Pneumologie 2007; 61(12): 774-790
DOI: 10.1055/s-2007-980153
Fort- und Weiterbildung
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Pneumokoniosen

PneumoconiosisF.  Hoffmeyer1 , V.  van Kampen1 , T.  Brüning1 , R.  Merget1
  • 1BGFA - Forschungsinstitut für Arbeitsmedizin der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung Institut der Ruhr-Universität Bochum
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Publication Date:
20 December 2007 (online)

Pneumokoniosen

Einleitung

Die Atemwege und Alveolen stellen neben der Haut diejenigen Oberflächen dar, die vor allem mit äußeren Noxen in Kontakt kommen. Inhalative Schadstoffe aus der Umwelt und insbesondere vom Arbeitsplatz treten in Form von Gasen, Dämpfen, Rauchen oder Stäuben auf. Den vielfältigen Schädigungsmöglichkeiten durch exogene Faktoren steht eine relativ geringe Reaktionsbreite des interstitiellen Lungengewebes gegenüber. Eine Konsequenz kann dabei die Entwicklung einer Lungenfibrose sein. Der aktuelle Kenntnisstand bzgl. interstitieller Lungenerkrankungen sowie der diagnostische Algorithmus wurden kürzlich in Konsensuspapieren zusammengefasst [1] [2]. Es wurden mehr als 150 Faktoren, die eine Lungenfibrose verursachen können oder mit einer Lungenfibrose assoziiert sind, beschrieben [3]. Dennoch bleibt die exakte Ursache einer Lungenfibrose bei nahezu ⅔ der Patienten ungeklärt.

Die Abgrenzung berufsbedingter Ursachen ermöglicht die Identifikation gefährdender Arbeitsbereiche sowie eine Bewertung und ggf. Verbesserung von Arbeitsschutzmaßnahmen. Durch kontinuierlich verbesserte arbeitshygienische Bedingungen und Maßnahmen wie der Arbeitseinsatzlenkung, die empfindliche Personen aus Bereichen mit hoher Belastung herausnimmt, treten historisch bekannte Pneumokoniosen (insb. Silikose im Bergbau) in Deutschland nur noch selten neu auf. Der betriebliche Arbeitsschutz hat sich in den letzten Jahren durch die politisch gewollte Deregulierung stark gewandelt. Früher gab es konkrete technische Vorschriften, die durch die Aufsichtsbehörden kontrolliert wurden. Damit den Unternehmer kein Organisationsverschulden trifft, muss dieser heute selbstständig die tatsächlichen Gefährdungen seines Betriebs, die von Arbeitsmitteln und Anlagen sowie Arbeitsplätzen ausgehen, erfassen und beurteilen. Generell ist davon auszugehen, dass in Deutschland entsprechende arbeitstechnische Schutzmaßnahmen in größeren Betrieben erarbeitet und umgesetzt werden. Hingegen bleibt fraglich, ob in allen Klein- und mittelständigen Unternehmen eine umfassende Gefährdungsbeurteilung erfolgt und der Arbeitsschutz adäquat umgesetzt wird. Auch vor dem Hintergrund zunehmenden „Outsourcings”, Subunternehmertums sowie Kostendrucks gewinnt der Arbeitsschutz möglicherweise (wieder) zunehmende Bedeutung. Ebenso sind zwischenzeitliche bzw. vorausgehende Beschäftigungsverhältnisse im Ausland zu berücksichtigen. Gleichzeitig erhöht die Verwendung einer steigenden Anzahl von Chemikalien, Metallen oder Legierungen in industriellen Anwendungen und Produktionsprozessen das Gefährdungspotenzial möglicher Auslöser arbeitsbedingter Lungenveränderungen.

Zur Frage, inwieweit arbeitsbedingte Expositionen bei Lungenfibrosen ungeklärter Ursachen ätiologisch relevant sind, wurden in den letzten Jahren einige Fall-Kontroll-Studien veröffentlicht [4] [5], die konsistent fanden, dass arbeitsbedingte Einwirkungen von z. B. Metallstäuben mit Lungenfibrosen assoziiert sind.

