Stax Toxi (Repariert).docx

**[Toxikologie -- Staatsexamen]** *Inhaltliche Schwerpunkte der Toxikologie und Umweltanalytik* a. Grundlagen und Einwirkungsarten von natürlichen und synthetischen Chemikalien b. Toxikodynamik (Rezeptor-Theorie, Dosis-Wirkungsbeziehungen) c. Toxikokinetik (Aufnahme, Verteilung, Biotransformation, Elimination) d. Einteilung von Giftstoffen und ihrer biologischen Wirkung e. Toxikologie und Tierversuche f. Untersuchungsmethoden der Toxikologie (Prüfung auf akute, subakute, subchronische, chronische, kanzerogene, mutagene und teratogene Wirkungen) g. toxische Wirkungen auf das Ökosystem h. Prinzipien von epidemiologischen Erhebungen i. Risikoabschätzung und Festlegung von Höchstmengen, Grenzwerten und Richtwerten **1. Grundbegriffe und Definitionen** ***Allgemein*** - Lebensmitteltoxikologie geht mehr um LMsicherheit - sicher in jeder Hinsicht, Schutz vor gesundheitlicher Beeinträchtigung, Betrug, ekelerregenden Umständen - **lebensmittelwarnung.de** (kann man bei Toxi benutzen) - *[„alles ist irgendwie oder irgendwann giftig"]* **abhängig von der Dosierung** - *manche Verbraucher brauchen für eine toxische Wirkung eine deutlich geringere Dosis als andere* (z.B. Allergiker) - bestimmte Stoffe/LM sind nur für manche Verbraucher richtig toxisch - **Unterschiede in der individuellen Empfindlichkeit** gibt es bei allen Stoffen, aber bei **Allergikern ist der Unterschied** **extrem** - ***„es gibt keine Gifte, es gibt nur Dosierungen, bei denen Stoffe toxisch sind"*** - *[toxische Stoffe]* sind die, bei denen man nur eine *geringe Dosis für schlechte Wirkungen benötigt* - Paracelsus; Theophrast Bombast von Hohenheim **(„Die Menge macht das Gift")** - [Beispiel: ] - Schwefelwasserstoff; in nied. Konz. positive Wirkung möglich, aber bei höheren Konz. führt es zur Reizung der Schleimhäute, Atemlähmung, Tod - Botulismustoxin in der Augenheilkunde und kosmetischen Bereichen verwendet, aber auch Vergifter in LM - *in sehr niedrigen Konzentrationen sind positive Wirkungen möglich* - [Gibt es low-dose-effects?] - einige Publikationen geben Anlass zur Hypothese, dass die Exposition gegenüber Stoffen in sehr kleinen Mengen Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben kann - Streit ist v.a. anlässlich Bisphenol A entbrannt - EFSA + BFR sehen hier *[kein Problem]* (gibt Sicherheit bei nied. Dosierungen) ***Lebensmitteltoxikologie*** - *[Definition: ]* Lehre von den *schädlichen Wirkungen chemischer Stoffe auf lebende Organismen* - *[Aufgabe:]* *Untersuchung von möglichen Schadwirkungen* durch chemische Stoffe auf Lebewesen gesundheitliche Gefahren, die von Lebensmitteln ausgehen können, zu erkennen, zu quantifizieren und, vor allem im Sinne des vorbeugenden Verbraucherschutzes, zu verhüten - *[Ziel: ]* das *Risiko chemischer Stoffe* (kann man weiter fassen z.B. Strahlen, MOs) für die *Gesundheit von Mensch und Tier abzuschätzen, um Gefahren abzuwenden* ***Toxikologie und Pharmakologie*** - werden häufig synonym gebraucht - Gemeinsamkeit *beschreiben die Wirkung von Stoffen auf Lebewesen* - *[Pharmakologie: ]* **Spezialisierung auf Arzneimittel** - *[Toxikologie:]* **Spezialisierung auf gesundheitsschädliche Wirkungen** von (Fremd)-Stoffen o. auch Einflüssen ***verschiedene Disziplinen der Toxikologie*** KH.jpg Gewerbetoxikolgie bsp. Gewerbeaufsichtsamt, beruflicher Bereich Allgemein: viele Verknüpfungen der Bereiche untereinander, viel Übertragungswege auf LM ***Forensische Toxikologie*** - *[Definition: ]* Forensische Toxikologie befasst sich mit dem Nachweis von Giften im Körper und in Spuren, insbesondere auch im Leichnam sowie mit der Beurteilung dieser Befunde ***Lebensmittel: Rechtliche Rahmenbedingungen*** - [rechtlicher Rahmen]: **Lebensmittel und Futtermittel Gesetzbuch (LFGB**) seit 2015 - Neuregelung spiegelt einen Trend wieder bzw. stellt die Konsequenz aus einigen „Skandalen" der Vergangenheit dar (über FM LM kontaminiert) - **Food safety -- From the Farm to the Fork** (früher nur Endprodukt kontrolliert) - EFSA: „from farm to fork"; „from stable to table" - aufgrund veränderter Produktion (Massenproduktion) ***wichtige Behörden*** - Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit - Bundesamt für Risikobewertung - European Food Safety Authority - Food and Drug Administration ***Wie kamen/kommen toxische Stoffe in Lebensmittel?*** - Sie waren/sind laut Gesetz (LFGB/LMGB) dort nicht vorgesehen (§5 LFGB) - Es ist **verboten**, *LM für andere derart herzustellen* o. *zu behandeln,* dass ihr **Verzehr gesundheitsschädlich** im Sinne des Artikels 14 Absatz 2 Buchstabe a der VO (EG) Nr. 178/2002 **ist** - Es ist ferner **verboten** - *Stoffe, die keine LM sind* und *deren Verzehr gesundheitsschädlich* im Sinne des Artikel 14 Absatz 2 Buchstabe a der VO (EG) Nr. 178/2002 ist, *als LM in den Verkehr zu bringen*, - *mit LM verwechselbare Produkte* für *andere herzustellen, zu behandeln o. in den Verkehr zu bringen* ***Wie kommt es zu toxischen Wirkungen von Lebensmitteln?*** - **mikrobielle Einwirkungen** - z.B. Bakterien, Schimmelpilze bzw. -toxine - sowohl bei der Herstellung/Lagerung als auch beim Konsumenten - **Rückstände** (z.B. aus Pflanzenschutzmitteln) - **Kontaminanten** („carry over" z.B. aus Futtermitteln) - **„Unfälle"** - z.B. Tschernobyl, Freisetzung von Radioaktivität) - z.B. Seveso (Dioxinfreisetzung) hat bis heute Auswirkungen - **„bewusste Unfälle"** - z.B. BSE, bovine spongiforme enzephalopathie; - Folge von Veränderung der Technologie Sparmaßnahmen (weniger erhitzt) - tödliche Erkrankung des Gehirns bei Rindern, ausgelöst durch atypisch gefaltete Proteine, bei der das Gehirn eine schwammartig durchlöcherte Struktur annimmt - kann beim Menschen eine tödliche Variante der Creutzfeldt-Jakob-Krankheit auslösen - ursächlich waren infektiöse Futtermittel, u.a. Verwendung von Tierkadavern in den USA) - **Prozesskontaminanten/technologisch bedingte Stoffe** - z.B. Acrylamid (aus Precursoren wie Asparagin + KH bei thermischen Behandlung wie Backprozess entsteht) - z.B. 3-MCPD (Hydrolyseprodukt, in Würzprodukten wie Soja-Sauce) - Furan und Furan-Derivate -...viele andere durch thermische Prozesse - **natürlich vorkommende toxische Stoffe** (z.B. Cumarin in Zimt; Pyrrolizidinalkaloide durch Beiernte) - **Verfälschungen** - „food fraud" - z.B. Melamin (seit 2008) - täuscht erhöhten Stickstoffgehalt vor, in Hundefutter, Säuglingsnahrung (dadurch schwere Schäden) - kann auch aus Geschirr, Bambusgeschirr und Küchenutensilien freigesetzt werden (Formaldehyd auch) - bei Bambusgeschirr durch heiße Getränke freigesetzt - **LM leicht durch Bedarfsgegenstände kontaminiert** ***Food fraud*** - mit food fraud macht man *Geld mit der Täuschung der Konsumenten* - Bsp. Verwendung nicht zugelassener Zusatzstoffe, Kontaminanten, falsche Beschriftung, Verdünnung, Luftzugabe usw. ***Eintragspfade von toxischen Stoffen*** - **Nahrungskette** hinauf (bsp. Gewässerkontamination usw.) - **Produktionsanlage** (nicht vollständig erwärmt..) - **Verpackung**... ***Ursachen das toxische Stoffe in LM gelangen*** - von *Verwechselung bis Betrug* - von *mangelnder Sorgfalt bis Nichtwissen* - von *natürlichen Ursachen bis anthrophogenen Ursachen* ***Was brauchen Sie später?*** - *Daten generieren/Messungen durchführen* - *Daten bewerten/Grenzwerte abgleichen* - Vergleich mit aktuellen MRL (Höchstmengen) - **Toxikologisch bewerten** ist diese Menge problematisch? - *Maßnahmen veranlassen -- Vermeidungsstrategien entwickeln* - Bildungsbed. einschätzen können - Rohstoff - Lagerung - Verarbeitung ***Beispiel/Sonderfall -- Ethanol*** - **wertgebender Bestandteil (Getränke) vs. toxischer Stoff** - wenn zu geringe Mengen Alkohol drin sind muss das beanstandet werden - als Konservierungsmittel: Früchte vergären spontan und das Getränk ist haltbar - [in neuerer Zeit: ] - gilt in *geringeren Mengen als gesundheitsfördernd* (z.B. Rotwein) - aber: **Was sind geringere Mengen**? - Problem: Krankheit = Alkoholismus ***Trends o. immer noch aktuell*** - **Thermisch generierte Schadstoffe** - Acrylamid (Je mehr gebräunt die Kartoffel, desto mehr Acrylamid) - 3-MCPD - **Pestizide** - Nitrofen - **Carry-over aus Futtermitteln** (weiterhin) - **Mykotoxine** (weiterhin) - **BSE** (weiterhin, abnehmend) - **BADGE** (abnehmend) Stoffe aus Doseninnenbeschichtungen freigesetzt ***Definitionen von Grundbegriffen*** *[Dosis: ]* die Menge eines Stoffes, die innerhalb einer bestimmten Zeit zur Exposition kommt *[Invasion: ]* Aufnahme in den Blutkreislauf (Resorption), Verteilung mit dem Blut und Speicherung in Organen und Geweben (Distribution) *[Elimination:]* Entfernung von Stoffen aus dem Organismus; Exkretion des unveränderten Stoffes und die zu Folgeprodukten (Metaboliten) führende Biotransformation (Metabolismus) (enzymatische Veränderung) **[Anmerkung: ]** Metabolisierung führt nicht zwingend zur Entgiftung, in manchen Fällen werden Stoffe durch Metabolisierung toxischer/aktiviert (Giftung)! *Bsp. Phosphorsäureesterparathion (*E605) - Insektizid - umgewandelt zu paraoxo - **noch giftiger als Phosphorsäureesterparathion** *Prinzip:* - [A]bsorption, [D]istribution, [M]etabolism, [E]xcretion (ADME) - *[Abwehr/Schutz durch den Körper/ Körper hat Abwehrmechanismen]* - **Membranbarrieren** (Aufnahme erschwert) - **Biotransformation durch Enzyme** (können aber auch zur Giftung führen), - **Antioxidantien** - **Eliminationsmechanismen** - Aufnahme über Lunge sind „effektiver" da Barrieren geringer sind ![](media/image2.jpeg)***Auswirkungen wiederholter Exposition*** [Definition Halbwertszeit] die Zeit in der die Hälfte des Stoffes den Körper wieder verlassen hat **1) kurze Halbwertszeit** (bsp. Nikotin in Zigarettenrauch) - rel. schnell ausgeschieden/verändert (untoxisch) - Level im Körper nie hoch **2) lange Halbwertszeit** Kumulation **3) additive Wirkung** - **es ist von der biologischen Halbwertszeit abhängig, ob es zu toxischen Wirkungen kommt!