EKA TRK

Hb-Addukte als biochemische Effekt-Marker krebserzeugender Arbeitsstoffe

T. Schettgen

^1,2

, T. Kraus

¹

1

Institut für Arbeits- und Sozialmedizin der RWTH Aachen

2

IPASUM, Erlangen

Gesundheitsprävention

Ambient monitoring

Biological monitoring ^Vorsorge-

untersuchungen

äußere Belastung

Gesundheitliche Effekte

Innere Belastung

Biochemische Effekte

Biologische Effekte

Schadstoffe z.B. in:

- Luft

- Nahrungsmitteln - Wasser

- Boden - Hausstaub

Schadstoffe Metaboliten

Addukte - DNA - Proteine

SCE

Mikrokerne Enzyme

Bedeutung für die Risikoabschätzung

Hb-Addukte als Effektmarker

Bindung von Kanzerogenen an Hämoglobin proportional zur DNA-Bindung

Surrogat für die Bestimmung der DNA-Addukte

Lebensdauer von Erythrocyten im Blutkreislauf ~ 120 Tage Keine Reparaturmechanismen für Hb-Addukte

Langzeitparameter zur Bestimmung der effektiven inneren Dosis

Humanes Hämoglobin

Bsp. 1: Ethylenoxid

CH ₂ C

H ₂

O

Ethylenoxid

Herstellung von:

• Emulgatoren/Detergentien

• Ethylenglycol

• Polyestern (PET)

Sterilisierung von:

• medizin. Geräten

• Nadeln

Bestandteil von Tabakrauch

Einstufung nach DFG: Krebserzeugend Kategorie 2

Hautresorbierbar (H)

CH ₂ C

H ₂

O

Ethylenoxid

+Hämoglobin

O

Globin

C

H₃ CH₃ NH

OH

N-2-Hydroxyethylvalin (HEV)

Blood Blut

• Langzeitparameter (~ 120 Tage)

+ GSH

-Glu, - Gly + Acetyl

O

O H

NH C

H₃

O

S

OH

N-Acetyl-S-(2-hydroxyethyl)cystein (HEMA)

Blood Urin

• Kurzzeitparameter (~ 8 - 12 h)

Metabolismus und Reaktionen

Untersuchte Kollektive

Kontrollen: 8 Nichtraucher (6 m / 2 w), 2 Raucher (m)

Firma 1: 62 Arbeiter aus der Emulgator/Detergentien-Herstellung mit potentieller Ethylenoxid-Exposition

24 Nichtraucher (21 m / 3 w), 38 Raucher (34 m / 4 w)

Firma 2: 23 Arbeiter aus der industriellen Sterilisation med. Geräte mit potentieller Ethylenoxid-Exposition

17 Nichtraucher (13 m / 4 w), 6 Raucher (4 m / 2 w)

Firma 3: 13 Arbeiter aus der industriellen Sterilisation med. Geräte mit potentieller Ethylenoxid-Exposition

2 Nichtraucher (m), 11 Raucher (m)

Ergebnisse Hb-Addukte

0 50 100 150 200 250 300 350

0,1 1 5 10 25 50 75 90 95 99 99,9

rel. Häufigkeit (%)

N-Hydroxyethyl-Valin (µg/L Blut)

Kontrollen (n=10)

Firma 1: Detergentien-Herstellung (n=62) Firma 2: Sterilisation med. Geräte (n=23) Firma 3: Sterilisation med. Geräte (n=13)

massive innere Expositionen, vor allem bei Ethylenoxid-Sterilisierern

EKA TRK

Bsp. 2: Dimethylsulfat

S O

O

O O

C

H₃ CH₃

Dimethylsulfat

Schmp.: - 32

^o

C Sdp.: 189

^o

C

Einstufung nach DFG: Krebserzeugend Kategorie 2 Hautresorbierbar (H)

Herstellung von:

• Emulgatoren/Detergentien

• Kosmetika

• Arzneimittel…

S O

O

O O

C

H₃ CH₃

Hydrolyse + GSH

S-Me-Glutathion

S-Me-Cystein

+ Hämoglobin

Globin NH

C

H₃ CH₃

O

NH C

H₃

N-Methyl-Valin

+ DNA

z. B.

N-7-Methylguanosin O-6-Methylguanosin N-3-Methyladenosin

H

₂

SO

₄

+ CH

₃

OH

Dimethylsulfat

Metabolismus und Reaktionen

Untersuchte Kollektive

Kontrollen: 30 Nichtraucher (12 m / 18 w), 8 Raucher (4 m / 4 w)

Firma 1: 62 Arbeiter aus der Emulgator/Detergentien-Herstellung mit potentieller Dimethylsulfat-Exposition

24 Nichtraucher (21 m / 3 w), 38 Raucher (34 m / 4 w)

Ergebnisse Hb-Addukte

unzulässig hohe innere Expositionen in Teilen der Fabrik

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 0,1

1 5 10 25 50 75 90 95 99 99,9

rel. Häufigkeit (%)

N-Methyl-Valin (µg/L Blut)

Kontrollen (n=38)

Firma 1: Detergentien-Herstellung (n=62)

EKA TRK

NWG 0,1 mg/m ³

n 25

n < NWG 22 (= 88 %)

Luftmessungen Dimethylsulfat

Luftmessungen des Dimethylsulfats im Arbeitsbereich nach ZH 1/120.7

drastische Unterschätzung der tatsächlichen Exposition!