Definition

Der Begriff „Pneumokoniose” wurde bereits 1867 von Zenker eingeführt. Er fasste damit chronische, generalisierte interstitielle Lungenerkrankungen, die durch die Inhalation anorganischer Stäube verursacht wurden, zusammen [6]. Wenig später prägte Visconti für die Retention von Quarzstaub und nachfolgender fibröser Reaktion den Begriff der „Silikose”. Demgegenüber wurde die herdförmige schwarze Pigmentierung der Lunge ohne fibröse Reaktion nach Inhalation quarzfreien Kohlenstaubes als „Anthrakose” bezeichnet [7]. Auf einer Sachverständigenkonferenz in Sydney 1950 wurde „Pneumokoniose” wie folgt definiert: „Eine Pneumokoniose ist eine feststellbare Krankheit der Lunge durch Inhalation von Staub, wobei als Staub feste Teilchen unter Ausschluss lebender Mikroorganismen zu verstehen sind. Feststellbar bedeutet, dass irgendwelche Symptome vorhanden sind, nicht aber, dass eine Funktionsstörung bestehen muss.” In einer weiteren Definition wurden auch organische Stäube eingeschlossen [8]. Hierbei handelt es sich zwar um „Staublungenerkrankungen”, nicht aber um „Staubspeicherkrankheiten”. Fasst man die Definition der Pneumokoniosen etwas enger, so ist zumindest eine gewisse Biopersistenz der Stäube zu fordern.

Die Pneumokoniosen können nach verschiedenen Kriterien eingeteilt werden und zwar nach der inhalierten Noxe, der Ätiopathogenese, den pathologischen Veränderungen, dem ausgeübten Beruf oder der Prognose („maligne” vs. „benigne”). Den „malignen” Pneumokoniosen liegt eine durch aktive Stäube verursachte kollagenöse Reaktion des Lungengewebes mit Ausbildung fibrotischer Veränderungen zugrunde. Klassische Beispiele sind die fibroseerzeugenden Wirkungen von Quarz und Asbest. „Benigne” Pneumokoniosen werden durch Überlastung der pulmonalen Selbstreinigungsmechanismen durch wenig aktive Stäube verursacht, die keine wesentliche Fibrose bewirken. Eine nichtfibrosierende Pneumokoniose kann u. a. durch Inhalation von Eisenoxid (Siderose), Zinnoxid (Stannose) oder Bariumsulfat (Barytose) enthaltenden Stäuben verursacht werden. Insbesondere Titandioxid führt nach Inhalation nicht zur Bindegewebsneubildung und wird daher häufig als Negativkontrolle in tierexperimentellen Studien zur Pneumokonioseforschung eingesetzt.

Viele Pneumokoniosen treten nach Exposition gegenüber einem Staubgemisch auf, welches aus spezifischen Arbeitsbedingungen bzw. Produktionsprozessen resultiert (Mischstaubpneumokoniose). Konsequenterweise wird im anglosächsischen Sprachraum die mit dem Bergbau verknüpfte Pneumokoniose als „coalworkers' pneumoconiosis (CWP)” bezeichnet. Dabei handelt es sich um eine typische Mischstaubpneumokoniose (Anthrakosilikose) nach Inhalation von Kohlen- und Quarzstäuben. Die in der Literatur geprägten Bezeichnungen einzelner Mischstaubpneumokoniosen beziehen sich teils auf die inhalierten Stäube (z. B. Anthrakosilikose, Zementstaub-Lunge) oder auch auf die berufliche Tätigkeit (z. B. „coalworkersŽ pneumoconiosis”, Schweißer-Lunge).

Für die Ausprägung der klinischen Erscheinungsbilder einer Pneumokoniose sind die Qualität und Quantität des Staubes von entscheidender Bedeutung. Es erscheint daher zweckmäßig, dass sich diese Übersicht nach der Art des inhalierten Staubes richtet ([Tab. 1]). Pneumokoniosen sind abgesehen von sehr wenigen Ausnahmen [9] berufsbedingt, wobei neben der unmittelbaren Exposition am eigenen Arbeitsplatz Emissionsquellen in der Nachbarschaft (Bystander-Exposition) zu berücksichtigen sind. Eine differenzierte Berufsanamnese sowie genaue Kenntnisse über Arbeitsplätze sind Voraussetzung für die Diagnostik entsprechender Krankheiten.

