Toxizität 10.2.1 Ergebnisse aus tierexperimentellen Studien - TopicsExpress

Toxizität 10.2.1 Ergebnisse aus tierexperimentellen Studien 10.2.2 Erfahrungen über akute Toxizität beim Menschen 10.3 Chronische Toxizität 10.3.1 Ergebnisse aus tierexperimentellen Studien 10.3.2 Erfahrungen über chronische Toxizität beim Menschen 10.4 Schlußfolgerungen 11. Quellen 1. Einleitung Unter dem Begriff Dioxine werden die Stoffklasse der polychlorierten Dibenzodioxine (PCDD) und in letzter Zeit auch die Stoffklasse der polybromierten Dibenzodioxine (PBDD) zusammengefaßt . Auchpolychlorierte Dibenzofurane (PCDF) werden seit kurzem unter dem Begriff „Dioxine“ subsumiert. Der bekannteste Vertreter aus der Klasse der Dioxine ist das 2,3,7,8-Tetrachlor-dibenzodioxin (2,3,7,8, TCDD) das auch unter dem Begriff Seveso- Dioxin bekannt ist. Es ist wahrscheinlich der giftigste Vertreter der polyhalogenierten Arylkohlenwasserstoffe und gehört zu den am intensivsten untersuchten chemischen Substanzen. Es liegen heute umfangreiche Untersuchungsergebnisse über das tatsächliche Gefährdungspotential sowie über technische Voraussetzungen und Möglichkeiten zur Vermeidung der Entstehung von Dioxinen und Furanen vor, um gezielte Gegenmaßnahmen ergreifen zu können. In keinem Fall werden Dioxine gezielt industriell hergestellt. Sie können jedoch als Nebenprodukte in Spuren aufgrund intensiver industrieller Tätigkeit oder aus natürlichen Quellen oder sonstigen Schadfeuern gebildet werden. Die zum Teil sehr hohen gemessenen Dioxin- Konzentrationen (vor dem Hintergrund heute gültiger Grenzwerte, die sehr niedrig angesetzt sind und dadurch einen großen Sicherheitsspielraum enthalten) sind vorwiegend auf die in der Vergangenheit fehlenden Kenntnisse über die Entstehungsbedingungen zurückzuführen. In diesen Fällen ist es sehr schwierig und aufwendig solche Verbindungen wieder zu beseitigen. (Der natürliche Abbau verläuft sehr langsam.) 2. Chemischer Aufbau Dioxine sind tricyclische, fast planare aromatische Ether (Oxaarene). 1 bis 8 H-Atome können am Grundkörper (Dibenzo-p-dioxin/ Dibenzofuran) durch Halogenantome (relevant sind Chlor und/oder Bromsubstituenten) ersetzt werden. Die größte Relevanz haben Chlorsubstituenten, Brom wurde erst in den letzten Jahren als gefährlicher Substituent entdeckt. Je nach Anzahl (max. 8) und Position der Chloratome im Molekül sind bei den PCDD 75 und bei den PCDF 135 verschiedene Einzelverbindungen theoretische denkbar. 1 Als toxikologisch angesehen werden bei den PCDD und PCDF jedoch nur 17 Kongeneren die in der 2,3,7,8- Stellung substituiert sind. Andere Kongenere die mit den 2,3,7,8- Verbindungen entstehen werden als weniger toxisch eingestuft, wobei zwischen den einzelnen Verbindungen große Unterschiede bestehen können. Deren Toxizität wird über Umrechnungsfaktoren bestimme = Toxizitäts- Äquivalent (TE) bezogen auf 2,3,7,8- TCDD. 1 Kongenere (von lat. Con genus- mit gleichem Stamm): Kongenere sind einzelne Vertreter, die von einem bestimmten Grundkörper einer bestimmten Substanzklasse abgeleitet wurden. 3. Physikalische und physikochemische Eigenschaften 3.1 Molekulargewicht Die entsprechenden Molekulargewichte lassen sich aus den Atomgewichten für die entsprechende Summenformel berechnen. 3.2 Schmelz- und Siedepunkte Dioxine in reiner Form existieren bei 25°C als kristalline, farblose Festkörper. Für eine Reihe von Kongeneren wurden mit klassischen verfahren Schmelzpunkte bestimmt. (z.B. Mikro- Heiztisch) Siedepunkte wurden von Rohrdorf bei Kongeneren, für die experimentell bestimmte Schmelzpunkte vorlagen, mit Hilfe der Dampfdruck- Korrelationsmethode berechnet. Die in 1,6; 2,7 und 2,3,7,8- Stellung halogensubstituierten Kongenere haben besonders hohe Schmelzpunkte. 3.3 Dampfdruck Der Dampfdruck einer Substanz stellt ein Maß für ihre Flüchtigkeit dar. Er reguliert zusammen mit dem Octanol- Wasser- Verteilungskoeffizienten und der Wasserlöslichkeit die Verteilung zwischen Boden, Wasser und Luft. Die PXDD und PXDF werden zu den schwerflüchtigen Substanzen gerechnet. Methoden zur Dampfdruckbestimmung sind Gassättigung, Gaseffusion und Gaschromatographie. Dampfdrücke nehmen mit steigenden Halogenierungsgrad ab. Innerhalb der gleichen Halogen 2 Homologengruppe treten zwischen den verschiedenen Halogen- Isomeren beträchtliche Unterschiede auf. Bromierte Kongenere besitzen weit niedrigere Dampfdrücke als die entsprechenden chlorierten Komponenten. Der Dampfdruck ist stark temperaturabhängig d.h. daß die Angaben auf die Umgebungstemperatur bezogen sein müssen. 3.4 Wasserlöslichkeit Die Wasserlöslichkeit eines Stoffes gibt die maximale Menge eines Stoffes an, die sich in einem definierten Volumen reinen Wassers bei einer bestimmten Temperatur bei Vorhandensein eines Bodenkörpers löst. Dieser Parameter hat einen wesentlichen Einfluß auf den Transport, die Verteilung und den Verbleib einer Substanz in der Umwelt im allgemeinen und für die Verfügbarkeit für Organismen, die im Wasser leben, im besonderen. 