Einleitung
Organische Lösungsmittel sind flüchtig und im Allgemeinen in Körperfett löslich (lipophil), obwohl einige von ihnen, z. B. Methanol und Aceton, auch wasserlöslich (hydrophil) sind. Sie wurden nicht nur in der Industrie, sondern auch in Konsumgütern wie Farben, Tinten, Verdünnern, Entfettern, Trockenreinigungsmitteln, Fleckenentfernern, Abwehrmitteln und so weiter in großem Umfang eingesetzt. Obwohl es möglich ist, ein biologisches Monitoring anzuwenden, um gesundheitliche Auswirkungen zu erkennen, z. B. Auswirkungen auf die Leber und die Niere, zum Zwecke der Gesundheitsüberwachung von Arbeitnehmern, die beruflich organischen Lösungsmitteln ausgesetzt sind, ist es am besten, stattdessen ein biologisches Monitoring zu verwenden für „ „Exposition“-Überwachung, um die Gesundheit der Arbeitnehmer vor der Toxizität dieser Lösungsmittel zu schützen, da dies ein Ansatz ist, der sensibel genug ist, um Warnungen auszusprechen, lange bevor gesundheitliche Auswirkungen auftreten können. Das Screening von Arbeitnehmern auf eine hohe Empfindlichkeit gegenüber Lösungsmitteltoxizität kann ebenfalls zum Schutz ihrer Gesundheit beitragen.
Zusammenfassung der Toxikokinetik
Organische Lösungsmittel sind im Allgemeinen unter Standardbedingungen flüchtig, obwohl die Flüchtigkeit von Lösungsmittel zu Lösungsmittel unterschiedlich ist. Daher ist der Hauptexpositionsweg in industriellen Umgebungen die Inhalation. Die Absorptionsrate durch die Alveolarwand der Lunge ist viel höher als die durch die Wand des Verdauungstrakts, und eine Lungenabsorptionsrate von etwa 50 % wird als typisch für viele gebräuchliche Lösungsmittel wie Toluol angesehen. Einige Lösungsmittel, z. B. Schwefelkohlenstoff und N,N-Dimethylformamid, können in flüssigem Zustand in so großen Mengen intakte menschliche Haut durchdringen, dass sie toxisch wirken.
Bei der Aufnahme dieser Lösungsmittel wird ein Teil ohne Biotransformation über die Atemluft ausgeatmet, der größere Teil jedoch aufgrund ihrer Lipophilie in lipidreichen Organen und Geweben verteilt. Die Biotransformation findet hauptsächlich in der Leber statt (und in geringem Umfang auch in anderen Organen), und das Lösungsmittelmolekül wird hydrophiler, typischerweise durch einen Oxidationsprozess mit anschließender Konjugation, um als Metabolit(e) über die Niere in den Urin ausgeschieden zu werden ). Ein kleiner Teil kann unverändert mit dem Urin ausgeschieden werden.
Somit stehen aus praktischer Sicht drei biologische Materialien, Urin, Blut und Atemluft, für die Expositionsüberwachung von Lösungsmitteln zur Verfügung. Ein weiterer wichtiger Faktor bei der Auswahl biologischer Materialien für die Expositionsüberwachung ist die Geschwindigkeit des Verschwindens der absorbierten Substanz, für die die biologische Halbwertszeit oder die Zeit, die eine Substanz benötigt, um auf die Hälfte ihrer ursprünglichen Konzentration abzunehmen, ein quantitativer Parameter ist. Beispielsweise verschwinden Lösungsmittel viel schneller aus der ausgeatmeten Luft als entsprechende Metaboliten aus dem Urin, was bedeutet, dass sie eine viel kürzere Halbwertszeit haben. Innerhalb von Metaboliten im Urin variiert die biologische Halbwertszeit in Abhängigkeit davon, wie schnell die Ausgangsverbindung metabolisiert wird, so dass die Probenahmezeit in Bezug auf die Exposition oft von entscheidender Bedeutung ist (siehe unten). Eine dritte Überlegung bei der Auswahl eines biologischen Materials ist die Spezifität der zu analysierenden Zielchemikalie in Bezug auf die Exposition. Beispielsweise ist Hippursäure ein seit langem verwendeter Marker für Toluol-Exposition, aber sie wird nicht nur auf natürliche Weise vom Körper gebildet, sondern kann auch aus nicht-beruflichen Quellen wie einigen Lebensmittelzusatzstoffen stammen und gilt nicht mehr als zuverlässig Markierung, wenn die Toluolbelastung gering ist (weniger als 50 cm3/m3). Im Allgemeinen wurden Metaboliten im Urin am häufigsten als Indikatoren für die Exposition gegenüber verschiedenen organischen Lösungsmitteln verwendet. Lösungsmittel im Blut wird als qualitatives Expositionsmaß analysiert, da es normalerweise kürzer im Blut verbleibt und eher eine akute Exposition widerspiegelt, während Lösungsmittel in der Ausatemluft zur Abschätzung der durchschnittlichen Exposition schwierig zu verwenden ist, da die Konzentration in der Atemluft so abnimmt schnell nach Beendigung der Exposition. Lösungsmittel im Urin ist ein vielversprechender Kandidat als Expositionsmaß, bedarf jedoch weiterer Validierung.
