ArchivDeutsches Ärzteblatt34-35/2002Pränatale Aufnahme von polychlorierten Biphenylen: Pathogenetische Bedeutung der aktuellen Schadstoffbelastung in Deutschland

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Pränatale Aufnahme von polychlorierten Biphenylen: Pathogenetische Bedeutung der aktuellen Schadstoffbelastung in Deutschland

Dtsch Arztebl 2002; 99(34-35): A-2262 / B-1930 / C-1813

Lackmann, Gerd-Michael

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LNSLNS Zusammenfassung
Polychlorierte Biphenyle (PCB) sind ubiquitär verbreitete Substanzen mit kanzerogenen und teratogenen Eigenschaften. Hauptaufnahmequelle für den Menschen stellen neben der Nahrung (90 Prozent) noch Altlasten in Wohnungs- und Baumaterialien dar. Aufgrund ihrer chemischen Persistenz akkumulieren PCB zeitlebens im Organismus, wobei die Aufnahme bereits pränatal durch einen freien transplazentaren Transfer von der Mutter auf den Fetus beginnt. Basierend auf Untersuchungsergebnissen des Autors werden Erkenntnisse zur pathogenetischen Bedeutung der pränatalen PCB-Aufnahme vor dem Hintergrund der Entwicklung der Schadstoffbelastung in den vergangenen 15 Jahren dargestellt. Die pränatale PCB-Aufnahme hat in diesem Zeitraum um etwa 90 Prozent abgenommen, sodass man sich bezüglich der menschlichen PCB-Belastung in Deutschland heute in einem Niedrigdosisbereich bewegt, der gesundheitliche Folgeschäden durch diese Substanzgruppe, einschließlich der postnatalen Aufnahme durch die Muttermilch, sehr unwahrscheinlich erscheinen lässt. Am Beispiel der kumulativen Aufnahme von tabakspezifischen Karzinogenen und PCB bei Kindern rauchender Mütter wird allerdings deutlich, dass der Organismus einer Vielzahl von Xenobiotika ausgesetzt ist, wobei die Wechselwirkungen zwischen den Substanzen und die möglichen Gesundheitsrisiken noch weitgehend unbekannt sind.

Schlüsselwörter: polychlorierte Biphenyle, Umweltmedizin, Krebsrisiko, Teratogenese, Schadstoffexposition

Summary
Prenatal Uptake of Polychlorinated Biphenyls: Course of Pollution During the Past 15 Years and Pathogenetic Relevance
Polychlorinated biphenyls (PCBs) are ubiquitous compounds with carcinogenic and teratogenic properties. Main source of uptake for men is
via diet (90 per cent) and residual pollution in housings. PCBs accumulate in the food chain and human organism due to their chemical
persistence. The uptake begins as early as during pregnancy because PCBs can easily cross the placenta from mother to fetus. Based upon research of the author, data about the pathogenetic relevance of PCBs in Germany during the past 15 years are presented. The prenatal uptake of PCBs has declined by 90 per cent during this time period, thus only very low level PCB exposure today is still present in humans. Health impairment due to this exposure including the postnatal uptake with mother´s milk seems very unlikely. On the other hand, coincidental uptake of PCBs and tobacco-specific carcinogens in offspring of smoking women raises concern that the organism is exposed to a variety of xenobiotics whose chemical and biological interactions as well as their possible harmful properties are still unknown and have to be elucidated.

Key words: polychlorinated biphenyls, environmental medicine, risk for cancer, teratogenesis

