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Klinische und diagnostische Befunde bei Exposition gegenüber Nanopartikeln und neuen Materialien

  • Michaela Mittmann-Frank
  • Hendrik Berger
  • Claudia Pföhler
  • Arno Bücker
  • Heinrike Wilkens
  • Eduard Arzt
  • Karl-Peter Schmitt
  • Gunther Wennemuth
  • Matthias Hannig
  • Axel Buchter
Originalarbeit

Zusammenfassung

Innovative Technologien bedürfen einer adäquaten arbeitsmedizinischen Risikobewertung mit Ableitung geeigneter Arbeitsschutzmaßnahmen. Dies ist auch für die Nanotechnologie zu fordern.

Basierend auf einer überwiegend langjährigen beruflichen Exposition gegenüber gezielt synthetisierten Nanomaterialien mit Primärpartikelgrößen zwischen <10 und 100 nm erfolgte die Konzeption eines vielschichtigen diagnostischen Programms, welches individuelle Faktoren und potentielle Wirkprinzipien von Nanomaterialien berücksichtigt, und einem Kollektiv von 10 Personen angeboten wurde.

Eine Partikelmessung am Arbeitsplatz ergab zum jetzigen Zeitpunkt bei verschiedensten Tätigkeiten keine hohen Spitzenkonzentrationen. Eine Ausnahme stellte die Spritzlackierung mit Nanolacken dar, bei der Konzentrations-Maxima bis 140.000 pt/cm3 dokumentiert werden konnten, der Anwender allerdings durch Einsatz eines effektiven Atemschutzes nicht belastet war. Relevante Inhalationsmöglichkeiten bestanden anamnestisch vor allem in den vergangenen Jahren, zurückzuführen auf im Entwicklungsprozess befindliche Herstellungs- und Verarbeitungsverfahren.

An relevanten diagnostischen Befunden fand sich zum einen eine obstruktive Ventilationsstörung bei der Hälfte des Kollektivs, ferner bei 3 Personen ein computertomographisch bestätigtes Lungenemphysem. Zum anderen zeigte die Hälfte der Kleingruppe im LTT eine positive Reaktion auf Zirkonium, ein Metall, welches in Form des nanopartikulären ZrO2 eine zentrale Stellung innerhalb des hier dargestellten speziellen Expositionsspektrums einnimmt. Bei einer Person mit allergischer Rhinopathie (und ohne atopische Diathese) konnte neben der LTT-Reaktion im Prick-Test eine positive Reaktion auf Zirkoniumchlorid dokumentiert werden.

Trotz aufwändiger und kostenintensiver Methodik lieferte die Analyse zahlreicher Biomarker im Atemexhalat keine sicheren und mit anderen Befunden der Diagnostik eindeutig korrelierenden Hinweise auf frühe entzündliche Veränderungen im Bereich des Respirationstraktes — dem primären Zielorgan potentiell adverser Effekte von Nanopartikeln.

Neben einer notwendigen messtechnischen Erfassung von Nanopartikeln am Arbeitsplatz zur Beurteilung einer Gefährdung und Bewertung bzw. Optimierung von Schutzmaßnahmen sollten im Rahmen einer betriebsärztlichen Betreuung potentielle Effekte am Respirationstrakt und kardiovaskulären System sowie die Auslösung von Allergien mitberücksichtigt werden.

Schlüsselwörter

Nanotechnologie Zirkonium obstruktive Ventilationsstörung Emphysem Allergie 

Exposure to nano particles and new materials — clinical and diagnostic findings

Summary

The occupational hazard associated with innovative technologies — including nanotechnology — has to be adequately investigated and appropiate protective measures have to be introduced.

We examined 10 individuals whose work demanded long-term exposure to certain particular synthetic nano materials: particle diameter between <10–100 nm. These persons underwent a complex diagnostic program aimed at assessing individual factors and trying to foreseeing potential interactions caused by exposure to nano materials.

At present particle concentration levels at work sites during different uses of nano particles has shown no high peak concentrations. Spray-painting with nano particles is an exception — here maximum concentrations of up to 140.000 pt/cm3 have been documented — however the user is fully protected by wearing the available protective mask.

The last years have seen relevant damage through particle inhalation before the development and introduction of protective measures employed by the users during work. Half of our group showed a relevant obstructive ventilation disorder, in 3 cases CT showed changes of lung emphysema. Half of our small group showed a positive reaction to Zirconium — in the form of the nano particle ZrO2 this metal occupies the central position in the here shown exposition spectrum. One subject with allergic rhinitis (but without atopic history) showed a positive prick reaction to Zirconium chloride as well as the positive LTT reaction.

Despite the complicated and expensive working methods, analyses of many biomarkers in exhaled breath condensate showed no definite correlating proof of early inflammatory changes in the respiratory tract — the primary target organ of potentially adverse effects of nano particles.

To work with nano particles one must employ a concentration measuring system for the estimation of the exposure hazard. The preventive and protective measures should be under the vigilance of the occupational physician. Potential effects on the respiratory and cardiovascular system as well as the development of allergies have always to be kept in mind.

Key words

Nanotechnology Zirconium obstructive ventilation disorder emphysema allergy 

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Copyright information

© Springer 2010

Authors and Affiliations

  • Michaela Mittmann-Frank
    • 1
  • Hendrik Berger
    • 1
  • Claudia Pföhler
    • 2
  • Arno Bücker
    • 3
  • Heinrike Wilkens
    • 4
  • Eduard Arzt
    • 5
  • Karl-Peter Schmitt
    • 5
  • Gunther Wennemuth
    • 6
  • Matthias Hannig
    • 7
  • Axel Buchter
    • 1
  1. 1.Institut und Poliklinik für Arbeitsmedizin der Universität des Saarlandes und Präventivmedizinisches Zentrum für arbeits- und umweltbedingte ErkrankungenUniversitätsklinikum des SaarlandesHomburg/SaarDeutschland
  2. 2.Klinik für Dermatologie, Venerologie und AllergologieUniversitätsklinikum des SaarlandesHomburg/SaarDeutschland
  3. 3.Klinik für Diagnostische und Interventionelle RadiologieUniversitätsklinikum des SaarlandesHomburg/SaarDeutschland
  4. 4.Klinik Innere Medizin V, Klinik für Pneumologie, Allergologie, Beatmungs- und UmweltmedizinUniversitätsklinikum des SaarlandesHomburg/SaarDeutschland
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  6. 6.Institut für Anatomie und Zellbiologie der Universität des SaarlandesUniversitätsklinikum des SaarlandesHomburg/SaarDeutschland
  7. 7.Klinik für Zahnerhaltung, Parodontologie und Präventive ZahnheilkundeUniversitätsklinikum des SaarlandesHomburg/SaarDeutschland

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