Methoden, Laborkapazität und Qualitätssicherung für Human ... · Bildung einer Arbeitsgruppe...

Methoden, Laborkapazität und Qualitätssicherung für Human-Biomonitoring im Bevölkerungsschutz

Thomas Göen

Fundamente des Biomonitorings

Geeignetes biologisches

Material Geeignete Biomonitoring-

Parameter Zuverlässige analytische Methoden Entscheidungs-

kriterien

2

Methoden, Laborkapazität und Qualitätssicherung

Workshop „Humanbiomonitoring im Bevölkerungsschutz“, Bonn, 9. Mai 2014

Voraussetzungen für das Humanbiomonitoring im Bevölkerungsschutz

§  Zeitnahe und adäquate Probengewinnung §  Handlungsanweisung zur Gewinnung von

geeignetem humanbiologischem Material §  Erkenntnisse zur Auswahl geeigneter

Biomonitoringparameter §  Verfügbarkeit von zuverlässigen Analysen-

methoden §  Verfügbarkeit von Laborkapazität zur zeitnahen

Bereitstellung von Analysenergebnissen §  Beurteilungskriterien für HBM-Ergebnisse

3



Grundlagen für die Auswahl von Biomonitoringparametern

Ausscheidung Aufnahme Verteilung

Metabolismus



4

Biomonitoringparameter

5

Gefahrstoff

•  Blut / Plasma / Urin

•  Kurzzeit-Parameter (Minuten – Stunden)

Ausnahmen:

•  Persistente Verb. (Monate – Jahre)

Metabolite

•  Urin / Blut / Plasma

•  Kurzzeit-Parameter (Stunden – Tage)

Addukte

•  Blutzellen / HSA / Erythrozyten

•  Langzeit-Parameter (Wochen – Monate)

•  Reaktive Gefahrstoffe



Hb-Addukte als Biomarker

•  Cave-Situation des Erythrozyten

•  Akkumulation der Hb-Addukte über die Lebensdauer des Erythozyten

•  N-terminales Valin als Reaktionsstelle für elektrophile Fremdstoffe

•  Anwendung des Edman-Abbaus für die gezielte Analyse der Addukte am N-terminalen Valin

6 Workshop „Humanbiomonitoring im Bevölkerungsschutz“, Bonn, 9. Mai 2014


Akkumulation eines Hb-Adduktes bis zum Erreichen des Gleichgewichtszustandes

7

0%

20%

40%

60%

80%

100%

0 20 40 60 80 100 120

Ant

eil a

m S

tead

y-st

ate-

Leve

l

Tage seit Expositionsbeginn



Abklingverhalten von Hb-Addukten

0

20

40

60

80

100

120

140

0 50 100 150 200

Zeit nach Exposition [Tage]

Proz

entu

aler

Ant

eil v

om A

usga

ngsw

ert

Raucher

Nichtraucher

Tag 126 Grundbelastung

Tag 0 Ende der Exposition

Täglicher Verlust: 0.8 %

Nach: Granath et al. 1992 Törnqvist et al. 1996 Hindsø Landin 1999

8 Workshop „Humanbiomonitoring im Bevölkerungsschutz“, Bonn, 9. Mai 2014


Hb-Addukt-bildende Gefahrstoffe

N CCCH2

HH2C CH2OO

SO

O

O

H3C

H3C

α,β-ungesättigte Verbindungen Epoxide / Olefine Alkylsubstituenten

9

Isocyanate

SUBSTITUTION ADDITION

- Dimethylsulfat

- Methylbromid - Ethylenoxid / Ethylen

- Propylenoxid

- Butadien

- Epichlorhydrin

- Glycidol

- Styrol

- Acrylamid

- Acrylnitril

- Methylvinylketon

- Methylisocyanat / Dimethylformamid

- Diphenylmethan- 4,4‘-diisocyanat

N CH3C

O



10

0

20

40

60

80

100

0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000

time after peak exposure (days)

Con

cent

ratio

n, s

tand

. [%

]

VOC in blood Metabolites in urine Hb adducts

Zeitfenster für die Biomonitoringparameter



Senatskommission zur Prüfung gesundheitsschädlicher Arbeitsstoffe

Ø  Ständige Kommission der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG)

Ø  Mitglieder (Experten aus der Arbeitsmedizin, Toxikologie und Analytischen Chemie) werden vom Senat der DFG alle 3 Jahre neu berufen.

