Toxikologie – Staatsexamen Lernzettel PDF

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 Definitionen von Grundbegriffen / s.O. / s.U. , Wichtig , Beispiel Inhalt 1. Grundlagen und Einwirkungsarten von natürlichen und synthetischen Chemikalien.................................................................. 3 1. Grundbegriffe und Definitionen............................................................................................................................................. 3 2. Toxikologie und Pharmakologie............................................................................................................................................ 4 3. Behörden.............................................................................................................................................................................. 9 2. Toxikodynamik (Rezeptor-Theorie, Dosis-Wirkungsbeziehungen)........................................................................................... 12 4. Toxikologie: Dosis-Wirkungs-Beziehungen......................................................................................................................... 12 5. Stoffwechsel........................................................................................................................................................................ 14 3. Toxikologie und Tierversuche................................................................................................................................................... 15 6. Ermittlung toxikologischer Daten – Tierversuche................................................................................................................ 15 7. Kanzerogene....................................................................................................................................................................... 27 8. Bewertung und Einordnung................................................................................................................................................. 35 4. Prinzipien von epidemiologischen Erhebungen........................................................................................................................ 40 9. Grundlagen epidemiologischer Erhebungen....................................................................................................................... 40 10. Studien........................................................................................................................................................................... 41 5. Schädlingsbekämpfungsmittel.................................................................................................................................................. 50 11. Thema: Pestizide (als Beispiel für Rückstände)............................................................................................................. 50 12. Analytik von Pestiziden (Insektizide, -izide).................................................................................................................... 55 13. Schnellwarnsystem........................................................................................................................................................ 58 14. Insektizide...................................................................................................................................................................... 59 Einteilung der Insektizide nach ihrem Wirkmechanismus......................................................................................................... 60 15. Organochlorpestizide..................................................................................................................................................... 63 16. Phosphorsäureester....................................................................................................................................................... 67 17. Bioinsektizide (biologisch gewonnene Pestizide, aus natürlichen Quellen stammen).................................................... 70 18. Herbizide (Pestizide, zur Bekämpfung von Unkräutern eingesetzt werden)................................................................... 73 19. Fungizide (Fungistatika)................................................................................................................................................. 78 20. Molluskizide = Schneckenbekämpfungsmittel (bzw. Bekämpfung von Weichtieren)...................................................... 81 21. Rodentizide.................................................................................................................................................................... 82 22. Mycotoxine (Schimmelpilzgifte)...................................................................................................................................... 83 Ergot-Alkaloide (zählen zu den Mykotoxinen)........................................................................................................................... 87 Aflatoxine (zählen zu den Mykotoxinen)................................................................................................................................... 89 Ochratoxine – Mykotoxine........................................................................................................................................................ 91 1 Fusarientoxine -Mykotoxine...................................................................................................................................................... 93 Citrinin - Mykotoxin................................................................................................................................................................... 95 23. Deaktivatoren................................................................................................................................................................. 97 24. Giftpilze.......................................................................................................................................................................... 97 25. Natürlich vorkommende toxische Stoffe in Lebensmitteln............................................................................................ 102 Purinalkaloide......................................................................................................................................................................... 103 Pyrrolizidinalkaloide................................................................................................................................................................ 104 Chinolizidinalkaloide............................................................................................................................................................... 106 Steroidalkaloidglykoside / Steroidglykoalkaloide.................................................................................................................... 