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2.2. Nahrung und Lebensbedingung der Schimmelpilze

Pilze sind chlorphyllfreie Organismen. Die Pilze ernähren sich vorwiegend heterotroph - von organischen Substanzen lebender und toter Organismen. [17]

Die wesentlichen Wachstumsvoraussetzungen sind eng an das Vorhandensein von Wasser gekoppelt, welches zur Synthese von Zellmaterial und zur Energiegewinnung der im Wasser gelösten Nährstoffe benötigt wird. [16] In unserer natürlichen Umgebung erfolgt ein Wachstum, wenn bei einer bestimmten Temperatur, einer genügend hohen relativen Luftfeuchtigkeit und dem Vorhandensein der erforderlichen Nahrungssubstrate über eine bestimmte Zeitperiode vorliegen.

M. E. Wird die Bedeutung der Qualität des Wassers auf das Wachstum der Mikroorganismen bisher unterschätzt. Es ist bekannt, dass hexagonales Wasser eine optimalen Einfluss auf den Zellwachstum hat. Wasser hat auch ein "Gedächtnis" und reagiert mit seiner Struktur auf äußere Schwingungseinflüsse. Wasser ist aber auch ein Informationsträger. In den Beträgen "Wasser - Eigenschaften für das Leben und unsere Gesundheit, Das Schwingungsinformationsfeld eines Wohngebäudes und der Mensch" und "Der gekoppelte Feuchte- und Informationstransport".

Ändern sich diese Bedingungen, so wird das Wachstum eingeschränkt, verbessern sich diese wieder, so kann selbst scheinbar abgestorbenes Myzel auch nach Monaten neu auskeimen. [18] Gute Lebensbedingungen liegen bei einem pH-Wert ab 2 vorwiegend zwischen 4,5 bis 6,5 auch bis 8 und einer Temperatur von 0ºC bis +40ºC vor. Pilze bevorzugen allgemein Nährmedien mit geringen pH-Werten (3,5 bis 6,5 wie z. B. in sauren Waldböden und Äckern) [3], dagegen bevorzugen Bakterien einen neutralen bis alkalischen Bereich. Die meisten Organismen wachsen in einem pH-Bereich zwischen 6-8 und werden neutrophil genannt.

Die Wachstumsgeschwindigkeit einer Zelle hängt vom pH-Wert des umgebenden Mediums ab. Daneben kann auch der Stoffwechselprozess, die Zellmorphologie, die Zusammensetzung der Zellwand und der Zellumhüllung u. a. beeinflussten. [19] Das Wachstum vieler Schimmelpilze bewegt sich einen breiten pH-Bereich, wo hingegen die Synthese von Mykotoxinen stark pH-Wert abhängig ist. Aber auch bei den Stoffwechselprozessen können die Ausscheidungen den pH-Wert des Substrates verändern. [20] Die Toxinproduktion ist auch von der Jahreszeit abhängig. Im Frühjahr (April-Mai) produzieren die Pilze unter gleichen klimatischen Bedingungen mehr als im Herbst.[21]

Ändert sich sprunghaft der pH-Wert (meist reicht hier schon eine Wertänderung von 1-2) auch nur für einen kürzeren Zeitraum, so kann aus der Wachstumsphase (exponentielle oder stationäre Phase) sehr schnell eine Absterbephase werden. Im Fermentationsbetrieb (technische Herstellung von Mikroorganismen) nennt man das pH-Schock. Im Gebäude können sich durchaus die pH-Werte, vor allem der Wandbaustoffe ändern, z. B. die ätzende Wirkung bei feuchtem Kalk.

Auch das Redoxpotenzial der Nährlösung ist wichtig. Auch werden keine Ansprüche an die Zusammensetzung der Atmosphäre gestellt, wenn sie im üblichen klimatischen Bereich liegen.

Als Nährmedien müssen vorhanden sein:

Diese Nährmedien befinden sich in unserer natürlichen Umgebung und somit auch im Gebäude. Hierzu zählen z. B. Cellulose, Lignin, Proteine, Glucose, Maltose, Pektine, Lipide, Keratin, Saccharose und andere Polymere. Das sind z. B. Bestandteile im Tapetenkleister, in der Raufasertapete, in der Dispersionsfarbe, im Holz, im Papier, in den Textilien, in Kunststoffen und Gummi vor allem die beigefügten Weichmacher, im Staub, im Fett uvm. Aber im Gebäude werden nicht nur Baustoffe befallen, sondern sie wachsen viel mehr auf gelagerten Nahrungsmitteln, wie Früchte, Gemüse, Getreide, Fleisch, Obstsäfte u. a., sowie auf Abfällen im Mülleimer bzw. –beutel. Auch von diesen kann eine hohe Belastung ausgehen.