2 Isomere Dioxine mit gleicher Art und Anzahl von Substituenten, deren Stellung jedoch unterschiedlich ist. PXDD und PXDF sind Substanzen mit einer Wasserlöslichkeit im Bereich von Mikro- bis Nanogramm pro Liter. (Vgl. „schwer wasserlösliches“ Bariumsulfat hat eine Wasserlöslichkeit bei 25°C von 2,5 mg/l) Die Wasserlöslichkeit der PXDD und PXDF steigt stark mit zunehmender Temperatur und nimmt mit zunehmendem Halogenierungsgrad ab. 4. Daten zur Molekülstruktur Für die C - Br - Bindung in bromierten PXDD und PXDF kann von einer mittleren Bindungslänge von 31,85 Å ausgegangen werden. Die PXDD und PXDF sind fast vollkommen planare Moleküle. So weicht z.B. kein nicht- H- Atom in der Struktur von 2,3,7,8- Tetrachlordibenzodioxin und 2,3,7,8- Tetrachlordibenzofuran um mehr als 0,018 Å aus der Molekülebene ab. Die durch unterschiedliche Halogensubstituenten zwischen den Kongeneren variierenden Molekülabmessungen beeinflussen viele wichtige Eigenschaften dieser Substanzen: z.B. wird das hohe toxische Potential des 2,3,7,8- TCDD, das nur an den lateralen Positionen substituiert, durch seine strukturbedingte, bevorzugte Bindung an den sogenannten Dioxin- Rezeptor in den Leberzellen erklärt. Andere Tetrachlordibenzodioxine sind zu so einer Bindung nicht fähig. 5. Analytik Die moderne Analytik erlaubt es heute in den verschiedenen Stoffgemischen einzelne Dioxine im Bereich von 1pg (1. 10 -12g) durch hoch auflösende Gaschromatographie Massenspektroskopie Zuverlässige Bestimmungsmethoden liegen nur für die wichtigsten Kongeneren vor. 3 Å, Einheitenzeichen für Ångström. nichtgesetzl. Längeneinheit: 1ÿÅÿ= 10 ý10 ÿmÿ= 0,1ÿnm. 4 Gas|chromatographie, Verfahren der chem. Analyse zur Trennung und quantitativen Bestimmung verdampfbarer Stoffgemische. Die verdampfbare oder gasförmige Substanz wird von einem inerten Trägergas (z.ÿB. Helium) über die in einem längeren, dünnen Rohr (Trennsäule) befindl. stationäre geleitet. Aufgrund von Adsorptions- und Löslichkeits-Verteilungsvorgängen wandern die Einzelsubstanzen mit verschiedener Geschwindigkeit durch die Trennsäule, an deren Ende sich geeignete Detektoren befinden. Zur qualitativen Identifizierung dienen die unterschiedl. Verweilzeiten in der Säule (Retentionszeiten), zur Bestimmung der Stoffe die Stärke des Detektorsignals.ÿþ Die G. gestattet die Bestimmung und Trennung chemisch sehr ähnl. Substanzen mit kleinsten Mengen 5 Massenspektroskopie (Massenspektrometrie), Verfahren zur Ermittlung von Aussagen über Massenspektren, absolute Massen und relative Häufigkeiten von Teilchen, speziell von Isotopen. Sie beruht auf der Eigenschaft elektr. und magnet. Felder, Ionen nach ihrer spezif. Ladung (Quotient aus Ladung und Masse), ihrer kinet. Energie und ihrem Impuls zu trennen. 6. Entstehung 6.1 Quellen für Dioxine 1. Industrielle Quellen Prozesse und Produkte der chemischen Industrie Zellstoff und Papierherstellung Chemische Reinigungen Wiederaufbereitung von Aktivkohle Metallurgische Prozesse Wiederverwertung von Altölen 2.Thermische Prozesse Stationäre Quellen: Hausmüllverbrennung Sonderabfallverbrennung Verbrennung von Krankenhausabfällen Klärschlammverbrennung NE-Metallverhüttung Thermische Verfahren der Metallrückgewinnung Diffuse Quellen: Automobilabgase Hausfeuerung (Öl, Kohle, Holz) Zigarettenrauchen Vulkanausbrüche Unfälle: PCB, PVC, Lagerhaus- und Wohnhausbrände Waldbrände 3. Austritt aus Mülldeponien, kontaminierten Gebieten, Ausbringen von Klärschlamm Dioxine entstehen in Einzelfällen als Nebenprodukte bei Umsetzungen von Chlor und chlorhaltigen Verbindungen wie Zellstoffbleiche (Papierherstellung) und bei Verschwelungsvorgängen aus Kohlenstoff und chlorhaltigen Verbindungen das heißt auch im nichtindustriellen Bereich. In der Vergangenheit entstanden Dioxine auch bei aus der Kontrolle geratenen Chemieprozessen. 6.2 Ausgewählte Dioxinquellen: 6.2.1 Papier- und Zellstoffindustrie Im Bereich der industriellen Verursacher ist die Papier- und Zellstoffindustrie eine der größten Dioxinquellen. Bei der Bleiche des Zellstoffs mit Chlor werden aus Ligninbestandteilen des Holz Dioxine gebildet. Diese weisen ein typisches Kongeneren- Verteilungsmuster mit relativ wenigen Verbindungen auf, das sich deutlich von dem Muster der Verbrennungsdioxine unterscheidet. Diese Dioxine reichern sich in Abwasserschlämmen an. In Skandinavien, in den USA und in Kanada wird das Holzaufschlußverfahren nach Kraft angewendet, wobei sehr viele Dioxine gebildet werden. Man hat aber bereits damit begonnen, Verfahren auf chlorfreie Bleichprozesse umzustellen und der Chlorverbrauch auf diesem Gebiet ist seit Jahren rückläufig. 