Ø  Beratung des Gesetzgebers (Bund, Länder) - Erstellung toxikologisch-arbeitsmedizinischer Stoffmonographien - Aufstellung von Maximalen Arbeitsplatz-Konzentrationen (MAK) - Aufstellung von Grenzwerten im biologischen Material - Beurteilung weiterer Gefährdungsmerkmale (Kanzerogenität, Genotoxizität, Hautpenetration, Schwangerschaftsgefährdung, etc.)

11



Entwicklung und Prüfung von Human-Biomonitoring-Methoden

Notwendigkeit einer Arbeitsgruppe von Experten aus der Praxis

Bildung einer Arbeitsgruppe für analytische Methoden (1969)

Bildung einer Arbeitsgruppe für Analysen in biologischem Material (1972)

Senatskommission zur Prüfung gesundheitsschädlicher Arbeitsstoffe

12



AG Analysen in biologischem Material - Zusammensetzung -

13



Universitäts-institute

39%

Großfoschungs-einrichtungen

10% Behörden

22%

Industrie 13%

Private Laboratorien

16%

14

Verabschiedung der Methode

Publikation der Methode

Diskussion in der Arbeitsgruppe

Autor

Untersuchungen der Prüfer



Prüf-

bericht

Einreichen einer Methode

Aufforderung zur Entwicklung

Aufforderung zur Revision

Benennung der Prüfer

Ablehnung der Methode

Arbeitsweise der AG Analysen in biologischem Material



Publikationen der DFG-Analytik-Gruppe

Deutsche Ausgabe

20 Lieferungen einer Loseblatt- Sammlung (1976-2013)

220 Analytische Methoden

21 Kapitel zu spezifischen analytischen Themen (z.B. GC-MS, LC-MS)

Seit Anfang 2012 online im open-access verfügbar (MAK-Collection, Wiley-VCH)

15



Parameter der Suszeptibilität

7% Biologische Effekte

4%

Metalle und anorganische Verbindungen

32%

Lösemittel 18%

Spezielle Gefahrstoffe

25%

Verbrennungs-produkte

3%

Pestizide 11%

MAK-Collection - Biomonitoring Methods (Englische Ausgabe)

16



Von der AG geprüfte Hb-Addukt-Analysenmethoden

17

Gefahrstoff Parameter Arylamid N-(2-Carbonamidethyl)valin Arylnitril N-(2-Cyanoethyl)valin Dimethylsulfat N-Methylvalin Diphenylmethan-4,4‘-diisocyanat 5-Isopropyl-3-[4-(4-aminobenzyl)-

phenyl]hydantoin Epichlorhydrin N-(3-Chlor-2-hydroxypropyl)valin Ethylenoxid / Ethylen N-(2-Hydroxyethyl)valin Glycidol N-(2,3-Dihydroxypropyl)valin Methylisocyanat / Dimethylformamid 5-Isopropyl-3-methylhydantoin Propylenoxid N-(2-Hydroxypropyl)valin Styrol N-(2-Hydroxy-2-phenylethyl)valin



Ø  Thiocyanat in Blut, Urin und Speichel (HBM für Cyanid-Belastungen)

Ø  Bor (als Borat) in Urin (HBM für Bor-haltige Gefahrstoffe)

Ø  Thiosulfat in Blut und Urin (HBM für Schwefelwasserstoff)

Ø  N-Ethyldiethanolamin und N-Methyldiethanolamin in Urin (HBM für N-Lost)

Ø  Chlorpikrin in Blut

AG Analysen in biologischem Material - Aktuelle Entwicklungen für HBM im BevS -

18



Ringversuche für Biomonitoringparameter

German External Quality Assessment Scheme (G-EQUAS) -  Ringversuchsprogramm seit 1982 im Auftrag der DGAUM

-  deckt Großteil der etablierten Biomonitoringparameter ab

-  Ermittlung von Sollwerte und Toleranzbereiche aus Ergebnissen

ausgewählter Laboratorien (Referenzlaboratorien)