108 Biogene Amine....................................................................................................................................................................... 110 26. Marine Biotoxine........................................................................................................................................................... 113 Fischvergiftungen................................................................................................................................................................... 114 Muscheltoxine......................................................................................................................................................................... 116 27. Glykosidische Verbindungen........................................................................................................................................ 120 Favismus................................................................................................................................................................................ 120 Antinutritive Faktoren – Stoffgruppe Glykoside/Glucoside...................................................................................................... 120 28. Phytoalexine................................................................................................................................................................. 124 Hämagglutinine bzw. Lectine.................................................................................................................................................. 124 Cumarin.................................................................................................................................................................................. 125 29. Phototoxische Pflanzen................................................................................................................................................ 126 30. Antivitamine.................................................................................................................................................................. 126 31. Tierseuchen.................................................................................................................................................................. 126 32. Andere Tierseuchen..................................................................................................................................................... 129 33. Prozesskontaminanten................................................................................................................................................. 129 Acrylamid................................................................................................................................................................................ 130 Furan...................................................................................................................................................................................... 137 3-MCPD - Eigenschaften........................................................................................................................................................ 139 Heterocyclische Aromatische Amine (HAA)............................................................................................................................ 142 Acrolein................................................................................................................................................................................... 143 Nitrosamine (NDMA) - Toxizität.............................................................................................................................................. 143 34. Halogenierte Aliphaten................................................................................................................................................. 146 35. Dioxine......................................................................................................................................................................... 148 Polychlorierte Biphenyle (PCBs.................................................................................................................................................. 153 36. Polybromierte Biphenyle (PBB).................................................................................................................................... 155 37. Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAH) („Prozesskontaminanten“)...................................................... 155 38. „Nahrungsmittelallergien“ – „Lebensmittelallergien“..................................................................................................... 159 39. Lebensmittelbestrahlung (und kurz BELA)................................................................................................................... 164 40. LM die an Krankheitsausbrüchen beteiligt sind (BELA)................................................................................................ 169 41. Tierarzneimittel............................................................................................................................................................. 171 42. Alkoholische Getränke................................................................................................................................................. 176 6. Staub...................................................................................................................................................................................... 183 7. Schwermetalle........................................................................................................................................................................ 184 8. Weitere Sachen aus seinem Fragenkatalog........................................................................................................................... 186 43. Chlorat.......................................................................................................................................................................... 186 44. Endokrinen Disruptoren................................................................................................................................................ 