6.2.2 Müllverbrennungsanlagen (MVA) Bei Verbrennungsprozessen werden Dioxine bevorzugt in einem Temperaturbereich von 300°C bei Sauerstoffmangel in Gegenwart von Kupfersalzen als Katalysator gebildet. Oberhalb von 300°C zerfallen diese Verbindungen sehr rasch wieder. Untersuchungen haben ergeben, daß bei einem Ausschluß von Verbrennungsmaterial mit hohem Chlorgehalt der übliche Chlorgehalt im Müll und sogar der sehr niedrige Gehalt an Chlor in Altpapier ausreicht, um Dioxine in denselben Mengen zu bilden, wie sie bei der Verbrennung von PVC- haltigem Abfall entstehen. Offensichtlich reichen Spuren von Chlor aus, um Dioxine im Abgas in Mengen von einigen ng/m³ entstehen zu lassen. Durch eine geeignete Prozeßführung bei der Verbrennung und durch eine Abgasnachreinigung ist es heute aber möglich, die Emissionen von Dioxinen drastisch zu begrenzen und sie sogar bei der Verbrennung von stark vorbelastetem Material fast vollständig abzubauen. Damit ist auch die Dioxin- Diskussion bei MVAs in Verbindung mit PVC gegenstandslos. PVC ist in kommunalen Abfällen nur zu 0,5 Prozent enthalten. Die Emission von Dioxin aus Müllverbrennungsanlagen ist nach neuesten Untersuchungen praktisch unabhängig davon, ob PVC im Verbrennungsgut enthalten ist. Neben den Abgasen fallen bei in MVAs große Mengen an Flug- und Filterstäuben an, die unter anderem auch Dioxine enthalten. Bei dem beträchtlichen Mengenanfall solcher Stäube eist eine Deponierung kaum noch möglich, so daß eine Aufarbeitung unumgänglich ist. Krupp MaK hat ein verfahren entwickelt, welches es mittels eines Plasmaschmelzverfahrens erlaubt, die Rückstände zu verwertbarer Schlacke und verwertbarem Schwermetall- und Salzkonzentrat aufzuarbeiten, wobei die organischen Verbindungen restlos zerstört werden. Mit der Einführung dieses oder ähnlicher Verfahren zur Flug- und Filterstaubaufarbeitung in Kombination mit den oben diskutierten Verfahren zur Emissionsminderung im Abgas dürfte das Dioxinproblem bei MVAs in Zukunft gelöst sein. 6.2.3 Chlorhaltige Rückstände Auch die Verbrennung von chlorhaltigen Chemikalien und Rückständen kann man großtechnisch beherrschen. Es wurde für einen speziellen Fall ein verfahren entwickelt, das entsprechende Materialien (unter anderem auch PVC- hältige Abfälle) in einem Verbrennungsprozeß so umsetzt, daß der geforderte Grenzwert für MVAs eingehalten wird. Weitere Prozesse zur Aufarbeitung chlorhaltiger Rückstände wie zum Beispiel die hydrierende Spaltung mit Wasserstoff oder die Abspaltung des Chlors mit metallischem Natrium werden ebenfalls ausgearbeitet, bei denen eine Dioxinbildung ausgeschlossen ist. 6.2.4 Fossile Brennstoffe Interessanterweise entstehen bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe in Kraftwerken praktisch keine Dioxine. Man vermutet, daß der Schwefelgehalt in diesen Brennstoffen die Dioxinbildung verhindert.6.2.5 Der Seveso-Unfall am 10. Juli 1976 Der Unfall ereignete sich bei der Herstellung von 2,4,5-Trichlorphenol aus 1,2,4,5-Tetrachlorbenzol und Natronlauge. Diese Reaktion läuft normalerweise ohne Komplikationen bei einer Reaktionstemperatur von ca. 150 °C nach der folgenden Gleichung ab: Es war bekannt, daß sich ab 230 °C in einer exothermen Nebenreaktion das gefährliche 2,3,7,8,-Tetrachlordibenzodioxin (TCDD) bilden kann: Um dies zu verhindern, wurde der Reaktionskessel mit heißem Dampf nur so beheizt, daß im Inneren des Behälters maximal 180 °C erreicht werden konnten. Der zu dem Unfall führende Ansatz wurde an einem Freitagnachmittag gestartet und über das arbeitsfreie Wochenende stehengelassen. Nach dem Wieder-Anfahren des Ansatzes am darauffolgenden Montag brach nach einiger Zeit die Berstscheibe des Reaktionsbehälters und eine TCDD-haltige Aerosol-Wolke breitete sich in der Umgebung des Werkes aus. Nachträgliche Untersuchungen zeigten, daß ein zwischenzeitliches Abschalten des Rührwerks im Reaktor wohl den Unfall ausgelöst hatte. Der heiße Dampf erwärmte nur die oberste Schicht der Reaktionsmischung und erhitzte diese bis auf ca. 200 °C. Dabei wurde die exotherme Reaktion zur Bildung von TCDD eingeleitet, Temperatur und Druck stiegen weiter, bis die Berstscheibe platzte. Die Abschätzung ergab, daß zwischen 1 bis 3 kg TCDD in die Umgebung emittiert wurden. Die stark dioxinhaltige oberste Bodenschicht mußte entsorgt, d.h. die darin enthaltenen Dioxine wirksam zerstört werden. Zur damaligen Zeit war das einzig wirksame Verfahren die Verbrennung der Erde bei Temperaturen oberhalb von 1200 °C - doch keine entsprechend ausgerüstete Verbrennungsanlage wollte oder konnte die großen Menge an abgetragener Erde aufnehmen und einer effizienten Entsorgung zuführen. So mußte erst ein neuer Röhrenofen auf dem Gelände einer Baseler Chemiefirma gebaut werden, wo dann Anfang 1985 - neun Jahre nach dem Seveso-Unfallendlich die Verbrennung ohne Gefahr für die Umwelt erfolgen konnte. 7. Ausbreitung Die bei Verbrennungsprozessen gebildeten Dioxine werden über die Atmosphäre in die Umwelt eingetragen. Neben dem Eintrag in die Luft wird auch ein Teil an Feststoffen wie Flugstäuben und Flugaschen relativ fest gebunden. Und mit diesen entsorgt. Dioxine aus der Atmosphäre werden überwiegend vom Boden und den Pflanzen aufgenommen, über die sie in die Nahrungskette gelangen können. 