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Art der Gefährdungen und deren Wirkungen

Die mit der Exposition gegenüber optischer Strahlung einhergehenden gesundheitlichen Gefährdungen sind vielfältig, betreffen jedoch aufgrund der relativ geringen (wellenlängenabhängigen) Eindringtiefe optischer Strahlung in menschliches Gewebe vor allem Augen und Haut. Dabei hängt das Schädigungspotenzial u. a. von der Wellenlänge, der Expositionsdauer, der Bestrahlungsstärke und der mit dem jeweiligen Arbeitsmittel realisierten Betriebsart (kontinuierlich oder gepulst) ab.

Photochemische Wirkungen

Expositionsdauern im Minutenbereich mit geringen Bestrahlungsstärken können zu photochemischen Wirkungen im Gewebe führen, bei denen die Energie der Photonen in chemische Reaktionsenergie umgesetzt wird. Diese Effekte dominieren vor allem für UV- und kurzwellige sichtbare Strahlung. Bestimmte Biomoleküle absorbieren dabei auftreffende Strahlung, wobei schlussendlich freie Radikale erzeugt werden, die umgebende zelluläre Moleküle wie Proteine oder die Erbsubstanz Desoxyribonukleinsäure (DNS) schädigen können. UV-Strahlung ist darüber hinaus so energiereich, dass chemische Bindungen gespalten und dadurch Bausteine der DNS falsch verknüpft werden. Derartige Schädigungen der DNS können krebsauslösend wirken.

Thermische Wirkungen

Bei Expositionsdauern von Millisekunden bis wenigen Sekunden mit Bestrahlungsstärken von etwa 100 Wcm-2 im langwelligen Teil des sichtbaren Spektrums und im IR-Spektralbereich sind thermische Effekte zu beobachten. Dabei erhitzt sich das exponierte Gewebe durch verstärkte Molekülschwingung und es kann ein Schaden entstehen.

Es besteht ein grundlegender Unterschied zwischen thermischen und photochemischen Wirkungen: Bleibt bei der thermischen Wirkung die Temperatur des Gewebes auch bei länger dauernder Absorption von Photonen unterhalb eines Schwellwerts, so ist keine Schädigung zu erwarten. Bei der photochemischen Wirkung kann jedoch bereits die Absorption eines Photons zu Schädigungen auf molekularer Ebene führen. Diese Veränderungen sind kumulativ.

Gefährdungen des Auges

Schäden der Retina sind besonders schwerwiegend und können zu erheblichen Beeinträchtigungen des Sehvermögens führen. Im Hinblick auf eine potenzielle Netzhautschädigung muss berücksichtigt werden, dass auch IRA-Strahlung bis 1 400 nm von der Augenlinse auf die Netzhaut abgebildet wird. Obwohl sie nicht wahrgenommen wird, da keine entsprechenden Rezeptoren vorhanden sind, kann sie dort Schädigungen hervorrufen. Thermische Netzhautschädigungen sind irreversibel und werden hauptsächlich durch Laserstrahlung verursacht.

Abb. 6.4-2 Schematischer Aufbau des menschlichen Auges. Die Pfeillänge gibt die Eindringtiefe der verschiedenen Spektralbereiche wieder. Abbildung 6.4-2 (Vergrößerung öffnet sich im neuen Fenster) Abb. 6.4-2 Schematischer Aufbau des menschlichen Auges. Die Pfeillänge gibt die Eindringtiefe der verschiedenen Spektralbereiche wieder.

UV- sowie IRB- und IRC-Strahlung wird überwiegend durch Wasser in den vorderen Augenmedien (Hornhaut und Linse) absorbiert. UV-Strahlung kann photochemische Reaktionen auslösen, die zu sehr schmerzhaften Entzündungen der Hornhaut (Photokeratitis) und/oder der Bindehaut (Photokonjunktivitis) führen. Dabei werden die äußeren Zellen zerstört und nach etwa vier bis zwölf Stunden treten starke Augenschmerzen auf. Diese Schädigung ist jedoch reversibel.

Wiederholte Einwirkung von UV-Strahlung auch mit Intensitäten, die unterhalb derjenigen liegen, die zu einer akuten Horn- bzw. Bindehautentzündung führen, kann langfristig eine irreversible Linsentrübung (Katarakt) verursachen. Hierbei handelt es sich um einen Prozess, dessen Wirkung über einen längeren Zeitraum, meist Jahrzehnte, kumuliert. IR-Strahlung kann ebenfalls zu einer Linsentrübung führen.

Blendung ist eine indirekte schädliche Wirkung optischer Strahlung und kann das Sehen derart beeinträchtigen, dass es z. B. zu Unfällen bei sicherheitsrelevanten Tätigkeiten etwa im Straßenverkehr oder an Maschinen kommt. Die Dauer der Blendungsbeeinträchtigung kann dabei je nach Einwirkung auch für längere Zeiträume auftreten.

Gefährdungen der Haut

Aufgrund der wellenlängenabhängigen Eindringtiefe optischer Strahlung sind verschiedene Hautschichten unterschiedlich stark betroffen. UV- und langwellige IR-Strahlung wird größtenteils von der Epidermis absorbiert, wohingegen UVA-, sichtbare und IRA-Strahlung tiefer eindringen können.

Abbildung 6.4-3 Schematischer Hautquerschnitt mit wellenlängenabhängiger Eindringtiefe, visualisiert durch die unterschiedlichen Pfeillängen Abbildung 6.4-3 (Vergrößerung öffnet sich im neuen Fenster) Abb. 6.4-3 Schematischer Hautquerschnitt mit wellenlängenabhängiger Eindringtiefe, visualisiert durch die unterschiedlichen Pfeillängen

Die Bildung eines Erythems (Hautrötung, Sonnenbrand) entsteht vorwiegend durch UVB-Strahlung. Eine chronische UV-Exposition, insbesondere gegenüber UVA-Strahlung, kann zu einer vorzeitigen Hautalterung führen, die durch eine faltige Lederhaut charakterisiert ist. Hautkarzinome (Basaliom, Spinaliom, malignes Malinom) sind die schwerwiegendste Langzeitfolge übermäßiger UV-Expositionen.

Bei Einwirkung intensiver IR-Strahlung kann es zur Verbrennung kommen. Bei lang andauernder Hautbestrahlung spielen sowohl Fragen der Wärmeleitung als auch der Wärmeabfuhr durch das Blut eine Rolle. Aufgrund der Durchblutung des Gewebes und der damit verbundenen Wärmeabfuhr wird die Temperaturerhöhung begrenzt.

Laserstrahlung ist kohärent und wird für den jeweiligen Anwendungszweck meist stark gebündelt. Im Vergleich zu IOS liegt kein grundlegend unterschiedliches Schädigungspotenzial vor, aufgrund der guten Fokussierbarkeit können jedoch deutlich höhere Bestrahlungsstärken oder Strahldichten und damit viel größere Gefährdungspotenziale entstehen. Dieses betrifft im besonderen Maße auch die Gefährdung durch Blendung. Bei gepulster Laserstrahlung kann darüber hinaus die Energiedeposition im Gewebe innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde extrem hoch sein, weshalb eine besondere Gefährdungsbeurteilung erforderlich ist.

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