- Glossar - Einleitung
- Vorkommen, Metabolismus und Toxizität von Chlorbenzolen - Verwendung
- Umweltvorkommen und -metabolismus:
- Expositionspfade
- Resorption und Metabolismus:
- Akute und chronische Toxizität - Spezielle Toxikologie
- Reproduktionstoxizität - Mutagenität, Kanzerogenität - Immuntoxizität
- Vorkommen, Metabolismus und Toxizität von Hexachlorcyclohexanen - Verwendung
- Umweltvorkommen und -metabolismus - Resorption und Metabolismus
- Akute und chronische Toxizität - Spezielle Toxikologie
- Reproduktionstoxizität - Mutagenität, Kanzerogenität - Immuntoxizität
- Die Expositionssituation im Landkreis Bitterfeld
- Membrangesteuerte Lösemittelextraktion zur Analyse von Organochlorverbindungen
- Prinzip und Aufbau der membrangesteuerten Lösemittelextraktion - Optimierung und Leistungsparameter
- Analyse von Bitterfelder Grundwasser - Analyse von Urin von Bitterfelder Kindern - Zusammenfassung
- Literatur - Anhang Einleitung
Organochlorverbindungen gehören zu den ubiquitären Umweltschadstoffen. Obwohl der Gebrauch von chlorhaltigen Insektiziden und Herbiziden mittlerweile stark eingeschränkt und im Falle von als problematisch erkannten Stoffen in der Bundesrepublik verboten worden ist, sind sie infolge ihrer Persistenz global in der Umwelt verteilt und reichern sich aufgrund ihrer Lipophilie über die Nahrungskette in den Organismen und dem Menschen an.
In der vorliegenden Arbeit wird zunächst die toxikologische Relevanz der Tri- bis Hexachlorbenzole und der Isomere der Hexachlorcyclohexane (HCH) beschrieben.
Anschließend wird auf die Expositionssituation gegenüber Xenobiotika im Landkreis Bitterfeld unter besonderer Berücksichtigung der früher dort ansässigen Lindan- Produktion eingegangen. Im letzten Teil der Arbeit wird eine Membranextraktionstechnik vorgestellt, mit der diese Organochlorverbindungen aus
verschiedenen flüssigen Matrizes angereichert und anschließend mit Hilfe der Large- Volume-Injektion / GC-ECD analysiert werden können. Diese membrangesteuerte Lösemittelextraktion wurde für die Untersuchung von Grundwasser aus Bitterfeld eingesetzt. Da bei den in unmittelbarer Nähe zu den weiträumig kontaminierten Industrieanlagen und den mit unbehandelten Industrieabfällen verfüllten Tagebaurestlöchern in Bitterfeld lebenden Anwohnern eine erhöhte Belastung zu vermuten ist, wurde in einer zweiten Applikation der membrangesteuerten Lösemittelextraktion untersucht, ob die nicht-metabolisierten Chlorbenzole und HCH im Urin von Kindern aus den Orten Greppin und Roitsch nachgewiesen werden können. Insbesondere bei Kindern ist ein nicht-invasives Biomonitoring einer Unter- suchung von Blut oder Gewebe vorzuziehen. Der Nachweis der nicht-metabolisierten Substanzen im Urin würde dabei eine akute Exposition mit den Zielsubstanzen belegen, während die Anwesenheit der phenolischen Metaboliten nur unspezifische Rückschlüsse auf eine Belastung mit Organochlorverbindungen zuläßt.
Zusammenfassung
Chlorbenzole werden vor allem als Lösemittel, Dielektrika und als Zwischenprodukte für die Synthese anderer Chlororganika, z.B. von Farbstoffen oder Bioziden produziert. Hexachlorbenzol wurde auch direkt als Fungizid für landwirtschaftliches Saatgut eingesetzt. Aufgrund ihrer Persistenz reichern sich Chlorbenzole in fetthaltigen Nahrungsmitteln an, deren Verzehr somit für die Allgemeinbevölkerung den Haupt-Expositionspfad darstellt. Die primären Metabolisierungsschritte nach der Resorption von Chlorbenzolen können die Einführung einer Hydroxylgruppe, einer schwefelhaltigen Gruppe oder eine reduktive Dechlorierung sein. Die phenolischen Metaboliten können anschließend mit Glucuronsäure oder Schwefelsäure konjugiert werden. Nicht-metabolisierte Chlorbenzole werden vorwiegend im Fettgewebe gespeichert. Im Vordergrund der toxischen Wirkung von Chlorbenzolen stehen neurotoxische Effekte, wie z.B. Krämpfe und Lähmungserscheinungen, außerdem induzieren sie die Aktivität des Cytochrom P450-Systems. Eine chronische Hexachlorbenzol-Intoxikation trat 1955 - 1959 in der südöstlichen Türkei auf; hier vergifteten sich ca. 4000 Menschen durch den Verzehr von HCB-behandeltem Saatgut. Das Krankheitsbild wurde als Potphyria turcia bezeichnet und äußerte sich durch eine auffällige Hypertrichose, Hyperpigmentierung und Lichtempfindlichkeit der Haut, außerdem traten Gelenkschäden bei Kindern und chronische Leberschäden auf. Charakteristisch war vor allem die erhöhte Ausscheidung von Porphyrinen im Urin. Penta- und Hexachlorbenzol wirken in Tierversuchen teratogen. Mit Ausnahme des Hexachlorbenzols haben sich für die Chlorbenzole keine Hinweise auf Mutagenität oder Kanzerogenität ergeben. HCB erwies sich als nicht mutagen, erzeugt bei Nagetieren jedoch Tumoren und wirkt auch als Tumorpromotor, so daß es als potentielles Humankanzerogen in die Klasse K2 eingestuft wurde. HCB hat außerdem eine ausgeprägte immunsuppressive Wirkung.
