Archiv "Biomonitoring zur Erfassung umwelt- und arbeitsbedingter Schadstoffbelastungen" (06.02.2009)

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I

n zahlreichen Wirtschaftszweigen ist mit Expositio- nen gegenüber chemischen Noxen zu rechnen.

Wenn eine kausale Verknüpfung zwischen arbeitsbedingter Einwirkung und Erkrankung gegeben ist, handelt es sich um eine berufsbedingte Krankheit. Einige dieser Erkrankungen werden vom Gesetzgeber als Be- rufskrankheiten definiert. Es handelt sich dabei um neurologische und systemische Gesundheitsstörungen, beispielsweise durch Metalle oder Lösungsmittel, und um Haut- und Atemwegserkrankungen, hervorgerufen durch irritativ oder allergisierend wirkende Stoffe. Un- ter den etwa vier Millionen chemischen Stoffen, die ge- genwärtig synthetisiert werden, gibt es jedoch zahlrei- che Substanzen, die krankheitsauslösend sein können, die aber im Berufskrankheitsrecht bisher nicht verankert sind. Dazu zählen Pyrethroide, PCB, Phthalate und Passivrauch. Laut einer aktuellen Studie sind immer noch acht Prozent der Nichtraucher Passivrauch am Arbeitsplatz ausgesetzt (1).

Auch aus der allgemeinen Umwelt wirken die oben genannten und viele weitere toxische Schadstoffe auf den Menschen ein. Sie bestimmen die für den Organis- mus resultierende Gesamtbelastung maßgeblich mit und verursachen eine Reihe von Erkrankungen. Die In- korporation solcher Schadstoffe erfolgt durch Inhalati- on und/oder kutane Kontakte, zum Teil auch peroral.

Jährlich werden in Deutschland mehr als 4 500 Fälle von akuten oder chronischen Intoxikationen gemeldet (2); die Dunkelziffer ist vermutlich infolge nicht er- kannter Zusammenhänge höher. Da diese in der Regel weder auf spezifische Lokalisationen noch auf be- stimmte Personengruppen begrenzt sind, ist es erforderlich, in potenziellen Erkrankungsfällen eine detail- lierte Anamnese zu erheben und eine Diagnostik zu in- itiieren (3, 4). Die toxische und kanzerogene Wirkung von Agrochemikalien oder polyzyklischen aromati- schen Kohlenwasserstoffen beispielsweise kann im Außen- und Innenbereich zu systemischen Störungen oder zu Affektionen der Haut und/oder der Atemorga- ne führen (5). Treffen die Schadstoffe auf besonders empfindliche Personen wie Kinder, alte oder ge- schwächte Menschen, können bereits kleine Mengen neurologische und andere Schäden beziehungsweise Anomalien verursachen. Durch die zunehmende Glo- balisierung des Güteraustausches ist die breite Bevöl- kerung hierzulande heute wieder mit längst verbote- nen Schadstoffen konfrontiert, die mit Produkten aus Billiglohnländern eingeführt werden. Beispiele hierfür ÜBERSICHTSARBEIT

Biomonitoring zur Erfassung umwelt-

und arbeitsbedingter Schadstoffbelastungen

Lygia T. Budnik und Xaver Baur

ZUSAMMENFASSUNG

Hintergrund: Ursprünglich in der Arbeitsmedizin verankert, dient Biomonitoring heute als diagnostisches Verfahren um umweltbedingte Schadstoffbelastungen zu objektivieren.

Beispiele sind Belastungen mit Schwermetallen, Pestizi- den, Passivrauch. Dabei werden die vom Organismus aufgenommenen Schadstoffe, ihre Stoffwechselprodukte und ihre an Proteine oder DNA gebundenen Formen in Körper- flüssigkeiten quantitativ bestimmt. Auf diese Weise lässt sich eine Belastung als Folge einer Gefahrstoffexposition ermitteln.

Methoden: Eine Übersicht auf der Basis einer selektiven Li- teraturrecherche wurde erstellt. Zusätzlich wurden Er- kenntnisse berücksichtigt, die den Autoren durch wissenschaftliche und klinische Tätigkeit zur Verfügung stehen.

Ergebnisse: Biomonitoring ist eine gute Möglichkeit, um Schadstoffe, die durch chronische Exposition systemisch aufgenommen werden, zu messen und das gesundheitliche Risiko abzuschätzen. Außerdem erlaubt das Biomoni- toring personenbezogene Aussagen für die Diagnostik ak- zidenteller Intoxikationen und kann Hinweise auf neue Schadstoffbelastungen in der Bevölkerung liefern.

