Arbeitsmedizin

Analytische Methoden des Biomonitorings

Methoden des arbeitsmedizinischen Biomonitorings zur Feststellung einer Metallbelastung sind Atomabsorptions- und induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie (AAS und ICP-MS). Damit lassen sich beispielweise Blei im Blut oder Nickel im Urin bestimmen.

Diese modernen Bestimmungsmethoden für Metalle werden noch ergänzt durch Kopplungsmethoden mit der Flüssigkeitschromatographie (HPLC) oder durch Massenspektrometer mit besonders hochwertiger Ausstattung (z.B. ICP-MS/MS). Im ersten Fall können so z.B. die Arsen-Verbindungen im Urin mit HPLC-ICP-MS noch differenziert werden und zwischen eindeutig kanzerogenem anorganischen Arsen oder weniger toxischen organischen Arsen-Verbindungen unterschieden werden [1]. Im zweiten Fall kann erst durch den Einsatz der MS/MS-Technologie z.B. Chrom im Blut oder Urin hochselektiv bestimmt werden.

[1] P. Heitland and H.D. Köster, Zbl Arbeitsmed 64, 386 (2014)

Auswahl des geeigneten Untersuchungsmaterials

Die Auswahl des richtigen Untersuchungsmaterials muss für jedes Element und jede arbeitsmedizinische oder toxikologische Fragestellung separat bewertet werden. Für Metalle, die hauptsächlich intrazellulär gebunden werden (z.B. Pb, Cd, Hg, Mn), eignet sich häufig das Vollblut als Untersuchungsmaterial. Bei anderen Metallen (z.B. Se, Al oder Zn) ist auch Plasma oder Serum sinnvoll. Für die meisten Metalle (z.B. As, Co, Cr, Ni, Pt, Tl, U, V, W) ist in der Arbeitsmedizin der Urin das geeignete Material. Häufig ist der geeignete Zeitpunkt der Probenahme nach der Schicht oder nach mehreren aufeinanderfolgenden Schichten. 

[1] DFG, MAK- und BAT-Werte Liste 2015

Die Arbeitsstoffe aus der Gruppe der organischen Lösungsmittel spielen in vielen Industriezweigen eine wichtige Rolle. Die Anwendungen umfassen u. a. Bereiche der Pharmaindustrie, der Farbstoff-, Lack- und Klebstoffindustrie, sowie der Teilereinigung in der Metall –, Optik- und Automobilindustrie (z. B. Entfettung / Reinigung von Werkstücken in der Galvanik), um nur einige zu nennen.

Ein prominentes Beispiel für den Fortschritt des Biomonitorings in der Arbeitsmedizin ist Benzol, das lange Zeit industriell als Lösungsmittel genutzt wurde, weiterhin der Herstellung von Industriechemikalien (z. B. Ethylbenzol, Cyclohexan, Nitrobenzol) dient und auch bei der Erdölgewinnung und Raffination anfällt. Während die Routineanalytik früher neben Benzol im Blut auf unspezifische Metabolite wie z. B. Phenol im Urin beschränkt war, ist heutzutage die Messung spezifischer Metabolite mit unterschiedlichen Informationen Stand der Technik: Die tt-Muconsäure gilt als Marker für die genotoxische Wirkung des Benzols, während die spezifische S-Phenylmerkaptursäure den Entgiftungsweg wiederspiegelt. 

Die modernen Headspace-GCMS Verfahren sind empfindlich genug, um den geringen, nicht metabolisierten Anteil von Benzol, Toluol, Xylol, Ethylbenzol und Styrol direkt im Urin zu messen. Vorteile dieser Methodik gegenüber der konventionellen Messung der Metabolite  sind die höhere Spezifität im Biomonitoring und die hohe Effizienz, da Extraktions- und Derivatisierungsschritte entfallen. Erste gesundheitsbezogene Beurteilungswerte für unveränderte Lösungsmittel  im Urin liegen vor, weitere werden sicherlich folgen.

Die Reduzierung neuro- und hepatotoxischer Lösungsmittel wie Hexan und halogenierte Kohlenwasserstoffe (CKW) in Bereichen der Industrie ist ein wichtiger Schritt in Richtung gesundheitlicher Prävention. Für die Ersatzstoffe wie Cyclohexan, Heptan, Alkohole, Ketone, Glykole, Glykolether, Trimethylbenzol, Cumol und N-Methyl-2-pyrrolidon die bei hoher Exposition gleichwohl Risiken bergen, bieten wir die relevanten Untersuchungsparameter im Urin an. 

Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) sind natürlicher Bestandteil von Kohle und Erdöl und werden hauptsächlich bei der unvollständigen Verbrennung oder Schwelungsprozessen freigesetzt. Exponiert sind besonders Beschäftigte in der Erdölverarbeitung, Kokerei- und Hüttenindustrie, sowie bei der Aluminiumgewinnung durch Schmelzflußelektrolyse (Abbrand der Graphitanode). In der Bauwirtschaft sind Dämpfe aus erhitztem Bitumen eine bedeutende Expositionsquelle für PAK insbesondere für Beschäftigte im Straßenbau, Schornsteinfeger und Dachdecker. PAK-haltige Öle finden zudem Anwendung im Korrosionsschutz von Stahlkonstruktionen und im Holzschutz. Einzelne Vertreter der PAK werden als mögliches Humankarzinogen (Lungen- und Kehlkopfkrebs) eingestuft.

Etablierte Biomarker sind die Leitmetaboliten 1-Hydroxypyren und Naphthol, die wir im Urin mittels GC-MS messen. Die Bestimmung unveränderter PAK im Blut ist nicht sinnvoll infolge der raschen Metabolisierung.

In Deutschland wird über die Hälfte der Fläche landwirtschaftlich intensiv genutzt. Beschäftigte in Acker-, Garten-, Obst- und Weinbau haben Umgang mit einer Vielzahl von potentiell gesundheitsgefährdenden Pflanzenschutzmitteln und  Bioziden. Häufig eingesetzte Wirkstoffe sind das Herbizid Glyphosat (RoundUp), die Insektizide aus der Gruppe der Neonicotinoide (z.B. Imidacloprid), Organophosphate, Pyrethroide und Phenoxycarbonsäuren. Belastungen von beruflich - und außerberuflich – exponierten Personen durch diese Substanzen können wir im  Biomonitoring nachweisen. Die Nachweisstärke und Ergebnissicherheit, um die Marker im Urin messen zu können, liefern uns GC-MSMS und LC-MSMS Methoden.

Häufige Arbeitsstoffe in der Kunststoffindustrie sind Bisphenol-A (BPA), Phthalate, Organozinn-Verbindungen und Diisocyanate. BPA ist Ausgangsstoff für Polycarbonat- und Epoxidharz-Kuntsstoffe. Aus Diisocyanaten werden Polyurethane (PU) produziert, die zu PU-Schäumen verarbeitet oder in Lacken und Beschichtungen verwendet werden (z. B. Automobilindustrie). Phthalate werden als Weichmacher und Organozinnverbindungen (z. B. DBT) als Wärme - und Lichtschutzstabilisator bei der Produktion von Polyvinylchlorid (PVC) verarbeitet. Mögliche Belastungen der Beschäftigten durch diese Stoffe in der Produktion und Anwendung werden mit GC-MS und LC-MSMS Methoden in Urin und Blut überprüft.

PFTs werden großindustriell durch  elektrochemische Fluorierung (ECF) oder Fluortelomerisierung hergestellt. Anwendungen sind in der Textilindustrie zur Herstellung atmungsaktiver Jacken auf Basis von Fluorpolymeren (z.B. Teflonfolie), in der Papierindutrie für schmutz-, fett- und wasserabweisenden Papiere und  als Bestandteil von Feuerlöschmitten. Arbeitsstoffe sind u.a. Perfluorhexansäure (PFHexA), HFPO-DA und anderen Ersatzstoffen  für die stark reglementierte, persistente  Perfluoroctansäure (PFOA). Belastungen von Beschäftigten in der Herstellung und Verarbeitung  durch diese Stoffe können im Plasma mittels LC-MSMS gemessen werden.

Alte Bekannte aus der Umweltmedizin wie Hexachlorbenzol (HCB), Hexachlorcyclohexan (HCH), Polychlorierte Biphenyle (PCB), PFTs und PAKs stehen wieder im Focus bei der arbeitsmedizinischen Überwachung der Beschäftigten in der Entsorgung von Altlasten. Hier sind u. a. Deponiematerialien, Transformatorenölen, Teeröl-behandelte Eisenbahnschwellen, Dachbedeckungen und Parkettböden zu nennen. Wir bieten die relevanten Untersuchungsparameter in EDTA-Blut und Urin an.