** - Stoffe die rel. schnell abgebaut werden im Verhältnis zur nächsten Aufnahme das die weniger zu toxischen Effekten kommen (ist Frage der Dosis) ***akute Toxizität*** *[LD50 ]* ist die letale Dosis in mg/kg Körpergewicht, bei der bei einmaliger Aufnahme innerhalb von 14 Tagen 50% der Versuchstiere sterben *[LC50]* (inhalativ) ist die Luftkonzentration des Stoffes, bei der nach vierstündiger Exposition innerhalb von 14 Tagen 50% der Versuchstiere sterben - sollte für Lebensmittel nicht relevant sein, ist es aber z.B. bei manchen Muschelvergiftungen ***Rückstände*** - sind im engeren, lebensmittel- u. umweltrechtlichen Sinn **Restmengen von Chemikalien und Substanzen**, die als **Folge ihrer Anwendung in Lebensmitteln oder in der Umwelt verbleiben** (*absichtliche eingesetzt*, nicht zufällig) - [dazu zählen u.a.: ] - **Pflanzenschutzmitte**l, die bei der Erzeugung pflanzlicher Produkte eingesetzt werden - **Tierarzneimittel und Masthilfsmittel,** die in der Produktion tierischer Lebensmittel (z.B. Milch, Fleisch, Eier) und tierischer Produkte (z.B. Wolle) eingesetzt werden - Substanzen, die zum **Schutz vor Schadorganismen bei der Lagerung** eingesetzt werden - bei den [verbleibenden Resten] kann es sich sowohl um die *Originalsubstanz* als auch um *durch Abbaureaktionen entstandene Metaboliten* handeln ***Kontaminanten*** - Verunreinigungen und Kontaminationen *müssen von Rückständen unterschieden werden* - gelangen **[unbeabsichtigt]** aufgrund der *allgemeinen Gegebenheiten* und der *herrschenden Situation in die Umwelt* oder *in das Lebensmittel* (bsp. durch Umweltfaktor) - als Kontaminant gilt **jeder Stoff, der dem Lebensmittel nicht absichtlich hinzugefügt wird**, jedoch **als Folge der** - *Gewinnung* (inkl. Behandlungsmethoden in Ackerbau, Viehzucht und Veterinärmedizin) - *Fertigung* - *Verarbeitung* - *Zubereitung* - *Behandlung* - *Aufmachung, Verpackung* - *Beförderung oder Lagerung* des betreffenden Lebensmittels oder infolge einer *Verunreinigung durch die Umwelt* **im Lebensmittel vorhanden ist** - umfasst nicht die Überreste von Insekten, Tierhaare und anderem Fremdbesatz - z.B. Schwermetalle, halogenierte Kohlenwasserstoffe - z.B. Biobaucher Nachbar spritzt, Stoff gelangt unbeabsichtigt auf Pflanzen ***Behörden*** KH.jpg - deutliche Unterscheidung ist neu - spiegelt sich in den Strukturen der Behörden wieder - Risikomanagement machen Regierung und Behörden - Risikokommunikation findet mit Verbrauchern statt ![KH.jpg](media/image4.jpeg) - BfR hat EU-Almanach Lebensmittelsicherheit herausgegeben (Übersicht über Zuständigkeiten der EU) ***Sicherheitsbewertung*** KH.jpg ***EFSA*** - **Sicherheitsbewertung auf europäischer Ebene** - war lange damit beschäftigt, *Health Claims zu prüfen und zu bewerten* - sollte 2010 fertig sein (war es aber nicht) - wurde **2002** nach vielen LMkrisen in den spätern 1990er Jahren eingerichtet - ist eine **unabhängige, wissenschaftliche Beratungs- und Kommunikationsstelle über Risiken im Zusammenhang mit der LMkette** - Gründung der EFSA war Teil eines Programms zur *Verbesserung der LMsicherheit* in der EU, zur *Gewährleistung eines hohen Verbraucherschutzniveaus* und zur *Wiederherstellung des Vertrauens in die LMversorgung in der EU* ***BfR und BVL*** - sind Nachfolgeeinrichtungen des Bundesinstituts für gesundheitlichen Verbraucherschutz und Veterinärmedizin (BgVV) - *[BfR:]* **Risikobewertung und --kommunikation** zuständig (durch Hintergrund o. selbstständig) - *[BVL:]* **Risikomanagement** verantwortlich ***DFG-Senatskommission zur Beurteilung der gesundheitlichen Unbedenktlichkeit von LM (SKLM)*** - berät Parlamente, Bundesregierung, Behörden zu Fragen der LMsicherheit - greift selbständig aktuelle Themen der gesundheitlichen Bewertung von LM auf - Veröffentlicht Ergebnisse in Form von *Beschlüssen, Stellungsnahmen, Verlautbarungen* - nimmt nur aus wissenschaftlicher Sicht Stellung - [wichtige Aspekte: ] **Sicherheitsbewertung, technologische Notwendigkeit, ernährungs-physiologischer Nutzen** - [z.B. frühere Schwerpkte der Arbeiten] - Arbeitsgruppe „Neuartige LM" - Arbeitsgruppe „Lebensmittelbegleitstoffe" - Arbeitsgruppe „Sucralose" Beispiel THC Folien sonst anschauen? ***Wiederholung: warum betreibt man Toxikologie?*** - um **Schutz von Lebewesen** sicherzustellen - heute: auch **Schutz der Umwelt** - [Grund: ] *Schädigungen von Ökosystemen können sich sonst wiederum negativ auf Lebewesen auswirken* - [Bsp. Insektizide ] - „*[alte" Pestizide]*: wichtiger Parameter **Bienentoxizität** ( noch/wieder, aber nicht mehr so exklusiv) - wollte *Nützlinge schützen und Schädlinge vernichten* - Heute: veränderte Anschauung, soll möglichst *spezifisch der Schutzzweck erreicht werden* - *Schädlinge gehören auch zum Ökosystem* - **keine komplette Vernichtung, Gleichgewicht** ***Dosierungsbereiche -- sichere Dosis*** - alle Stoffe sollten einen **Dosierungsbereich** aufweisen - Toxikologische Wirkung sollte abhängig von der Dosierung betrachtet werden ![KH.jpg](media/image6.jpeg) ***Beispielsweise Anreicherung von DDT in der Nahrungskette*** - Anreicherungskreislauf - [Beginn:] aufs Feld gespritzt, über Luft verteilt usw. - Luft = Hauptmedium - **Anreicherung findet bei Lebewesen statt** - hängt von *lipophilie* und *hydrophilie der Stoffe ab* - z.B. DDT: lipidlöslich, reichert sich im Fett an, ist dort stabil KH.jpg ***stochastische Wirkungen*** - **Wirkungen**, bei denen mit [verfügbaren Methoden] **kein Schwellenwert nachzuweisen** ist - die **Eintretenswahrscheinlichkeit des Schadens** ist **proportional** der **im System herrschenden Konzentration** - Ausmaß der Schädigung ist nicht von der eingenommenen Dosis abhängig ***nicht-stochastische Wirkungen*** - **Effekte**, deren Eintreten **nicht von der Wahrscheinlichkeit abhängig** ist, sondern bei denen eine **Mindestkonzentration Voraussetzung** ist - [unterhalb dieser Mindestmenge] = braucht *keine Schädigung* befürchtet zu werden - Schädigung ist umso größer und schwerer, je höher die Konzentration bzw. die aufgenommene Dosis ist ***Arten der Wirkung*** - [systemisch:] - [lokal:] ***Dosis-Wirkungs-Beziehungen*** ***Dimethylnitrosamin:*** ![KH.jpg](media/image8.jpeg) - ist von jeweiligen Stoffen + Eigenschaften abhängig *[Grundbegriffe -- Toxikodynamik: ]* - beschreibt die *Veränderung des Organismus unter dem Einfluss eines Fremdstoffes* - **beschreibt somit auch die Wirkung toxischer Substanzen auf den Organismus** *[Grundbegriffe -- Toxikokinetik: ]* - quantitative Untersuchung der **Invasion eines Stoffes** (inkl. relevanter Metaboliten) **in den Organismus** und **Elimination aus dem Organismus in Abhängigkeit von der Zeit** - *beschreibt die Veränderung der Konzentration der toxischen Substanzen und ihrer Metabolite im Organismus* - umfasst die Aufnahme toxischer Substanzen durch den Körper, die Biotransformation, die Verteilung der Substanzen und ihrer Metabolite im Gewebe, die Speicherung und die Ausscheidung der Substanzen und ihrer Metabolite aus dem Körper - es wird **auch das Rückstandsverhalten des Fremdstoffes definiert** - d.h. die Informationen werden für die Festsetzung von Wartezeiten und Rückstandshöchstmengen (MRL) benötigt (z.B. im lebensmittelliefernden Tier) ***Stoffwechsel*** **1. Aufnahme** (Abb.) **2. Verteilung/Metabolismus** **3. Ausscheidung** (Abb.) - [Lunge:] guter Übertritt ins Blut übers Blut werden Substanzen an die entsprechenden Organe verteilt - [bei LM] Magen-Darm-Trakt: Resorption o. Absorption Übertritt + Verteilung über Blut - [Injektion] direkt ins Blut (für LM nicht wichtig) - [Haut] Hautresorption für wenige Stoffe möglich, gibt Möglichkeit wenn man Wirkstoff über Cremes in Körper bringen will - eher für Pharmaka, kosmetische Bereich - *[wichtigstes Stoffwechselorgan]*: **Leber** ![KH.jpg](media/image10.jpeg) KH.jpg **2. Ermittlung toxikologischer Daten** ***Tierversuche*** - aus **ethischen Gründen umstrittenes** Thema - Anzahl abnehmend; 2018 ca. *3 Mio*. Tiere (D) - *[zur Ermittlung der Toxizität von Chemikalien]* (auch von Lebensmittelinhaltsstoffen) - zur *Vorbereitung klinischer Prüfungen in der Entwicklung von Pharmaka* - zur *Sicherheitsbewertung von Rückständen und Zusatzstoffen* - [heutzutage]: **Alternativverfahren** und **bessere Planung**, sodass Tierversuche nicht „sinnlos" durchgeführt werden - z.B. Berechnung/Ableitung aus Daten ähnlicher Stoffe - **genehmigungspflichtig** - [Ergebnisse/Ansatz] müssen [reproduzierbar] sein (alles genau definiert) - Toxizitätstests werden **an verschiedenen Tierarten** durchgeführt - **Empfindlichkeit versch. Spezies unterschiedlich** da es untersch. *Stoffwechselwege* gibt - *große Speziesunterschiede* - Übertragbarkeit nicht einfach - Bsp. Induktion von Leberkrebs durch Aflatoxin bei Ratte, Mensch aber nicht bei Maus - **Haltung** der Versuchstiere unter **kontrollierten Bedingungen** - *Prüfsubstanz muss genau charakterisiert* sein (z.B. Extrakt enthält Nebenprodukt das die Wirkung erzeugt, darf sich nicht verändern, zersetzen o. andere Stoffe freisetzen verfälscht das Ergebnis) - [Applikation der Testsubstanz] [soll der Exposition beim Menschen] entsprechen - Versuchsdauer hängt von der erwarteten Exposition beim Menschen ab - auch Verwendung transgener Tiere und mehrfache Verwendung ***Übertragung von Tierversuchen auf den Menschen*** - [Problematisch:] - bei Tieren **andere Stoffwechselwege** - muss **analysieren was vglbar ist** und was nicht - versuchen durch Tierversuche die Black-Box der Wirkung etw. heller zu machen - bekommt Informationen, die *Toxizität eines Stoffes besser einschätzen zu* *können* ![KH.jpg](media/image12.jpeg) ***3R-Principle*** - Russel und Burch, 1959 - *The Principles of Humane Experimental Technique* **refine, reduce, replace** - [Refine] -- **weniger Stress** durch veränderte experimentelle Bedingungen - [Reduce] -- **Zahl der Tiere pro Experiment vermindern** mit Biostatistik - [Replace] -- soll durch **andere Versuche/Experimente Tierversuche ersetzen** - Beispiel: Multiorganchip, Stoffwechsel ohne Tier simuliert - vermindern von Schmerzen oder Leiden der Versuchstiere; Reduzieren der Anzahl der Versuchstiere; Ersetzen von Tierversuchen durch Alternativmethoden (z.B. Hautmodelle, Multiorganchip) ***3R-Prinzip für Alternativmethoden*** KH.jpg - Rekonstruktion der Haut, Zellkulturexperiment ***EU -- neue Regelung*** - EU-Kommission hat **Richtlinienentwurf** *zum Schutz der EU-weit jährlich 12 Mio. Versuchtiere vorgelgt (2010)* - Bisherige Regelung 22 Jahre alt - Bundesweite Verband Ärzte gegen Tierversuche wirft Brüssel vor, Tierversuche besser verwalten zu wollen, als Anfang vom Ende des Tierversuchs einzuleiten ***OECD-Guidelines*** - **OECD-Guidelines for the testing of Chemicals** - **Collection** of he **most relevant internationally agreed testing methods** used by government, industry, independent laboratories **to characterise potential hazards of new and existing chemical substances and chemical mixture/preparations** - klassische Bestimmungen oft nicht mehr zeitgemäß nach OECD (z.B. LD50) - Zahl der getöteten Testtiere soll durch neue Regeln weniger werden ***Zebet*** - **Zentralstelle zur Erfassung und Bewertung von Ersatz und Ergänzungsmethoden zum Tierversuch** beim BfR gegründet - vor 20 Jahren gegründet - gibt bereits anerkannte Ersatzverfahren! z.B. Hautmodell ***Toxizitätstests*** - **akut** LD50 (*14 Tage*) - **subakut** *14 bis 28 Tage* - **subchronisch** *90 Tage* - **chronisch/Kanzerogenität** ca. *2 Jahre* (NOAEL dabei bestimmt) - **Genotoxizität** *Interaktionen mit der DNA* - **Reproduktions-/Entwicklungstoxizität** *Fruchtbarkeit und Fötus* - **Immunotoxizität** *Immunsystem* - **Neurotoxizität** *Nervensystem* ![KH.jpg](media/image14.jpeg) ***Sicherheitsbewertung bei Einzelsubstanzen*** KH.jpg **Höchstmengenüberschreitung bedeutet in den meisten Fällen noch keine Gefährdung!