15. Berufliche Exposition

Der Arbeitsplatz prägt die Mikrobiota so beständig wie die Ernährung: Landwirtinnen und Landwirte tragen eine reichhaltigere Flora, während Schichtarbeit und das Krankenhausumfeld schützende Gemeinschaften auszehren.

Berufliche Expositionen und ihre Wirkung auf die Mikroorganismen

Ihr Arbeitsplatz prägt Ihre Mikrobiota so beständig wie Ihre Ernährung [39] [39].

Den größten Teil des 19. und 20. Jahrhunderts hindurch wurde die berufsbedingte Lungenerkrankung nach einem einzigen Denkmuster verstanden: Eingeatmete Partikel schädigen Lungengewebe, und geschädigtes Lungengewebe vernarbt. Die Kohlenstaublunge der Bergleute – die schwarze Lunge – wurde in den 1830er-Jahren von britischen Ärzten als eigenes Krankheitsbild erkannt und war 1943 im Vereinigten Königreich Gegenstand wegweisender Entschädigungsgesetzgebung. Die Farmerlunge, verursacht durch das Einatmen von Staub aus verschimmeltem Heu mit Sporen von Saccharopolyspora rectivirgula, wurde in den 1960er-Jahren als exogen allergische Alveolitis charakterisiert. Beide Zustände wurden als Antwort des Immunsystems auf ein eingeatmetes berufliches Antigen verstanden: bei der schwarzen Lunge als Entzündungsreaktion auf Kohlenstoff und Siliziumdioxid, bei der Farmerlunge als T-Zell-vermittelte Reaktion auf Pilz- und Bakteriensporen. Der Darm gehörte zu keinem der beiden klinischen Bilder. Die heutige arbeitsmedizinische Forschung hat seither belegt, dass eine chronische berufliche Belastung mit Feinstaub, chemischen Lösungsmitteln, Schwermetallen und mikrobiellen Antigenen am Arbeitsplatz die Zusammensetzung des Darmmikrobioms systematisch verändert – über systemische Entzündungssignale, über die unmittelbare Belastung der Darmschleimhaut durch verschluckte Partikel und über neurologische Stressreaktionen. Die Lungenerkrankung, die das 19. Jahrhundert beschrieb, war die sichtbare Folge. Die Darmdysbiose, die sie begleitete, war nicht sichtbar. Da war sie dennoch.

Berufliche Umgebungen stellen einige der am stärksten spezialisierten Bedingungen mikrobieller Belastung dar, denen menschliche Bevölkerungsgruppen regelmäßig begegnen, und die Forschung zur beruflichen Mikrobiota hat Erkenntnisse hervorgebracht, die sich auf das Verständnis von Umweltwirkungen auf die Mikrobiota im weiteren Sinn übertragen lassen. Eine Studie zu Landwirtinnen und Landwirten – der Gruppe mit den am beständigsten dokumentierten günstigen Mikrobiota-Assoziationen – wurde von Levin und Kolleginnen und Kollegen veröffentlicht; sie untersuchte die Darmmikrobiota von Amish-Landwirtinnen und -Landwirten, traditionell weidewirtschaftenden Gruppen und städtischen Kontrollpersonen in mehreren Ländern. [264] Die mikrobiotaschützenden Wirkungen des landwirtschaftlichen Umfelds beruhen auf dem Kontakt mit vielfältigen Bodenorganismen, tierischen Kommensalen und fermentierten oder unverarbeiteten Lebensmitteln – denselben Faktoren, die in den GABRIELA-/PARSIFAL-Bauernhofstudien zu Asthma im Kindesalter identifiziert wurden. Die Darmmikrobiota der Landwirtinnen und Landwirte zeigte eine höhere Vielfalt, eine höhere Abundanz von Prevotella und Ruminococcus und niedrigere Marker der Darmdurchlässigkeit als bei ernährungsgleich zugeordneten städtischen Kontrollpersonen. [257] Am entgegengesetzten Ende des beruflichen Mikrobiotaspektrums zeigte Gesundheitspersonal in Intensiv- und Operationsbereichen veränderte Haut- und Darmmikrobiotaprofile, die mit einer hohen antimikrobiellen Belastung verbunden sind – sowohl durch Desinfektionsmittel in der Umgebung als auch durch den klinischen Antibiotikaeinsatz, der das Krankenhausumfeld mit seiner hohen antimikrobiellen Last erzeugt. Beschäftigte in der Kanalisation zeigten eine Darmmikrobiota, die mit Umweltorganismen angereichert war, darunter nicht pathogene Bacteroidetes-Arten, die in der Allgemeinbevölkerung nicht häufig vorkommen. Bei Feuerwehrleuten zeigte sich eine veränderte Mikrobiota im Zusammenhang mit der Einatmung von Chemikalien aus Verbrennungsprodukten. [24] Die Literatur zur beruflichen Mikrobiota veranschaulicht ein allgemeines Prinzip: Chronische Umweltbelastungen prägen die Zusammensetzung der Mikrobiota in einer Richtung, die zu den Selektionsdrücken passt, die diese Umgebungen erzeugen. Berufe, die die Belastung mit mikrobieller Umweltvielfalt erhöhen, begünstigen tendenziell eine höhere mikrobielle Vielfalt im Darm; Berufe, die die antimikrobielle oder chemische Belastung erhöhen, verringern sie tendenziell. Dieses Prinzip fließt in eine individualisierte Mikrobiotaberatung ein, die den beruflichen Kontext neben Ernährungs- und Lebensstilfaktoren berücksichtigt.