Polychlorierte Biphenyle (PCB) bestehen aus zwei miteinander verbundenen Phenolringen, an die ein bis maximal zehn Chloratome binden können (Abbildung). Insgesamt sind damit 209 Einzelverbindungen beziehungsweise Kongenere denkbar (26). Die Substanzklasse der PCB wurde bereits Ende des 19. Jahrhunderts erstmals beschrieben und seit 1920 in großem Maßstab industriell produziert (48). Aufgrund ihrer chemischen Stabilität und ihrer Hitzebeständigkeit wurden sie einer Vielzahl von Anwendungszwecken zugeführt; sie dienten unter anderem als Schmiermittel, Weichmacher, Hydrauliköle und Isoliermittel in Transformatoren (2, 3, 48). Durch allmählichen Eintrag in die Umwelt, sei es durch unkontrollierte Abfallbeseitigung, gezielte Verbreitung als Bestandteil von Pestiziden, industrielle Unfälle oder Daueremissionen aus Transformatoren sowie Dichtungs- und Fugenmassen haben sich PCB infolge ihrer schlechten Abbaubarkeit und chemischen Persistenz weltweit verbreitet und sind heutzutage ubiquitär anzutreffen (2, 5, 7, 17). Aus den Umweltmedien gelangen PCB in pflanzliche Futter- und Nahrungsmittel, reichern sich aufgrund ihrer guten Fettlöslichkeit in der Nahrungskette an und lagern sich schließlich am Ende der Nahrungskette im menschlichen Organismus ab (23), wo die höherchlorierten PCB mit einer Halbwertzeit von bis zu mehreren Jahren lebenslang akkumulieren (28, 30, 42).
Aufgrund nachgewiesener kanzerogener und teratogener Eigenschaften der PCB wurde die Verwendung in offenen Systemen in den USA im Jahre 1974, in Deutschland im Jahre 1978 verboten (2, 5). Seit dem In-Kraft-Treten der Verordnung zum Verbot von PCB, polychlorierten Terphenylen und zur Beschränkung von Vinylchlorid 1989 in Deutschland ist auch die Verwendung in geschlossenen Systemen untersagt (52). Trotzdem sind PCB noch immer in Altanlagen und -geräten, zum Beispiel Transformatoren, enthalten, und auch heute finden sich noch Emissionsquellen in Gebäuden, in denen PCB-haltige Fugenmassen verwendet wurden (7, 16). An erster Stelle (90 Prozent) sind aber kontaminierte Nahrungsmittel, und zwar Nahrungsfette tierischer Herkunft, hier insbesondere Fischfett im Erwachsenenalter und Muttermilch im Säuglingsalter, heutzutage die überwiegende Aufnahmequelle für PCB beim Menschen (20, 43–46, 50, 51, 53). Die in früheren Jahren gelegentlich beschriebenen geografischen Unterschiede der PCB-Belastung innerhalb Deutschlands (47, 49, 55) sind daher nicht mehr zu erwarten. Dies wurde auch in einer umfangreichen vergleichenden Untersuchung der Arbeitsgruppe des Autors 1998 zur pränatalen Schadstoffbelastung in einem ländlichen Kleinstadtbereich und einem Großstadt-Ballungszentrum in Deutschland bestätigt (34, 37).
Toxikokinetik der pränatalen PCB-Aufnahme
Die Schadstoffakkumulation beginnt beim Menschen bereits intrauterin durch den freien transplazentaren Transfer von PCB von der Mutter auf das ungeborene Kind (29, 35, 37). Während erst kürzlich Winneke und Mitarbeiter wiederum die Bedeutung des Stillens für die kindliche PCB-Aufnahme herausgestellt und mit neurologischen Defiziten dieser Kinder im Alter von 42 Monaten in ursächlichen Zusammenhang gebracht haben (53), geht man doch einheitlich immer noch davon aus, dass, wenn überhaupt, der pränatalen Schadstoffakkumulation eine entscheidende Bedeutung im Hinblick auf mögliche neurologische Folgeschäden bei Kindern zukommt (22, 39).
Bezüglich der Toxikokinetik der pränatalen PCB-Aufnahme beim Menschen konnte die Arbeitsgruppe des Autors zeigen, dass die Höhe der Schadstoffbelastung nahezu linear mit dem mütterlichen Alter ansteigt (30, 37), wobei Neugeborene einer 40-jährigen Mutter im Vergleich zu den Kindern einer 20-jährigen Frau bis zu 500 Prozent höhere Konzentrationen der höherchlorierten PCB-Kongenere 138, 153 und 180 aufweisen. Die niederchlorierten PCB-Kongenere 28, 52 und 101 waren hingegen in aktuellen Untersuchungen aus den Jahren 1994 bis 1998 (30, 37) im Gegensatz zu früheren Untersuchungen aus den Jahren 1984/85 (29) nicht mehr nachweisbar. Dies belegt, dass kurzfristige, akute PCB-Belastungen heutzutage in der Allgemeinbevölkerung nicht mehr zu beobachten sind (3).