** - nicht für alle Substanzen ADI festgelegt - *viele Daten* -- **kleinerer Faktor**/ *wenig Daten* -- **größerer Faktor** für ADI - nicht alle Höchstmengen toxikologisch berechnet (manche Substanzen sollen nicht benutzt werden, deswegen setzt man Höchstmenge weit runter) ![](media/image16.jpeg)***aus Tierversuchen abgeleitet:*** *NOAEL:* no observed adverse effect level *LOAEL:* lowest observable adverse effect level [Effekt:] *jeder Effekt im Vgl. zur Kontrollgruppe* (z.B. Abmagerung, Verhaltensänderung) ***Aufnahmewege für die Prüfung auf akute Toxizität/Prüfung auf Sensibilisierung der Haut*** KH.jpg![](media/image18.jpeg) ***Schweregrade bei Tierversuchen*** - ***[Schweregrad 0 = keine Belastung ]*** - Versuche, die für die Tiere **keine Belastung** darstellen (es werden **keine Schmerzen, Leiden oder Schäden oder schwere Angst zugefügt**) und bei denen das **Allgemeinbefinden nicht erheblich beeinträchtigt** wird - z.B. Verhaltensforschung, Blutentnahme für diagnostische Zwecke, subkutane Injektion eines Arzneimittels - ***[Schweregrad 1 = leichte Belastung ]*** - **Eingriffe und Handlungen an Tieren** zu Versuchszwecken, die eine **leichte, kurzfristige Belastung** (Schmerzen oder Schäden) **bewirken** - z.B. Injizieren eines Arzneimittels unter Anwendung von Zwangsmaßnahmen, Kastration von männlichen Tieren unter Narkose - ***[Schweregrad 2 = mittlere Belastung ]*** - Eingriffe und Handlungen an Tieren zu Versuchszwecken, die eine **mittelgradige, kurzfristige oder eine leichte, mittel- bis langfristige Belastung** (Schmerzen, Leiden oder Schäden, schwere Angst oder erhebliche Beeinträchtigung des Allgemeinbefindens) **bewirken** - z.B. operatives Behandeln eines Knochenbruchs an einem Bein, Kastration von weiblichen Tieren - *[**Schweregrad 3 = schwere Belastung** ]* - Eingriffe und Handlungen an Tieren zu Versuchszwecken, die eine **schwere bis sehr schwere oder eine mittelgradige, mittel- bis langfristige Belastung** (schwere Schmerzen, andauerndes Leiden oder schwere Schäden, schwere und andauernde Angst oder erhebliche und andauernde Beeinträchtigung des Allgemeinbefindens) **bewirken** - z.B. tödlich verlaufende Infektions- und Krebskrankheiten ohne vorzeitige Euthanasie **[verwendete Tierarten (2018):]** - 75% Mäuse - 10% Ratten - 8% Fische - 3% Kaninchen - 1,5% Vögel - Weitere: Nutztiere, Hunde, Primaten.. ***Sicherheitsfaktoren*** - von **LOAEL zu NOAEL** SF1 (*bis zu 10*) SF = Sicherheitsfaktor - **Extrapolation von subchronischer auf chronische Belastung** SF2 (*bis zu 10*) - **Extrapolation von Tier zu Mensch** SF3 (*bis zu 10*) - Faktor zum **Schutz empfindlicher Personengruppen** SF4 (*bis zu 10*) - tolerierbare tägliche Dosis ***Ableiten von Höchstmengen*** ![KH.jpg](media/image20.jpeg) ***Grenzwerte im gewerblichen Bereich nach der alten Gefahrstoffverordnung*** *[MAK-Wert ]* gibt die **maximale Arbeitsplatz Konzentration** des Stoffes **in der Luft am Arbeitsplatz** während einer **Dauer von 40 Std. pro Woche** an, bei der ein **Gesundheitsrisiko der Beschäftigten nicht zu erwarten ist.** *[BAT-Wert]* ist der **biologische Arbeitsplatz Toleranzwert**. Er gibt Auskunft, **bis zu welcher Konzentration im Körper eines gesunden Erwachsenen ein Stoff kein Gesundheitsrisiko darstellt** (Stoffbelastung von max. 40 Std. pro Woche liegt zugrunde) *[TRK-Wert]* ist der **technische Richt-Konzentrationswert** für **krebserzeugende Stoffe**. Er gibt die Konzentration eines gefährlichen Stoffes in der Luft am Arbeitsplatz an, die nach dem Stand der Technik erreicht werden kann. Ein **Gesundheitsrisiko** ist dennoch **gegeben**, da bei **krebserzeugenden Stoffen das Erkrankungsrisiko unabhängig von Konzentration und Dauer der Balstung zu sehen ist**. ***Definitionen nach der neuen Gefahrstoffverordnung:*** - [früher]: MAK, BAT, TRK - **[Arbeitsplatzgrenzwert: ]** der Arbeitsplatzgrenzwert ist der **Grenzwert für die zeitlich gewichtete durchschnittliche Konzentration eines Stoffes in der Luft am Arbeitsplatz** in Bezug auf einen **vorgegebenen Referenzzeitraum**. Er gibt an, bei welcher *Konzentration eines Stoffes akute oder chronische schädliche Auswirkungen auf die Gesundheit im Allgemeinen nicht zu erwarten sind* - **[Biologische Grenzwert:]** der biologische Grenzwert ist der **Grenzwert für die toxikologisch-arbeitsmedizinisch abgeleitete Konzentration eines Stoffes, seines Metaboliten oder eines Beanspruchungsindikators im entsprechenden biologischen Material**, bei dem im *Allgemeinen die Gesundheit eines Beschäftigten nicht beeinträchtigt wird.* - Neu: AGW -- alt: MAK, TRK Biologischer Grenzwert -- BAT Tätigkeit - Umgang ***GHS-Kennzeichnung*** - Kennzeichnung der Gefahrstoffverordnung (orangene Piktogramme, R- und S-Sätze) durch *neue, international einheitliche GHS-Kennzeichnung* ersetzt - **[G]lobal [h]armonisiertes [S]ystem** - Kennzeichnung seit 2009 ***Teratogene*** - **biologische, physikalische oder chemische Agenzien**, deren Einwirkung auf ein sich *entwickelndes Lebewesen* *vor der Geburt zu anatomischen oder funktionellen Organschäden führt*, also **fruchtschädigend** (sichtbare Schäden z.B. Arm fehlt) ist - [nicht dazu] gehören Substanzen, die zum [Absterben des werdenden Organismus] oder einer [vorübergehenden Wachstumsverzögerung führen] - *führt zu Lebewesen mit Missbildung* ***Beispiel Contergan:*** - **mildes Sedativum auf Thalidomid-Basis** (Wirksubstanz) - von 1958 bis 1962 im Handel (nur 4 Jahre) - in dieser Zeit wurden **ca. 10 000 Kinder mit Missbildungen** in D geboren - [im Tierversuch]: *keine teratogene Wirkung* festgestellt (Ratten sprechen nicht an) - [bei späteren Versuchen:] **nur** *S-Enantiomer teratogen*; sedative Wirkung von R- und S-Enantiomer ist gleich - ![](media/image22.jpeg)gabe des reinen R-Enantiomers sinnlos, da innerhalb von 8 Stunden Racemisierung im Körper - [Wirkung ] - durch **Bildung reaktiver Radikale** als Zwischenprodukte - bsp. Superoxid-Anion, Hydrogenperoxid, Hydroxyl-Radikal) - die **Radikale binden an zelluläre Makromoleküle** (Lipide, Proteine, DNA, RNA), wenn sie *nicht durch Antioxidantien abgefangen* werden ***Fortpflanzungskreislauf*** KH.jpg ***Sensible Phasen für teratogene Wirkungen:*** - Blastogenese pränataler Tod (begrenzt Teratogen) - **[Embyrogenese]** (ca. 3. bis 8. SSW) **hohe Sensibilität** - für *grobe morphologische Defekte* - ggf. ist zu diesem Zeitpunkt die Schwangerschaft noch nicht bekannt - spätere Phasen nicht so starke Sensibilität ![KH.jpg](media/image24.jpeg) ***weitere mögliche Teratogene*** - Tetrachlordibenzodioxine (TCDD) - polychlorierte Biphenyle (PCB) - organische Quecksilberverbindungen - Estrogene - Ethanol - aromatische Amine - Nitrosamide - Retinsäure (Vitamin A Derivat) ***Metabolische Aktivierung und Inaktivierung*** - **[Phase I: Aktivierung/Giftung ]** - Umwandlung *unpolarer Substanzen* durch *Einbau polarer funktioneller Gruppen* - durch **Oxidation, Reduktion, Hydrolyse** (meist Sauerstoff) fkt. Gruppen in Fremdstoffmolekül eingefügt - *Voraussetzung für Phase II* (damit man durch Konjugation mit entsprechenden Biomolekülen zur Ausscheidung von der entgiftenden Substanzen sorgen kann) - **[Phase II: Inaktivierung/Entgiftung ]** - *Konjugation der funktionellen Gruppen* der Fremdsubstanzen *mit endogenen Substraten/Molekülen des Intermediärstoffwechsels* (z.B. Glucuronsäure, Sulfat, Glutathion, Aminosäuren) - das Produkt wird **wasserlöslich und ausscheidbar** (über Niere) - **Maskierung und damit Inaktivierung von funktionellen Gruppen** (z.B. Methylierung, Acetylierung) - **[„Phase III" ]** - *Ausscheidung der Metabolit-Konjugate*, entweder aus der **Zelle über Efflux-Transporter** oder die **direkte Exkretion über Niere und Galle** - wird teilweise als Phase III-Reaktion bezeichnet - z.B. Transporter: ABC-Transporter wie multidrug resistance-associated protein1, MRP1 - ***Fremdstoffmetabolismus -- Beispiel*** KH.jpg - Benzol wird zu Phenol oxidiert - Konjugation mit Gluthathion kann dann ausgeschieden werden - funktioniert nur im Prinzip (Benzol = cancerogen) - Entgiftung über Glutathion möglich - [Phase I („Funktionalisierungsreaktion): ] - **Cytochtom P450-haltige Monooxidasen spielen Schlüsselrolle** - gibt *zahlreiche Isoenzyme*, daher können sie *viele Reaktionen katalysieren* - daher „insgesamt" eine geringere Substratspezifität - [Phase II („Konjugationsreaktion")] ***wichtige Enzyme im Fremdstoffmetabolismus(mehr o. weniger spezifisch)*** - **Cytochrom P450** viele Isoenzyme, versch. Substrate (auch Alkane, Alkene) - **flavinabhängige Monooxygenase** v.a. Amine - **Monoaminooxidase** primäre Amine - **Wasserstoffabhängige Peroxidase** Phenole, Amine - **Prostaglandin-H-Synthetase** Aromaten, Phenole, Amine (mehr umsetzen) - **Alkoholdehydrogenase** Alkohole - **Aldehyddehydrogenase** Aldehyde ***Cancercogenese (Einflüsse die Cancerogenese hervorrufen)*** - *chemische Karzinogenese* **chemische Substanzen** - *physikalische Karzinogenese* **Strahlen** - *biologische Karzinogenese* **onkogene Viren** ***Krebs*** - ([poly-)genetische Erkrankung] - **mutagene Substanzen wirken häufig als Kanzerogene** - *[verschiedene Krebsformen + Auslöser ]* - Sonnenstrahlen Hautkrebs - ionisierende Strahlen Leukämien, Schilddrüsenkrebs - Chemotherapeutika Zweittumoren - in D kommen Brustkrebs und Prostatakrebs am häufigsten vor (danach Lungenkrebs) ***Definitionen -- Cancerogene*** - **= Krebs-Risikofaktoren** - [sind alle Stoffe, die in einem geeigneten Tierversuch... ] - *nicht spontan auftretende Tumoren induzieren* - die *Inzidenz spontan entstehender Tumoren erhöhen* - die Zeit bis zum Auftreten solcher Tumoren *(Latenzzeit) verkürzen* - *Tumoren in anderen Geweben erzeugen*, d.h. das spontan entstehende Tumorspektrum ändern, wobei die Gesamtinzidenz erhöht sein kann, aber nicht muss - die *Zahl der Tumoren pro Versuchstier erhöhen* ***Co-Carcinogene*** - **Stoffe**, die **ohne das Vorliegen bereits irreversibel veränderter (initiierter) Zellen** [keine Tumoren erzeugen können] - **ABER** sie *tragen zur Krebsentstehung bei* - *erhöhen Wirksamkeit von eigentlichen Carcinogenen auf die DNA* - begünstigen das Auftreten von Tumoren ***Promotoren*** - **Substanzen**, die den durch Mutagenese initiierten **Prozess der Tumorentstehung verstärken oder beschleunigen** - sind befähigt, die *Vermehrung von transformierten Zellen zu beschleunigen* ***Mutagenese*** - [physikalische Mutagene ] - [chemische Mutagene]: Wirkungsweise nicht immer bekannt - **Basenanaloga** (z.B. 5-Bromuracil, 2-Aminopurin) - werden *anstelle der natürlichen Nucleinsäure-Basen eingebaut* und *paaren sich oft mit den „falschen Basen"* - **interkalierende Stoffe** (z.B. Acridinorange, Homidiumbromid) - *schieben sich zwischen die Nucleotide der DNA* - **modifizierende Agenzien** - *verändern die Basen der Nucleinsäuren* chemisch (z.B. Alkylierung mit Diazomethan) - **spindelaktive Stoffe** - *verhindern die Ausbildung der Kernspindel* und damit die Verteilung der Schwesterchromatiden auf die Tochterkerne bei der Mitose und Meiose - vererbbare Veränderung des Erbmaterials durch Veränderung in der Nucleotid-Sequenz von DNA und RNA bzw. in der Anzahl der Gene oder Chromosomen in der Zelle (Mutationen) - es gibt [spontane] und [induzierte Mutagenesen] ***Phasen der chemischen Kanzerogenese*** **Initiation** **Promotion** **Transformation** **klonale Expansion** - [Mehrschritt-Theorie der Krebsentstehung ] - [Bioaktivierung von Kanzerogene: ] **Prokanzerogen Kanzerogen** (enzymkatalysiert) - Detoxifizierung von Kanzerogenen (enzymkatalysiert) *entgiften von Kanzerogen (Screen 3 VL 2 anschauen)* ***Genotoxizität:*** - zu den *genotoxischen Wirkungen* von Substanzen gehören auch **Veränderungen des genetischen Materials**, die **an Nachkommen** der behandelten Zellen **weitergegeben** werden - [vererbbaren Veränderungen = Mutationen ] - zu den genotoxischen Wirkungen zählen aber auch **Effekte**, die **durch die Testsubstanz in den behandelten Zellen selbst eintreten** (z.B. DNA-Veränderungen,...) - *mutagene Wirkungen* sind demnach eine **Untergruppe der genotoxischen Wirkungen** - *genotoxische Wirkungen* sind eine **Art der Krebsentstehung** die ausgelöst werden können ***kanzerogene Substanzen*** *[genotoxische Kanzerogene]* schädigen das Erbgut irreversibel *[direkte Kanzerogene ]* reagieren als solche (wirken ohne weitere Veränderung) *[indirekte Kanzerogene]* sind erst nach metabolischer Aktivierung kanzerogen *[nicht-genotoxische (epigenetische) Kanzerogene]* keine Erbgutschädigung; Wirkungen auf Genexpression, Wachstumsreaktionen, Überlebensfähigkeit von Zellen [primäre Kanzerogene] ohne metabolische Aktivierung krebserzeugend *[sekundäre Kanzerogene]* erst nach metabolischer Aktivierung krebserzeugend (Präkanzerogene) *[Co-Karzinogene]* direkte Erhöhung karzinogener Effekte (z.B. durch Induktion