1 Einführung Langzeitexposition gegenüber Schweißrauchen kann unter ungünstigen Expositionsbedingungen Lungenerkrankungen

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1 Charakterisierung der biologischen Wirkung ultrafeiner Partikel im Schweißrauch nach kontrollierter Exposition beim MIG-Schweißen von Aluminium, MIG-Löten und Widerstandspunkt schweißen von zinkbeschichteten Werkstoffen Aus unterschiedlichen epidemiologischen und toxikologischen Studien geht hervor, dass ultrafeine Partikel, die in vielen thermischen Verfahren wie dem Schweißen erzeugt werden, entzündliche Prozesse nicht nur in der Lunge induzieren können. Sie können auch systemische Schädigungen, und somit nicht nur Lungenschädigungen, sondern auch eine Beeinträchtigung des kardiovaskulären Systems mit sich bringen. Es wird angenommen, dass eine Langzeit-Schweißrauchexposition in einigen Fällen verantwortlich für Lungenerkrankungen ist. Die Schweißrauchexposition, die zu einer gesundheitlichen Schädigung führt, scheint von zahlreichen Faktoren abzuhängen wie Rauchkonzentrationen, Belüftung des Arbeitsplatzes, Verwendung persönlicher Schutzausrüstung und das Vorhandensein von Kofaktoren wie Zigarettenrauchen. Darüber hinaus scheint die Art der Schweißrauche, die von den Schweißprozessen und den Grundund Zusatzwerkstoffen abhängen, eine wichtige Rolle bei den Auswirkungen auf die Gesundheit zu spielen. Um die Prävention vor den durch Schweißen bedingten Erkrankungen zu verbessern, wäre es hilfreich, den Zusammenhang zwischen der Möglichkeit, Lungenerkrankungen zu induzieren, und den durch das Schweißen bedingten Faktoren (Schweißverfahren und Werkstoffe) besser zu kennen. 1 Einführung Langzeitexposition gegenüber Schweißrauchen kann unter ungünstigen Expositionsbedingungen Lungenerkrankungen hervorrufen [1]. Dabei spielt die Höhe der Rauchkonzentration bei Exposition, die Belüftung des Arbeitsplatzes [2; 3], die Benutzung von persönlicher Schutzausrüstung [4...6], aber auch die Gegenwart von Kofaktoren wie das Zigarettenrauchen [7] eine wichtige Rolle. Darüber hinaus scheint die biologische Wirkung von Schweißrauchen auch von den chemischen und physikalischen Eigenschaften des Rauches und von den verwendeten Grundund Zusatzwerkstoffen abzuhängen. Um die Prävention von schweißrauchassoziierten Lungenerkrankungen zu verbessern, ist es unbedingt notwendig, die Schweißverfahren und Werkstoffe zu ermitteln, die ein besonders hohes Potenzial zur Induktion von Lungenerkrankungen aufweisen. Der experimentellen Ermittlung dieses Potenzials steht entgehen, dass die Entstehung von Lungenerkrankungen ein langsamer, sich über Jahre hinziehender Prozess ist, der sich schwer erfassen lässt. Es wäre effizienter, wenn es möglich wäre, das Potenzial zur Induktion von Lungenerkrankungen nach einmaligem Kontakt des Arbeiters mit dem Schweiß- Aluminium, Arbeitsmedizin, Arbeitsschutz/Arbeitssicherheit, Löten, Schutzgasschweißen, oberflächengeschützte Werkstücke, Werkstofffragen, Widerstandspressschweißen, Zink Dr.-Ing. Vilia Elena Spiegel-Ciobanu Vorsitzende des Expertenkreises Schadstoffe in der Schweißtechnik im FBHM der DGUV, Berufsgenossenschaft Holz und Metall (BGHM), Hannover V.Spiegel-Ciobanu@bghm.de Dr. phil. nat. Peter Brand Leiter der Arbeitsgruppe Inhalationstoxikologie am Institut für Arbeitsmedizin und Sozialmedizin der RWTH Aachen University pbrand@ukaachen.de Dr. med. Monika Gube Stellvertretende Direktorin des Instituts für Arbeitsmedizin und Sozialmedizin des Universitätsklinikums der RWTH Aachen University mgube@ukaachen.de Dipl.-Ing. Klaus Lenz Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik (ISF) der RWTH Aachen University lenz@isf.rwth-aachen.de Prof. Dr.-Ing. Uwe Reisgen Leiter des Instituts für Schweißtechnik und Fügetechnik (ISF) der RWTH Aachen University reisgen@isf.rwth-aachen.de Prof. Dr. med. Thomas Kraus Professor und Direktor des Instituts für Arbeitsmedizin und Sozialmedizin, Universitätsklinikum Aachen tkraus@ukaachen.de

