Nanopartikel
Gefährdungseinschätzung aus Sicht eines Arbeitsmediziners

(Copyright © Dr. med. Joern-Helge Bolle / weitere Verwendung nicht gestattet)

 

Der Mensch hatte schon immer Kontakt zu natürlichen Nanopartikeln wie Salzpartikeln, Vulkanasche, Brandrauche, Stäube, Mikroorganismen und diversen anderen nanoskaligen Substanzen.
Der Stoffwechsel ist also durchaus auf diese externen Expositionen und Belastungen eingestellt und kann normalerweise damit umgehen, ohne dass Gesundheitsschäden auftreten.


In den letzten Jahrzehnten sind jedoch in der Umwelt zahlreiche künstliche prozessbedingte Nanopartikel wie Dieselruß, andere Motorenemissionen, Schweißrauche, Tonerpartikel etc. hinzugekommen.
Nanoskalige Schadstoffe entstehen also z.B. bei Schweißverfahren, Gießverfahren, Kunststoffspritzen, Bearbeitung von Steinmaterialien, Metallschleifen, im Straßenbau (Bitumen), bei Beschichtungen (wie Lackieren) und sogar in der Lebensmittelproduktion (wie beim Backen von Brot und Kuchen).


Und zuletzt drängen immer mehr extra produzierte synthetische Nanopartikel auf den Markt, welche durch ihre kleine Struktur Vorteile u.a. in der Herstellung, Anwendung und Haltbarkeit von Materialien und Lebensmitteln etc. versprechen.
Hier finden sich im Alltag beispielsweise Produkte wie Sonnenmilch, Beschichtungen von Metallen und Glasmaterialien oder in der Medizintechnik.
Im Lebensmittelbereich finden sich zahlreiche Beispiele zur Verbesserung der Haltbarkeit, Textur, des Geschmackes oder der Empfindlichkeit gegenüber einer Keimbelastung.

 

Durch die zusätzliche teils erhebliche Anzahl von nanohaltigen Elementen in unserer Umwelt (Luft / Wasser / Boden) steigt also auf jeden Fall die Möglichkeit der Exposition und Inkorporation in den menschlichen Körper.


Mittlerweile gibt es erstzunehmende Hinweise von seriösen Wissenschaftlern, die den dringenden Verdacht äußern, dass die Nanopartikel zumindest als schädlicher Co-Faktor und in Einzelfällen sogar Hauptfaktor von schweren Erkrankungen wirken könnten.
Dazu gehören beispielsweise Erkrankungen des Atemwegstraktes (Nase / Bronchien / Lungenbläschen) z.B. mit der „Schweißerlunge“ oder der COPD („chronische Bronchialverengungen“) oder sogar des Lungenkrebses.
Es gibt Hinweise auf Auslösung von Allergien oder zumindest die Verstärkung von bestehenden Erkrankungen (wie beim Asthma bronchiale).
Im Herz-Kreislauf-System zeigen sich Veränderungen der Herzfrequenz, ein Eindringen der Nanopartikel in große Blutgefäße, Änderungen der Blutgerinnung und sogar Blutzerstörungen.
Effekte im Magen-Darm-Trakt und im Nervensystem sind ebenfalls in der Diskussion.

Ein Hauptproblem bei der Umweltbelastung und damit der Exposition der Menschen (und Tiere und Pflanzen) mit Nanopartikeln dürfte wohl sein, dass der Stoffwechsel auf diese große zusätzliche Menge an potentiellen Schadstoffen nicht eingerichtet ist.

 

Wie im Gefahrstoffbereich generell kann der menschliche Körper mit einer gewissen Menge an Schadstoffen im Rahmen der Aufnahme (über Lungen / Magen-Darm / Haut) umgehen. Die Verstoffwechselung (z.B. im Hauptorgan Leber) und die Ausscheidung (über die Nieren und den Darm) und die Reparatur von etwaigen Schäden (an Organen und der Erbsubstanz) funktionieren bei Gesunden so lange, wie diese Systeme nicht überfordert werden.
Bei zu vielen in den Körper aufgenommenen Schadstoffen funktioniert dieses System aber ggf. nicht mehr, es kann zu dauerhaften Schäden an Organen und der Erbsubstanz kommen, die nicht mehr reparabel sind und damit kann es zu schweren Erkrankungen bis hin zu Krebs kommen.
Und bei besonders empfindlichen Personengruppen wie Kindern, älteren Menschen oder bereits Vorerkrankten treten diese Schäden dann teilweise noch deutlich früher auf.