8. Maßnahmen zur Verringerung der Dioxin- Belastung Aufgrund der heute vorliegenden Erkenntnisse erscheint es möglich, die Bildung von Dioxinen und die Emission in die Umwelt so zu verringern, daß in Zukunft eine Gesundheitsgefährdung nicht zu befürchten ist. Drei Teilbereiche sind von besonderer Bedeutung: 1. Der Eintrag in die Umwelt aus den Primärquellen wird soweit wie möglich verringert. Man unterscheidet zwischen Primärquellen, die für die Entstehung verantwortlich sind, und Sekundarquellen für Belastungen durch bereits vorhandenes Dioxin. Wesentlich schwieriger als die Dioxinentstehung im industriellen Bereich zu bekämpfen, ist die im privaten Bereich wegen der unzähligen Einzelquellen. 2. Der diffuse Eintrag von Dioxinen in die Umwelt durch Chemikalien, die Dioxine als Verunreinigung enthalten, ist durch Herstellverbote und Verzichte (Pentachlorphenol, Trichlorphenol) oder Änderungen von Produktionsprozessen weitgehend unterbunden (Schadstoffverordnung). In anderen Fällen ist die Anwendung dioxinhaltiger Produkte auf bestimmte, die Umwelt nur wenig belastende Verwendungsbereiche beschränkt. Produktionsprozesse für Chemikalien, bei denen Dioxine als Verunreinigung entstehen oder durch Fehlreaktionen gebildet werden können, unterliegen der Störfallverordnung, die sicherstellt, daß eine mögliche Gefährdung des Bedienungspersonals und ein Eintrag von Dioxinen in die Umwelt mit hoher Sicherheit ausgeschlossen werden kann. 3. Die Belastung aus Sekundärquellen- mit Dioxinen belastete Böden (Altlasten)- wird heute dadurch eingegrenzt, daß man eine Aufnahme in die Nahrungskette über die landwirtschaftliche Nutzung möglichst unterbindet. Da ein natürlicher Abbau des Dioxins im Boden sehr langsam erfolgt (Halbwertszeit 10 bis 12 Jahre) wird für hochbelastete Böden über entsprechende Verordnungen je nach Nutzung und Belastung ein Austausch oder eine Entsorgung und Reinigung anstrebt. Es ist bekannt, daß Dioxine auch durch bestimmte Mikroorganismen abgebaut werden kann. 9. Toxikokinetik 9.1 Resorption und Verteilung Der Umfang der toxischen Wirkung von Dioxinen wird stark von der zugrundeliegenden Toxikokinetik, d.h. der Aufnahmerate, der Verteilung und dem Grade der Metabolisierung im jeweiligen Organismus beeinflußt. Aufnahmewege über die Dioxine in den menschlichen und tierischen Organismus gelangen können: § Nahrung (oral) 95% der Gesamtaufnahme von Dioxinen wird über die Nahrung aufgenommen, wobei tierische Fette (Milch, Fleisch, Fisch) als Hauptquelle anzusehen ist, während die Aufnahme aus dem pflanzlichen Nahrungsanteil nur eine untergeordnete Rolle spielt. § Lunge (pulmonal) Die Aufnahme über die Lunge ist dann besonders gut möglich, wenn Dioxine in partikelgebundener Form auf lungengängigen Partikeln vorhanden sind. Unter normalen Verhältnissen nimmt der Mensch aus der Luft ca. 5% der Gesamtaufnahme auf.. bei Rauchern kann die pulmonale Aufnahme erhöht sein, da m Zigarettenrauch Dioxine vorhanden sind und inhalativ aufgenommen werden können. § Haut (perkutan) Eine perkutane Resorption ist aufgrund der hohen Lipophilie der PCDD und PCDF zwar sehr gut möglich, trägt jedoch mit Ausnahme von besonders stark exponierten Personen nicht zur Aufnahme relevanter Mengen bei (Anteil ca. 1%). Nach der Resorption von Dioxinen, an Serumlipide und Lipoproteine gebunden, über das Blut im Organismus verteil. Aufgrund der hohen Lipophilie reichern sich die PXDD und PXDF im Säugetierorganismus bevorzugt im Fettgewebe und der Leber an. Bei Fischen dagegen wurden die Muskeln und das Fettgewebe als wichtigste Zielorgane für Dioxine erkannt. Im Fettgewebe deponierte Dioxine sind weitgehend inaktiv. Erst bei einer erneuten Freisetzung aus dem Fettgewebe ist mit toxischen Effekten zu rechnen. Daraus folgt auch, daß die Belastung von Säuglingen während der Stillperiode durch in der Muttermilch enthaltene PCDD und PCDF als besonders kritisch einzuschätzen ist. 6 und Exkretion 9.2 Metabolismus Den biotischen Abbau der Dioxine in der Leber durch mikrosomale Enzyme kann man als Entgiftungsreaktion bezeichnen. 6 Stoffwechsel Die metabolische Umsetzung erfolgt sehr langsam durch reduktive Dehalogenierung oder durch Hydroxylierung. Ein Angriff auf die Positionen 1,4,6,9 ist bevorzugt, da frei vicinale C-Atome im Ring für den Angriff von Monoxygenasen am besten zugänglich ist. Die Metabolisierungsrate der 2,3,7,8- halogensubstituierten Kongenere ist am geringsten was deren relative Anreicherung zur Folge hat. Diese Kongenere sind daher im Säugetierorganismus als weitgehend persistent Bei Kongeneren mit drei oder mehr Halogensubstituenten pro Phenylring ist ein metabolischer Angriff grundsätzlich gehemmt. Die Ausscheidung der PCDD/PCDF erfolgt über die Galle und schließlich über die Faeces. Trotz der Exkretionsmöglichkeiten besitzen die PXDD und PXDF durch deren hohe Lipophilie eine lange Verweilzeit im Organismus. 