Merkmale und Ursprünge der biologischen Luftverschmutzung in Innenräumen

Obwohl sich in der Raumluft eine Vielzahl von Partikeln biologischen Ursprungs (Biopartikel) befinden, sind in den meisten Arbeitsumgebungen in Innenräumen Mikroorganismen (Mikroben) von größter Bedeutung für die Gesundheit. Neben Mikroorganismen, zu denen Viren, Bakterien, Pilze und Protozoen gehören, kann die Innenraumluft auch Pollenkörner, Tierhaare sowie Fragmente von Insekten und Milben und deren Ausscheidungsprodukte enthalten (Wanner et al. 1993). Neben Bioaerosolen dieser Partikel können auch flüchtige organische Verbindungen vorkommen, die von lebenden Organismen wie Zimmerpflanzen und Mikroorganismen stammen.

Blütenstaub

Pollenkörner enthalten Substanzen (Allergene), die bei anfälligen oder atopischen Personen allergische Reaktionen hervorrufen können, die sich normalerweise als „Heuschnupfen“ oder Rhinitis äußern. Eine solche Allergie wird hauptsächlich mit der Umgebung im Freien in Verbindung gebracht; in der Raumluft sind die Pollenkonzentrationen meist deutlich geringer als in der Außenluft. Der Unterschied in der Pollenkonzentration zwischen Außen- und Innenluft ist am größten in Gebäuden, in denen Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen (HLK) am Einlass der Außenluft über eine effiziente Filterung verfügen. Fenster-Klimaanlagen führen auch zu niedrigeren Pollenkonzentrationen in Innenräumen als in natürlich belüfteten Gebäuden. In der Luft einiger Arbeitsumgebungen in Innenräumen kann mit hohen Pollenzahlen gerechnet werden, beispielsweise in Räumen, in denen aus ästhetischen Gründen eine große Anzahl blühender Pflanzen vorhanden ist, oder in gewerblichen Gewächshäusern.

Dander

Hautschuppen bestehen aus feinen Haut- und Haar-/Federpartikeln (und damit verbundenem getrocknetem Speichel und Urin) und sind eine Quelle starker Allergene, die bei empfindlichen Personen Schnupfen oder Asthma auslösen können. Die Hauptquellen von Hautschuppen in Innenräumen sind normalerweise Katzen und Hunde, aber auch Ratten und Mäuse (ob als Haustiere, Versuchstiere oder Ungeziefer), Hamster, Rennmäuse (eine Art von Wüstenratten), Meerschweinchen und Käfigvögel können hinzukommen Quellen. Hautschuppen von diesen und von Nutz- und Freizeittieren (z. B. Pferden) können auf die Kleidung gebracht werden, aber in Arbeitsumgebungen ist die größte Exposition gegenüber Hautschuppen wahrscheinlich in Tierzuchteinrichtungen und Labors oder in von Ungeziefer befallenen Gebäuden.

Insekten

Diese Organismen und ihre Ausscheidungsprodukte können auch Atemwegs- und andere Allergien verursachen, scheinen aber in den meisten Situationen nicht wesentlich zur luftgetragenen Keimbelastung beizutragen. Partikel von Kakerlaken (insbesondere Blattella germanica und Periplaneta americana) kann in unhygienischen, heißen und feuchten Arbeitsumgebungen erheblich sein. Der Kontakt mit Partikeln von Kakerlaken und anderen Insekten, darunter Heuschrecken, Rüsselkäfer, Mehlkäfer und Fruchtfliegen, kann die Ursache für Gesundheitsprobleme bei Mitarbeitern in Aufzuchtanlagen und Labors sein.

Milben

Diese Spinnentiere werden besonders mit Staub in Verbindung gebracht, aber Fragmente dieser mikroskopisch kleinen Verwandten von Spinnen und ihre Ausscheidungsprodukte (Fäkalien) können in der Raumluft vorhanden sein. Die Hausstaubmilbe, Dermatophagoides pteronyssinus, ist die wichtigste Art. Mit seinen nahen Verwandten ist es eine der Hauptursachen für Atemwegsallergien. Es wird hauptsächlich mit Wohnräumen in Verbindung gebracht, da es besonders häufig in Bettwaren, aber auch in Polstermöbeln vorkommt. Es gibt begrenzte Hinweise darauf, dass solche Möbel eine Nische in Büros darstellen können. Vorratsmilben im Zusammenhang mit gelagerten Lebens- und Futtermitteln, z. Akarus, Glyciphagus und Tyrophagus, können auch allergene Fragmente in die Raumluft einbringen. Obwohl sie am wahrscheinlichsten Landwirte und Arbeiter betreffen, die mit Massengütern umgehen, wie z D. pteronyssinus, Vorratsmilben können im Staub von Gebäuden vorkommen, insbesondere unter feuchtwarmen Bedingungen.

Viren

Viren sind sehr wichtige Mikroorganismen im Hinblick auf die Gesamtmenge der von ihnen verursachten Krankheiten, aber sie können außerhalb von lebenden Zellen und Geweben keine eigenständige Existenz führen. Obwohl es Hinweise darauf gibt, dass einige in der Umluft von HVAC-Systemen verbreitet werden, ist der Hauptübertragungsweg der Kontakt von Mensch zu Mensch. Wichtig ist auch das Einatmen auf kurze Distanz von Aerosolen, die durch Husten oder Niesen entstehen, beispielsweise Erkältungs- und Influenzaviren. Die Infektionsraten dürften daher in überfüllten Räumlichkeiten höher sein. Es gibt keine offensichtlichen Änderungen in der Gebäudeplanung oder -verwaltung, die diesen Zustand ändern könnten.