Die systematische Erforschung der Frage, wie der Beruf die Darmmikrobiota prägt, begann in der Agrarmedizin. Eine Studie von Lowry und Kolleginnen und Kollegen an Landwirtinnen und Landwirten in den Vereinigten Staaten fand, dass konventionell wirtschaftende Betriebe mit synthetischen Pestiziden und Antibiotika in der Tierhaltung im Vergleich zu ökologisch wirtschaftenden Betrieben mit ähnlichen Ernährungsmustern eine geringere Vielfalt der Darmmikrobiota aufwiesen – was zeigte, dass die berufliche Chemikalienbelastung und nicht der ländliche Lebensstil an sich den Unterschied trieb. [264] Die Literatur zur beruflichen Mikrobiota erstreckt sich über mehrere Expositionskategorien. Gesundheitspersonal, besonders auf Intensiv- und Operationsstationen, zeigt eine Anreicherung versorgungsassoziierter Organismen (Vancomycin-resistente Enterokokken, Extended-Spectrum-Beta-Laktamase-bildende Enterobacteriaceae) in der Darmmikrobiota in Raten oberhalb der Prävalenz in der Allgemeinbevölkerung, was die berufliche Belastung durch die Pathobiontengemeinschaften von Gesundheitseinrichtungen widerspiegelt. Beschäftigte im Bergbau und in der Schwermetallindustrie zeigen Störungsmuster der Darmmikrobiota, die zu den für Umweltbelastungen beschriebenen Schwermetall-Mikrobiota-Mechanismen passen. Schichtarbeitende und Personen mit unregelmäßigen Arbeitszeiten zeigen eine zirkadian bedingte Störung der Mikrobiota unabhängig von Ernährungsmustern. [257] Eine 2020 in Environmental Research veröffentlichte Studie an Feuerwehrleuten fand, dass die Zusammensetzung der Darm- und Hautmikrobiota mit der Häufigkeit des aktiven Feuereinsatzes zusammenhing: Feuerwehrleute in Rollen mit hoher Belastung zeigten im Vergleich zu Verwaltungspersonal eine geringere mikrobielle Vielfalt im Darm und eine höhere relative Abundanz stressassoziierter Taxa. Der Effekt wurde auf kombinierte berufliche Belastungen zurückgeführt: Verbrennungschemikalien, psychische Belastung, unregelmäßiger Schlaf und körperliche Anstrengung. [24] Die klinische Schlussfolgerung für die Arbeitsmedizin lautet, dass die Überwachung der Darmmikrobiota in Bevölkerungsgruppen mit systematischen beruflichen chemischen, biologischen oder physikalischen Belastungen zu einem nützlichen Biomarker werden könnte – als integrativer Anzeiger der kumulativen Wirkung des Arbeitsumfelds auf die Mikrobiota, der herkömmliche arbeitsmedizinische Biomarker ergänzt [24].