2 rauch abzuleiten. Möglicherweise stellen durch den Schweißrauch akut induzierte Entzündungsreaktionen eine Möglichkeit dar, die biologische Wirkung der Rauche beim Menschen zu beurteilen. Derartige Prozesse stellen eine natürliche Reaktion des Körpers beim Kontakt mit potentiell gefährdenden Stoffen dar, die unter normalen Umständen nach kurzer Zeit abklingen. Besteht der Kontakt mit dem Gefahrstoff allerdings über lange Zeiträume, so kann die Inflammation (Entzündung) chronisch werden und allmählich, möglicherweise über einen Zeitraum von Jahrzehnten, zu einer Lungenveränderung führen. Reale Arbeitsplätze erschweren das systematische Erforschen der biologischen Wirkung verschiedener Schweißrauche erheblich, weil in der Praxis meist heterogene Expositionsbedingungen vorliegen, bei denen die Emissionen von verschiedenen Quellen (verschiedene Schweißverfahren, Schleifen, Lösungsmittel usw.) gemischt vorliegen und der Einfluss der räumlichen Verhältnisse (Raumgrößen, Belüftungssituation, Verwendung von Absaugungen und persönlichen Expositionsbedingungen) sehr schwer zu charakterisieren sind. Daher wurde vom Institut für Arbeitsmedizin und Sozialmedizin der Universitätsklinik und dem Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik der Technischen Hochschule Aachen die Aachener Arbeitsplatz-Simulationsanlage, unter Berücksichtigung vorausgegangener Betrachtungen der Arbeitsgruppe Wirkungsfaktoren des damaligen Fachausschusses Eisen und Metall I (heute Fachbereich Holz und Metall der DGUV, Sachgebiet Schadstoffe in der Schweißtechnik ) eingerichtet [8; 9]. Mit dieser Anlage ist es möglich, kontrollierte Expositionen von Probanden unter exakt definierten Bedingungen und unter Einhaltung der gültigen Arbeitsplatzgrenzwerte durchzuführen und die biologischen Wirkungen zu untersuchen. Zur Charakterisierung der biologischen Wirkung verschiedener Schweißrauche beim Menschen wurde ein interdisziplinäres Forschungsprogramm des Instituts für Arbeits- und Sozialmedizin und des ISF Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik der Technischen Hochschule Aachen ins Leben gerufen. Das Projekt wurde in enger Zusammenarbeit mit dem Fachbereich Holz und Metall (der DGUV), Berufsgenossenschaft Holz und Metall die diese Studie finanziert hat entwickelt und durchgeführt. Die in dieser Publikation vorgestellten Teilstudien dieses Projekts konzentrieren sich auf drei unterschiedliche Kombinationen von Schweißverfahren und Werkstoff: Metall-Inertgas(MIG)-Schweißen von Aluminium, MIG-Löten und Widerstandspunktschweißen von feuerverzinktem Stahl [8; 10; 27]. 2 Methoden 2.1 Das Aachener Arbeitsplatz-Simulationslabor In der Aachener Arbeitsplatz-Simulationsanlage [9] werden unter Einhaltung der Arbeitsplatzgrenzwerte gesunde Probanden kontrollierten Expositionen ausgesetzt. Dieses Labor besteht aus zwei Einheiten: dem Emissionsraum, in dem Schweißrauche erzeugt werden, und dem Expositionslabor, in dem Probanden exponiert werden, Bild 1. Beide Einheiten sind über ein Lüftungssystem verbunden. Die schweißrauchhaltige Luft tritt in das Expo- Bild 1 Schematische Darstellung der Aachener Arbeitsplatz-Simulationsanlage. Characterisation of the biological effect of ultrafine particles in the welding fumes after controlled exposure during the MIG welding of aluminium as well as during the MIG brazing and resistance spot welding of zinc-coated materials Different epidemiological and toxicological studies indicate that ultrafine particles which are produced in many thermal processes such as welding may induce inflammatory processes not only in the lung. They may also entail systemic damage and thus not only lung damage but also an impairment of the cardiovascular system. It is assumed that exposure to welding fumes over a long time is responsible for lung diseases in some cases. The exposure to welding fumes which is harmful to health seems to depend on a large number of factors such as the fume concentrations, the ventilation of the workplace, the use of personal protective equipment and the presence of cofactors like cigarette smoking. Furthermore, the types of welding fumes which depend on the welding processes and the base and filler materials seem to play an important role with regard to the effects on health. In order to improve the prevention of the diseases caused by welding, it would be help ful to become more familiar with the connection between the possibility of inducing lung diseases and the factors caused by welding (welding processes and materials). KEYWORDS aluminium, industrial medicine, safety at work, brazing and soldering, gasshielded arc welding, surface coated parts, material questions, resistance pressure welding, zinc