biotransformierender Enzyme) *[Promotoren]* indirekte Erhöhung karzinogener Effekte durch Proliferationsreiz - [bekannte chemische Cancerogene] - N-Nitroso-Verbindungen (Nitrosamine) - polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK/PAH) (abhängig von der chem. Struktur) - aromatische Amine - alkylierende Substanzen ***Überblick*** ![KH.jpg](media/image26.jpeg) *Proliferation:* Vermehrung geschädigter Zellen *Apoptose:* Schutzmechanismus des Körpers (Entgiftung) ***Schema des wissenschaftlichen Ausschusses für Grenzwerte berufsbedingter Exposition (SCOEL)*** - sind Tendenzen die man in letzter Zeit diskutiert - [früher Aussage:] cancerogene Stoffe haben **keinen Grenzwert/Schwellenwert** - *Anschauung*: **nach Differenzierung der Mechanismen verändert** KH.jpg ***Tumore*** **beniger (gutartiger) Tumor** **maligner (bösartiger) Tumor** -------------------------------- ------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------- **Wachstum** langsam (Jahre) schnell (Wochen/Monate) **Begrenzung** scharf, häufig verkapselt unscharf, meist ohne Kapsel **Ausbreitung** expansiv, verdrängend (anderes Gewebe) invasiv, destruierend (zerstört umgebendes Gewebe) **Konsistenz** Homogen inhomogen (Nekrosen, Blutungen) **Bezug zu Nachbarstrukturen** verschieblich, Kompression, Druckatrophie haftend, verwachsen, Invasion, Destruktion **Alter** betrifft auch junge Menschen Inzidenz nimmt im Alter zu **Symptome** symptomarm symptomreich (aber erst zu spät) **Therapie** chirugische Entfernung Chirurgie, Radio-/Chemotherapie (schwierig, da im Gewebe ver-wurzelt) **Verlauf** lang, meist nicht tödlich kurz, oft tödlich **Metastasen** selten Häufig **Prognose** meist Heilung ungewiss (Rezidive, Metastasen) ***Metastasen*** - ein [Kennzeichen von Tumoren] ist die Metastasenbildung (Metastase = *Absiedelung*) - es bilden sich **Tochtergeschwulste** - *[lymphogene Metastasierung]* Einbruch in und Verschleppung von Tumorzellen auf dem **Lymphweg** - *[hämatogene Metastasierung]* Verschleppung von Tumorzellen auf dem **Blutweg** und Anwachsen/Weiterwachsen an **anderer Körperstelle** (macht Prognose ungünstig) ***Tumor-Terminologie*** *[Rezidiv]* erneutes Auftreten eines Tumors nach Therapie (Früh-/Spätrezidiv; Lokalrezidiv/systemisches Wiederauftreten eines Tumors) *[Residuen]* in loco verbliebene Reste eines Primärtumors (häufig Ursache eines Rezidivs) *[multifokales Wachstum]* invasive oder nicht-invasive Tumorkomponenten in der Umgebung des Primärtumors (der Begriff wird vor allem bei Mammakarzinomen verwendet) *[multizentrisches Wachstum]* multiple invasive oder nicht-invasive Karzinome ohne Verbindung zum Primärtumor ***Tumor-Regression*** - **Rückbildung eines Tumors** - [bspw. durch ] - *schlechte Blutversorgung* - *Attacken des Immunsystems* bedingte Schrumpfung eines Tumor - oft **unter Ausbildung regressiver Veränderungen**, z.B. Hämorrhagien, Nekrosen, Vernarbungen - [Beispiele] - Krebsnabel bei Lebermetastasen - Psammom Körperchen: dystrophe Verkalkungen beim papillären Ovarialkarzinom ***Begriffe*** - *[Apoptose: ]* der sog. **programmierte Zelltod**; eine **Zellnekrose**, die [aktiv] durch die *Zelle selbst ausgelöst wird*, **zerstört gestörte Zellen** ohne das die Wirkungen/Informationen dieser gestörten Zellen weiteren Schaden anrichten können (durch Bildung eines DNA-zerschneidenden Enzyms, das die DNA des eigenen Zellkerns fragmentiert und zerstört) manche [LM können Apoptose induzieren] (Schutzfaktor) [Rest: nicht besprochen] - sind **Arten von Veränderung des Gewebes** - *[Epithel: ]* geschlossener Zellverband, der innere oder äußere Körperoberflächen bedeckt; Funktionen: Schutz, Stoffaustausch, Reizaufnahme - *[Adenom: ]* vom Epithelgewebe der Drüsen oder der Schleimhaut des Magen-Darm-Trakts ausgehende, zunächst gutartige Geschwulst, die bösartig entarten kann - *[Papillom: ]* aus gefäßhaltigem Bindegewebe bestehende und mit Epithel bekleidete, meist gutartige Haut-/Schleimhautwucherung; P. molle relativ weich, P. durum mit hyperkeratotischen Anteilen ***Apoptose*** - sehr **wichtig für Entwicklung und Immunabwehr** - [Fehlregulation:] führt zu *Krankheiten* wie *Krebs oder Gewebedegeneration* - durch ein komplexes Netzwerk kontrolliert - **p53** (Gen) wird durch [DNA-Schädigung aktiviert] und **bewirkt G1/S-Block** und **Induktion der Apoptose** - schadlose Beseitigung der gestörten Zellen, positiv beurteilen - ist bei Krebs eine therapeutische Induktion der Apoptose eine Option? ***Unterschiede Apoptose -- Nekrose*** ***Apoptose*** ***Nekrose*** ----------------------------------------------------- ----------------------------------------------- Zellmembran bleibt intakt Aufbrechen der Zellmembran Zellinhalte bleiben von Zellmembran umschlossen Entleerung des Zellinhaltes in die Peripherie Zellfragmente werden phagozytiert (intern entsorgt) Entzündungen schadlose Beseitigung ***Zellteilung und Tumorinitiation*** - zwei Möglichkeiten die man beim Kontakt/Veränderung der DNA ins Kalkül ziehen muss ![KH.jpg](media/image28.jpeg) ***Krebs -- molekulare Basis*** KH.jpg ***Beispiel: Aktivierung von Benz(a)pyren*** - Aktivierung durch Cytochrom-Isoenzym zum Epoxid - Bildung eines vicinalen Diols durch Epoxidhydrolase - [dann zwei Wege:] 1\. Inaktivierung (enzymatisch) zum Glutathion-/Glucuronsäure-Konjugat 2\. weitere Epoxidierung mit Adduktbildung (an die DNA) enzymkatalysiert Cancerogene Wirkung! ![KH.jpg](media/image30.jpeg) ***Einschub -- Strukturmerkmale kanzerogener PAK´s*** - [für kanzerogene Wirkung] ist Vorliegen einer **Bay- o. Fjord-Region** in der Strukturformel **nötig** - erhöhen Wahrscheinlichkeit dafür, dass schlechte Produkte entstehen - Grund dafür, *dass untersch. Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe untersch. Wirkungen haben* KH.jpg ***Tumor-Suppressorgene*** - **Gene**, **deren Protein-Produkte die Zell-Vermehrung hemmen** - es [gibt zahlreiche Gene], die an der Verhinderung der Tumorbildung beteiligt sein können - *[Inaktivierung der Suppressoren:]* **kann Tumor (leichter) entstehen** - [Beispiele]: - **Retinoblastom-Gen** - Tumor-Suppressor-Gen - Funktionsausfall = ermöglicht das Wachstum etlicher verbreiteter Krebsarten - kommt Retinoblastom-Protein heraus - kommt im *Kern aller Arten von Säugerzellen* vor - **bindet einige regulatorische Proteine**, die für die *Transkription von Genen benötigt* werden, die **für die Zellvermehrung verantwortlich** sind, und [inaktiviert] diese - **p53** - kommt *im Zellkern* vor - **Phosphoprotein**, das **an die DNA bindet** - *wichtige Rolle* bei der *Reaktion der Zelle auf Schädigung der Erbsubstanz spielt* - hindert geschädigte Zellen an der Teilung oder veranlasst die Apoptose (wirkt als Tumor-Suppressor-Protein) ***IARC -- International Agency for Research on Cancer*** - wesentliche Rolle bei Bewertung von Krebserkrankungen bzw. Substanzen und Einflüssen spielt, die für Krebs verantwortlich gemacht werden - [Teil der WHO ] - *[Aufgabe ]* - ist die **internationale Koordination** - eigene Forschung zu den **Ursachen menschlicher Krebserkrankungen** und den **Mechanismen der Karzinogenese** - **Entwicklung von Strategien zur Vermeidung von Krebserkrankungen** - sowohl *epidemiologische* als auch *Laborexperimente* - Verbreitung von wissenschaftlichen Informationen über *Publikationen, Meetings, Lehrgänge und Forschungsstipendien* - bei der **Bewertung** werden auch z.B. **Lebensumstände eingeschlossen** (Nachtarbeit,...) - gibt eine Liste der von der IARC bewerteten Substanzen - werden **Chemikalien, LM, Einflüsse** bewertet - *[Einstufungen kanzerogener Substanzen (inkl. „Monographs" zur Bewertung):]* - **Gruppe 1**: *kanzerogene Wirkung* beim Menschen - **Gruppe 2A**: *[wahrscheinlich] kanzerogene* Wirkung beim Menschen - **Gruppe 2B**: *[möglicherweise] kanzerogene* Wirkung beim Menschen - **Gruppe 3**: *nicht klassifizierbar* in Bezug auf die Kanzerogenität beim Menschen - **Gruppe 4**: *wahrscheinlich nicht kanzerogen* für den Menschen (nicht verwechseln mit Kategorie 1A, 1B und 2 aus der VO (EG) Nr. 1272/2008 über Einstufung, Kennzeichnung und Verpackung von Stoffen und Gemischen, in EU noch andere Gruppen in Verwendung..) Benzol-Folie, Insektizide Folie, Populations Fakten braucht man das? Inzidenz, Sterblichkeit, 5-Jahre prevalence kann man bestimmen ***european code aganist cancer -- Auszüge*** - ***12 Wege um das Krebsrisiko zu minimieren*** 3\) auf **gesundes Körpergewicht** achten 4\) täglich physisch [aktiv] sein (nicht lange sitzen) 5\) **gesunde Ernährung** - wenig verarbeitetes Fleisch, wenig rotes Fleisch - sehr salzhaltige Speisen vermeiden - besonders Zucker- oder fetthaltige Getränke/Speisen reduzieren - viel Obst, Gemüse, Vollkorn, Hülsenfrüchte 6\) **Alkoholkonsum gering** halten, am besten auf Null reduzieren 7\) zu hohe Sonnenbestrahlung vermeiden, **Sonnenschutz** verwenden 8\) Gesundheits- und Sicherheitsvorkehrungen (am Arbeitsplatz) nutzen/beachten 9\) (umweltbedingte) **Strahlenbelastung** zu Hause **beachten/reduzieren** 10\) **Stillen** vermindert, Hormon-Ersatz-Therapie erhöht das Krebsrisiko 11\) **Kinder impfen** (Hepatitis B und HPV) 12\) an **Screenings** zur Früherkennung teilnehmen ***Definitionen -- MOE (margin of exposure)*** - damit man das **Vorkommen von gentoxischen, kanzerogenen Substanzen bewerten** kann - kann man [nicht] *mit normalen Ansätzen rangehen* aufgrund der **Schwellenwertproblematik** - MOE-Ansatz zur *Abschätzung möglicher Sicherheitsbedenken*, die vom Vorhandensein genotoxischer als auch kanzerogener Substanzen im LM und FM herrühren - **Verhältnis zwischen der Dosis**, bei der man eine [kleine, jedoch messbar negative Auswirkung erstmalig feststellt] und dem **Expositionsniveau** der betrachteten Substanz für eine gegebene Population - Je weiter das Expositionsniveau von einen kritischen Wert entfernt ist desto günstiger kann man es beurteilen - Dosis die eine neg. Wirkung hat sollte viel höher sein als Expositionsniveau der Bevölkerung - will festmachen wie [hoch ist das Risiko für die Bevölkerung] - Ansatz wird [nicht] verwendet zur **Bewertung der Sicherheit von absichtlich der Lebensmittelkette zugeführten, regulierten Substanzen** (z.B. Zusatzstoffe, Kontaktmaterialien) - unterstützt Risikomanager bei der Festlegung möglicher Maßnahmen, die zur Minimierung der Exposition gegenüber genotoxischen und kanzerogenen Stoffen erforderlich sind - keine gesundheitsbasierten Grenzwerte, sondern dienen der Priorisierung von Maßnahmen für das Risikomanagement - [MOE von 10.000 o. höher:] **öffentliche Gesundheit wenig beeinflusst** ***Testsysteme für Cancerogene und Mutagene*** - *Tiere* - *[Ames-Test: ]* - Vortest vor Tierversuchen - **bakterielles Testsystem**, das eine [besondere Mutante] von Salmonella (meist S. thyphimurium) hat; diese *Mutante braucht Histidin zum Wachstum* - **Testextrakt**, das die zu *untersuchende Substanz* enthält - die **Salmonella-Mutante** - ggf. ein **System, das den Stoffwechsel nachstellt** (z.B. Leberextrakt der Ratte, Enzymsystem), damit man nicht nur Extrakt selbst sondern auch [mögliche Stoffwechselprodukte miterfasst] - für 30 bis 60 min **inkubieren** bei 37 °C - auf **histidin-freiem Agarmedium** ausstreichen - wenn [keine Kolonien] wachsen: **Substanz nicht mutagen** - wenn etwas [wächst]: **Substanz/Stoffwechselprodukt ist mutagen** - dann hat sich die Erbinformation verändert, Salmonella ist mutiert/revertiert - [unterschiedliche Testdauer möglich] - **Kurzzeit-Mutagenitätstests** (Ames-Test an Bakterien - **Mittelfristige