Ferner wurde eine signifikante Abhängigkeit der neonatalen PCB-Konzentration von der Schwangerschaftsdauer festgestellt (37), wobei Neugeborene der 42. Schwangerschaftswoche um den Faktor 3,5 höhere PCB-Konzentrationen aufwiesen als Neugeborene der 38. Schwangerschaftswoche. Zusammenhänge zwischen dem Geburtsgewicht, dem Geschlecht der Kinder sowie der neonatalen PCB-Konzentration ließen sich in keiner Untersuchungen des Autors nachweisen.
Der Zusammenhang zwischen pränataler PCB-Belastung und dem mütterlichen Alter reflektiert den kontinuierlichen Anstieg der PCB-Konzentrationen im menschlichen Organismus mit steigendem Lebensalter (25). Die Abhängigkeit von der Schwangerschaftsdauer bestätigt zusätzlich den freien transplazentaren Transfer dieser Organochlorverbindungen von der Mutter auf den Fetus. Angesichts der geringen Informationen, die bislang über die Mechanismen des transplazentaren Transfers dieser Substanzen beim Menschen vorliegen (27), erscheinen drei Punkte in diesem Zusammenhang diskussionswürdig:
- PCBs akkumulieren pränatal offensichtlich schneller als im späteren Leben, insbesondere schneller als in der ersten Lebensdekade. Allerdings erfolgt die postnatale Aufnahme von Organochlorverbindungen heutzutage, wie bereits ausgeführt, fast ausschließlich über die Nahrung, und die meisten industriell gefertigten Säuglings- und Kleinkindernahrungen sind rückstandsfrei oder nur minimal mit Organochlorverbindungen belastet (9, 48). So konnten Brussaard und Mitarbeiter 1996 bei Kleinkindern die geringste, bei erwachsenen Männern die höchste tägliche PCB-Aufnahme nachweisen (6). Umgekehrt sind PCB aufgrund ihrer Lipophilie transplazentar frei filtrierbar und reichern sich im fetalen Fettgewebe an, was eine deutliche pränatale Akkumulation dieser Substanzen im fetalen Organismus erwarten lässt und erklärt (41).
- Während die pränatale Schadstoffakkumulation nahezu linear mit dem mütterlichen Alter ansteigt, fällt auf, dass die kindliche PCB-Belastung gegen Ende der Schwangerschaft offenkundig nicht linear, sondern fast exponentiell ansteigt (37). Möglicherweise spielt hier eine Abnahme der Filtrationskapazität der Plazenta im Sinne einer Abnahme ihrer Barrierefunktion gegenüber jedweden Noxen eine Rol-
le (13, 29). Darüber hinaus mag dieser Anstieg Ausdruck einer vermehrten Schadstoffakkumulation, bedingt durch die rapide Zunahme des fetalen Fettgewebes gegen Ende der Schwangerschaft, sein (57).
- Fragt man sich angesichts dieser Erkenntnisse, ob zum Schutz des Neugeborenen vor erhöhten PCB-Belastungen etwa Schwangerschaften vorzeitig terminiert, oder Müttern ab einem gewissen Alter von Schwangerschaften aus diesem Grund gänzlich abgeraten werden sollte, so sind diese Fragen nach heutigem Erkenntnisstand klar mit nein zu beantworten. Betrachtet man nämlich die neonatale PCB-Belastung in Deutschland noch vor 15 Jahren, so lagen die damaligen Konzentrationen deutlich über denen, die man heute bei Kindern einer 40-jährigen Mutter in der 42. Schwangerschaftswoche findet (3, 29).
Außerdem verzeichnete man in den vergangenen Jahren eine so deutliche Abnahme der Schadstoffbelastung insgesamt, dass sich die Konzentration von PCB heute im Niedrigdosisbereich bewegt, dessen pathogenetische Bedeutung allenfalls noch in Verbindung mit anderen Schadstoffen eine biologisch-toxikologische Relevanz erreichen kann.
Pathogenetische Bedeutung der pränatalen Schadstoffakkumulation
