Biomonitoring aromatischer Amine

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Biomonitoring aromatischer Amine – Beispiele aus der Praxis

Dr. Tobias Weiß, Forschungsinstitut für Arbeitsmedizin der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (BGFA), Institut der Ruhr-Universität Bochum.

Ein Großteil der aromatischen Amine ist als humankanzerogen (K1) oder als kanze- rogen im Tierversuch (K2) eingestuft bzw. steht im Verdacht, krebserzeugend zu sein. Darüber hinaus sind aromatische Amine in der Regel gut hautgängig.

Arbeitsmedizinisch relevante innere Belastungen gegenüber aromatischen Aminen können nicht nur beim direkten Umgang mit Vertretern dieser Stoffgruppe bestehen, sondern können ihre Ursache auch in einer Exposition gegenüber Vorläufersubstan- zen wie aromatischen Isocyanten, aromatischen Nitroverbindungen, Azofarbstoffen, Guanidinen etc. haben. Anhand dreier Anwendungsbeispiele aus der arbeitsmedizinischen Praxis (4,4’-Methylendianilin als Harzhärterkomponente im Nasslaminatver- fahren, 2,4,6-Trinitrotoluol bei der Entsorgung von Rüstungsaltlasten, o-Toluidin in der Gummiindustrie bei Einsatz von Di-o-Tolylguanidin als Zweitbeschleuniger) wird der Nutzen des Biomonitoring bei der Objektivierung von Belastungen mit hautgängi- gen Stoffen, bei Tätigkeiten im Freien, der Identifizierung von Belastungsschwer- punkten sowie der Effektivitätskontrolle angewandter Schutzmaßnahmen dargestellt.

Darüber hinaus wird auf die Hintergrundbelastung der beruflich nicht exponierten Allgemeinbevölkerung mit aromatischen Aminen hingewiesen. Diese Hintergrundbe- lastung aus verschiedensten und zum Teil noch nicht identifizierten Quellen ist insbesondere bei der Bewertung von beruflichen Expositionen zu beachten.

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Beispiele aus der Praxis

Dr. rer. nat. Tobias Weiß

4. Workshop Biomonitoring, BAuA, Berlin

Forschungsinstitut für Arbeitsmedizin der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung Institut der Ruhr-Universität Bochum

Institut und Poliklinik für Arbeits-, Sozial- und Umweltmedizin

Friedrich-Alexander

Universität Erlangen-Nürnberg

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Toxikologische Eigenschaften Aromatischer Amine

Met-Hb-Bildung

Kanzerogenität (Hauptzielorgan Harnblase)

(DFG) (IARC)

• Anilin 4 (MAK: 2ppm) 3

• o-Toluidin 1 2A

• p-Toluidin 3 -

• o-Anisidin 2 2B

• 4-Chloranilin 2 2B

• 4-Aminobiphenyl 1 1

• 2-Naphthylamin 1 1

• 4,4‘-Diaminodiphenylmethan 2 2B

• 2,4,6-Trinitrotoluol 3B 3

...

Aromatische Amine werden i.d.R. gut über die Haut aufgenommen!

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Biomonitoring und neue GefStoffV

• § 15 Arbeitsmedizinische Vorsorge; Abs. 2

• Biomonitoring ist, soweit anerkannte Verfahren dafür zur Verfügung stehen und Werte zur Beurteilung, insbesondere biologische

Grenzwerte, vorhanden sind, Bestandteil der arbeitsmedizinischen Vorsorgeuntersuchungen

• § 16 Veranlassung und Angebot arbeitsmedizinischer Vorsorgeuntersuchungen

• Aromatische Amino- und Nitroverbindungen sind Bestandteil der Liste Anhang V, Nr. 1

• Aromatische Amine sind hautresorptiv

• Aromatische Amino- und Nitroverbindungen sind z.T. in Kategorien 1 und 2 krebserzeugender Arbeitsstoffe eingruppiert

notwendig:

