Prioritäre Stoffe und Spurenstoffe im Wasser - Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit

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1 Titel: Teststrategie, Methoden und Beispiele zur Gentoxizitätsprüfung von Wasserproben Prioritäre Stoffe und Spurenstoffe im Wasser - Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit T. Grummt Umweltbundesamt, Dienstgebäude Bad Elster Fachsymposium - Mikroschadstoffe in Rheinland-Pfalz Mainz, 23. Oktober 2012

2 TW hat Imageproblem in Bevölkerung Allgemeine Trinkwasserbeschaffenheit in D Bericht des BMG/UBA an den Verbraucher : Trinkwasser aus (den berichtspflichtigen) Wasserversorgungsanlagen (>1000 m³/d od. >5000 P.) besitzt eine gute bis sehr gute Qualität. Begründung: Bei den meisten mikrobiologischen und chemischen Qualitätsparametern werden zu >99 % die Grenzwerte und Anforderungen der TrinkwV 2001 eingehalten (Ausnahme: nur % bei wenigen PSM-Metaboliten) Fachsymposium - Mikroschadstoffe in Rheinland-Pfalz 2

3 TW hat Imageproblem in Bevölkerung Allgemeine Trinkwasserbeschaffenheit in D Bericht des BMG/UBA an den Verbraucher : Trinkwasser aus (den berichtspflichtigen) Wasserversorgungsanlagen (>1000 m³/d od. >5000 P.) besitzt eine gute bis sehr gute Qualität. Begründung: Bei den meisten mikrobiologischen und chemischen Qualitätsparametern werden zu >99 % die Grenzwerte und Anforderungen der TrinkwV 2001 eingehalten (Ausnahme: nur % bei wenigen PSM-Metaboliten) Fachsymposium - Mikroschadstoffe in Rheinland-Pfalz 3

4 Focus Online: Negativpresse zum Trinkwasser n-tv.de: Spiegel Online: rp-online.de: BILD: Fachsymposium - Mikroschadstoffe in Rheinland-Pfalz 4

5 Focus Online: Negativpresse zum Trinkwasser n-tv.de: Spiegel Online: rp-online.de: BILD: Fachsymposium - Mikroschadstoffe in Rheinland-Pfalz 5

6 Meist gestellte Fragen Parameterliste TrinkwV Zusatzaufbereitung des Trinkwassers hormonell aktive Substanzen Sicherheit des Trinkwassers Fachsymposium - Mikroschadstoffe in Rheinland-Pfalz 6

7 Tox. Sicherheit des TW heißt Vertrauen in Leitungswasser Theoretisches Konzept Effekt-Dosis Toxikologisches Risiko Umwelt Produktentwicklung Niedrig-Dosis- Bereich Toxikologische Sicherheit Fachsymposium - Mikroschadstoffe in Rheinland-Pfalz 7

8 Tox. Sicherheit des TW heißt Vertrauen in Leitungswasser Theoretisches Konzept Effekt-Dosis Toxikologisches Risiko Umwelt Produktentwicklung Niedrig-Dosis- Bereich Toxikologische Sicherheit Fachsymposium - Mikroschadstoffe in Rheinland-Pfalz 8

9 Teufelskreis Innovation Wohlstand und Gesundheit Datenkrise Konstruktiver Dialog Fachsymposium - Mikroschadstoffe in Rheinland-Pfalz 9

10 Das GOW-Konzept für Schadstoffe im Trinkwasser Ausgangssituation Forderung Konzept Für neue Umweltschadstoffe liegen häufig keine toxikologisch ausreichend bewertbare Daten vor Pragmatische Bewertung der Anwesenheit teil- oder nicht bewertbarer Stoffe im Trinkwasser aus gesundheitlicher Sicht Das GOW-Konzept beinhaltet 5 wirkungsbezogene gesundheitliche Orientierungswerte. Diese eignen sich als Bewertungsmaßstab zur Beantwortung der Frage, ob infolge der Anwesenheit eines Stoffes ohne Grenzwert in Trinkwasser eine Schädigung der menschlichen Gesundheit zu besorgen sein könnte. Fachsymposium - Mikroschadstoffe in Rheinland-Pfalz 10

11 Das GOW-Konzept für Schadstoffe im Trinkwasser Ausgangssituation Forderung Konzept Für neue Umweltschadstoffe liegen häufig keine toxikologisch ausreichend bewertbare Daten vor Pragmatische Bewertung der Anwesenheit teil- oder nicht bewertbarer Stoffe im Trinkwasser aus gesundheitlicher Sicht Das GOW-Konzept beinhaltet 5 wirkungsbezogene gesundheitliche Orientierungswerte. Diese eignen sich als Bewertungsmaßstab zur Beantwortung der Frage, ob infolge der Anwesenheit eines Stoffes ohne Grenzwert in Trinkwasser eine Schädigung der menschlichen Gesundheit zu besorgen sein könnte. Fachsymposium - Mikroschadstoffe in Rheinland-Pfalz 11

