung auf dem bestrahlten Hautareal zu erzeugen. In der internationalen Richtlinie der CIE [35] wird die erythemale Bewertungskurve definiert. Mit Hilfe dieser Gewichtung und den Richtwerten der MEDs für unterschiedliche Hauttypen (siehe Tabelle 5.2) besteht die Möglichkeit, die Belastung beziehungsweise die Schädigung der Haut durch UV-Exposition, wie zum Beispiel durch die Sonne, abzuschätzen. Die Grenzwerte für die erythemwirksame Effektivdosis für die ungebräunte Haut wurden in der Vergangenheit in Form der minimalen Erythemdosis (MED) angegeben. Die MED sollte dabei allerdings nicht als Grenzwert, sondern vielmehr als orientierender Richtwert verstanden werden. In den letzten Jahren hat die CIE das Konzept der Standard-Erythemdosis (SED, 1 SED = 100 J m -2 H ery ) eingeführt [36]. Da die MED für Menschen des gleichen Hauttyps beträchtlich variieren kann, sollte für eine objektive Beurteilung des Risikos der Haut das Konzept der SED herangezogen werde, da es unabhängig vom Hauttyp ist.

36 Kapitel 5 Richtlinien und Grenzwerte 32 Tabelle 5.2: Die vier in Europa vorkommenden Hauttypen und ihre Charakterisierung. Körperliche Hauttyp I II III IV Haut Sehr hell Hell Hellbraun Braun, oliv Merkmale Haar Rötlich Blond-braun Augen Blau Blau, grün, braun Dunkelblond, braun Dunkelbraun Grau, braun Dunkel Sommersprossen stark selten keine keine Sonnenbrand schmerzhaft schmerzhaft Immer stark, Immer stark, Reaktionen Selten, mäßig Kaum auf die Keine, nur Kaum, Haut Sonne Bräunung Durchschnitt Schnell, tief Rötung schält sich MED [J/m 2 ] UV-Index Um die Belastung durch solare UV-Strahlung für Laien besser einschätzen zu können, wurde von der Weltgesundheitsorganisation (WHO) der UV-Index (UVI) eingeführt. Für die Berechnung des UV-Index wird die spektrale Bestrahlungsstärke der Sonne E(λ) mit dem biologischen Wirkungsspektrum für das UV-Erythem s ery (λ) bewertet und daraus die effektive erythemwirksame (sonnenbrandwirksame) Bestrahlungsstärke E er berechnet. Der UV-Index ist eine einheitenlose Größe und berechnet sich durch Multiplikation der effektiven erythemwirksamen (sonnenbrandwirksamen) Bestrahlungsstärke E er mit dem Faktor 40 [m 2 /W]. UV-Index = E er [W/m 2 ] 40 [m 2 /W] Die Skala des UV-Index ist nach oben hin offen. Im Allgemeinen gilt:

37 Kapitel 5 Richtlinien und Grenzwerte 33 Je höher der UV-Index, desto höher ist die UV-Belastung, desto kürzer ist die Zeitdauer bis ein UV-induzierter Schaden eintritt, desto mehr und effektivere Schutzmaßnahmen sind zu ergreifen. Der aktuelle UV-Index bzw. Tagesprognosen für den maximalen UV-Index können online unter der Adresse abgerufen werden. Gemäß WHO sollten je nach UV-Index Schutzmaßnahmen gemäß Tabelle 5.3 getroffen werden [38]. Bei Kenntnis des UV-Index können die entsprechenden Schutzmaßnahmen gemäß Tabelle 5.3 angewendet werden. Die Schutzmaßnahmen (technische, organisatorische, persönliche) sollen dabei nicht einzeln verwendet, sondern miteinander kombiniert werden.