Ermittlung und Festlegung von risikobasierten Grenzwerten

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Vereinfachter Metabolismus

Detoxifizierung

NH₂ N

A c H

Arylamin

NAT

N-Acetyl-Arylamin N-Acetyl-Arylamin

N A c H

Leber Blut Harnblase

CYP

Toxifizierung

N H OH

N-Hydroxy-Arylamin

N O N

H S Hb O Hb

GSH Met-Hb Hb

NADP⁺ NADPH

Glutathion-Addukt

Hb-Addukt Nitroso-Arylamin

N H OH

N-Hydroxy-Arylamin

DNA-Addukte

N Glu OH

N-Glucuronyl-N-Hydroxy-Arylamin

N H O A c UDPGA

NAT

O-Acetyl-Hydroxylamin

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Mögliche Biomonitoringparameter für Aromatische Amine

• Aromatische Amine im Urin

• Kurzzeitparameter für letzte Schicht (t

_1/2

im Bereich von Stunden)

• wenig invasiv

• Hämoglobinaddukte Aromatischer Amine im Blut

• Langzeitparameter für die mittlere Belastung der letzten 4 Monate (Lebenszeit Erythrozyten ca. 120 Tage)

• Blutabnahme notwendig

• Aufwändige Analytik, höhere Kosten

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Beispiele aus der Praxis

• 4,4‘-Methylendianilin (MDA) im Nasslaminatverfahren

• 2,4,6-Trinitrotoluol (TNT) bei der Entsorgung von Rüstungsaltlasten

• o-Toluidin in der Gummiindustrie

• Hintergrundbelastung der Allgemeinbevölkerung

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Beispiel 1: MDA im Nasslaminatverfahren

• Ausgangssituation

• mit Atemschutz

• ohne Atemschutz aber PSA (Overalls, Handschuhe, Spritzschutz) 18 pot. exponierte Anwender des Nasslaminatverfahren 3 Untersuchungsblöcke / Schutzmaßnahmen

Urin

Problem: häufig wechselnde Tätigkeiten, MDA-Luftkonzentrationen < NWG

0 5 10 15 20 25 30

Ohne Atemschutz MDA [ µ g/L] (Nachschicht)

Mit

Atemschutz

Spezielles Schutzkonzept

0 5 10 15 20 25 30

Schutzkonzept

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Hauptaufnahmepfad MDA

0 10 20 30 40 50 60

10 15 20 25

0 5

MDA in der Arbeitsplatzluft [µg/m3 ]

MDA im Urin [µg/l]

Luftmessung an den

Arbeitsplätzen

Im Biomonitoring gemessener Wert

(Median)

Assoziation Luft/Urin DFG 1993

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Beispiel 2: TNT bei der Munitionsentsorgung

Untersuchungsblock 1 Untersuchungsblock 3 0

200 400 600 5000 10000

4A26DNT im Urin [µg/L]

Untersuchungsblock 1

Untersuchungsblock 3 0

200 400 600 5000 10000

4A26DNT im Urin [µg/L]

0 200 400 600 800 1000 1200 4000 4500 5000

4A26DNT Hb-Addukte [ng/L Blut]

Untersuchungsblock 1 Untersuchungsblock 3 0

200 400 600 800 1000 1200 4000 4500 5000

4A26DNT Hb-Addukte [ng/L Blut]

• Ausgangssituation

• Sofortmaßnahmen (PSA (Filtermasken, Handschuhe), Hygienevorschriften)

• zusätzlich zu 2. bauliche Veränderungen

13 pot. exponierte Munitionszerleger 13 Kontrollen

3 Untersuchungsblöcke / Schutzmaßnahmen

Urin Hb-Addukte

Problem: häufig wechselnde Tätigkeiten, teilweise im Freien

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Beispiel 3: o-Toluidin in der Gummiindustrie

• 69 Arbeiter aus 4 Betrieben der Deutschen Gummiindustrie (64 männlich, 5 weiblich; 44 Raucher)

• Exposition gegenüber o-Toluidin aufgrund thermischer Zersetzung des Zweitbeschleunigers Di-o-Tolylguanidin (DOTG)

