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Infoblatt Selbsthilfegruppe für Chemikaliengeschädigte Wiesbaden

Akute und chronische toxische Wirkungen von Polychlorierten Biphenylen (PCB)

PCB (polychlorierte Biphenyle) gehören zusammen mit Dioxinen und Furanen, Hexachlorbenzol, den Pestiziden Aldrin, Chlordan, DDT, Dieldrin, Endrin, Heptachlor, Mirex und Toxaphen zum sogenannten

,,Dreckigen Dutzend" der Giftstoffe, für die auf der 5. POP- Konferenz der UN im Dezember 2000 in Johannesburg ein weltweites Herstellungs- und Verwendungsverbot ausgesprochen wurde. Obwohl die Verwendung von PCB- Stoffen in offenen Systemen seit 1978 verboten ist, und sie seit 1983 in der BRD nicht mehr produziert werden, kommen sie wegen ihrer Stabilität und Anreicherung im Fettgewebe auch heute noch in hohen Konzentrationen in der Umwelt und im lebenden Gewebe vor. Giftige Langzeitwirkungen sind vor allem dort zu erwarten, wo PCB- Stoffe täglich auf Menschen Einwirken, wie dies z.B. in den mit PCB hochbelasteten Schulen der Stadt Wiesbaden der Fall ist.

Das äußere klinische Erscheinungsbild der PCB- Vergiftung (2)

Die akuten toxischen Wirkungen von PCB äußern sich u.a. in Hautausschlägen und Störungen der Leber- und Immunsystem- Funktion. Als chronische Wirkung nach langdauernder Exposition treten ständige Müdigkeit, häufige oder ständige Kopfschmerzen, Übelkeit, Taubheit einzelner Glieder, Veränderungen der Haut (Chlorakne, Pigmentbildung), chronische Bronchitis und Lungenfunktionsstörungen, chronische Entzündungen der Nebenhöhlen, im Darm und Magen, Schwellungen der Augenlider mit Eiterbildung auf. Dazu kommt nach einer neuen Studie von Svati Pantandin und Kollegen von der Erasmus- Universität Rotterdam ein deutlicher Zusammenhang zwischen PCB- Belastung der Mutter und Wachstumshemmungen, Verhaltensstörungen und Veränderungen des Immunsystems beim Kind. Die PCB- Wirkungen werden bestätigt von aktuellen Fällen der PCB- Belastung an Schulen wie z.B. der Konrad- Adenauer- Grundschule in Köln- Esch, wo bei PCB- Konzentrationen bis zu 13000 ng/m³ mehrere LehrerInnen an gleichen Symptomen erkrankt waren.

Aufnahmepfad von PCB

Bislang galt die Annahme, dass die überwiegende Menge der PCB über die Nahrung und nur ein kleinerer Teil über die Luft in den menschlichen Organismus gelangt. Blutuntersuchungen bei Lehrern, die an den Schulen hohen Luftbelastungen durch PCB ausgesetzt waren, ergaben im Vergleich zu unbelasteten Personen 2- bis 4-fach höhere PCB- Konzentrationen im Blut. Daraus ist zu schließen, dass die Menge der über die Luft aufgenommenen PCB größer ist als die über die Nahrung aufgenommene Menge, wenn die Raumluftkonzentration etwa bei 1000 ng/m³ liegt (14). Bei den über die Luft aufgenommenen PCBs treten zudem die niedrig chlorierten und hochtoxischen Kongenere in höheren Anteilen auf als bei der Aufnahme bei der Nahrung. Einige dieser niedrig chlorierten PCBs haben mit den chlorierten Dioxinen vergleichbare Eigenschaften.

Schon seit den80er Jahren ist bekannt, dass Pestizide und Luftschadstoffe bei der Aufnahme über die Luftwege generell um Zehnerpotenzen stärker wirken als nach Aufnahme über den Verdauungstrakt (11, IPS 1982). Grund: Während die PCBs nach Aufnahme über den Verdauungstrakt in der Leber metabolisiert werden, gelangen sie nach inhalativer Aufnahme über die Riechnerven direkt ins Hirn (12, 13) und schädigen dort die Hirnfunktion. Daraus folgt, dass geringere Meßwerte im Urin und Blut keine Aussage darüber liefern, wie stark ein Patient durch die eingeatmeten Schadstoffe z.B. in seinem Nervensystem geschädigt ist. Hinzu kommt, dass die über die Luft aufgenommenen PCBs weitaus gravierender sind und bislang unterschätzt wurden.