Aufnahme des Dimethylsulfats offensichtlich durch Hautkontakt

Luftanalysen nicht ausreichend zur effektiven Gesundheitsprävention

184,7

114,7

108,4

78,8

47,3

42,7

17,4

14,6

12,7

10,5 76,5

148,5

35,4

37,5

23,2

22,1

19,1

35,6

15,9

10,7

12,0 80,8

56,8 61,0

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Arbeiter

N -M e th y lv a li n ( µ g /l B lu t)

1. Untersuchung 2. Untersuchung

Follow-up-Untersuchung

Reduzierung der inneren Belastung durch:

Verstärkte Schutzmassnahmen zur Vermeidung von Hautkontaminationen Verlängerung der Reaktionszeiten

Fremdbelüftete Helme

T Schettgen, HC Broding, J Angerer, H Drexler, Occup Environ Med61:73-75 (2004)

Bsp. 3: Acrylamid

• Polyacrylamide

• Brandschutzglas

• Abdichtmittel im Tunnelbau

• Zigarettenrauch • Lebensmittel

Ubiquitäre Belastung der Allgemeinbevölkerung

Acrylamid

C H

₂

O

NH

₂

Einstufung nach DFG: Krebserzeugend Kategorie 2 Hautresorbierbar (H)

Sensibilisierend S _h , Neurotoxisch

Metabolismus und Reaktionen

Acrylamid

+Hämoglobin

N-2-Carbomoylethylvalin (AAV)

Blood Blut

• Langzeitparameter (~ 120 Tage)

+ GSH

-Glu, - Gly + Acetyl

N-Acetyl-S-(2-carbamoylethyl)cystein (AAMA)

Blood Urin

• Kurzzeitparameter (~ 3,5 - 10 h)

C H

₂

O

NH

₂

S NH O

O H

O C H₃

NH₂

O O

Globin

C

H₃ CH₃

NH NH₂

O

Untersuchte Kollektive

Kontrollen: 845 Nichtraucher (503 w / 342 m) 163 Raucher (90 w / 73 m)

Firma 1: 7 Arbeiter aus der Produktion von Papierbeschichtungen mit potentieller Acrylamid-Exposition

5 Nichtraucher (3 m / 2 w), 2 Raucher (m)

Firma 2: 17 Arbeiter (m) in der Produktion von Brandschutzglas mit

potentieller Acrylamid-Exposition

Ergebnisse Hb-Addukte

BLW

leicht erhöhte innere Expositionen in der Beschichtungsmittel-Produktion teilweise erhöhte innere Expositionen bei der Brandschutzglas-Produktion

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

0,1 1 5 10 25 50 75 90 95 99 99,9

rel. Häufigkeit (%)

Acrylamid-Valin (µg/L Blut)

Kontrolle Nichtraucher (n=845) Kontrolle Raucher (n=163)

Firma 1: Beschichtungsmittel-Produktion (n=7) Firma 2: Brandschutzglas-Produktion (n=17)

Werte zur Beurteilung

Acrylamid

Biologischer Leitwert (BLW)

15 µg Addukt/L Blut Acrylnitril

Biologischer Arbeitsstoff-Referenzwert (BAR)

0,3 µg Addukt/L Blut

EKA-Korrelation

4-Aminobiphenyl

Biologischer Leitwert (BLW)

10 ng Addukt/L Blut Anilin/Nitrobenzol

Biologischer Arbeitsstoff-Toleranzwert (BAT)

100 µg Addukt/L Blut Dimethylsulfat

EKA-Korrelation

Ethylen

Ethylenoxid

EKA-Korrelation

Zusammenfassung

Hämoglobin-Addukte…

• reflektieren die effektiv wirksame innere Dosis eines Kanzerogens

• berücksichtigen individuelle Enzymausstattungen

• bieten ein breites Zeitfenster für arbeitsmed. Untersuchungen

• berücksichtigen auch die dermale Aufnahme von Kanzerogenen

• können unerwartete Expositionen aufdecken

• dienen der Verbesserung des Arbeitsschutzes

Hämoglobin-Addukte sind ein unverzichtbares Instrument der

Gesundheitsprävention beim Umgang mit kanzerogenen Arbeitsstoffen

Hb-Addukte als biochemische Effekt-Marker krebserzeugender Arbeitsstoffe

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Schlußfolgerung

„Die Parameter des biochemischen Effektmonitorings liefern in dem Prozess von der äußeren Exposition zum Gesundheitsschaden aufgrund Ihrer Spezifität und Empfindlichkeit unter allen derzeit verfügbaren Messgrößen das beste Maß, um die durch einen Gefahrstoff bedingte Gesundheitsgefährdung abzuschätzen.

Mit Hilfe dieser Parameter ist es möglich, den Beitrag zur Gesamtbeanspruchung (…) und damit zur Erhöhung des Risikos abzuschätzen.“

H.G. Neumann, U. Ewers. Bundesgesundheitsbl–Gesundheitsforsch–Gesundheitsschutz 43:891-895 (2003)

Vorraussetzungen

Hämoglobin-Addukt

• Resorption (Metabolismus)

• Durchdringen der äußeren Zellmembran

• kovalente Bindung an N-term. Valin

DNA-Addukt

• Resorption (Metabolismus)

• Durchdringen der äußeren Zellmembran

• Durchdringen der Membran des Zellkerns

• kovalente Bindung an DNA-Base Gefahrstoff-induzierter Krebs

• Resorption (Metabolismus)

• Durchdringen der äußeren Zellmembran

• Durchdringen der Membran des Zellkerns

• kovalente Bindung an DNA-Base

• keine Reparatur durch Enzyme

• Fehlreplikation

• ggfs. weitere Initiation

• Promotion

• Progression