186 45. MOSH / MOAH / POSH (Mineralölbestandteile) – Übergang von Verpackungen auf LM............................................ 186 2 Lebensmitteltoxikologie I 1. Grundlagen und Einwirkungsarten von natürlichen und synthetischen Chemikalien 1. Grundbegriffe und Definitionen Allgemein Lebensmitteltoxikologie → geht mehr um LMsicherheit ➔ Sicher in jeder Hinsicht, Schutz vor gesundheitlicher Beeinträchtigung, Betrug, ekelerregenden Umständen Internetadressen: - lebensmittelwarnung.de (kann man bei Toxi benutzen) - Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit: https://www.bvl.bund.de/DE/Meta/Sitemap/sitemap_node.html - Bundesamt für Risikobewertung: https://www.bfr.bund.de/de/start.html - European Food Safety Authority: https://www.efsa.europa.eu/de - Food and Drug Administration: https://www.fda.gov - Zeitschriftenartikel aktuell: Medline, NIH National Institute of Health „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) 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 3 Definitionen von Grundbegriffen Definition: Lehre von den schädlichen Wirkungen chemischer Stoffe auf lebende Organismen Aufgabe: Untersuchung von möglichen Schadwirkungen durch chemische Stoffe auf Lebewesen Hat die Aufgabe 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 2. 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 oder auch Einflüssen Verschiedene Disziplinen der Toxikologie  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 4 Lebensmittel: Rechtliche Rahmenbedingungen Rechtlicher Rahmen: Lebensmittel und Futtermittel Gesetzbuch (LFGB) seit 2005 - Aktuellste Fassung: 15.09.2021 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) 1. 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 2. 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  Auch Stoffe, die in „Normalkonzentration“ ziemlich übel sind, können bei geringerer Dosierung positive Wirkungen haben: - z.B. Botulismustoxine A und E werden in der Augenheilkunde und anderen Bereichen eingesetzt (z.B. gegen mimisch bedingte Falten, gegen Dystonien...) - Hat aber auch Nebenwirkungen (vgl. Botulismus) 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 (z.B. „carry over“ Übertragung z.B. aus Futtermitteln) „Unfälle“ - z.B. Tschernobyl, Freisetzung von Radioaktivität - z.B. Seveso (Dioxinfreisetzung) hat bis heute Auswirkungen → TCDD (2,3,7,8- Tetrachlordibenzodioxin) „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) 5 Prozesskontaminanten/Technologisch bedingte Stoffe - Von der Produktionsanlage in das Lebensmittel - z.B. Acrylamid (aus Precursoren wie Asparagin + KH die bei thermischer Behandlung wie Backprozess entstehen) - 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“ = Lebensmittelbetrug - Durch anthropogenen (Menschen geschaffen) - z.B. Melamin (seit 2007, 2008) Täuscht erhöhten Stickstoffgehalt vor, in Hundefutter, Säuglingsnahrung (dadurch schwere Schäden), Weichkaramellen - Melamin und Formaldehyd (Bestandteile des Geschirrs): Kann auch aus Geschirr, Bambusgeschirr und Küchenutensilien freigesetzt werden Bei Bambusgeschirr durch heiße Getränke freigesetzt → LM leicht durch Bedarfsgegenstände kontaminiert ➔ Unerwünschte Bestandteile können in allen Bearbeitungsstufen in das Lebensmittel gelangen! „from field to fork“ Vom Feld auf die Gabel Toxische Stoffe Marine Toxine: DSP, ASP, Yessotoxin, Microcystine Weitere natürlich vorkommende toxische Stoffe: Favismus, cyanogene Glycoside, Glucosinolate BSE/TSE Prozesskontaminanten: Acrylamid und Furan-/Furanderivate Dioxine und PCB Polyzyklische aromatische KWS Lebensmittelunverträglichkeiten Pseudoallergien Allergien - Typen von Allergien - Pollinosisassoziierte Allergien - Allergene in Lebensmitteln - Nachweis von Allergien 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 … 6 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 bzw. Richtwerte abgleichen - Vergleich mit aktuellen MRL (Höchstmengen) - Toxikologisch bewerten → ist diese Menge problematisch? → toxische Dosis 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) 7 Anmerkung: Metabolisierung führt nicht zwingend zur Entgiftung, in manchen Fällen werden Stoffe durch Metabolisierung toxischer/aktiviert (Giftung)!  Bsp. Phosphorsäureesterparathion (E605) wird als Insektizid und Akarizid eingesetzt - Insektizid - Umgewandelt zu seinem Sauerstoffanalogon Paraoxon (E 600) → noch giftiger als Phosphorsäureesterparathion Prinzip: Absorption, Distribution, Metabolism, Excretion = ADME Sobald ein lebender Organismus einem Giftstoff ausgesetzt ist, muss die Verbindung in aktiver Form in den Körper und an ihren Zielort gelangen, um eine schädliche Wirkung zu verursachen 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 die Barrieren geringer sind Auswirkungen wiederholter Exposition (unmittelbare Ausgesetztsein gegenüber gefährdenden Bedingungen) 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) Definitionen von Grundbegriffen 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 8 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.: - Pflanzenschutzmittel, 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 → Verordnung (EWG) Nr. 315/93 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 3. Behörden Deutliche Unterscheidung ist neu ➔ Spiegelt sich in den Strukturen der Behörden wieder Risikomanagement machen Regierung und Behörden Risikokommunikation findet mit Verbrauchern statt 9 Almanach zur Lebensmittelsicherheit BfR hat EU-Almanach Lebensmittelsicherheit herausgegeben (Übersicht über Zuständigkeiten der EU) - BMEL: Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft - BfR: Bundesinstitut für Risikobewertung - BVL: Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit - FLI: Friedrich-Loeffler-Institut (Tiergesundheit) - JKI: Julius-Kühn-Institut - MRI: Max Rubner-Institut - TI: Thünen-Institut Sicherheitsbewertung 10 EFSA = Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit Sicherheitsbewertung auf europäischer Ebene War lange damit beschäftigt, Health Claims zu prüfen und zu bewerten Sollte 2010 fertig sein (war es aber nicht) → https://ec.europa.eu/food 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 (Bundesinstitut für Risikobewertung): Risikobewertung und –kommunikation zuständig (durch Hintergrund o. selbstständig) BVL (Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit): Risikomanagement verantwortlich DFG-Senatskommission zur Beurteilung der gesundheitlichen Unbedenklichkeit von LM (SKLM) Berät Parlamente, Bundesregierung, Behörden zu Fragen der LM-Sicherheit Greift selbständig aktuelle Themen der gesundheitlichen Bewertung von LM auf Veröffentlicht Ergebnisse in Form von Beschlüssen, Stellungsnahmen, Verlautbarungen Nimmt nur aus wissenschaftlicher Sicht Stellung Im Vordergrund steht die gesundheitliche Bewertung von Lebensmitteln unter Einschluß neuartiger Lebensmittel, sowie von Inhalts- und Zusatzstoffen natürlichen bzw. anthropogenen Ursprunges, sowie von neuartigen Verfahren Wichtige Aspekte: Sicherheitsbewertung, technologische Notwendigkeit, ernährungs-physiologischer Nutzen z.B. frühere Schwerpkte der Arbeiten - Arbeitsgruppe „Neuartige LM“ - Arbeitsgruppe „Lebensmittelbegleitstoffe“ - Arbeitsgruppe „Sucralose“ - Beitrag zur laufenden Diskussion über Toxizität von Fluorid (2020/2021) Beispiel THC – Delta-9-Tetrahydrocannabinol DFG-Senatskommission zur Beurteilung der gesundheitlichen Unbedenklichkeit Die Arbeitsgruppe "Lebensmittelbegleitstoffe" hat sich als Schwerpunkt mit THC in LM beschäftigt Bewertung der gesundheitlichen