Schlussfolgerung: Als diagnostisches Verfahren leistet das Biomonitoring einen wichtigen Beitrag zur rationalen Be- wertung aktuell aufgenommener Schadstoffe und daraus resultierenden Gesundheitsrisiken. Es ist als Bewertungs- instrument sowohl in der täglichen Praxis als auch in der Gesundheits- und Umweltforschung einsetzbar. Der Ge- setzgeber hat dieses Instrument in spezielle arbeitsmedizinische Vorsorgeuntersuchungen implementiert.

Dtsch Arztebl Int 2009; 106(6): 91–7 DOI: 10.3238/arztebl.2009.0091 Schlüsselwörter: Biomonitoring, Schadstoffexposition, Ge- fahrstoff, Umweltbelastung, Umweltmedizin

Ordinariat für Arbeitsmedizin des Universitätsklinikums Hamburg-Eppendorf, Zentralinstitut für Arbeitsmedizin und Maritime Medizin, Arbeitstoxikologie und Molekularbiologie: PD Dr. rer. nat. Budnik

Ordinariat für Arbeitsmedizin des Universitätsklinikums Hamburg-Eppendorf, Zentralinstitut für Arbeitsmedizin und Maritime Medizin: Univ.-Prof. Dr. med. Baur

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sind Benzol und Insektizide wie Lindan (eigene Daten, unveröffentlicht; [6]).

Vom Menschen aufgenommene Schadstoffe führen zur inneren Belastung, die objektivierbar ist. Um zu er- kennen ob eine solche Belastung oder sogar eine akzi- dentelle Intoxikation besteht, haben sich standardisierte Analyseverfahren zur diagnostischen Untersuchung biologischen Materials etabliert, die unter dem Begriff

„Biomonitoring“ subsumiert werden. Die mit dieser Methode möglichen personenbezogenen Aussagen er-

lauben, zusammen mit klinischen Erfahrungen und epi- demiologischen Studien, die aufgenommenen Schad- stoffe zu bewerten. So lieferten populationsorientierte Studien Daten über Blei-, PCB- oder Phthalat-Belas- tungen in Deutschland (7, 8, 9).

Ziel dieser Arbeit ist, die Möglichkeiten des Biomo- nitorings bei der Abklärung potenzieller akuter oder chronischer Intoxikationen aufzuzeigen. Dabei wird auch auf neuere Entwicklungen wie das Effekt-Biomo- nitoring, das mit dem Gesundheitsrisiko korreliert, ein- gegangen. Nicht selten können vorgebrachte Vermutun- gen von Intoxikationen durch Umweltnoxen mithilfe eines qualifizierten Biomonitorings ausgeräumt werden.

Gesundheitsgefährdung durch inkorporierte Umweltschadstoffe

Um die Gesundheitsgefährdung der Allgemeinbevölke- rung und exponierter Beschäftigter zu erfassen, gibt es in der Umwelt- und Arbeitsmedizin zwei Messstrategi- en: Zum einen die Schadstoffmessung in der Luft – auch Air Monitoring oder Ambient Monitoring genannt – und zum anderen die Quantifizierung der inneren Belas- tung, das Biomonitoring. Ambient- und Biomonitoring

haben ihren festen Stellenwert in der Diagnostik um- weltbedingter Erkrankungen und ergänzen sich. Damit man eine Gefährdung orientierend abschätzen kann, ist es oft entscheidend, zunächst mittels Ambient Monito- ring die Art und das Ausmaß der möglichen Kontamina- tion zu bestimmen. Unter laborexperimentellen Bedin- gungen lässt sich für inhalativ aufnehmbare Stoffe – unter Berücksichtigung der Pharmakokinetik – eine Beziehung zwischen Luftkonzentration und innerer Belastung feststellen. Die Bedingungen am Arbeitsplatz lassen nicht ohne Weiteres Rückschlüsse von der Kon- zentration des Schadstoffes oder seines Metaboliten im biologischen Material auf die Konzentration in der Luft zu. Die individuelle Risikobewertung sollte man daher nicht auf die Einhaltung der Luftgrenzwerte beschrän- ken (10). Die Schadstoffmessung in der Luft, im Boden, im Hausstaub und anderen Medien kann lediglich auf eine mögliche Belastung des Menschen hinweisen und/oder die Giftstoffe vor Ort charakterisieren.

