Schadstoffe in der Umwelt - Was kann Biomonitoring leisten?

Des öfteren berichten Medien über Schadstoffe in unserer Nahrung, in der Luft, im Wasser und in unserem Umfeld. Pestizide in Obst und Gemüse, Weichmacher in Kosmetika und im Spielzeug, Schwermetalle im Trinkwasser sowie PAK und Lösemittel im Fußbodenkleber - die Liste ist lang.

Solche Berichte lösen bei vielen Menschen Nachdenklichkeit aus: Wie ernst ist diese Meldung zu nehmen? Was bedeutet das für mich? Bin ich oder meine Familie gefährdet? Die Zeitschrift ELTERN vom Januar 2009 hat sich kürzlich kritisch mit den alarmierenden Meldungen eines verbraucherorientierten Verlages auseinandergesetzt.     

Was ist Biomonitoring - wie kann es zu einer seriösen Risikoeinschätzung beitragen ?

Fachleute betonen, dass nicht der Schadstoff "an sich", sondern erst die vom Körper aufgenommene Menge zu einer gesundheitlichen Beeinträchtigung beitragen kann.

Genau darum geht es bei Biomonitoring.

Beim "klassischen" Biomonitoring (auch Belastungsmonitoring genannt) wird das Vorhandensein von Fremdstoffen im Blut, Serum, Urin, in den Zähnen, der Ausatmungsluft und manchmal auch in anderen biologischen Materialien untersucht.

Daneben gibt es das biologische Effektmonitoring. Hierbei werden nicht die Stoffe selbst, sondern deren Wirkungen auf biologische Prozesse und Strukturen (Enzyme, Membranen, Zellteilung, Eiweißsynthese usw.) untersucht.

Ergänzend zu den Biomonitoring-Methoden kann ein Ambientmonitoring durchgeführt werden, bei dem Schadstoffe in der Umwelt beobachtet und Messungen von Luft, Boden, Wasser, Bedarfsgegenständen usw. durchgeführt werden.

Der vorliegende Artikel bezieht sich hauptsächlich auf das Belastungsmonitoring.

Biomonitoring-Untersuchungen von Umweltverbänden

In den letzten Jahren haben Naturschutzverbände mehrfach Ergebnisse ihrer Biomonitoring-Untersuchungen der Öffentlichkeit vorgestellt.

Der World Wildlife Fund (WWF) untersuchte im Juni 2004 das Blut von 11 EU-Ministern, die an der 4. Ministerkonferenz Umwelt und Gesundheit in Budapest teilnahmen. Das Blut wurde dann auf langlebige und bioakkumulierende Stoffe, teilweise mit endokriner Wirkung analysiert. Dazu gehören beispielsweise bromierte Flammschutzmittel, Phthalate, polychlorierte Biphenyle und einige Organo-Chlor-Verbindungen. Zur gleichen Zeit startete der WWF ein Projekt zum Familienmonitoring an 7 Familien aus England, Schottland und Wales. Hier wurde das Blut von insgesamt 33 Teilnehmern aus drei Generationen (Großeltern, Eltern, Kinder)  auf 104 Chemikalien getestet. Das Ergebnis: im Blut aller drei untersuchten Generationen fanden sich - unabhängig vom Wohnort - Spuren der meisten untersuchten Verbindungen. Das Spektrum der Verbindungen hing auch von der Generation ab. Flammschutzmittel wurden häufiger im Blut von Kindern als bei ihren Eltern und Großeltern gefunden (WWF 2003, 2004).

Am 8. September 2005 stellten WWF und Greenpeace in einer Pressemitteilung ihre Untersuchungen zum Vorkommen von 8 Chemikaliengruppen im  mütterlichen Blut und im Nabelschnurblut vor (WWF und Greenpeace 2005). Einen Monat später, am 6. Oktober 2005, veröffentlichte der WWF in Brüssel die Ergebnisse seiner "Generation X" - Studie zum Vorkommen von Stoffen in Familien aus 12 europäischen Ländern.

In den genannten WWF-Studien wird im wesentlichen über die Anwesenheit bzw. Abwesenheit der untersuchten Stoffe im Blut berichtet. Für eine umweltmedizinisch-wissenschaftliche Bewertung, ob es sich hier um Spuren oder um gesundheitlich möglicherweise bedeutsame Mengen gehandelt hat, reichen die mitgeteilten Daten nicht aus.