 

Ebenfalls problematisch ist wie immer die Tatsache, dass einerseits "Langzeiteffekte" eben erst nach langer Zeit (bei der Krebsgefahr ja durchaus erst nach über 10- 45 Jahre) auftreten und andererseits sehr schwer ursächlich 1 Substanz zugeordnet werden können.

 

Bezüglich der potentiellen Kanzerogenität (Krebsgefahr) vor allem der faserförmigen Nanopartikel (z.B. Carbo Nano Tubes) sind die 2 pathophysiologischen Hauptfaktoren einerseits (wie bei Asbest) die Fasergeometrie. Gefährlich sind vor allem die langen und sehr dünnen Fasern, welche der Körper sehr schlecht verarbeiten kann.
Andererseits mindestens so wichtig ist die Biobeständigkeit. Wie z.B. bei "Mineralfasern" ist es wichtig, ob der Körper die Fasern "auflösen" und ausscheiden kann oder eben nicht. Gefährlich sind hier bekanntermaßen die biostabilen, also nicht oder kaum auflösbaren Fasern.
Im Gefahrstoff Recht wird dieses über Untersuchungen und Einstufungen mit dem sogenannten "Kanzerogenitäts Index" geprüft und gekennzeichnet, sodass Käufer die Gefährdung (z.B. von Mineralwollen) einschätzen können.
Aber diese Vorgaben gelten ja (für mich völlig unverständlicherweise) nicht für Nanopartikel. Hier haben wir weder ordentliche Einstufungen, Kennzeichnungen noch Grenzwerte.

Andererseits haben wir es auch bei den Nanopartikeln (außer im Labor)  immer mit Mischexpositionen sowohl verschiedener (Nano-) Substanzen als auch größerskaliger Substanzgemische zu tun.
Das macht die Prüfung der Gefährlichkeit von Einzelsubstanzen so schwierig.

 

Negativ wirken die Nanopartikel auch durch die teils extrem hohe Adsorptionskapazität.

Durch diese z.B. bei Titandioxid (TiO2) bis zu 100 %ige Proteinbindung werden die Stoffwechselprozesse im Körper ggf. massiv behindert.
Diese Enzymgesteuerten Systeme kann man am besten mit den Begriffen "Stoffwechsel-Trupp" (Leberstoffwechsel) / "Ausscheidungs-Trupp" (Niere / Darm) / "Zell- und DNA-Reparaturtrupp" klären.
Wenn man sich vorstellt, dass z.B. das Hauptenzymsystem (Cytochrom P 450 Oxydoreduktasen mit seinen Isoenzymen) durch diese Adsorption teilweise oder komplett geblockt werden kann, kann glaube ich jeder verstehen, dass das ggf. nicht gut ist.

Und das Schadstoff-Mengenproblem im Körper kann man auch mit den "Trupps" erklären, wo man gut nachvollziehen kann, dass die Trupps, die z.B. eine "Personalstärke für 2 Baustellen" haben, mit 4 oder mehr Baustellen (also z.B. durch eine übermäßige Inkorporation von Nanopartikeln) einfach überfordert sein können.

Das muss dann irgendwann zu Überlastungen mit Fehlern oder Komplettversagen  dieser Schutzmechanismen enden (Mutationen / Erkrankungen wie Organversagen oder Krebs).

Ein weiterer extrem wichtiger Part ist die Abfall-Problematik des "Nanoplastiks". Dieser Müll entsteht entweder primär z.B. durch hergestellte Produkte (wie Peelingpartikel in Kosmetika im Abwasser). Andererseits wird jeder Plastikmüll in der Umwelt durch jahrelangen Abbau irgendwann zu Mikro- und dann Nano-Plastik.
Neben den für Jeden schon beeindruckenden Bildern von "makroskopisch zugemüllten Traumstränden" und "Müllkontinenten" in den Weltmeeren sind die zermahlenen und damit nicht mehr sichtbaren Nanoplastikpartikel ja noch viel schlimmer.
Einerseits durch die (primär unsichtbare) Aufnahme in die Nahrungsketten (z.B. Fisch / Mensch).
Andererseits als potentielle "Giftbomben", da diese Nanopartikel gerade aufgrund ihrer riesigen Oberfläche und Adsorptionskapazität zusätzlich noch sekundäre Schadstoffe (wie PAKs oder Schwermetalle) anlagern und damit in der Nahrungskette anreichern und zum Menschen zurückbringen können.