Bedenken über mögliche gesundheitliche Schäden durch die PCB-Anreicherung in der Umwelt wurden erstmals 1966 in Schweden laut (24); die breite Öffentlichkeit erfuhr 1968 von den potenziellen Gefahren durch PCB. Bei der so genannten Yusho-Katastrophe auf der japanischen Insel Kyushu wurden mehr als 10 000 Menschen durch PCB-kontaminiertes Reisöl (Yusho) vergiftet, was neben einer weitverbreite-
ten Chlorakne zu uncharakteristischen Allgemeinsymptomen, respiratorischen Beschwerden sowie endokrinologischen und immunologischen Störungen bei den Opfern führte (1, 10, 14). Bezüglich ihrer neurologischen Entwicklung wiesen viele der betroffenen Kinder eine muskuläre Hypotonie, Apathie oder psychomotorische Retardierung auf (15). Von 128 intrauterin exponierten Kindern, die in einer umfangreichen Studie nachuntersucht wurden, zeigten die meisten anhaltende Störungen ihrer psychointellektuellen oder neuromotorischen Entwicklung, wobei eine intrauterine Dystrophie oder neurologische Symptome in der Neonatalperiode mit einer schlechten Prognose einhergingen (56). Ähnliche Unfälle wiederholten sich in Taiwan 1979 (PCB-verseuchtes Reisöl, Yu Chen) und Finnland 1982 (Explosion in einer Kartonfabrik), wobei die Symptome in Taiwan denen in Japan vergleichbar waren (8). Die Arbeiter der Kartonfabrik in Finnland hingegen trugen keine anhaltenden gesundheitlichen Schäden davon (Bundesinstitut für gesundheitlichen Verbraucherschutz und Veterinärmedizin, persönliche Mitteilung 1999). Während man bei all diesen Unglücksfällen zunächst den PCB die eigentliche toxische Wirkung zugeschrieben hatte, weiß man heute, dass ein Großteil der Toxizität durch die gleichzeitige Freisetzung von Furanen, Schwermetallen und anderen Organochlorverbindungen verursacht wurde (35).
Auch neuere Untersuchungen lassen vermuten, dass sogar bei deutlich niedrigerer pränataler PCB-Exposition, wie sie unter anderem in der amerikanischen Allgemeinbevölkerung beobachtet wurde, mit neurologischen Folgeschäden zu rechnen ist (40). So fanden Gladen und Mitarbeiter einen deutlichen Zusammenhang zwischen der pränatalen PCB-Exposition und niedrigeren Entwicklungsscores in den Bayley Scales of Psychomotor Development im Alter von 18 und 24 Monaten (11, 12). Anderen Untersuchungsgruppen gelang sogar der Nachweis eines dosisabhängigen Effekts zwischen pränataler PCB-Belastung und späteren neurologischen und psychomotorischen Entwicklungsstörungen bei Kindern im Alter bis zu 4 Jahren (21). Entsprechende europäische Studien erbrachten vergleichbare Resultate (18, 19, 54, 35). Auch tierexperimentelle Studien konnten die diversen Beobachtungen beim Menschen bestätigen (40). Insgesamt wurde anhand dieser Untersuchungen deutlich, dass die pränatale PCB-Exposition wesentlich gefährlicher im Hinblick auf spätere neurologische Folgeschäden ist, als die zum Teil wesentlich höhere postnatale Belastung durch die Muttermilch (22, 40). Eine Erklärungshypothese hierfür ist die größere Vulnerabilität des fetalen Nervensystems gegenüber externen Noxen (22).
Die pränatale PCB-Belastung ist in Deutschland seit 1984 um über 90
Prozent gesunken (Tabelle) (29, 36, 38). Vor diesem Hintergrund erscheinen die Ergebnisse der genannten Untersuchungen, die großteils bereits vor 10 bis 15 Jahren erhoben wurden, auf die heutigen Gegebenheiten projiziert, mehr als zweifelhaft. Gesundheitliche Folgeschäden einer pränatalen PCB-Belastung erscheinen heutzutage per se als sehr unwahrscheinlich. Wenn überhaupt sind additive Effekte durch die gleichzeitige Akkumulation anderer biologisch-chemischer Toxine zu diskutieren. Dennoch wurde kürzlich erneut eine Studie publiziert, die dem Stillen eine kausale Bedeutung für die spätere Entwicklung neurologischer Folgeschäden bei den Kindern zuschreibt (53). Die Autoren fanden signifikant erhöhte PCB-Konzentrationen (berechnet wurde die Summe der drei höherchlorierten PCB-Kongenere 138, 153 und 180) im Serum von Kindern, die länger als vier Monate gestillt wurden (mittlere PCB-Konzentration 1,77 ng/mL) im Vergleich zu 0,68 ng/mL bei früher abgestillten Kindern (2 Wochen bis 4 Monate) und flaschengefütterten Altersgenossen (0,36 ng/mL). Diese postnatale PCB-Exposition wurde in einen kausalen Zusammenhang mit Defiziten in den Bayley Scales of Infant Development bei den länger gestillten Kindern im Alter von 30 und 42 Monaten gestellt.