3 Messen von Nitrat und einigen anderen Stoffen [4; 11; 12] nachgewiesen werden. Eine systemische Entzündung lässt sich durch das Messen von Entzündungsmarkern und Entzündungszellen im Blut bewerten, zum Beispiel hochsensitives c-reaktives Protein (hscrp), Blutgerinnungsfaktor VIII, Ristocetin-Kofaktor, makrophagen-migrationsinhibierender Faktor (MIF) und verschiedene Interleukine. Zusätzlich wird die Lungenfunktion mit zahlreichen Techniken (Spirometrie, Impulsoszillometrie) gemessen, um akute Auswirkungen der Schweißrauchexposition auf die Funktion der Atemwege zu ermitteln. Bild 2 Partikelanzahl als Funktion des Partikeldurchmessers (Partikelanzahl-Größenverteilung) für Schweißrauch aus einem MIG-Lötprozess und aus einem MIG-Schweißprozess [8]. sitionslabor über vier Dralleinlässe ein, die eine homogene Aerosol-Verteilung im Labor sicherstellen. Ein erfahrener Schweißer schweißt unter einer trichterförmigen Abzugshaube. Die Schweißungen werden üblicherweise alle 10 min für 40 s durchgeführt. Die Intervalle zwischen jeder Schweißperiode sowie die vom Lüftungssystem vorgegebenen Durchflussraten bestimmen die mittlere Konzentration der Partikelmasse im Expositionsraum, die über einen weiten Konzentrationsbereich variiert werden kann. Die Expositionsbedingungen werden online hinsichtlich ihrer physikalischen Schweißraucheigenschaften überwacht. Die Partikelmassenkonzentration (PM10) wird fortlaufend mit einem Tapered-Element Oscillating Microbalance (TEOM 1400 A, Thermo Scientific, USA) gemessen. Die Partikelanzahl-Größenverteilung (Anzahl an Partikeln nach Größe) und die Gesamtanzahl werden mit einem Fast-Mobility Particle Sizer (FMPS Modell 3091, TSI, USA) gemessen. Zusätzlich werden die beim Schweißen entstehenden Gase NO, CO, CO2, und O 3 mit elektrochemischen Sensoren (Ados, Deutschland) und einem ultraviolett-photometrischen Ozonsensor (Thermo Scientific, Modell 49i, USA) gemessen. Die chemische Zusammensetzung der Schweißrauchpartikel wurde mittels Atomabsorptionsspektrometrie (AAS) gemessen. 2.2 Wirkungsparameter Um entzündliche Reaktionen nach der Exposition von Personen gegenüber Schweißrauchen quantitativ bestimmen zu können, müssen geeignete Entzündungsmarker zur Verfügung stehen. In diesem Forschungsprogramm wurden unterschiedliche Marker verwendet, von denen angenommen wird, dass sie topische (örtliche) Entzündungen (direkt im Bereich der Atemwege/der Lunge) oder systemische Entzündungen (im ganzen Körper) erfassen können. Eine topische Entzündung kann durch das Sammeln von Atemkondensat erfasst werden. Dabei wird die ausgeatmete Luft in einer Kühlfalle kondensiert und gesammelt. In dieser Flüssigkeit kann nitrosativer und oxidativer Stress durch 2.3 Studiengestaltung Die im Rahmen dieses Forschungsprogramms vorgenommenen Studien sind Crossover-Studien mit zwölf gesunden männlichen Probanden (Nichtraucher). Cross over-studien heißt, dass jeder Proband unterschiedlichen Schweißrauchen ausgesetzt wird. Außerdem wird jeder Proband einer Kontrollexposition ausgesetzt, bei der saubere, schweißrauchfreie Luft inhaliert wird. Jede Exposition dauert 6 h. Die Parameter zur Cha- Bild 3 Zeitverlauf der Partikelanzahlkonzentration und der Massenkonzentrationen im Expositionslabor an einem Studientag mit Exposition mit Emissionen vom MIG-Löten feuerverzinkten Stahls (die gestrichelte Linie stellt den vorgegebenen Wert von 2,5 mg/m3 dar [8]). Bild 4 Zeitverlauf der Partikelanzahlkonzentration und der Massenkonzentrationen im Expositionslabor an einem Studientag mit Exposition mit Emissionen vom MIG-Schweißen von Aluminium (die gestrichelte Linie stellt den vorgegebenen Wert von 2,5 mg/m3 dar [8]).