 

In einem Ablaufschema kann man die Gefahrstoff- und Schadstoff-Toxikologie folgendermaßen darstellen:

Zusammenfassung Gefahrstoff - Toxikologie:

Schadstoffinkorporation (Inhalation / Verschlucken / Hautaufnahme)

Individuelle Schadstoffverarbeitung im Körper („Verarbeitungs-Trupp“)

Individuelle Schadstoffausscheidung über Niere und Darm („Ausscheidungs-Trupp“)

Individuelle Zell- und Chromosomen-Reparaturen („Reparatur-Trupp“)

Schutzmaßnahmen mit dem Ziel der Minimierung der Inkorporation
(um den Körperstoffwechsel, die Ausscheidung und die Reparatur- Mechanismen nicht zu überfordern)

Schutzmaßnahmen nach der gesetzlich vorgegebenen Rangfolge STOP:
Substitution (z.B. Ersatz durch harmlosere Substanzen / hier Verzicht auf potentiell schädliche Nanopartikel)
Technik (z.B. Absaugung)
Organisation (z.B. Abtrennung von Schwarzbereichen)
PSA (geeignete (!) persönliche Schutzausrüstung)

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Zusammengefasst gibt es also leider bisher aus meiner Sicht keine ausreichenden gesetzlichen Regeln u.a. zur Untersuchung der etwaigen negativen Gesundheitsauswirkungen dieser zusätzlich in die Umwelt gebrachten Nanopartikel.
Es gilt zumindest im Umweltbereich jedoch das Verursacher- und Präventionsprinzip. Daher ist es bei dieser Datenlage eigentlich unverantwortlich, dass Hersteller seit Jahrzehnten fast unkontrolliert nanohaltige Produkte auf den Markt und damit in die Umwelt bringen, ohne deren Ungefährlichkeit nachgewiesen zu haben.
Wie schon mehrfach in der Vergangenheit (Stichworte Asbest / PAKs / Weichmacher wie Phthalate / Glyphosat / etc.) droht ggf. eine Belastung der Umwelt und damit der Gesundheit der Bevölkerung, da man die potentiellen Schäden erst nach Jahren bzw. Jahrzehnten erkennt.
Andererseits gilt in der EU eigentlich das Vorsorgeprinzip, wonach z.B. von Herstellern die Unbedenklichkeit ihrer Produkte nachgewiesen werden muss, bevor die Marktfreigabe erfolgt.
Diese gesetzlichen Vorgaben werden jedoch aus meiner persönlichen Sicht bisher unzureichend umgesetzt.
Daher habe ich im März 2017 eine offene Anfrage an die zuständige EU Kommission (EK) verfasst, auf die ich bisher leider noch keine abschließende Antwort erhalten habe.

Dr. med. Joern-Helge Bolle / Facharzt für Arbeitsmedizin

 

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Auszug aus meiner Anfrage an die EK (Europäische Kommission):

 

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Zitat Anfang:

Als Facharzt für Arbeitsmedizin habe ich seit fast 30 Jahren täglich mit den Themen Gefahrstoff-Management / Gesundheitsprävention / Umwelt- und Arbeitsschutz zu tun.
In diesem Zusammenhang ergeben sich aktuell zahlreiche offene Punkte und Fragen zum
Thema Nanoskalige Partikel in der Umwelt, welche seit Jahren keine ausreichende Klärung und keinen Eingang in die in der EU vorhandenen Gefahrstoff-/Schadstoff-Regelungen (REACH / Chemikaliengesetz / Gefahrstoff Verordnung /  etc.) gefunden haben.

In meiner Anfrage an die EK geht es vor allem um die aus meiner Sicht völlig unzureichende Geschwindigkeit der Klärung der offenen Fragen und die
unzureichende Umsetzung des in der EU doch eigentlich geltenden Vorsorgeprinzips.
Es ergeben sich u.a. folgende
ungeklärte Punkte:

Gefährdungsbeurteilung der nanoskaligen Partikel:
Die Antwort der Bundesregierung auf die Frage der Gefährlichkeit unter Punkt 3 der Bundestagsanfrage 2016 ("Nanomaterialien sind nicht per se gefährlich für die Gesundheit") mit der Ablehnung eines Nanoproduktregisters ist zumindest aus meiner Sicht verharmlosend.
Es gibt genügend gesicherte Hinweise, dass zumindest biobeständige Nanopartikel durchaus per se ein nicht zu unterschätzendes Risikopotential (bis hin in den CMR Bereich / Kanzerogenität / Mutagenität / Reproduktionstoxizität) haben.
Und dass unterhalb von 40-50 nm neben den rein oberflächenbezogenen Aspekten noch physikochemische Sondereffekte beschrieben sind, ist auch nicht gerade beruhigend. Unter anderem finden sich Veränderungen der Enthalpie, der Starttemperatur thermisch bedingter Oxidationspozesse und ein sprunghafter Anstieg der Adsorptionskapazität (mit ggf. daraus resultierendem erheblichen Einfluss auf (Körper-) Enzymprozesse durch Bindung von Proteinen).
Hinsichtlich der potentiellen Kanzerogenität sind besonders der "19 Stäube Versuch" bemerkenswert, wo (verkürzt) selbst primär inerte Stäube in der nanoskalierten Form krebserzeugend sind.
Die ganz aktuellen Studien mit Nachweis der hohen Kanzerogenität (ähnlich dem Asbest) von faserförmigen, biobeständigen Nanopartikeln (z.B.bestimmten  Carbo Nanotubes) sind ebenfalls beunruhigend.
Aus meinem Fachbereich der Arbeitsmedizin sind ebenfalls zahlreiche nanoskalierte prozessbedingte Partikel (z.B. Chrom und Nickel bei bestimmten Schweißverfahren) als hochpotente Kanzerogene bekannt.

Fehlende toxikologisch gesundheitliche Prüfung und Einstufung von Nanoprodukten:
wenn die Bundesregierung (zurecht) unter Punkt 10 der Anfrage 2016 darauf hinweist, dass Kosmetikprodukte vor dem Inverkehrbringen u.a. sicherheitsrelevante Informationen wie z.B. zum toxikologischen Profil und den Expositionsbedingungen zu übermitteln haben, warum gilt das dann nicht auch für die anderen Produkte?
Und im Kosmetikbereich ist ja vernünftigerweise auch  die Verpflichtung zur Meldung etwaig nanoskaliger Produktanteile vorhanden. Weiterhin gibt es hier auch die Kennzeichnungspflicht, womit aus Sicht der Bundesregierung "Transparenz geschaffen wird".
Ist diese Transparenz nicht auch in anderen Bereichen (z.B. Lebensmittel / Beschichtungen / Medizinprodukte / Farben / etc.) notwendig?

Unzureichende Datenlage:
Die Bundesregierung der BRD spricht selbst (unter Punkt 12) von "bisher noch unzureichenden qualitativen und quantitativen Daten ... zur Freisetzung in die Umwelt".
Pointiert formuliert wird sich an dieser völlig unbefriedigenden Lage kaum etwas ändern, wenn nicht endlich verschärfte Melde- und Prüfauflagen erlassen werden.
Die durchaus auch von offizieller Seite (wie dem BMUB und UBA) gesehen Wissenslücken und Risiken können Sie u.a. in zahlreichen Publikationen der letzten Jahre sehen. Auf Wunsch stelle ich Ihnen gerne eine umfassende Auflistung zur Verfügung.
Diese Informationen stammen teils von 2013 und noch früher und es hat sich bis 2017 scheinbar leider  noch nicht viel zur Klärung getan.

Gewässerökologie:
Die Bundesregierung bestätigt unter Punkt 13 teils "erhebliche direkte aber auch indirekte schädigende Effekte auf aquatische Umweltorganismen und Fische".
Auch hier fehlen jedoch die  erforderlichen präventiven Schutzmaßnahmen nach den  in der EU geltendem Vorsorgeprinzip (REACH: keine Daten / kein Markt).
"Umfassende und ausreichende Studien zur chronischen Wirkung auf Wirbeltiere liegen noch nicht vor".
Da ergibt sich die Frage, wie sollen diese potentiellen Risiken wissenschaftlich ohne verpflichtende Informationsangaben z.B. der Hersteller denn geklärt werden?

Arbeitsschutz:
die Antwort der Bundesregierung ("die Gefahrstoff VO enthält konkrete Vorgaben zu partikelförmigen Gefahrstoffen und zum Umgang mit Datenlücken im Rahmen der Gefährdungsbeurteilung am Arbeitsplatz") ist so leider (sehr zurückhaltend formuliert) nicht ganz vollständig.
Sowohl das Grenzwertkonzept zum Gesamtstaub mit den anteiligen Einzelfraktionen als auch das ERB Konzept beinhaltet  überhaupt keinen Bezug zu nanoskaligen Partikeln.
Es gibt weder standardisierte (bezahlbare) Messmethoden für nanoskalige Partikel,  noch den Firmen zugängliche allgemeine zertifizierte Messstellen, welche überhaupt Nanomessungen machen können.  Im Gegenteil führt die aktuell vorhandene Messtechnik eher zu einer massiven Unterschätzung des potentiellen Risikos (s. unten).
Bisher existieren öffentlich zugängliche Ergebnisse von  Nanomessungen nur im Rahmen von IPA / IFA Studien.
Weiterhin gibt es noch keine Nano-Grenzwerte, welche eine ausreichende Gefährdungsbeurteilung ermöglichen würden.

