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KomNet-Wissensdatenbank

Reduktion des Sauerstoffgehaltes der Atemluft am Arbeitsplatz

KomNet Dialog 3922

Stand: 15.02.2006

Kategorie: Arbeitszeit, Arbeitsbedingungen > Sicheres Verhalten / Erkennen von Gefährdungen > Sonstige Gefährdungen und Verhaltensmaßregeln

Dialog
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Frage:

Welche Gefahren können bei der Sauerstoffreduktion in Technikräumen für den Menschen auftreten? In diesem Fall soll die Sauerstoffreduktion auf 15 - 17 % erfolgen.

Antwort:

Unverbrauchte Luft hat einen Sauerstoffanteil von 21 %. Sinkt der Sauerstoffgehalt der Luft unter 17 %, so entstehen erste Ermüdungserscheinungen. Voraussetzung für das Betreten von Bereichen mit abgesenktem Sauerstoffgehalt unter 17 Vol % ist in jedem Fall eine vorausgehende arbeitsmedizinische Untersuchung durch den zuständigen Betriebsarzt. Ferner gilt ein Sauerstoffgehalt von unter 17 Vol.-% als Sauerstoffmangel ( siehe: „Regeln für den Einsatz von Atemschutzgeräten“ ZH1/701; neu: BGR 190), damit ist ein geeigneter Atemschutz zu tragen. Das Tragen von Atemschutz darf aber keine ständige Maßnahme sein.

Die Atmung des Menschen ist ein wesentlicher Bestandteil zur Aufrechterhaltung und Regulation der Stoffwechselvorgänge des Körpers. Zur Energiegewinnung aus aufgenommenen Nährstoffen brauchen menschliche Zellen in der Regel Sauerstoff. Als Abbauprodukt muss das Kohlendioxid aus dem Körper eliminiert werden. Dieser Vorgang wird ganz allgemein als Atmung bezeichnet.

Störungen des Gasaustausches in der Lunge oder Störungen des Gastransportes im Blut führen zu einer Sauerstoffmangelversorgung der Organe. Es kommt zur Gewebehypoxie oder Gewebeanoxie. Unter den Ursachen einer Sauerstoffmangelversorgungen stehen vor allem drei im Vordergrund. Zum einen die Erniedrigung des O2-Partialdruckes im arteriellen Blut (arterielle Hypoxie), als Folge einer alveolären Hypoventilation oder eines Ventilations-Perfusions- Missverhältnisses in der Lunge oder eines verminderten O2-Angebotes in der Atemluft. Eine weitere Ursache eines verminderten O2-Angebotes an die Organe ist die Herabsetzung der Sauerstofftransportkapazität des Blutes (anämische Hypoxie), verursacht durch akute oder chronische Blutverluste oder eine mangelhafte Hämoglobinsynthese (Anämien) sowie eine Methämoglobinbildung oder eine CO-Vergiftung (funktionelle Anämie). Als dritter Hauptgrund ist die Einschränkung der Organdurchblutung durch Gefäßverschluss (ischämische Hypoxie) zu erwähnen.
Seit wenigen Jahren bedient sich eine moderne Brandschutztechnologie des partiellen Ersatzes von Sauerstoff durch Stickstoff in Räumen, in denen die Entstehung eines Brandes verhindert werden soll. Der Luftdruck bleibt dabei unverändert, so dass man in diesem Fall von normobarer Hypoxie spricht. Durch Absenkung der Sauerstoffkonzentration von normalen 20,9 Vol.-% in der Luft auf Werte unter 17 Vol.-% wird das Entstehen eines Brandes verhindert. Wie weit die Sauerstoffkonzentration abgesenkt werden muss, hängt von der Art der zu schützenden Materialen ab. In der Regel reicht eine Sauerstoffreduktion bis auf 15 Vol.-% aus. In speziellen Fällen ist aber eine Reduktion bis auf 13 Vol.-% oder darunter notwendig.
Bislang stehen kaum Daten zu den Auswirkungen von normobarer Hypoxie auf die Gesundheit der exponierten Personen zur Verfügung. Länger dauernde Erfahrungen bei Arbeitnehmenden, die sich in Bereichen mit sauerstoffreduzierter Atmosphäre aufhalten, liegen gegenwärtig noch nicht vor.
Aus arbeitsmedizinischer Sicht ist es von Bedeutung, die Auswirkungen von Hypoxie auf die Physiologie (v.a. auf Atmung, Herz-Kreislaufsystem, Blut und Gehirn) zu kennen. Prechtl (2004) untersuchte 89 Personen beiderlei Geschlechts, wovon die Hälfte jünger als 30 Jahre, die andere Hälfte älter als 45 Jahre war. Das Kollektiv sollte so die Extreme der Altersverteilung von beruflich Beschäftigten repräsentieren. Wesentliches Einschlusskriterium in die Studie war, dass in einer definierten Vorsorgeuntersuchung keine schweren kardialen oder pulmonalen Erkrankungen erkannt wurden. In einer Kabine, in der sich die gewünschte Luftsauerstoffkonzentration einstellen ließ, wurden verschiedene, standardisierte Tests durchgeführt. Diese betrafen Gedächtnis, Konzentration, Aufmerksamkeit, Sorgfalt, logisches Denken und Reaktionsfähigkeit. Jeder Teilnehmer bearbeitete die Tests kontinuierlich während 2 Stunden unter drei verschiedenen Sauerstoffkonzentrationen an drei aufeinander folgenden Werktagen: 20,9 %, 15,9 % sowie 13,8 % Sauerstoff. Die Expositionsreihenfolgen wurden so gewechselt, dass jede mögliche Reihenfolge bei gleich vielen Probanden vorkam, um Lerneffekte auszugleichen. Die Expositionen waren weder den Probanden noch den Testleitern bekannt, um Placeboeffekte zu vermeiden.
Zwischen jungen und alten Probanden zeigten sich bei allen untersuchten Parametern signifikante, zum Teil beträchtliche, Unterschiede im Leistungsvermögen.
Auswirkungen der von uns gewählten Sauerstoffkonzentrationen während körperlicher Ruhe auf Gedächtnis, Aufmerksamkeit, Konzentration, Sorgfalt, logisches Denken, Motorik und Reaktion wurden jedoch in keinem Fall nachgewiesen. Auch bei einer kombinierten Betrachtung der Einflüsse von Sauerstoff und Alter ließen sich keine Hinweise darauf finden, dass das kognitive und psychomotorische Leistungsvermögen unter Hypoxie bei älteren Personen nachgelassen hätte.

