In unserer industrialisierten Umwelt ist der Mensch zahlreichen chemischen Stoffen ausgesetzt, die seine Gesundheit negativ beeinflussen können. Dabei nehmen Dioxine - hoch toxische polychlorierte Dibenzo-p-dioxine (PCDD) und Dibenzofurane (PCDF) - einen besonderen Stellenwert in der öffentlichen Diskussion ein.

Dioxine: unerwünscht doch manchmal unvermeidbar

Dioxine sind unerwünschte und manchmal unvermeidbare Verunreinigungen, die bei einer Vielzahl von industriellen und thermischen Prozessen in Anwesenheit von Chlorquellen entstehen. Sie wurden im Gegensatz zu anderen chlororganischen Chemikalien, wie DDT, Pentachlorphenol oder Lindan, nie in technischem Maßstab hergestellt. Da diese Verbindungen fettlöslich und sehr stabil sind, reichern sie sich innerhalb der Nahrungskette an. Dies führt dazu, daß der Mensch vor allem durch Nahrungsmittel tierischen Ursprungs täglich geringe Mengen an polychlorierten Dibenzo-p-dioxinen und Dibenzofuranen aufnimmt. Dioxine gehören zur Klasse tricyclischer, chlorierter, aromatischer Ether, d. h. sauerstoffverknüpfter Phenylringe (s. Abb. 2). Insgesamt existieren 75 PCDD- und 135 PCDF-Einzelverbindungen. Charakteristisch für die Moleküle ist die Anzahl der Chloratome (Chlor-Homologe) sowie deren Stellung zueinander (Isomere), die durch eine systematische Bezifferung und Numerierung wiedergegeben wird. Bekanntester Vertreter dieser Stoffgruppe ist das 2,3,7,8-Tetrachlordibenzo-p-dioxin (2,3,7,8-TCDD), das im Jahre 1976 durch einen Chemieunfall als sogenanntes „Seveso-Gift“ bekannt wurde. Obwohl sich ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften ähneln, ist das toxische Verhalten von Dioxinen aufgrund ihrer unterschiedlichen Chlorsubstitutionsmuster sehr verschieden. Für den Menschen von besonderer Relevanz sind jene Dioxinverbindungen, bei denen mindestens an den Stellungen 2, 3, 7 und 8 die Wasserstoffatome durch Chloratome ersetzt sind. Sie besitzen das größte toxische Potential und können sich im menschlichen Körper anreichern, insbesondere in fettreichen Geweben. Von allen Dioxinverbindungen ist das 2,3,7,8-TCDD toxikologisch am besten untersucht. Auffallend ist zunächst, daß die toxischen Wirkungen bei Versuchstieren je nach Stamm und Spezies erheblich variieren.

Ob Hamster, Meerschwein oder Mensch: mal mehr, mal weniger toxisch

Die tödliche Dosis beträgt 0,6 Mikrogramm (µg) 2,3,7,8-TCDD pro kg Körpergewicht bei Meerschweinchen und ca. 5 000 µg 2,3,7,8-TCDD pro kg Körpergewicht bei Hamstern (1 µg = 10 –6 = 0,000 001 g). Die toxischen Wirkungen der einzelnen Dioxinverbindungen sind ebenfalls sehr unterschiedlich. Beim Menschen wirken sich Dioxine bereits in kleinsten Dosen schädlich auf das Hormon- und Immunsystem aus. In hohen Dosen, wie sie beispielsweise bei Chemieunfällen aufgetreten sind, verursachen Dioxine das typische akute Krankheitsbild der Chlorakne. Bei Langzeitstudien derartig exponierter Personen wurden Hinweise für eine erhöhte Sterblichkeit an Herz- und Atemwegserkrankungen gefunden. Weitere Gesundheitsstörungen sind unspezifische Befindlichkeitsstörungen, Störungen des Fett- und Kohlenhydratstoffwechsels, neurologische und psychische Symptome. Spezielle Wirkungen auf das Immunsystem und auf die Reproduktion treten im Tierversuch bereits bei Dosen auf, die mit der aktuellen Belastung des Menschen durchaus vergleichbar sind. Das bereits genannte 2,3,7,8-TCDD wurde erst jüngst von der Weltgesundheitsorganisation als krebserregend beim Menschen eingestuft. Um die Toxizität komplexer Dioxingemische besser einschätzen zu können, wurden verschiedene Berechnungsmodelle etabliert. Grundlage aller Modelle ist die Annahme, daß die einzelnen Verbindungen grundsätzlich das gleiche Wirkungsprinzip, jedoch unterschiedliche Wirkungsstärken aufweisen. Der überwiegende Teil der Schätzungen basiert auf Studien zur Enzymaktivierung, zur akuten Toxizität, Kanzerogenität und zu Auswirkungen auf die Reproduktion. Zumeist dient das sog. Internationale Modell als Berechnungsgrundlage.

