Die Entstehung und Entwicklung von Silikose

Die Ursachen und Entstehungsweise von Silikose

Der freischwebende kristalline Quarz (Siliziumdioxid SiO₂ ~ Kieselsäure) ist so mikroskopisch klein, dass er nicht einmal mit blossem Auge zuerkennen ist. Aufgrund seine Größe (Korngrößen kleiner als 7 µm bzw. 5 µm¹) kann der besonders feine quarzhaltige Staub ungehindert in tieferer Regionen der Lunge eindringen und ablagern. Zudem besitzt   er die schädliche Eigenschaft, schwer löslich und giftig zu sein. Sonach kann die Lunge mit Abhusten oder durch schleimproduzierenden Abwehrmechanismen der lungengängige mineralische Staub nur bedingt abtransportieren (gestörte Reinigungsfunktion = Clearance-Störung). Besonders der eingeatmete Quarzfeinstaub, der bis in die Verästelungen der dünnwändigen Lungenbläschen, spricht die Alveolen gelangen, setzt sich in der Lungengewebe fest. Der Körper schaltet dann andere Abwehrmechanismen und Reperaturmechanismen ein, um die nicht abtransportierte winzige abgelagerten Stäube zu isolieren und zu umschliessen. Sogenannte weiße Blutzellen „Fresszellen“ (Makrophagen) nehmen die eingedrungenen Staubpartikeln in ihren Zellenkörper auf (Endozytose), um sie in ihren Bestandteile zu zerlegen und unschädlich zu machen. In der Zelle versuchen mehrere subzelluläre Organellen (primäre Lysosomen) der Fremdkörper zu ummanteln. Daraus entsteht ein sekundäres Lysosom (Phagolysosom), das mithilfe von sauren Enzyme (Hydrolasen)(pH = 5) möglicher organischen Fremdkörpern aufzulösen versucht. Dieser Vorgang wird Phagozytose genannt.

 

Jedoch können die unlöslichen unorganischen Quarzpartikeln nicht abgebaut werden. Währenddessen wandern die weissen Blutkörperchen (Makrophagen) in die Lungenbläschenzwischenräume (Alveolarsepten), in die Lungenstützgewebe (Interstitum) und weiter in der Umgebung der dortigen Blutgefäße und der Lymphgefäßes (Perivaskulärraum), dann über den Lymphfluss in die Lymphknoten. In dem sekundären Lysosom (Zellbläschen) kommt es zu einer biochemischen Reaktionen zwischen dem Quarzpartikel und sauren Enzyme, wobei giftige reaktive Sauerstoffverbindungen (reactive oxygen species (ROS)) enstehen. Quarz ist hydrophil (hydro = lat. Wasser, philos = gr. liebend; wasserliebend), wirkt katalytisch und ist wegen seine grossen kristalline Oberfläche in der Lage fettähnlichen Substanzen (Lipoproteine) zu adsorbieren. Die wasserbindende Wirkung des Quarzstaubs verstärkt die sauren Gehalt der Enzyme (pH > 5 -> 4 -3 ). Die Sauerstoffmetaboliten lösen ein oxidative Stress aus, genauer gesagt das oxidante und antioxidante Gleichgewicht der Zelle kippt. Die hohen giftigen Eigenschaften (Toxizität) dieser Sauerstoffverbindungen führen zur Zerstörungen von Wasserstoffbrückenbindungen des schützenden Membrans, wobei seine Eiweissstruktur (Proteinkonformation) irreversibel verändert wird. Der einfache Membran der intrazellulären sekundären Lysosomen, der die zellvergiftende (zytotoxisch) Enzyme vom übrigen Zellinhalt abgegrenzt, versteift sich und bricht. Die Enzyme breiten sich in der Zelle aus und führen zu deren Absterben (Nekrobiose). Mit der weiteren Freisetzung der Quarzpartikel, welche weitere weissen Blutzellen (Makrophagen) anlockt, beginnt der zellzerstörende Zyklus von neuem. An der betreffenden Stellen entsteht eine chonische Entzündung mit Eiterbildung, sowie eine Bildung von Granulationsgewebe und später permanenten Narbengewebe (Karnifikation), die durch Riesenzellen, Entzündungszellen und Plasmazellen (Fribroblasten, Histiozyten) abkapseln. Die knotenartigen Bindegewebeneubildungen (Silikoseknötchen) und vermehrte Schleimbildung (Hyperplasie). Durch den lymphogenen Abtransport der Quarzpartikel und anschliessende induzierte Zelltod wird den Lymphstrom gehemmt bzw.werden die Lymphbahnen gestört. Die fortschreitende krankhafte Bindegewebsvermehrung (Lungenfibrose) nimmt die Oberfläche des Luftaustausches bzw. der gesunden atemfähigen Lunge allmählich ab. Es kommt zu einer starken Gewebeschrumpfung der ursprünglich gesunden Lungenoberfläche und zur Versteifung der Lunge (Pleuraverkalkung, Pleuraschwarte). Zunehmend mindert sich die Ventilation (Beluftung), Diffusion (Luftaustausch), Perfusion (Ernährung und Reinigung des Gewebes) der Lunge sowie ihre Lungenelastität. Von der anfangs nur leichtgradigen Lungenveränderungen schreitet die Krankheit schliesslich zum Stillstand;
Einflussfaktoren
Die Entstehung von Silikose ist von Quarzsorte, Quarzmenge (Konzentration), Staubkorngröße (Durchmesser), Staubkorndichte (Korngrößenverteilung), Expositionsdauer (Aussetzungszeitraum) sowie die mineralische Beimischung der Stäube (Zusammensetzung) und die individuelle gesundheitliche Situation des Betroffeners abhängig.