Bei der Reaktionsfähigkeit zeigte sich für die Probanden, die unter Hypoxie von 15,9 % direkt zuvor mit 1,0 W/kg KG ergometrisch belastet worden waren im Gegensatz zu Normoxie eine grenzwertig signifikante Verlängerung der Reaktionszeit (Posthoc-Analyse, p = 0,039), nicht aber für die Probanden, die den Reaktionstest ausgeruht durchgeführt hatten. Bei 13,8 % war dieser Unterschied zu 20,9 Vol.-% gerade nicht mehr signifikant (p = 0,052). Dies läßt sich als ein Hinweis interpretieren, dass unter Hypoxie in Kombination mit körperlicher Anstrengung geringfügige (hier Verlängerung der Reaktionszeit maximal 5 %) Auswirkungen auf die Reaktionsfähigkeit vorkommen können. Für eine rasche Erholung der Reaktionszeit spricht, dass die Leistungen im Determinationstest, der direkt auf den Reaktionstest folgte, nach Belastung nicht verändert waren. Für eine Beeinflussung der motorischen Teilleistungen finden sich keine Hinweise, da sich weder die reine motorische Zeit im Reaktionstest noch die Leistungen beim motorikabhängigen Determinationstest änderten. Ob sich auch andere Eigenschaften wie Konzentrationsfähigkeit, Gedächtnis, etc. nach körperlicher Belastung verändert hätten, läßt sich aus den Daten nicht beantworten.

Somit kann auf der Grundlage der Studie von Prechtl (2004) gesagt werden, dass normobare Hypoxie nach Beobachtung von klinischem Eindruck, Sauerstoffsättigung, Herzfrequenz und Blutdruck zwar eine deutliche kardiozirkulatorische Beanspruchung hervorruft, diese aber unter den o.g. Voraussetzungen einer ärztlichen Vorsorgeuntersuchung weder zu akuten gesundheitlichen Problemen noch zu einer relevanten Einschränkung der kognitiven und psychomotorischen Leistungsfähigkeit führt. Bei Arbeiten unter Hypoxie und gleichzeitiger körperlicher Belastung kann nach unseren Daten angenommen werden, dass es zu sehr geringfügigen Einschränkungen der Reaktionsfähigkeit kommen kann. Die Ergebnisse der Arbeit von Prechtl (2004) lassen den Schluss zu, dass bis zu einer Luftsauerstoffkonzentration von 13 % (auf Meereshöhe) eine Beeinträchtigung von Gesundheit und Sicherheit an entsprechenden brandgeschützten Arbeitsplätzen bei Arbeiten bis zu 2 Stunden nicht zu erwarten ist. Wichtig ist die Anmerkung, dass der CO2-Gehalt in der Studie kontrolliert wurde und zu keiner Zeit den MAK-Wert überschritten hat.