• Alter 20 – 61 Jahre (Median 37,5 Jahre)

• 57 personengebundene Luftmessungen

• 69 Nachschicht-Urinproben

• 67 Blutproben

57 Beschäftigte mit vollständigen Datensätzen

(12)

Ergebnisse: Luftmessungen (personengebunden)

Mischerei N=5

Halbzeug- fertigung

Vulkanisation N=23

Endkontrolle N=4

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 450 500 550 600

o-Toluidin in der Luft [ µ g/m

3

]

ehemaliger TRK (500 µg/m

³

)

Ambient Air (indoor):

~ 0,02 µg/m

³

o-Toluidin in der Luft

(13)

Ergebnisse: Biological Monitoring

Allgemein- bevölkerung

Mischerei N=7

Halbzeug- fertigung

Vulkanisation N=24

End- kontrolle 0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 250 300

o-Toluidin im Urin [ µ g/L]

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4

Zoom o-Toluidin im Urin

(14)

Ergebnisse: Biological Monitoring

0 Allgemein- bevölkerung

Mischerei N=7

Halbzeug- fertigung

Vulkanisation N=24

End- kontrolle

adducts in blood [ng/L]

100 200 300 400 500 600

Zoom

o-Toluidin Hb-Addukte

200

400

600

800 1000

1200

1400

1600

1800

2000

(15)

Ergebnisse: Assoziation Urin vs. Luft

10 100 1,000 10,000 100,000 1,000,000

10 100 1.000 10.000 100.000 1.000.000 o-Toluidin in der Luft [ng/m

³

]

o-Toluidin im Urin [ng/L]

R

²

= 0.7696

Aber:

signifikant erhöhte

(relative) innere Belastungen

bei Arbeitern mit geschädigter Haut

(Korinth et al. 2007/OEM)

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o-Toluidin in der Gummiindustrie

• Innere Exposition ist hauptsächlich bestimmt durch

• Äußere Exposition (Arbeitsplatzluft)

• Abteilung/Tätigkeit

• aber: bei geschädigter Haut kann es zu erhöhter Aufnahme kommen

• Innere Exposition ist nicht bestimmt durch

• Raucherstatus

• Acetyliererstatus

(17)

Hintergrundbelastung der Allgemeinbevölkerung

Tabakrauchinhaltstoffe

Pflanzenschutzmittel-Metabolite

3,4-Dichloranilin 4-Chloranilin

o-Anisidin

NH₂

Cl Cl NH₂

Cl NH₂

Cl

NH₂

OCH₃ NH₂

NH₂

CH₃

NH₂ CH₃

NH₂

CH₃

NH₂

NH₂ H₂N

NH₂

Cl Cl

Anilin

m-Toluidin

p-Toluidin o-Toluidin

2-Naphtylamin 4-Aminodiphenyl

3-Chloranilin 3,5-Dichloranilin

Tabakrauchinhaltstoffe

Pflanzenschutzmittel-Metabolite

3,4-Dichloranilin 4-Chloranilin

o-Anisidin

NH₂

Cl Cl NH₂

Cl NH₂

Cl

NH₂

OCH₃ NH₂

NH₂

CH₃

NH₂ CH₃

NH₂

CH₃

NH₂

NH₂ H₂N

NH₂

Cl Cl

Anilin

m-Toluidin

p-Toluidin o-Toluidin

2-Naphtylamin 4-Aminodiphenyl

3-Chloranilin 3,5-Dichloranilin

(18)

Chromatogramm einer nativen Blutprobe (Hb-Addukte)

5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000

Abundance

9.0 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0 16.0 17.0 18.0 19.0 20.0 21.0 [Time]

4-ABP (4.9) 3,5-DClA (28.4)

4-ClA (50.4) 3-ClA (141.8) Anilin (380 ng/L)

o-T (16.4)

m-T (50.7)

p-T (12.8) o-A

(5.7) 3,4-DClA (1.3)