Auch Tierversuche liefern keine auf den Menschen eins zu eins übertragbaren Daten zum Gesundheitsrisi- ko, weil aufgrund abweichender genetischer, anatomi- scher, motorischer, physiologischer und metabolischer Gegebenheiten erhebliche Speziesunterschiede beste- hen. Anders als bei der Bestimmung von Gefahrstoffen in der Luft, bietet das Biomonitoring eine rationelle Möglichkeit, die Schadstoffdosis im Organismus zu messen (10). Hierbei werden neben der inhalativen auch die kutane und intestinale Aufnahme berücksich- tigt, also die tatsächliche innere Belastung. Das Biomo- nitoring ist somit eine einzigartige Bewertungsmög- lichkeit, um umwelt- und arbeitsbedingte Belastungen zu erfassen und zu quantifizieren (Grafik 1). Die innere Belastung kann im Organismus individuell verschiedene Reaktionen und Veränderungen auslösen, die als Be- anspruchung definiert werden (Grafik 1).

Definition von Biomonitoring

Biomonitoring wurde ursprünglich definiert als „eine systematische standardisierte Messung von Expositi- onsstoffen oder ihren Metaboliten in Körperflüssigkei- ten (unter anderem Blut, Urin) von exponierten Perso- nen“ (3, 4, 11). Dieses klassische Expositionsmonito- ring (Tabelle) wird heute durch weitere Biomonitoring- Analysen (3, 4) ergänzt.

Das biochemische Effektmonitoring umfasst die Un- tersuchung von Protein- und DNA-Adduktbildung, das heißt die Analyse von Bindungsprodukten chemisch-re- aktiver Stoffe wie zum Beispiel Acrylamid, einem Be- standteil stark erhitzter Nahrungsmittel. Das biologische Effektmonitoring schließt weitere Beobachtungen auf subzellulärer Ebene ein, wie die Veränderung von Enzymaktivitäten oder die Mikrokernbildung.

Während die toxikologische Bedeutung des Effekt- biomonitorings deutlich höher liegt als die des Expositi- onsbiomonitorings, ist seine Stoffspezifität (verschiedene Gefahrstoffe können den gleichen biologischen Ef- fekt auslösen) niedriger. Zum Teil geben die Grenzwer- te für Expositionsbiomonitoring zudem nicht die Zu- sammenhänge zwischen der Luftkonzentration des Ge- Von der äußeren zur inneren Belastung. AGW, Arbeitsplatzgrenzwert; BGW, biologischer

Grenzwert GRAFIK 1

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fahrstoffes und der inneren Belastung wieder, sondern berücksichtigen Häufigkeit und Intensität adverser Aus- wirkungen und innerer Belastung. Die neuen Entwick- lungen im Bereich des Effektbiomonitorings könnten Lücken bei der Aufklärung einer potenziellen Assoziati- on von Exposition und Krankheitsentstehung füllen.

Um mögliche Gesundheitsrisiken besser einzugrenzen, sollte das Dosismonitoring (= Expositionsbiomonito- ring) durch Untersuchungen von biologischen Effekten (= Effektbiomonitoring) ergänzt werden (Grafik 1).

Gesetzliche Grundlagen, Referenz- und Grenzwertfestlegung

Das Biomonitoring ist ein fester Bestandteil der arbeitsmedizinischen Vorsorge (12). Ein aktueller, vom Kabi- nett bereits verabschiedeter Entwurf einer „Verordnung zur Arbeitsmedizinischen Vorsorge“ schafft Transpa- renz zwischen Pflicht- und Angebotsuntersuchungen und stärkt das Recht auf Wunschuntersuchungen (13).

Die Gefahrstoffverordnung (GefStoffV) verweist auf Technische Regeln für Gefahrstoffe (TRGS). Sie geben

TABELLE

Beispiele der Biomonitoring-Parameter

Auswahl der Biomonitoringparameter Matrix BGW Referenzwert BLW/HMB-II/BAT Dimension

(Expositionsbiomarker) EKA (Quelle) Krebserzeugende Kategorie

Metalle

Aluminium (U) 200 15 (b) 60 µg/gK (BAT) µg/L

Blei (B) 400 (300, 90 (70, 400 (100, w < 45 J) (BLW), µg/L

w < 45 J) w < 45 J) (a) 250 (HBM-II), Krebs. Kat. 2

Nickel (U) EKA*¹ 3(a) Krebs. Kat. 1 µg/L

Quecksilber (U) 100 1,4 (a) Krebs. Kat. 3B µg/L

20 µg/gK (HBM-II) Organische Lösungsmittel und deren

Stoffwechselprodukte

Benzol (B) EKA*² 0,001 (b) Krebs. Kat. 1 mg/L

o-Kresol (U) 3 Krebs. Kat. 3A mg/L

(Parameter für Toluol)

Mandelsäure/Phenylglyoxylsäure (U) 600 mg/g K

(Parameter für Styrol)

Methanol (U) 30 mg/L

Methyhippur-(Tolur-)säuren (U) 2 000 mg/L

(Parameter für Xylol)

t-t-Muconsäure (U) EKA*² mg/L

(Parameter für Benzol)