4 rakterisierung der entzündlichen Prozesse werden üblicherweise vor der Exposition, nach der Exposition, nach 24 h und nach einer Woche gemessen. Alle 60 min wurde der Proband auf einem Ergometer für 10 min belastet, um die Arbeitsbelastung zu simulieren. 2.4 Statistische Auswertung Um die Unterschiede der biologischen Effekte unterschiedlicher Schweißverfahren zu ermitteln, wurden für jeden Endpunktparameter die Unterschiede zwischen dem Wert nach der Exposition zu dem vor der Exposition, die Unterschiede zwischen dem Wert 24 h nach der Exposition zu dem vor der Exposition und dem Wert einer Woche nach der Exposition zu dem vor der Exposition berechnet. Es wurden eine parametrische Varianzanalyse und ein nichtparametrischer Kruskal- Wallis-Test vorgenommen, um die Abhängigkeiten dieser Unterschiede von dem Expositionsszenario zu ermitteln. 3 Studie I: MIG-Schweißen von Aluminium und MIG-Löten von feuerverzinktem Stahl Diese Studie wurde als dreifache Crossover-Studie durchgeführt, bei der drei verschiedene Expositionen verglichen wurden: Kontrollexposition mit sauberer Luft (Null), Exposition mit Emissionen eines MIG-Schweißprozesses von Aluminium (MIG-Aluminium) und Exposition mit Emissionen eines MIG-Lötprozesses von feuerverzinktem Stahl [22]. 3.1 Schweißen Zum MIG-Schweißen von Aluminiumlegierungen wurden als Grundwertstoff EN EN AW-5754 [AlMg3], Zusatzwerkstoff AlMg3-Drahtelektroden mit Durchmesser 1,2 mm, EN ISO S Al 5754 (AlMg3), 97% Al und 3% Mg, und Schutzgas Argon, DIN EN ISO I1 Ar verwendet. Der Schweißprozess erfolgt im Impulslichtbogenbetrieb mit einer Drahtvorschubgeschwindigkeit von 8,5 m/min. Das MIG-Löten von feuerverzinktem Werkstoff erfolgte mit Grundwerkstoff feuerverzinktes Stahlblech, EN DX51D+Z275, Zusatzwerkstoff Lötdraht, ISO S Cu 6560 (CuSi3Mn), 96% Cu, 3% Si, 1% Mn, mit Durchmesser 1,2 mm (Drahtvorschubgeschwindigkeit 4,9 m/min) und Schutzgas Argon, DIN EN ISO I1 Ar. 3.2 Ergebnisse Chemische und physikalische Charakterisierung Gemäß der durchgeführten chemischen Analysen enthielten die Rauche beim MIG-Löten von feuerverzinktem Stahl 60,1% Zink, 16,7% Kupfer, 0,9% Eisen und 0,3% Mangan, Bild 5 Zeitverlauf der Partikelanzahl- und der Massenkonzentration innerhalb des Expositionslabors an einem Studientag mit Exposition mit gefilterter Luft [8]). Rauche beim MIG-Schweißen von Aluminium 51,4% Aluminium, 4,6% Magnesium und 0,1% Mangan. Die gemessenen Werte für Ozon beim MIG-Löten lagen unter 50 μg/m2. Im Gegensatz dazu wurden beim MIG- Schweißen von Aluminium hohe Ozonkonzentrationen (bis zu 250 μg/m 3 ) beobachtet. Die Konzentrationen an NO, CO 2 und CO waren zu vernachlässigen. Bild 2 zeigt die Partikelanzahl-Größenverteilung für das MIG-Löten von verzinktem Stahl und das MIG- Schweißen von Aluminium. Beim MIG-Löten von feuerverzinktem Stahl waren 33% der Schweißrauchpartikel kleiner als 100 nm (ultrafeine Partikel) und der Modal- Durchmesser (Durchmesser, bei dem die Häufigkeitsverteilung ihr Maximum hat) lag bei 124 nm. Demgegenüber lag der Anteil der Schweißrauchpartikel unter 100 nm (ultrafeine Partikel) beim MIG-Schweißen von Aluminium nur bei 15%. Der Modal-Durchmesser der Partikelgrößenverteilung lag hier bei 