12 Das GOW-Konzept für Schadstoffe im Trinkwasser Ausgangssituation Forderung Konzept Für neue Umweltschadstoffe liegen häufig keine toxikologisch ausreichend bewertbare Daten vor Pragmatische Bewertung der Anwesenheit teil- oder nicht bewertbarer Stoffe im Trinkwasser aus gesundheitlicher Sicht Das GOW-Konzept beinhaltet 5 wirkungsbezogene gesundheitliche Orientierungswerte. Diese eignen sich als Bewertungsmaßstab zur Beantwortung der Frage, ob infolge der Anwesenheit eines Stoffes ohne Grenzwert in Trinkwasser eine Schädigung der menschlichen Gesundheit zu besorgen sein könnte. Fachsymposium - Mikroschadstoffe in Rheinland-Pfalz 12

13 Methodisches Konzept Bewertungsrelevante Endpunkte Gentoxizität Keimzellmutagenität Neurotoxizität Reproduktionstoxizität Immuntoxizität Arbeitspaket Komplexität zu generieren ist verhältnismäßig einfach, sie unter Kontrolle zu halten jedoch nicht, denn dazu braucht man regulatorische Zielsetzung Grundvoraussetzung: harmonisierte, flexible Teststrategien Fachsymposium - Mikroschadstoffe in Rheinland-Pfalz 13

14 Bewertung teil- oder nicht bewertbarer Stoffe im Trinkwasser oberhalb des Vorsorge-GOW 1 Test: stark genotoxisch? JA! Test: Schwach oder nicht genotoxisch? JA! Plus: Immun-und Neurotox gestestet? Nein! Plus: Subchronische Tox gestestet? Nein! Plus: Chronische Tox gestestet? Nein! Plus: Chronische Tox gestestet? JA! Gesundheitlicher Orientierungswert [µg/l] Besorgnisbereich 0,01 0,1 µg/l (GOW 1 ) 0,1 0,3 µg/l (GOW 3 ) 0,3 1,0 µg/l (GOW 4 ) 1,0 3,0 µg/l (GOW 5 ) Vorsorgebereich > 3,0 µg/l < 0,01 µg/l (GOW 2 ) Gemäß Empfehlung des Umweltbundesamtes, Bundesgesundheitsbl, : Fachsymposium - Mikroschadstoffe in Rheinland-Pfalz 14

15 Nach GOW geregelte Stoffe insgesamt 65 Stoffe geregelt Beispiele: Stoff AMDOPH Amidotrizoesäure Benzotriazol Carbamazepin Clofibrat Diclofenac Ibuprofen Lanthan Grenzwert 3,0 µg/l 1,0 µg/l 3,0 µg/l 0,3 µg/l 3,0 µg/l 0,3 µg/l 1,0 µg/l 1,0 µg/l Fachsymposium - Mikroschadstoffe in Rheinland-Pfalz 15

16 Wirkmechanismus - Gentoxizität Messgerät Biotestverfahren Regulation Gentoxizität - Ames-Test ISO-Norm - Mikrokerne ISO-Norm - PFT - Arzneimittel - Tranformationsprodukte - (nicht) relevante Metabolite von PSM - Prozesskontrolle (z.b. Ozonung) - komplexe Gemische Fachsymposium - Mikroschadstoffe in Rheinland-Pfalz 16

17 Testsubstanzen Perfluorcarbonsäuren Max. Konzentration [ng/l] in OFW Perfluorpentansäure Perfluorhexansäure TW Perfluoroctansäure Perfluordecansäure n.a. n.a. Perfluorsulfonsäuren Perfluorbutansulfonsäure Kaliumsalz Perfluoroctansulfonsäure Kaliumsalz PFT - Externe Exposition Quelle: Skutlarek, Exner, Färber (2006) Fachsymposium - Mikroschadstoffe in Rheinland-Pfalz 17

18 Ergebnisse von Xiaofeng Yao et al. Mutation Research 587 (2005) Comet Assay vs. Reaktive Sauerstoffspezies Mikrokernrate vs. Reaktive Sauerstoffspezies Tail moment (µm) Rel. Fluoreszenzintensität MK pro 1000 Zellen Rel. Fluoreszenzintensität PFOA (µm) PFOA (µm) Fachsymposium - Mikroschadstoffe in Rheinland-Pfalz 18