Bakterien

Diese Mikroorganismen werden gemäß ihrer Gram-Färbereaktion in zwei Hauptkategorien eingeteilt. Die häufigsten grampositiven Typen stammen aus Mund, Nase, Nasopharynx und Haut, nämlich Staphylococcus epidermidis, S. aureus und Arten von Aerokokken, Micrococcus und Streptokokkus. Gramnegative Bakterien sind im Allgemeinen nicht reichlich vorhanden, aber gelegentlich Actinetobacter, Aeromonas, Flavobacterium und speziell Pseudomonas Arten können prominent sein. Die Ursache der Legionärskrankheit, Legionella pneumophila, kann in Warmwasserversorgungen und Luftbefeuchtern von Klimaanlagen sowie in Atemtherapiegeräten, Whirlpools, Spas und Duschkabinen vorhanden sein. Es wird von solchen Anlagen in wässrigen Aerosolen verbreitet, kann aber auch in der Luft von nahegelegenen Kühltürmen in Gebäude gelangen. Die Überlebenszeit für L. pneumophila in Raumluft scheint nicht länger als 15 Minuten zu sein.

Neben den oben erwähnten einzelligen Bakterien gibt es auch fadenförmige Arten, die luftgestreute Sporen produzieren, nämlich die Actinomyceten. Sie scheinen mit feuchten Baumaterialien in Verbindung gebracht zu werden und können einen charakteristischen erdigen Geruch abgeben. Zwei dieser Bakterien, die bei 60°C wachsen können, Faenia retivirgula (früher Mikropolyspora faeni) und Thermoactinomyces vulgaris, kann in Luftbefeuchtern und anderen HVAC-Geräten gefunden werden.

Pilze

Pilze bestehen aus zwei Gruppen: erstens die mikroskopisch kleinen Hefen und Schimmelpilze, die als Mikropilze bekannt sind, und zweitens Putz- und holzverrottende Pilze, die als Makropilze bezeichnet werden, da sie makroskopische Sporenkörper bilden, die mit bloßem Auge sichtbar sind. Neben einzelligen Hefen besiedeln Pilze Substrate als Geflecht (Myzel) aus Fäden (Hyphen). Diese Fadenpilze produzieren zahlreiche luftverteilte Sporen aus mikroskopisch kleinen Sporenstrukturen in Schimmelpilzen und aus großen Sporenstrukturen in Makropilzen.

Es gibt Sporen vieler verschiedener Schimmelpilze in der Luft von Häusern und nicht-industriellen Arbeitsplätzen, aber die häufigsten sind wahrscheinlich Arten von Schimmelpilzen Cladosporium, Penicillium, Aspergillus und Eurotium. Einige Schimmelpilze in der Raumluft, wie z Cladosporium spp., kommen besonders im Sommer reichlich auf Blattoberflächen und anderen Pflanzenteilen im Freiland vor. Obwohl Sporen in der Raumluft im Freien entstehen können, Cladosporium kann auch auf feuchten Oberflächen in Innenräumen wachsen und Sporen produzieren und somit die Keimbelastung der Raumluft erhöhen. Die verschiedenen Arten von Penicillium gelten im Allgemeinen als aus Innenräumen stammend Aspergillus und Eurotium. Hefen werden in den meisten Raumluftproben gefunden und können gelegentlich in großer Zahl vorhanden sein. Die rosa Hefen Rhodotorula or Sporobolomyces sind prominent in der luftgetragenen Flora und können auch von schimmelbefallenen Oberflächen isoliert werden.

Gebäude bieten ein breites Spektrum an Nischen, in denen totes organisches Material vorhanden ist, das als Nahrung dient, die von den meisten Pilzen und Bakterien für Wachstum und Sporenproduktion genutzt werden kann. Die Nährstoffe sind in Materialien vorhanden wie: Holz; Papier, Farbe und andere Oberflächenbeschichtungen; Heimtextilien wie Teppiche und Polstermöbel; Erde in Blumentöpfen; Staub; Hautschuppen und -sekrete von Menschen und anderen Tieren; und gekochte Speisen und deren Rohzutaten. Ob Wachstum auftritt oder nicht, hängt von der Feuchtigkeitsverfügbarkeit ab. Bakterien können nur auf gesättigten Oberflächen oder in Wasser in HLK-Abflusswannen, Reservoirs und dergleichen wachsen. Einige Schimmelpilze erfordern auch Bedingungen nahe der Sättigung, andere sind jedoch weniger anspruchsvoll und können sich auf Materialien vermehren, die eher feucht als vollständig gesättigt sind. Staub kann ein Aufbewahrungsort und, wenn er ausreichend feucht ist, auch ein Verstärker für Schimmelpilze sein. Es ist daher eine wichtige Quelle für Sporen, die in die Luft gelangen, wenn Staub aufgewirbelt wird.

Protozoen

Protozoen wie z Acanthamoeba und Nägleri sind mikroskopisch kleine einzellige Tiere, die sich von Bakterien und anderen organischen Partikeln in Luftbefeuchtern, Reservoirs und Abflusswannen in HLK-Systemen ernähren. Partikel dieser Protozoen können aerosolisiert werden und wurden als mögliche Ursachen für Befeuchterfieber genannt.

Mikrobielle flüchtige organische Verbindungen

Mikrobielle flüchtige organische Verbindungen (MVOCs) unterscheiden sich erheblich in chemischer Zusammensetzung und Geruch. Einige werden von einer Vielzahl von Mikroorganismen produziert, andere sind bestimmten Arten zugeordnet. Der sogenannte Pilzalkohol 1-Octen-3-ol (der nach frischen Pilzen riecht) wird von vielen verschiedenen Schimmelpilzen hergestellt. Andere weniger verbreitete flüchtige Schimmelpilzstoffe sind 3,5-Dimethyl-1,2,4-trithiolon (beschrieben als „fötid“); Geosmin oder 1,10-Dimethyl-trans-9-decalol („erdig“); und 6-Pentyl-α-pyron („Kokosnuss“, „muffig“). Unter Bakterien, Arten von Pseudomonas produzieren Pyrazine mit einem „muffigen Kartoffel“-Geruch. Der Geruch jedes einzelnen Mikroorganismus ist das Produkt einer komplexen Mischung von MVOCs.