143 nm. Weitere Einzelheiten über die Partikelgrößenverteilung und die Zusammensetzung des Rauches sind in [8; 13; 14] zu finden. In Bild 3 bis 5 sind die Zeitverläufe der Partikelanzahlkonzentrationen und der Massenkonzentrationen als Beispiele für einen Tag jedes Expositions-Szenarios angegeben. Man sieht, dass der vorgegebene Wert für die Massenkonzentration von 2,5 mg/m3 Schweißrauch mit guter Genauigkeit eingehalten werden konnte. Beim MIG- Löten betrug die mittlere Partikelanzahlkonzentration 0, Partikel /cm3 (das Maximum lag bei 1, Partikel/cm3) und die mittlere Massenkonzentration bei 2,51 mg/m3 (Maximalwert: 4,07 mg/m3). Beim MIG-Schweißen von Aluminium lag die Partikelanzahlkonzentration bei 0, Partikel/cm3 und die Massenkonzentration betrug 2,52 mg/m3 (Maximum 4,29 mg/m3). Ohne Schweißrauchexposition (also bei einer Null-Exposition) betrug die mittlere Konzentration der Partikelanzahl 3, Partikel/cm3 und die Massenkonzentration 17 μg/m Effektparameter Die Analyse der Marker für die systemische Entzündung im Blut zeigte für die Emissionen des MIG-Schweißprozesses von Aluminium keine Veränderung der Werte vor und nach der Exposition. Beim MIG-Löten von verzinktem Blech wurde ein signifikanter Anstieg des hochsensitiven hscrp (p < 0,001) am Tag nach der Exposition

5 Bild 6 Änderung der hscrp-konzentration 24 h nach der Exposition gegenüber der Konzentration vor der Exposition für die drei unterschiedlichen Expositions- Szenarien [8]. Bild 7 Veränderung der Neutrophilen-Konzentration 24 h nach der Exposition gegenüber der Konzentration vor der Exposition für die drei unterschiedlichen Expositions- Szenarien [8]. beobachtet, Bild 6. Verglichen mit dem Mittelwert von 0,3 mg/l vor der Exposition, betrug der Mittelwert einen Tag nach der Exposition 2,75 mg/l. Obwohl dieser Anstieg fast das Zehnfache ausmachte, blieben die meisten gemessenen Werte im normalen Bereich (< 5 mg/l) und die Probanden zeigten keinerlei Krankheitssymptome. Die Konzentration der Neutrophilen im Blut zeigte ein ähnliches Muster, obwohl bei dieser Änderung keine statistische Signifikanz erreicht wurde (p > 0,05), Bild 7. Beim Gerinnungsfaktor VIII und beim Ristocetin-Kofaktor wurden signifikante Anstiege verzeichnet, entweder direkt nach der Exposition oder nach sieben Tagen [8]. In Atemkondensat wurden keine Anzeichen einer lokalen Entzündung in der Lunge gefunden. 3.3 Diskussion Die beobachtete Zunahme von CRP beim MIG-Löten von verzinktem Blech, die als Hinweis auf eine systemische Inflammation gewertet wird, ist in Anbetracht der momentanen Diskussion über Arbeitsplatzgrenzwerte für Zink äußerst bemerkenswert. Dabei muss jedoch im Auge behalten werden, dass im Lötrauch nicht nur Zink aus der Beschichtung des Grundwerkstoffs (60%), sondern auch Kupfer aus dem Lötdraht vorhanden ist (17%). Aus einer Reihe von Studien ist bekannt, dass Zink in der Lage ist, systemische Inflammationen zu induzieren [ ], die zu Metallrauchfieber führen können[ ]. Der dazu führende Pathomechanismus (Kausalkette von Körpervorgängen, die in ihrer Gesamtheit zu einer Krankheit führen) könnte folgendermaßen beschrieben werden: Die Lötrauchpartikel, die in dieser Studie beobachtet wurden, haben