Tests in vivo** (Erzeugung von Präneoplasien) - **Lebenszeit-Kanzerogenitätstests in vivo** (an Mäusen, Ratten) ![KH.jpg](media/image32.jpeg) ***Aktivierung von Chemikalien*** - viele Chemikalien **erst nach metabolischer Aktivierung mutagen** - [müssen vor Einsatz in DNA/bakteriellen Testsystem umgesetzt werden ] - *[S-9- Mix: ]* - *[Feeder Cells:]* - [Passage durch Säugetierorganismus], Untersuchung der Urinmetaboliten - man misst die reversion (Rückwärtsmutation) von Stämmen, die ohne Histidin nicht wachsen könnten - wenn es wächst dann hat die Chemikalie eine mutagene Wirkung ***Mutationsarten*** - **Genmutation (nur einzelnes Gen betreffend)** - Basenpaarsubstitution - Deletion - Insertion - Genumlagerung - Genamplifikation - **Chromosomenmutation (nur einzelnes Chromosom betreffend)** - Chromosomenbrüche - Chromosomentranslokation - **Genommutation** - Verlust oder Erwerb ganzer Chromosomen (z.B. durch Fehlverteilung bei der Mitose) ***Genotoxizitätstests*** **I.) in vitro (im Reagenzglas)** - [Bakterien ] - Genmutationstests (AMES) - DNA-Reparaturtests - [Säugerzellen ] - Indikatortests (z.B. sister chromatide exchange an Fischen, überprüft oft Chromosomen sich durch Chemikalien verändern) - Chromosomenabberationstest - Mikrokerntest - Genmutationstest (keine Reversion wie beim Ames-Test, sondern „Vorwärtsmutation"/Verlust einer Funktion) - z.B. HPRT-Test an Zellinien des chinesischen Hamsters - Zelltransformationstests (Induktion von morphologischen Veränderungen oder verändertem Wachstumsverhalten in best. Säugerzellen durch cancerogene Chemikalien) **II.) in vivo (am lebenden Objekt)** zur Einstufung zwingend erforderlich - [somatische Zellen ] - Chromosomenmutationen - Genmutationen (Fellfleckentest) - [Keimzellen ] - Chromosomenmutationen - Genmutationen - Kriterien zur Mutagenitäts-/Cancerogenitätseinstufung von Chemikalien verlangen Daten aus in vivo Untersuchungen - es sind auch transgene Versuchstiere verfügbar ***Zellkulturen als Alternative zu Tierexperimenten*** *[Vorteile: ]* - *homogenes* und *gut charakterisiertes Material* - **niedrigere Kosten**, **geringerer Zeitaufwand**, **geringere Substanzmengen** - Untersuchung der **Wirkung der Substanz** auf die Zelle [ohne Abhängigkeit] von der **Gesamtregulation im Körper** - Untersuchung der Wirkung toxischer Substanzen (**Toxikodynamik**) *[Nachteile: ]* - [keine] Berücksichtigung **toxikokinetischer Einflüsse** - **unterschiedliche** (z.T. eingeschränkte) **metabolische Eigenschaften** verglichen mit dem eigenen Organ - [keine Aussage] über **Reversibilität der Effekte** möglich - [keine Erfassung] **toxischer Veränderungen**, die sich nach längerer Zeit manifestieren - alle Tests tragen dazu bei eine Substanz/Extrakt in toxischer u. cancerogener Richtung gut zu charakterisieren ***Krebsregister*** - aufgrund der [gesetzlichen Vorgaben] werden Krebsregister geführt - *Aufgabe der Länder* - **zur Krebsbekämpfung**, insbesondere zur **Verbesserung der Datengrundlage für die Krisenepidemiologie** - *Erfassung von Krebsfällen* und daraus *resultierenden Todesfällen* **Zuordnung zu best. (ggf. auch lokalen) Einflüssen** - inzwischen [international vernetzt] (die Daten der IARC stammen aus den Krebsregistern) - Daten auf internationaler Ebene von IARC zur Verfügung gestellt - Grundlage dessen sind Krebsregister die Ländersache sind - führt **epimdologische Erhebungen** durch um **bessere Prävention** machen zu können und **geschehen besser einschätzen** zu können - Bsp. in Nähe von radioaktiven Anlagen feststellt das Krebsart häufiger auftritt, feststellen ob zufällig o. ursächlich miteinander zusammenhängt ***Grundlagen epidemiologischer Erhebungen*** - **anderer Ansatz**, komplementär zu sehen zu Chemikalientestungen bei Tieren o. in Zellkulturen - *geht von versch. Seiten an Problematik heran* - [bisher: ] von der **Chemikalie ausgegangen**, haben deren *Wirkung und toxische Wirkung beschrieben* - [jetzt:] ausgehend von einer **beobachteten Wirkung** einen *Zusammenhang mit einem „Ereignis"* (z.B. Aufnahme einer Chemikalie) finden - gehen von einer **zu lösenden wissenschaftlichen Fragestellung aus** und **analysieren die Ursachen** *unterschiedlicher Verteilungen von Krankheits- und Befundhäufigkeiten* (z.B. niedrige Tür = Zsmhang zw. Beule u. best. Ereignis/Tatsache) - sie können **retrospektiv oder prospektiv** (def. Startpunkt guckt was in Zukunft passiert) angelegt sein - erfolgen unter **Feldbedingungen** (nicht in geschlossenen Einrichtungen) - **wertvolle Ergänzung** zu *vorangegangenen klinischen oder laborexperimentellen Studien* braucht beides - Sonderform sind [Interventionsstudien], bei denen durch **gezielte Manipulation** die *Wirkung veränderter Einflussfaktoren auf das Krankheitsgeschehen studiert* wird ***Epidemiologie -- Glossar*** *[Inzidenz ]* **Erkrankungshäufigkeit**: Anzahl der Personen, die *im Verlauf eines bestimmten Zeitraumes* (meist 1 Jahr) an einer bestimmten Krankheit *erstmals erkranken* *[Mortalität ]* **Sterblichkeit**: *Verhältnis der Zahl der Todesfälle* zur *Zahl der Gesamtbevölkerung* in einem *bestimmten Zeitraum* (meist 1 Jahr) pro 100 000 Einwohner (bezogen auf eine bestimmte Erkrankung) *[Letalität ]* **Tödlichkeit**: *Verhältnis der Zahl der Todesfälle* zur *Zahl der an einer bestimmten Krankheit Erkrankten* („Mortalität in %") *[Morbidität:]* *Verhältnis der Zahl der Erkrankungen zur Zahl der Gesamtbevölkerung* in einem bestimmten Zeitraum (bei Infektionskrankheiten z.B. für die Dauer einer Epidemie) ***Epidemiologie*** - [ursprüngliche Bedeutung:] „Seuchenkunde" - **Lehre von der Erkennung, Bekämpfung und Verhütung übertragbarer Erkrankungen** - **Lehre von den Ursachen und der Verbreitung nicht-infektiöser Erkrankungen** - [WHO:] Epidemiologie befasst sich mit der **Untersuchung der Verteilung von Krankheiten, physiologischen Variablen und sozialen Krankheitsfolgen in menschlichen Bevölkerungsgruppen** sowie mit **Faktoren**, die diese **Verteilung beeinflussen** - Faktoren spielen Rolle für menschliche Gesundheit (z.B. Nachtschicht..) ***Was will man erreichen?*** - Soll ein *Zustand o. eine Situation nur beschrieben* werden? - Soll ein *Zusammenhang zwischen (möglichen) Ursache und einer Wirkung* überprüft werden? - Soll ein *etablierter Zusammenhang bearbeitet* werden? - um noch weitere zusätzliche Infos über das Krankheitsbild zu bekommen um möglicherweise dann noch besser eingreifen zu können ***Studien -- Grundtypen*** KH.jpg [Deskriptiv:] beschreibt Zustand, stellt Hypothesen auf was Ursache sein kann **[deskriptive Epidemiologie: ]** - Teilgebiet der Epidemiologie - beschäftigt sich mit **Beschreibung der Verteilung und Häufigkeit von Erkrankungen** und **möglichen Expositionen** innerhalb einer Population - [es liegt meist keine zuvor aufgestellte Hypothese zugrunde] (z.B. *ökologische Studien* und *Querschnittstudien*) **[analytische Epidemiologie: ]** - Teilbereich der Epidemiologie - beschäftigt sich mit dem **Vergleich von Erkrankungshäufigkeiten** und **Expositionen in ausgewählten Patientengruppen** aufgrund [gezielter Hypothesen] - *beobachtende analytische Studien* oder *Interventionsstudien* - *[beobachtende analytische Studie]* - beschränkt sich auf die **Beobachtung von Erkrankungshäufigkeiten** in **verschiedenen Personengruppen ohne auf Expositionen** **selbst Einfluss zu nehmen** - [zentrale Typen:] Fall-Kontrollstudien und Kohortenstudien *[Studien zur Generierung von Hypothesen: ]* - **Fallstudien** nicht systematisch geplant, ist angefallen u. durch guter - **Fallserien** Dokumentation + Weitergabe an koordnierende Stellen - **Querschnittstudien** ***Fallstudien/Fallserien*** - [keine] *systematischen oder repräsentativen Studien*, sondern **Beobachtungen und Mitteilungen aus der Praxis** - machen z.B. *auf ein Problem aufmerksam* und ziehen *oft Folgeuntersuchungen* nach sich - **wenn es jemanden auffällt dann wird es verfolgt!** - *[Fallserien]* - beschreiben eine **Gruppe von Individuen** mit **denselben oder ähnlichen Krankheitsbildern** - kann man nicht zuordnen - ist auffällig, aber nicht mit sehr häufigen Symptomen - [Beispiel: ] ***Vor- und Nachteile von Fallstudien/Fallserien*** - [Vorteil:] - *schnelle erste Information* über problematische Ereignisse - [Nachteil]: - meist nur wenige Fälle, nicht geplant, *Entdeckung ist oft Zufallsprodukt* ***Querschnittstudien („cross-sectional-studies")*** - **Zufallsstichprobe** der Population zu einem bestimmten Zeitpunkt - Festlegen des [Gesundheitsstatus] und der [Exposition **gleichzeitig**] - **Vergleich der Krankheitshäufigkeit zwischen unterschiedlich exponierten Personen**,... (Gruppen sollten vergleichbar sein, damit es repräsentativ ist) - „[Schnappschuss]" zu dem bestimmten Zeitpunkt - kann zur **Generierung von Hypothesen** beitragen - [Beispiel:] - Personen mit und ohne Staubbelastung auf Asthma, Lungenerkrankungen untersuchen - dann Hypothese erstellen (Staubbelastung Risikofaktor für best. Erkrankungen) - [systematische Untersuchungen in repräsentativen Stichproben der Bevölkerung ] - **zur Häufigkeit bestimmter Gesundheitsprobleme, gesundheitlicher Einstellungen oder Lebensbedingungen** - **Untersuchungen an ausgewählten Zielpopulationen** (z.B. Haltungsschäden bei Schülern) - *[Ziel:]* **Ermittlung der Krankheitshäufigkeit** ***Vor- und Nachteile von Querschnittsstudien*** - [Vorteil:] - **kurze Studiendauer** bei geringen Kosten - Übertragbarkeit ist gegeben; **repräsentativ** - beschreibt den [aktuellen Status]; Entwickeln von Hypothesen möglich - [Nachteil]: - *zeitliche Abfolge von Exposition und Krankheit meistens unklar* (welcher Versatz dazwischen? Lang? Kurz? - bei **seltenen Erkrankungen**/Ereignisse gibt es **zu wenig Fälle** - nur „[Schnappschuss]" zu einem Zeitpunkt - Teilnahme kritisch - **Kausalität nicht belegt** - **Zahl der Studienteilnehmer muss der Fragestellung angemessen sein!** ***Hypothesen testen*** - [Beobachtungsstudien ] - **keine Einflussnahme**, [nur] *beobachtend* - Fall-Kontroll-Studien und Kohortenstudien - [experimentelle Studien ] - **Einflussnahme möglich** - randomisierte klinische Studie oder cross-over-Studien - Placebo + Medikamenten-Gruppe im Vgl. - Einfluss durch Psyche des Menschen beachten! ***Fall-Kontroll-Studie („case-control-studies)*** - **Retrospektiv** - Auswertung mit Vierfeldertafel - [mindestens zwei Gruppen:] - *mit Krankheit* (Fälle) - *ohne Krankheit* (Kontrolle) - **Status bezüglich der Risikofaktoren** (Exposition) - [Vergleich] der [Krankheitshäufigkeit zwischen Fällen und Kontrollen] - **Vergleich von Fällen und Kontrollen hinsichtlich einer zeitlich vorausgegangenen Exposition durch einen Risikofaktor** - Wenn sich zeigt, dass bei Fällen eine höhere Exposition gegeben ist, u. bei Kontrollen das anders aussieht, dann hat man Unterschied zw. beiden auf den es ankommt - [Unterschied zw. Fällen u. Kontrollen]: **Exposition mitbeteiligt**, Grund dafür - [Beispiel] - Klinische Patienten vgl. mit Gesunden - anpassen beider Gruppen hinsichtlich der Merkmale die primär nicht mit der Erkrankung in Verb. Stehen („**confounding factors**") - ***Vor- und Nachteile von case-control-Studien*** - [Vorteil:] - **schnell, billig** - **seltene Ereignisse** und **unbekannte Risikofaktoren** können [untersucht] werden - [Nachteil]: - *keine Angaben über Krankheitshäufigkeit* - **Chronologie der Ereignisse**? - seltene Expositionen nicht finden - viele [potentielle Designfehler] möglich (Bias), Ergebnisse dadurch schwer interpretierbar o. falsch ![KH.jpg](media/image34.jpeg) ***confounder (Störvariablen)*** - ein **Störfaktor**, der die **Assoziation von Exposition und Erkrankung verzerrt**, da er [mit beiden assoziiert] ist - **kann ein Ergebnis einer epimdologischen Untersuchung verzerren** - spielen eine *wichtige Rolle bei epidemiologischen Studien* - sind *bestimmte Eigenschaften der Untersuchungsobjekte*, die *wesentlichen Einfluss auf die untersuchte Zielgröße haben* - sind für die Studie **primär nicht interessant**, haben aber **einen Zusammenhang mit den interessierenden Einflüssen** - müssen [bei der Erklärung des Verhaltens der Zielvariable berücksichtigt/rausgerechnet werden] (Zusammenhang kann verschwinden, wenn man den confounder „herausrechnet") [Beispiel für analytische Studien ] - beobachtete Zsmhang zw. **Rauchen** u. **Leberzirrhose** - geht auf ***erhöhten Alkoholkonsum*** (confounder) ***bei Rauchern*** zurück - Erhöhung der Häufigkeit von Leberzirrhose geht auf Alkoholkonsum zurück - [Ursache für beobachteten Zsmhang:] **Alkohol** - Confounder korriegiert = Zusammenhang verschwindet [Beispiel für deskriptive Studien] - **Alter** ist wichtiger „**confounder**" beim **Vgl. der Krebsmortalität** in DE in zwei Regionen mit untersch. Altersstruktur - beobachteten Mortalitätsraten *[müssen für diese Altersunterschiede korrigiert werden]* - **sonst ist das Ergebnis falsch!