Chemische Reaktion
Die genaue chemische Kettenreaktion der Quarzpartikel mit den Hydrolasen der Lysosomen ist nicht vollständig geklärt. Es wird zusätzlich vermütet, dass auf der Oberfläche der Quarzpartikeln (SiO2) sich reaktonsfreudiger Siloxanbrücken (Si-O-Si), Silanole (SiOH), ionisierte Silanole (SiO-) und Siliziummonoxide (SiO) befinden.
Krankheitsverlauf
Je nach Grad der Staubbelastung unterscheidet man zwischen akuter und chronischer Silikose.
Chronische Silikose bleibt in der Regel jahrzehntelange oft unbemerkt (symptomlos) und beginnt schleichend. Die Latenzzeit, genauer gesagt die Zeit von der Inhalation bis zum Ausbruch der Lungenkrankheit, kann 10 bis mehrere Jahrzehnten dauern, auch nach Wegfall der Staubexposition, bis die ersten Symptome auftreten bzw. bis die Lungenkrankheit diagnostiziert wird. Die Krankheit schreitet langsam in Schüben, aber unaufhaltsam bis zum Tod fort.
Wogegen eine akute Silikose oder Frühsilikose nach nur kurzer Staubexposition bei massiver extremer Quarzstaubbelastung plotzlich ausbricht. Sie führt schnell zur Veränderung des Lungengewebes und in vielen Fällen zum frühzeitigen Tod. kann die Erkrankung mit einem fortgesetzten knotigen Umbau des Lungengewebes voranschreiten. Haupttodesursache des Silikosekranken sind Rechtsherzversagen, Ateminsuffizienz und Lungentüberkulose d Dass bei einer kurzen Einwirkungsdauer bei entsprechend hoher Quarzstaub-Konzentration
die kritische Dosis für eine Silikose erreicht werden kann, ist erwiesen.

>>>> Symptome

Quellen:

1. Bogatu, Bettina Ulrike; Die Adsorption von Lipoproteinen an der Oberfläche fibrogener und inerter Mineralstäube, Humbolt Universität Berlin, Berlin, (2004), WWW hier