Thema: Untersuchung biologischer Effekte durch endokrine Disruptoren mittels Reproduktionstests. in eine Risikobewertung nach der REACH-Verordnung.

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1 Studiengang: Interdisziplinäres Fernstudium Umweltwissenschaften (infernum) Hochschule: FernUniversität in Hagen Zusammenfassung zur Masterarbeit Thema: Untersuchung biologischer Effekte durch endokrine Disruptoren mittels Reproduktionstests mit Daphnia magna und Einbindung in eine Risikobewertung nach der REACH-Verordnung.

2 Inhaltsübersicht Inhaltsverzeichnis...III 1 Einleitung in das Thema Eigene Fragestellung Vorgehensweise Ergebnisse Schlagworte... 4 Literaturverzeichnis... IV II

3 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis...III 1 Einleitung in das Thema Eigene Fragestellung Vorgehensweise Ergebnisse Schlagworte... 4 Literaturverzeichnis... IV III

4 1 Einleitung in das Thema Die industrielle Entwicklung der vergangenen Jahrzehnte ist zweifelsohne mit der stetigen Entwicklung und einem vermehrten Einsatz von Umweltchemikalien verbunden. So erhalten beispielsweise Kunststoffe durch Weichmacher wichtige Eigenschaften, wie z. B. eine gesteigerte Formbarkeit. Neben der Vorteile, die durch Umweltchemikalien erreicht werden, sind aber auch die Nachteile zu berücksichtigen. Insbesondere sind diejenigen chemischen Verbindungen bedenklich, die über die Werkstoffe in die Umwelt eingetragen werden und im Verdacht stehen, ein endokrines Wirkpotential entfalten zu können. Eine Substanz, die endokrin wirksam ist, wird als endokriner Disruptor bezeichnet. Darunter ist eine exogene Substanz oder ein exogenes Gemisch zu verstehen, das die Funktionsweise des endokrinen Systems, wie es z. B. beim Menschen zu finden ist, verändert. Die dadurch hervorgerufenen Effekte gelten sowohl für den intakten Organismus als auch für dessen Nachkommen als gesundheitsschädlich. 1 Dass von diesen Substanzen eine Gefährdung für die menschliche Gesundheit ausgehen könnte, formulierten Sharpe und Skakkebaek aufgrund von Studien, die sich u. a. mit der Reproduktion beschäftigten. Das Fazit ihrer Hypothese war die Erkenntnis, dass die Abnahme der Spermienzahl um ca. 40 % mit der Zunahme an Störungen und Erkrankungen der männlichen Geschlechtsorgane durch Chemikalien, die eine östrogene Wirkung imitieren, in Zusammenhang stehen könnte. Der geäußerte Verdacht konnte durch Untersuchungen an wildlebenden Tieren bestätigt werden. So hat z. B. eine Untersuchung an einer Greifvogelpopulation eine Störung der Reproduktion gezeigt. Als Ursache der Reproduktionsstörung wurde die Chemikalie DDT identifiziert, die sich in Organismen, wie z. B. Fischen, anreichert. Weil die Greifvögel am Ende der Nahrungskette stehen und diese Fische erbeuten, nehmen sie das DDT in hohen Konzentrationen auf. Diese Beobachtung haben auch andere Untersuchungen bestätigen können. Die Untersuchung von Tierpopulationen um einen See, in den große Mengen des Insektizids Dicofol eingeleitet wurden, hat gezeigt, dass es mehr weibliche als männliche Nachkommen bei Raubfischen und Möwen gab. Beide Populationen haben sich von den im See lebenden Fischen ernährt. 2 Diese Beobachtungen führten zu einer Vielzahl an Hypothesen und Studien, deren Ziel die Identifizierung der hormonimitierenden Chemikalien und die Aufklärung der Wirkmechanismen ist. Darüber hinaus ist die Bedeutung dieser Sub- 1 Vgl. GREIM, 2005, S Vgl. GREIM, 2005, S

