- Zusammenfassung - Einleitung
- Material und Methoden - Tiermodell
- Testsubstanzen und Expositionsplan - Sektionen
- Retentionsmessungen
- Messung der alveolären Clearance mittels radioaktiv markierter Partikeln - Bronchoalveoläre Lavage (BAL)
- Ergebnisse
- Retentionsuntersuchungen - Clearancemessungen - Bronchoalveoläre Lavage - Differentialzellbild
- Biochemische Parameter - Diskussion
- Literatur - Anhang Zusammenfassung
In einer Biopersistenzstudie inhalierten Wistar-Ratten drei Typen mineralischer Fasern, experimentelle Glasfasern B-01/0.9, Steinwolle MMVF 21 (jeweils 30 mg/m3 über 1 Woche = niedrige Dosis; 40 mg/m3 über 3 Wochen = hohe Dosis) und Keramikfasern RCF 1 (40 mg/m3 über 3 Wochen = nur hohe Dosis), sowie als Negativkontrolle Glaskugeln (40 mg/m3 über 3 Wochen). Die Faserinhalation erfolgte 6 Std./Tag an 5 Tagen/Woche. Nach Ende der Exposition wurden die Ratten zu verschiedenen Zeitpunkten (3, 17, 31 und 93 Tage Recovery) seziert und die Lungen herauspräpariert. Die Faserretention wurde nach Verschung der Lungen untersucht.
Bei den Lungen wurde eine bronchoalveoläre Lavage (BAL) durchgeführt und verschiedene Parameter zur Charakterisierung der Entzündungsreaktion bestimmt.
Bei einer weiteren Satellitengruppe wurde die alveoläre Clearance nach beendeter Inhalation mit Hilfe radioaktiver Partikeln gemessen.
Die Faserretention betrug 3 Tage nach Expositionsende in den Steinwollegruppen dosisabhängig 330 bzw. 800 µg/Lunge, bei den Keramikfasern 770 µg und bei den Glaskugeln 610 pg. In den Glasfasergruppen war sie mit 90 µg bzw. 190 µg bedeutend niedriger. Dieser Befund ist ein Hinweis auf die größere Löslichkeit der Glasfasern im Vergleich zu den beiden anderen Fasertypen. 90 Tage nach Expositionsende waren die Glasfasern fast vollständig verschwunden; die Steinwolle und die Keramikfasern zeigten ebenfalls eine rasche Clearance mit Halbwertszeiten im Bereich von 50-70 Tagen. Da diese Fasertypen keine bedeutende Löslichkeit zeigen, ist die beobachtete schnelle Gesamtclearance wahrscheinlich darauf zurückzuführen, daß ein erheblicher Anteil der Fasern im tracheo-bronchialen Kompartiment deponiert worden ist; dieses Kompartiment verfügt, verglichen mit dem Alveolarraum, über eine wesentlich schnellere Clearancegeschwindigkeit.
Die Clearancemessungen mit radioaktiven Scandiumoxid (46Sc203)-Partikeln ergaben folgende Halbwertszeiten: Kontrolle: 66 Tage, Glaskugeln 55 Tage, Glasfasern 55 bzw. 57 Tage, Steinwolle 68 bzw. 102 Tage und Keramikfasern 1200 Tage. Die
gegenüber der Kontrolle verlangsamte Clearance in der hohen Steinwolledosierung und die zusammengebrochene Clearance bei den Keramikfasern zeigen einen starken adversen Effekt dieser Fasertypen bereits bei Lungenbelastungen von ca.
0,5 mg/Rattenlunge auf die alveoläre Clearanceleistung. Die sehr große Halbwertszeit bei den Keramikfasern läßt zusätzlich einen zytotoxischen Fasereffekt vermuten.
Im Überstand der Lungenspülflüssigkeit (2 x 4 ml Salzlösung) wurden die Parameter Lactatdehydrogenase (LDH; Zytotoxizität), Gesamtprotein (kapillare Transsudation), y-Glutamyltransferase (y-GT; Makrophagenaktivität) und Glutathion (reduzierte/oxydierte Form; Redoxstatus) 3, 17, 31 und 93 Tage nach Ende der Inhalation bestimmt. Die zelluläre Entzündungssituation wurde anhand des Differentialzellbildes (Makrophagen, Granulozyten, Lymphozyten) bewertet.