2-NA (0.9)

2400

2200

2000

1800

17.5 18.0 18.5

2-NA

(Zoom)

(19)

Ergebnisse Hb-Addukte (N=200)

99,5%

<NWG - 155 53

13,0 3,5-Dichloranilin

88,5%

<NWG - 184 10

2,6 3,4-Dichloranilin

99,5%

<NWG - 2414 155

31,1 4-Chloranilin

100 % 1,1 - 411

47 7,4

3-Chloranilin

95%

<NWG - 70 16

2,4 4-Aminodiphenyl

60%

<NWG - 8,9 2,8

1,2 2-Naphthylamin

89,4%

<NWG - 4500 16

2,1 o-Anisidin

95,5%

<NWG - 503 34

8,6 p-Toluidin

99,5%

<NWG - 802 120

32,4 m-Toluidin

99%

<NWG - 5929 82

22,6 o-Toluidin

100%

53-1438 3780

488 Anilin

positive Befunde Bereich

95 % Median

[ng/L]

Allgemeinbevölkerung

(20)

Quellenbetrachtung: Aromatische Amine im Urin

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

rel. Summenhäufigkeit [%] Nichtraucher

Raucher

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Nichtraucher Raucher

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

m-Toluidin Urin

Konzentration m-Toluidin [µg/L]

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Nichtraucher Raucher Nichtraucher Raucher

Anilin Urin

Konzentration Anilin [µg/L]

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0 2 4 6 8 10 12 14

0

0 2 4 6 8 10 12 14

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

o-Anisidin

3- und 4-Chloranilin

3,4- und 3,5-Dichloranilin

o-Toluidin p-Toluidin

2-Naphthylamin

4-Aminodiphenyl

(21)

Quellenbetrachtung: Hb-Addukte

0 10 20 30 40 50 60 70 80

0 20 40 60 80 100

rel. Summenhäufigkeit [%]

4-ADP-Addukte im Blut [ng/L]

0 10 20 30 40 50 60 70 500 550

0 20 40 60 80 100

p-Toluidin Addukte 4-ADP Addukte

0 10 20 30 40 50 60 70 80

0 20 40 60 80 100

0 10 20 30 40 50 60 70 500 550

0 20 40 60 80 100

p-Toluidin-Addukte im Blut [ng/L]

signifikant:

p-Toluidin

4-Aminodiphenyl

nicht signifikant:

Anilin

o-, m-Toluidin (aber erhöht) o-Anisidin

2-Naphthylamin

Mono- u. Dichloraniline

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Hintergrundbelastung der Allgemeinbevölkerung

1. Durch individuellen Tabakkonsum wesentlich beeinflusst:

• o-Toluidin

• m-Toluidin

• p-Toluidin

• 4-Aminodiphenyl

• 2-Naphthylamin

2. Durch den individuellen Tabakkonsum nicht beeinflusst:

• Anilin

• o-Anisidin

3. Nicht im Tabakrauch enthaltene Arylamine (Quelle Nahrungsmittel?):

• 3-Chloranilin

• 4-Chloranilin

• 3,4-Dichloranilin

• 3,5-Dichloranilin

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Zusammenfassung

• Bei hautgängigen Stoffen ist Biological Monitoring (BM) einzig geeignetes Instrument zur Expositionsabschätzung

• aber nach GefStoffV kein Instrument zur Durchführung der Gefährdungsbeurteilung

• Hervorragendes Instrument zur Effektivitätsprüfung von Schutzmaßnahmen

• aber nach GefStoffV kein Instrument zur Kontrolle von Schutzmaßnahmen

• Bei kanzerogenen (K1, K2) aromatischen Aminen derzeit keine Beurteilungswerte im Sinne der GefStoffV vorhanden, daher BM im Rahmen von Angebotsuntersuchungen

• Vorläufersubstanzen beachten

• Isocyanate

• Nitroanaloga

• Azofarbstoffe

• Guanidine

• ...

• Hintergrundbelastung der Allgemeinbevölkerung beachten

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