Toluol (B) 1 0,005 (b) mg/L

Xylole (B) 1,5 0,003 (b) mg/L

Pestizide

-Hexachlorcyclohexan (Lindan) (B) 25 0,1 (a) Krebs. Kat. 4 µg/L

Hexachlorbenzol (S) 150 (BAT), µg/L

(B) 0,5 (a) Krebs. Kat. 4

PCB153 (B) 0,8 (a) µg/L

Pentachlorphenol (S) EKA*³ 12 (a) 70 (HBM-II), µg/L

Krebs. Kat. 2 Andere Schadstoffe

Isocyanate: 4,4’-MDI, 1,5-NDI, (U) 10 4,4’-MDI: Krebs. Kat. 4; µg/L

2,4-TDI, 2,6-TDI, 1,6-HDI, IPDI (für 4,4’-MDA) 1,5 NDI: Krebs. Kat. 3B;

2,4 TDI: Krebs. Kat. 3A;

2,6 TDI: Krebs. Kat. 3A µg/g K

IBAT-, BLW-, HBM-II- und EKA-Werte werden nur dann angegeben, wenn kein BGW vorliegt und/oder diese Werte von dem BGW abweichen. Referenzwerte: m, 20–29 J.

Abkürzungen: U: Urin; B: Vollblut; S: Serum; K: Kreatinin; Quellen für die Grenzwerte: BGW: biologischer Grenzwert (14c, www.baua.de);

BLW: biologischer Leitwert; EKA: Expositionsäquivalente für krebserzeugende Stoffe (16);

Referenzwerte: a) www.uni-duesseldorf.de/awmf/II/002–024; b) www.lgl.bayern.de; c) www.cdc.gov.

Mehr Biomonitoring-Parameter: www.uke.uni-hamburg.de/Institute/Arbeitsmedizin

*¹EKA für Nickel (Nickel als Metalloxid, -carbonal, -sulfid): 15 µg/L (U) ist äquivalent für 0,10 mg/m³Nickel (Luft).

*²EKA für Benzol: 0,005 mg/L Benzol (B) und 2 mg/L t-t-Muconsäure (U) sind äquivalent für 1 ppb (3,3 mg/m³) Benzol (Luft).

*³EKA für Pentachlorphenol: 17 µg/L (S) ist äquivalent für 0,001 mg/m³Pentachlorphenol (Luft).

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den Stand der sicherheitstechnischen, arbeitsmedizinischen, hygienischen sowie arbeitswissenschaftlichen Anforderungen an die Gefahrstoffe wieder (14a). Das Biomonitoring ist seit Jahren in diesem rechtlichen Re- gelwerk implementiert. Die TRGS 710 (14b) beschreibt im Einzelnen, unter welchen Konstellationen Biomoni- toring vorgeschrieben ist und unter welchen es empfoh- len wird. Das Ziel ist, die Belastung und die Gesund- heitsgefährdung von Beschäftigten zu erfassen, die Analysewerte mit Beurteilungswerten zu vergleichen und geeignete Maßnahmen vorzuschlagen, um die Ge- sundheit vor der Wirkung chemischer Substanzen am Arbeitsplatz zu schützen. Dem Betriebsarzt ermöglicht das Biomonitoring, die arbeitshygienischen Bedingun- gen der Beschäftigten oder des Arbeitsplatzes zu beur- teilen und somit auch den Erfolg beziehungsweise Misserfolg von emissionsmindernden Maßnahmen zu dokumentieren. Berufsgenossenschaftliche Grundsätze (zum Beispiel G2 „Tätigkeiten mit Blei oder seinen Ver- bindungen“) stellen ebenso wie arbeits- und umweltmedizinische Leitlinien, konkrete Anleitungen für die Pra- xis dar.

Referenzwerte für die Allgemeinbevölkerung erset- zen den früheren Begriff Normwert, um zu verdeutli- chen, dass es sich primär um einen statistischen Bereich handelt, der an einem Stichprobenkollektiv gesunder Menschen gewonnen wurde. Die Referenzwerte haben nur beschreibenden Charakter und sind keineswegs eine unveränderliche Größe, da sie unter anderen von Alter, Region oder Lebensstil beeinflusst werden. Die DFG- Senatskommission zur Prüfung gesundheitsschädlicher Arbeitsstoffe erarbeitet zurzeit die biologischen Arbeits- stoffreferenzwerte (BAR).