10. Toxikodynamik 10.1 Wirkungsmechanismus Aus experimentellen wurden verschiedenen Hypothesen zum Wirkungsmechanismus abgeleitet, die jedoch nur Teilaspekte der beobachteten Toxizität erklären konnten. AH- Rezeptor- Hypothese -EpidermaleWachstums Faktor (GF)- Hypothese - VitaminA- Mangel Hypothese - Schilddrüsen-Hormon- Agonist- Hypothese - 10.1.1Theorien zum Wirkungsmechanismus Die Dioxine haben eine enzyminduzierende Wirkung, d. h. sie veranlassen eine verstärkte Neubildung Der Enzym-Substrat-Komplex die Enzymsynthese auslösen. Bei der Enzyminduktion von 2,3,7,8- TCDD handelt es sich um den sogenannten cytosolischen Ah-Rezeptor, für den neben der Bindung an PXDD und PXF AUCH Reaktionen mit anderen planaren Arylkohlenwasserstoffen nachgewiesen werden kann. Die höchste Bindungsaffinität besteht für die 2,3,7,8- substituierten Kongenere. Weiters führt die Anlagerung des Ah-Rezeptor-Substrat-Komplex im Zellkern zu Veränderungen im Wachstum und der Differenzierung von Zellen, die für die toxische die toxischen Effekte der PXDD und PXDF primär verantwortlich gemacht werden. 7 bleiben im Organismus, werden nicht abgebaut 8 D. h. sie beschleunigen die im Körper ablaufenden Prozesse, einer der Aufgaben der Enzyme 9 Proteine haben eine strenge Spezifität zu ihrem Substrat- Substanz die bei einer enzymat. Reaktion von einem bestimmten Enzym umgesetzt wird- deshalb gibt es so viele Enzyme 10 Enzyme bilden an den aktiven Zentren Enzym-Substrat-Komplexe. An diesen erfolgt auch die Umwandlung oder Spaltung des Substrats, worauf das Reaktionsprodukt wieder abgespalten wird und das Enzymmolekül für eine neue Umsetzung frei ist. Für das „2,3,7,8- TCDD konnten Einflüsse auf hormonelle Regelkreise (agonistische Wirkung für Schilddrüsenhormone, Bindung an Glucoorticoid- und Östrogen Rezeptoren) festgestellt werden. Außerdem, ist auch ein Effekt auf den Vitamin A Stoffwechsel bekannt. 10.2 Akute Toxizität 10.2.1 Ergebnisse aus tierexperimentellen Studien: Die akut toxische Wirkung „hoher“ Dosen der PXDD und PXDF sind hauptsächlich aus tierexperimentellen Studien bekannt geworden. Allgemein sind die 2,3,7,8-substituierten PXDD und PXDF zu den niedermolekularen Stoffen zu zählen, die schon bei äußerst geringen Dosen ein sehr hohes Potential für eine akute Toxizität besitzen. Die akut toxische Wirkdosis ist dabei abhängig von der betrachteten Spezies und dessen Geschlecht und daher oft individuell sehr verschieden. Es existieren große Unterschiede zwischen den einzelnen Dosen die für eine akut toxische Wirkung notwendig sind da die akut toxische Wirkung von den Kongeneren und der Art der Resorption abhängt. Das Potential für akut toxische Wirkungen eines Kongeners bei verschiedenen Spezies kann anhand der LD50-Werte (Dosis, bei der 50% der Versuchsorganismen innerhalb eines betrachteten Zeitraums sterben) beurteilt werden. Aus tierexperimentellen Studien sind eine ganze Reihe von Symptomen bekannt, die typisch für akute Intoxikationen mit PXDD und PXDF sind: § Hautreizungen und Ödeme („Chlorakne“) § Übelkeit, Erbrechen, Appetitlosigkeit, ausgeprägter Gewichtsverlust („Wasting Syndrom“) § Allgemeine Leberschädigung, verbunden mit Störungen des Stoffwechsels von Fettsäuren, Kohlenhydraten, Vitamin A, Cholesterin und Porphyrin § Neurologische und psychische Störungen § Immuntoxische Wirkungen: Schrumpfung der Schilddrüse, verbunden mit Veränderungen von dort erzeugten T- Lymphozyten- Subpopulationen. Dadurch ist eine erhöhte Anfälligkeit gegenüber bakteriellen und viralen Infekten bedingt. 10.2.2 Erfahrungen über akute Toxizität beim Menschen Abgesehen von einigen versuchen mit Freiwilligen oder Selbstversuchen von Wissenschaftlern, wurden Menschen bisher nicht bewußt einer Exposition durch PXDD und PXDF ausgesetzt. Erfahrungen über gesundheitliche Auswirkungen hoher Dosen von PXDD und PXDF (fast ausschließlich PCDD/PCDF) liegen ansonsten bisher nur über Personenkreise vor, die mit diesen Substanzen unfreiwillig am Arbeitsplatz oder infolge von Industrieunfällen in Kontakt kamen. Einige markante Fälle aus diesem Bereich: § Unfall von Yusho (Japan, 1968) und Yucheng (Taiwan, 1979): Verzehr von stark kontaminiertem Reisöl § Unfall bei Seveso/Italien (1976): Kontamination eines bewohnten Gebiets durch eine außer Kontrolle geratene Synthese von 2,4,5-Trichlorphenol mit Bildung von 2,3,7,8- Cl4DD § Arbeitsunfälle bei der Produktion von Chlorphenolen: u. a. Monsanto 1949, BASF 1953, Boehringer- Ingelheim 1954/56 § Anwendung von „Agent Orange“ (mit 2,3,7,8- Cl4DD kontaminierte Formulierung der Chlorphenoxyessigsäuren 2,4-D, 2,4,5-T) als Entlaubungsmittel im Vietnamkrieg Folgende wesentliche Symptome von akuten Intoxikationen durch PCDD und PCDF sind bei starken Expositionen ausgesetzten Menschen bekannt geworden. § Chlorakne Als Leitsymptom trit die sogenannte Chlorakne, eine lang anhaltende Hautläsion besonders an Gesicht und Oberkörper, auf. Sie ist auch von anderen Organohalogenverbindungen bekannt. Die chlorakne wird durch dermalen Kontakt oder bei sehr hohen Serumkonzentrationen (ab 800 ng/kg) ausgelöst. Häufig ist die Chlorakne mit einer Hyperpigmentation oder Hyperkeratose verbunden. § Stoffwechselstörungen Die Proliferationen und Schädigungen der Leber verursachen Störungen von Stoffwechselreaktionen, die sich durch ansteigende Gehalten an Triglyceriden (lipiden), Cholesterin und