Physikalische Umweltfaktoren

Zu den physikalischen Faktoren, die in der Umwelt sowie an Arbeitsplätzen auf den Menschen einwirken und als sogenannte exogene Noxen gesundheitsrelevante Wirkungen hervorrufen können, zählen im Wesentlichen Schallwellen (Lärm) und elektromagnetische Felder (nicht-ionisierende und ionisierende Strahlung). Beide Faktoren werden entsprechend der Frequenz bzw. Wellenlänge unterschieden und in Untergruppen eingeteilt.

Schall / Lärm:

Das menschliche Gehör ist in der Lage, einen weiten Schallpegelbereich (von sehr leisen bis sehr lauten Tönen (Frequenzen im Hörschallbereich von 20 Hz bis 20 kHz) zu erfassen und für die bewusste Wahrnehmung zu verarbeiten. Für Tonhöhen im Frequenzbereich der Sprache - diese liegen zwischen 300 Hz und 5 kHz - ist das Gehör sehr empfindlich. Sehr tiefe und sehr hohe Töne im Hörschallbereich werden sehr viel leiser wahrgenommen. Ultraschall (>20 kHz) kann vom menschlichen Gehör nicht erfasst werden.

Insbesondere für tiefe Töne variiert die individuelle Hör- bzw. Wahrnehmungsschwelle des Menschen stark, eine Tonhöhendifferenzierung ist unterhalb von 20 Hz (Infraschall) physiologisch nicht gegeben. Mit hinreichender Intensität (Lautstärke) wird Infraschall als Pulsation oder Druckgefühl wahrgenommen. Bei sehr hohen Schallpegeln kann tiefer Infraschall auch ein Schwingungsgefühl sowie Übelkeit, verbunden mit reflektorischen Augenbewegungen (Nystagmus), hervorrufen, was darauf hinweist, dass Infraschall spezifisch auch auf den Gleichgewichtssinn (vestibulookuläres System) einwirkt.

Unter Lärm werden im Allgemeinen Schalleinwirkungen verstanden, die aufgrund der Lautstärke und der Art der Geräusche als störend empfunden werden und bei häufiger Einwirkung nachteilige gesundheitliche Auswirkungen haben können. Lärmquellen für Umgebungslärm sind z.B. der Straßen-, Schienen- und Flugverkehr, Baustellen und Gewerbeanlagen, Wärmepumpen, Windenergieanlagen.
Aber auch Schalleinwirkungen, die nicht stören, sondern denen sich Menschen absichtlich häufig aussetzen wie z. B. hohe Schallpegel in Diskotheken und von tragbaren Musikabspielgeräten können in erster Linie Gehörschäden verursachen.

Nicht-ionisierende Strahlung:

Im Frequenzspektrum der nichtionisierenden Strahlen wird unterschieden zwischen:

  • statischen elektrischen und magnetischen Feldern, z. B. das Erdmagnetfeld, Felder von Stromtrassen oder die Kernspin-Tomographie;
  • niederfrequenten Feldern (1 Hz bis 100 Hz), z. B. Felder von Hochspannungsleitungen, des Bahnstroms, und Elektroinstallationen;
  • hochfrequenten Feldern (100 kHz bis 300 GHz), z. B. Felder von Rundfunk, Fernsehen und Mobilfunk.

Die Wirkung elektromagnetischer Felder auf den Menschen hängt von der Frequenz und der Feldstärke ab. Niederfrequente elektromagnetische Felder mit Frequenzen bis etwa 30 kHz können mit ihrer magnetischen Feldkomponente direkt elektrische Felder und Ströme im Körper induzieren und Reizerscheinungen an Nerven- und Muskelzellen hervorrufen.