Tab. 1 Einteilung der Pneumokoniosen nach der inhalierten Staubart Veränderungen durch silikathaltige Stäube Silikose (kristalline Kieselsäuren) Asbestose (Serpentine und Amphibole) Talkose (Talkum) Kaolinose (Kaolin, Aluminiumsilikat) Veränderungen durch nicht-silikathaltige Stäube Aluminose (Aluminium) Anthrakose (reine Kohle) Barytose (Schwerspat) Berylliose (Beryllium) Siderose (Eisen) Stannose (Zinnoxid) Lungenveränderungen durch Stäube von Cadmium, Mangan, Vanadiumpentoxid oder Zink Veränderungen durch Mischstäube Anthrakosilikose nach beruflicher Tätigkeit Hämatit-Lunge „coalworkers' pneumoconiosis” Hartmetall-Lunge Granitarbeiter-Lunge Kieselgur-Lunge Gussputzer-Lunge Ruß-Lunge Korundschmelzer-Lunge Zementstaub-Lunge Schweißer-Lunge Zahntechniker-Lunge

Allgemeine Pathogenese

Entscheidend für die Entstehung einer Pneumokoniose ist die eingeatmete Staubfraktion (Fraktion < 5 µm), die in die Alveolen bzw. Bronchioli gelangt (alveolengängige Staubpartikel, A-Staub) und durch mukoziliäre Selbstreinigungsmechanismen (Clearance) nicht aus den Atemwegen entfernt werden kann [10]. Da auch Tabakrauchen die mukoziliäre Clearance herabsetzt, können synergistische Wirkungen erklärt werden.

Insbesondere die Inhalation silikathaltiger Stäube triggert eine Gewebereaktion [11]. Die resultierende Fibrose kann einen lokal knotigen (Silikose) oder mehr retikulären Charakter (Asbeststaublungenfibrose) aufweisen. Die Mechanismen, die zur interstitiellen Kollagenablagerung führen, weisen Gemeinsamkeiten auf mit denen bei idiopathischen Lungenfibrosen. Den fibrosierenden (kollagenen) Pneumokoniosen gemeinsam sind eine chronische Entzündungs-(Alveolitis) und Bindegewebsreaktion (Fibrose).

Nach der Deposition in der Lunge findet eine Interaktion zunächst zwischen den Partikeln und den Epithelzellen sowie ortsständigen Alveolarmakrophagen statt [12]. Die Schädigung und/oder Aktivierung des alveolären Epithels mit konsekutiver Fibrose erfolgt über direkte und indirekte Mechanismen, die im Folgenden skizziert werden:

  • Den Makrophagen kommt eine Schlüsselrolle in der Clearance der Partikel zu. Durch Phagozytose werden die Partikel eliminiert. Dieser Mechanismus unterliegt allerdings einer Sättigung, bei deren Überschreitung eine Deposition „freier Partikel” resultiert [13].

  • Deponierte Staubpartikel können von Epithelzellen aufgenommen werden und diese aktivieren oder schädigen [14] [15].

  • Staubpartikel können zellunabhängig zur Produktion von freien reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) führen [16]. Eine weitere Quelle von ROS sind die durch die Interaktion mit Staubpartikeln aktivierten Makrophagen und neutrophilen Granulozyten. Übersteigt die Generation von ROS die endogenen antioxidativen Mechanismen, resultiert daraus der so genannte oxidative Stress [17]. ROS werden eine wesentliche Bedeutung bei der Gewebeschädigung und Fibrogenese zugesprochen. Neben ihrer Fähigkeit, Makromoleküle (Lipide, Proteine, DNA) direkt zu verändern, spielen ROS eine wichtige Rolle bei der Induktion bzw. Modulation verschiedenster Signaltransduktionswege, die mit der Regulation von Apoptose, Entzündung oder Zellproliferation verknüpft sind.

  • Die Aktivierung der Makrophagen führt neben ROS zur Generierung von reaktiven Nitrospecies (NOS) sowie zur Freisetzung von lysosomalen Enzymen, Arachidonsäure-Metaboliten, Zytokinen, CC- und CXC-Chemokinen[1] und Akute-Phase-Proteinen. Zusammen mit aus geschädigten Epithelzellen freigesetzten Zytokinen und Chemokinen entsteht so ein Milieu, welches zur Rekrutierung von Lymphozyten und insbesondere neutrophilen Granulozyten führt, die zusammen mit den Makrophagen das zelluläre Bild der Alveolitis bestimmen [18].

  • Viele der aus Makrophagen oder Epithelzellen freigesetzten Mediatoren wirken proliferativ auf Fibroblasten und Epithelzellen und unterhalten so einen chronischen Reparaturvorgang im Lungeninterstitium [19]. Zu nennen sind u. a. PDGF (platelet-derived growth factor), TGF (transforming growth factor), IGF-1 (insulin-like growth factor 1) sowie TNF-α (tumour necrosis factor α). TNF-α findet sich regelmäßig in fibrotischem Lungengewebe. Als einem potenten Stimulator der epithelialen und mesenchymalen Proliferation wird ihm eine wesentliche Rolle in der Fibrogenese zugesprochen [20]. Typ-I-Pneumozyten werden im Rahmen von Reparaturprozessen durch Typ-II-Pneumozyten ersetzt, welche vermehrt TGF-1 bilden und damit autokrin die eigene Zellproliferation und parakrin die Fibroblasten stimulieren [21]. Die Aktivierung und Proliferation der Fibroblasten tragen durch Produktion von Kollagenfasern und extrazellulärer Matrix maßgeblich zu den fibrotischen Veränderungen der Lunge bei.

