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Probenahmeverfahren für Bioaerosole

Als Bioaerosole bezeichnet man Umgebungsluft, die biologische Inhaltsstoffe wie Schimmelpilzsporen und / oder Bakterien enthält. Für derartige Mischungen gibt es bis heute keine Bewertungsmaßstäbe bezüglich ihrer Wirkung auf den Menschen. Neben Innenraumluftbelastungen mit Schimmelpilzsporen und Bakterien haben Bioerosole eine besondere Bedeutung bei Messungen der Arbeitsplatzatmosphäre und dort insbesondere bei Immissionsmessungen aus Abfallbehandlungsanlagen. Gesundheitsrelevante Wirkungen der Inhalation von Bioerosolen sind derzeit noch sehr unvollständig bekannt. Daher besteht in diesem Gebiet weiterer Entwicklungsbedarf, um die mikrobiellen Emissionen mit geeigneten Messverfahren gezielt zu erfassen und zu bewerten. Dazu eignen sich Sammelverfahren mit Keimsammlern.

Bei Messungen ist vor allem die hohe Streuung (Variabilität) der jeweils ermittelten Konzentrationswerte an luftgetragenen Mikroorganismen beträchtlich. Hauptursache dafür ist eine mangelnde Vergleichbarkeit der Luftkeimmessverfahren, da eine Standardisierung und Validierung dieser Verfahren und den verwendeten Probenahmegeräten bislang fehlt. Eine umfassende Validierung liegt z. Zt. für kein Verfahren der Luftkeimmessung vor. Zwar existiert ein Kalibrationsverfahren nach europäischer Norm prEN13205, aber dieses Verfahren für Bioerosol-Probenahmegeräte ermittelt lediglich die physikalische Effizienz der Sammler beim Abscheiden von luftgetragenen Partikeln. Laut dieser Norm wird die Abscheiderate mit Prüfaerosolen bekannter Größe, Dichte und Form ermittelt. Dazu können Materialien wie Polystyrol-Latexmischungen dienen.

Derzeit wird auch eine europäische Norm erarbeitet, die auch die Prüfkriterien für Bioaerosolmessverfahren festlegen soll. Somit ist zu erwarten, dass in weiterer Zukunft Geräte auf dem Markt erscheinen, die nach einer Norm validiert worden sind. Damit wenigstens alle Messinstitute ein einheitliches Messverfahren anwenden können, wurde in Deutschland durch das Bundesministerium für Arbeit- und Sozialordnung in den technischen Regeln für biologische Arbeitsstoffe (TRBA 430) ein Messverfahren für luftgetragene Schimmelpilzsporen standardisiert.

Mit diesem Verfahren wurden auch schon Versuche durchgeführt, um die Vergleichbarkeit sicherzustellen. Bei diesen sogenannten Ringversuchen wurden aber keine einheitlich im Labor belegten Filter benutzt. Stattdessen erfolgte eine Probenahme durch die beteiligten Einrichtungen unter natürlichen Expositionsbedingungen in der Sortierkabine eines Kompostwerkes. Die Ringversuche ergaben hohe Abweichungen untereinander und die niedrigsten und höchsten ermittelten Werte unterschieden sich um den Faktor 3,5 voneinander. Diese Abweichungen sind jedoch nicht ausschließlich laborbedingt, sondern lagen auch an der ungleichmäßigen Beaufschlagung der Filter durch die räumliche und zeitliche Schwankung der Sporenkonzentration.

Auch in einem zweiten durchgeführten Ringversuch mit den vorgenannten Messverfahren nach TRBA 430, ergaben sich ähnlich schlechte Werte. Dabei schwankte das Verhältnis zwischen Minimum und Maximum der von den Teilnehmern nachgewiesenen Sporenkonzentration im Mittel um den Faktor 27; die mittlere relative Standardabweichung lag bei 76 %.

Die Tests zeigen, dass mikrobiologische Probenahmeverfahren mit relativ hohen Abweichungen von Messung zu Messung durchgeführt werden. Derzeit arbeitet man an einem Verfahren, um definiert belegte Probenahmefilter im Labor zu erstellen und so die Grundlage dafür zu schaffen, dass in weiteren Ringversuchen die laborbedingten Abweichungen ermittelt werden könne. Dazu werden derzeit Strömungskanäle entwickelt, die zu einer definierten Beaufschlagung von Probenahmefiltern führen. In der Zeitschrift â??Gefahrstoffe â?? Reinhaltung der Luft" (60-2000 Nr. 10, Oktober 2000) wird ein Verfahren zu Herstellung von standardisierten Prüferosolen mit Schimmelpilzsporen beschrieben.

Neben technischen Einzelheiten zu dem Verfahren, ist eine der Hauptschwierigkeiten, dass Schimmelpilzsporen in der Luft Agglomerate bilden können, die letztendlich das Prüfergebnis verfälschen. Unter Agglomeration versteht man dabei das Zusammenhaften von mehreren Sporen, die gleichzeitig an einer Stelle des beaufschlagten Filters bzw. Nährbodens landen.

Derartige Agglomerate sind erklärlich, wenn man näher betrachtet, wie die Sporen auf den Konidienträgern  der Schimmelpilze wachsen und bei Belastung abgetrennt werden. Zwischen den einzelnen Sporen existieren dabei bei den meisten Schimmelpilzen Sollbruchstellen, die bei mechanischer Belastung wie Zug oder Erschütterungen des Substrates brechen und dazu führen, dass Sporen in die Luft übergehen können. Wenn der Bruch dabei an den unteren Stellen der Konidienketten stattfindet, gelangen größere Agglomerate von Sporen in die Luft und werden auch dort nicht weiter getrennt. Bei Ausplattierung oder Abscheidungen auf Nährböden bleiben derartige Agglomerate ebenfalls erhalten.

Bei Aufschwemmungen und Ausplattieren von aus Materialproben stammenden Sporenmengen muss sogar mit einem hohen Maß an Agglomeration gerechnet werden. Dieser Umstand führt dann häufig dazu, dass die Keimzahlen in Materialproben nicht richtig ermittelt werden. Um diesem entgegen zu wirken, werden Homogenisationsverfahren für mikrobiologische Proben wie z. B. Ultraschallbad -Behandlung angewendet. Zwar trennt eine derartige Ultraschallbehandlung die Agglomerate zum Teil auf, gleichzeitig sinkt aber die Rate der keimfähigen Sporen während dieser Behandlung deutlich ab.

Unsere Messverfahren werden nach TRBA 430 mit einem Sammler Sartorius MD8 oder Probenahmekopf PGP durchgeführt. Alternativ können Keimsammlungen mit dem im klinischen Bereich weitläufig benutzten Sammler RCS+ durchgeführt werden.

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