19 Ergebnisse von Xiaofeng Yao et al. Mutation Research 587 (2005) Comet Assay vs. Reaktive Sauerstoffspezies Mikrokernrate vs. Reaktive Sauerstoffspezies Tail moment (µm) Rel. Fluoreszenzintensität MK pro 1000 Zellen Rel. Fluoreszenzintensität PFOA (µm) PFOA (µm) Fachsymposium - Mikroschadstoffe in Rheinland-Pfalz 19

20 PFT - Teststrategie und Methoden in Gentoxizitätsprüfung Bakterieller Test Ames I Control Genotoxic In-vitro-Kurzzeittest Zytotoxizität Plating efficiency Apoptose Neutralrot-Test p53-induktion Zellkultur Mikrokerne Ames II FACS Fachsymposium - Mikroschadstoffe in Rheinland-Pfalz 20

21 PFT - Teststrategie und Methoden in Gentoxizitätsprüfung Bakterieller Test Ames I Control Genotoxic In-vitro-Kurzzeittest Zytotoxizität Plating efficiency Apoptose Neutralrot-Test p53-induktion Zellkultur Mikrokerne Ames II FACS Fachsymposium - Mikroschadstoffe in Rheinland-Pfalz 21

22 PFT Summarische Bewertung 1 Minimaldatensatz Zytotoxizität/Gentoxizität 2 Mode of Action (MOA) - Zytotoxizität - Einfluss auf Zellproliferation 3 Kein Hinweis auf gentoxischen Wirkmechanismus als Ursache für tumorigene Wirkung in der Leber Trinkwasserkommission: Leitwert LW = 0,3 µg/l (für Σ PFOA + PFOS) In allen Bevölkerungsgruppen lebenslang gesundheitlich duldbar! Fachsymposium - Mikroschadstoffe in Rheinland-Pfalz 22

23 Wirkmechanismus - Neurotoxizität Sachstand Neurotoxizität: Keine verbindliche Teststrategie Vorarbeit im DIN-Projekt, u.a. Fachgespräch Auswahl von biologischen Endpunkten und Zelllinien Fachsymposium - Mikroschadstoffe in Rheinland-Pfalz 23

24 Biologische Endpunkte Zytotoxizitätsmessung Analyse der reaktiven Sauerstoffspezies Morphologische Untersuchungen Entwicklung einer hierarchischen Teststrategie Fachsymposium - Mikroschadstoffe in Rheinland-Pfalz 24

25 Morphologie Mikroskopische Charakterisierung der Zellen Neuriten SH-SY5Y Zellen mit Retinolsäure und Brain Derived Factor behandelt Fachsymposium - Mikroschadstoffe in Rheinland-Pfalz 25

26 Wirkmechanismus - Endokrine Wirkungen Wissenschaftliche Unsicherheiten ergeben sich aus den komplexen Wirkmechanismen. Das Reagieren ist biologisch determiniert und ist nicht zwingend nachteilig für den Organismus. Rezeptorbindung allein sagt nichts über adversen Effekt. Fachsymposium - Mikroschadstoffe in Rheinland-Pfalz 26

27 Calux-Test Light Add substrate (luciferine) Ligand Proteins Enzymes Luciferase Transport protein Chemical receptor Ligand binding Hsp Chemical Responsive Element (CRE) Transcription Nucleus Cytosol Fachsymposium - Mikroschadstoffe in Rheinland-Pfalz 27

28 Calux-Test Light Add substrate (luciferine) Ligand Proteins Enzymes Luciferase Transport protein Chemical receptor Ligand binding Hsp Chemical Responsive Element (CRE) Transcription Nucleus Cytosol Fachsymposium - Mikroschadstoffe in Rheinland-Pfalz 28

29 Einbeziehung von Präkursorereignissen Membranpotenzial ROS Bezug zum adversen Effekt Zellkontakt Energiestoffwechsel Fachsymposium - Mikroschadstoffe in Rheinland-Pfalz 29

30 Und jetzt?? Harmonisierung der Teststrategie und Implementierung in den regulativen Bereich Entwicklung von Bewertungskriterien Summenparameter Fachsymposium - Mikroschadstoffe in Rheinland-Pfalz 30

31 Und jetzt?? Harmonisierung der Teststrategie und Implementierung in den regulativen Bereich Entwicklung von Bewertungskriterien Summenparameter Fachsymposium - Mikroschadstoffe in Rheinland-Pfalz 31

32 Weiterentwicklung des GOW-Konzeptes im Rahmen des Verbundvorhabens ToxBox Entwicklung einer harmonisierten Teststrategie Formulierung allgemeiner Leitlinien in Form von Entscheidungsbäumen Festlegung von Maßnahmeoptionen Fachsymposium - Mikroschadstoffe in Rheinland-Pfalz 32

33 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.