Klinische Befunde

Es gibt weder typische Symptome noch physikalische Untersuchungsbefunde, die für sich genommen die Diagnose einer (speziellen) Pneumokoniose erlauben [22]. Insbesondere bei den „benignen” Pneumokoniosen können Beschwerden gänzlich fehlen und die Diagnose ergibt sich oft als radiologischer Zufallsbefund. Auch fibrosierende Pneumokoniosen können sich anfänglich asymptomatisch zeigen. Zu beachten ist dabei, dass eine Funktionsstörung aufgrund der recht großen pulmonalen Leistungsreserve häufig erst verzögert wahrgenommen wird. Verstärkt wird dieser Effekt dadurch, dass (junge) Arbeiter in der Regel überdurchschnittliche pulmonale Ausgangsleistungen aufweisen (sog. „healthy-worker-Effekt”). Die Sollwertformeln der European Coal and Steel Community (ECSC) unterschätzen zudem den realen Abfall spirometrischer Größen, so dass die Effekte durch Staubexposition in Langzeitstudien falsch niedrig gefunden werden. Von einem pathologischen Abfall des FEV1 kann ausgegangen werden, wenn eine Reduktion von mehr als 20 - 30 ml bei Nichtrauchern und mehr als 60 ml bei Rauchern pro Jahr vorliegt [23]. Dies gilt für epidemiologische Studien, im Einzelfall ist die Variabilität spirometrischer Werte vor allem durch (atem)technische Faktoren wesentlich größer. In fortgeschrittenen Stadien ist eine in der Regel langsam zunehmende Luftnot, zunächst unter Belastung typisch. Weitere unspezifische Zeichen sind Husten und Auswurf oder (seltener) thorakale Schmerzen [24].

Selbst bei fortgeschrittenen Pneumokoniosen kann der Auskultationsbefund unauffällig sein. Hinweisend auf fibrosierende Veränderungen kann ein feines, endinspiratorisches (bei Asbestose basales) Knisterrasseln sein [25]. In fortgeschrittenen Stadien kommt es zu Rechtsherzbelastungszeichen. Infolge der chronischen Hypoxie können Zyanose und Trommelschlegelfinger beobachtet werden.

Wie bei anderen interstitiellen Lungenerkrankungen ist eine restriktive Ventilationsstörung typisch. Diese ist gekennzeichnet durch eine erniedrigte Totalkapazität und somit nicht ausschließlich spirometrisch nachweisbar. Obwohl restriktive Ventilationsstörungen dominieren, werden insbesondere bei der Silikose auch obstruktive Ventilationsstörungen beobachtet. Bei Belastungsdyspnoe, welche sich nicht durch die Atemmechanik (FVC, FEV1) erklärt, sollte in jedem Fall die Diffusionskapazität und/oder Bestimmung der Blutgase unter Belastung erfolgen, um Beeinträchtigungen des Gasaustausches zu erfassen. Neben einer verminderten Gasaustauschfläche tragen auch Ventilations-Perfusions-Inhomogenitäten zur Einschränkung der Diffusionskapazität bei. Der Einsatz der Spiroergometrie ermöglicht in unklaren Fällen eine weitere Abgrenzung pulmonaler Ursachen gegen kardiale Erkrankungen, Adipositas oder Trainingsmangel.