Biologische Expositionstests für organische Lösungsmittel
Bei der Anwendung der biologischen Überwachung auf Lösungsmittelexposition ist die Probenahmezeit wichtig, wie oben angegeben. Tabelle 1 zeigt empfohlene Probenahmezeiten für gängige Lösungsmittel bei der Überwachung der täglichen beruflichen Exposition. Wenn das Lösungsmittel selbst analysiert werden soll, sollte darauf geachtet werden, dass ein möglicher Verlust (z. B. Verdunstung in die Raumluft) sowie eine Kontamination (z. B. Auflösen aus der Raumluft in die Probe) während des Probenhandhabungsprozesses verhindert werden. Falls die Proben zu einem entfernten Labor transportiert oder vor der Analyse gelagert werden müssen, ist darauf zu achten, dass sie nicht verloren gehen. Für Metaboliten wird das Einfrieren empfohlen, während für die Analyse des Lösungsmittels selbst eine Kühlung (aber kein Einfrieren) in einem luftdichten Behälter ohne Luftraum (oder besser noch in einem Headspace-Fläschchen) empfohlen wird. In der chemischen Analytik ist die Qualitätskontrolle für verlässliche Ergebnisse unerlässlich (Details siehe Artikel „Qualitätssicherung“ in diesem Kapitel). Bei der Berichterstattung über die Ergebnisse sollte die Ethik respektiert werden (siehe Kapitel Ethische Fragen anderswo in der Enzyklopädie).
Tabelle 1. Einige Beispiele für Zielchemikalien für die biologische Überwachung und Probenahmezeit
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Lösungsmittel |
Zielchemikalie |
Urin/Blut |
Abtastzeit1 |
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Schwefelkohlenstoff |
2-Thiothiazolidin-4-carbonsäure |
Urin |
D F |
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N,N-Dimethylformamid |
N-Methylformamid |
Urin |
M Di W Do F |
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2-Ethoxyethanol und sein Acetat |
Ethoxyessigsäure |
Urin |
Do F (Ende der letzten Schicht) |
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Hexane |
2,4-Hexandion Hexane |
Urin Blut |
M Di W Do F Bestätigung der Exposition |
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Methanol |
Methanol |
Urin |
M Di W Do F |
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Styrol |
Mandelsäure Phenylglyoxylsäure Styrol |
Urin Urin Blut |
D F D F Bestätigung der Exposition |
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Toluol |
Hippursäure o-Kresol Toluol Toluol |
Urin Urin Blut Urin |
Tu W Do F Tu W Do F Bestätigung der Exposition Tu W Do F |
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Trichlorethylen |
Trichloressigsäure (TCA) Gesamttrichlorverbindungen (Summe aus TCA und freiem und konjugiertem Trichlorethanol) Trichlorethylen |
Urin Urin Blut |
D F D F Bestätigung der Exposition |
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Xylole2 |
Methylhippursäuren Xylole |
Urin Blut |
Tu W Do F Tu W Do F |
1 Ende der Arbeitsschicht, sofern nicht anders angegeben: Wochentage geben bevorzugte Probenahmetage an.
2 Drei Isomere, entweder einzeln oder in beliebiger Kombination.
Quelle: Zusammengefasst aus WHO 1996.
Für viele Lösungsmittel sind eine Reihe analytischer Verfahren etabliert. Die Methoden variieren je nach Zielchemikalie, aber die meisten der kürzlich entwickelten Methoden verwenden Gaschromatographie (GC) oder Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) zur Trennung. Für eine gute Qualitätskontrolle bei der chemischen Analyse wird die Verwendung eines Autosamplers und Datenprozessors empfohlen. Wenn ein Lösungsmittel selbst im Blut oder im Urin analysiert werden soll, ist eine Anwendung der Headspace-Technik in der GC (Headspace-GC) sehr praktisch, insbesondere wenn das Lösungsmittel flüchtig genug ist. Tabelle 2 zeigt einige Beispiele für etablierte Methoden für gängige Lösungsmittel.