eine Größe von etwa 100 nm. Derartige Partikel haben minimale intrinsische (nach innen gerichtete) Bewegung (Diffusion, Sedimentation) und deponieren daher vorwiegend in den engsten Lungenstrukturen, den Alveolen. Dort haben sie Kontakt zu Lungen-Makrophagen (Immunsystemzellen/Fresszellen). Da Zink eine bedeutende Rolle bei der Signaltransduktion im Makrophagen spielt [22; 23], kann eine hohe intrazelluläre Zinkkonzentration die Freisetzung von Zytokin (Protein zur Zellwachstumsregulierung und -differenzierung) des Makrophagen verstärken und so eine verstärkte Immunreaktion auslösen, die zu Anzeichen einer systemischen Inflammation führen kann. 4 Studie II: Bewertung des No Observed Effect Level (NOEL) von Schweißrauchen beim MIG-Löten von verzinktem Werkstoff Die im vorhergehenden Abschnitt gezeigten Ergebnisse sind im Hinblick auf die fortlaufende Debatte über Arbeitsplatzgrenzwerte für Zink besonders wichtig. Die MAK-Kommission [24] hat einen verhältnismäßig niedrigen Arbeitsplatzgrenzwert (MAK Maximale Arbeitsplatzkonzentration) für Zink von 0,1 mg/m 3 vorgeschlagen. Dieser Wert basiert auf folgenden Argumenten: Kuschner u. a. [25] haben Probanden mit einer Zinkkonzentration von 20 bis 42 mg/m 3 exponiert und eine bronchioalveoläre Lavage (Spülung) durchgeführt. Sie fanden eine Zunahme der Botenstoffe TNFα (ein Tumornekrosefaktor), IL-6, und IL-8 (Interleukine), die auf eine topische Inflammation hinweisen. Beckett und andere [26] fanden bei einer zweistündigen Exposition mit 0,5 mg/m 3 Zinkoxid keine Effekte. Daraus folgert die MAK-Kommission, dass eine achtstündige Exposition mit 0,1 mg/m 3 Zink sicher sein sollte. In der diesem Artikel zugrunde liegenden Studie wurden Zeichen einer systemischen Inflammation gefunden. Die Konzentrationen in unserer Studie lagen bei 2,5 mg/m 3 Schweißrauch mit 1,5 mg/m 3 Zink (1,9 mg/m 3 Zinkoxid). Es kann daher spekuliert werden, dass der wahre No-Observed-Effect-Level (NOEL) für Zink im Bereich zwischen 0,1 und 1,5 mg/m 3 liegt. Mit dem Versuchsaufbau des Aachener Arbeitsplatz- Simulationslabors war es möglich, den tatsächlichen Schwellenwert für das Auftreten von nachteiligen Effekten (NOEL) systematisch experimentell zu bestimmen und damit einen Beitrag zur Festlegung evidenzbasierter Arbeitsplatzgrenzwerte zu leisten. Diese Frage wurde in einer weiteren Teilstudie in einer ebenfalls dreifachen Cross over-gestaltung untersucht. Diese Teilstudie wurde mit einer anpassbaren Studiengestaltung durchgeführt

6 [10]. Das bedeutet, dass nach der ersten der drei Expositionen eine Zwischenanalyse vorgenommen und geprüft wurde, ob ein Anstieg im hscrp im Blut ermittelt werden kann. Wurde eine Wirkung beobachtet, so wurde die zweite Exposition mit einer geringeren Konzentration durchgeführt. Wurde keine Wirkung festgestellt, wurde die zweite Exposition mit einer höheren Konzentration durchgeführt, Bild 8. Auf diese Weise konnte die Konzentration der Schweißrauche bestimmt werden, bei der biologische Effekte einsetzen. Bild 8 Ablaufdiagramm der anpassbaren Studiengestaltung [22]. 4.1 Ergebnisse Die erste Exposition fand bei einer Schweißrauchkonzentration von 1,43 mg/m3 mit 0,9 mg/m3 Zink als Zinkoxid statt. 