Hexachlorcyclohexan umfasst eine Gruppe von acht Stereoisomeren. Die Herstellung des technischen Isomerengemisches erfolgt durch Photochlorierung von Benzol. Die insektizide Wirkung des HCH (Kontakt-, Atem- und Fraßgift) ist jedoch nur auf das y-Isomer (Lindan) zurückzuführen, das in dem technischen Produkt nur einen Anteil von ca. 15 % hat. Seit etwa 1945 wurde technisches HCH in Deutschland in großem Umfang produziert und als Insektizid ausgebracht. Seit 1974 ist die Anwendung von technischem HCH in der BRD verboten. Die HCH sind sehr lipophil, wobei das Potential zur Bio- und Geoakkumulation beim ß-HCH am ausgeprägtesten ist. Die Exposition der Allgemeinbevölkerung gegenüber Hexachlorcyclohexan ist zu über 90 % auf die Nahrung zurückzuführen. Für das
biologische Monitoring einer arbeitsbedingten HCH-Belastung, werden die nicht- metabolisierten Substanzen selbst im Vollblut, Serum oder Plasma bestimmt. Die HCH reichern sich außerdem in der Muttermilch an, wobei Konzentrationen von 0,01 - 0,05 mg/kg Milchfett erreicht werden. Die primären Metabolisierungsschritte der HCH können die Abspaltung von HCl, die reduktive Dechlorierung, die oxidative Dehydrierung oder der Ersatz eines Chlors durch eine Hydroxygruppe sein. In weiteren Schritten werden sie zu Di-, Tri- oder Tetrachlorphenolen abgebaut, die mit dem Urin entweder in freier Form oder als Konjugate (Glucuronide, Sulfate, Merkaptursäuren) ausgeschieden werden. Die gebildeten Chlorphenole sind jedoch nicht nur die Metaboliten der isomeren HCH, sondern werden auch nach Resorption von z.B. Chlorbenzolen oder Chlorphenoxysäuren gebildet. Eine akute HCH- Vergiftung äußert sich in einer Übererregbarkeit des zentralen und peripheren motorischen Nervensystems mit Symptomen wie Kopfschmerzen, Übelkeit, Tremor, gesteigerter Atemtätigkeit und schließlich Krämpfen bis zu Lähmungserscheinungen.
Eine chronische Vergiftung führt zur Induktion hepatischer Enzymsysteme und Lebervergrößerung. Lindan ist nicht teratogen, für das ß-Isomer existieren jedoch Hinweise auf eine fruchtschädigende Wirkung. Die HCH-Isomere zeigen im Ames- Test keine mutagene Aktivität. Das α-, ß-, und γ-HCH wirken jedoch tumorpromovierend, während α-HCH im Tierversuch auch ohne initiale Gabe eines anderen Kanzerogens als Auslöser für Lebertumoren wirkt. Aufgrund der uneinheitlichen tierexperimentellen Befunde wurden die HCH als möglicherweise krebserregend für den Menschen in die Klasse K3 eingestuft. Lindan hat zudem eine immunsuppressive Wirkung.