-  Sollwerte = Mittelwert aus Referenzlaborergebnissen

-  Toleranzbereich = ± 3fache Standardabweichung aus

Referenzlaborergebnissen

G-EQUASG-EQUASG-EQUAS

19



www.g-equas.de

20



G-EQUASG-EQUASG-EQUAS

Gefahrstoff Biomonitoring-parameter

Konzentrations-bereich Gefahrstoff Biomonitoring-

parameter Konzentrations-bereich

Aluminium Al in Plasma Al in Urin

AM/UM AM Kupfer Cu in Plasma

Cu in Urin AM/UM AM

Antimon Sb in Urin AM Mangan Mn in Blut Mn in Plasma

AM AM/UM

Arsen As (tox.) in Urin As (ges.) in Urin As-Spezies in Urin

AM, UM AM AM

Nickel Ni in Blut Ni in Plasma Ni in Urin

AM AM/UM AM, UM

Beryllium Be in Urin AM Quecksilber Hg in Blut Hg in Urin

AM, UM AM, UM

Blei δ-ALA in Urin Pb in Blut Pb in Urin

AM AM, UM AM

Platin Pt in Plasma Pt in Urin

AM/UM UM

Cadmium Cd in Blut Cd in Urin

AM, UM AM, UM Selen Se in Plasma

Se in Urin AM/UM AM

Chrom Cr in Blut Cr in Plasma Cr in Urin

AM AM/UM AM, UM

Thallium Tl in Urin AM/UM

Fluoride F in Urin AM Vanadium V in Urin AM

Jodverbindungen Jod (ges.) in Urin AM/UM Wolfram W in Urin AM

Kobalt Co in Blut Co in Plasma Co in Urin

AM AM/UM AM

Zink Zn in Plasma Zn in Urin

AM/UM AM/UM

Gefahrstoff Biomonitoringparameter Konzentrations-bereich

Aromatische Kohlenwasserstoffe

Benzol, Ethylbenzol, Toluol und Xylole in Blut Aromaten-Metabolite (t,t-MA; S-PMA, o-Kresol, HA, MHA, MA und PGA) n Urin Phenol in Urin

AM AM AM

Alkohole, Ether, Ketone Aceton, 2-Butanon (MEK), Methanol, MiBK, THF in Urin AM

Alkylierende Gefahrstoffe Hb-Addukte (AAVal, CEVal, HEVal, MeVal) AM/UM

Chlorierte Kohlenwasserstoffe 1,2-Dichlorethan, Dichlormethan, Tetrachlorethen, Tetrachlormethan, 1,1,1-Trichlorethan, Trichlorethen in Blut AM

Glykolether Butoxyessigsäure, Ethoxyessigsäure, Methoxyessigsäure in Urin AM

Kunststoffadditive Bisphenol A in Urin Metabolite von Phthalaten in Urin

UM UM

Perfluorierte Tenside PFOA und PFOS in Plasma UM

Pestizide

Organochlorpestizide (Lindan, DDT, u.a.) in Plasma Organophosphat-Pestizid-Metabolite in Urin Pentachlorphenol in Urin und Plasma Pyrethroid-Metabolite in Urin

UM UM UM UM

Polychlorierte Biphenyle Indikator-PCBs in Plasma AM/UM

Polycyclische Kohlenwasserstoffe

1-Hydroxypyren in Urin 1- und 2-Naphthol in Urin

AM/UM AM/UM

Sonstige Gefahrstoffe

Cotinin und Nikotin in Urin (Tabakrauch) 5-HNMP und 2-HNSI in Urin (N-Methyl-2-pyrrolidon) Methylendianilin in Urin (MDA, MDI) N-Methylformamid in Urin (N,N-Dimethylformamid) TTCA in Urin (Schwefelkohlenstoff)

AM/UM AM AM AM AM

Laborkapazitäten – Beispiel Wetteren 2013

23



-  Wetteren (Belgien), 4. Mai 2013 (02:00 MEZ) -  Entgleisung eines Güterzuges (Kesselwagen mit

Acrylnitril) mit nachfolgender Explosion und Brand -  Exposition gegenüber Chemikalien und

Verbrennungsprodukten -  Emissionen an der Unfallstelle und über die

Kanalisation (sowie während der Aufräumarbeiten)

-  Biomonitoring von Arylnitril-Belastung durch Messung des Hb-Adduktes

-  841 Einsatzkräfte / 242 Anwohner

-  Ad-hoc-Ausschreibung des WIV-ISP (per e-mail) -  4 Anbieter (alle aus Deutschland) -  Aufteilung der Proben auf 3 Anbieter -  Ergebnisse innerhalb von 12 Wochen

Ø  DFG-Senatskommission zur Prüfung gesundheitsschädlicher Arbeitsstoffe begünstigt für das HBM im BevS: - die Entwicklung und Beurteilung potentieller Biomonitoring- parameter - die Erstellung und Etablierung zuverlässiger Analysenmethoden - die Bündelung, Vernetzung und Weiterentwicklung von Laborkapazität

Ø  Sicherung der Qualität von Biomonitoringuntersuchungen durch das GEQUAS-Ringversuchsprogramm

Schlussfolgerungen

24



Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Methoden, Laborkapazität und Qualitätssicherung für Human ... · Bildung einer Arbeitsgruppe...

Documents

Transcript of Methoden, Laborkapazität und Qualitätssicherung für Human ... · Bildung einer Arbeitsgruppe...