Unbedenklichkeit von hanfhaltigen LM Maximalen täglichen Aufnahmemenge THC-Grenzwertvorschläge für unterschiedliche LMgruppen abgeleitet Und eine Beschlußvorlage erarbeitet SKLM hat empfohlen, die maximale tägliche THC-Aufnahme auf 1 - 2 µg/kg KG zu begrenze Genannten Werte gelten für Gesamt-Delta 9-THC einschließlich der Säure 11 2019 Beurteilung von CBD-Ölen im Gegensatz zu THC nicht rauscherregend - Frage: sind Öle mit 10% CBD „Novel Foods“ 2. Toxikodynamik (Rezeptor-Theorie, Dosis-Wirkungsbeziehungen) 4. Toxikologie: Dosis-Wirkungs-Beziehungen Dosierungsbereiche – sichere Dosis Alle Stoffe sollten einen Dosierungsbereich aufweisen Toxikologische Wirkung sollte abhängig von der Dosierung betrachtet werden 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 12 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: Substanz entfaltet ihre spezifische Wirkung unabhängig vom Aufnahmeweg immer an einem bestimmten Ort (z.B. aromatische Amine, halogenierte aliphatische Stoffe, Nitrosomethylharnstoff) lokal: Häufiger; Wirkung am Ort des Einwirkens/der Aufnahme (z.B. kanzerogene Kohlenwasserstoffe, Teer) Dimethylnitrosamin: Ist von jeweiligen Stoffen + Eigenschaften abhängig 13 Definitionen von Grundbegriffen Toxikodynamik: Beschreibt die Veränderung des Organismus unter dem Einfluss eines Fremdstoffes → Beschreibt somit auch die Wirkung toxischer Substanzen auf den Organismus Da sich Gifte in den Gesetzmäßigkeiten ihrer Wirkung nicht von Substanzen oder Arzneimitteln unterscheiden, wird auch für dieWirkungsbeschreibung toxischer Stoffe häufig der Begriff Pharmakodynamik benutzt 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 MRL) benötigt - z.B. im lebensmittelliefernden Tier 5. Stoffwechsel 1. Aufnahme Inhalation, Verschlucken, Injektion, Hautressorption 2. Verteilung/Metabolismus Lunge: Guter Übertritt ins Blut → übers Blut werden Substanzen an die entsprechenden Organe verteilt Bei LM über Magen und Darm: 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 Möglichkeiten, wenn man Wirkstoff über Cremes in Körper bringen will → Eher für Pharmaka, kosmetische Bereich Wichtigstes Stoffwechselorgan: Leber →Störung physischer Funktionen/akute Intoxikation durch Verteilung der Substanz/ der Metabolite in Organen →Subakute oder chronische Intoxikation durch Entstehung reaktiver Metabolite und deren Reaktion mit Biomolekülen (z.B. Proteine, Nukleinsäuren) 3. Ausscheidung Lunge (Exhalation), Darm (Stuhl), Niere (Urin), Schweiß →Entgiftung durch Ausscheidung nicht-reaktiver Metabolite, hydrophiler Derivate über Galle und Urin 14 Stoffwechsel – andere Darstellung: 3. Toxikologie und Tierversuche 6. Ermittlung toxikologischer Daten – Tierversuche Tierversuche Aus ethischen Gründen umstrittenes Thema Anzahl abnehmend; 2018 ca. 3 Mio. Tiere (D) → datenbank-tierversuche.de 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 15 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 = andere Wirkung/Dosis - Muss analysieren was vergleichbar 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 3R-Principle Russel und Burch, 1959 The Principles of Humane Experimental Technique = Die Grundsätze der humanen Versuchstechnik → refine, reduce, replace = verfeinern, reduzieren, ersetzen Refine – Weniger Stress durch veränderte experimentelle Bedingungen Reduce – Zahl der Tiere pro Experiment vermindern mit Biostatistik Replace – Soll durch andere Versuche/Experimente Tierversuche ersetzen - In vitro= Zellkulturen, in silico = Computermodelle/theroretische Forschung, Labs on a Chip - Beispiel: Multiorganchip, Stoffwechsel ohne Tier simuliert Simulieren mehrere technische Komponenten das Zusammenspiel von Blutkreislauf und Organen im menschlichen Körper Pumpe (1), Speicherkammer für Blut und Wirkstoff (2), Kammern für Organe und Gewebe (3), Ventile (4) → Blutzufluss zu verschiedenen Organen 16 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 Rekonstruktion der Haut, Zellkulturexperiment DFG Richtlinien der Ständigen Senatskommission für Tierschutz und Tierversuche der DFG für die Planung und Beschreibung von tierexperimentellen Forschungsprojekte EU – neue Regelung Zum Schutz der für wissenschaftliche Zwecke verwendeten Tiere EU-Kommission hat Richtlinienentwurf zum Schutz der EU-weit jährlich 12 Mio. Versuchtiere vorgelgt (22.11.2010) 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 = Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung OECD-Leitlinien für die Prüfung von Chemikalien → Abfragung über: oecd.de Sammlung der wichtigsten international vereinbarten Prüfmethoden, die von Behörden, der Industrie und unabhängigen Laboratorien verwendet werden, um die potenziellen Gefahren neuer und bestehender chemischer Stoffe und chemischer Gemische/Zubereitungen zu beschreiben Klassische Bestimmungen oft nicht mehr zeitgemäß nach den OECD-Gremien 17 z.B. OECD-Prüfrichtlinie 401 wird gestrichen → Abschaffung des LD50-Tests für aktute Toxizität (2002) Zahl der getöteten Testtiere (nicht >3) soll durch neue Regeln weniger werden Die Guidelines werden regelmäßig überarbeitet und korrigiert Zebet = Zentralstelle zur Erfassung und Bewertung von Ersatz und Ergänzungsmethoden zum Tierversuch Beim BfR gegründet (1989) → Vor über 35 Jahren Gibt bereits anerkannte Ersatzverfahren! z.B. Test mit menschlichen Hautmodellen zur Prüfung auf ätzende Eigenschaften von Stoffen und Produkten - Entwickelt + validiert von: Zebet in Kooperation mit internationalen Partnern - Ersetzt Tierversuche an Kaninchen - Anerkannt: Seit 2004 von EU und OECD 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 18 Ablauf des Toxizitätstest an Tieren -Schema Sicherheitsbewertung bei Einzelsubstanzen Höchstmengenüberschreitung bedeutet in den meisten Fällen noch keine Gefährdung! Nicht für alle Substanzen ADI festgelegt - ADI = acceptable daily intake mg/kg KG/d - Die zulässige tägliche Aufnahmemenge Der Faktor hängt von der Datenlage ab - Viele Daten – kleinerer Faktor für ADI - wenig Daten – größerer Faktor für ADI Nicht alle Höchstmengen toxikologisch berechnet (manche Substanzen sollen nicht benutzt werden, deswegen setzt man Höchstmenge weit runter) Aus Tierversuchen abgeleitet: LOAEL: lowest observable adverse effect level - Niedrigste Dosis mit beobachteter schädlicher Wirkung NOAEL: no observed adverse effect level - Toxikologischer Endpunkt - Entspricht der höchsten Dosis oder Expositionskonzentration eines Stoffes in subchronischen oder chronischen Studien, bei der keine signifikant erhöht 19 schädigenden behandlungsbedingten Befunde in der Morphologie, Funktion, Wachstum, Entwicklung oder Lebensdauer beobachtet werden - Bezieht sich immer auf ein bestimmtes biologisches Messverfahren mit einer bestimmten Applikationsform und einer bestimmten Tierart oder einem bestimmten Zellkultursystem - In verschiedenen Verfahren kann ein Stoff somit verschiedene NOAEL-Werte haben Effekt: jeder Effekt im Vgl. zur Kontrollgruppe (z.B. Abmagerung,Verhaltensänderung) Aufnahmewege für die Prüfung auf akute Toxizität Oral = über den Mund Inhalativ = über die Atemwege Dermal = über die Haut Prüfung auf Sensibilisierung der Haut Induktion (Einleitung eines Vorgangs) - Durch Tropfen, unter Verband, intracutan (Injektion wird eine Substanz in die Haut gespritzt) 14 Tage Ruhe Auslösung Schweregrade bei Tierversuchen Beispiel Schweiz: Anzahl der Tiere hat von 2011 bis 2020 abgenommen → Schweregrad 3 geringste Anteil von den Tieren Schweregrad 0 = keine Belastung - Versuche, die für die Tiere keine Belastung darstellen und bei denen das Allgemeinbefinden nicht erheblich beeinträchtigt wird - Es werden keine Schmerzen, Leiden oder Schäden oder schwere Angst zugefügt - 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 bewirken - Schmerzen, Leiden oder Schäden, schwere Angst oder erhebliche Beeinträchtigung des Allgemeinbefindens - 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 bewirken 20 - Schwere Schmerzen, andauerndes Leiden oder schwere Schäden, schwere und andauernde Angst oder erhebliche und andauernde Beeinträchtigung des Allgemeinbefindens - z.B. Tödlich verlaufende Infektions- und Krebskrankheiten ohne vorzeitige Euthanasie Unterscheidung der Belastungskategorien durch das Tierschutzgesetz bei Tierversuchen Keine Wiederhesrstellung der Lebensfunktion Verfahren unter Vollnarkose aus dem das Tier nicht erwacht Schweregrad 3 (soziale Isolation, tödliche Krebserkrankungen/Giftigkeitstest) Schweregrad 2 (Dauer Katheter, Giftigkeitstest, Eingriffe unter Vollnakose) Schweregrad 1 (Injektionen, Blutentnhame, Ohrlockmakierung) Verwendete Tierarten (Deutschland 2018) 75% Mäuse 10% Ratten 8% Fische 3% Kaninchen 1,5% Vögel 1% andere Weitere: Hamster, Meerschweine, Nutztiere (Schweine), Hunde, Primaten.. Zweck: zu wissenschaftlichen Zwecken, Tötung zu wissenschaftlichen Zwecken (geringerer Anteil) Sicherheitsfaktoren (SF = Sicherheitsfaktor) Von LOAEL zu NOAEL → SF1 (bis zu 10) ↓ 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/Zustandekommen von Höchstmengen 21 Definitionen von Grundbegriffen Grenzwerte im gewerblichen Bereich nach der alten Gefahrstoffverordnung → Nicht mehr gültig!!! 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 Belastung 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 Neuer Begriff: Alter Begriff: AGW MAK, TRK Biologischer Grenzwert BAT Tätigkeit Umgang GHS-Kennzeichnung = global harmonisierte System zur Einstufung und Kennzeichnung von Chemikalien Global harmonisiertes System Wird alle zwei Jahre aktualisiert Zur Einstufung von Chemikalien sowie deren Kennzeichnung auf Verpackungen und in Sicherheitsdatenblättern - Verwendung von: standardisierter Piktogramme, einheitliche Signalwörter, Einheitliche Gefahrenklassen und -kategorien, standardisierte Gefahren(H)- und Sicherheitshinweise (P) - Gefahrenpiktogrammen neu rot umrandete Raute mit weißem Hintergrund (alt: quadratischen Symbolen mit orangem Hintergrund) H- und P-Sätze bestehen aus dreistellige Zahlencodes, um spezifische Gefahren und Sicherheitshinweise systematisch zu identifizieren 22 - Erste Ziffer gibt die Hauptkategorie der Gefahr an Gefahrenhinweise (H-Sätze) - Beschreiben die Art und, wenn nötig, den Schweregrad der Gefährdung, die von dem Stoff oder Gemisch ausgeht - Z.B. H220: "Extrem entzündbares Gas" Sicherheitshinweise (P-Sätze) - Geben Empfehlungen zum sicheren Umgang mit dem Stoff oder Gemisch. Zum Beispiel: - Z.B. P210: "Von Hitze, heißen Oberflächen, Funken, offenen Flammen und anderen Zündquellen fernhalten. Nicht rauchen." Kennzeichnung der Gefahrstoffverordnung (orangene Piktogramme, R- und S-Sätze) durch neue, international einheitliche GHS-Kennzeichnung ersetzt → Einheitliche Anforderungen an Etiketten - Wesentliche Informationen enthalten - Produktidentifikation, Gefahrenpiktogramme, Signalwörter, H- und P-Sätze sowie Lieferanteninformationen - Ziel: weltweite Harmonisierung zum Schutz der Gesundheit/Umwelt, internationalen Handel mit Chemikalien erleichtern Kennzeichnung seit 2009 (für Ethanol und Zubereitungen erst später verbindlich) - Verordnung (EG) Nr. 1272/2008, auch CLP-Verordnung Teratogene (griechisch teras = Missgeburt) 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) sind Nicht dazu gehören Substanzen, die zum Absterben des werdenden Organismus oder einer vorübergehenden Wachstumsverzögerung führen Führt zu Lebewesen mit Missbildung Mögliche Teratogene Tetrachlordibenzodioxine (TCDD) polychlorierte Biphenyle (PCB) organische Quecksilberverbindungen Estrogene Ethanol aromatische Amine Nitrosamide Retinsäure (Vitamin A Derivat) Stellungnahme BfR von 2014 (005/2014) Aufnahme bestimmter Inhaltsstoffe aus Kosmetika sollte begrenzt werden Empfehlung nicht vorrangig auf dem Risiko der Teratogenität basiert Fokus liegt auf anderen potenziellen gesundheitlichen Auswirkungen, die durch die Exposition (Ausgesetztsein) gegenüber diesen Stoffen auftreten können Die genauen gesundheitlichen Bedenken variieren je nach spezifischem Stoff und dessen Eigenschaften Ziel: die Sicherheit der Verbraucher zu gewährleisten 23 Beispiel Contergan (Thalidomid, (RS)-2-(2,6-Dioxopiperidin-3-yl)isoindol-1,3-dion): 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 DE geboren Im Tierversuch: keine teratogene Wirkung festgestellt (Ratten sprechen nicht auf Contergan an) Bei späteren Versuchen: nur S-Enantiomer teratogen; sedative Wirkung von R- und S-Enantiomer war gleich Verabreichung/Gabe des reinen (R)-Enantiomers/Isomers sinnlos, da innerhalb von 8 Stunden Racemisierung (von R- zu S-Contergan) im Körper Teratogene Wirkung - Durch Bildung reaktiver Radikale als Zwischenprodukte - Bsp. Superoxid-Anion, Hydrogenperoxid, Hydroxyl-Radikale - Die Radikale binden an zelluläre Makromoleküle (Lipide, Proteine, DNA, RNA), wenn sie nicht durch Antioxidantien abgefangen werden Fortpflanzungskreislauf 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 24 Metabolische Aktivierung und Inaktivierung → Detoxifizierung Phase I: Aktivierung/Giftung → Funktionalisierungsreaktion - Umwandlung unpolarer Substanzen durch Einbau polarer funktioneller Gruppen - Durch z.B. Oxidation, Reduktion, Hydrolyse (meist Sauerstoff) werden funktionelle Gruppen in Fremdstoffmolekül eingefügt - Voraussetzung für Phase II (damit man durch Konjugation mit entsprechenden Biomolekülen zur Ausscheidung von den entgiftenden Substanzen sorgen kann) Phase II: Inaktivierung/Entgiftung → Konjugationsreaktion - Konjugation/Kopplung der funktionellen Gruppen der Fremdsubstanzen mit endogenen Substraten/Molekülen des Intermediärstoffwechsels - 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 Benzol = weit verbreiteten industriellen Schadstoffs - LM können durch Umweltverschmutzung oder durch Verpackungsmaterialien kontaminiert sein - Umweltverschmutzung (Autoabgase, Tabakrauch) 25 Benzol wird über verschiedene Wege in toxische Endprodukte wie Hydrochinon, Phenol, Catechol und Benzoquinon umgewandelt Drei Phasen der metabolischen Aktivierung und Inaktivierung sind entscheidend für die Entgiftung von Benzol und den Schutz des