Tabelle 2. Einige Beispiele für Analysemethoden zur biologischen Überwachung der Exposition gegenüber organischen Lösungsmitteln
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Lösungsmittel |
Zielchemikalie |
Blut/Urin |
Analytische Methode |
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Schwefelkohlenstoff |
2-Thiothiazolidin-4- |
Urin |
Hochleistungs-Flüssigkeitschromatograph mit UV-Detektion (UV-HPLC) |
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N, N-Dimethylformamid |
N-Methylformamid |
Urin |
Gaschromatograph mit flammenthermionischer Detektion (FTD-GC) |
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2-Ethoxyethanol und sein Acetat |
Ethoxyessigsäure |
Urin |
Extraktion, Derivatisierung und Gaschromatograph mit Flammenionisationsdetektion (FID-GC) |
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Hexane |
2,4-Hexandion Hexane |
Urin Blut |
Extraktion, (Hydrolyse) und FID-GC Headspace-FID-GC |
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Methanol |
Methanol |
Urin |
Headspace-FID-GC |
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Styrol |
Mandelsäure Phenylglyoxylsäure Styrol |
Urin Urin Blut |
Entsalzung und UV-HPLC Entsalzung und UV-HPLC Headspace-FID-GC |
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Toluol |
Hippursäure o-Kresol Toluol Toluol |
Urin Urin Blut Urin |
Entsalzung und UV-HPLC Hydrolyse, Extraktion und FID-GC Headspace-FID-GC Headspace-FID-GC |
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Trichlorethylen |
Trichloressigsäure Gesamttrichlorverbindungen (Summe aus TCA und freiem und konjugiertem Trichlorethanol) Trichlorethylen |
Urin Urin Blut |
Kolorimetrie oder Veresterung und Gaschromatograph mit Elektroneneinfangdetektion (ECD-GC) Oxidation und Kolorimetrie oder Hydrolyse, Oxidation, Veresterung und ECD-GC Headspace-ECD-GC |
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Xylole |
Methylhippursäuren (drei Isomere, entweder einzeln oder in Kombination) |
Urin |
Headspace-FID-GC |
Quelle: Zusammengefasst aus WHO 1996.
Evaluierung
Eine lineare Beziehung der Expositionsindikatoren (aufgeführt in Tabelle 2) mit der Intensität der Exposition gegenüber entsprechenden Lösungsmitteln kann entweder durch eine Befragung von Arbeitern, die beruflich gegenüber Lösungsmitteln exponiert sind, oder durch experimentelle Exposition von menschlichen Probanden hergestellt werden. Dementsprechend haben zB die ACGIH (1994) und die DFG (1994) den biologischen Expositionsindex (BEI) bzw. den biologischen Toleranzwert (BAT) als den beruflichen äquivalenten Werten in den biologischen Proben festgelegt Expositionsgrenzwerte für luftgetragene Chemikalien, dh Schwellenwert (TLV) bzw. maximale Arbeitsplatzkonzentration (MAK). Es ist jedoch bekannt, dass die Konzentration der Zielchemikalie in Proben, die von nicht exponierten Personen entnommen wurden, variieren kann, was beispielsweise lokale Gepflogenheiten (z. B. Lebensmittel) widerspiegelt, und dass ethnische Unterschiede im Lösungsmittelstoffwechsel bestehen können. Es ist daher wünschenswert, Grenzwerte durch die Untersuchung der betroffenen lokalen Bevölkerung festzulegen.
Bei der Bewertung der Ergebnisse sollten eine nichtberufliche Exposition gegenüber dem Lösungsmittel (z. B. durch Verwendung von lösungsmittelhaltigen Verbraucherprodukten oder absichtliches Einatmen) und eine Exposition gegenüber Chemikalien, die zu denselben Metaboliten führen (z. B. einige Lebensmittelzusatzstoffe), sorgfältig ausgeschlossen werden. Falls eine große Lücke zwischen der Intensität der Dampfexposition und den Ergebnissen der biologischen Überwachung besteht, kann der Unterschied auf die Möglichkeit einer Hautabsorption hinweisen. Zigarettenrauchen unterdrückt den Metabolismus einiger Lösungsmittel (z. B. Toluol), während eine akute Ethanolaufnahme den Methanolmetabolismus kompetitiv unterdrücken kann.