Der Arbeitsplatz ist einer der beständigsten Umwelteinflüsse auf die mikrobielle Belastung des Menschen. Menschen verbringen den Großteil ihrer wachen Stunden in beruflichen Umgebungen, und die mikrobiellen, chemischen und physikalischen Merkmale dieser Umgebungen beeinflussen die Darmmikrobiota über direkte Exposition, Immunmodulation, chemische Wirkungen auf Schleimhautbarrieren und sekundäre Auswirkungen auf Schlaf, Stress und Ernährung [264].

Landwirtschaftliche Umgebungen veranschaulichen die Komplexität beruflicher Mikrobiota-Wirkungen gut. Landwirtinnen und Landwirte, Tierhaltende und Gartenbaubeschäftigte begegnen täglich boden- und nutztierassoziierten Mikroorganismen, von denen viele mikrobiombereichernde Kontakte darstellen, die in städtischen Umgebungen nicht verfügbar sind. Studien zeigen durchgängig, dass Personen mit landwirtschaftlichem beruflichem Hintergrund eine höhere mikrobielle Vielfalt im Darm und ein breiteres Repertoire an Umweltarten aufweisen als städtische und im Büro tätige Bevölkerungsgruppen.

Das Gesundheitswesen schafft einen gegenläufigen mikrobiellen Kontext. Häufige Händedesinfektion, Handschuhgebrauch, Kontakt mit antibiotikaresistenten Erregern und regelmäßige Antibiotikaprophylaxe oder -therapie kennzeichnen das berufliche Mikrobiom des Gesundheitspersonals. Dieses Umfeld ist im Vergleich zu Berufen außerhalb des Gesundheitswesens mit einer erhöhten Trägerschaft krankenhausassoziierter Erreger und einer verringerten Vielfalt an Kommensalen verbunden.

Büro- und Innenraumarbeitsplätze fügen weitere Einflussebenen hinzu. Klimatisierte Gebäude weisen üblicherweise eine geringe mikrobielle Umweltvielfalt auf, mit einem eingeschränkten und oft erregerlastigen Innenraummikrobiom. Bewegungsarmes Verhalten – ein Merkmal der meisten Bürotätigkeiten – verringert die mikrobielle Vielfalt im Darm unabhängig davon über eine verringerte Darmmotilität und eine veränderte Verfügbarkeit von Stoffwechselsubstraten.

Industrielle Berufe bringen nichtmikrobielle chemische Faktoren ein: Lösungsmittel, Schwermetalle, Verbrennungsprodukte und Feinstaub wurden über Schleimhauttoxizität, systemische Entzündung und Immunstörung mit Veränderungen der Darmmikrobiota in Verbindung gebracht. Beschäftigte in diesen Umgebungen tragen eine kombinierte mikrobielle und chemische Belastungslast.

Schichtarbeit und Berufe mit unregelmäßigen Arbeitszeiten, Nachtarbeit oder häufigen Reisen stören die zirkadianen Rhythmen. Eine zirkadiane Störung gilt heute als eigenständiger Mikrobiota-Modifikator; mikrobielle Gemeinschaften im Darm haben eigene schwingende Rhythmen, die am Schlaf-Wach-Zyklus des Wirts ausgerichtet sind, und Schichtarbeit erzeugt durchgängig dysbiotische Signaturen, die mit denen eines chronischen Jetlags vergleichbar sind.

Berufliche Einflüsse wirken nicht isoliert. Ernährung, Medikamenteneinnahme, Rauchen, Stress und sozioökonomische Bedingungen wirken mit Belastungen am Arbeitsplatz zusammen und ergeben individuelle Mikrobiotaverläufe. Die Berufsanamnese ist daher am besten als eine Ebene innerhalb eines umfassenderen ökologischen Bildes zu verstehen.