Transaminasen im Blut bemerkbar machen. Ferner wurden Störungen im Magen- Darm- Trakt beobachtet. § Neurologische Störungen Als typische Symptome neurologischer Störungen durch PCDD/PCDF sind Übelkeit, Erbrechen, Schlafstörungen, Kopfschmerzen, verringerte Sehschärfe, reizbarkeit, Depressionen und eine allgemeine Veränderung der Psyche zu nennen. § Immuntoxische Effekte Bei Personen, die infolge von Unfällen mit höheren Dosen von PCDD und PCDF in Kontakt kamen, wurden Veränderungen der Schilddrüse mit einer verringerten Produktion verschiedner T-Lymphozyten- Subpopulationen festgestellt. Im Vergleich zu einigen Säugetierspezies, die gegenüber dieser Wirkung extrem empfindlich sind, scheint der Mensch gegenüber diesem Effekt allerdings weniger sensitiv zu sein.10.3 Chronische Toxizität 11 10.3.1 Ergebnisse aus tierexperimentellen und in vitro - Studien: Eine länger andauernde Einwirkung geringer Dosen von PXDD und PXDF kann eine ganze Reihe toxikologisch relevanter Effekte nach sich ziehen. Die wirksamen Dosen erstrecken sich bei diesen Substanzklassen dabei über viele größenordnungen bis in den Bereich weniger ng/kg Körpergewicht/ Tag und darunter. 11 in vitro [lat. vitrum »Glas«], im Reagenzglas ablaufend oder durchgeführte (z.B. biolog. Vorgänge, wiss. Experimente); Ggs.: in vivo. Einige weiter Effekte: § Reproduktionstoxische Wirkung 12 Für das 2,3,7,8- TCDD konnte in Tierversuchen ein erhebliches fötotoxisches und teratogenes Potential aufgezeigt werden. Dabei sind die zur Auslösung toxischer Effekte bei Embryonen und Feten notwendigen Dosen wesentlich geringer als bei erwachsenen Tieren. Die Empfindlichkeit und die Wirkungscharakteristik ist außerdem stark speziesabhängig. So führen bei der Maus bereits sehr geringe Dosen (1 ng/kg Körpergewicht/Tag) zu teratogenen Wirkungen, wie z.B. Bildung von Gaumenspalten sowie Schäden von Nieren und Schilddrüse. Bei Marmoset- Affen sind dagegen teratogene Wirkungen in diesem Dosenbereich nicht nachgewiesen worden, während bei dieser Spezies Fälle von pränataler Mortalität signifikant erhöht auftreten. § Enzyminduzierende Wirkung PXDD und PXDF wirken wie Enzyme. Vor allem das 2,3,7,8- TCDD bindet sich bevorzugt an den sogenannten Dioxin- Rezeptor in den Leberzellen. § Genotoxische Wirkung In in vitro- und in vivo DANN bindet. Auch andere Veränderungen des Erbguts, wie chromosomale Veränderungen, sind bisher nicht beobachtet worden. Diese Befunde sprehen dafür, daß diese Substanz (und die PXDD/ PXDF allgemein) keine direkte genotoxische Wirkung besitzt und damit nicht als Tumorinitiator einzustufen ist. § Carcinogene Wirkung Die wichtigste Langzeit- Tierstudie zur carcinogenen Wirkung von Dioxinen, auf der die meisten der heute noch gültigen Einschätzungen zurückgehen, ist die sogenannte Kociba- Studie. In dieser über zwei Jahre angelegten Studie konnte für das 2,3,7,8- TCDD eine erhöhte Inzidenz für eine Entstehung von Leberkarzinomen bei weiblichen Ratten eindeutig nachgewiesen werden. Die Gabe von 2,3,7,8-TCDD erfolgte dabei über die Nahrung, wobei die wirksamen täglichen Dosen im Bereich von 10-100ng/kg Körpergewicht lagen. In weiteren Langzeitstudien mit Nagetieren wurden inzwischen auch die Bildung von Karzinomen der Lunge, Schilddrüse und Nebenniere gezeigt. 10.3.2 Erfahrungen über chronische Intoxikationen beim Menschen Erfahrungen über die chronische toxische Wirkung von Dioxinen am Menschen machte man bisher nur durch die beruflich oder durch Unfälle exponierten Personengruppen. Bei den mit 2,3,7,8-TCDD exponierten Personengruppen war ein erhöhtes Auftreten verschiedener Krebsarten gegenüber nicht exponierten Kontrollgruppen zu beobachten.. Es handelt sich dabei insbesondere um Leukämie, Tumore der Atmungsorgane und der Gallenblase sowie um die ansonsten relativ seltenen Weichteilsarkome. 12 teratogene Wirkung [grch.], Missbildungen erzeugende Wirkung von chem. Verbindungen (Arzneimittel), Infektionen (Röteln) oder physikal. Faktoren (ionisierende Strahlen) in der Frühschwangerschaft. 13 in vivo [lat. vivus »lebendig«], am lebenden Objekt ablaufend oder durchgeführt (biolog. Vorgänge, wiss. Experimente); Ggs.: in vitro. 10.4 Schlußfolgerungen- generelle Risikoabschätzung für Dioxine Die amerikanische Umweltschutzbehörde EPA stellte Frühjahr 1996 in einer großangelegten Studie, eine auf dem neuesten Stand des Wissens basierende neue Risikoeinschätzung für Dioxine zu erstellen. Diese Studie („U:S: EPA Dioxin Reassement“) versucht neben einer aktuellen Darstellung der Kenntnisse über relevante Quellen und Expositionspfade von Dioxinen auch den derzeitigen Sachstand der toxikologischen Forschung wiederzugeben. Aus dem August 1994 durch Experten erstellten Zwischenbericht sind folgende wesentliche Aspekte für de derzeitige Beurteilung der toxischen Wirkung von Dioxinen für den Menschen hervorzuheben: § Relevante Expositionspfade Dioxine treten in erster Linie über atmosphärische Depositionen in die menschliche Nahrungskette ein. Der Mensch nimmt Dioxine hauptsächlich über die Nahrung