Die jeweiligen Mikroorganismen haben sich in der Regel auf den Abbau bestimmter Substanzen unter bestimmten klimatischen Bedingungen spezialisiert. Auch bei annähernd gleichen klimatischen Bedingungen können in zwei gleichen Räumen jeweils unterschiedliche Pilzkonzentrationen auftreten. Für eine mögliche Erhöhung der Pilzkonzentration ist nicht nur der Anstieg der Raumluftfeuchte (dichtere Fenster und sparsamere Heizungsnutzung) oder die Temperatur verantwortlich. Es spielt daneben auch das Vorhandensein bestimmter Nährmedien eine Rolle. Allein das Vorhandensein von Kohlenhydraten reicht nicht aus. Es müssen auch bestimmte Spurenelemente Kationen (z. B. Co++, Mg++) und Anionen (z. B. P, S, N) vorhanden sein. Dagegen wirkt Kalzium (Kalkstein CaCO3) als Inhibitor2)

Für viele Mikroorganismen sind die Nährstoffbedürfnisse noch unbekannt. Für die Kultivierung nimmt man daher keine reinen oder definierten Verbindungen, sondern komplexe Gemische wie Molke, Maisquellwasser oder Sojabohnenextrakt. Diese Nährmedien werden als komplex oder undefiniert bezeichnet. [16]

Heutige Bau- und Beschichtungsstoffe sowie vor allem synthetischer Einrichtungs- oder Haushaltsgegenstände können die erforderlichen Nährsubstanzen liefern, die für einen optimalen Wachstumsprozess erforderlich sind oder auch diesen hemmen. Selbst der Mörtel, früher aus Luft- bzw. Sumpfkalk hergestellt, bestehen aus einer Vielzahl an chemischen Zusätzen (Additive), um die Verarbeitbarkeit zu verbessern. Zum Beispiel dient Acryl-Hydrosol (Tiefengrund) zur Verbesserung der Eigenschaft der Wandoberfläche. Welche Wechselwirkungen treten aber auf? Auch wenn es lösungsmittelfrei sein soll und so die Gesundheit aus heutiger Sicht nicht gefährdet. Genau diese Stoffgemische können die erforderlichen Spurenelemente und Wachstumsfaktoren für die Mikroorganismen liefern.

Waren die Haushalte vor 40 Jahren noch annähernd frei von synthetischen Stoffen, so haben sich diese in der Zwischenzeit in kleine chemische Laboratorien verwandelt, angefangen von Duftstoffen, WC-Reiniger, über Ausgasungen aus Wohnraumtextilien und Möbel bis hin zur Bauhülle.

Die Wechselwirkung einer Schimmelpilzbildung und vorhandener Schadstoffe in der Raumluft bzw. chemische Spurenelemente an den Oberflächen sollte daher auch Gegenstand künftiger Forschungsthemen sein und sich nicht nur allein auf das Lüftungsverhalten orientieren.

Die Temperatur beeinflusst den Stoffwechsel, die Nährstoffansprüche, die Biomassezusammensetzung der Zelle und vor allem die Wachstumsgeschwindigkeit der Mikroorganismen. Liegt die Temperatur 10-25°C unterhalb des Temperaturoptimums, so verlangsamen sich die Transportprozesse und die Wachstumsgeschwindigkeit bewegen sich in Richtung Null (Bild 2.2.1.) Dagegen bewirkt eine Temperaturerhöhung im optimalen Bereich eine überproportionale Steigerung der Wachstumsgeschwindigkeit. In der Praxis wird dies deutlich, warum in einem Gebäude bei annähernd gleicher relativer Luftfeuchtigkeit und Nutzungsverhalten in 5 Wohnungen kein und in einer Wohnung Schimmelpilzbefall festgestellt wird. Hier können Temperaturunterschiede von 2-3 K vorliegen. Diese Tatsache wird auch im folgenden Isoplethensystem berücksichtigt.