Die berufliche mikrobielle Exposition in der klinischen Praxis ausbalancieren

In der klinischen Mikrobiotaversorgung wird die Berufsanamnese als Teil der Erstbeurteilung erhoben. Das Arbeitsumfeld gibt Auskunft über das zu erwartende Hintergrundmuster der mikrobiellen Belastung, macht chemische oder antimikrobielle Belastungen sichtbar, die zu einer Dysbiose beitragen können, und hilft, individuelle Mikrobiotabefunde einzuordnen.

Im Gesundheitswesen besteht das vorrangige Ziel darin, eine wirksame Infektionsprävention aufrechtzuerhalten und zugleich eine unnötige chemische antimikrobielle Belastung außerhalb vorgeschriebener Hochrisikoprozeduren zu vermeiden. Die üblichen Händehygieneprotokolle verwenden alkoholbasierte Desinfektionsmittel, die die Schleimhäute weniger breit beeinträchtigen als wiederholtes Waschen mit Seife samt Störung der Hautbarriere. Außerhalb klinischer Prozeduren ist milde Seife für die routinemäßige Handreinigung vorzuziehen.

In landwirtschaftlichen Berufen besteht die Herausforderung darin, den mikrobiotabereichernden Nutzen des natürlichen mikrobiellen Kontakts zu bewahren und zugleich zoonotische und pestizidbezogene Risiken zu begrenzen. Geeignete Schutzausrüstung verhindert die Belastung mit Hochrisikoerregern, ohne den mikrobiellen Hintergrundkontakt mit der Umwelt zu beseitigen, der die Vielfalt der Kommensalen stützt.

Für Büro- und Innenraumbeschäftigte zielen ausgleichende Strategien auf die geringe mikrobielle Umweltvielfalt klimatisierter Gebäude. Regelmäßige Zeit im Freien – in Parks, Gärten oder natürlichen Umgebungen – bringt Umweltmikroorganismen ein, die die mikrobielle Vielfalt unterstützen. Bewegungspausen wirken den Auswirkungen sitzender Tätigkeit auf die Darmmotilität entgegen.

Industriebeschäftigte benötigen Aufmerksamkeit sowohl für den Arbeitsschutz als auch für mikrobiotaspezifische Abmilderung. Eine unnötige Chemikalienbelastung im Rahmen der Sicherheitsvorgaben zu minimieren, die Barrierefunktion des Darms über die Ernährung zu unterstützen und oxidativen Stress über antioxidanzienreiche Lebensmittel zu bewältigen gleicht die Wirkungen industrieller Chemikalien auf die Mikrobiota teilweise aus.

Schichtarbeitende und Vielreisende werden zur Stabilisierung des zirkadianen Rhythmus als vorrangiger Mikrobiotamaßnahme angeleitet. Gleichbleibende Essenszeiten verankern die zirkadianen Rhythmen des Darms unabhängig von wechselnden Schlafzeiten. Gezielte Lichtexposition, gegebenenfalls der Einsatz von Melatonin und Schlafhygiene während der Rotationsphasen verringern die zirkadiane Störung und ihre Folgen für die Mikrobiota.

Über alle Berufe hinweg wird ein ausgewogener Umgang mit Hygiene beibehalten: die notwendige Sauberkeit, ohne ein mikrobiell steriles persönliches Umfeld zu schaffen, das nützliche Umweltkontakte beseitigt. Zeit im Freien, Kontakt mit natürlichen Umgebungen und Ernährungsvielfalt gleichen berufliche antimikrobielle Belastungen aus.