Grenzwerte werden national und international festge- legt und sind inzwischen sehr umfangreich und komplex (Tabelle). Die Umsetzung der heute verbindlichen Grenzwerte (14c) erfolgt in Deutschland durch die Gef- StoffV. Die TRGS 903 umfasst die sogenannten biologischen Grenzwerte (BGW): „Ein bestimmter biologischer Grenzwert ist der Grenzwert für die toxikologisch- arbeitsmedizinisch abgeleitete Konzentration eines Stof- fes, seines Metaboliten oder eines Beanspruchungsindi- kators im entsprechenden biologischen Material, bei dem im Allgemeinen die Gesundheit eines Beschäftigten nicht beeinträchtigt wird.“ (Gefstoff V § 3 Absatz 8).

BGWs sind als Höchstwerte für gesunde Einzelpersonen mit einer 5-Tage-Arbeitswoche und einem 8-Stunden- Tag konzipiert und werden unter Berücksichtigung der Wirkungscharakteristika der Stoffe in der Regel für Blut und/oder Urin aufgestellt. Unter einem Arbeitsplatz- grenzwert (AGW) versteht man die gesundheitlich unbe- denkliche Konzentrationen eines Gefahrstoffes in der Luft am Arbeitsplatz (zeitliche Gewichtung wie BGW).

Die gesetzlichen Grundlagen der Gesundheitsvorsorge werden zurzeit durch den Ausschuss für Gefahrstoffe (14d) und den Wissenschaftlichen Beirat der Bundesre- gierung Globale Umweltveränderung (15) umgearbeitet.

Das Gremium erarbeitet für krebserzeugende Stoffe neue Risikogrenzen mit jeweils einem Akzeptanz- und einem Toleranzrisiko und entwickelt weitere Kriterien zur Klassifizierung von Risiken (15).

Bewertung der Analysedaten

Biomonitoringdaten interpretiert man in der Regel mithilfe von Referenz- und Grenzwerten. Liegt kein BGW vor, sollte eine Interpretation durch Vergleich des Ana- lysenergebnisses mit den Empfehlungen in der Fachlite- ratur erfolgen, wie etwa dem BLW (biologischer Leit- wert) oder dem BAT-Wert (biologischer Arbeitsstoff- Toleranz-Wert) der Senatskommission zur Prüfung ge- sundheitsschädlicher Arbeitsstoffe der DFG (16, 17, 18) (Tabelle). Referenzwerte für die Allgemeinbevölkerung sind in der Arbeitsmedizin neben den arbeitsplatzbe- zogenen Grenzwerten (BGW; BAT) für die Beurtei- lung von Biomonitoringergebnissen hilfreich (19). Die Human-Biomonitoring-Grenzwerte (HBMs) wurden von der Kommission „Human Biomonitoring“ veröf- fentlicht (20). Sie sind toxikologisch begründet und schließen eine umweltmedizinische Bewertung chemischer Belastungen ein. Es ist zu beachten, dass auch die Einhaltung von derartigen Grenzwerten keine Sicher- heit für besonders empfindliche Personen geben kann, vor allem nicht bei allergischen Reaktionen.

Fremdstoffmetabolismus und Toxikokinetik Die Wahl des jeweiligen Biomonitoring-Parameters muss sich an der spezifischen toxischen Wirkung des Fremdstoffes orientieren und sollte unter Beachtung der Halbwertzeit eine Expositionsabschätzung ermöglichen (Tabelle).

Biomonitoring beruht auf den Kenntnissen des meta- bolischen Weges eines Gefahrstoffes im Organismus (Fremdstoffmetabolismus) und seiner Toxikokinetik.

GRAFIK 2 Metabolismus

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Alle toxischen Stoffe werden im Körper mehr oder we- niger stark und schnell abgebaut (Grafik 2). Die Abbau- produkte sind meist besser nierengängig als die Ur- sprungsverbindungen. Die Verteilung der toxischen Substanzen folgt den für Giftstoffe geltenden Gesetz- mäßigkeiten und wird durch ein komplexes System re- guliert. Einen wichtigen Beitrag leisten dabei die Enzy- me der Phase I und II. Ihre primäre Funktion ist, Fremd- stoffe unschädlich zu machen und/oder ihre Ausschei- dung zu erleichtern. Nicht alle Stoffwechselvorgänge führen zu einer Entgiftung der Fremdstoffe. Sie können sogar die Bildung hoch giftiger Substanzen erst initiie- ren. Sofern solche Reaktionsprodukte bekannt und messbar sind, werden sie als Biomarker eingesetzt.

Ein systematisch durchgeführtes Biomonitoring gibt Veränderungen der Expositionshöhe wieder, zum Bei- spiel in der Umgebungsluft oder in Nahrungs- und Ge- nussmitteln. Solche Veränderungen können sowohl in- traindividuell betrachtet werden – bezogen auf ein Indi- viduum –, als auch in speziell exponierten und gefährde- ten Personengruppen, zum Beispiel mit Lösungsmittel belastete Lackierer oder PCB-exponierte Kinder. Durch seinen Einsatz in verschiedenen Populations-Screening- Verfahren gewinnt das Biomonitoring zunehmend an Bedeutung über die Arbeitsmedizin hinaus. Es wird zum Beispiel zur Gesundheitsüberwachung von Anrainern einer Mülldeponie, Nutzern von bleibelastetem Trink- wasser oder Sportschützen angewendet (3, 7–9).