24 h nach dieser Exposition wurde kein Anstieg im hscrp festgestellt, Bild 9. Deshalb wurde die nächste Exposition mit 2 mg/m3 Schweißrauch durchgeführt, der 1,2 mg/m3 Zink in Form von Zinkoxid enthielt. Diesmal wurde ein statistisch signifikanter Anstieg (p < 0,001) im hscrp festgestellt. Die dritte Exposition fand daher mit 1,5 mg/m3 Zink im 2,5 mg/m3 Schweißrauch statt. Wie bereits zuvor beobachtet, wurde nach dieser Exposition ein Anstieg im hscrp beobachtet, er war jedoch weniger ausgeprägt als in der vorhergehenden Studie. Weiter Einzelheiten sind in [10] zu finden. Bild 9 Veränderung der hscrpkonzentration 24 h nach der Exposition gegenüber der Konzentration vor der Exposition für die drei unterschiedlichen Expositions-Szenarien beim MIG-Löten von verzinktem Werkstoff (PM10) [22]. 4.2 Diskussion In dieser Studie konnte gezeigt werden, dass der NoObserved-Effekt-Level hinsichtlich eines Anstieges von hscrp als Marker für eine systemische Inflammation zwischen folgenden Werten lag: Schweißrauch: 1,4 bis 2,0 mg/m3, Zinkoxid: 1,1 bis 1,5 mg/m3, Zink: 0,9 bis 1,2 mg/m3. Bei der Bewertung des Ergebnisses muss im Auge behalten werden, dass in der vorliegenden Studie nicht der Effekt von reinem Zink bzw. Zinkoxid untersucht wurde, sondern reale Schweißrauche verwendet wurden, bei denen das Zink in einer komplexen Mischung mit anderen Substanzen, insbesondere mit Kupfer, vorlag. Diese zusätzlichen Komponenten können im Hinblick auf die Wirkung von nicht vernachlässigbarer Bedeutung sein. Zur Klärung dieser Frage sind zusätzliche Untersuchungen in Vorbereitung. 5 Studie III: Widerstandspunktschweißen Zum Widerstandspunktschweißen wurde untersucht, ob zinkhaltige Schweißrauche, wie sie bei Widerstandspunktschweißen von verzinktem Blechen entstehen, eine vergleichbare Wirkung wie die Schweißrauche beim MIGLöten haben (siehe Abschnitt 3). Wegen der bei diesen Schweißverfahren bekanntermaßen sehr geringen gemessenen Schweißrauchkonzentrationen am Arbeitsplatz wurde zwecks Vergleichbarkeit der Wirkung mit den anderen hier vorgestellten Schweißverfahren eine Partikelanzahlkonzentration von etwa 106 Partikel/cm3 (in etwa 0,1 mg/m3 Massenkonzentration) angestrebt und kontrolliert. Als Werkstoff diente ein feuerverzinktes Blech EN DX51D+Z275. Bild 10 Verlauf der Partikelanzahl- und Massenkonzentration am ersten Expositionstag (Exposition) beim Widerstandspunktschweißen. 5.1 Ergebnisse Chemische Charakterisierung Bis zu 99,5% aller Partikel lagen unter 100 nm [32], mit zwei Modal-Werten bei etwa 10 und 20 nm. Der Schweißrauch enthielt in seiner Zusammensetzung 15% Zink, 5% Eisen und 1,5% Kupfer (20% Zinkoxid, 15% Eisenoxid, 2% Kupferoxid) und als Rest vermutlich weitere Verunreinigungen. Die mittlere Anzahlkonzentration der Partikel lag bei 0,9 106 Partikel/cm3, in einer mittleren Massenkonzentration von 0,12 mg/m3. Die maximale Partikelanzahlkonzentration lag bei Partikel/cm3, Bild Arbeitsmedizinische Bewertung Für keine der Endpunktvariablen konnte ein Unterschied zwischen den Messtagen mit und ohne Exposition festgestellt werden. Beim Widerstandspunktschweißen ließ sich somit keine systemische inflammatorische Wirkung nachgeweisen, Bild 11 (siehe auch [27]).