Körpers vor den toxischen Effekten - Funktioniert nur im Prinzip (Benzol = cancerogen) - Metaboliten (beim Abbau von Benzol), können toxisch und genotoxisch sein - Entgiftung über Glutathion möglich Phase I („Funktionalisierungsreaktion): → Benzol wird zu Phenol oxidiert - Cytochtom P450-haltige Monooxidasen spielen Schlüsselrolle → Enzyme des Leberstoffwechsels - Benzol wird durch Cytochrom P450-Enzyme oxidiert, was zu reaktiveren und toxischeren Metaboliten wie Benzol-1,2-epoxid, Phenol, Hydrochinon und Kresol führt - Gibt zahlreiche Isoenzyme, daher können sie viele Reaktionen katalysieren - Daher „insgesamt“ eine geringere Substratspezifität - Reaktion verläuft unter Verbrauch von Reduktionsequivalenten (NADPH + H+) Phase II („Konjugationsreaktion“): → Konjugation mit Gluthathion → Ausscheidung - Glucuronide… - Die reaktiven Metaboliten werden durch Konjugation mit Glutathion, Sulfat oder Glukuronsäure neutralisiert →Toxizität wird verringert, sie werden wasserlöslich Phase III („Ausscheidung“) - Die konjugierten Metaboliten werden hauptsächlich über die Nieren mit dem Urin und teilweise über die Galle mit dem Stuhl aus dem Körper ausgeschieden Wichtige Enzyme im Fremdstoffmetabolismus (mehr o. weniger spezifisch) Ausscheidung von Fremdstoffen aus lebenden Organim. zu erleichtern → katalysieren Cytochrom P450 (CYP450) → viele Isoenzyme, versch. Substrate (auch Alkane, Alkene) - Kommen in vielen Organismen vor - Spielen eine zentrale Rolle im Stoffwechsel von Xenobiotika (körperfremden Substanzen) sowie endogenen Verbindungen (körpereigenen Substanzen) - Besonders wichtig für die Phase-I-Biotransformation, bei der sie eine Vielzahl von chem. Reaktionen katalysieren, insbesondere Oxidationen Flavinabhängige Monooxygenase (FMO) → v.a. Amine - Kann viele Heteroatome oxidieren, insbesondere weiche Nukleophile wie Amine, Sulfide und Phosphite - Reaktion erfordert Sauerstoff, ein NADPH-Kofaktor und eine FAD-Prosthetikgruppe Monoaminooxidase (MAO) → primäre Amine - Abbau von Monoaminen katalysiert - Befinden sich in der äußeren Mitochondrienmembran - Wichtige Rolle bei der Metabolisierung von Neurotransmittern wie Serotonin, Noradrenalin, Dopamin - Desaminiert (Entfernung einer Aminogruppe) Amine zu Aldehyden, die weiter zu biologisch inaktiven Formen red. oder ox. werden Wasserstoffabhängige Peroxidase (POD) → Phenole, Amine - Übertragen die Wasserstoffatome der zu katalysierenden Reaktion auf das H₂O₂, wodurch es zu Wasser (H₂O) oxidiert wird - Rred+H2O2→Rox+2H2O Prostaglandin-H-Synthetase (PGHS) → Aromaten, Phenole, Amine (mehr umsetzen) - Katalysiert den ersten entscheidenden Schritt bei der Umwandlung von Arachidonsäure in instabile Prostaglandine (PG) und Thromboxane Alkoholdehydrogenase (ADH) → Alkohole 26 - Aus der Klasse der Oxidoreduktasen - Hauptaufgabe: primäre und sekundäre Alkohole zu den entsprechenden Aldehyden oder Ketonen umzuwandeln und umgekehrt - prim./sek. Alkohol + NAD+ → Aldehyd/Keton + NADH + H+ Aldehyddehydrogenase (ALDH) → Aldehyde - Oxidation von Aldehyden zu Carbonsäuren katalysiert - Wichtige Rolle: im Stoffwechsel von Alkohol und anderen Aldehyden - Aldehyd + NAD+ → Carbonsä ure + NADH + H+ Beispiel: Entgiftung durch Glutathion Glutathion hilft, schädliche Giftstoffe aufzunehmen und aus dem Körper zu transportieren Es bindet sich an Toxine und unterstützt so den Entgiftungsprozess Vorkommen: Leber produziert es, LM (Spargel, Avocados und Walnüsse) 7. Kanzerogene Überblick Definition von Grundbegriffen Detoxifizierung Prozess, bei dem der Körper schädliche Substanzen oder Toxine neutralisiert und ausscheidet → Hauptsächlich in der Leber (s.O. Metabolische Aktivierung und Inaktivierung) Apoptose Schutzmechanismus des Körpers (Entgiftung) Proliferation Vermehrung geschädigter Zellen 27 Definitionen von Grundbegriffen 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 Pro-Kanzerogene Substanzen, die selbst nicht krebserregend sind, aber im Körper durch Stoffwechselprozesse in krebserzeugende Formen umgewandelt werden können Haben oft eine lange Latenzzeit und es kann 20 bis 30 Jahre dauern, bis sich Krebs entwickelt Cancercogenese (Einflüsse die Cancerogenese hervorrufen) Chemische Karzinogenese → chemische Substanzen Physikalische Karzinogenese → Strahlen Biologische Karzinogenese → onkogene Viren 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 Bekannte chemische Cancerogene N-Nitroso-Verbindungen (Nitrosamine) Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK/PAH) 28 - Abhängig von der chem. Struktur - Für kanzerogene Wirkung ist Vorliegen einer Bay- oder Fjord-Region in der Strukturformel nötig - Erhöhen Wahrscheinlichkeit dafür, dass schlechte Produkte entstehen - Grund dafür, dass untersch. polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe untersch. Wirkungen haben Aromatische Amine Alkylierende Substanzen 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! Co-Carcinogene / Co-Karzinogene Stoffe, die ohne das Vorliegen bereits irreversibel veränderter (initiierter) Zellen keine Tumoren erzeugen können ABER sie tragen zur Krebsentstehung bei Erhöhen Wirksamkeit von eigentlichen Karzinogenen auf die DNA begünstigen das Auftreten von Tumoren Phasen der chemischen Kanzerogenes Phasen: Initiation → Promotion → Transformation → klonale Expansion ➔ Mehrschritt-Theorie der Krebsentstehung Bioaktivierung von Kanzerogene: - Prokanzerogen → Kanzerogen - Enzymkatalysiert: P450 Cytochrome Oxygenasen 29 Detoxifizierung von Kanzerogenen (Screen 3 VL 2 anschauen) - Enzymkatalysiert: Gluthathion-S-Transferase - Entgiften von Kanzerogen Krebs (Poly-)genetische Erkrankung → durch eine Vielzahl von Mutationen im Genom ausgelöst → Mehrere Veränderungen im Zusammenspiel verantwortlich Mutagene Substanzen wirken häufig als Kanzerogene Verschiedene Krebsformen + Auslöser - Sonnenstrahlen → Hautkrebs - Ionisierende Strahlen → Leukämien, Schilddrüsenkrebs - Chemotherapeutika → Zweittumoren Hereditäre Krebsformen - Xeroderma pigmentosum → Hautkrebs - Familiäre Adenomatosis coli → Dickdarm-Adenome - HNPCC→ Dickdarmkarzinom - Li-Fraumeni Syndrom → verschiedene Sarkome/Karzinome In DE kommen Brustkrebs und Prostatakrebs am häufigsten vor, danach Lungenkrebs Promotoren / Tumor-Promotoren Substanzen, die den durch Mutagenese initiierten Prozess der Tumorentstehung/Krebs verstärken oder beschleunigen Sind befähigt, die Vermehrung von transformierten Zellen zu beschleunigen Genotoxizität Genotoxisch: Stoff verursacht Schäden an der DNA oder beeinflusst die genetische Integrität - Kann zu Mutationen, Chromosomenbrüchen, anderen genetischen Veränderungen führen - Genotoxische Substanzen können Krebs verursachen und sind oft auch mutagen Zu den genotoxischen Wirkungen von Substanzen gehören auch Veränderungen des genetischen Materials, die an Nachkommen der behandelten Zellen weitergegeben werden ➔ Diese 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, etc…) Genotoxische Wirkungen sind eine Art der Krebsentstehung die ausgelöst werden können Mutagenität (Fähigkeit zur genetischen Schädigung) Mutagen: Substanz, die Mutationen im Erbgut verursacht Mutationen: Veränderungen in der DNA-Sequenz - Nicht alle Mutagene sind genotoxisch, aber viele Mutagene Wirkungen sind demnach eine Untergruppe der genotoxischen Wirkungen Mutagenitätstests: Zielt drauf ab mutagene Substanzen zu erkennen - z.B. Ames-Test bei dem Bakterien auf ihre Fähigkeit zur Reversion von Mutationen getestet werden Mutagenese Physikalische Mutagene oder Chemische Mutagene: Wirkungsweise nicht immer bekannt - Basenanaloga (z.B. 5-Bromuracil, 2-Aminopurin) 30 o Werden anstelle der natürlichen Nucleinsäure-Basen eingebaut und paaren sich oft mit den „falschen Basen“ - Interkalierende Stoffe (z.B. Acridinorange, Homidiumbromid) o Schieben sich zwischen die Nucleotide der DNA - Modifizierende Agenzien o Verändern die Basen der Nucleinsäuren chemisch (z.B. Alkylierung mit Diazomethan) - Spindelaktive Stoffe o 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) → tatsächlichen Prozess der Mutation im Erbgut Es gibt spontane und induzierte Mutagenesen 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 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) 31 Tumore Ist eine abnormale Zellansammlung oder ein Gewebswachstum Können gutartig (nicht krebsartig) oder bösartig (krebsartig) sein beniger (gutartiger) Tumor maligner (bösartiger) Tumor Wachstum langsam (Jahre) schnell (Wochen/Monate) Begrenzung scharf, häufig verkapselt unscharf, meist ohne Kapsel expansiv, verdrängend (anderes invasiv, destruierend (zerstört Ausbreitung Gewebe) umgebendes Gewebe) Konsistenz Homogen inhomogen (Nekrosen, Blutungen) Bezug zu verschieblich, Kompression, haftend, verwachsen, Invasion, Nachbarstrukturen Druckatrophie Destruktion Alter betrifft auch junge Menschen Inzidenz nimmt im Alter zu Symptome Symptomarm symptomreich (aber erst zu spät) Chirurgie, Radio-/Chemotherapie Therapie chirugische Entfernung (schwierig, da im Gewebe ver- wurzelt) Verlauf lang, meist nicht tödlich kurz, oft tödlich Metastasen Selten Häufig Prognose meist Heilung ungewiss (Rezidive, Metastasen) Tumor-Terminologie Rezidiv Erneutes Auftreten eines Tumors nach Therapie (Früh-/Spätrezidiv; Lokalrezidiv/systemisches Wiederauftreten eines Tumors) Residuen In loco (an derselben Stelle) 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 - Prostata-Ca oder auch papillärem Schilddrüsen-Ca 32 Definitionen von Grundbegriffen 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 und Nekrose Medizinische Fachbegriffe unter http://www.gesundheit.de/roche/ Apoptose Nekrose Zellmembran bleibt intakt Aufbrechen der Zellmembran Zellinhalte bleiben von Zellmembran Entleerung des Zellinhaltes in die Peripherie umschlossen Zellfragmente werden phagozytiert (intern Entzündungen entsorgt) schadlose Beseitigung 33 Zellteilung und Tumorinitiation Zwei Möglichkeiten die man beim Kontakt/Veränderung der DNA ins Kalkül ziehen muss Krebs – molekulare Basis 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 o Tumor-Suppressor-Gen o Funktionsausfall = ermöglicht das Wachstum etlicher verbreiteter Krebsarten o Rb-Gen kodiert für das Retinoblastom-Protein o Retinoblastom-Protein = 928 Aminosäure-Reste beim Mensch 34 o Kommt im Kern aller Arten von Säugerzellen vor ((hauptsächlich der E2F-Familie der Transkriptionsfaktoren) o Bindet einige regulatorische Proteine, die für die Transkription von Genen benötigt werden, die für die Zellvermehrung verantwortlich sind und inaktiviert diese - p53 (Phosphoprotein MR53000) o Kommt im Zellkern vor o Phosphoprotein, das an die DNA (Desoxyribonucleinsäuren) bindet o Spielt eine wichtige Rolle bei der Reaktion der Zelle auf Schädigung der Erbsubstanz (Aktivator für die Cyclin-abhängige Kinase 5 (Cdk5)) o 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 (World Health Organization) Aufgabe - Ist die internationale Koordinierung und Durchführung der Forschung über die Ursachen von Krebs beim Menschen - Eigene Forschung über die Ursachen von menschlichen Krebserkrankungen - Forschung über die Mechanismen der Krebsentstehung und die Entwicklung - 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 Beispiel: neuere IARC-Bewertungen Allgemeine Bewertung: Styrol ist wahrscheinlich krebserzeugend für den Menschen (Gruppe 2A) Diazinon → Klasse 2A 8. Bewertung und Einordnung VO (EG) Nr. 1272/2008 des EU-Parlaments - CLP-Verordnung CPL: Classification, Labelling and Packaging Verordnung behandelt die Einstufung, Kennzeichnung und Verpackung von Stoffen und Gemischen und ist Teil des Global Harmonisierten Systems zur Einstufung und Kennzeichnung von Chemikalien (GHS) - Harmonisiert die Anforderungen für Einstufung und Kennzeichnung von Chemikalien in den Mitgliedstaaten und trägt zur nachhaltigen Entwicklung bei 35 Kategorie 1A: Stoffe, die bekanntermaßen beim Menschen karzinogen sind; die Einstufung erfolgt überwiegend aufgrund von Nachweisen beim Menschen Kategorie 1B: Stoffe, die wahrscheinlich beim Menschen karzinogen sind; die Einstufung erfolgt überwiegend aufgrund von Nachweisen bei Tieren Kategorie 2: Verdacht auf karzinogene Wirkung beim Menschen - Stoffe die als krebserzeugend für den Menschen angesehen werden sollten - Die Einstufung in Kategorie 2 erfolgt aufgrund von Nachweisen aus Studien an Mensch und/oder Tier(Langzeit-Tierversuche), die jedoch nicht hinreichend genug für eine Einstufung des Stoffes in Kategorie 1A oder 1B sind Kategorie 3: Stoffe die wegen möglicher krebserzeugender Wirkung beim Menschen Anlass zur Besorgnis geben → für die Beurteilung fehlen hinreichende Informationen - Tierversuche keine ausreichende Ergebnisse → reichen nicht für Kategorie 2 KMR-Stoffe = krebserzeugende, keimzellmutagene und reproduktionstoxische Stoffe Einstufung nach CLP-Verordnung bzw. GHS-Verordnung z.B. Benzol European code aganist cancer – Auszüge 12 Wege um das Krebsrisiko zu minimieren 1/2) Nicht Rauchen (auch Passivrauchen), keine Art von Tabak konsumieren 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 MOE (Margin of Exposure) – Abstandsfaktor – Instrument zur Risikobewertung (MOE), auch als Abstandsfaktor bezeichnet, ist ein Konzept zur Abschätzung möglicher Sicherheitsbedenken im Zusammenhang mit genotoxischen und kanzerogenen Substanzen in LM und FM 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 o Dosis die eine neg. Wirkung hat sollte viel höher sein als Expositionsniveau (Umfang bei dem einen Person mit Stoff in Kontakt kommt) der Bevölkerung 1. Hintergrund: o Der MOE-Ansatz wird verwendet, um das Risiko für die Bevölkerung zu bewerten → Prioritätensetzung o Er berücksichtigt die Dosis, bei der eine messbare negative Wirkung erstmals auftritt, im Verhältnis zur Exposition gegenüber einer Substanz 2. Berechnung des MOE: → keine gesundheitsbasierten Grenzwerte o Der MOE wird berechnet, indem man die Dosis, die im Tierversuch Tumore verursacht, mit der geschätzten menschlichen Exposition vergleicht 36 o Je weiter das Expositionsniveau von einen kritischen Wert