 Temperatureinfluss Wchstumskurve
Bild 2.2.1: Temperatureinfluss auf die Wachstumsgeschwindigkeit von Mikroorganismen

Erläuterung zur Wachstumskurve:
Minimum geleeartige Membran, langsamer Transportprozess
Optimal maximale Geschwindigkeit der enzymatischen Reaktion
Maximum Protein-Denaturierung, Zusammenbruch der Cytoplasmamembran, thermische Lyse

Hinsichtlich ihrer Ansprüche an optimale Temperaturbedingungen verhalten sich Mikroorganismen sehr unterschiedlich. Man unterscheidet die Schimmelpilze nach ihren optimalen Wachstumstemperaturen, mesophile Schimmelpilze bei 25-35ºC, thermotolerante Schimmelpilze bei 30-40ºC und thermophile Schimmelpilze bei 35-55ºC (max. ca. 60ºC). [22] Vervollständigt werden soll die Einteilung mit den psychrophilen Organismen (unter 0ºC bis 20ºC). Hierzu gehören vorwiegend marine Bakterien und Eisenbakterien. Thermophile Bakterien erreichen ihre Grenze bei 70ºC und extrem thermophile Organismen zwischen 80-90ºC (z. B. Gattungen Bacillus und Clostridium), Bakterien die oberhalb 90 und 100ºC wachsen nennt man hyperthermophile Organismen. [23]

Die wesentlichen Wachstumsvoraussetzungen sind die Temperatur, die Feuchte in der Luft und das Substrat, welche über eine bestimmte Zeitperiode vorliegen muss. [24] Nachfolgend soll das Isoplethensystem für Sporenauskeimung der Schimmelpilze beschrieben werden (Bild 2.2.2.). In diesem Modell werden jedoch die Einflüsse von Substraten (Baustoffe und Verschmutzung) und anderer Randbedingungen nicht berücksichtigt, jedoch lassen sich Zusammenhänge gut verdeutlichen.

Isoplethensysteme für Sporenauskeimung
Bild 2.2.2.: Isoplethensysteme für Sporenauskeimung der Schimmelpilze in Tagen (Aspergillus restrictus (links) und Aspergillus versicolor (rechts). [25]

In diesem Schema kann man erkennen, dass bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von über 90% und um 30 °C die Sporen bereits nach einem Tag auskeimen. Aber auch bei einer hohen relativen Luftfeuchte von 90 bis 95 % muss nicht unbedingt sofort eine Schimmelpilzbildung entstehen, z. B. wenn die Temperatur niedrig ist und andere Wachstumsvoraussetzungen (andere Substratzusammensetzungen) vorliegen. Hinzu kommt auch, dass die Schimmelpilzarten einen bestimmten aw-Wert (Wasseraktivität)3)) benötigen, unter den sie nicht mehr wachsen. Z. B. Aspergillus restrictus benötigen eine Feuchte von 71-75 %, dagegen benötigt Stachybotrys chartarum eine Feuchte von 94%. Im Winter haben wir nicht durchgängig eine gleiche Außentemperatur. Über mehrere Tage (ca. 10-14 Tage) liegt eine sehr niedrige Außentemperatur vor, dann wechselt das Wetter und es wird wieder wärmer. Bei dieser weniger warmen Außentemperatur sinkt die Oberflächentemperatur an der Innenwandoberfläche, je nach Wärmespeichervermögen und Wärmeleitfähigkeit des Wandbaustoffs. Damit erhöht sich auch die relative Luftfeuchte an der Oberfläche. Obwohl eine hohe Feuchtigkeit (z. B. 80-85 %) vorliegt, kann sich bei einer niedrigeren Oberflächentemperatur die Zeit für eine Sporenauskeimung so weit verlängern, dass in dieser Zeitperiode kaum eine Sporenauskeimung erfolgt, wie es im Bild 2.2.2. die Sporenauskeimzeit im Temperaturbereiche zwischen 0 bis 10 °C erkennbar ist. Hingegen kann bei einer wesentlich höheren Oberflächentemperatur, z. B. 15 bis 18 °C, und bei niedrigerer relativer Luftfeuchte von 77 bis 80 % am gleichen Wandbaustoff bereits nach wenigen Tagen eine Schimmelpilzbildung erfolgen. In der Anlage 10 werden einzelne Beispiele gegenübergestellt.