Geschichte mikrobiologischer Probleme mit der Luftqualität in Innenräumen

Mikrobiologische Untersuchungen der Luft in Wohnungen, Schulen und anderen Gebäuden werden seit über einem Jahrhundert durchgeführt. Frühere Untersuchungen befassten sich manchmal mit der relativen mikrobiologischen „Reinheit“ der Luft in verschiedenen Gebäudetypen und ihrer möglichen Beziehung zur Sterberate unter den Bewohnern. Verbunden mit einem langjährigen Interesse an der Ausbreitung von Krankheitserregern in Krankenhäusern führte die Entwicklung moderner volumetrischer mikrobiologischer Luftkeimsammler in den 1940er und 1950er Jahren zu systematischen Untersuchungen von luftgetragenen Mikroorganismen in Krankenhäusern und in der Folge von bekannten allergenen Schimmelpilzen in der Luft in Wohnungen und öffentlichen Gebäuden sowie im Außenbereich. Andere Arbeiten richteten sich in den 1950er und 1960er Jahren auf die Untersuchung von berufsbedingten Atemwegserkrankungen wie Bauernlunge, Malzarbeiterlunge und Byssinose (bei Baumwollarbeitern). Obwohl das grippeähnliche Befeuchterfieber bei einer Gruppe von Arbeitern erstmals 1959 beschrieben wurde, dauerte es weitere zehn bis fünfzehn Jahre, bis weitere Fälle gemeldet wurden. Die genaue Ursache ist jedoch bis heute nicht bekannt, obwohl Mikroorganismen involviert sind. Sie wurden auch als mögliche Ursache des „Sick-Building-Syndroms“ angeführt, aber bisher sind die Beweise für einen solchen Zusammenhang sehr begrenzt.

Obwohl die allergischen Eigenschaften von Pilzen allgemein anerkannt sind, erschien der erste Bericht über gesundheitliche Beeinträchtigungen aufgrund der Inhalation von Pilzgiften an einem nichtindustriellen Arbeitsplatz, einem Krankenhaus in Quebec, erst 1988 (Mainville et al. 1988). Symptome extremer Ermüdung des Personals wurden Trichothecen-Mykotoxinen in Sporen von zugeschrieben Stachybotrys atra und Trichoderma viride, und seitdem wurde bei Lehrern und anderen Angestellten einer Hochschule ein „chronisches Müdigkeitssyndrom“ festgestellt, das durch die Exposition gegenüber mykotoxischem Staub verursacht wurde. Die erste war die Ursache für Krankheiten bei Büroangestellten, wobei einige gesundheitliche Auswirkungen allergischer Natur waren und andere eher mit einer Toxikose in Verbindung gebracht wurden (Johanning et al. 1993). An anderer Stelle haben epidemiologische Untersuchungen darauf hingewiesen, dass es einen oder mehrere nicht-allergische Faktoren geben kann, die mit Pilzen in Zusammenhang stehen, die die Gesundheit der Atemwege beeinträchtigen. Mykotoxine, die von einzelnen Schimmelpilzarten produziert werden, können hier eine wichtige Rolle spielen, aber es besteht auch die Möglichkeit, dass einige allgemeinere Eigenschaften eingeatmeter Pilze das Wohlbefinden der Atemwege beeinträchtigen.

Mikroorganismen im Zusammenhang mit schlechter Luftqualität in Innenräumen und ihre Auswirkungen auf die Gesundheit

Obwohl Krankheitserreger in der Raumluft relativ selten vorkommen, gab es zahlreiche Berichte, die einen Zusammenhang zwischen Mikroorganismen in der Luft und einer Reihe von allergischen Zuständen herstellen, darunter: (1) atopische allergische Dermatitis; (2) Rhinitis; (3) Asthma; (4) Befeuchterfieber; und (5) extrinsische allergische Alveolitis (EAA), auch bekannt als Hypersensitivitätspneumonitis (HP).

Pilze werden als Bestandteile von Bioaerosolen in der Raumluft wichtiger wahrgenommen als Bakterien. Weil sie als offensichtliche Schimmelflecken auf feuchten Oberflächen wachsen, geben Pilze oft einen deutlich sichtbaren Hinweis auf Feuchtigkeitsprobleme und potenzielle Gesundheitsgefahren in einem Gebäude. Das Schimmelpilzwachstum trägt sowohl zahlenmäßig als auch artenreich zur Schimmelpilzflora in Innenräumen bei, die sonst nicht vorhanden wäre. Hydrophile („feuchtigkeitsliebende“) Pilze sind wie Gram-negative Bakterien und Actinomycetales Indikatoren für extrem feuchte Vermehrungsorte (sichtbar oder versteckt) und damit für eine schlechte Raumluftqualität. Sie beinhalten Fusarium, Phoma, Stachybotrys, Trichoderma, Ulocladium, Hefen und seltener die opportunistischen Pathogene Aspergillus fumigatus und Exophiala Jeanselmei. Hohe Bestände an Schimmelpilzen, die unterschiedlich stark xerophil (»trockenheitsliebend«) sind und einen geringeren Wasserbedarf haben, können auf weniger feuchte, aber dennoch für das Wachstum bedeutsame Vermehrungsstellen hinweisen. Schimmelpilze sind auch im Hausstaub reichlich vorhanden, so dass eine große Anzahl auch ein Zeichen für eine staubige Atmosphäre sein kann. Sie reichen von leicht xerophil (in der Lage, trockenen Bedingungen standzuhalten) Cladosporium Arten bis mäßig xerophil Aspergillus versicolor, Penicillium (zum Beispiel, P. Aurantiogriseum und P. Chrysogen) und die extrem xerophilen Aspergillus penicillioides, Eurotium und Wallämie.

Pilzerreger kommen in der Raumluft selten vor, aber A. Fumigatus und einige andere opportunistische Aspergilli, die in menschliches Gewebe eindringen können, können im Boden von Topfpflanzen wachsen. Exophiala Jeanselmei kann in Abflüssen wachsen. Obwohl die Sporen dieser und anderer opportunistischer Krankheitserreger wie z Fusarium solani und Pseudallescheria boydii Es ist unwahrscheinlich, dass sie für Gesunde gefährlich sind, sie können dies jedoch für immunologisch geschwächte Personen sein.

Flugpilze sind als Auslöser allergischer Erkrankungen viel wichtiger als Bakterien, obwohl es scheint, dass Pilzallergene zumindest in Europa weniger wichtig sind als die von Pollen, Hausstaubmilben und Tierhaaren. Viele Pilzarten haben sich als allergen erwiesen. Einige der Pilze in der Raumluft, die am häufigsten als Ursachen von Rhinitis und Asthma genannt werden, sind in Tabelle 1 aufgeführt Eurotium und andere extrem xerophile Schimmelpilze im Hausstaub sind als Ursachen von Rhinitis und Asthma wahrscheinlich wichtiger als bisher angenommen. Allergische Dermatitis durch Pilze ist viel seltener als Rhinitis/Asthma, mit Alternaria, Aspergillus und Cladosporium verwickelt sein. Fälle von EAA, die relativ selten sind, wurden einer Reihe verschiedener Pilze, von der Hefe, zugeschrieben Sporobolomyces zum holzverrottenden Makropilz Serpula (Tabelle 2). Es wird allgemein angenommen, dass die Entwicklung von EAA-Symptomen bei einem Individuum die Exposition gegenüber mindestens einer Million und mehr, wahrscheinlich etwa hundert Millionen allergenhaltiger Sporen pro Kubikmeter Luft erfordert. Solche Kontaminationsgrade treten wahrscheinlich nur auf, wenn in einem Gebäude ein starkes Pilzwachstum auftritt.

Tabelle 1. Beispiele für Pilzarten in der Raumluft, die Rhinitis und/oder Asthma verursachen können

Tabelle 2. Mikroorganismen in der Raumluft, die als Ursachen für gebäudebedingte extrinsische allergische Alveolitis berichtet wurden

Wie bereits erwähnt, stellt das Einatmen von Sporen toxikogener Arten eine potenzielle Gefahr dar (Sorenson 1989; Miller 1993). Es sind nicht nur die Sporen von Stachybotrys die hohe Konzentrationen an Mykotoxinen enthalten. Die Sporen dieses Schimmelpilzes, der auf Tapeten und anderen Zellulosesubstraten in feuchten Gebäuden wächst und zudem allergieauslösend ist, enthalten zwar äußerst potente Mykotoxine, aber auch andere toxikogene Schimmelpilze, die häufiger in der Raumluft vorkommen Aspergillus (insbesondere A. versicolor) und Penicillium (zum Beispiel, P. Aurantiogriseum und P. viridicatum) und Trichoderma. Experimentelle Beweise deuten darauf hin, dass eine Reihe von Mykotoxinen in den Sporen dieser Schimmelpilze immunsuppressiv sind und das Auffangen und andere Funktionen der Lungenmakrophagenzellen, die für die Gesundheit der Atemwege wesentlich sind, stark hemmen (Sorenson 1989).

Über die gesundheitlichen Auswirkungen der MVOCs, die während des Wachstums und der Sporulation von Schimmelpilzen produziert werden, oder ihrer bakteriellen Gegenstücke ist wenig bekannt. Obwohl viele MVOCs eine relativ geringe Toxizität zu haben scheinen (Sorenson 1989), deuten anekdotische Beweise darauf hin, dass sie beim Menschen Kopfschmerzen, Unwohlsein und möglicherweise akute Atemwegsreaktionen hervorrufen können.

Bakterien in der Raumluft stellen im Allgemeinen keine Gesundheitsgefährdung dar, da die Flora in der Regel von den grampositiven Bewohnern der Haut und der oberen Atemwege dominiert wird. Eine hohe Anzahl dieser Bakterien weist jedoch auf eine Überbelegung und schlechte Belüftung hin. Das Vorhandensein einer großen Anzahl von Gram-negativen Typen und/oder Actinomycetales in der Luft weisen auf sehr nasse Oberflächen oder Materialien, Abflüsse oder insbesondere Luftbefeuchter in HLK-Systemen hin, in denen sie sich vermehren. Es wurde gezeigt, dass einige gramnegative Bakterien (oder Endotoxine, die aus ihren Wänden extrahiert wurden) Symptome des Befeuchterfiebers hervorrufen. Gelegentlich war das Wachstum in Luftbefeuchtern groß genug, um Aerosole zu erzeugen, die genügend allergene Zellen enthielten, um die akuten Lungenentzündungs-ähnlichen Symptome von EAA verursacht zu haben (siehe Tabelle 15).

In seltenen Fällen können pathogene Bakterien wie z Mycobacterium tuberculosis in Tröpfchenkernen von infizierten Personen können durch Rezirkulationssysteme in alle Teile einer geschlossenen Umgebung verteilt werden. Obwohl der Erreger, Legionella pneumophila, aus Luftbefeuchtern und Klimaanlagen isoliert wurde, wurden die meisten Legionellose-Ausbrüche mit Aerosolen aus Kühltürmen oder Duschen in Verbindung gebracht.

Einfluss von Änderungen im Gebäudedesign

Im Laufe der Jahre hat die Zunahme der Gebäudegröße einhergehend mit der Entwicklung von Lüftungssystemen, die in modernen HLK-Systemen gipfelten, zu quantitativen und qualitativen Veränderungen der Keimbelastung der Luft in Arbeitsumgebungen in Innenräumen geführt. In den letzten zwei Jahrzehnten hat der Trend zur Gestaltung von Gebäuden mit minimalem Energieverbrauch zur Entwicklung von Gebäuden mit stark reduzierter Infiltration und Exfiltration von Luft geführt, was eine Ansammlung von luftgetragenen Mikroorganismen und anderen Schadstoffen ermöglicht. In solchen „dichten“ Gebäuden kondensiert Wasserdampf, der zuvor ins Freie geleitet worden wäre, auf kühlen Oberflächen und schafft Bedingungen für das Wachstum von Mikroben. Zudem fördern nur auf Wirtschaftlichkeit ausgelegte HLK-Anlagen oft das Wachstum von Mikroben und stellen ein Gesundheitsrisiko für die Bewohner großer Gebäude dar. Zum Beispiel werden Luftbefeuchter, die umgewälztes Wasser verwenden, schnell kontaminiert und wirken als Erzeuger von Mikroorganismen, Befeuchtungswassersprays aerosolieren Mikroorganismen, und die Anordnung von Filtern stromaufwärts und nicht stromabwärts von solchen Bereichen der mikrobiellen Erzeugung und Aerosolisierung ermöglicht eine weitere Übertragung von Mikroben Aerosole zum Arbeitsplatz. Die Anordnung von Lufteinlässen in der Nähe von Kühltürmen oder anderen Quellen von Mikroorganismen und ein schwieriger Zugang zum HVAC-System für Wartung und Reinigung/Desinfektion gehören ebenfalls zu den Konstruktions-, Betriebs- und Wartungsmängeln, die die Gesundheit gefährden können. Sie tun dies, indem sie die Insassen einer hohen Anzahl bestimmter luftgetragener Mikroorganismen aussetzen, anstatt der niedrigen Anzahl einer Mischung von Arten, die die Außenluft widerspiegeln, die die Norm sein sollte.

Methoden zur Bewertung der Luftqualität in Innenräumen

Luftprobenahme von Mikroorganismen

Bei der Untersuchung der mikrobiellen Luftflora in einem Gebäude, um zum Beispiel die Ursache für die Krankheit seiner Bewohner zu ermitteln, müssen objektive Daten gesammelt werden, die sowohl detailliert als auch zuverlässig sind. Da die allgemeine Auffassung ist, dass der mikrobiologische Zustand der Raumluft den der Außenluft widerspiegeln sollte (ACGIH 1989), müssen Organismen genau identifiziert und mit denen in der Außenluft zu diesem Zeitpunkt verglichen werden.

Luftprobennehmer

Probenahmeverfahren, die direkt oder indirekt die Kultivierung lebensfähiger luftgetragener Bakterien und Pilze auf Nähragargel ermöglichen, bieten die besten Möglichkeiten zur Artbestimmung und werden daher am häufigsten verwendet. Das Agarmedium wird inkubiert, bis sich aus den eingefangenen Biopartikeln Kolonien entwickeln, die gezählt und identifiziert werden können, oder zur weiteren Untersuchung auf anderen Medien subkultiviert werden. Die für Bakterien benötigten Agarmedien unterscheiden sich von denen für Pilze, und einige Bakterien, z. Legionella pneumophila, kann nur auf speziellen selektiven Medien isoliert werden. Für Pilze wird die Verwendung von zwei Medien empfohlen: ein Mehrzweckmedium sowie ein Medium, das für die Isolierung xerophiler Pilze selektiver ist. Die Identifizierung basiert auf den groben Merkmalen der Kolonien und/oder ihren mikroskopischen oder biochemischen Merkmalen und erfordert beträchtliches Geschick und Erfahrung.

Das Spektrum der verfügbaren Probenahmemethoden wurde ausreichend überprüft (z. B. Flannigan 1992; Wanner et al. 1993), und hier werden nur die am häufigsten verwendeten Systeme erwähnt. Eine grobe Einschätzung ist durch passives Sammeln von aus der Luft gravitierenden Mikroorganismen in offenen Petrischalen mit Agarmedium möglich. Die mit diesen Absetzplatten erzielten Ergebnisse sind nicht volumetrisch, werden stark von atmosphärischen Turbulenzen beeinflusst und begünstigen das Sammeln großer (schwerer) Sporen oder Sporen-/Zellklumpen. Verwenden Sie daher vorzugsweise einen volumetrischen Luftkeimsammler. Impaktionssammler, bei denen die luftgetragenen Partikel auf eine Agaroberfläche aufprallen, sind weit verbreitet. Luft wird entweder durch einen Schlitz über einer rotierenden Agarplatte (Schlitz-Impaktionssammler) oder durch eine perforierte Scheibe über der Agarplatte (Sieb-Typ-Impaktionssammler) gesaugt. Obwohl einstufige Siebprobennehmer weit verbreitet sind, wird der sechsstufige Andersen-Probennehmer von einigen Forschern bevorzugt. Während Luft durch immer feinere Löcher in den sechs übereinander angeordneten Aluminiumsektionen strömt, werden die Partikel entsprechend ihrer aerodynamischen Größe auf verschiedene Agarplatten sortiert. So verrät der Sampler, aus welchen Partikelgrößen sich bei der anschließenden Inkubation der Agarplatten Kolonien entwickeln und wo im Atmungssystem sich die verschiedenen Organismen am ehesten ablagern würden. Ein beliebter Probenehmer, der nach einem anderen Prinzip arbeitet, ist der Zentrifugalsammler von Reuter. Die Zentrifugalbeschleunigung der von einem Laufradgebläse angesaugten Luft bewirkt, dass Partikel mit hoher Geschwindigkeit auf Agar in einem Kunststoffstreifen aufprallen, der den Probenahmezylinder auskleidet.

Ein weiterer Ansatz zur Probenahme besteht darin, Mikroorganismen auf einem Membranfilter in einer Filterkassette zu sammeln, die mit einer wiederaufladbaren Pumpe mit geringem Volumen verbunden ist. Die gesamte Anordnung kann an einem Gürtel oder Geschirr befestigt und zur Entnahme einer persönlichen Probe an einem normalen Arbeitstag verwendet werden. Nach der Probenahme können dann kleine Portionen der Waschflüssigkeiten aus dem Filter und Verdünnungen der Waschflüssigkeiten auf einer Reihe von Agarmedien verteilt, inkubiert und lebensfähige Mikroorganismen gezählt werden. Eine Alternative zum Filtersammler ist der Liquid Impinger, bei dem durch Kapillardüsen angesaugte Luftpartikel auf Flüssigkeit auftreffen und sich darin sammeln. Teile der Sammelflüssigkeit und daraus hergestellte Verdünnungen werden wie solche aus Filterprobennehmern behandelt.

Ein gravierender Mangel dieser „praktikablen“ Probenahmemethoden besteht darin, dass sie nur Organismen bewerten, die tatsächlich kultivierbar sind, und dies können nur ein oder zwei Prozent der gesamten Luftspora sein. Gesamtzählungen (lebensfähig plus nicht lebensfähig) können jedoch mit Impaktionssammlern durchgeführt werden, bei denen Partikel auf den klebrigen Oberflächen von rotierenden Stäben (Rotationsarm-Impaktionssammler) oder auf dem Kunststoffband oder Glasobjektträger verschiedener Schlitzmodelle gesammelt werden -Typ Impaktionssammler. Die Zählungen werden unter dem Mikroskop durchgeführt, aber nur relativ wenige Pilze können auf diese Weise identifiziert werden, nämlich solche, die ausgeprägte Sporen haben. Die Probenahme durch Filtration wurde im Zusammenhang mit der Bewertung lebensfähiger Mikroorganismen erwähnt, sie ist jedoch auch ein Mittel, um eine Gesamtzahl zu erhalten. Ein Teil derselben Waschlösungen, die auf Agarmedium ausplattiert werden, kann angefärbt und die Mikroorganismen unter einem Mikroskop gezählt werden. Auf die gleiche Weise können auch Gesamtzählungen aus der Sammelflüssigkeit in Flüssigimpingern durchgeführt werden.

Wahl des Luftkeimsammlers und der Probenahmestrategie

Welcher Probenehmer verwendet wird, hängt weitgehend von der Erfahrung des Untersuchers ab, aber die Wahl ist sowohl aus quantitativen als auch aus qualitativen Gründen wichtig. Beispielsweise werden die Agarplatten von einstufigen Impaktionssammlern während der Probenahme viel leichter mit Sporen „überladen“ als die eines sechsstufigen Probenehmers, was zu einem Überwuchern der inkubierten Platten und schwerwiegenden quantitativen und qualitativen Fehlern bei der Bewertung der luftgetragenen Sporen führt Population. Die Funktionsweise verschiedener Probenehmer, ihre Probenahmezeiten und die Effizienz, mit der sie unterschiedlich große Partikel aus der Umgebungsluft entfernen, aus dem Luftstrom extrahieren und auf einer Oberfläche oder in einer Flüssigkeit sammeln, unterscheiden sich erheblich. Aufgrund dieser Unterschiede ist es nicht möglich, gültige Vergleiche zwischen Daten, die mit einem Probenehmertyp in einer Untersuchung gewonnen wurden, mit denen eines anderen Probenehmertyps in einer anderen Untersuchung anzustellen.

Die Probenahmestrategie sowie die Wahl des Probenehmers sind sehr wichtig. Es kann keine allgemeine Stichprobenstrategie festgelegt werden; jeder Fall erfordert eine eigene Vorgehensweise (Wanner et al. 1993). Ein großes Problem besteht darin, dass die Verteilung von Mikroorganismen in der Raumluft weder räumlich noch zeitlich gleichmäßig ist. Es wird stark vom Aktivitätsgrad in einem Raum beeinflusst, insbesondere von Reinigungs- oder Bauarbeiten, die abgelagerten Staub aufwirbeln. Folglich kommt es in relativ kurzen Zeitabständen zu erheblichen Zahlenschwankungen. Abgesehen von Filterprobenehmern und Flüssigkeitsimpingern, die mehrere Stunden lang verwendet werden, werden die meisten Luftprobenehmer verwendet, um in nur wenigen Minuten eine „Stichprobe“ zu erhalten. Proben sollten daher unter allen Arbeits- und Nutzungsbedingungen entnommen werden, sowohl wenn HVAC-Systeme funktionieren als auch wenn sie nicht funktionieren. Obwohl umfangreiche Probenahmen den Konzentrationsbereich lebensfähiger Sporen aufzeigen können, die in Innenräumen angetroffen werden, ist es nicht möglich, die Exposition von Personen gegenüber Mikroorganismen in der Umgebung zufriedenstellend zu bewerten. Auch Proben, die über einen Arbeitstag mit einem Personenfiltersammler entnommen wurden, geben kein ausreichendes Bild, da sie nur einen Durchschnittswert wiedergeben und Spitzenbelastungen nicht erkennen lassen.

Zusätzlich zu den eindeutig anerkannten Wirkungen bestimmter Allergene weisen epidemiologische Untersuchungen darauf hin, dass mit Pilzen ein nicht allergischer Faktor verbunden sein kann, der die Gesundheit der Atemwege beeinträchtigt. Mykotoxine, die von einzelnen Schimmelpilzarten produziert werden, können eine wichtige Rolle spielen, aber es besteht auch die Möglichkeit, dass ein allgemeinerer Faktor beteiligt ist. Der Gesamtansatz zur Untersuchung der Pilzbelastung in der Innenraumluft wird daher in Zukunft wahrscheinlich sein: (1) durch Probenahme auf lebensfähige Pilze zu beurteilen, welche allergenen und toxikogenen Arten vorhanden sind; und (2) um ein Maß für die Gesamtmenge an Pilzmaterial zu erhalten, dem Personen in einer Arbeitsumgebung ausgesetzt sind. Wie oben erwähnt, könnten, um die letztgenannte Information zu erhalten, Gesamtzählungen über einen Arbeitstag durchgeführt werden. In naher Zukunft könnten jedoch Verfahren, die kürzlich für den Nachweis von 1,3-β-Glucan oder Ergosterin entwickelt wurden (Miller 1993), in größerem Umfang übernommen werden. Beide Substanzen sind Strukturbestandteile von Pilzen und geben daher ein Maß für die Menge an Pilzmaterial (dh seine Biomasse). Es wurde über einen Zusammenhang zwischen 1,3-β-Glucan-Spiegeln in der Raumluft und Symptomen des Sick-Building-Syndroms berichtet (Miller 1993).

Normen und Richtlinien

Während einige Organisationen den Verschmutzungsgrad von Raumluft und Staub kategorisiert haben (Tabelle 3), gab es aufgrund von Luftprobenproblemen eine berechtigte Zurückhaltung, numerische Standards oder Richtwerte festzulegen. Es wurde festgestellt, dass die luftgetragene mikrobielle Belastung in klimatisierten Gebäuden deutlich niedriger sein sollte als in der Außenluft, wobei die Differenz zwischen natürlich belüfteten Gebäuden und der Außenluft geringer sein sollte. Der ACGIH (1989) empfiehlt, die Rangfolge der Pilzarten in Innen- und Außenluft bei der Interpretation von Luftprobendaten zu verwenden. Das Vorhandensein oder Überwiegen einiger Schimmelpilze in der Raumluft, aber nicht im Freien, kann auf ein Problem in einem Gebäude hinweisen. Zum Beispiel reichlich in der Raumluft von solchen hydrophilen Schimmelpilzen wie Stachybotrys atra weist fast immer auf einen sehr feuchten Verstärkerstandort innerhalb eines Gebäudes hin.

Tabelle 3. Beobachtete Konzentrationen von Mikroorganismen in Luft und Staub von nichtindustriellen Innenumgebungen

^a CFU, koloniebildende Einheiten.

Quelle: adaptiert von Wanner et al. 1993.

Obwohl einflussreiche Gremien wie das ACGIH Bioaerosols Committee keine numerischen Richtlinien aufgestellt haben, enthält ein kanadischer Leitfaden zu Bürogebäuden (Nathanson 1993), der auf etwa fünfjähriger Untersuchung von etwa 50 klimatisierten Regierungsgebäuden basiert, einige Hinweise zu Zahlen. Die folgenden sind unter den wichtigsten Punkten, die gemacht wurden:

1. Die „normale“ Luftflora sollte quantitativ geringer, aber qualitativ ähnlich der Außenluft sein.
2. Das Vorhandensein einer oder mehrerer Pilzarten in signifikanten Mengen in Innen-, aber nicht in Außenproben ist ein Beweis für einen Innenverstärker.
3. Pathogene Pilze wie z Aspergillus fumigatus, Histoplasma und Cryptococcus sollten nicht in nennenswerter Zahl vorhanden sein.
4. Die Persistenz von toxikogenen Schimmelpilzen wie z Stachybotrys atra und Aspergillus versicolor in beträchtlicher Zahl erfordert Untersuchungen und Maßnahmen.
5. Mehr als 50 koloniebildende Einheiten pro Kubikmeter (KBE/m³) kann bedenklich sein, wenn nur eine Art vorhanden ist (außer bestimmten häufig vorkommenden, im Freiland lebenden blattbewohnenden Pilzen); bis zu 150 KbE/m³ ist akzeptabel, wenn die vorhandenen Arten die Flora im Freien widerspiegeln; bis zu 500 KbE/m³ ist im Sommer akzeptabel, wenn im Freiland blattbewohnende Pilze die Hauptbestandteile sind.

Diese Zahlenwerte basieren auf vierminütigen Luftproben, die mit einem Zentrifugalsammler von Reuter gesammelt wurden. Es muss betont werden, dass sie nicht auf andere Probenahmeverfahren, andere Gebäudetypen oder andere klimatische/geografische Regionen übertragbar sind. Was üblich oder akzeptabel ist, kann nur auf der Grundlage umfassender Untersuchungen einer Reihe von Gebäuden in einer bestimmten Region mit wohldefinierten Verfahren erfolgen. Für die Exposition gegenüber Schimmelpilzen im Allgemeinen oder gegenüber bestimmten Arten können keine Grenzwerte festgelegt werden.