auf. § Wirkungsmechanismus Ein auf der Bindung an den Ah-Rezeptor beruhender Wirkungsmechanismus gilt als gesichert. § Chronische Toxizität Ergebnisse aus Tierversuchen legten den Schluß nahe, daß chronisch- toxische Effekte wie Beeinträchtigung des Immunsystems, die Beeinflussung des Hormonhaushaltes oder die Reproduktionstoxikologie beim Menschen im Bereich oder in der Nähe des Bereichs der derzeitigen Hintergrundbelastung mit Dioxinen von Bedeutung sind. § Carcinogene Wirkung Die momentane tägliche Dioxin- Exposition des Menschen bewegt sich in der Größe von 3-6 pg I-TEQ/kg Körpergewicht. Dieser Wert liegt etwa 500mal über der „risiko- spezifischen Dosis“ der U.S. EPA von 1985 vom 0,006 pg I-TEQ/kg Körpergewicht. Damit wird von der Studie ein von den Dioxinen ausgehendes Krebsrisiko für den Menschen als wahrscheinlich gehalten. 11. Quellen Dioxine: Chemie, Analytik, Vorkommen, Umweltverhalten und Toxikologie der halogenierten Dibenzo-p-dioxine und Dibenzofurane/ Karlheinz Ballschmiter; Reiner Bacher.-Weinheim; New York; Base; Cambridge; Tokyo: VCH, 1996 Répondre, Répondre à tous ou Transférer | Plus 7 sep. 2012 2.1 Eigenschaften Die stark stehend riechende leisht flüchtige Flüssigkeit reizt die Augen und die Atemwege und führt zu Verätzungen und Blasenbildungen auf der Haut. Sie ist die stärkste Carbonsäure, Eisen, Zink, Magnesium und andere unedle Metalle lösen sich unter Wasserstoffentwicklung auf. Dabei bilden sich die Salze der Ameisensäure. Aufgrund ihrer vorhandenen Aldehydgruppe wirkt sie als Reduktionsmittel, so dass z.B. eine ammoniakalische Silbernitratlösung zu Silber reduziert wird. 2.2 Herstellung In der Technik u.a. aus Natriumhydroxid und Kohlenstoffmonoxid bei 210 °C und sehr hohen Drücken. 1.Schritt: NaOH +CO à HCOONa 2.Schritt: HCOONa + H2SO4 à H-COOH+Na2SO4 Das entstehende Zwischenprodukt HCOONa (Natriumformiat) wird mit Schwefelsäure zersetzt, wobei die Ameisensäure entsteht. 2.3 Verwendung Ameisensäure findet Verwendung bei der Gummigewinnung, in der Lederzubereitung und als Konservierungsstoff (E 236) für Lebensmitteln meist bei Obstprodukten. Hier wird sie in Form ihrer Salze und in Form der wässrigen Lösung der Säure selbst verwendet. Im Haushalt kommt Ameisensäure als Entkalker zur Anwendung, wovor eindringlich zu warnen ist, da konzentrierte Ameisensäure starke Verätzungen der Haut und Reizungen der Schleimhäute und Atemwege hervorruft. Zum Desinfizieren von Wein & Bierfässern, bei der Färbung und Fertigstellung von Papier, für Kühlmittel, zum Versilbern von Glas, bei der Erzflotation, in syntetischen Aromas, zur Herstellung von Insektiziden, Lösungsmittel für Parfums und Tierfutteradditiv. 3. Essigsäure (Ethansäure) - CH3COOH Essigsäure (E 260) ist im Vergleich zur Ameisensäure eine schwache Säure. Essigsäure ist eine der wichtigsten und am längsten bekannten organischen Säuren. Sie kommt in vielen Pflanzensäften und in etherischen Ölen vor. Steht Wein für mehrere Wochen an der Luft entsteht durch die Oxidation aus dem Alkohol des Weines Essigsäure, der Wein wird sauer. Dieses Verfahren wurde bereits in der Antike angewandt. 3.1 Eigenschaften Reine 100% Essigsäure ist bei Zimmertemperatur eine klare, farblose, stark nach Essig riechende Flüssigkeit. Reine Essigsäure erstarrt bereits bei 17 °C zu Eis-ähnlichen Kristallen. Wasserfreie Essigsäure wird deshalb auch Eisessig genannt. Seit circa 5000 vor Chr. wir Essigsäure nach dem Prinzip der Vergärung von Alkoholhaltigen Getränken (Palmwein, Wein usw.) hergestellt. 3.2 Herstellung Bei der Essigherstellung werden zunächst hohe Holzbehälter mit Buchenholzspäne gefühlt, die anschließend mit Essigsäurebakterien versetzt werden. Von oben rieselt dann eine verdünnt Ethanollösung (z.B. Wein oder Most) über die Holzspäne. Gleichzeitig wird von unten her warme Luft eingeblasen. Der Alkohol wird dabei durch die Essigsäurebakterien zu Essigsäure oxidiert. Aus Wein erhält man über dieses Verfahren Weinessig, aus vergorenen Fruchtsäften Obstessig. Lässt man niedrig prozentige alkoholische Getränke, z.B. Bier oder Wein, längere Zeit an der Luft stehen, so werden diese sauer. Im Prinzip läuft der gleiche Prozess wie bei der Essigherstellung ab. Alkohol wird von Essigsäurebakterien, die überall in der Luft vorhanden sind, und durch den Sauerstoff der Luft zu Essigsäure oxidiert. Um Bier oder Wein vor dem Sauerwerden zu schützen, werden sie in luftdicht verschlossenen Flaschen oder Fässern aufbewahrt. 3.3 Verwendung Verdünnt (5%-10%) wird sie als Speiseessig verwendet. Von Essigessenz (Kalklöser) spricht man, wenn hochprozentige Essigsäure (80%) vorliegt. Da sie stark keimtötend wirkt wir sie deshalb als Lebsnmittelzusatzstoff zum Konservieren von Speisen verwendet. In der chemischen Industrie ist Essigsäure ein wichtiges Zwischenprodukt zur Herstellung von Kunstfasern, Kunststoffen etc. 4. Benzoesäure Carbonsäuren mit aromatischem Grundgerüst bezeichnet man als aromatische Carbonsäuren. Eine der bekanntesten ist die Benzoesäure, die auf Mikroorganismen stark giftig wirkt. Die Salze der Benzoesäure heißen Benzonate. Benzoesäure kommt natürlicherweise in Beeren und Früchten vor etwa in Pflaumen, Preisel-, Heidel-, oder Johannisbeeren. 