entfernt ist desto günstiger kann man es beurteilen o Ein höherer MOE bedeutet eine größere Sicherheit o Ein MOE von 10.000 (BMDL10) oder höher wird als wenig bedenklich für die öffentliche Gesundheit angesehen→ niedrigere Priorität für Forschung und Risikomanagement 3. Anwendung: o Die EFSA (Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit) verwendet den MOE-Ansatz für genotoxische und kanzerogene Stoffe mit unsicherem Schwellenwert → Aufgrund der Schwellenwertproblematik o Vorkommen durch Umweltverschmutzungen oder Herstellungsverfahren o Der Ansatz dient der Priorisierung von Maßnahmen im Risikomanagement 4. Nicht für alle Substanzen geeignet: o Bewertung der Sicherheit von absichtlich der Lebensmittelkette zugeführten, regulierten Substanzen o Regulierte Substanzen wie Zusatzstoffen oder Kontaktmaterialien 5. Expositionsniveau und Prioritätensetzung: o Je geringer die erwartete Exposition ist, desto größer wird der MOE eingeschätzt o Als Ausgangspunkt für die Berechnung dienen Werte wie T25 (Tumorauslösung bei 25% der Tiere im Tierversuch) oder der BMDL10 (Benchmarkdosis, die bei 10% der Tiere Tumore verursacht) Testsysteme für Cancerogene und Mutagene Tiere Ames-Test (mikrobiologischer Test): - Mutagenität einer bestimmten Substanz zu überprüfen → Vortest vor Tierversuchen 1. Bakterien verwendet, die eine bestimmte AS nicht synthetisieren können - Bakterielles Testsystem, das eine besondere Mutante von Salmonella (meist S. thyphimurium) hat → braucht Histidin zum Wachstum 2. Bakterien werden auf Nährboden ausgestrichen, der die betreffende Aminosäure (z. B. Histidin) nicht enthält → histidin-freies Agarmedium - AS ist für das Wachstum und Überleben der Bakterien notwendig → können sie sich auf diesem Nährboden nicht vermehren 3. Bakterien werden mit der zu testenden Substanz/Testextrakt (dem potenziellen Mutagen) konfrontiert → enthält die Salmonella-Mutante - Und ggf. ein System, das den Stoffwechsel nachstellt (z.B. Leberextrakt der Ratte, Enzymsystem), damit man nicht nur Extrakt selbst sondern auch mögliche Stoffwechselprodukte miterfasst → Testextrakt + Stoffwechselsystem werden zusammen gegeben 4. Anschließend inkubiert → für 30 bis 60 min bei 37 °C - Wenn keine Kolonien wachsen: Substanz nicht mutagen - Wenn etwas wächst: Substanz/Stoffwechselprodukt ist mutagen - Dann hat sich die Erbinformation verändert, Salmonella ist mutiert/revertiert - Bakterien haben die Fähigkeit zur Synthese der Aminosäure zurückgewonnen = Rückmutation o. Reversion 37 Unterschiedliche Testdauer möglich - Kurzzeit-Mutagenitätstests (Ames-Test an Bakterien) - Mittelfristige Tests in vivo (Erzeugung von Präneoplasien) - Lebenszeit-Kanzerogenitätstests in vivo (an Mäusen, Ratten) Aktivierung von Chemikalien Viele Chemikalien sind erst nach metabolischer Aktivierung mutagen Müssen vor Einsatz in DNA/bakteriellen Testsystem umgesetzt werden - S-9- Mix: Leberhomogenat (Ratte) mit vorher aktiviertem Monooxigenase-System (PCB, Barbiturat) - Feeder Cells: aktive Leberzellen, vorher bestrahlt - Passage durch Säugetierorganismus und 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 → hohes Maß an Wirklichkeitsnähe und Sensitivität von Stoffen I.) In vitro (im Reagenzglas) Bakterien - Genmutationstests (AMES) - DNA-Reparaturtests Säugerzellen 38 - 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 erfasst o z.B. HPRT-Test an Zellinien des chinesischen Hamsters → Chromosomenbild: Bruch, Translokation, Ringchromosom - Zelltransformationstests: Induktion von morphologischen Veränderungen oder verändertem Wachstumsverhalten in best. Säugerzellen durch cancerogene Chemikalien II.) In vivo (am lebenden Objekt) → zur Einstufung zwingend erforderlich Kriterien zur Mutagenitäts-/Cancerogenitätseinstufung von Chemikalien verlangen Daten aus in vivo Untersuchungen Es sind auch transgene Versuchstiere (Tiere denen gezielt fremde Gene eingefügt wurden) verfügbar → ermöglichen ein besseres Verständnis von Krankheiten Somatische Zellen - = Zellen, die den Körper eines Organismus bilden, aber ihre genetische Information wird nicht an die folgende Generation weitergegeben - Chromosomenmutationen (z.B. an Amerikanische Hundsfisch mit SCE-Test) - Genmutationen (Fellfleckentest) Keimzellen - = Haploide Zellen, die in den Geschlechtsorganen erzeugt werden und der Fortpflanzung dienen - Chromosomenmutationen 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 Zur Krebsbekämpfung, insbesondere zur Verbesserung der Datengrundlage für die Krisenepidemiologie Erfassung von Krebsfällen und daraus resultierenden Todesfällen → Zuordnung zu best. (ggf. auch lokalen) Einflüssen Aufgabe der Länder Inzwischen international vernetzt (die Daten der IARC stammen aus den Krebsregistern) 39 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 4. Prinzipien von epidemiologischen Erhebungen 9. 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 Definitionen von Grundbegriffen - Begriffe: Epidemiologie Inzidenz Erkrankungshäufigkeit: Anzahl der Personen, die im Verlauf eines bestimmten Zeitraumes (meist 1 Jahr) an einer bestimmten Krankheit erstmals erkranken (z.B. in Bundesländern) 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: 40 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 10. Studien Studien – Grundtypen Deskriptive Epidemiologie: Teilgebiet der Epidemiologie Deskriptiv: Beschreibt Zustand, stellt Hypothesen auf was Ursache sein kann Beschäftigt sich mit Beschreibung der Verteilung und Häufigkeit von Erkrankungen und möglichen Expositionen innerhalb einer Population Es liegt meist keine zuvor aufgestellte Hypothese zugrunde Typische Studien: z.B. Ökologische Studien und Querschnittstudien Analytische Epidemiologie (ätiologische): 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 und durch gute - Fallserien Dokumentation + Weitergabe an koordinierende Stellen aufgefallen → nachhaken - Querschnittstudien Fallstudien/Fallserien Sind keine systematischen oder repräsentativen Studien/Untersuchungen, sondern Beobachtungen und Mitteilungen aus der Praxis z.B von Fachärzten 41 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: Seltene Lungenentzündung bei 5 Männern → Entdeckung von AIDS 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 Ablauf: Fragestellung definieren, Wahl der Population, Wahl der Untersuchungsmethode, Methode & Größe der Stichprobe, evtl. Pilotstudie, Durchführung, Auswertung 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! 42 Hypothesen testen Beobachtungsstudien - Keine Einflussnahme, nur beobachtend - Fall-Kontroll-Studien (retrospektiv) und Kohortenstudien (prospektive) experimentelle Studien - Einflussnahme möglich - Randomisierte klinische Studie oder cross-over-Studien o Placebo + Medikamenten-Gruppe im Vgl. o Einfluss durch Psyche des Menschen beachten! Fall-Kontroll-Studie („case-control-studies) Retrospektiv = Rückblickend Auswertung mit Vierfeldertafel s.U Mindestens zwei Gruppen: - mit Krankheit (Fälle)

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