Umwelt und arbeitsbedingte Bleibelastung

Ein klassisches Beispiel eines Biomonitorings ist die Bestimmung von Biomarkern für umwelt- und arbeitsbedingte Bleibelastungen. Im Vordergrund steht die hä- matotoxische Wirkung von Blei, hervorgerufen durch seine Hemmung der Hämsynthese. Die daraus resultierenden und erfassbaren Biomarker und ihre aktuellen Referenzwerte sind in Grafik 3 zusammengefasst.

Akute und chronische Vergiftung mit Benzolanaloga

Benzolanaloga (Lösungsmittel Toluol, Xylole, Styrole) können inhalativ und kutan aufgenommen werden.

Akute Vergiftungen sind durch ZNS-depressorische Wirkungen geprägt. Es gibt kein spezifisches Krank- heitsbild der chronischen Einwirkung von Toluol, Xylo- len und Styrolen. Im Vordergrund stehen neurologische und psychische Störungen sowie Alkoholintoleranz. Zu beachten ist, dass in der Regel eine Exposition gegen- über Gemischen von Lösungsmitteln besteht und nicht gegenüber einer Einzelsubstanz. Dies erschwert die Be- urteilbarkeit (21).

Umweltbedingte Tabakrauchbelastung

Passivrauchen ist die meist verbreitete umweltbedingte Schadstoffexposition. Passivrauch setzt sich im Wesent- lichen aus dem Nebenstromrauch zusammen, das heißt dem Rauch, der von der Glut der brennenden Zigarette an die Umgebung abgegeben wird. Tabakrauch enthält viele giftige und krebserregende Substanzen. Der Rauch einer durchschnittlichen Zigarette beinhaltet mehr als 4 800 verschiedene chemische Verbindungen. Darunter

sind Gifte wie Blausäure, Ammoniak und Kohlenmono- xid. Mehr als 70 dieser Substanzen sind nachweislich krebserregend. Passivrauchen führt zu chronischen Krankheiten mit möglicher Todesfolge. Dazu zählen die chronische obstruktive Lungenkrankheit (COPD), die koronare Herzerkrankung, der zerebrale Insult sowie der Lungen- und Kehlkopfkrebs (22, 23).

Ein wichtiges Nikotinabbauprodukt ist Cotinin. Da die Halbwertzeit des Nikotins etwa 2,5 Stunden beträgt, dient Cotinin als ein zuverlässiger Parameter, um den aktuellen Raucherstatus zu bestimmen (24). Seine Kon- zentration im Urin korreliert gut mit der Menge des aufgenommenen Nikotins. Für Nichtraucher beträgt der Cotinin-Durchnittswert 2 µg/g K (K = Kreatinin); der Referenzwert liegt bei 16 µg/g K. Bei Aktivrauchern (Cotininwerte von 105 bis 2 993 µg/g K) lässt sich aus der Höhe der Cotinin-Exkretion auf die Menge der ge- rauchten Zigaretten schließen.

Interpretation der diagnostischen Labordaten Allein durch den Vergleich eines Biomonitoringwertes mit dem Referenzwert lässt sich noch keine konkrete Aussage über eine Gesundheitsgefährdung oder Er- krankung machen. Hierzu sind vielmehr alle vorlie- genden Analysedaten im Kontext mit den klinischen Befunden zu bewerten. Unter anderem ist für die Inter- pretation von Biomonitoringdaten wichtig, dass neben der Art und Dosis der Fremdstoffinkorporation auch andere Faktoren die innere Belastung und Beanspru- chung beeinflussen wie beispielsweise körperliche Be- lastung, hormoneller Status, Ernährung, Arznei- und Alkoholmissbrauch, Nikotinabusus (Kasten). Dabei

Expositionsmarker; BGW, biologischer Grenzwert; BLW, biologischer Leitwert; HBM, Human- Biomonitoring-Grenzwerte

GRAFIK 3

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können paradoxe Wirkungen (Idiosynkrasie) sowie potenzierende, additive und subadditive Effekte auf- treten. Paradoxe Wirkungen nehmen mit dem Alter zu.

Die Allgemeinverfassung und die Gewöhnung an toxische Substanzen sind für ihre Wirkstärke ebenfalls entscheidend und im Rahmen der Befundinterpretation zu berücksichtigen.