Während im Vergleich zu Erhebungen des Autors die ermittelten Referenzwerte für PCB bei Neugeborenen (38) mit den Werten dieser neuen Studie übereinstimmen, betrugen 1994 entsprechende Referenzwerte für Nabelschnurblut in der deutschen Allgemeinbevölkerung 0,96 ng/mL. Diese Werte sind höher als bei früher abgestillten Kindern, wenn die Proben im Alter von 42 Monaten entnommen wurden (29, 53). 1984 betrugen die PCB-Referenzwerte im Nabelschnurblut 1,37 ng/mL (29) und lagen fast in dem Größenordnungsbereich, der heute bei langzeitgestillten Kindern im Alter von 42 Monaten gefunden wird. Eine solche Exposition sollte laut der zitierten Studie (53) motorische und mentale Defizite hervorrufen können. Da es sich hierbei aber um Werte im Niedrigdosisbereich handelt, sind keinerlei gesundheitliche Folgeschäden für den Menschen zu erwarten, das Stillen mit Muttermilch eingeschlossen (39).
Ferner ist der menschliche Organismus und der heranwachsende Fetus einer Vielzahl von Xenobiotika ausgesetzt, deren Zusammenspiel im Hinblick auf gesundheitliche Folgeschäden nicht bekannt ist. Beispielsweise herrscht Unklarheit darüber, ob und inwieweit mütterliches Rauchen während der Schwangerschaft die Inzidenz maligner Erkrankungen bei den Nachkommen erhöht. In diesem Zusammenhang konnte erstmals der transplazentare Transfer von tabakspezifischen Karzinogenen von der Mutter auf den Fetus nachgewiesen werden (31, 32). Unabhängig davon konnte gezeigt werden, dass Neugeborene rauchender Mütter deutlich höhere PCB-Konzentrationen aufweisen, als Kinder passiv- oder nichtrauchender Mütter (33, 37). Dabei ist aus
Tierexperimenten bekannt, dass die vom Autor nachgewiesenen tabakspezifischen Karzinogene und PCB eine ausgesprochen kokarzinogene Wirkung entfalten, wenn sie gleichzeitig auf den Organismus einwirken (4).
Hier wird deutlich, dass möglicherweise erst das Zusammenspiel verschiedener Schadstoffe biologisch-toxikologisch relevante Auswirkungen auf den menschlichen Organismus hat und die Wechselwirkungen verschiedenster Umweltschadstoffe im menschlichen Organismus noch nicht verstanden werden. Hier besteht ein ausgesprochen umfangreicher Forschungsbedarf.
Zusammenfassend kann gefolgert werden, dass die PCB-Belastung des Menschen heute in Deutschland im Niedrigdosisbereich liegt und allein hierauf zurückzuführende gesundheitliche Schäden sehr unwahrscheinlich sind.
Danksagung: Mein besonderer Dank gilt Herrn Prof. Dr. J. Angerer und Herrn Dipl.-Ing. K.-H. Schaller, Institut für Arbeits-, Sozial- und Umweltmedizin der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, für die Durchführung der Schadstoffanalysen und die bereitwillige und freundschaftliche Unterstützung und Beratung in allen umweltmedizinischen Fragestellungen.

Manuskript eingereicht: 3. 12. 2001, revidierte Fassung angenommen: 23. 4. 2002

zZitierweise dieses Beitrags:
Dtsch Arztebl 2002; 99: A 2262–2265 [Heft 34–35]

Die Zahlen in Klammern beziehen sich auf das Literaturverzeichnis, das über den Sonderdruck beim Verfasser und über das Internet (www.aerzteblatt.de) erhältlich ist.

Anschrift des Verfassers:
Priv.-Doz. Dr. med. Gerd-Michael Lackmann
Reinstorfweg 10a
21107 Hamburg
E-Mail: gmlackmann@t-online.de
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