38 r Kapitel 5 Richtlinien und Grenzwerte 34 Tabelle 5.3: Empfohlene Schutzmaßnahmen bei unterschiedlichen UV-Indizes. Strahlungsstärke UV- Index Empfohlene Schutzmaßnahmen 0,025 schwach kein Schutz erforderlich 0,050 solare erythemwirksame Bestrahlungsstärke E [W/m ] 2 er 0,075 0,100 0,125 0,150 0,175 0,200 0,225 0,250 mittel hoch sehr hoch körperbedeckende Kleidung, Kopfbedeckung und UV-Schutzbrille tragen, je nach Aufenthaltsdauer Sonnenschutzmittel verwenden körperbedeckende Kleidung, Kopfbedeckung, UV-Schutzbrille und Sonnenschutzmittel tragen, Arbeiten nach Möglichkeit im Schatten verrichten körperbedeckende Kleidung, Kopfbedeckung, UV-Schutzbrille und Sonnenschutzmittel tragen, Arbeiten im Schatten verrichten, Aufenthalt im Freien vermeiden (Arbeiten in Innenräumen) 0,275 extrem Eine exakte Bestimmung des UV-Index direkt vor Ort ist nur mit speziellen Messgeräten (Radiometer) möglich. Eine Abschätzung der UV-Belastung mittels so genannter UV-Sensorkarten ist aufgrund von verfälschenden Einflüssen nicht zu empfehlen [37]. Der Tagesverlauf des UV-Index für verschiedene Jahreszeiten ist aber bei wolkenlosem Himmel aus jahrelangen Beobachtungen und Modellberechnungen gut bekannt. Ist die Messung der vorliegenden UV-Belastung bzw. Einholung der Information über den aktuellen UV-Index nicht möglich, dann sollen Schutzmaßnahmen in unseren Breiten (Mitteleuropa) jedenfalls in folgenden Situationen angewendet werden (siehe auch Tabelle 5.4):

39 Kapitel 5 Richtlinien und Grenzwerte 35 Im Frühjahr bzw. Sommer erreicht der UV-Index in unseren Breiten (Österreich) im Flachland bei wolkenlosem Himmel einen Wert von bis zu 8 (siehe Abbildung 2.6), im Hochgebirge (über 2000 m) werden jedoch UV-Indizes größer 10 gemessen. Von Mitte Mai bis Ende Juli sollte nach Möglichkeit ein Aufenthalt in der direkten Mittagssonne (11:00 15:00 Uhr MESZ) vermieden werden, da in dieser Zeit 60 % der gesamten solaren UV-Tagesdosis auf der Erdoberfläche auftrifft. Ist dies nicht möglich, so sind entsprechende technische, organisatorische und persönliche Schutzmaßnahmen anzuwenden. Achtung: In der Abbildung 2.6 ist die Tageszeit auf der linken y-achse in Normalzeit angegeben, d.h. 12:00 Uhr Normalzeit = 13:00 Mitteleuropäische Sommerzeit (MESZ). Von April bis Anfang September ist bei nur leichter Bewölkung vor allem in den Mittagsstunden (11:00 15:00 Uhr MESZ) mit einer hohen UV-Belastung (UV-Index 5) zu rechnen. Ein entsprechender UV-Schutz ist in dieser Zeit zu verwenden. Für den Zeitraum von Anfang Mai bis Mitte August empfiehlt es sich, zumindest persönliche Schutzausrüstung während des gesamten Arbeitstages beim Arbeiten im Freien zu verwenden. Im Hochgebirge kann in den Wintermonaten die UV-Belastung für Berufsgruppen (z. B. Liftpersonal) ebenso sehr hoch sein. Grund dafür sind die Reflexionen durch den Schnee und die Höhenlage. Auch in diesem Fall ist entsprechender UV-Schutz zu verwenden. Tabelle 5.4: Wann sind welche Schutzmaßnahmen zu verwenden? Mittagssonne (11:00-15:00 Uhr MESZ) meiden Persönliche Schutzausrüstung während des gesamten Arbeitstages Persönliche Schutzausrüstung zur Mittagszeit (11:00-15:00 Uhr MESZ) Schutzmaßnahmen bei Arbeiten im Hochgebirge Jän. Feb. März April Mai Juni Juli Aug. Sept. Okt. Nov. Dez.