Chlorakne: das typische Krankheitsbild bei Chemieunfällen

Dazu werden die in einer Probe gemessenen Konzentrationen der 2,3,7,8-chlor-substituierten Dioxinverbindungen jeweils mit einem sog. Toxizitätsäquivalenzfaktor zwischen 0,001 und 1 multipliziert und die so gewichteten Werte addiert. Der resultierende Zahlenwert ist ein Maß für die Giftigkeit des Gemisches im Vergleich zur Giftigkeit des 2,3,7,8-TCDD. Die Angabe der Konzentrationen von Dioxingemischen erfolgt oft nur in Form sogenannter Internationaler Toxizitätsäquivalente mit der Abkürzung I-TEq. Das Konzept der Toxizitätsäquivalente ist umstritten und weist zweifelsohne eine Reihe von Mängeln auf. So ist z. B. die Datenlage zu vielen Dioxinen unzureichend, insbesondere in bezug auf die Endpunkte Immuntoxizität und Kanzerogenität. Darüber hinaus stellte man für verschiedene Dioxine fest, daß sie ihre Wirkung gegenseitig verstärken oder aufheben können. Von Seiten des Bundesgesundheitsamtes und des Umweltbundesamtes wurde für den Menschen eine lebenslange tägliche Aufnahmemenge von 1 bis 10 Pikogramm I-TEq pro kg Körpergewicht als tolerierbar angesehen, als Vorsorgerichtwert gilt 1 pg I-TEq pro kg Körpergewicht und Tag (1 Pikogramm = 0,000 000 000 001 g). Nachdem die grundsätzlichen Kenntnisse über das Vorkommen und die Verteilung der Dioxine in der Umwelt und im menschlichen Körper vorlagen, konzentrierte sich die weitere Arbeit darauf, diese Schadstoffe innerhalb der Belastungspfade und im Menschen zu quantifizieren. Ein besonderes Problem beim analytischen Nachweis besteht darin, daß die 210 Einzelverbindungen durch aufwendige Verfahren getrennt werden müssen, um sie einzeln nachweisen zu können.

Erst seit ca. zehn Jahren: Dioxin im Blut nachweisbar

Die innerhalb der Nahrungskette und im Menschen selbst anzutreffenden Konzentrationen sind darüberhinaus so gering, daß sie nur mit einem erheblichen technischen Aufwand nachgewiesen werden können. Ende der 80er Jahre war das Verfahren der Kapillargaschromatographie, gekoppelt mit der hochauflösenden Massenspektrometrie dann technisch so weit entwickelt, daß es möglich war, den Dioxingehalt in menschlichem Blut zu bestimmen. Seit 1990 steht auch den Umweltwissenschaftlerinnen und -wissenschaftlern der RUB durch die Kooperation mit dem Institut für Umwelthygiene und Umweltmedizin des Hygiene-Instituts des Ruhrgebiets ein entsprechend leistungsfähiges hochauflösendes Massenspektrometer zur Verfügung (s. Info, S. 51 ). Wie bereits erwähnt, reichern sich Dioxine vor allem in fetthaltigen Geweben an. Die Halbwertszeiten für die Schadstoffreduktion betragen beim erwachsenen Menschen beispielsweise für das 2,3,7,8-TCDD sieben bis zehn Jahre. Um die Belastung des Menschen zu erfassen, hat sich die Bestimmung im Blutfett als Methode der Wahl etabliert.

Dioxin - Halbwertszeiten: sieben bis zehn Jahre

Die Gehalte im Blutfett stehen in guter Übereinstimmung mit den Gehalten im Fettanteil anderer Organe. Unsere ersten Studien zu Beginn dieses Jahrzehnts befaßten sich daher mit dem Vorkommen von Dioxinen im Blut unbelasteter Personen und den Faktoren, die die Gehalte im Blut beeinflussen. Dazu wurden im Jahre 1991/92 95 Personen im Alter von 12 bis 82 Jahren aus einem Reinluftgebiet (Kreis Steinfurt) ausgewählt und bei ihnen die Dioxingehalte im Blut bestimmt. Es konnte gezeigt werden, daß die Gehalte zahlreicher Dioxinverbindungen und insbesondere die der beiden als äußerst toxisch eingestuften Verbindungen 2,3,7,8-TCDD und 2,3,4,7,8-Pentachlordibenzofuran deutlich mit dem Lebensalter ansteigen; zugleich nimmt die Streubreite der Werte mit dem Lebensalter zu (Abb. 3). Geschlechtsspezifische Unterschiede konnten hingegen nicht gefunden werden. Die erhobenen Daten stellten eine wichtige Grundlage zur Abschätzung der Hintergrundbelastung mit Dioxinen dar.