Der Bund für Umwelt- und Naturschutz Deutschland (BUND) präsentierte im Juni 2005 die Ergebnisse seiner Literaturstudie "Über 300 Schadstoffe in der Muttermilch - Zeit für eine neue Chemikalienpolitik". Sie fasst aktuelle Daten zur Muttermilchbelastung mit polychlorierten Biphenylen (PCB), DDT, Lindan, aber auch mit Flammschutzmitteln, Duftstoffen und Weichmachern zusammen und bewertet sie. Wichtigstes Ergebnis der Recherche: Die Belastung der Muttermilch mit PCB, DDT und Dioxinen ist rückläufig, es werden jedoch auch neue Stoffgruppen wie Weichmacher, Flammschutzmittel und Duftstoffe nachgewiesen (Cameron und Smolka, 2005).

Beide Verbände verweisen auf die EU-Verordnung über die Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung von Chemikalien (REACH).

Erkenntnisse aus dem Biomonitoring

Haben diese Biomonitoring-Untersuchungen und -Studien neue Erkenntnisse gebracht? Wie sind diese zu werten und welche Konsequenzen ergeben sich daraus?

Grundsätzlich sind Biomonitoring-Untersuchungen nicht neu. In der Arbeitsmedizin dient das Biomonitoring seit langem zur wirksamen Überwachung der Beschäftigten und zur Entwicklung von Vorsorgestrategien (DGAUM, 2004). Auch in der Umweltmedizin hat sich das Biomonitoring längst etabliert (Angerer und Mitarbeiter, 2004).

Das Umweltbundesamt führt seit mehr als zwanzig Jahren Untersuchungen zur Hintergrundbelastung der in Deutschland lebenden Bevölkerung mit Fremdstoffen durch. Hierfür werden Personen ausgewählt, die beruflich keinen speziellen Fremdstoffbelastungen ausgesetzt sind. Das Biomonitoring bietet die Möglichkeit, die von einer Person tatsächlich aufgenommene Fremdstoffdosis zu messen. In Verbindung mit (toxikologisch abgeleiteten) Beurteilungswerten kann das damit verbundene Gesundheitsrisiko bewertet werden.

Das Robert-Koch-Institut koordiniert im Auftrag des Umweltbundesamtes einen Kinderumwelt-Survey, dessen Ergebnisse inzwischen vorliegen.

In den USA wurde im Jahr 2000 mit einer  breit angelegten nationalen Kinderstudie ("National Children’s Study") begonnen.  Die Leitung dieser Studie haben angesehene, fachlich kompetente Institutionen (US Environmental Protection Agency EPA, National Institutes of Health NIH, Centers for Disease Control and Prevention CDC) inne. Im Dezember 2006 wurde beim Helmholtz-Zentrum (früher: GSF, einer in Neuherberg angesiedelten Großforschungseinrichtung) eine Informationsstelle "Humanbiomonitoring" eingerichtet.

Durchführung eines Biomonitorings

An eine Biomonitoring-Untersuchung werden hohe methodische Anforderungen gestellt, um zu aussagekräftigen Ergebnissen zu kommen. Beim erwähnten Umweltsurvey des Umweltbundesamtes werden die Teilnehmer nach dem Zufallsprinzip (in Bezug auf Alter, Wohnort, Gemeindegröße usw.) ausgewählt, um ein repräsentatives Bild zu erhalten. Ähnliches gilt für den Kinderumweltsurvey des RKI. Die Untersuchung freiwilliger Teilnehmer würde das Bild verzerren.

Die Belastung mit Fremdstoffen wird in der Regel im Blut oder im Urin bestimmt, da dieses Probenmaterial leicht zugänglich ist, die analytischen Verfahren standardisiert sind und in der Regel auch geeignete Referenzwerte vorliegen. Einige (meist fettlösliche) Fremdstoffe können auch in der Muttermilch bestimmt werden. Dagegen sind Haar- oder Speichelproben für die meisten umweltmedizinischen Fragestellungen ungeeignet, Haaranalysen werden eher für forensische Zwecke eingesetzt.

Neben der Auswahl des biologischen Materials und des Zeitpunkts der Probennahme achtet man darauf, dass zur Analyse anerkannte und geprüfte Verfahren eingesetzt werden.
Diese Anforderungen gelten gleichermaßen für individuelle Untersuchungen und für das Biomonitoring von Gruppen.