Arbeiten an Arbeitsplätzen mit sauerstoffreduzierter Atmosphäre :

Es ist ein Grundprinzip des Gesundheitsschutzes, dass gefährdende Verfahren durch weniger gefährdende ersetzt werden sollten. Dieses Prinzip wird durch die Technologie der Sauerstoffreduktion grundsätzlich verletzt. In der "Wegleitung der EKAS (der Schweiz) durch die Arbeitssicherheit“ ist zum Stichwort "Sauerstoffgehalt“ Folgendes festgehalten: "Der Sauerstoffgehalt der Atemluft soll im Normalfall zwischen 19-21 Vol.-% liegen und darf 18 Vol.-% nicht unterschreiten.“ Technologien wie die Sauerstoffreduktion dürfen deshalb nicht uneingeschränkt eingesetzt werden. Die geschützten Bereiche müssen in der Regel von Personen begangen werden können; teilweise ist auch ein längerer Aufenthalt in diesen Räumen notwendig. Die kurzfristigen sowie langfristigen Auswirkungen auf Gesundheit und körperliche sowie geistige Leistungsfähigkeit von Menschen, die in solchen sauerstoffreduzierten Atmosphären arbeiten, werden deshalb aus arbeitsmedizinischer Sicht immer bedeutsamer.

Das Arbeiten in sauerstoffreduzierter Atmosphäre ist nicht unbedenklich. Es kann zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen führen. Um dies zu verhindern, müssen bauliche, technische, organisatorische und arbeitsmedizinische Massnahmen getroffen werden.

Gefährdungen der Arbeitnehmenden können sein:

Höhenkrankheit:
Der Aufenthalt in einer sauerstoffreduzierten Atmosphäre ist zwar nicht uneingeschränkt mit einem Aufenthalt in der Höhe vergleichbar. Auch bei sauerstoffarmer Atemluft ist jedoch in Abhängigkeit der gewählten Sauerstoffkonzentration mit mehr oder weniger ausgeprägten Symptomen der akuten Höhenkrankheit zu rechnen (Kopfschmerzen, Müdigkeit, Übelkeit, Appetitlosigkeit, Schwindel und in schweren Fällen Hirn- und Lungenödeme).

Einschränkung der Leistungsfähigkeit und Erhöhung der Unfallgefahr:
Bei einem deutlich reduzierten Sauerstoffgehalt der Atemluft ist mit einer erhöhten Fehlerrate bei visuellen Aufgaben und im logischen Denken sowie mit einer verlängerten Reaktionszeit zu rechnen. Es ist nicht auszuschliessen, dass das Unfallrisiko dadurch erhöht wird.

Gefährdung bei vorbestehenden Krankheiten:
Durch die Verringerung des Sauerstoffgehalts der Atemluft und des dadurch resultierenden niedrigeren Sauerstoffpartialdrucks können vor allem Arbeitnehmende mit folgenden vorbestehenden Krankheiten in besonderem Masse gefährdet werden: Herz- und Kreislaufkrankheiten, Atemwegs- und Lungenkrankheiten, Blutkrankheiten.

Bei Sauerstoffkonzentrationen von weniger als 13 Vol.-% können schwere, nicht reversible Schäden auftreten - Todesfälle sind möglich!

Grundsätze des Gesundheitsschutzes
http://www.suva.ch/home/suvapro/branchenfachthemen/arbeiten_in_sauerstoffreduzierter_atmosphaere.htm

Folgende Grundsätze des Gesundheitsschutzes sind bei der konzeptionellen Planung und Realisierung von Räumen mit einer sauerstoffreduzierten Atmosphäre zu berücksichtigen: 
- In Räumen mit sauerstoffreduzierter Atmosphäre dürfen keine festen Arbeitsplätze eingerichtet werden. Die Räume dürfen nur zu Instandhaltungszwecken (Inspektion, Wartung, Instandsetzung) betreten werden.
- Der Restsauerstoffgehalt ist so hoch wie möglich und nur so tief wie notwendig festzulegen. Liegen keine oder zu wenig Angaben über die Brennbarkeit der Materialien vor, sind entsprechende Prüfungen bei reduzierten Sauerstoffkonzentrationen durchzuführen. 
- Bei der Planung von Räumlichkeiten mit sauerstoffreduzierten Atmosphären ist eine Risikobeurteilung für die konkrete Situation unter Einbezug von Arbeitsärzten, Arbeitshygienikern und Sicherheitsingenieuren durchzuführen. Die Risikobeurteilung muss insbesondere auch die lokalen Gegebenheiten berücksichtigen, wie Höhe über Meer, Wetter-/Luftdruckbedingungen, zusätzliche chemische, biologische oder physikalische Einwirkungen (wie Kälte), den Schweregrad der körperlichen Arbeit und psychomentale Belastungen. 
- Bezüglich der Wirkung sauerstoffreduzierter Atmosphären auf den Menschen liegen aus arbeitsmedizinischer Sicht für Sauerstoffkonzentrationen unter 13 Vol.-% keine gesicherten Daten vor. Wenn die Sauerstoffkonzentration unter 13 Vol.-% absinken kann, dürfen Arbeitnehmende die Räumlichkeiten nur mit einem Isoliergerät (von der Umgebungsatmosphäre unabhängig wirkendes Atemschutzgerät) betreten.
- Der Betreiber von Räumlichkeiten mit sauerstoffreduzierter Atmosphäre hat sicherzustellen, dass die organisatorischen, personenbezogenen und arbeitsmedizinischen Massnahmen auch bei Arbeitnehmenden von Fremdfirmen und Rettungskräften angewendet werden