** KH.jpg ***Auswertung -- Vierfeldertafel*** - - ![KH.jpg](media/image36.jpeg) \ [\$\$\\text{odd\\ ratio\\ }\\left( \\mathrm{Chancenverhältnis} \\right) = \\frac{\\frac{A}{C}}{\\frac{B}{D}} = \\frac{A \\bullet D}{B \\bullet C}\$\$]{.math.display}\ \ [\$\$\\text{Risiko\\ }\\left( 1 \\right) = \\frac{A}{A + B};Risiko\\left( 2 \\right) = \\frac{C}{C + D}\\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\rightarrow \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ relatives\\ Risiko = \\frac{(1)}{(2)}\$\$]{.math.display}\ ***Auswertung -- relatives Risiko*** - **Erkrankungswahrscheinlichkeit einer exponierten Gruppe relativ zur Erkrankungswahrscheinlichkeit einer nicht-exponierten Gruppe** - *RR* = (Inzidenz der Exponierten) / (Inzidenz der Nicht-Exponierten) - nur [in prospektiven Studien (Kohorten)] eine zulässige Größe, in *retrospektiven Studien (*FallKontrollStudie*)* [nicht] zulässig - [Aussage]: Personen **mit Risikofaktor** haben das **x-fache Risiko die Erkrankung zu bekommen** (RR \< 1 Schutzfaktor, RR\>1 Risikofaktor) ***Auswertung -- odds ratio*** - **Quote des Expositionsfaktors unter den Erkrankten relativ zur Quote unter den Gesunden** - *OR* = (Expositionsquote der Erkrankten) / (Expositionsquote der Gesunden) - dient häufig als [Schätzung für das relative Risiko] - kann sowohl bei *prospektiven* als auch bei *retrospektiven Studien* berechnet werden - [Aussage:] die Chance **unter den Erkrankten eine Person mit Risikofaktor zu treffen ist x-mal** so hoch ***Kohortenstudien*** - **Prospektiv** - [zwei Gruppen von gesunden Individuen:] - *exponiert* - *nicht-exponiert* - *Kohorten* - Beobachtung über Jahre - **Aufzeichnung bei Änderung des Gesundheits- oder Krankheitsstatus** - *Vergleich der Krankheitshäufigkeit* zwischen den Gruppen, *Ermittlung von Schutzfaktoren und Risikofaktoren* ***Längsschnittstudien*** - **Beobachtung der Krankheitsentwicklung** durch *[prospektive Erst- und Folgeuntersuchung]* (Fragebögen) - *Einflussmerkmale* müssen bei Beginn *festgelegt* werden - Entwicklung des Schweregrades bzw. Auftreten der Exposition können verglichen werden - **Fehler durch retrograde Erfassung ausgeschlossen** ***Vor- und Nachteile von Kohortenstudien/Längsschnittstudien*** - [Vorteil:] - *Risiko* ist **direkt einschätzbar** - **Dosis-Wirkungsbeziehungen** können etabliert werden - [Nachteil]: - **zeit- und kostenintensiv** - *schlechte Vergleichbarkeit* bei notwendigem langen Beobachtungszeitraum (hat keine Alternative, muss Vergleichbarkeit einschätzen, muss Ergebnis bewerten wie es sachgerecht ist) ***Übersicht klinische Studien*** KH.jpg ***Interventionsstudien*** - durch Interventionsstudien werden **Präventivmaßnahmen** (z.B. durch Änderung der Ernährungsgewohnheiten, Zu-/Abnahme von körperlicher Aktivität oder Medikamente) **auf ihre Wirksamkeit geprüft** - bestimmte Änderung/Eingriff werden auf Wirksamkeit geprüft - beachten das *psychologische Faktoren* eine *Rolle spielen* - *[kann offen, blind oder doppeltblind durchgeführt werden ]* - ***offen:*** - ***blind:*** - ***doppeltblind:*** ***„Goldstandard" -- randomized controlled trial*** - *randomisierte, kontrollierte klinische Studie* - [Patientengruppe] **Randomisierung/Zufallsprinzip** - *Behandlung/Intervention oder* - *Placebo/Vergleichsbehandlung* - **prospektive Beobachtung** (wer erkrankt/bleibt gesund) - [Beispiele: ] - Wirksamkeit einer Diät o. eines Medikaments im Vgl. zur Standardtherapie o. Placebo wird geprüft - ***Aussagen einer klinischen Studie ohne Kontrollgruppe sehr limitiert!*** - meist werden *versch. Therapeutische Optionen verglichen* o. - *zwei versch. Therapien werden hintereinander* bei den selben Patienten geprüft (dadurch keine individuellen Schwankungen) - Patienten werden **zufällig zwei oder mehr Therapiearmen zugeteilt** (klassisches parallel-Gruppen Design) - [Prinzip:] **prospektive Kohortenstudie, aber randomisiert** - *[Vorteile: ]* - **belegt die Wirkung** einer **Intervention** - *Randomisierung* *vermeidet Verzerrung* durch prognose-relevante Faktoren - **Verblindung** ermöglicht **Reduktion von subjektiven Verzerrungen** durch **Wissenschaftler/Patient** - durch Randomisierung werden *mögliche Störgrößen gleichmäßig* auf die *verschiedenen Gruppen verteilt* und damit [ausgeschaltet], die Effekte sind messbar - [Nachteile] - durch Wahl von Ein-/Ausschlusskriterien sind die Ergebnisse nur noch **schwer auf die Population zu verallgemeinern** - *teuer und zeitintensiv* ![KH.jpg](media/image38.jpeg) ***Experimentelle Studien -- Inerventionsstudien*** - ***Untersuchung therapeutischer Maßnahmen/ prophylaktischer Maßnahmen*** - *Gegenüberstellung einer Untersuchungsgruppe (mit Intervention) und einer Kontrollgruppe (ohne Intervention)* - gibt [individuelle Schwankungen] (Stoffwechsel) - braucht deswegen genug Leute, weil es nicht immer bei allen gleich ist - ***Zielsetzung*** - *Beweis ätiologischer Zusammenhänge* *bzw. Hypothesen mit Nachweis eines Interventionseffektes* - Wirkt das Medikament oder nicht? ***randomisierte, kontrollierte klinische Studie -- Begriffe*** *[randomisiert]* nach dem Zufallsprinzip *[parallel]* verschiedene Probanden o. Patienten werden zum gleichen Zeitpunkt unterschiedlich behandelt *[cross-over-Design]* dieselben Probanden o. Patienten werden hintereinander zwei oder mehreren Therapien unterzogen (ein Teil unterzieht sich zuerst Therapie A und dann Therapie B, beim anderen Teil genau umgekehrt) (wasch out Phase (Pause) in vielen Fällen notwendig) ***Studien als Voraussetzung zur Zulassung eines Medikamentes*** - *[Tierversuche]* - pharmakologische, toxikologische und teratologische Wirkung - *[Phase I Studien]* - *Medikamentensicherheit:* Dosierung und Toxizität - *klinische Pharmakologie*: generelle Wirkungsweise - 20 -- 80 gesunde Freiwillige - ***Sofortiger Abbruch bei negativer Wirkung auf Freiwillige*** (auch bereits beim Tierversuch) - Studie wird sonst nicht durchgeführt wenn neg. Wirkung - *[Phase II Studien]* - *Wirksamkeit*: Medikamente mit potenziellem Nutzen ermitteln - 100 -- 200 Patienten - *[Phase III Studien]* - Vergleich mit Standardtherapie oder Placebo - Anzahl Patienten nach Fallzahlabschätzung - *[Phase IV Studien]* - Langzeitfolgen, seltene Nebenwirkungen - Anzahl Patienten nach Fallzahlabschätzung (gucken wie hoch mögliche Fälle sein können schätzt danach ab, wie viele Probanden für Studie benötigt werden) bei beobachteter negativer Wirkung wird sofort abgebrochen! ***Zusammenfassung und Vergleich*** ***Querschnittstudie*** ***Fall-Kontroll-Studie*** ***Kohortenstudie*** ------------------------ -------------------------------------------- ------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------- **Studienpopulation** Zufallsstichprobe der Studienpopulation Anzahl von Fällen und Kontrollen, getrennt ausgewählt Anzahl von exponierten und nicht-exponierten Einheiten **Zeitraum** einmalige Messung retrospektiv prospektiv **Kausalität** Assoziation zw. Krankheit und Risikofaktor kausale Hypothese Evidenz durch zeitlichen Zusammenhang **Morbiditätsmaßzahl** Prävalenz keine Inzidenz **Risikomaßzahl** odds ratio odds ratio relatives Risiko Bestimmte Studien erfordern eine [Genehmigung durch eine Ethik-Kommission] - [Bewertungskriterien]: **Nutzen, Notwendigkeit, Vertretbarkeit** ***EPIC-Studie („european prospective study into cancer and nutrition")*** - umfasst *20 Arbeitsgruppen* aus *9 Ländern* mit mehr als *500 000 Teilnehmern* - [deutsches Zentrum:] *Potsdam* (Institut für Ernährungsforschung) - die EPIC Potsdam-Studie ist eine **prospektive Kohortenstudie** und umfasst u.a. eine **Erhebung der Ernährungsgewohnheiten** und **anderer Lebensstilfaktoren** mittels Fragebogen und eine **umfangreiche Sammlung von Blutaliquoten** - Beginn **1994** - gibt immer noch Publikationen von dieser Studie - *[Ziel:]* langfristig *möglichst viele Erkrankungen mit Ernährungs- und anderen Faktoren zu verknüpfen* und *Empfehlungen für eine Prävention* zu geben (Bsp. Einfluss von heterocyclischen aromatischen Aminen auf Prostatakrebs) - geht um viele Erkrankungen und Faktoren ***Food Frequency Questionnaires (FFQ)*** - im Kontext zur EPIC-Studie - gibt untersch. für die versch. Teilnehmer - Fragen zur **Häufigkeit der Aufnahme bestimmter Nahrungsmittel** (aus einer [Liste]) - Listen *[unterscheiden sich in ihrem Umfang]* und *[ihrer Komplexität]* deutlich (saisonale Aspekte, Portionsgrößen, regional...) - strukturierteste Methode zur Erfassung der **durchschnittlichen Ernährungsgewohnheiten** (natürlich mit gewissen Unsicherheiten) - übliche Methode in der Ernährungsepidemiologie ***Beispiel MelQx*** - 3,8-Dimethyl-3H-imidazo\[4,5-f\]chinoxalin-2-amin - **Prozesskontaminante** - bei der *Zubereitung* (Kochen, Braten, Grillen) *eiweißhaltiger Lebensmittel entsteht* durch **Pyrolyse der Aminosäuren** eine Vielzahl von **heterocyclischen aromatischen Aminen** (HAA) - Bildung erfolgt nach den [Mechanismen der Maillard-Reaktion] unter Beteiligung von reduzierenden Zuckern und z.T. von Kreatin oder Kreatinin - das *Muster der HAA* hängt von **der Art des Fleisches und stark von der Zubereitungsart ab** (je länger die Zeit des Erhitzens und je höher die Temperatur, desto höher der Gehalt an HAA) - anhand der Daten wurde untersucht, ob die **Aufnahme von HAA das Prostatarisiko erhöht** (auf best. Kohorte beschränkt) - *[Grund:]* HAA wurden *positiv assoziiert mit Prostatakrebs* im Tiermodell, vorher in epidemiologischen Studien keine eindeutigen Ergebnisse - HAA Aufnahme wurde über den Fleisch-Konsum, Kochmethoden (v.a. Grillen) und Bräunungsgrad bestimmt um zu sehen ob eine Korrelation besteht - [Ergebnis]: **kein erhöhtes Risiko**, Hypothese nicht unterstützt ***Thema: Pestizide als Beispiel für Rückstände*** ***Belastetes Hühnerfutter*** - Häufig sind **Futtermittel und ökologisch arbeitende Produkte kontaminiert** - [Rückverfolgbarkeit sollte auch beim FM gegeben sein!] ***Pflanzenschutz*** - bsp. Kartoffelkäfer -- *erhebliche Mengen können Kulturen vernichten* - [Problem]: **gibt viele von ihnen** - bei manchen *empfindlichen Kulturen* (z.B. Reis, Baumwolle) würden die **Verluste durch „Tiere" bei ca. 25 -- 40%** liegen, durch *„Schädlingskontrolle*" kommt man auf ca. [12%] - Grund wieso man häufig Pflanzenschutzmittel nimmt (waren in Hungerzeiten wichtig!) - [MRL (maximum residue levels) ] *Höchstmengen werden aus untersch. Quellen gespeist:* - **toxikologische Daten** - **Feldversuche** unter Anwendung von GAP (guter Landwirtschaft) - Einbeziehung von **Verzehrsdaten** - ggf. **Übergang in das verzehrsfähige Lebensmittel** - in Diskussion: „import tolerances" - in manchen Ländern schwierig die in der EU festgelegten Mengen einzuhalten - evtl. spez. Höchstmengen für importierte Ware - oft wird Festsetzung der Höchstmengen davon beeinflusst, dass man nicht will das einige Pestizide eingesetzt werden - auf Nachweisgrenze runtergesetzt ***integrierter Pflanzenbau*** - *biologische, biotechnologische und züchterische Maßnahmen* bevorzugt - **Anwendung chemischen Pflanzenschutzes begrenzt** - Pestizide [nur] dann *eingesetzt, wenn Besiedlung einen kritischen Wert überschreitet*, wodurch spürbare Verluste eintreten - [Faktoren wie:] *Sortenwahl, Fruchtfolge, Pflanzenschutz, Pflanzenernährung (kann Resistenzen fördern), Anbautechnik, Standort* - müssen alle analysiert werden und dann reagiert ![KH.jpg](media/image40.jpeg) ***akute Referenzdosis (ARfD)*** - [von der WHO definiert] als diejenige **Substanzmenge pro kg Körpergewicht**, **die über die Nahrung mit einer Mahlzeit oder innerhalb eines Tages** **ohne erkennbares Risiko** für den Verbraucher **aufgenommen** werden kann - wird nur für solche Stoffe festgelegt, die aufgrund ihrer *akuten Toxizität* schon bei [einmaliger] oder [kurzzeitiger Exposition] *gesundheitliche Schädigungen* hervorrufen können - nicht für Stoffe mit chronischer Toxizität - *[Berechnung der Aufnahmemenge]* (Exposition) erfolgte dabei auf **Basis maximaler Verzehrsmengen** (diese wurden in Deutschland in einer 2005 veröffentlichten Studie für [Kinder] im Alter von zwei bis unter fünf Jahren mit einem durchschnittlichen Körpergewicht von 16,15 kg ermittelt) - diese *Bevölkerungsgruppe* ist wegen der **vergleichsweise hohen Nahrungsaufnahme im Verhältnis zum geringeren Körpergewich**t als besonders empfindlich einzustufen und wird deshalb vom BfR stellvertretend für die Bewertung der Gesamtbevölkerung herangezogen ***Pflanzenschutzmittel -- Pestizide in der Geschichte*** - *Einsatz in der Landwirtschaft* zur *Sicherung eines möglichst hohen Ertrages* hat [lange Tradition ] - im *19. Jahrhundert* wurde **elementarer Schwefel** in China aufgrund seiner **fungiziden Wirkung** gegen Schimmel auf Früchte aufgetragen (auch heute in einigen Regionen noch Anwendung als Pestizid) - auch aus China stammen Berichte über den Einsatz von **Arsen als Insektizid** im 16. Jahrhundert (später aber gesundheitliche Probleme) - ebenfalls 16. Jahrhundert: **Pyrethrum** (Extrakt der Chrysanthemenblüten) als *Mittel gegen allerlei Ungeziefer (*natürlicher Stoff, kurzlebig, daraus Pyrrtroide synthetisiert, langlebiger) - Japan: früher **Tran mit Essig** gemischt und [gegen Insektenlarven] auf die Felder gesprüht - [Ab ca. 1930:] **Entwicklung der Pestizide im gegenwärtigen Sinn** (org. Synthese) - seither *mehrere Generationen von Pestiziden* - *untersch. Aspekte gewann im Verlauf der Zeit Bedeutung* (Bienentoxizität, ökologiche Aspekte..) - am Anfang spielten ökologische Aspekte keine Rolle, sollte langlebig sein damit seltener gespritzt werden muss - erst später festgestellt das ökologische System dadurch Schaden nimmt ***Rechtliche Aspekte*** - *[beachten:]* **Zulassungssituation und MRLs häufig geändert** - zu Beurteilung jeweils die [aktuellen Verordnungen benutzen] - EU-Recht hat zu einer weitgehenden *Vereinheitlichung* der Situation in Europa geführt - muss sich klar sein was alles erfasst wird bei Zulassung, anschauen welche Pestizide mit welcher Methode bestimmt werden - **Zulassung von Pestiziden durch das BVL** - Vorher durch Biologische Bundesanstalt (BBA) - erstellt [Pflanzenschutzmittelverzeichnis] mit *zugelassenen Mitteln* geordnet nach **Einsatzgebieten und Wirkungsbereichen** und *informiert über Auflagen, Anwendungsbestimmungen und Kennzeichnungen* ***Pestizide -- Anwender vs. Konsument*** - für *einige Pestizide* gibt es **[vollständige Anwendungsverbote]** (z.B. Aldrin, Bleiverbindungen, Dieldrin, technischen HCH, Tetrachlorkohlenstoff, DDT, Parathion, Organochlorpestizide...) - z.T. **Vergiftungsgefahr beim Anwender** (*auch bei zugelassenen Pestiziden möglich*) - auch für [verbotene Pestizide gibt es Höchstmengen] (können trotzdem noch auftauchen) - die Höchstmengen in Lebensmitteln liegen für „unerwünschte" Pestizide oft in der **Nähe der Nachweisgrenze** - aktueller *Stand der Zulassung* in [EU Online-Datenbank] erfasst (Zulassungen sind mit *Datum versehen und werden dann ggf. verlängert*) - zugelassen z.B. Malathion - Gesamteinsatzmenge von Pestiziden hat sich in den letzten Jahren auf einem bestimmten Niveau stabilisiert (Herbizide haben den größten Anteil) ***Schritte der gemeinsamen europäischen Wirkstoffprüfung nach RL 91/414/EWG*** - Pestizide müssen häufiger [Neubewertungen unterzogen] werden (in letzten 20 Jahren zunehmend der Fall) - **insbesondere Altwirkstoffe** die lange auf dem Markt sind (*vor 1993*), müssen auf *Basis der Richtlinie auch bewertet* werden - wenn man sie verlängert haben will muss man sie neu bewerten, bedingt auch das in manchen Fällen **neue Daten ermittelt** werden müssen, **neue toxikologische Untersuchungen** und **Untersuchungen zur Abbaubarkeit** - ist für Firmen [teuer], mit Kosten verbunden - für Altwirkstoff der von der Firma unterstütz wird gibt es *gewisse Anforderungen die in der europäischen Richtlinien festgelegt sind*, nach diesen werden sie bewertet - **Bewertung der Wirkstoffe** in einem [Gemeinschaftsverfahren] - bei [neuen Wirkstoffen] wird das Verfahren in Gang gesetzt, sobald die **Zulassung eines Pflanzenschutzmittels** mit diesem **neuen Wirkstoff** in einem der **Mitgliedstaaten beantragt** wird - Wirkstoffe, die *vor 1993* in einem der Mitgliedstaaten auf dem Markt waren, werden als [Altwirkstoffe] (existing active substances) bezeichnet **auch sie müssen auf Basis der Richtline bewertet werden** - ein Altwirkstoff, der von [keiner Firma unterstützt] wird, **wird vom Markt genommen** ***Vorgehen bei der Beantragung*** - eine **Firma reicht ihren Antrag** mit einem **Dossier** bei dem **Rapporteur Member State** (RMS) ein (ist Ferderführend für die Bewertung des Stoffes) - [Dossier] - der RMS **bewertet das Dossier** und fasst die Ergebnisse in einem [Bewertungsbericht/Draft Assessment Report (DAR)] zusammen (würde Ergebnisse nachfordern falls was fehlt) - **Diskussion** des DAR von den [Mitgliedstaaten] und der [EFSA] in einem **peer review** - Entscheidung über **Aufnahme oder Nicht-Aufnahme** des Wirkstoffes in Anhang I der RL (approved o. non approved) ***Was sind aktive Substanzen die bewertet werden?*** - Pflanzenschutzmittel enthält normalerweise [mehr als eine Komponente] - aber die *aktive Komponente gegen Schädlinge/Pflanzen* wird als „**aktive Substanz"** bezeichnet - [jede] aktive Substanz wird auf **die Sicherheit geprüft** bevor sie auf den Markt kommt - müssen für die menschliche Gesundheit sicher sein und genauso wie die Rückstände in LM, und die Effekte auf die Tiergesundheit und Umwelt ***Einteilung von Pestizidien*** - **nach der Wirkung gegen..** - Insektizide (Insekten) - Herbizide (Unkraut/Wildkräuter) - Rodentizide (Nagetiere) - Acarizide (Spinnen, Milben) - Fungizide (Pilze) - Molluscizide (Schnecken) - Nematizide (Fadenwürmer) - u.a.m. - **nach chemischen Stoffgruppen..** - chlorierte Kohlenwasserstoffe - Phosphorsäureester Insektizide (manche auch Wirkung gegen - Carbamate andere Organismen - Triazine - Phenylharnstoff-Herbizide Herbizide - Phenoxycarbonsäuren - Pyrethroide Insektizid - Strobilurine Fungizid - u.a.m. ***Anteil der einzelnen Gruppen*** - **meistens Herbizide und Fungizide** - andere Insektizide eher selten, weil sie langlebig sind und Rückstände noch im Boden zu finden sind - Problematik der Persistenz - Behandlung der Pflanzen ist nicht gezielt - Summe der eingesetzten Pestizide stagniert (30.000) - DDR früher mehr als in BRD KH.jpg ***Formulierungstypen*** - [gibt versch. Arten zum Aufbringen ] - **Aerosoldose/flasche** - sonstige **Flüssigkeiten zur unverdünnten Anwendung** - **Flüssigkeiten** die **noch präpariert** werden müssen - **Fertigköder** (insbesondere für Rodentizide) - **verdampfende Wirkstoffe** - meist [Anwendung im Gemisch mit Wasser], ggf. sind *Lösungsvermittler notwendig* - **Spritzen, Sprühen, Nebeln** - alle Techniken *haben Vor- und Nachteile* z.B. gute Verteilung/Wirkung vs. leichtere Verwehung - [abnehmende Tröpfchengröße]: \> 0,15 mm Spritzen 0,05-0,15 mm Sprühen \ - es geht mehr dahin wo es nicht hin soll ***AOEL (acceptable operator exposure levels)*** - gültig für die **Anwendung von Pestiziden und Bioziden im Freiland** - das System ist *noch nicht vollständig harmonisiert* - [gesundheitsbasierter Grenzwert] BfR bewertet die Sicherheit für Anwender und die mögliche Gefährdung von Anwohnern und Spaziergängern (unter Anwendung von Modellrechnungen) ***common names*** - es gibt zahlreiche Substanzen für die es keine common names nach ISO-Regeln gibt, die aber trotzdem in Gebrauch und von verschiedenen Organisationen akzeptiert sind - können abgerufen werden unter http://www.alanwood.net/pesticides/ - IUPAC-Nomenklatur relativ komplex, deshalb sind common names im Gebrauch - für einfach Verbindungen sind keine common names üblich - ältere common names folgen anderen Regeln, sind aber trotzdem noch im Gebrauch ***Analytik von Pestiziden*** - für die [meisten Insektizide] (aber auch für die meisten anderen Pestizide) war die **KapillarGC (mit selektiven Detektoren) oder MS die Methode der Wahl** - [selektive Detektoren]: ECD, PND, AED, FPD sind *kaum noch im Einsatz* **fast nur noch mit MS gekoppelt** - für *spezielle Pestizide* war schon **früher die HPLC besser geeignet** und die Methode der Wahl (z.B. *Triazine*) - **der Trend geht zu LC-MS** - für **einige Anwendungen** auch **„apparative DC**" (z.B. AMD-System) - [Rückstandsanalytik ist Spurenanalytik] - *Probenreinigung* und *Aufkonzentrieren* - Dreck nicht auf auf konzentrieren sonst sieht man eig. Signale nicht - *Aufreinigung durch selektive Systeme vereinfacht worden* - spezielle Qualitäten an Lösungsmitteln und Chemikalien erforderlich - durch neue Qualitäten der Instrumentellen Analytik die man hinten dran hat ist es möglich geworden, das man Aufarbeitungen schneller macht und nicht ganz so stark aufreinigt (Identifikation + Bestimmung deutlich verbessert worden) - [Ausnahme]: *Trinkwasser* (nur Probenkonzentrierung erforderlich) - [Kontaminationsquellen beachten:] z.B. *Schlifffett, Extraktionshülsen, Ionenaustauscher, Septum, Stopfen (beliebt z.B. Weichmacher wie Phthalate)* ***QuEChERS (Quick Easy Cheap Efficient Rugged Safe)*** - [Methode zur Probenaufarbeitung ] - *Hydratation* (30 min) für pflanzliche LM bsp. - *basische Extraktion mit Acetonitril* - *Aussalzen mit MgSO4 und NaCl* - *Reinigung mittels dispersiver SPE* - [Vorteile gegenüber klassischen Methoden:] - geringerer Lösungsmittelverbrauch - geringerer manueller Arbeitsaufwand - Verzicht auf organochlorierte Lösungsmittel - schnell, breites Spektrum erfassbarer Pestizide - hoher Probendurchsatz, geringe Kosten, umweltfreundlicher - reinigt nicht sehr sauber auf, geht aber sehr schnell - **QuEChERS weltweit mit Abstand am häufigsten angewendete Verfahren für die