Bewertung der Biomonitoringergebnisse

Die Bewertung der erhaltenen Analyseergebnisse kann grundsätzlich anhand von
a.) Referenzwerten für die Hintergrundbelastung der Allgemeinbevölkerung und
b.) (toxikologisch abgeleiteten) Beurteilungswerten ("Human Biomonitoring-Werte des Umweltbundesamtes") erfolgen.

Beide unterscheiden sich ganz erheblich in der Art, wie sie festgelegt werden und damit in ihrer Aussagekraft.

a.) Referenzwerte

Referenzwerte geben die obere Grenze der Belastung einer repräsentativ ausgewählten Bevölkerungsgruppe mit einem bestimmten Schadstoff an. Referenzwerte sind nicht toxikologisch abgeleitet. Wenn der individuelle Analysewert den Referenzwert überschreitet, ist das also nicht gleichbedeutend mit einer erhöhten gesundheitlichen Gefährdung. Allerdings kann eine erhöhte individuelle Belastung mit dem gegebenen Schadstoff vorliegen - der Befund sollte Anlass für eine Ursachenforschung sein.

b.) Human Biomonitoring-Werte (HBM-Werte)

Diese Werte werden von der Kommission "Human Biomonitoring" des Umweltbundesamtes erarbeitet. Sie sind toxikologisch begründet. Der sogen. HBM-I-Wert entspricht derjenigen Konzentration eines Fremdstoffs, bei deren Unterschreitung eine gesundheitliche Beeinträchtigung nach aktuellem Wissensstand nicht zu erwarten ist. Der HBM-II-Wert entspricht derjenigen Konzentration eines Fremdstoffs, bei deren Überschreitung eine gesundheitliche Beeinträchtigung möglich ist.

HBM-Werte sagen also etwas über die "toxikologische Wirkschwelle" eines Stoffes aus.

Aktuell (April 2011):

Eine von der Kinderumwelt erarbeitete wissenschaftliche Animation (eLearningmodul) illustriert auf anschauliche Weise die Möglichkeiten und Grenzen des HBM.

Kommentar zu den BUND- und WWF-Studien

An dieser Stelle wird deutlich, dass die im Politischen Vorwort der BUND-Literaturstudie gemachte Aussage "Über 300 Schadstoffe in der Muttermilch. Auch ohne gesundheitliche Risikobewertung ist diese Zahl Besorgnis erregend." in dieser Vereinfachung nicht haltbar ist. Zum Einen fehlt der Bezug zur Wirkschwelle dieser Stoffe, zum Anderen spiegelt die hohe Zahl der gefundenen Stoffe vorrangig die im letzten Jahrzehnt wesentlich verbesserten Möglichkeiten der chemischen Analytik wider.

Gleiches gilt für die WWF-Studien: Die bloße Anwesenheit einer Vielzahl von Stoffen sagt nichts über ihre gesundheitliche Bedeutung aus, sondern ist ein Indiz für ihr verbreitetes Vorkommen in der Umwelt. Nach Meinung britischer Toxikologen seien die gefunden Mengen "extrem niedrig und weit unter den Schwellenwerten für eine schädliche Wirkung" gewesen (EurActiv.com, 2004). Anzumerken ist ferner, daß es sich um Ergebnisse einer einmaligen Messung handelt, die weder Rückschlüsse auf zeitliche Trends noch auf Schadstoffquellen zulassen.

Fremdstoffe in der Muttermilch

Richtig ist, dass sich das Spektrum der in der Muttermilch und in anderen biologischen Proben gefundenen Schadstoffe/Fremdstoffe innerhalb der vergangenen 10 bis 20 Jahre deutlich geändert hat (Vieth, 2002, Vieth und Przyrembel, 2003). Als Folge regulatorischer Maßnahmen sind die mittleren Gehalte an Hexachlorbenzol, Gesamt-DDT, Lindan, polychlorierten Biphenylen und Dioxinen kontinuierlich und deutlich zurückgegangen.
Kann nun "Entwarnung" gegeben werden ? Die von der Weltgesundheitsorganisation genannten Werte für die tolerierbare tägliche Aufnahme werden bei voll gestillten Säuglingen  bei einigen chlororganischen Verbindungen weiterhin deutlich überschritten (das gilt für Dioxine, Hexachlorbenzol und Gesamt-PCB), bei anderen Stoffen beträchtlich unterschritten (DDT, Lindan).