Hochfrequente elektromagnetische Felder dringen bei gleicher Energie weniger tief in den Körper ein, mit zunehmender Frequenz sinkt die Eindringtiefe des Feldes. Wird Strahlungsenergie vom Körper absorbiert, findet immer eine Umwandlung in andere Energieformen (biochemische Reaktionen, Molekülrotationen, ...) statt. Bei solchen Umwandlungen entsteht letztendlich Wärme. Diese Wärme wird in Mikrowellenherden durch hochfrequente Felder im Frequenzbereich von einigen GHz erzeugt. Nach den Mikrowellen kommt ab 300 GHz im Frequenzspektrum die Infrarotstrahlung als die klassische Wärmestrahlung.

Der menschliche Organismus reagiert direkt auf die aktuelle Lufttemperatur und weitere Klimafaktoren wie Luftfeuchte, Luftgeschwindigkeit und Sonneneinstrahlung, beziehungsweise auf Wetterlagen und Wetterumschwünge.

Nach der Infrarotstrahlung kommt im Frequenzspektrum das sichtbare Licht mit der Farbenfolge (rot, gelb, grün, blau). Licht mit hohem Blauanteil kann über photosensitive Zellen auf der Augennetzhaut (intrinsische retinale Ganglienzellen) das hormonelle (Melatonin, …) und damit auch das zirkadiane System (Innere Uhr) beeinflussen. Dadurch können bei wiederkehrenden abendlichen Licht-Expositionen der Tag-Nacht-Rhythmus verändert und nicht zuletzt Schlafstörungen ausgelöst werden.

Im Frequenzspektrum folgt nach dem blauen und violetten Licht die ultraviolette (UV) Strahlung mit dem langwelligen Anteil UV-A und den kurzwelligen Anteilen UV-B und UV-C.

Bei entsprechend hoher Energie kann kurzwelliges Licht auch Linse und Netzhaut des Auges schädigen und damit auch zur Entstehung der altersabhängigen Makuladegeneration (Degenration der Stelle des schärfsten Sehens auf der Netzhaut) beitragen. Die schädigende Wirkung verstärkt sich mit abnehmender Wellenlänge, d.h. ultraviolette (UV) und violette Strahlung ist grundsätzlich gefährlicher als blaues Licht. Für die Netzhaut des adulten Auges stellt blaues Licht dennoch die größere Gefahr dar, da UV- und violettes Licht zu einem großen Teil von der Linse absorbiert wird. Es ist bekannt, dass die Kataraktentstehung durch UV- und violettes Licht gefördert wird.

Ionisierende Strahlung:

Nach der ultravioletten (UV) Strahlung folgt im Frequenzspektrum die energiereiche ionisierende Strahlung. Während Alpha- und Beta-Strahlung eine Teilchenstrahlung ist (Alpha- besteht aus Heliumkernen und Beta- aus Elektronen oder Positronen) befindet sich Röntgen-, gefolgt von Gammastrahlung am energiereichen Ende des Frequenzspektrums.

  • Alpha-Strahlung (z.B. Radon),
  • Beta- Strahlung (Elektronen/Positronen) und
  • Gamma-Strahlung (z.B. Röntgen, Computer-Tomografie).

Fazit:

Für die Wirkung des jeweiligen physikalischen Umweltfaktors bzw. der gesundheitlichen Relevanz der Noxe ist die Intensität und die Häufigkeit der Einwirkung auf den Menschen entscheidend. Dies wird insbesondere am Beispiel der ultravioletten (UV) Strahlung deutlich: Speziell UV-B - Strahlung ist einerseits für den körpereigenen Vitamin-D-Stoffwechsel wichtig, andererseits kann übermäßige Exposition gegenüber UV-Strahlung Schäden an Haut (z.B. Hautkrebs) und Augen (z.B. Katarakt) verursachen und auf das Immunsystem einwirken. Deshalb ist eine wohldosierte, bewusste Exposition gegenüber natürlicher sowie künstlicher UV-Strahlung unerlässlich. Generell gilt, die Exposition vorsorglich durch entsprechende Verhaltensweisen und Schutzmaßnahmen (Lärmreduktion, Gehörschutz, Freisprecheinrichtung und Flugmodus am Handy, Schutzbrille, Sonnenschutz, Strahlenschutz, …) zu minimieren.