Einflußfaktoren: Alter, Gewicht und Ernährung

In einer weiteren Studie wurde der Einfluß der Ernährungsgewohnheiten auf die Dioxinbelastung untersucht. Hier konnte gezeigt werden, daß selbst Personen, die sich über mehrere Jahre vegetarisch ernährten, nur geringfügig niedrigere Dioxingehalte im Blut aufweisen als Personen mit normaler Mischkosternährung. Die Höhe der Belastung des Menschen hängt außerdem von Gewichtsveränderungen sowie bei Frauen vom Stillen (Dioxinabgabe mit der Muttermilch) und bei Säuglingen und Kleinkindern von der Stillzeit ab (Dioxinaufnahme durch die Muttermilch). Die Abschätzung der Dioxinaufnahme über die Nahrung wurde bislang anhand der Untersuchung von ausgewählten Einzellebensmitteln und einer Hochrechnung über die durchschnittlichen Verzehrgewohnheiten vorgenommen. Aufgrund dieser Abschätzungen wird angenommen, daß der erwachsene Mensch etwa je ein Drittel seiner Dioxinaufnahme über Milch- und Milchprodukte, über Fleisch, Fleischprodukte und Eier sowie über Fisch und Fischprodukte erfährt. Säuglinge nehmen über die Muttermilch erheblich höhere Mengen auf, die Schätzung liegt bei rund 80 Pikogramm I-TEq pro kg Körpergewicht und Tag.

Duplikatstudie: „Doppelt soviel kochen. . . “

Mit Hilfe von sog. Duplikatstudien kann die Schadstoffaufnahme über die tatsächlich verzehrte Nahrung, also nach dem Säubern sowie nach dem Koch-, Brat- und Garprozeß, ermittelt werden. Dadurch läßt sich klären, ob es einen Unterschied bei der Schadstoffaufnahme zwischen Erwachsenen und Kindern, zwischen Personen aus unterschiedlichen Regionen und bei unterschiedlichen Verzehrgewohnheiten gibt. Von den Versuchspersonen wird über mehrere Tage die gesamte Nahrung in Form einer Zweitprobe, eines Duplikats, gesammelt, diese anschließend gewogen, homogenisiert und ein repräsentativer Anteil auf seinen Schadstoffgehalt untersucht (Abb. 1). Auf diese Weise kann sowohl die tägliche bzw. wöchentliche Aufnahmemenge des Schadstoffs als auch die auf das Körpergewicht bezogene Schadstoffdosis ermittelt werden. Zwei Duplikatstudien mit insgesamt 28 Probanden zeigen, daß die tatsächliche tägliche Dioxinaufnahme bei Erwachsenen (Alter 24 bis 64 Jahre) zwischen 0,18 und 1,7 (Mittelwert: 0,72) und bei Kleinkindern (Alter: 22 Monate bis 5 Jahre) zwischen 1,1 und 7,7 (Mittelwert: 2,6) Pikogramm I-TEq pro kg Körpergewicht liegt (Abb. 4 u. 5). Damit liegt die Schadstoffaufnahme zwar im tolerierbaren Bereich, der Vorsorgerichtwert von 1 pg pro kg Körpergewicht und Tag wurde jedoch bei 2 der 14 untersuchten Erwachsenen und bei allen Kindern überschritten, die an der Studie teilnahmen. Die Ursache der höheren Schadstoffdosis bei den Kindern liegt dabei vor allem in ihrer im Vergleich zu Erwachsenen höheren Nahrungsaufnahme in bezug auf das Körpergewicht. Blickt man auf die zahlreichen in unserem Hause durchgeführten Humanblutuntersuchungen auf Dioxine der letzten Jahre zurück, so wird deutlich, daß sich die Hintergrundkonzentrationen in der Zeit von 1991 bis 1997/98 auf etwa die Hälfte reduziert haben (Abb. 6). So lagen die mittleren Blutspiegel im Jahre 1991 bei etwa 43 und im Jahre 1997/98 nur noch bei 23 pg I-TEq pro g Blutfett. Auch die von uns durchgeführten Nahrungsduplikatstudien zeigen im Vergleich mit den Abschätzungen gegen Ende der 80er/Anfang der 90er Jahre, daß sich die Dioxinbelastung der Nahrung in den vergangenen Jahren deutlich reduziert hat. Dies alles deutet darauf hin, daß die in den letzten Jahren eingeleiteten Maßnahmen zur Immissionsminderung bereits Erfolg gezeigt haben. Sie müssen jedoch weiter fortgeführt werden, um das gesundheitliche Risiko, das von polychlorierten Dibenzo-p-dioxinen und Dibenzofuranen ausgeht, auf ein tolerierbares Maß zu senken.

Weitere Informationen: http://www.hygiene.ruhr-uni-bochum.de