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UV-Strahlungsbelastung beim Schweißen, Teilprojekt 2 "Biologische Wirksamkeit von intermittierender und gepulster inkohärenter optischer Strahlung"

Projektnummer: F 2377 Projektdurchführung: Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA) / Elbe-Kliniken Stade-Buxtehude gGmbH, Klinik für Dermatologie, Labor für Molekulare Zellbiologie Status: Abgeschlossenes Projekt

Projektbeschreibung:

Das zu Beginn des Forschungsprojektes beauftragte wissenschaftliche Gutachten beinhaltet neben einer Begründung auch die Konkretisierung von Forschungsfragen hinsichtlich gepulster inkohärenter optischer Strahlung am Arbeitsplatz. Ausgehend von einer Darlegung der Erkenntnisse zu photothermischen und photochemischen Wirkungen optischer Strahlung auf biologisches Gewebe werden entsprechende Gefährdungen von Auge und Haut beschrieben. Die national und international vorliegenden Expositionsgrenzwerte werden vergleichend dargestellt und deren historische Entwicklung mit Blick auf gepulste Strahlungsquellen erläutert. Darauf aufbauend erfolgt die Festlegung strahlungsrelevanter Parametergrenzen sowohl aus Sicht des Impuls- bzw. Pulsverhaltens als auch bezüglich der Spektralbereiche für die im zweiten Teil des Projektes durchgeführten experimentellen Untersuchungen. Abschließend werden Vorschläge für biologisches Gewebe und Strukturen gemacht, an denen diese Experimente stattfinden können.

Die in einer Pilotstudie vorab durchgeführten kontinuierlichen (cw) und gepulsten UV-Bestrahlungen von Sporenfilmen dienten der Validierung des experimentellen Studiendesigns und konnten eine um etwa 30 % erhöhte schädigende biologische Wirkung (Desinfektionsrate) von gepulster im Vergleich zu cw-UV-Strahlung nachweisen. Untersuchungen zum Bunsen-Roscoe-Gesetz zeigten sowohl für sehr hohe als auch für sehr kleine Bestrahlungsstärken dessen eingeschränkten Gültigkeitsbereich. Eine Variation von Impulsdauer und Impulswiederholfrequenz resultierte in einer linearen bzw. exponentiellen Abhängigkeit der Desinfektionsrate. Hinweise deuteten auf einen Einfluss der Experimentdauer bzw. der Anzahl applizierter Impulse auf die Desinfektionsrate.

Basierend auf dem Gutachten und der Pilotstudie wurde in einer externen Forschungseinrichtung humane Haut in vitro gegenüber cw und gepulster UV-Strahlung exponiert. Dosis-Effekt-Kurven für die Induktion und Reparatur von Cyclobutanpyrimidindimeren (CPDs) nach cw-Bestrahlung zeigten lineares Verhalten, bei weiter steigenden Dosen setzte vermutlich eine (Fluoreszenz) Sättigung ein. Basale Zellen wiesen eine um 20 % höhere Reparaturkapazität auf als suprabasalen Zellen.
Im Hinblick auf das Bunsen-Roscoe-Gesetz konnten für die CPD-Induktion, die CPD-Reparatur und die Apoptose keine bzw. nur geringe Unterschiede zwischen gepulster und cw-Bestrahlung gefunden werden. Das Akkumulationsprinzip ist anwendbar. Die Reziprozitätsregel galt jedoch nicht, wenn dem betrachteten Endpunkt zelluläre Prozesse als Strahlenantwort zugrunde lagen.
Sowohl bei Variation der Impulswiederholfrequenz als auch der Impulsdauer ergaben sich keine Effekte in Bezug auf die CPD-Induktion, jedoch hinsichtlich der DNA-Reparatur sowie der Apoptose-Induktion. Zudem stellte die Experimentdauer einen zu berücksichtigenden Faktor dar.

Die Ergebnisse aus F 2377 legen den vorläufigen Schluss nahe, dass der Einsatz gepulster UV-Strahlungsquellen am Arbeitsplatz verglichen mit cw-UV-Bestrahlung nicht zu einer höheren Schadensinduktion oder zu einer Beeinträchtigung der Schadensprozessierung in Hautzellen führt. Das bisherige Expositionsgrenzwertkonzept bleibt somit bestehen.

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Fachgruppe 2.2 "Physikalische Faktoren"

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