Human-Biomonitoring

Unter Human-Biomonitoring (HBM) versteht man die Bestimmung von Fremdstoffen im Blut, Urin und Speichel des Menschen. Zudem stellen auch Muttermilchuntersuchungen einen wichtigen Teil des HBM dar. Diese Untersuchungen spiegeln sowohl die Belastung der Mütter als auch die Schadstoffexposition der Kleinkinder wider. Die modernen Analyseverfahren des LGL weisen Fremdstoffe in Konzentrationen nach, die im Nanogramm pro Liter Bereich liegen. Diese Konzentrationen entsprechen in etwa einem Zuckerwürfel, der in einem mittelgroßen Stausee gelöst ist. Die Analyseverfahren liefern somit auch bei sehr niedrigen Nachweisgrenzen aussagekräftige Ergebnisse.

Das HBM hat sich zu einem wichtigen Instrument in der Umwelt- und Arbeitsmedizin entwickelt, mithilfe dessen die tatsächliche vom Menschen aufgenommene und damit relevante Menge gesundheitsschädlicher Fremdstoffe ermittelt werden kann (interne Exposition). Ein gesundheitliches Risiko ergibt sich aus dem Produkt der internen Exposition gegenüber einem Fremdstoff und seiner Giftigkeit. So birgt ein sehr giftiger Stoff auch dann kein gesundheitliches Risiko, wenn der Mensch diesen Stoff nicht aufnimmt (Exposition ist null). Daher ist die Ermittlung der internen Exposition von besonderer Bedeutung.

Human-Biomonitoring in der Umweltmedizin

Unter dem Oberbegriff Human-Biomonitoring oder "biological monitoring" werden derzeit drei verschiedene Monitoring-Arten zusammengefasst [DGAUM 2004]:

  • Belastungsmonitoring
  • Effektmonitoring
  • Suszeptibilitätsmonitoring

In diesem Zusammenhang ist das Human-Biomonitoring eingebettet in ein System zur Erfassung und Überwachung von Umwelteinflüssen auf den Menschen (siehe folgende Tabelle1) und vervollständigt die im Umweltmonitoring erhobenen Daten zur äußeren Exposition.

Unter Belastungsmonitoring bezeichnet man Messungen der Konzentration von Fremdstoffen oder deren Stoffwechselprodukten (Metabolite) in humanbiologischen Materialien wie Blut, Urin oder Zähnen. Das Belastungsmonitoring dient somit als Maß für die tatsächlich vom Organismus aufgenommene Schadstoffdosis über alle Aufnahmepfade und spiegelt zudem die individuellen Besonderheiten bezüglich der Aufnahme, Speicherung, Metabolisierung und Ausscheidung des Fremdstoffes im menschlichen Organismus wieder.

Beim Effektmonitoring werden biologische Parameter gemessen, die auf Belastungen durch Fremdstoffe reagieren oder deren Wirkung anzeigen. Es beinhaltet die die quantitative Erfassung von Reaktionen und Wechselwirkungen des Fremdstoffs mit Proteinen, Nukleinsäuren (z. B. Hämoglobin- und DNA-Addukten bei der Belastung mit kanzerogenen Substanzen) und anderen funktionellen Biomolekülen des Organismus.

Das Messen von modulierenden Eigenschaften bestimmter Gene bzw. Gengruppen auf den Metabolismus und die Toxizität von Fremdstoffen bezeichnet man als Suszeptibilitätsmonitoring [DGAUM 2004]. Beispiele für Suszepibilitätsmonitoring in der Medizin sind die Modulation der Expression von Tumor-Suppressorgenen oder Wachstumsfaktoren [Vainio 2001]. Auch die Bestimmung von Enzymen des Phase I- (z. B. Cytochrom P450-Isoenzyme) und Phase II-Stoffwechsels (z. B. Glutathion-S-Transferasen) zählen zum Suszeptibilitätsmonitoring [Hallier 2000].

Tabelle 1: Überwachung von Schadstoffbelastungen und schadstoffbedingten Wirkungen
Äußere Belastung Schadstoffe in Umweltmedien, Lebensmitteln, Bedarfsgegenständen, Verbraucherprodukten und Baumaterialien Umwelt-Monitoring; Lebensmittel-Monitoring; Prüfung und Überwachung von Bedarfsgegenständen
Innere Belastung Schadstoffe und Metabolite im menschlichen Organismus Belastungsmonitoring
Beanspruchung (biochemische, biologische und subklinische Effekte) Abweichung biologischer Messgrößen von der Norm;
Reaktionsprodukte mit Biomaterialien		 Effekt-Monitoring
Suszepibilitätsmonitoring
Gesundheitsstörung,
Erkrankung		 Individualmedizinische Diagnostik,
Morbidität, Mortalität		 Kasuistik
Epidemiologie
Health Surveillance

Modifiziert nach [Ewers und Wilhelm, 2001 und DGAUM 2004]

In der Umwelttoxikologie/Umweltmedizin und Umweltepidemiologie gehört das Human-Biomonitoring zum gängigen Instrumentarium bei der Abschätzung der tatsächlich aufgenommenen Schadstoffmengen und des damit verbundenen Gesundheitsrisikos sowohl bei Einzelnen als auch Bevölkerungsgruppen. Es kann darüber hinaus zur Expositionskontrolle von Einzelpersonen dienen, um nach ergriffenen Maßnahmen eine Minderung der inneren Exposition zu belegen. Das Human-Biomonitoring kann aber auch zur Beobachtung der Auswirkungen von Umwelteinflüssen auf die menschliche Gesundheit eingesetzt werden. Dazu werden Entwicklungstrends von bestimmten Schadstoffen (z. B. Blei im Blut) in bestimmten Regionen und über bestimmte Zeitintervalle beobachtet. Das Effekt-Monitoring hat einen besonderen Stellenwert bei der Bewertung des Gesundheits- bzw. Krebsrisikos genotoxischer bzw. kanzerogener Schadstoffe (z. B. aromatische Amine).

Als biologische Materialien werden in der Regel Blut und Urin, im Einzelfall aber auch Ausatemluft (z. B. Perchlorethylen) und Speichel benutzt. Bei speziellen Fragestellungen kommen Muttermilch, Haare, Zähne und Nägel und sehr selten Material aus invasiven oder nicht-invasiven Eingriffen wie z. B. Fettgewebe, abgeschilferte Zellen der Mundschleimhaut, Zellen des Nieren- und Blasenepithels oder des Lungengewebes in Frage.