Ein weiterer, häufig nicht beachteter Aspekt ist die individuell unterschiedlich ausgeprägte Empfindlich- keit gegenüber einem bestimmten Wirkstoff (vererbte oder erworbene Suszeptibilität). Genetisch bedingte Abweichungen von der normalen Reaktion auf toxische Substanzen findet man bei vielen Menschen. Die- se können zu verminderter oder erhöhter Aktivität der Enzyme führen, die für den Fremdstoffmetabolismus verantwortlich sind. Man spricht zum Beispiel von Langsaminaktivierern und Schnellinaktivierern. Diese Begriffe beziehen sich auf die durch Phase-I-Enzyme bedingte Oxidation und die Enzyme, die die Acetylie- rungsreaktion katalysieren. Damit ist eine Konjugati- onsreaktion gemeint, bei der im Verlauf der Phase II des Giftstoffwechsels eine Acetylgruppe auf eine toxische Substanz übertragen und so eine Wirkungsverän- derung herbeigeführt wird.

Die genetischen Suszeptibilitätsmarker liefern oft überraschende kausale Erklärungen für atypische Re- aktionen auf Umweltnoxen; wegen ethischer Beden- ken hierzulande, dürften sie künftig kein Bestandteil des Biomonitorings am Arbeitsplatz werden. Ihre An- wendung beschränkt sich derzeit auf die Beratung speziell interessierter Patienten und Arbeitnehmer sowie auf wissenschaftliche Studien. Aus arbeits- und um- weltmedizinischer Sicht geben die Suszeptibilitäts- marker zum Beispiel durch die Erfassung von Enzym- polymorphismen und Immunmodulationen einen zu- sätzlichen Hinweis auf ein potenziell erhöhtes Erkran- kungsrisiko (3, 25).

Resümee

Mit dem Biomonitoring kann man Schadstoffe messen, unabhängig davon, ob sie inhalativ, dermal oder oral aufgenommen wurden (10, 25, e1). Das Effektbiomoni- toring erlaubt auch die Abschätzung des Gesundheitsri- sikos durch anthropogene Schadstoffe, die Organ- oder Systemreaktionen auslösen. Die verfügbare Analytik von Urin- und/oder Blutproben sollte neben der detail- lierten Anamnese im Rahmen der Diagnostik – gegebe- nenfalls durch einen Spezialisten – gezielt eingesetzt werden (e2). Die Indikationen richten sich nach den Krankheitssymptomen, die zu einer Intoxikation mit einem möglichen Schadstoffkontakt passen. Auch der richtige Zeitpunkt der Probenahme ist relevant (Inter- vall nach der Exposition). Die Angabe des Zeitpunktes der Blut- und Urin-Asservierung ist vor allem bei sehr flüchtigen Schadstoffen wichtig. Entsprechendes gilt für die richtige Wahl der Probengefäße. So sind zum Beispiel spezielle Stechampullen für Blutuntersuchun- gen auf Lösungsmittelrückstände wie Benzol und seine Analoga nötig.

Zuverlässigkeit der analytischen Verfahren Voraussetzung für die praktische Anwendung des Bio- monitorings sind analytische Methoden, die hinsichtlich ihrer Spezifität, Nachweisgrenzen, analytischen Zuver- lässigkeit und ihres routinemäßigen Einsatzes validiert sind (11). Des Weiteren sind fundierte Kenntnisse sowohl des Fremdstoffmetabolismus als auch der Toxi- kokinetik erforderlich. Die laborinterne und die externe Qualitätssicherung im umwelt- und arbeitsmedizinischen Biomonitoring sind unabdingbar. Im Rahmen der externen Qualitätssicherung veranstaltet die Deut- sche Gesellschaft für Arbeits- und Umweltmedizin (DGAUM) zweimal jährlich Ringversuche gemäß der Richtlinie der Bundesärztekammer vom 16. 1. 1987 und 16. 10. 1987 sowie 24. 8. 2001. Dieses „German exter- nal quality assessment scheme“ ist heute international der an Parametern umfangreichste und teilnahmestärk- ste Ringversuch (www.g-equas.de).

Interessenkonflikt

Die Autoren erklären, dass kein Interessenkonflikt im Sinne der Richtlinien des International Committee of Medical Journal Editors besteht.