Bildgebende Diagnostik

Die Diagnose einer Pneumokoniose stützt sich bei entsprechender Exposition primär auf konventionelle Röntgenaufnahmen des Thorax. Basisuntersuchung ist die p. a.-Übersichtsaufnahme in Originalgröße. Die Kodierung des Befundes erfolgt nach der ILO-Klassifikation [26], die eine standardisierte Erfassung der Inhalationsfolgen von alveolengängigem Staub ermöglicht und daher häufig als Grundlage epidemiologischer Erfassungen dient. Das Ausmaß der Pneumokoniose wird gemäß dieser international gebräuchlichen Klassifikation anhand der Form, Größe und Streuung kleiner Schatten, großer pneumokoniotischer Schatten, pleuraler Veränderungen sowie Zusatzsymbolen erfasst [27]. Kleine rundliche Schatten werden je nach vorliegender Größe (bis 1,5 mm; 1,5 - 3 mm; 3 - 10 mm) mit den Buchstaben p, q, r und kleine unregelmäßige Schatten mit s, t, u charakterisiert. Dabei liegt der Beurteilung der vorwiegende Gesamteindruck zugrunde. So entspricht die Kodierung p (pinhead) einem rundlichen Schatten mit einer Größe kleiner als 1,5 mm. Zu bemerken ist, dass sich diese kleinen Schatten erst durch den Summationseffekt der sich überlagernden großen Zahl kleiner silikotischer Knötchen in der Übersichtsaufnahme abgrenzen lassen. Die Streuung wird nach einer 12-Stufenskala im Vergleich zu Standardfilmen von 0/- bis 3/+ definiert. Die Ausdehnung zu Herden konfluierter großer Schatten wird nach ihrer Fläche den Kategorien A bis C zugeordnet. Beispiele für die Kodierung von Folgeerscheinungen bzw. wichtiger Zusatzinformationen sind: em = Emphysem, hi = große Hiluslymphknoten, cp = cor pulmonale, di = Distorsion oder ax = Koaleszenz.

Bezüglich der Bedeutung der Computertomographie (CT), insbesondere in der hochauflösenden Technik (HR-CT), für eine exaktere und frühere Erfassung staubassoziierter Veränderungen wird auf die Darstellung der speziellen Krankheitsbilder verwiesen. Weitere bildgebende Verfahren wie Sonographie, MRT (Magnet-Resonanz-Tomographie), Gallium-Szintigraphie oder PET (Positronen-Emissions-Tomographie) werden nicht generell empfohlen und sind speziellen Fragestellungen vorbehalten.

Staubanalyse

Die klinischen, lungenfunktionsanalytischen oder radiologischen Befunde, die bei einer Pneumokoniose erhoben werden, sind selten spezifisch und können meist auch bei anderen interstitiellen Lungenerkrankungen beobachtet werden. Von besonderer Relevanz ist daher die genaue Erhebung der Expositionsbedingungen. Unter Einsatz mineralogischer Methoden kann ein Nachweis der Substanzen im Lungengewebe erfolgen. Im Rahmen der Untersuchung von Materialproben (aber auch bei Luftmessungen) werden folgende Analysemethoden angewendet: Infrarotspektographie, Lichtmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie (mit energiedispersiver Röntgenspektralanalyse; EDX) sowie analytische Transmissionselektronenmikroskopie (TEM; mit EDX und Elektronenbeugung).

Da insbesondere faserige Mineralien sehr dünn sein können, gilt die Verwendung des TEM (Auflösung 5 Angström (Å)[2] als Standardverfahren. Die Kombination mit der EDX erlaubt die Auswertung der im Röntgenspektrum enthaltenen Spektrallinien und ermöglicht so die Identifikation der Elementzusammensetzung der Probe. Anhand der jeweiligen Intensität ist zudem eine Quantifizierung möglich.

Im Folgenden sollen die Pneumokoniosen näher beschrieben werden, denen in Deutschland zumindest auch in den letzten Jahren eine Relevanz zukommt. An erster Stelle sind dies die klassischen durch Silikate verursachten anorganischen Staublungenerkrankungen Silikose und Asbestose. Demgegenüber wird die Talkose (s. u.) sehr selten beobachtet. Danach erfolgt ein Überblick über Pneumokoniosen durch nicht-silikathaltige Stäube, denen in der „modernen” Arbeitswelt möglicherweise zunehmende Bedeutung zukommt. Die Berylliose ist keine Pneumokoniose im engeren Sinn und wurde kürzlich ausführlich dargestellt [28]. Historische, im Vorkommen oft lokal begrenzt auftretende und in der Regel als Mischstaubpneumokoniosen anzusehende Pneumokoniosen werden nicht abgehandelt. Der interessierte Leser sei auf das Buch von Worth und Schiller verwiesen [29].

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1 Die Bezeichnung richtet sich nach 2 konservierten Zysteinen, die bei CC-Chemokinen in der Sequenz direkt benachbart liegen, während bei CXC-Chemokinen noch eine Aminosäure dazwischen liegt.

2 1 Å entspricht 0,1 nm

Dr. med. Frank Hoffmeyer

BGFA

Bürkle-de-la-Camp-Platz 1

44789 Bochum

Email: hoffmeyer@bgfa.de