Isoplethensysteme für die Sporenauskeimung
Bild 2.2.3.: Verallgemeinerten Isoplethensysteme für die Sporenauskeimung, das für alle Pilze der Substratgruppe I Bild oben) und II (Bild unten) gilt.

Hier werden aber eine Reihe von anderen Faktoren, z. B. Substrate usw., nicht berücksichtigt, daher hat man ein weiteres Modell entwickelt. In diesem wird der Feuchtehaushalt einer Spore in Abhängigkeit von instationären Randbedingungen rechnerisch ermittelt, sodass auch ein zwischenzeitliches Austrocknen der Pilzsporen berücksichtigt wird. (Der Grundgedanke beruht auf das instationäre biohygrothermische Verfahren und soll hier nicht weiter erläutert werden. Dazu mehr unter [26]. In der Grafik (Bild 2.2.3.) werden die verallgemeinerten Isoplethensysteme für die Sporenauskeimung dargestellt. Die Limo-Kurve stellt dabei die temperaturabhängig tiefste relative Feuchte dar, bei der eine Sporenauskeimung erfolgen kann. Werden diese Werte unterschritten, so ist unter normalen Bedingungen nicht mit einer Schimmelpilzbildung an der Wandoberfläche zu rechnen.

Der Substratgruppe I gehört an:
Biologisch verwertbare Substanzen, wie z. B. Tapete (vor allem Raufasertapete), Gipskartonbauplatten, Bauprodukte aus gut abbaubaren Rohstoffen, dauerelastische Fugenmaterialien

Der Substratgruppe II gehören an:
Baustoffe mit porigem Gefüge, z. B. Putze, mineralische Baustoffe, manche Hölzer sowie Dämmstoffe, die nicht unter die Gruppe I fallen.

Der Substratgruppe III gehören an:
Alle Baustoffe, die unter normalen Bedingungen nicht abgebaut werden und keine Nährstoffe enthalten. [26]

Mit dieser Grafik kann in Zusammenhang mit der Anlage 4 (Luftfeuchte und Taupunkttemperatur) die Möglichkeit einer erhöhten Schimmelpilzbildung an einer Wandoberfläche unter normalen Bedingungen abgeschätzt werden. Es wirken jedoch noch eine Vielzahl andere Faktoren, die in den Folgepunkten behandelt werden.

Unter dem Link ib-rauch.de/Beratung/schim/feucht1.php steht ein Tool zur Bestimmung der feuchteabhängigen Schimmelpilzbildung unter Berücksichtigung der o. g. Einflussfaktoren zur Verfügung.

Für den Beginn einer Schimmelpilzbildung ist auch die Zeitdauer der höheren Feuchte (ca. ab einer relativen Luftfeuchte von 80 %) der Raumluft oder an der Baustoffoberfläche von Bedeutung. Die Gipswand eines Badezimmers muss mindestens die Hälfte des Tages trocken sein, um keine Pilze zu züchten. In einem stationären Laborversuch wurde eine Periode von 4 Stunden Wachstumsklima pro Tag ermittelt, wo ein Pilzwachstum erfolgt. In der Praxis sollte sich diese Periode über einige Tage (5) wiederholen. [27] Eine andere Quelle besagt eine Zeitdauer von 3 Stunden und bei Feuchtespitzen bis 2 Std. erfolgt keine Schimmelpilzbildung. Solche Feuchtebelastungen können z. B. unbewusst durch die Nachtabsenkung oder durch kurzzeitig offen gelassene Türen innerhalb der Wohnung oder in einem Einfamilienhaus entstehen. Im letzten Fall kann wärmere Raumluft in kühlere Räume einströmen.

2.3. Vorkommen der Schimmelpilze in der natürlichen Umgebung

Die Konzentration der Sporen ist im Winter verhältnismäßig niedrig, sie steigt dann in Mitteleuropa in den Sommermonaten (September) beachtlich an. Dabei hängt diese einmal von der höheren relativen Luftfeuchte und der Temperatur sowie auch von der Staubmenge in der Raumluft ab, da sich Mikroorganismen an Staubteilchen anhängen. (Bei den Sterilversuchen [1983-85] hatten wir bei Extremfällen Größenbereiche, die weit über die erfassbaren Messwerte reichten (> 106Teilchen/m³.) Ihre Anzahl steigt besonders dann an, wenn mit Materialien gearbeitet wird, wo viel Staub entsteht, wie in Scheunen, Mühlen, Tierställe, in der Holzverarbeitung uvm. In der freien Luft ist die Lebensdauer von Pilzsporen von der Temperatur, der Luftgeschwindigkeit und der Sonneneinstrahlung abhängig. Farblose Sporen werden rasch durch die UV-Strahlung abgetötet.