Die (deutsche) Verordnung über Arbeitsstätten (ArbStättV) vom 12. August 2004 (BGBl I 2004, 2179) führt in Ziffer 5.2 Abs. 4 c aus, dass bei Arbeiten, bei denen Sauerstoffmangel auftreten kann, geeignete Maßnahmen zu treffen, um einer Gefahr vorzubeugen und eine wirksame und sofortige Hilfeleistung zu ermöglichen; Einzelarbeitsplätze in Bereichen, in denen erhöhte Gefahr von Sauerstoffmangel besteht, sind nur zulässig, wenn diese ständig von außen überwacht werden und alle geeigneten Vorkehrungen getroffen sind, um eine wirksame und sofortige wirksame und sofortige Hilfeleistung zu ermöglichen. Was ein Sauerstoffmangel ist, wird hier nicht definiert.

Die Arbeitsstätten-Richtlinie 5 (ASR 5) vom 22. August 1979 (BArbBl. 10/1979 S. 103; berichtigt durch Bek. des BMA vom 13. September 1984 (BArbBl. 12/1984 S. 85) konkretisiert zu § 5 der (alten) Arbeitsstättenverordnung wie folgt: Ausreichend gesundheitlich zuträgliche Atemluft ist in Arbeitsräumen dann vorhanden, wenn die Luftqualität im wesentlichen der Außenluftqualität entspricht, es sei denn, dass außergewöhnliche Umstände die Außenluftqualität beeinträchtigen. Außergewöhnliche Umstände sind z.B.: enge, sehr verkehrsreiche Straßen in Tallage ohne ausreichend regelmäßige Windbewegungen; unmittelbare Nähe von Produktionsanlagen mit starker Geruchsbelästigung. Extreme Witterungsverhältnisse sind dabei nicht zu berücksichtigen.

In einer in der Zeitschrift Arbeitsmed.Sozialmed.Umweltmed.39,4,2004 publizierten Studie (Seite 176, V 15) wurden GESUNDE Probanden Sauerstoffkonzentrationen von ca. 21, 16 und 14 Vol.-% ausgesetzt. Es wurden Reaktionszeit, Belastbarkeit/Reaktion auf Stress, Kurz- und Langzeitgedächtnis, Aufmerksamkeit und Konzentration (Leistungsgeschwindigkeit und logisches Denken) überprüft.
Mit absteigender Sauerstoffkonzentration stieg die Herzfrequenz (in einen für Gesunde tolerablen Bereich). Der zweistündige Aufenthalt in Räumen mit ca. 16 bzw. 14 Vol% Sauerstoff führte zu keiner akuten Erkrankung. Keine der untersuchten kognitiven und psychomotorischen Teilleistungen wurde durch die Sauerstoffreduktion beeinträchtigt.
Das veröffentlichte Fazit der Studie "Die Ergebnisse sprechen für die Sicherheit dieser neuen Technologie unter den empfohlenen Vorsichtsmaßnahmen"


Literatur

http://www.suva.ch/home/suvapro/branchenfachthemen/arbeiten_in_sauerstoffreduzierter_atmosphaere.htm

Patricia Radtke (2001): Die periphere und zentrale Gewebeoxygenierung unter akuter isovolämer Hämodilution mit der bovinen Hämoglobinlösung HBOC-201 im Vergleich zu Hydroxyäthylstärke im Tiermodell. Dissertation zur Erlangung des Grades eines Doktors der Medizin an dem Fachbereich der Medizin der Universität Hamburg

Andreas Prechtl (2004): Moderner Brandschutz: Einfluss von normobarer Hypoxie auf arbeitsmedizinisch relevante Aspekte der kognitiven und psychomotorischen Leistungsfähigkeit. Dissertation zum Erwerb des Doktorgrades der Medizin an der Medizinischen Fakultät der Ludwig-Maximilians-Universtität zu München.