4.1 Eigenschaften In geringen Mengen sind Benzoesäure und ihre Salze auf den Menschen unschädlich, deshalb werden sie als Konservierungsmittel verwendet. Sie schützen vor allem vor Schimmelbefall und unerwünschter Nachgärung. In den zur Konservierung erforderlichen Konzentrationen kann Benzoesäure geschmacklich auffallen. Benzoesäure und ihre Salze können gesundheitsschädlich wirken auf Personen, die empfindlich auf Acetylsalicylsäure (ASS) reagieren, dem Wirkstoff zahlreicher Schmerzpräparate (Aspirin). Es können Allergien wie auftreten. Katzen reagieren besonders empfindlich auf Benzoesäure und Benzonate. Diese sind daher in Tierfutter verboten. Heute wird der Einsatz von Benzoesäure eingeschränkt zugunsten anderer, toxikologisch weniger bedenklicher Konservierungsmittel. 4.2 Herstellung chemisch -synthetische Herstellung 4.3 Verwendung Sie werden als Konservierungsmittel für Fruchtsäfte, Marmeladen und vor allem für Sauergemüse wie Essiggurken verwendet. In Geschmacksverbesserern, Düften, Zahnputzmitteln und in pharmazeutischen Hilfsmittel (Antipilzmittel), Zwischenprodukt bei der Herstellung von Weichmachern. Répondre, Répondre à tous ou Transférer | Plus Répondre, Répondre à tous ou Transférer | Plus 7 sep. 2012 : ChT 2 Organische Peroxide Seite 2 1.1 Allgemeine Stoffeigenschaften 1.1.1 Chemische Klassifizierung Organische Peroxide sind Verbindungen, die eine an organische Reste gebundene Peroxo-Gruppe (−O−O−Gruppe) enthalten. Sie lassen sich deshalb auch formal als Derivate (= Abkömmlinge) des Wasserstoffperoxids H 2 O 2 (Dihydrogenperoxid) beschreiben, in denen ein oder auch beide Wasserstoff-Atome durch organische Reste ersetzt (substituiert) sind. Je nach Art und Anzahl des oder der Substituenten an der −O−O−Gruppierung kann man das umfangreiche Gebiet der organischen Peroxyverbindungen in folgende Stoffklassen unterteilen [1]: Die Benennung der acyclischen organischen Peroxide erfolgt nach IUPAC-Regel C-218.2 durch die Präfixe „Dioxy...“ oder „Dioxydi...“, die der cyclischen durch „Epidioxy...“ oder als Christian Caspari Klasse: ChT 2 Organische Peroxide Seite 3 heterocyclische Verbindungen mittels „Oxa...-Nomenklatur. Das Präfix „Peroxy...“ ist der Bezeichnung der organischen Persäuren vorbehalten. In der Natur treten lediglich cyclische Peroxide wie Ascaridol, Ergosterinperoxid und einige andere mit z.T. höhergliedrigen Ringen auf [2]. 1.1.2 Physikalische Eigenschaften Alkylhydroperoxide sind flüssig oder fest und lassen sich in reinem Zustand bei Temperaturen unterhalb etwa 80°C destillieren oder schmelzen. Höhere Temperaturen bewirken eine starke Zersetzung, die unter Umständen explosionsartig verlaufen kann. Die Temperaturbeständigkeit der Hydroperoxide wird vor allem durch die Dissoziationsenergie der O−O−Bindung bestimmt, wobei für die unimolekulare Zerfallsreaktion R−OOH → R−O• + •OH ein Richtwert von 180 bis 184 kJ/mol angegeben wird. Dialkylperoxide sind flüssig oder fest. Tertiäre Dialkylperoxide sind so stabil, daß sie bei Normaldruck (Di-tert.-butylperoxid) oder im Vakuum (Dicumylperoxid) destilliert werden können. Die Dissoziationsenergie für die O−O−Bindung wurde mit 170 bis 180 kJ/mol bestimmt. Die primären Dialkylperoxide sind hingegen instabil. Die niederen Glieder wie z.B. Dimethylperoxid sind schlagempfindlich und explosiv. Die kurzkettigen Glieder der aliphatischen Peroxycarbonsäuren sind mit Wasser unbegrenzt mischbare Flüssigkeiten von unangenehmem, stechendem Geruch. In reiner oder hochkonzentrierter Form sind sie explosiv. Mit steigender Kettenlänge geht die Explosionsfähigkeit zurück [3]. Längerkettige Peroxysäuren (> C 6 ) sind zunehmend wasserunlösliche Feststoffe. Aromatische Peroxycarbonsäuren sind in Wasser nur begrenzt, in einer Vielzahl organischer Lösungsmittel hingegen gut löslich. Alle Peroxycarbonsäuren zersetzen sich beim Erhitzen und durch Schlageinwirkung, unter Umständen explosionsartig. Die Dissoziationsenergie für die O−O−Bindung ist mit 80 bis 90 kJ/mol beträchtlich kleiner als die der Hydroperoxide und Dialkylperoxide. Die meisten Diacylperoxide sind niedrigschmelzende Feststoffe, die sich bereits bei leichter Temperaturerhöhung, z.T. sogar explosionsartig, zersetzen. Der Zersetzungspunkt ist dabei stark von der Aufheizgeschwindigkeit abhängig. Bei der Handhabung unphlegmatisierter Diacylperoxide ist größte Vorsicht geboten, da sie sehr empfindlich gegen Reibung, Schlag und Stoß sind ! Die Energie für die Dissoziation der O−O−Bindung beträgt 120 bis 130 kJ/mol. Peroxycarbonsäureester sind flüssig oder fest. Aufgrund ihrer thermischen Instabilität können sie nur unter sehr schonenden Bedingungen durch Destillation, Umkristallisation oder Chromatographie gereinigt werden. Für die Labilität ist die Dissoziationsenergie der O−O−Bindung, die zwischen 147 und 164 kJ/mol liegt, verantwortlich. Die thermische Sta