Völlig unbefriedigend sind die erheblichen Mängeln des Einzelgrenzwertkonzeptes ohne Beachtung der in der Realität immer zu findenden Mischexpositionen mit häufig additiv oder sogar potenzierenden Schadenswirkungen der Gemische aufgrund der Überforderung des (individuellen) Ausscheidungs- und Repairsystemes des menschlichen Körpers.
Die auch nach EU Gefahrstoff Recht vorliegenden Informationen (z.B. Sicherheitsdatenblätter nach REACH Vorgaben / Expositionsszenarien) beinhalten (wieder sehr vorsichtig formuliert) nach meiner Erfahrung enorme Mängel, sodass eine ausreichende Gefährdungsbeurteilung häufig  nicht möglich ist. Auch hier kann ich Ihnen auf Wunsch zahlreiche Beispiele aus meiner Praxis nennen.
Nur das Biomonitoring ist häufig die einzige Methode, relevante Inkorporationen nachzuweisen. Hierzu konnte ich als Betriebsarzt in den von mir betreuten Firmen die letzten Jahre teils besorgniserregende Ergebnisse finden. Bei völlig unauffälligem Umgebungsmonitoring (Index nach TRGS Einstufung < 0,1) fanden sich teils deutlich erhöhte Chrom-/Nickel-/ Aluminiumwerte z.B. bei Schweißern und Schlossern im Blut oder Urin (s. a. Weldox Studie). Beispielsweise über Jahrzehnte als "schadstoffarm" eingestufte Schweißverfahren (wie WIG) zeigten sowohl im Biomonitoring als auch in den IPA / IFA-Studien einen erheblichen Anteil von nanoskaligen Schadstoffen (teils bis zu 7.000.000 Partikel / cm3), welche in der bisherigen Massen Schadstoffmessung der zugelassenen Messinstitute völlig "unter den Tisch fallen".
Erst nach konsequenter Anwendung der STOP Schutzmaßnahmen (vor allem Filterhelme und Reinigungsmaschinen mit HEPA oder ULPA-Filter) gab es erhebliche Reduktionen der Inkorporationen. Hier werden mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit die nanoskaligen Schadstoffe der Schweiß- und Schleifprozesse ursächlich sein, welche bei der bisherigen unzureichenden Gefährdungsbeurteilung keine Berücksichtigung finden.

Zusammengefasst sehe ich die in der BRD aber auch EU vorliegenden gesetzlichen Vorgaben und Informationen als nicht ausreichend zur Klärung der zahlreichen offenen Punkte und drohenden Gefahren durch nanoskalige Partikel im Umwelt- und Arbeitsbereich an.
Pointiert formuliert  warten wir  scheinbar wieder einmal wie die letzten Jahrzehnte ab (Stichwort Asbest / PCP / PCB / Phthalate / endokrine Disruptoren etc.) bis sich die negativen Langzeiteffekte hier der nanoskaligen Partikel auf die Gesundheit zeigen.
Das widerspricht sowohl allen gesetzlichen EU-Vorgaben (Vorsorgeprinzip / Minimierungsgebot / Informationspflichten zur Toxikologie / etc.) als auch allen ärztlichen Grundregeln der Primärprävention.

Die auch auf EU Ebene vorhandenen Aktivitäten (wie REACH Anpassung / Nano Dialog / OECD Arbeitsgruppe / etc.) haben in Ihrer jahrelangen Arbeit scheinbar noch keine wirklich aussagekräftigen Ergebnisse erbracht.
Da die Federführung und Entscheidungskompetenz alleine bei der Europäischen Kommission liegt, sehe ich Sie da in der Pflicht, schnellstmöglich Umwelt- und Arbeitsschutz-Entscheidungen im Sinne eines ausreichenden Gesundheitsschutzes für die EU Bürger zu treffen.
Weitere Verzögerungen sind aus meiner ärztlichen  Sicht unverantwortlich.

 

Gez. Dr. med. Joern-Helge Bolle / Facharzt für Arbeitsmedizin „

 

Zitat Ende