7 Bild 11 Mittlere Änderung (Messwert am Tag nach Exposition Messwert vor Exposition) des hochsensitiven CRPs an beiden Expositionstagen beim Widerstandspunktschweißen. Das Aachener Arbeitsplatz-Simulationslabor scheint ein geeignetes Werkzeug zur Bewertung biologischer Wirkungen unterschiedlicher Schweißrauchtypen zu sein. Das in dieser Publikation vorgestellte Forschungsprogramm diente zur Vorbereitungen für weitere Studien, bei denen andere Werkstoffe und Schweißverfahren im Hinblick auf ihre Wirkung auf die Gesundheit des Schweißpersonals untersucht werden. Des Weiteren sollte der Einfluss von Schweißparametern auf biologische Wirkung untersucht werden, um die Sicherheit der Arbeiter beim Schweißen zu optimieren. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass bei allen MSG-Prozessen auf eine geeignete Schweißrauchabsaugung an der Entstehungsquelle oder eine persönliche Atemschutzausrüstung nicht verzichtet werden sollte. 6 Schlussfolgerungen Die Ergebnisse der hier vorgestellten Studien erlauben folgende Aussagen: Die biologischen Wirkungen von Schweißrauchen sind ziemlich heterogen und hängen stark von den Werkstoffen und den verwendeten Schweißverfahren ab. In den Arbeitsplatzgrenzwerten muss dieser Tatsache Rechnung getragen werden. Offensichtlich sind Schweißrauche vom MIG-Löten zinkbeschichteter Werkstoffe in der Lage, Anzeichen einer systemischen Entzündung zu induzieren, die als Vorläufer des Metallrauchfiebers angesehen werden kann. Ultrafeine Partikel, die beim Widerstandspunktschweißen von verzinktem Blech bei vergleichbarer Partikelanzahlkonzentration von etwa 10 6 Partikel/cm3, aber deutlich geringerer Massenkonzentration (0,1 mg/m3) als beim MIG-Löten (2 mg/m3) entstehen, induzieren keine messbare systemische inflammatorische Reaktion. Literatur [1] Antonini, J. M., u. a.: Pulmonary effects of welding fumes: review of worker and experimental animal studies. Am J Ind Med. 2003; 43(4):350/60. [2] Oxhoj, H., u. a.: Effects of electric arc welding on ventilatory lung function. Arch. Environ. Health 34 (1979), H. 4, S. 211/17. [3] Mur, J. M., u. a.: Lung function and clinical findings in a cross-sectional study of arc welders. An epidemiological study. Int. Arch. Occup. Environ. Health. 57 (1985), H. 1, S. 1/17. [4] Gube, M., u. a.: Biological effect markers in exhaled breath condensate and biomonitoring in welders: impact of smoking and protection equipment. Int. Arch. Occup. Environ. Health 83 (2010), H. 7,S. 803/11. [5] Hoffmeyer, F., u. a.: Relation between biomarkers in exhaled breath condensate and internal exposure to metals from gas metal arc welding. J Breath Res. 6 (2012), H. 2, [6] Chadha, P., u. Z. Singh: Health concerns in welding industry. Int. J. of enhanced research in science technology and engineering (2013), H. 2, S. 1/5. [7] Wolf, C, u. a.: Pulmonary function and symptoms of welders. Int. Arch. Occup. Environ. Health 69 (1997), H. 5, S. 350/53. [8] Hartmann, L., u. a.: Assessment of the biological effects of welding fumes emitted from metal inert gas welding processes of aluminium and zinc-plated materials in humans.

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Themen Rechtliche Bestimmungen Erkenntnisse aus der Forschung zur Schadstoffexposition und Beurteilung Erkenntnisse aus der Forschung zur biologischen Wirkung ultrafeiner Partikel Ergebnisse aus dem Sondermessprogramm zu den Charakteristiken der ultrafeinen Partikel im Schweißrauch Erkenntnisse aus der Arbeitsmedizin Messstrategien Zusammenarbeit bezüglich Arbeits- und Gesundheitsschutz beim Schweißen auf nationaler Ebene (DVS) und internationaler Ebene (IIW) Präventionsmaßnahmen und Erfahrungen mit deren Umsetzung in der Praxis Es wird eine Übersicht zu den aktuellen Kernthemen auf dem Gebiet der Schadstoffe bei schweißtechnischen Verfahren gegeben, Strategien zur Reduzierung der Schadstoffbelastung am Arbeitsplatz werden erläutert und konkrete Beispiele aus der Praxis gezeigt. Parallel zur Vortragsveranstaltung findet eine Fachausstellung statt, die während der Pausen und am ersten Abend besucht werden kann. Das Forum ist als Fortbildungsmaßnahme nach 5 Abs.3 ASiG anerkannt. Die Teilnahme an dem Forum wird mit einer Teilnahmebescheinigung bestätigt. Anmeldung: sonderveranstaltung@bghm.de; Telefax Informationen im Internet: