Exposition durch Beruf

Berufliche Expositionen gegenüber Ganzkörpervibrationen treten hauptsächlich beim Transport auf, aber auch im Zusammenhang mit einigen industriellen Prozessen. Land-, See- und Lufttransport können alle Vibrationen erzeugen, die Unbehagen verursachen, Aktivitäten beeinträchtigen oder Verletzungen verursachen können. Tabelle 1 listet einige Umgebungen auf, die am wahrscheinlichsten mit einem Gesundheitsrisiko verbunden sind.

Tabelle 1. Tätigkeiten, bei denen es angebracht sein kann, vor den nachteiligen Wirkungen von Ganzkörpervibrationen zu warnen

Traktor fahren

Gepanzerte Kampffahrzeuge (z. B. Panzer) und ähnliche Fahrzeuge

Andere Geländewagen:

Erdbewegungsmaschinen – Lader, Bagger, Bulldozer, Grader,

• Schaber, Muldenkipper, Walzen
• Forstmaschinen
• Minen- und Steinbruchausrüstung
• Gabelstapler

Etwas LKW-Fahren (Gelenk und Nicht-Gelenk)

Einige Bus- und Straßenbahnfahrten

Einige Hubschrauber und Flächenflugzeuge fliegen

Einige Arbeiter mit Maschinen zur Betonherstellung

Einige Eisenbahnfahrer

Einige Verwendung von Hochgeschwindigkeits-Schiffsfahrzeugen

Etwas Motorradfahren

Etwas Auto- und Transporterfahren

Einige sportliche Aktivitäten

Einige andere Industrieanlagen

Quelle: Adaptiert von Griffin 1990. 

Die häufigste Exposition gegenüber starken Vibrationen und Stößen kann bei Geländefahrzeugen auftreten, einschließlich Erdbewegungsmaschinen, Flurförderzeugen und landwirtschaftlichen Traktoren.

Biodynamik

Wie alle mechanischen Strukturen hat der menschliche Körper Resonanzfrequenzen, bei denen der Körper eine maximale mechanische Reaktion zeigt. Menschliche Reaktionen auf Schwingungen lassen sich nicht allein durch eine einzige Resonanzfrequenz erklären. Es gibt viele Resonanzen im Körper, und die Resonanzfrequenzen variieren zwischen Menschen und Körperhaltung. Zwei mechanische Reaktionen des Körpers werden oft verwendet, um die Art und Weise zu beschreiben, in der Vibrationen den Körper dazu bringen, sich zu bewegen: Übertragbarkeit und Impedanz.

Die Übertragbarkeit gibt den Anteil der Schwingung an, der beispielsweise vom Sitz auf den Kopf übertragen wird. Die Übertragbarkeit des Körpers ist stark abhängig von Schwingungsfrequenz, Schwingungsachse und Körperhaltung. Vertikale Vibrationen auf einem Sitz verursachen Vibrationen in mehreren Achsen am Kopf; bei vertikaler Kopfbewegung tendiert die Übertragbarkeit dazu, im ungefähren Bereich von 3 bis 10 Hz am größten zu sein.

Die mechanische Impedanz des Körpers zeigt die Kraft, die erforderlich ist, um den Körper bei jeder Frequenz zu bewegen. Obwohl die Impedanz von der Körpermasse abhängt, zeigt die vertikale Impedanz des menschlichen Körpers normalerweise eine Resonanz bei etwa 5 Hz. Die mechanische Impedanz des Körpers, einschließlich dieser Resonanz, hat einen großen Einfluss auf die Art und Weise, wie Vibrationen durch Sitze übertragen werden.

Akute Auswirkungen

Unbehagen

Die durch Vibrationsbeschleunigung verursachten Beschwerden hängen von der Vibrationsfrequenz, der Vibrationsrichtung, dem Kontaktpunkt mit dem Körper und der Dauer der Vibrationseinwirkung ab. Bei vertikaler Vibration von sitzenden Personen nimmt das durch eine beliebige Frequenz verursachte Vibrations-Unbehagen proportional zur Vibrationsgröße zu: Eine Halbierung der Vibration führt tendenziell zu einer Halbierung des Vibrations-Unbehagens.

Das durch Vibration erzeugte Unbehagen kann durch die Verwendung geeigneter Frequenzgewichtungen (siehe unten) vorhergesagt und durch eine semantische Unbehagensskala beschrieben werden. Es gibt keine sinnvollen Grenzen für Vibrationsbeschwerden: Die akzeptablen Beschwerden variieren von einer Umgebung zur anderen.

Akzeptable Vibrationsstärken in Gebäuden liegen nahe an den Vibrationswahrnehmungsschwellen. Es wird davon ausgegangen, dass die Auswirkungen von Vibrationen in Gebäuden auf den Menschen neben der Vibrationsfrequenz, -richtung und -dauer auch von der Nutzung des Gebäudes abhängen. Anleitungen zur Bewertung von Gebäudeschwingungen finden sich in verschiedenen Normen wie dem British Standard 6472 (1992), der ein Verfahren zur Bewertung von Schwingungen und Stößen in Gebäuden definiert.

Aktivitätsstörung

Vibrationen können die Informationserfassung (z. B. durch die Augen), die Informationsausgabe (z. B. durch Hand- oder Fußbewegungen) oder die komplexen zentralen Prozesse beeinträchtigen, die Eingabe und Ausgabe in Beziehung setzen (z. B. Lernen, Gedächtnis, Entscheidungsfindung). Die größten Auswirkungen der Ganzkörpervibration liegen auf Eingabeprozessen (hauptsächlich Sehen) und Ausgabeprozessen (hauptsächlich kontinuierliche Handsteuerung).

Auswirkungen von Vibrationen auf das Sehvermögen und die manuelle Steuerung werden hauptsächlich durch die Bewegung des betroffenen Körperteils (z. B. Auge oder Hand) verursacht. Die Auswirkungen können verringert werden, indem die Vibrationsübertragung auf das Auge oder die Hand verringert wird oder indem die Aufgabe weniger störanfällig gemacht wird (z. B. durch Vergrößern einer Anzeige oder Verringern der Empfindlichkeit einer Steuerung). Oft können die Auswirkungen von Vibrationen auf das Sehvermögen und die manuelle Steuerung durch eine Neugestaltung der Aufgabe stark reduziert werden.

Einfache kognitive Aufgaben (z. B. einfache Reaktionszeit) scheinen von Vibrationen unbeeinflusst zu sein, außer durch Veränderungen in der Erregung oder Motivation oder durch direkte Auswirkungen auf Input- und Output-Prozesse. Dies gilt möglicherweise auch für einige komplexe kognitive Aufgaben. Die Spärlichkeit und Vielfalt experimenteller Studien schließt jedoch die Möglichkeit realer und signifikanter kognitiver Auswirkungen von Vibrationen nicht aus. Vibrationen können die Ermüdung beeinflussen, aber es gibt nur wenige relevante wissenschaftliche Beweise und keine, die die komplexe Form der „ermüdungsreduzierten Leistungsgrenze“ unterstützen, die in der Internationalen Norm 2631 (ISO 1974, 1985) angeboten wird.

Veränderungen der physiologischen Funktionen

Veränderungen der physiologischen Funktionen treten auf, wenn Probanden unter Laborbedingungen einer neuartigen Ganzkörper-Vibrationsumgebung ausgesetzt werden. Veränderungen, die für eine „Schockreaktion“ typisch sind (z. B. erhöhte Herzfrequenz), normalisieren sich bei fortgesetzter Exposition schnell, während andere Reaktionen entweder fortschreiten oder sich allmählich entwickeln. Letzteres kann von allen Vibrationseigenschaften abhängen, einschließlich der Achse, der Beschleunigungsgröße und der Art der Vibration (sinusförmig oder zufällig), sowie von weiteren Variablen wie dem circadianen Rhythmus und Eigenschaften der Probanden (siehe Hasan 1970; Seidel 1975; Dupuis und Zerlett 1986). Veränderungen physiologischer Funktionen unter Feldbedingungen können oft nicht direkt mit Vibrationen in Verbindung gebracht werden, da Vibrationen oft mit anderen signifikanten Faktoren wie hoher psychischer Belastung, Lärm und toxischen Substanzen zusammenwirken. Physiologische Veränderungen sind häufig weniger empfindlich als psychische Reaktionen (z. B. Unwohlsein). Fasst man alle verfügbaren Daten zu anhaltenden physiologischen Veränderungen hinsichtlich ihres ersten signifikanten Auftretens in Abhängigkeit von der Stärke und Frequenz der Ganzkörpervibration zusammen, ergibt sich eine Grenze mit einer Untergrenze um 0.7 m/s² Effektivwert zwischen 1 und 10 Hz und ansteigend bis zu 30 m/s² Effektivwert bei 100 Hz. Es wurden viele Tierstudien durchgeführt, aber ihre Relevanz für den Menschen ist zweifelhaft.

Neuromuskuläre Veränderungen

Bei aktiver natürlicher Bewegung fungieren motorische Kontrollmechanismen als Feed-Forward-Steuerung, die durch zusätzliches Feedback von Sensoren in Muskeln, Sehnen und Gelenken ständig angepasst wird. Ganzkörperschwingungen bewirken eine passive künstliche Bewegung des menschlichen Körpers, ein Zustand, der sich grundlegend von der selbstinduzierten Schwingung durch Fortbewegung unterscheidet. Die fehlende Feedforward-Regelung bei Ganzkörpervibrationen ist die deutlichste Veränderung der normalen physiologischen Funktion des neuromuskulären Systems. Der breitere Frequenzbereich der Ganzkörpervibration (zwischen 0.5 und 100 Hz) im Vergleich zu dem der natürlichen Bewegung (zwischen 2 und 8 Hz für willkürliche Bewegungen und unter 4 Hz für die Fortbewegung) ist ein weiterer Unterschied, der zur Erklärung der Reaktionen von beiträgt die neuromuskulären Kontrollmechanismen bei sehr niedrigen und bei hohen Frequenzen.

Ganzkörpervibration und transiente Beschleunigung verursachen im Elektromyogramm (EMG) der oberflächlichen Rückenmuskulatur sitzender Personen eine beschleunigungsbedingte Wechselaktivität, die eine tonische Kontraktion aufrechterhalten muss. Diese Aktivität soll reflexartiger Natur sein. Es verschwindet normalerweise vollständig, wenn die vibrierenden Probanden entspannt in gebeugter Position sitzen. Der Zeitpunkt der Muskelaktivität hängt von der Häufigkeit und Größe der Beschleunigung ab. Elektromyographische Daten deuten darauf hin, dass eine erhöhte Belastung der Wirbelsäule aufgrund einer reduzierten muskulären Stabilisierung der Wirbelsäule bei Frequenzen von 6.5 bis 8 Hz und während der Anfangsphase einer plötzlichen Aufwärtsverschiebung auftreten kann. Trotz schwacher EMG-Aktivität, die durch Ganzkörpervibrationen verursacht wird, kann die Ermüdung der Rückenmuskulatur während der Vibrationsexposition diejenige überschreiten, die bei normaler Sitzhaltung ohne Ganzkörpervibration beobachtet wird.

Während der Exposition gegenüber sinusförmigen Ganzkörpervibrationen bei Frequenzen über 10 Hz können Sehnenreflexe vermindert sein oder vorübergehend verschwinden. Geringfügige Veränderungen der posturalen Kontrolle nach Exposition gegenüber Ganzkörpervibrationen sind sehr variabel, und ihre Mechanismen und praktische Bedeutung sind nicht sicher.

Kardiovaskuläre, respiratorische, endokrine und metabolische Veränderungen

Die beobachteten Veränderungen, die während der Vibrationsbelastung bestehen bleiben, wurden mit denen während mäßiger körperlicher Arbeit verglichen (dh Erhöhungen der Herzfrequenz, des Blutdrucks und des Sauerstoffverbrauchs), selbst bei einer Vibrationsstärke nahe der Grenze der freiwilligen Toleranz. Die erhöhte Ventilation wird teilweise durch Schwingungen der Luft im Atmungssystem verursacht. Atmungs- und Stoffwechselveränderungen stimmen möglicherweise nicht überein, was möglicherweise auf eine Störung der Atemkontrollmechanismen hindeutet. Zu Veränderungen der adrenocorticotropen Hormone (ACTH) und der Katecholamine liegen verschiedene und teilweise widersprüchliche Befunde vor.

Sensorische und zentralnervöse Veränderungen

Veränderungen der vestibulären Funktion durch Ganzkörpervibrationen werden aufgrund einer gestörten Haltungsregulation behauptet, obwohl die Haltung durch ein sehr komplexes System gesteuert wird, bei dem eine gestörte vestibuläre Funktion durch andere Mechanismen weitgehend kompensiert werden kann. Veränderungen der vestibulären Funktion scheinen bei Expositionen mit sehr niedrigen Frequenzen oder solchen nahe der Ganzkörperresonanz an Bedeutung zu gewinnen. Ein sensorisches Missverhältnis zwischen vestibulären, visuellen und propriozeptiven (in den Geweben empfangene Reize) Informationen soll ein wichtiger Mechanismus sein, der physiologischen Reaktionen auf einige künstliche Bewegungsumgebungen zugrunde liegt.

Experimente mit kurzzeitiger und längerer kombinierter Exposition gegenüber Lärm und Ganzkörpervibrationen scheinen darauf hinzudeuten, dass Vibrationen einen geringfügigen synergistischen Effekt auf das Hören haben. Tendenziell waren hohe Intensitäten der Ganzkörpervibration bei 4 oder 5 Hz mit höheren zusätzlichen temporären Schwellenverschiebungen (TTS) verbunden. Es gab keinen offensichtlichen Zusammenhang zwischen der zusätzlichen TTS und der Expositionszeit. Die zusätzliche TTS schien mit höheren Ganzkörpervibrationsdosen anzusteigen.

Impulsive vertikale und horizontale Schwingungen rufen Gehirnpotentiale hervor. Auch Veränderungen der Funktion des menschlichen Zentralnervensystems wurden anhand akustisch evozierter Hirnpotentiale nachgewiesen (Seidel et al. 1992). Die Effekte wurden durch andere Umgebungsfaktoren (z. B. Lärm), die Schwierigkeit der Aufgabe und durch den inneren Zustand des Probanden (z. B. Erregung, Grad der Aufmerksamkeit gegenüber dem Stimulus) beeinflusst.

Langzeiteffekte

Gesundheitsrisiko für die Wirbelsäule

Epidemiologische Studien weisen häufig auf ein erhöhtes Gesundheitsrisiko für die Wirbelsäule bei Arbeitern hin, die über viele Jahre intensiven Ganzkörpervibrationen ausgesetzt sind (z. B. Arbeiten an Traktoren oder Erdbewegungsmaschinen). Kritische Literaturübersichten wurden von Seidel und Heide (1986), Dupuis und Zerlett (1986) und Bongers und Boshuizen (1990) erstellt. Diese Überprüfungen kamen zu dem Schluss, dass intensive langfristige Ganzkörpervibrationen die Wirbelsäule beeinträchtigen und das Risiko von Kreuzschmerzen erhöhen können. Letzteres kann eine sekundäre Folge einer primär degenerativen Veränderung der Wirbel und Bandscheiben sein. Als am häufigsten betroffene Region erwies sich die Lendenwirbelsäule, gefolgt von der Brustregion. Eine von mehreren Autoren berichtete hohe Rate an Beeinträchtigungen des zervikalen Teils scheint eher durch eine ungünstige Fixierhaltung als durch Vibration verursacht zu werden, obwohl es keine schlüssigen Beweise für diese Hypothese gibt. Nur wenige Studien haben sich mit der Funktion der Rückenmuskulatur befasst und eine muskuläre Insuffizienz festgestellt. Einige Berichte weisen auf ein deutlich höheres Risiko einer Bandscheibenluxation hin. In mehreren Querschnittsstudien fanden Bongers und Boshuizen (1990) bei Fahrern und Helikopterpiloten mehr Kreuzschmerzen als bei vergleichbaren Referenzarbeitern. Sie kamen zu dem Schluss, dass professionelles Autofahren und Hubschrauberfliegen wichtige Risikofaktoren für Rückenschmerzen und Rückenerkrankungen sind. Bei Kranfahrern und Traktorfahrern war eine Zunahme von Invaliditätsrenten und Langzeitkrankenständen aufgrund von Bandscheibenerkrankungen zu beobachten.

Aufgrund unvollständiger oder fehlender Daten zu Expositionsbedingungen in epidemiologischen Studien wurden keine genauen Expositions-Wirkungs-Beziehungen ermittelt. Die vorliegende Datenlage lässt die Begründung eines No-Adverse-Effect-Levels (dh einer sicheren Grenze) nicht zu, um Erkrankungen der Wirbelsäule zuverlässig vorzubeugen. Eine jahrelange Exposition unterhalb oder nahe der Expositionsgrenze der aktuellen Internationalen Norm 2631 (ISO 1985) ist nicht ohne Risiko. Einige Befunde weisen auf ein zunehmendes Gesundheitsrisiko mit zunehmender Expositionsdauer hin, obwohl Auswahlverfahren es in den meisten Studien schwierig gemacht haben, einen Zusammenhang zu erkennen. Eine Dosis-Wirkungs-Beziehung kann daher derzeit durch epidemiologische Untersuchungen nicht hergestellt werden. Theoretische Überlegungen legen deutliche nachteilige Wirkungen hoher Spitzenlasten nahe, die während Expositionen mit hohen Transienten auf die Wirbelsäule einwirken. Die Verwendung einer „Energieäquivalent“-Methode zur Berechnung einer Vibrationsdosis (wie in der Internationalen Norm 2631 (ISO 1985)) ist daher bei Expositionen gegenüber Ganzkörpervibrationen mit hohen Spitzenbeschleunigungen fragwürdig. Unterschiedliche Langzeitwirkungen von Ganzkörpervibrationen in Abhängigkeit von der Vibrationsfrequenz wurden aus epidemiologischen Studien nicht abgeleitet. Ganzkörpervibrationen mit 40 bis 50 Hz, die stehenden Arbeitern über die Füße zugeführt wurden, führten zu degenerativen Veränderungen der Fußknochen.

Im Allgemeinen wurden Unterschiede zwischen Fächern weitgehend vernachlässigt, obwohl Selektionsphänomene darauf hindeuten, dass sie von großer Bedeutung sein könnten. Es gibt keine eindeutigen Daten darüber, ob die Auswirkungen von Ganzkörpervibrationen auf die Wirbelsäule vom Geschlecht abhängen.

Die allgemeine Akzeptanz degenerativer Erkrankungen der Wirbelsäule als Berufskrankheit wird diskutiert. Spezifische diagnostische Merkmale sind nicht bekannt, die eine sichere Diagnose der Störung als Folge einer Exposition gegenüber Ganzkörper-Vibrationen erlauben würden. Eine hohe Prävalenz degenerativer Wirbelsäulenerkrankungen in nicht exponierten Bevölkerungsgruppen verhindert die Annahme einer überwiegend beruflichen Ätiologie bei Personen, die Ganzkörper-Vibrationen ausgesetzt sind. Individuelle konstitutionelle Risikofaktoren, die die vibrationsinduzierte Belastung modifizieren könnten, sind nicht bekannt. Die Heranziehung einer Mindestintensität und/oder einer Mindestdauer von Ganzkörpervibrationen als Voraussetzung für die Anerkennung einer Berufskrankheit würde die zu erwartende erhebliche Variabilität der individuellen Anfälligkeit nicht berücksichtigen.

Andere Gesundheitsrisiken

Epidemiologische Studien deuten darauf hin, dass Ganzkörpervibrationen ein Faktor innerhalb einer Reihe von ursächlichen Faktoren sind, die zu anderen Gesundheitsrisiken beitragen. Lärm, hohe psychische Belastungen und Schichtarbeit sind Beispiele für wichtige Begleitfaktoren, die bekanntermaßen mit Gesundheitsstörungen einhergehen. Die Ergebnisse von Untersuchungen zu Erkrankungen anderer Körpersysteme waren oft unterschiedlich oder zeigten eine paradoxe Abhängigkeit der Pathologieprävalenz von der Stärke der Ganzkörpervibration (dh eine höhere Prävalenz von Nebenwirkungen bei geringerer Intensität). Ein charakteristischer Komplex von Symptomen und pathologischen Veränderungen des Zentralnervensystems, des Muskel-Skelett-Systems und des Kreislaufsystems wurde bei Arbeitern beobachtet, die auf Maschinen zur Vibrationsverdichtung von Beton standen und Ganzkörpervibrationen über den Expositionsgrenzwert hinaus ausgesetzt waren von ISO 2631 mit Frequenzen über 40 Hz (Rumjancev 1966). Dieser Komplex wurde als „Vibrationskrankheit“ bezeichnet. Obwohl von vielen Fachleuten abgelehnt, wurde derselbe Begriff manchmal verwendet, um ein vages Krankheitsbild zu beschreiben, das durch langfristige Einwirkung niederfrequenter Ganzkörpervibrationen verursacht wurde und sich angeblich zunächst als periphere und zerebrale vegetativ-vaskuläre Störungen mit a unspezifischer funktionaler Charakter. Aus den vorliegenden Daten lässt sich schließen, dass unterschiedliche physiologische Systeme unabhängig voneinander reagieren und keine Symptome vorliegen, die als Indikator für eine durch Ganzkörpervibrationen induzierte Pathologie dienen könnten.

Nervensystem, Gleichgewichtsorgan und Gehör. Intensive Ganzkörpervibrationen mit Frequenzen über 40 Hz können Schäden und Störungen des zentralen Nervensystems verursachen. Über die Auswirkungen von Ganzkörpervibrationen bei Frequenzen unter 20 Hz wurden widersprüchliche Daten berichtet. Lediglich in einigen Studien wurde eine Zunahme von unspezifischen Beschwerden wie Kopfschmerzen und erhöhter Reizbarkeit festgestellt. Störungen des Elektroenzephalogramms (EEG) nach Langzeitexposition mit Ganzkörpervibrationen wurden von einem Autor behauptet und von anderen verneint. Einige veröffentlichte Ergebnisse stimmen mit einer verringerten vestibulären Erregbarkeit und einer höheren Inzidenz anderer vestibulärer Störungen, einschließlich Schwindel, überein. Ob es jedoch kausale Zusammenhänge zwischen Ganzkörperschwingungen und Veränderungen im Zentralnervensystem oder Vestibularsystem gibt, bleibt fraglich, da paradoxe Intensitäts-Wirkungs-Beziehungen festgestellt wurden.

In einigen Studien wurde eine zusätzliche Erhöhung der permanenten Hörschwellenverschiebungen (PTS) des Gehörs nach einer kombinierten Langzeitbelastung durch Ganzkörpervibrationen und Lärm beobachtet. Schmidt (1987) untersuchte Kraftfahrer und Techniker in der Landwirtschaft und verglich die dauerhaften Schwellenverschiebungen nach 3 und 25 Berufsjahren. Er kam zu dem Schluss, dass Ganzkörpervibrationen eine zusätzliche signifikante Schwellenverschiebung bei 3, 4, 6 und 8 kHz hervorrufen können, wenn die gewichtete Beschleunigung gemäß Internationalem Standard 2631 (ISO 1985) 1.2 m/s überschreitet² Effektivwert bei gleichzeitiger Lärmbelastung mit einem äquivalenten Pegel von mehr als 80 Dezibel (dBA).

Kreislauf und Verdauungssystem. Vier Hauptgruppen von Durchblutungsstörungen wurden mit einer höheren Inzidenz bei Arbeitern festgestellt, die Ganzkörpervibrationen ausgesetzt sind:

1. periphere Erkrankungen, wie z. B. das Raynaud-Syndrom, in der Nähe des Einsatzortes der Ganzkörpervibration (z. B. die Füße von stehenden Arbeitern oder nur in geringem Maße die Hände von Fahrern)
2. Krampfadern der Beine, Hämorrhoiden und Varikozele
3. ischämische Herzkrankheit und Bluthochdruck
4. neurovaskuläre Veränderungen.

Die Morbidität dieser Kreislaufstörungen korrelierte nicht immer mit der Stärke oder Dauer der Vibrationsexposition. Obwohl häufig eine hohe Prävalenz verschiedener Erkrankungen des Verdauungssystems beobachtet wurde, sind sich fast alle Autoren einig, dass Ganzkörpervibrationen nur eine Ursache und möglicherweise nicht die wichtigste sind.

Weibliche Fortpflanzungsorgane, Schwangerschaft und männliches Urogenitalsystem. Erhöhte Risiken für Aborte, Menstruationsstörungen und Lageanomalien (z. B. Uterusdeszensus) werden mit einer Langzeitexposition gegenüber Ganzkörpervibrationen in Verbindung gebracht (vgl. Seidel und Heide 1986). Eine unbedenkliche Expositionsgrenze zur Vermeidung eines höheren Risikos für diese Gesundheitsrisiken lässt sich aus der Literatur nicht ableiten. Die individuelle Anfälligkeit und deren zeitliche Veränderungen dürften diese biologischen Wirkungen mitbestimmen. In der verfügbaren Literatur wurde nicht über eine schädliche direkte Wirkung von Ganzkörpervibrationen auf den menschlichen Fötus berichtet, obwohl einige Tierstudien darauf hindeuten, dass Ganzkörpervibrationen den Fötus beeinträchtigen können. Der unbekannte Schwellenwert für unerwünschte Wirkungen auf die Schwangerschaft legt eine Begrenzung der beruflichen Exposition auf das niedrigste vernünftige Maß nahe.

Zum Auftreten von Erkrankungen des männlichen Urogenitalsystems liegen abweichende Ergebnisse vor. In einigen Studien wurde eine höhere Inzidenz von Prostatitis beobachtet. Andere Studien konnten diese Ergebnisse nicht bestätigen.

Standards

Es kann keine genaue Grenze angeboten werden, um Störungen durch Ganzkörpervibrationen zu verhindern, aber Normen definieren nützliche Methoden zur Quantifizierung der Vibrationsstärke. Der Internationale Standard 2631 (ISO 1974, 1985) definierte Expositionsgrenzwerte (siehe Abbildung 1), die „auf ungefähr die Hälfte des als Schmerzschwelle (oder Grenze der freiwilligen Toleranz) für gesunde menschliche Probanden angesehenen Niveaus festgelegt wurden“. Ebenfalls in Abbildung 1 dargestellt ist ein aus dem British Standard 6841 (BSI 1987b) abgeleiteter Vibrationsdosiswert für vertikale Vibration; diese Norm ähnelt teilweise einem Revisionsentwurf der Internationalen Norm.

Abbildung 1. Frequenzabhängigkeit der menschlichen Reaktion auf Ganzkörpervibrationen

Der Vibrationsdosiswert kann als die Größe einer Vibrationsdauer von einer Sekunde angesehen werden, die genauso stark wie die gemessene Vibration ist. Der Vibrationsdosiswert verwendet eine vierte Potenz der Zeitabhängigkeit, um die Vibrationsschwere über den Expositionszeitraum von der kürzestmöglichen Erschütterung bis zu einem ganzen Vibrationstag zu akkumulieren (z. B. BSI 6841):

Schwingungsdosiswert = 

Mit dem Vibrationsdosiswertverfahren kann sowohl die Schwere von Vibrationen als auch von sich wiederholenden Erschütterungen beurteilt werden. Diese Zeitabhängigkeit vierter Potenz ist einfacher zu verwenden als die Zeitabhängigkeit in ISO 2631 (siehe Abbildung 2).

Abbildung 2. Zeitabhängigkeit der menschlichen Reaktion auf eine Ganzkörpervibration

British Standard 6841 bietet die folgende Anleitung.

Hohe Vibrationsdosiswerte verursachen starke Beschwerden, Schmerzen und Verletzungen. Vibrationsdosiswerte geben auch allgemein die Schwere der Vibrationsexposition an, die sie verursacht hat. Über den genauen Zusammenhang zwischen Vibrationsdosiswerten und Verletzungsrisiko besteht derzeit jedoch keine einheitliche Meinung. Bekannt sind Schwingungsgrößen und -dauern, die Schwingungsdosiswerte im Bereich von 15 m/s erzeugen^1.75 verursacht in der Regel starke Beschwerden. Es ist davon auszugehen, dass eine erhöhte Vibrationsbelastung mit einem erhöhten Verletzungsrisiko einhergeht (BSI 1987b).

Bei hohen Vibrationsdosiswerten kann eine vorherige Prüfung der Fitness der exponierten Personen und die Gestaltung angemessener Sicherheitsvorkehrungen erforderlich sein. Auch die Notwendigkeit regelmäßiger Gesundheitskontrollen bei routinemäßig exponierten Personen kann in Erwägung gezogen werden.

Der Vibrationsdosiswert stellt ein Maß dar, mit dem sehr variable und komplexe Expositionen verglichen werden können. Organisationen können anhand des Vibrationsdosiswertes Grenzwerte oder Auslösewerte festlegen. Beispielsweise in einigen Ländern ein Schwingungsdosiswert von 15 m/s^1.75 wurde als vorläufiger Auslösewert verwendet, es kann jedoch angebracht sein, je nach Situation Vibrationen oder wiederholte Schockbelastungen auf höhere oder niedrigere Werte zu begrenzen. Ein Auslösewert dient nach heutigem Verständnis lediglich dazu, ungefähre Werte anzugeben, die möglicherweise zu hoch sind. Abbildung 2 zeigt die quadratischen Mittelwerte der Beschleunigungen, die einem Schwingungsdosiswert von 15 m/s entsprechen^1.75 für Belichtungen zwischen einer Sekunde und 24 Stunden. Jede Exposition gegenüber kontinuierlichen Vibrationen, intermittierenden Vibrationen oder wiederholten Schocks kann mit dem Auslösewert verglichen werden, indem der Vibrationsdosiswert berechnet wird. Es wäre unklug, einen angemessenen Auslösewert (oder den Expositionsgrenzwert in ISO 2631) zu überschreiten, ohne die möglichen gesundheitlichen Auswirkungen einer Exposition gegenüber Vibrationen oder Stößen zu berücksichtigen.

Das Maschinensicherheitsrichtlinie der Europäischen Wirtschaftsgemeinschaft besagt, dass Maschinen so konstruiert und gebaut sein müssen, dass Gefährdungen durch von der Maschine erzeugte Vibrationen unter Berücksichtigung des technischen Fortschritts und der Verfügbarkeit von Mitteln zur Reduzierung von Vibrationen auf das niedrigstmögliche Maß reduziert werden. Das Maschinensicherheitsrichtlinie (Rat der Europäischen Gemeinschaften 1989) fördert die Reduzierung von Vibrationen zusätzlich zur Reduzierung an der Quelle (z. B. guter Sitz).

Messung und Bewertung der Exposition

Ganzkörperschwingungen sollten an den Schnittstellen zwischen Körper und Schwingungsquelle gemessen werden. Für sitzende Personen beinhaltet dies die Platzierung von Beschleunigungsmessern auf der Sitzfläche unter den Sitzbeinhöckern der Versuchspersonen. Vibrationen werden manchmal auch an der Sitzlehne (zwischen Rückenlehne und Rückenlehne) und auch an den Füßen und Händen gemessen (siehe Abbildung 3).

Abbildung 3. Achsen zur Messung der Vibrationsexposition sitzender Personen

Epidemiologische Daten allein reichen nicht aus, um zu definieren, wie Ganzkörpervibrationen zu bewerten sind, um die relativen Gesundheitsrisiken durch die verschiedenen Arten der Vibrationsexposition vorherzusagen. Eine Berücksichtigung epidemiologischer Daten in Kombination mit einem Verständnis biodynamischer Reaktionen und subjektiver Reaktionen wird verwendet, um aktuelle Leitlinien bereitzustellen. Die Art und Weise, in der die gesundheitlichen Auswirkungen von oszillierenden Bewegungen von der Frequenz, Richtung und Dauer der Bewegung abhängen, wird derzeit als gleich oder ähnlich wie bei Vibrationsbeschwerden angenommen. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass die Gesamtexposition und nicht die durchschnittliche Exposition wichtig ist, und daher ist ein Dosismaß angemessen.

Neben der Auswertung der gemessenen Vibrationen nach aktuellen Standards ist es ratsam, die Frequenzspektren, Größen in verschiedenen Achsen und andere Eigenschaften der Exposition, einschließlich der täglichen und lebenslangen Expositionsdauer, anzugeben. Das Vorhandensein anderer nachteiliger Umweltfaktoren, insbesondere der Sitzhaltung, sollte ebenfalls berücksichtigt werden.

abwehr

Wo immer möglich, ist eine Reduzierung der Vibrationen an der Quelle zu bevorzugen. Dies kann das Reduzieren der Bodenunebenheiten oder das Reduzieren der Fahrgeschwindigkeit von Fahrzeugen umfassen. Andere Methoden zur Verringerung der Vibrationsübertragung auf Bediener erfordern ein Verständnis der Eigenschaften der Vibrationsumgebung und des Übertragungswegs der Vibration auf den Körper. Beispielsweise variiert die Stärke von Vibrationen oft je nach Standort: In einigen Bereichen werden geringere Stärken auftreten. Tabelle 2 listet einige vorbeugende Maßnahmen auf, die in Betracht gezogen werden können.

Tabelle 2. Zusammenfassung der Vorsichtsmaßnahmen, die zu berücksichtigen sind, wenn Personen Ganzkörpervibrationen ausgesetzt sind

Quelle: Adaptiert von Griffin 1990.

Sitze können so konstruiert werden, dass sie Vibrationen dämpfen. Die meisten Sitze weisen bei niedrigen Frequenzen eine Resonanz auf, was dazu führt, dass auf dem Sitz höhere vertikale Vibrationen auftreten als auf dem Boden! Bei hohen Frequenzen kommt es normalerweise zu einer Schwingungsdämpfung. Im Gebrauch liegen die Resonanzfrequenzen herkömmlicher Sitze im Bereich von 4 Hz. Die Verstärkung bei Resonanz wird teilweise durch die Dämpfung im Sitz bestimmt. Eine Erhöhung der Dämpfung der Sitzpolsterung verringert tendenziell die Verstärkung bei Resonanz, erhöht aber die Übertragbarkeit bei hohen Frequenzen. Es gibt große Unterschiede in der Übertragbarkeit zwischen den Sitzen, und diese führen zu erheblichen Unterschieden in der von Menschen wahrgenommenen Vibration.

Eine einfache numerische Angabe der Isolationseffizienz eines Sitzes für eine bestimmte Anwendung ist die effektive Amplitudenübertragung des Sitzes (SEAT) (siehe Griffin 1990). Ein SEAT-Wert größer als 100 % zeigt an, dass die Vibration auf dem Sitz insgesamt schlimmer ist als die Vibration auf dem Boden. Werte unter 100 % zeigen an, dass der Sitz eine nützliche Dämpfung bereitgestellt hat. Sitze sollten so ausgelegt sein, dass sie den niedrigsten SEAT-Wert haben, der mit anderen Beschränkungen kompatibel ist.

Bei gefederten Sitzen ist unterhalb der Sitzschale ein separater Federungsmechanismus vorgesehen. Diese Sitze, die in einigen Geländefahrzeugen, Lastkraftwagen und Reisebussen verwendet werden, haben niedrige Resonanzfrequenzen (um 2 Hz) und können daher Vibrationen bei Frequenzen über etwa 3 Hz dämpfen. Die Übertragungsfähigkeiten dieser Sitze werden normalerweise vom Sitzhersteller bestimmt, aber ihre Isolationseffizienz variiert mit den Betriebsbedingungen.

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