Wirkungen auf die Mikrobiota

• Arbeit in der Landwirtschaft und Tierhaltung ist mit dem Kontakt zu einem breiteren Spektrum an Umweltmikroorganismen verbunden, was durchgängig mit einer höheren mikrobiellen Vielfalt im Darm und einer Anreicherung von Arten einhergeht, die in städtischen Bevölkerungsgruppen selten sind [257] [264].
• Berufe im Gesundheitswesen bringen eine wiederholte Belastung mit krankenhausassoziierten Erregern (Clostridioides difficile (früher Clostridium difficile), MRSA, carbapenemresistente Erreger) und den regelmäßigen Gebrauch von Desinfektionsmitteln mit sich, verbunden mit einer verringerten Vielfalt an Kommensalen und einer erhöhten Trägerschaft von Pathobionten [24] [257].
• Innenraum- und Bürotätigkeit ist mit einer geringen mikrobiellen Umweltvielfalt in klimatisierten Gebäuden und mit bewegungsarmem Verhalten verknüpft, die beide unabhängig voneinander mit einem verringerten Artenreichtum im Darm und einer verringerten SCFA-Bildung assoziiert sind.
• Chemische und industrielle Belastungen (Lösungsmittel, Schwermetalle, Verbrennungsprodukte) sind über eine Toxizität für das Schleimhautepithel, eine erhöhte Darmdurchlässigkeit und eine systemische Entzündungsaktivierung mit Veränderungen der Zusammensetzung der Darmmikrobiota assoziiert.
• Schichtarbeit und zirkadiane Störung führen zu einer Störung der Schwingungen der Darmmikrobiota mit Rückgängen der Vielfalt, veränderten zeitlichen Mustern des mikrobiellen Stoffwechsels und dysbiotischen Signaturen, die mit Modellen chronischen Jetlags oder Schlafmangels vergleichbar sind.
• Beruflicher Stress – besonders in Berufen mit hohen Anforderungen – aktiviert die HPA-Achse^[G] und die sympathische Stressantwort, mit nachgeschalteten Wirkungen auf Darmmotilität, Darmdurchlässigkeit und mukosale Immunfunktion, die die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft unabhängig davon verändern.

Hinweise für Patientinnen und Patienten

• Geben Sie zu Beginn der Mikrobiotabeurteilung eine Berufsanamnese an – das Arbeitsumfeld ist eine bedeutsame ökologische Größe.
• Halten Sie die notwendige Hygiene am Arbeitsplatz ein, vermeiden Sie aber den routinemäßigen übermäßigen Gebrauch starker Desinfektionsmittel außerhalb von Hochrisikosituationen.
• Verbringen Sie regelmäßig Zeit im Freien, um Innenräume mit geringer Vielfalt auszugleichen – streben Sie täglich mindestens 30 Minuten in natürlicher Umgebung an.
• Haben Sie nach Möglichkeit Umgang mit Erde, Tieren und natürlichen Umgebungen, um die mikrobielle Umweltexposition zu unterstützen.
• Verankern Sie bei Schichtarbeit die Essenszeiten so gleichmäßig wie möglich, um die zirkadianen Rhythmen des Darms über Dienstplanwechsel hinweg zu unterstützen.
• Schützen Sie Ihre Schlafzeiten während der Rotationsphasen; nutzen Sie gezielte Lichtexposition und Schlafhygiene, um die zirkadiane Störung zu verringern.
• Verwenden Sie für die alltägliche Händehygiene milde Seife, sofern das Infektionsrisiko keine stärkeren Mittel erfordert.
• Bauen Sie bei sitzender Tätigkeit regelmäßige Bewegungspausen ein, um die Darmmotilität zu unterstützen.
• Bevorzugen Sie ballaststoffreiche Mahlzeiten, um die mikrobielle Stabilität zu unterstützen, besonders in Phasen hoher beruflicher Belastung oder Chemikalienexposition.
• Beobachten Sie Veränderungen der Verdauung nach neuen beruflichen Belastungen und besprechen Sie sie mit Ihrem klinischen Team.

Literatur

[24] Sonnenburg JL, Bäckhed F. Diet–microbiota interactions as moderators of human metabolism. Nature. 2016. Link

[39] Koh A, De Vadder F, Kovatcheva-Datchary P, Bäckhed F. From Dietary Fiber to Host Physiology: Short-Chain Fatty Acids as Key Bacterial Metabolites. Cell. 2016. Link

[257] Rook, G. A. Regulation of the immune system by biodiversity from the natural environment. Proc Natl Acad Sci USA. 2013. Link

[264] von Mutius E, Vercelli D. Farm living: effects on childhood asthma and allergy. Nat Rev Immunol. 2010. Link