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Aachener Arbeitsplatzsimulationsanlage

Arbeitsmedizinische Untersuchungen zu Gesundheitsgefährdungen durch verschiedene Arbeitsplatz-Gefahrstoffe werden dadurch erschwert, dass an realen Arbeitsplätzen meistens eine Mischung verschiedener Schadstoffe vorliegt und dass die exakten Expositionsbedingungen (individuelle Dauer und Stärke) nur schwer zu ermitteln sind. Mit der „Aachener Arbeitsplatz-Simulationsanlage“, die in Zusammenarbeit mit dem RWTH-Institut für Schweiß- und Fügetechnik (ISF) betrieben wird, ist es möglich, die verschiedensten Arbeitsplatzgefahrstoffe isoliert und unter kontrollierten Bedingungen - unter Einhaltung der geltenden Arbeitsplatzgrenzwerte - im Hinblick auf ihre Wirkung auf den Menschen zu untersuchen.

Die Aachener Arbeitsplatzsimulationsanlage

Untersucht werden dabei in der Regel:

• Die äußere Exposition

Zur Messung der äußeren Exposition während der Exposition mit partikelförmigen Gefahrstoffen (Schweißrauch, Lötrauch, Staub) steht umfangreiche Messausrüstung zur Verfügung. Es kann sowohl die Massenkonzentration der Partikel als auch die Anzahlkonzentration und Anzahlgrößenverteilung mit hoher Zeitauflösung gemessen werden. Für die online-Messung gasförmiger Gefahrstoffe stehen Gasmessgeräte für die wichtigsten Gase (Ozon, NOx, CO2 und CO) zur Verfügung. Für die Erfassung weiterer luftgetragener Schadstoffe können unterschiedliche analytische Verfahren wie GC/MS, GCxGC/TOF-MS, HPLC/MS, AAS oder HPLC-ICP/MS eingesetzt werden (siehe Arbeitsplatz- und Umweltmonitoring). Diese Geräte können auch verwendet werden, um an realen Arbeitsplätzen die tatsächliche Exposition von Arbeitern zu erfassen. Ebenso besteht die Möglichkeit, vorhandene Belastung durch Bakterien oder Pilze im Innenraum oder am Arbeitsplatz zu untersuchen (siehe Mikrobiologie/Biotechnologie/Hygiene).

• Die innere Exposition

Zur Messung der inneren Exposition werden die Methoden des Biomonitoring verwendet. Dabei wird ermittelt, wie aufgenommene Gefahrstoffe aus dem Körper wieder ausgeschieden werden. Diese Methoden können verwendet werden, um aus einer inneren Exposition auf die vorangegangene äußere Exposition zu schließen und damit die Einhaltung von Arbeitsplatzgrenzwerten zu überprüfen.

• Biologische Effekte

Für viele, insbesondere partikelförmige Gefahrstoffe wird angenommen, dass diese im Körper eine Entzündungsreaktion auslösen, die bei wiederholtem Kontakt mit dem Gefahrstoff chronisch wird und nach vielen Jahren eine Lungen- oder Herz-Kreislauferkrankung hervorrufen kann. Um frühe entzündliche Reaktionen des Körpers zu identifizieren, wird während und nach der Exposition in verschiedenen Körperflüssigkeiten nach Markern für Entzündungen gesucht: im Blut (systemische Entzündung), im Nasensekret (topische Entzündung) und im Sputum (topische Entzündung). Mit weiterführenden immunologischen Methoden wird untersucht, wie der Gefahrstoff die beobachtete Entzündung induziert.

• Gesundheitliche Effekte

Mit einer Vielzahl von Verfahren kann überprüft werden, ob ein Gefahrstoff akute Beeinträchtigungen der Lungenfunktion verursacht. Neben der klassischen Spirometrie kann auch auf Bodyplethysmografie, Impulsoszillometrie oder die Messung der Diffusionskapazität für verschiedene Testgase zurückgegriffen werden.


Es wurde bislang eine Vielzahl von arbeitsmedizinischen Studien, meist in enger Kooperation mit den Berufsgenossenschaften, durchgeführt. Besonderer Fokus lag auf der Wirkung von Schweißrauchen, aber auch Lötrauche und Gase wie NO2 wurden untersucht:

  • Brand, P., Havlicek, P., Steiners, M., Holzinger, K., Reisgen, U., Kraus, T., Gube, M.
  • Exposure of healthy subjects with emissions from a gas metal arc welding process - Part 1: Exposure technique and external exposure, Int Arch Occup Environ Health.  2013, 89, 25-30.
  • Gube, M., Brand, P., Schettgen, T., Bertram, J., Gerards, K. Reisgen, U., Kraus, T. 
    Experimental exposure of healthy subjects with emissions from a gas metal arc welding process—part II: biomonitoring of chromium and nickel, Int Arch Occup Environ Health.  2013, 89, 31-38.
  • Brand, P., Bischof, K., Siry, L., Bertram, J., Schettgen, T., Reisgen, U., Kraus, T., Gube, M.
    Exposure of healthy subjects with emissions from a gas metal arc welding process - Part 3: Biological effect markers and lung function, Int Arch Occup Environ Health.  2013, 89, 39-45.
  • Brand P, Lenz K, Reisgen U, Kraus T.
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  • Hartmann L, Bauer M, Bertram J, Gube M, Lenz K, Reisgen U, Schettgen T, Kraus T, Brand P.
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  • Brand P, Bauer M, Gube M, Lenz K, Reisgen U, Spiegel-Ciobanu VE, et al.
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  • Gube M, Kraus T, Lenz K, Reisgen U, Brand P.
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  • Bertram J, Brand P, Schettgen T, Lenz K, Purrio E, Reisgen U, et al.
    Human Biomonitoring of Chromium and Nickel from an Experimental Exposure to Manual Metal Arc Welding Fumes of Low and High Alloyed Steel. Annals of Occupational Hygiene, 2015, 467-480, 59 (4).
  • Bertram J, Brand P, Hartmann L, Schettgen T, Kossack V, Lenz K, et al.
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  • Dewald E, Gube M, Baumann R, Bertram J, Kossack V, Lenz K, Reisgen U, Kraus T, Brand P.
    Assessment of the Biological Effects of Welding Fumes Emitted From Metal Active Gas and Manual Metal Arc Welding in Humans. J Occup Environ Med 2015; 57: 845-850.
  • Markert A, Baumann R, Gerhards B, Gube M, Kossack V, Kraus T, Brand P.
    Single and Combined Exposure to Zinc- and Copper-Containing Welding Fumes Lead to Asymptomatic Systemic Inflammation. J Occup Environ Med 2016; 58: 127-132.
  • Brand P, Bertram J, Chaker A, Jorres RA, Kronseder A, Kraus T, et al.
    Biological effects of inhaled nitrogen dioxide in healthy human subjects. Int Arch Occup Environ Health. 2016;89:1017-24.
  • Baumann R, Gube M, Markert A, Davatgarbenam S, Kossack V, Gerhards B, Kraus T, Brand P.
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Ansprechpartner: Dr. phil. nat. Peter Brand

phil. nat.

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