Dazu muss angemerkt werden, dass die Werte für die tolerierbare tägliche Aufnahme auf eine lebenslange Aufnahme hin berechnet wurden, die Stillzeit jedoch nur etwa den hundertsten Teil der Lebenszeit ausmacht.

Während der Trend bei chlororganischen Verbindungen in der Muttermilch grundsätzlich erfreulich ist, muss das Auftauchen neuer Substanzklassen in der Muttermilch nachdenklich stimmen. Es geht hier um synthetische Duftstoffe, Weichmacher und Flammschutzmittel (Dürkop und Mitarbeiter, 2005).

Die beim Bundesinstitut für Risikobewertung angesiedelte Nationale Stillkommission hat alle verfügbaren Daten zur Fremdstoffbelastung der Muttermilch gesichtet. Sie hat im März 2004 noch einmal die Gültigkeit ihrer Stillempfehlung betont und dazu erklärt: "Muttermilch ist die beste Nahrung für nahezu alle Säuglinge. Ausschließliches Stillen in den ersten 6 Monaten ist für die Mehrzahl der Säuglinge die ausreichende Ernährung." Sie tritt damit wiederkehrenden, gelegentlich auch von Umweltmedizinern gemachten Äußerungen entgegen, dass eine generelle Stillempfehlung über 6 Monate nicht ausgesprochen werden könne (ZDF-Umweltmagazin vom 19.06.2005).

Zukünftige Chemikalienpolitik der Europäischen Union

Fremdstoffe in der Muttermilch und in Nahrungsmitteln sind grundsätzlich unerwünscht. Daher fordern Experten-Kommissionen wie beispielsweise die Weltgesundheitsorganisation, die Deutsche Forschungsgemeinschaft und die Nationale Stillkommission, aus Vorsorgegründen den Eintrag von fettlöslichen, schwer abbaubaren Stoffen in die Umwelt und damit in die Nahrungsmittelkette zu minimieren.

Das inzwischen in Kraft getretene EU-Chemikalien-Gesetz REACH (Registrierung, Evaluation und Autorisation von Chemikalien) soll hierzu beitragen.  Es sieht vor, dass alte und neue Stoffe bei einer zentralen Behörde registriert werden müssen, wenn sie in einer Menge von mehr als 1 Tonne pro Jahr in der EU hergestellt oder eingeführt werden. Abhängig von den hergestellten oder importierten Mengen soll eine Evaluation (toxikologische Bewertung) der Daten durch die Industrie (unter Aufsicht nationaler Behörden) erfolgen. Durch ein Autorisierungs- (Zulassungs-) verfahren soll zukünftig verhindert werden, dass krebserregende, erbgutverändernde oder fortpflanzungsschädigende Stoffe wie auch langlebige bioakkumulierende Substanzen in die Umwelt eingetragen werden. Hier wird dann eine ausdrückliche Zulassung der Behörden für den jeweiligen Verwendungszweck erforderlich sein und es wird ein technisches oder organisatorisches Risikomanagement nachgewiesen werden müssen.

REACH soll den toxikologischen Informationsstand über die eingesetzten Stoffe und den Zugang zu diesen Informationen verbessern. Ob REACH die an dieses Regelwerk gesetzten Erwartungen erfüllen wird, wird von der Umsetzung abhängen. Fachleute kritisieren die mit Toxizitätsprüfungen verbundenen hohen Kosten, die hohe Zahl weiterhin notwendiger Tierversuche und das Fehlen qualifizierter personeller Ressourcen für die Datenauswertung und -bewertung (Dekant, 2005).

Die Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin, das Umweltbundesamt und das Bundesinstitut für Risikobewertung haben daher ein Konzept von Verwendungs- und Expositionskategorien vorgeschlagen (Standpunkt der deutschen Bewertungsbehörden, 2004). Hierbei sollen typische Situationen für die vielfach denkbaren Verwendungsarten von Chemikalien und Expositionsszenarien festgelegt werden, ohne dadurch die angestrebte Transparenz und das Schutzniveau zu verringern.Dieser Ansatz der deutschen Bewertungsbehörden dürfte die Umsetzung der REACH-Verordnung und damit den Verbraucherschutz sicherlich verbessern und beschleunigen.