LDH, Υ-GT, der Titer an reduziertem Glutathion und das Differentialzellbild waren sensitive Parameter. Die RCF 1-Keramikfasern zeigten die ausgeprägteste signifikante Reaktion. Die MMVF 21-Steinwolle zeigte einen schwächeren, aber signifikanten, dosisabhängigen Effekt, während die experimentellen B-01/0.9- Glasfasern ein inflammatorisches Verhalten ähnlich dem der inerten Glaskugeln aufwiesen.
Zusammen ergeben die gemessenen Parameter eine klare Reihenfolge in der biologischen Wirkung der untersuchten Fasertypen:
Keramikfasern RCF 1 > Steinwolle MMVF 21 > Glasfasern B-01/0.9 = Glaskugeln = Kontrolle.
Einleitung
Künstliche Mineralfasern haben als Ersatzstoffe für die früher in großen Mengen verwandten, wegen ihrer kanzerogenen Potenz heute jedoch verbotenen Asbestfasern in den letzten 15 Jahren ständig an Bedeutung gewonnen. Die Jahresproduktion in Deutschland beträgt ca. 400.000 t. Auf dem Markt wird heute eine große Zahl an Fasermaterialien für verschiedene Zwecke angeboten, z.B. für Wärmeisolierung im Hausbau, Brandschutz oder Bremsbeläge. Bevor solche Fasern vermarktet werden können, sind Untersuchungen zum Gesundheitsrisiko erforderlich.
Es muß sichergestellt werden, daß diese neuen Fasertypen keine kanzerogenen Eigenschaften aufweisen.
Die krebserzeugende Wirkung von Fasern in der Lunge beruht auf der charakteristischen Gestalt dieser Sonderform einer Partikel, nicht auf der Wirkung von herausgelösten Substanzen. Die Definition der Weltgesundheitsorganisation (WHO) für kanzerogene Fasern nennt folgende Kriterien für eine kritische Geometrie:
Länge > 5 µm, Dicke < 3 µm und Längen-/Dickenverhältnis > 3/1. Neben dieser Grundvoraussetzung ist die Biopersistenz ein weiteres wichtiges Kriterium der Faserkanzerogenität. Nur Fasern, die in der Lunge lange genug stabil sind, d.h. sich nicht auflösen, sind in der Lage, Tumoren zu induzieren.
In einem Verbundprojekt wurden bei der Ratte drei verschiedene Applikationsarten verglichen, die Inhalation, die intratracheale Instillation und die intraperitoneale Injektion. Das Ziel ist, eine standardisierte Methode für die Testung von Faserstäuben im Tierversuch festzulegen. In dieser Abschlußarbeit soll allein der Inhalationsversuch behandelt werden.
Die Inhalation ist der für den Menschen relevante Aufnahmepfad. Im Rattenversuch ist jedoch keine direkte Vergleichbarkeit gegeben, da bei der Ratte als obligatem Nasenatmer nur ein Teil der beim Menschen lungengängigen Fasern in den Alveolen deponiert wird. Um ausreichende Fasermassen im Alveolarbereich zu deponieren,
wurden von den Fasern durch Sichtung geeignete lungengängige Fraktionen hergestellt.
Die Biopersistenz wird durch drei Hauptfaktoren bestimmt: die Auflösung, den mechanischen Zerfall und den Abtransport von Fasern. Wesentliche Meßgrößen sind daher die Bestimmung der Faserzahl, die Fasergröße und Änderungen der chemischen Zusammensetzung in der Lunge. Die Gesamtclearance der Fasern wird durch das Zusammenspiel dieser Parameter bestimmt.
Die für Isolierungszwecke eingesetzten mineralischen Fasern lassen sich in die drei Klassen Glaswollen, Steinwollen und keramische Fasern einteilen. Innerhalb dieser Klassen gibt es viele unterschiedliche Zusammensetzungen, die in der Lunge ein verschiedenes Persistenzverhalten aufweisen können.