Bekämpfung von Mikroorganismen in Innenräumen

Die entscheidende Determinante des mikrobiellen Wachstums und der Produktion von Zellen und Sporen, die in Innenräumen aerosolisiert werden können, ist Wasser, und durch Verringerung der Feuchtigkeitsverfügbarkeit statt durch Verwendung von Bioziden sollte eine Kontrolle erreicht werden. Die Kontrolle umfasst die ordnungsgemäße Instandhaltung und Reparatur eines Gebäudes, einschließlich der sofortigen Trocknung und Beseitigung der Ursachen von Leckagen/Hochwasserschäden (Morey 1993a). Obwohl oft als Kontrollmaßnahme angeführt wird, die relative Luftfeuchtigkeit von Räumen auf einem Niveau von weniger als 70 % zu halten, ist dies nur dann wirksam, wenn die Temperatur der Wände und anderer Oberflächen nahe an der Lufttemperatur liegt. An der Oberfläche von schlecht gedämmten Wänden kann die Temperatur unter dem Taupunkt liegen, was zur Folge hat, dass sich Kondenswasser bildet und hydrophile Pilze und sogar Bakterien wachsen (Flannigan 1993). Eine ähnliche Situation kann in feuchten tropischen oder subtropischen Klimazonen auftreten, wo die Feuchtigkeit in der Luft, die die Gebäudehülle eines klimatisierten Gebäudes durchdringt, an der kühleren inneren Oberfläche kondensiert (Morey 1993b). In solchen Fällen liegt die Kontrolle in der Gestaltung und korrekten Verwendung von Isolierungen und Dampfsperren. In Verbindung mit rigorosen Feuchtigkeitskontrollmaßnahmen sollten Wartungs- und Reinigungsprogramme die Entfernung von Staub und anderen Ablagerungen sicherstellen, die Nährstoffe für das Wachstum liefern und auch als Reservoir für Mikroorganismen dienen.

In HVAC-Systemen (Nathanson 1993) sollte die Ansammlung von stehendem Wasser beispielsweise in Ablaufwannen oder unter Kühlschlangen verhindert werden. Wo Sprays, Dochte oder beheizte Wassertanks zur Befeuchtung in HLK-Systemen gehören, ist eine regelmäßige Reinigung und Desinfektion erforderlich, um das Wachstum von Mikroben zu begrenzen. Die Befeuchtung durch Trockendampf verringert wahrscheinlich das Risiko des Mikrobenwachstums erheblich. Da sich in Filtern Schmutz und Feuchtigkeit ansammeln können und somit Verstärkungsstellen für mikrobielles Wachstum bieten, sollten sie regelmäßig ausgetauscht werden. Mikroorganismen können auch in poröser Schalldämmung wachsen, die zum Auskleiden von Kanälen verwendet wird, wenn sie feucht wird. Die Lösung für dieses Problem besteht darin, eine solche Isolierung eher außen als innen anzubringen; innere Oberflächen sollten glatt sein und sollten keine wachstumsfördernde Umgebung bieten. Solche allgemeinen Kontrollmaßnahmen kontrollieren das Wachstum von Legionellen B. in HVAC-Systemen, aber es wurden zusätzliche Merkmale wie die Installation eines hocheffizienten Partikelluftfilters (HEPA) am Einlass empfohlen (Feeley 1988). Darüber hinaus sollten Wassersysteme sicherstellen, dass Warmwasser gleichmäßig auf 60°C erwärmt wird, dass es keine Bereiche gibt, in denen Wasser stagniert und dass keine Armaturen wachstumsfördernde Materialien enthalten Legionellen.

Wo die Kontrollen unzureichend waren und Schimmelbildung auftritt, sind Abhilfemaßnahmen erforderlich. Es ist wichtig, alle porösen organischen Materialien wie Teppiche und andere Heimtextilien, Deckenplatten und Isolierungen, auf und in denen es Wachstum gibt, zu entfernen und zu entsorgen. Glatte Oberflächen sollten mit Natriumhypochloritbleiche oder einem geeigneten Desinfektionsmittel abgewaschen werden. Biozide, die aerosolisiert werden können, sollten beim Betrieb von HLK-Systemen nicht verwendet werden.

Bei der Sanierung ist stets darauf zu achten, dass Mikroorganismen auf oder in kontaminierten Materialien nicht vernebelt werden. In Fällen, in denen große Bereiche mit Schimmelbefall (zehn Quadratmeter oder mehr) behandelt werden, kann es erforderlich sein, die potenzielle Gefahr einzudämmen, während der Sanierung einen Unterdruck im Eindämmungsbereich aufrechtzuerhalten und Luftschleusen/Dekontaminationsbereiche zwischen dem eingegrenzten Bereich und einzurichten der Rest des Gebäudes (Morey 1993a, 1993b; New York City Department of Health 1993). Stäube, die vor oder während der Entfernung von kontaminiertem Material in versiegelte Behälter entstehen, sollten mit einem Staubsauger mit HEPA-Filter gesammelt werden. Während des gesamten Betriebs muss das spezialisierte Sanierungspersonal einen vollständigen HEPA-Atemschutz und Einwegschutzkleidung, -schuhe und -handschuhe tragen (New York City Department of Health 1993). Wo kleinere Bereiche mit Schimmelbefall behandelt werden, kann nach entsprechender Schulung regelmäßiges Wartungspersonal eingesetzt werden. In solchen Fällen wird eine Eindämmung nicht als notwendig erachtet, aber das Personal muss einen vollständigen Atemschutz und Handschuhe tragen. In jedem Fall sollten sowohl die regulären Bewohner als auch das mit der Sanierung beschäftigte Personal auf die Gefahr aufmerksam gemacht werden. Letztere sollten kein vorbestehendes Asthma, keine Allergie oder immunsuppressive Störungen haben (New York City Department of Health 1993).

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