Pestizidrückstandanalytik in LM dar** ***QuPPe-Method (Quick Polar Pesticide Method)*** - für [polarere Pestizide] - *homogenisierte Probe* mit [Wasser versetzen] (für ausreichend gute Extraktionsbedingungen) - *Standard zugeben* (Standard-Mischung) - *Extraktionsmittel zugeben* - [Schütteln] *Extrakt ausfrieren* - [zentrifugieren] (Kühlzentrifuge), **dSPE** - Rohextrakt auf C18-Säule **dann LC-MS** - ähnlich wie oben - [Probengefäße]: **Kunststoff** (Wechselwirkungen mit Glas möglich) ***SPME (solid phase microextraction)*** - Extraktion aus [flüssiger Phase] oder aus dem [Gasraum] - anschließende **Bestimmung mittels GC** (Thermodesorption) oder **HPLC** (Lösungsmitteldesorption) - [Konkurrenzmethode:] **SBSE** (stir bar sorptive extraction) beschichteter Rührkern - kann man in Injektorblock der GC um Analyten zu thermodesorpieren o. für HPLC mit Lösungsmitteldesorption ***Hinweise zur Analytik*** - es ist wichtig zu [spezifizieren], **welche Pestizide mit der jeweiligen Methode nachgewiesen werden können** - sonst könnte der *Eindruck entstehen*, dass ein [Pestizid nicht vorhanden ist], weil es *nicht gefunden* wurde, aber es eigentlich [mit der verwendeten Methode nicht analysierbar ist ] - [BfR]: LC-MSxMS Methode mit Multiple Reaction Monitoring ***RASFF (Rapid Alert System for Food and Feed)*** - bereits etabliert - **Schnellwarnsystem für die EU-Staaten** und einige assoziierte Länder - [Warnmeldungen] (Alert Notifications): *betreffen Lebens- oder Futtermittel*, von denen ein **Risiko für die menschliche Gesundheit ausgeht** und die sich in einem der **am Netz beteiligten Staaten in Verkehr befinden** (ggf. Rückruf, wenn das Produkt den Verbraucher bereits erreicht hat) - [Informationsmeldungen] (Information Notifications): beziehen sich auf Lebensmittel oder Futtermittel, von denen ein **Risiko für die menschliche Gesundheit ausgeht, die sich jedoch nicht im Verkehr befinden** (beziehen sich meist auf Produkte, die an der EU-Außengrenze geprüft und abgewiesen wurden) ***RASFF-Organisation*** ![KH.jpg](media/image42.jpeg) ***Insektizide*** ***Was ist relevant?*** - **Eindringungsvermögen** in das Insekt (Penetration) (je nachdem wie es aufgenommen wird) - **Verteilung und Entgiftung im Insektenorganismus** (*nied. Konz*.: Gefahr das Insekten [nur K.O.] geschlagen werden und sich [wieder erholen]) - **Minimierung der Giftwirkung auf Säugetiere und den Menschen** (Insektenselektivität) - **Verhalten in der Umwelt** (*Abbaubarkeit, Anreicherung, Halbwertszeit)* - auch [ganze Verteilung] (z.B. DDT-Verteilung, dort anzutreffen, wo es nicht angewandt wurde) - [am häufigsten eingesetzte Gruppen:] *Pyrethroide, Carbamate und Oximcarbamate, Insektizide auf pflanzlicher oder mikrobieller Basis, Neonicotinoide, inerte Gase* ***Schädlinge (die man bekämpft)*** - [saugende Insekten]: - ernähren sich vom **Pflanzensaft** und *entziehen der Pflanze dadurch die Nährstoffe* - z.B. *Blattläuse, Schildläuse, Zikaden, Thripse* - [beißende Insekten ] - *Coleopteren*: Käfer und Käferlarven (z.B. Kartoffelkäfer, Borkenkäfer) - *Lepidopteren*: Schmetterlinge und Schmetterlingslarven - sind schädigend - [Frage: wie viele von ihnen treten auf? ] - *massenhaft*: Insektizid sinnvoll - kleine Mengen: andere Maßnahme sinnvoll bsp. Lockstoff ***lipophile und hydrophile Wirkstoffe*** - u.a. [relevant für das Rückstandsverhalten] - [hydrophile Substanzen] - können sich in der **Pflanze verteilen**, weitgehend **unabhängig davon wie der Wirkstoff eingebracht wurde** (z.B. Saatgutbehandlung, über die Wurzel, auf die Blätter) - Pflanze besteht nämlich überwiegend wässriges System - [Maß für die Hydrophilie] - **Octanol/Wasser-Verteilungskoeffizient bzw**. dessen Logarithmus (POW bzw. log POW) - **Verhältnis zwischen den Konzentrationen eines Stoffes in den zwei Phasen 1-Octanol (apolar) und Wasser (polar) im Gleichgewicht** - [steig]t mit *zunehmender Fettlöslichkeit* und *sinkender Wasserlöslichkeit* - **je größer, desto eher kann eine Bioakkumulation in Körperfetten stattfinden** - bei sehr hohen POW (lg POW \ 6,5) wird häufig eine Abnahme der Bioakkumulationszeit beobachtet - *Körperfett gilt als rel. enzymarm*, sodass *Substanz rel. lange im Körper* verbleibt - ist somit im Körperfett nicht so kritisch aber wenn es mobilisiert wird, da dann die Substanzen freigesetzt werden - [Bsp.:] **Mobilisierung bei der Produkton von Muttermilch** - Werte von *best. fettlöslichen Pestiziden in Muttermilch* *erhöht* sein (v.a Organochlorpestizide) ***Einteilung der Insektizide nach ihrem Wirkmechanismus*** - **Acetylcholinesterase** - *Inhibitoren* - *Rezeptor-Agonisten* - **Natriumkanal-Modulatoren** elektrochem. Ggw. In Zelle dadurch verändert - **Chloridkanal-Modulatoren** - **Einflussnahme auf die Entwicklung der Insekten** (in Häutung eingreifen) - **Inhibitoren der Atmungskette oder der Phosphorylierung** (Störung des Energiestoffwechsels) - bisher **unbekannte Mechanismen** ***Übersicht Wirkmechanismen*** KH.jpg [Acetylcholin:] wichtiger Neurotransmitter (nicht zerstört Dauererregung) ***Hemmung der Acetylcholin-Esterase*** - [toxische Wirkung] beruht bei Insekten und [Warmblütern] auf einer **Hemmung der Acetylcholin-Esterase** (z.B. Phosphorsäureester,...) - *reversible Hemmung* in erster Stufe - nach **Phosphorylierung des aktiven Zentrums** (Serin) **[irreversibel blockiert]** - durch die schnelle Reaktion der Insektizide mit diesen neuronal bedeutenden Enzymen kommt es zu einer [endogenen Vergiftung] mit dem **Neurotransmitter Acetylcholin** - [Grund:] **Acetylcholin wird nicht gespalten** - viele Phosphorsäureester wirken so ![KH.jpg](media/image44.jpeg) ***Beeinflussung der Chitin-Biosynthese*** - z.B. Benzoylharnstoffderivate - verzögerte Wirkung, da die Insekten erst bei der **nächsten Häutung absterben** - Chitin -- mit Panzer der Insekten zu tun - *Population wird dadurch unter Kontrolle gebracht* ***Agonisten der Acetylcholin-Rezeptoren*** - [unterbrechen] die **kontrollierte Reizleitung** im Insekt durch **Bindung an Rezeptoren**, die *normalerweise mit Acetylcholin wechselwirken* - anderer molekularer Mechanismus als Acetlycholinesterasehemmer - ![](media/image46.jpeg)z.B. Nicotin und Neonicotinoide (Spinosad) ***Hormonmimetika*** - [täuschen] die **Abwesenheit von Juvenilhormon** vor, sodass z.B. der Übergang vom letzten Larvenstadium zum eigentlichen Insekt ausbleibt - **Insektenentwicklung gestört** - Juvenilhormone sind von *endokrinen Drüsen [sezernierte Häutungshormone]*, deren Wirkung **im Auslösen einer Larvenhäutung** besteht ***Na+ -Kanal-Modulatoren*** - bewirken, dass das **Schließen der Na+ -Kanäle** des Nervensystems **verzögert** - dies führt zur [Hypererregung] und in der Konsequenz zur [Lähmung des Insekts] - Dosis muss ausreichen, sonst sind Insekten nur betäubt und können Resistenz entw. - z.B. einige Pyrethroide (aus Chrysanthem extrakt abgeleitet) ***Inhibitoren der Atmungskette bzw. der Phosphorylierung*** - Reaktion von NADH unter Wasserbildung bei gleichzeitiger ATP-Bildung wird beeinflusst - **Störung des Energiestoffwechsels** - [Hemmung] *verschiedener Enzymkomplexe* möglich (vier sind bekannt) - wenn einer dieser Enzymkomplexe inhibiert wird, ist die [Atmungskette unterbrochen] - z.B. hemmt Rotenon den Enzymkomplex I ***Pyrethrum und Pyrethrine*** - kommen *natürlich in einigen Pflanzenarten* vor (z.B. **Chrysanthemen**) - wurden aufbereitet und lange als Insektizid verwendet - auch **synthetische Derivate abgeleitet** von **natürlichen Pyrethrinen bekannt** - **[Pyrethrum ]** - [LD50 oral Ratte]: 584900 mg/kg (rel. viel) - Pyrethrum/pyrethrinhaltige PSM stark *fischgiftig* - *giftig* für [alle Insektenarten], auch für **Nützlinge** (z.B. Bienen) - *6 Ester* - [Abbau:] nicht durch Esterhydrolyse, sondern *am Alkohol bzw. der Säuregruppe* - **Kontaktgift**, das in die **Insektenkörper eindringt** (gutes Penetrationsvermögen in Insektenkörper) und **als Nervengift wirkt** - [Symptome:] - *schnelle Anfangswirkung* (knock-down-Effekt) = Insekt ist in **wenigen Minuten bewegungsunfähig (**Dosis beachten!) - die [Wirkstoffe] werden im Insekt durch [enzymatische Oxidation schnell entgiftet], sodass sich ein **Teil der Tiere wieder erholt** (stark von der Dosis abhängig) - **geringe Fleilandstabilität**, deshalb synthetische Produkte (Pyrethroide) in 50er Jahren (Wirksamkeit verlängern, strukturelle Merkmale die nicht leicht angreifbar sind) ***Strukturen von Pyrethrum und Pyrethrine*** - [Grundgerüst: ] - Cyclopropanring in Chrysanthemumsäure/Pyrethirunsäure - Alkohol mit Cyclopentenongrundgerüst - sind **verestert** KH.jpg ![](media/image48.jpeg)***Pyrethroide*** - zur **Erhöhung der Stabilität** und der **Wirkung auf Insekten** (oft 20 fache Wirkung) - [Vorteil]: werden *schlecht vom Menschen resorbiert* - auch relevant für *Textilien und Innenräume* - **nicht unumstritten** (Bayer hält Pyrethroide für toxikologisch unbedenklich, die WHO ebenso) - **Diskussion um Innenraumbelastung** (gerichtliches Verfahren) - *möglicherweise neurologische Symptome* - **viele** sind in der EU **„not approved"** - Fenvalerat ist fischtoxisch, LD50 akut-oral Ratte 450 mg/kg - **(S)-Fenvalerat (Esfenvalerat)ist zugelassen** (common names Nomenklatur) ***Organochlorpestizide*** - sehr bekannt, wurden viele Jahre eingesetzt - **breit wirksame Insektizide** mit mäßiger Wirkung gegen Blattläuse und völliger Unwirksamkeit gegen Spinnmilben - meist [Kontaktgifte]; einige sind [auch als Fraß- oder Atemgifte] wirksam (z.B. Lindan) - [biologischer Angriffsort:] **Nervensystem** - bewirken die **Auslösung eines Aktionspotentials** an den Nervenmembranen (greifen in den Na/K-Austausch ein) und **verhindern gleichzeitig die Wiederherstellung des Ruhepotentials** - *[Dauererregung]* - [Symptome]: *unkontrollierbare Kontraktionen und Bewegungen führen nach Auswirkung auf zentrale Organe zum Tod des Insekts* - **schlecht abbaubar, persistent** - vergleichsweise *gute Resorption im Magen-Darm-Tra*kt und über die *Haut* - **Speicherung in Fettdepots** (hier nur langsame Mobilisierung) weil lipophil - [Metaboliten schwer abbaubar] (bleiben lange in Umwelt stabil, auch als Rückstände betrachtet, sind oft toxisch) - *Freisetzung und Remobilisierung* bei *Hungerphasen und Krankheiten* (Gleichgewicht) - [Halbwertszeit DDT (nicht mehr zugelassen)] - Mensch: 1 Jahr - Umwelt: 10 Jahre - *DDT und Methoxychlor* wirken hauptsächlich auf **periphere sensorische Nerven** - *Cyclodiene und Cyclohexane* zeigen **zentralnervöse Wirkungen** ***DDT (Dichlordipehyltrichlorethan)*** - [Fraß- und Kontaktgift:] **Störung der Nervenleitung** (durch Interferenz mit dem Na+ /K+ - Austausch in den Axonen der Neuronen) *Übererregbarkeit, dann Lähmung, Krämpfe Paralyse (vollständige Lähmung)* - sehr **lipophil**, [gute Resorption] über *Magen/Darm und Lunge* - [keine tödlichen Vergiftungen bekannt] (vgl. Aldrin, Dieldrin) - geschätzte *letale Dosis*: **3 -- 30 g** (muss viel zu sich nehmen, schmeckt nicht!) - *ADI*: **0,005 mg/kg Körpergewicht** - „normaler Hintergrundfettspiegel": **1 -- 10 mg/kg** (hängt von Umwelt ab) - [Anreicherung in der Nahrungskette] (lipophil) - [Hauptstoffwechselweg:] **Abspaltung von HCl zum DDE** - tumorpromovierend? - früher *sehr beliebt*, auch wegen der *Persistenz, wirtschaftlich günstig* - gegen Malaria bzw. die Anopheles-Mücke wirksam? ***Metabolismus von DDT*** - [Hauptmetabolit des DDT:] ist die dehydrochlorierte Verbindung **DDE** (keine insektizide Wirkung, aber **toxisch**) - vermut

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