Daher dominieren pigmentierte Sporen von Alternaria und Cladosporium, Schwärzepilze, die überall auf verrottendes organisches Material wachsen. Alle Mikroorganismen beginnen ihr Leben als einzelne Zelle oder Spore und sind in der natürlichen Umgebungsluft vorhanden. Dabei können jahreszeitlich abhängig Größenordnungen von 1000 bis 10.000 Pilzsporen/m³ Umgebungsluft vorhanden sein. Dem gegenüber ist die Anzahl von Bakterien in der Luft nicht vom Nährstoffangebot, der Feuchtigkeit und Temperatur abhängig. Die Keimzahl in der Luft ist kein Ausdruck von Wachstum und Vermehrung, sie wird vom Anteil der Luftverschmutzung (Staubpartikel) bestimmt. Diese ist wiederum abhängig von den geografischen Bedingungen, Wetter, Klima, Besiedlungsdichte, Jahre- und Tageszeit, Bodenbedeckung und Landschaftsstruktur. Meist bleiben Bakterien in unmittelbarer Nähe ihres Herkunftsortes. [28]

Durch das Belüften des Gebäudes findet zwangsläufig auch eine Verringerung der Konzentration an Mikroorganismen und Schadstoff-Vorkommnissen statt. In der Regel sollte eine Verdünnung erfolgen. Ist die Konzentration in unmittelbare Nähe des Gebäudes oder an der Außenseite höher, so werden lebende oder tote Pilzteile herein gelüftet, analog betrifft dies auch für Bakterien zu. Empfindliche Bewohner (siehe Punkt 4.9.) sollten diesen Aspekt berücksichtigen. Man kann bewusst darauf Einfluss nehmen, dass die Konzentration von Mikroorganismen im Außenbereich den natürlichen Umfang nicht wesentlich überschreitet. Das ist z. B. die Vermeidung von optimalen Lebensbedingungen z. B. für Bakterien, Algen und Pilze. Die Übertragung von pathogenen Bakterien durch die Luft ist zwar möglich, jedoch im Allgemeinen selten. Bakterien benötigen wie bereits genannt Staub oder feinste Wassertröpfchen (Husten oder Niesen) an den sie anhängen und so „transportiert“ werden. Unter den Einfluss des Sonnenlichts werden diese rasch abgetötet. [28]

2.4. Vorkommen der Schimmelpilze in der Innenluft

In Innenräumen sind Schimmelpilze besonderen Umweltbedingungen ausgesetzt. Hier liegt in der Regel eine höhere Staubbelastung vor. Eine Verdünnung durch Luftbewegung wird verhindert, ebenso fehlt die abtötende Wirkung der UV-Strahlung. Diese kann nur bei offenem Fenster in den Raum gelangen. In geschlossenen Räumen dominiert dann xerotolerante Arten, wie z. B. solche der Gattung von Penicillium und Aspergillus, aber auch andere, wie Cladosporium und Mucor usw. [13], [29] Schimmelpilze, die in der Innenraumluft nachgewiesen werden, können aus der Außenluft stammen oder die Quelle befindet sich im Raum selbst. Daher ist bei einer Innenraummessung parallel eine vergleichende Messung der Außenluft vorzunehmen.

Eine erhöhte Schimmelpilzbelastung im Innenraum ist nicht nur an verschimmelten Tapeten bzw. Gegenständen erkennbar. Meist sind optisch gar keine Merkmale sichtbar. Erhöhte Konzentrationen in der Luft lassen sich dann durch die entsprechenden Nachweisverfahren feststellen. In Einzelfällen erfolgt aber erst nach dem Auftreten von Beschwerden oder entsprechender Krankheitsbilder eine Untersuchung, dann, wenn die Ursachen ermittelt werden sollen.

2)Stoff, der chemische Vorgänge hemmt oder verhindert.
3)Die Umgebungsluft und der Baustoff stehen in einem Feuchtegleichgewicht.

Schimmelpilze in Wohngebäuden ISBN 9783000129469 2007 und Ergänzungen 2021
- Peter Rauch PhD -

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