Manuskriptdaten

eingereicht: 23. 5. 2008, revidierte Fassung angenommen: 3. 9.2008

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KASTEN

Faktoren, die die Empfindlichkeit

gegenüber einem Schadstoff beeinflussen

> BBiioollooggiisscchhee ((iinnddiivviidduueellllee)) FFaakkttoorreenn

– Genetische Faktoren (zum Beispiel Polymorphismen) – Toxikokinetik

– Metabolismus und Elimination der Schadstoffe (Phase I und Phase II, Phase III)

– Geschlecht und Alter

– Raucherstatus/Alkoholmissbrauch – Hormonelle Effekte

– Gesundheitliche Konstitution (und Krankheiten)

> UUmmwweellttffaakkttoorreenn – Stress

– Ernährungssituation – Klima

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19. Arbeitsgemeinschaft der Wissenschaftlichen Medizinischen Fachge- gesellschaften e.V.: Umweltmedizinische AWMF Leitlinie: Humanbio- monitoring. www.uni-duesseldorf.de/AWMF/ll/002-024.htm 20. Schulz C, Angerer J, Ewers U., Kolossa-Gehring M: The German Hu-

man Biomonitoring Commission. Int J Hyg Environ Health 2007;

210: 375–84.

21. Deutsche Gesellschaft für Arbeitsmedizin und Umweltmedizin e.V.:

Leitlinie: Benzol-Analoga. www-dgaum.med.uni-rostock.de/

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22. California Environmental Protection Agency: Health effects of exposure to environmental tobacco smoke: California Environmental Pro- tection Agency, Sacramento, California 1997.

23. Deutsches Krebsforschungszentrum: Passivrauchen – ein unter- schätztes Gesundheitsrisiko. Deutsches Krebsforschungszentrum, Heidelberg 2005.

24. Heinrich-Ramm R, Wegner R, Garde AH, Baur X: Cotinine excretion (tobacco smoke biomarker) of smokers and non-smokers: compari- son of GC/MS and RIA results. Int J Hyg Environ Health 2002; 205:

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25. Angerer J, Bird MG, Burke TA et al.: Strategic biomonitoring initia- tives: moving the science forward. Toxicol Sci 2006; 93: 3–10.

Anschrift für die Verfasser Prof. Dr. med. Xaver Baur

Ordinariat für Arbeitsmedizin des Universitätsklinikums Hamburg-Eppendorf Zentralinstitut für Arbeitsmedizin und Maritime Medizin

Seewartenstraße 10 20459 Hamburg

E-Mail: Baur@uke.uni-hamburg.de

SUMMARY

TThhee AAsssseessssmmeenntt ooff EEnnvviirroonnmmeennttaall aanndd OOccccuuppaattiioonnaall EExxppoossuurree ttoo HHaazzaarrddoouuss SSuubbssttaanncceess bbyy BBiioommoonniittoorriinngg

Background: Modern biomonitoring has expanded beyond its origins in occupational medicine to cover a wide variety of diagnostic procedures and assessments of environmental pollution, ranging from exposure to heavy metals and chemicals to the effects of pesticides and environmental tobacco smoke. In biomonitoring, the overall pollutant load and hazardous exposure of an organism is quantitatively determined, by monitoring the pollutants themselves, their metabolic products and/or conjugates with protein or DNA, in either serum, urine or other body fluids, as well as tissue samples in exceptional circumstances.

Methods: A selective survey of the current literature is exemplified by our recent scientific and clinical experience.

Results: Biomonitoring is an excellent way to monitor potentially hazardous substances, especially for the assessment of systemic uptake from chronic exposure and the evaluation of subsequent health risks. Investi- gative biomonitoring can highlight incidental/accidental intoxication in individuals and provide new categories of problematic pollutants relevant to the general population.

Conclusions: In combination with diagnostic procedures, biomonitoring provides an important contribution to the rational assessment of current- ly recorded pollutants and resulting health risks. It is as an evaluation tool available in daily practice as well as in health and environmental research applications. Legislation is already implemented that incorpo- rates biomonitoring within the remit of specified occupational health screening. Dtsch Arztebl Int 2009; 106(6): 91–7

DOI: 10.3238/arztebl.2009.0091 Key words: biomonitoring, hazardous exposure, noxious substance, environmental pollution, environmental medicine

Mit „e“ gekennzeichnete Literatur:

www.aerzteblatt.de/lit0609

The English version of this article is available online:

www.aerzteblatt-international.de

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(8)

e1. Schulz C, Conrad A, Becker K, Kolossa-Gehring M, Seiwert M: 20 years of German Environmental Survey (GerES): human biomonitoring and trends over time. Int J Hyg Environ Health 2007; 210:

271–97.

e2. Herr C, Otterbach I, Nowak D, Homberg C, Eikmann T, Wiesmüller GA: Klinische Umweltmedizin. Dtsch Arztebl 2008; 105(30):

523–31.

ÜBERSICHTARBEIT

Biomonitoring zur Erfassung umwelt-

und arbeitsbedingter Schadstoffbelastungen

Lygia T. Budnik und Xaver Baur