Am Industriestandort Bitterfeld wurde im Werkteil Nord von 1962 bis 1982 Lindan produziert; das Werksgelände reichte dabei bis zu 550 m an ein Wohngebiet des Ortes Greppin heran. Aufgrund des wenig gefahrenbewußten Umgangs mit den Abfallisomeren kann von einer erhöhten Exposition der Greppiner Anwohner ausgegangen werden. Aus einer 1994 vom Gesundheitsamt des Landkreises Bitterfeld durchgeführten umweltmedizinischen Studie der Blutkonzentration von Chlororganika an erwachsenen Greppinern wurde deutlich, daß diese Personengruppe deutlich höher mit HCH, PCB, DDT/DDE und HCB belastet war als eine Vergleichsgruppe im Landkreis Bitterfeld. Weitere in den Jahren 1990, 1993 und 1996 durchgeführte Studien zeigten einen rückläufigen Trend der Organochlorbelastung in der Muttermilch von Wöchnerinnen des Landkreises Bitterfeld; dabei wurden jedoch auch im Nabelschnurblut und Plazentagewebe Organochlorverbindungen nachgewiesen. Nach der Stilllegung der Chemiebetriebe im Gebiet Bitterfeld - Wolfen gehen auch heute noch Gefahren durch die Altlasten der noch nicht sanierten Werksgelände, des kontaminierten Bodens, der Deponien und des stark belasteten Grundwassers aus. Insbesondere die in der Nähe der Gemeinde Greppin gelegene Gruppe Antonie, die mit ca. 70.000 t HCH- Abfallisomeren verfüllt worden ist, stellt eine erhebliche Gefahrenquelle dar. In der Sektion Expositionsforschung und Epidemiologie des Umweltforschungszentrums Leipzig werden an Kindergartenkindern im Raum Bitterfeld und Leipzig verschiedenen umweltmedizinische Studien durchgeführt. Bei den Kindern des Ortes Greppin wurden dabei zwar höhere PCP-Maximalwerte im Urin festgestellt, signifikante Unterschiede zu den als unbelastet eingestuften Referenzorten bestanden jedoch nicht. Bei einer Untersuchung der nicht-metabolisierten Isomere der HCH und des DDT im Urin der Kinder aus Bitterfeld ergaben sich zwar Hinweise auf α-, ß- und y-HCH, die Substanzen konnten jedoch nicht quantifiziert werden. Die phenolischen Metabolite der Chlororganika waren jedoch bestimmbar.
Innerhalb der vorliegenden Arbeit sollte durch die Anwendung einer Membran- extraktionsmethode, die sich durch niedrigere Nachweisgrenzen als die bisher ver- wendeten Methoden auszeichnet, erneut überprüft werden, ob nicht-metabolisierte HCH oder Chlorbenzole in den Urinproben nachgewiesen werden können. Bei dieser Methode wird die flüssige Probe (10 ml) durch eine 50 µm dicke LDPE-Membran mit 800 µl Heptan extrahiert. Ein Volumen von 100 — 400 µl des Lösemittelextraktes wird anschließend über Large-Volume-Injektion-GC-ECD analysiert. Die Nachweisgrenzen betragen bei Injektion von 400 µl Extrakt 2 - 5 ng/l der Organochlorverbindungen in der Probe. In der Arbeit wird die Durchführung der Extraktion mit der Optimierung der Extraktionsparameter wie Dicke der Membran, Extraktionszeit und der Einfluß von Matrixkomponenten wie Salz, Detergenz oder Lösemittel beschrieben. Nach der Bestimmung der Leistungsparameter Linearbereich, Nachweisgrenzen und Reproduzierbarkeit wurde die Methode erfolgreich für die Bestimmung von Chlorbenzolen und HCH in Grundwasser der Deponie Antonie eingesetzt. Hier wurden Gehalte von 80 bis 3800 ng/l im Wasser ermittelt, was zum Teil über der Wasserlöslichkeit der Verbindungen liegt und auf den hohen Anteil anderer lösungsvermittelnder organischer Inhaltsstoffe zurückzuführen ist. Für die Bestimmung der Organochlorverbindungen in Urin wurden zunächst die Nachweisgrenzen durch Dotierung in den Urin einer unbelasteten erwachsenen Kontrollperson ermittelt. Dabei wurden keine Matrixstörungen in den erhaltenen Chromatogrammen beobachtet. Bei der Analyse der Urinextrakte der Bitterfelder Kinder traten jedoch eine Vielzahl von Peaks im Retentionszeitbereich der Analyte sowie ein hohes Untergrundrauschen in den Chromatogrammen auf, so daß eine eindeutige Zuordnung der Analyte mittels des ECD nicht möglich war. Um die Anwesenheit der Analyte in den Urinproben massen- pektrometrisch zu überprüfen wurde die nach saurer Hydrolyse des Urin über die Membran gewonnen Extrakte aufkonzentriert und mit GC-MS im SIM und im SCAN- Modus analysiert. Bis auf die Substanz Pentachlorphenol konnten die charakteristischen Ionen keiner der Substanzen nachgewiesen werden. Bei den GC- MS-Screening-Untersuchungen konnten jedoch fünf nicht-chlorierte Phenole in den Urinextrakten nachgewiesen werden. Aus den Ergebnissen dieser Arbeit läßt sich ableiten, daß die nicht-metabolisierten Chlororganika im Urin der Kinder nicht nachgewiesen werden konnten. Der hohe Untergrund der Chromatogramme aller Kinderurin-Extrakte im Vergleich zu der unbelasteten Kontrollperson und insbesondere die Anwesenheit der Substanz 5-Methyl-2-nitrophenol in den Kinderurinen konnte dabei letztlich nicht geklärt werden.