5 stanzen für den Menschen und die Umwelt aufzuklären. 3 Im intakten Organismus sind Hormone Botenstoffe, die die Prozesse zwischen Gewebe und Zellen regulieren. Das Gleichgewicht zwischen den weiblichen (Östrogene) und den männlichen Hormonen (Androgene) ist überaus sensibel und kann durch endokrine Disruptoren gestört werden. In den vergangenen Jahren war die Aufklärung über das Ausmaß dieser Störungen Gegenstand des wissenschaftlichen und öffentlichen Interesses. 4 Endokrine Disruptoren können die natürlichen endogenen Hormone in ihrer Wirkung nachahmen oder die Biosynthese der natürlichen Hormone beeinträchtigen und somit auch die Hormonrezeptoren stören. 5 Die hormonähnliche Wirkung muss aber nicht zwangsläufig zu einer vollständigen Disruption des hormonellen Gleichgewichtes führen. Dennoch ist eine ökotoxikologische Bedeutung zu beachten, wenn die Reproduktion bei Mensch oder Tier betroffen ist. 6 2 Eigene Fragestellung Vor dem beschriebenen Hintergrund hatte die Masterarbeit das Ziel, biologische Effekte zu untersuchen, die sich über ausgesuchte Substanzen auf den umweltrelevanten Wasserorganismus Daphnia magna (großer Wasserfloh) auswirken. Dafür wurde zunächst untersucht, ob die Testsubstanzen, die als Grundstoffe für Chemikalien oder Kunststoffe weit verbreitet eingesetzt werden, einen biologischen Effekt auf Daphnia magna hervorrufen können. Daphnia magna bildet einen wichtigen Teil der Nahrungsgrundlage für größere Wasserorganismen wie z. B. Fische. Da die Wasserflöhe während ihrer eigenen Nahrungsaufnahme das belastete Wasser aufnehmen und den Fischen als Nahrung dienen, besteht der begründete Verdacht, dass die Substanzen im Fettgewebe der Fische akkumulieren und somit auch andere Lebewesen (Vögel, Menschen etc.) beeinträchtigen können. Unstrittig ist, dass durch Industrieabwasser vergleichsweise leicht endokrin wirksame Substanzen in das Oberflächenwasser gelangen können. Daher wurde für die Untersuchung das Umweltkompartiment Wasser ausgewählt. Ein anderer entscheidender Aspekt der Themenstellung ist, das bisher die Datenlage zu endokrin wirksamen Substanzen und ihrem Potential das Hormonsystem zu beeinflussen noch sehr gering ist. Daher soll mit dieser Arbeit ein Beitrag zur 3 Vgl. GREIM, 2005, S Vgl. KASE/KUNZ/GERHARDT, 2009, S Vgl. SONNENSCHEIN/SOTO, 1998, zitiert nach KASE/KUNZ/GERHARDT 2009, S Vgl. KASE/KUNZ/GERHARDT, 2009, S. 341f. 2

6 weiteren Aufklärung geleistet werden, indem das Potential der untersuchten Substanzen ermittelt wird. Im zweiten Teil der Arbeit wurde eine Risikobewertung nach der REACH- Verordnung vorgenommen werden. Die Risikobewertung umfasst dabei die Darstellung der Gefahrenquelle, die Abschätzung des Gefährdungspotentials, die Expositionsabschätzung sowie die Risikocharakterisierung. 3 Vorgehensweise Zu Beginn der Arbeit musste herausgefunden werden, für welche Substanzen eine Forschungsfrage besteht. Die Wahl fiel hier auf zwei Industriechemikalien und ein Herbizid. Die Industriechemikalien Benzylbuytlphthalat (BBP) und p- Toluidin werden vielfältig eingesetzt, z. B. als Weichmacher (BBP) oder als Zwischenprodukt für die Farbstoff- oder Pigmentherstellung (p-toluidin). Bei dem Herbizid handelte es sich um Atrazin, welches zwar in der EU verboten ist, aber in Staaten wie den USA oder Australien nach wie vor eingesetzt wird. Im Anschluss daran folgte der Versuchsaufbau sowie die Anzucht von Daphnia magna. Der Aufbau bestand u. a. aus insgesamt 40 Bechergläsern, einer Lichtquelle sowie einer Heiz- und Kühlplatte. Die Versuche dauerten jeweils 21 Tage, so dass insgesamt jede Testsubstanz mind. zweimal auf einen biologischen Effekt hin geprüft werden konnte. Nach Beendigung der Laborarbeit wurden die Ergebnisse mittels statistischer Methoden überprüft und ausgewertet. 4 Ergebnisse Bei der Testsubstanz Atrazin zeigte sich zunächst ein stimulierender Effekt, der in abgeschwächter Form auch reproduziert werden konnte. Die Prüfung von BBP hatte ebenfalls einen Effekt (Reproduktionsminderung) zeigen können, der sich allerdings nicht reproduzieren ließ. Bei der Testsubstanz p-toluidin verlief die Versuchsdurchführung ohne nennenswertes Ergebnis. Hierbei konnte kein Effekt untersucht werden, da keine Reproduktion erfolgte. Es war lediglich zu sehen, dass die mit der Testsubstanz in Kontakt gekommenen Daphnien vermutlich sehr gestresst wurden, da sie eine z. T. sehr kräftige Rotfärbung zeigten. 3

7 5 Schlagworte Endokrine Disruptoren Daphnia magna Reproduktionstest Atrazin Benzylbutylphthalat 4

8 Literaturverzeichnis Greim, H., 2005: Chemikalien mit endokrin wirksamen Potential: eine Gefährdung für die menschliche Gesundheit? Angew. Chem. 117(35), S Kase, R.; Kunz, P.; Gerhardt, A. 2009: Identifikation geeigneter Nachweismöglichkeiten von hormonaktiven und reproduktionstoxischen Wirkungen in aquatischen Ökosystemen. Umweltwissenschaften und Schadstoff-Forschung 21(4), S Sonnenschein, C.; Soto, A. M. (1998): An updated review of environmental estrogens and androgen mimics and antagonists. J. Steroid Biochem. Mol. Biol. 65(1-6), S IV