Zur Toxikologie von PCB – Zusammenfassung bisheriger Erkenntnisse

  • Allgemeines:

PCB wie auch Dioxine gehören zu den lipophilen (fettlöslichen), chlorierten Kohlenwasserstoffen, die chemisch sehr stabil sind und im Körper nur sehr langsam abgebaut werden. Sie werden im Fettgewebe gespeichert und treten von da aus in Wechselwirkung mit Zellmembranen, was sich besonders auf Nervenzellen im Gehirn schädlich auswirkt. In den Zellmembranen ,,schwimmen" wichtige Funktionsproteine wie Korken auf einer Teichoberfläche. Sie dienen u.a. der Signalübertragung zwischen den Zellen und damit der Regulation des Stoffwechsels. Wenn ein Signalmolekül an eines dieser Funktionsproteine (Rezeptor) bindet, dann ziehen diese Proteine zu einem Klumpen zusammen und lösen auf der Membraninnenseite ein weiteres Signal aus.

Die PCB und Dioxin- Moleküle passen von ihrer Größe und Struktur her gut in die Zellmembran und verweilen dort. Dabei behindern sie das Zusammenschwimmen der Funktionsproteine. Folge: Die Funktionen der Signalübertragung zwischen den Zellen sind gestört und somit die gesamte Informationsübertragung zwischen den Zellen, wie sie z.B. bei der Erregungsleitung der Nervenzellen stattfindet. So kommt es u.a. zu Ausfallerscheinung der Gehirn- und Nervenfunktionen (9, Scholz, R., 2001). Niederchlorierte PCB sind reaktiver und werden im Organismus schneller abgebaut, jedoch kann der Metabolismus zu Zwischenprodukten (Arenoxide) führen, die stärker toxisch sind als die Muttersubstanz, und die im Verdacht stehen, in der Erbsubstanz Mutationen auszulösen (5, Robertson, 1993).

Je mehr Chloratome im Molekül vorhanden sind, desto geringer ist die Entgiftungsaktivität in der Leber. Ab acht Chloratomen findet überhaupt keine Entgiftung mehr statt, und die PCBs werden im Fettgewebe deponiert. Auch die Entgiftungsreaktionen in der Leber erzeugen hochtoxische Metaboliten. So bildet das Entgiftungsenzym P450 2B1 aus PCB das toxische Arenoxid. Dieses besitzt radikalische Eigenschaften und ist somit hochreaktiv, kann daher mit der körpereigenen Erbsubstanz DNS sowie mit der RNS und Proteinen reagieren und deren biologischen Funktionen inaktivieren. In der zweiten Phase der Entgiftung wird das Arenoxid an Glutathion, Glurkuron- oder Schwefelsäure gekoppelt und/oder auch hydroxyliert. Die dadurch entstanden PCB- Produkte kann der Körper leichter ausscheiden. Andererseits senken die hydroxylierten PCB- Metabolite über die Bindung an ein Transportprotein die Thyroxin- Konzentration im Blut und können somit für Schilddrüsen- Funktionsstörungen verantwortlich sein (10, Waller et al., 1999).

  • Mutagenität:
Chromosomenbrüche in menschlichen Lymphozyten entstehen dosisabhängig durch Gemische verschiedener PCB- Kongenere, wie z.B. PCB 77 und 52, die sich gegenseitig in der Wirkung verstärken. Schäden an der DNS durch andere Schadstoffe werden durch PCB verstärkt. (2)
  • Krebserzeugung:

Bei Versuchstieren wurden dosisabhängig verschiedene Krebsarten von PCB ausgelöst:

Leber-, Lymphknoten-, Darmkrebs und Leukämien.

Fallstudien beim Menschen zeigen Korrelationen von Brustkrebs, Non-Hodgkin-Lymphom mit

dem PCB- Gehalt im Blut oder im Fettgewebe. Dabei sollen die höher-chlorierten, nicht- planaren PCBs besonders wirksam sein.

Nach WHO besteht ein ,,begründeter Verdacht auf krebserzeugendes Potential und fruchtschädigende Wirkung". (2)

  • Hormonähnliche Wirkungen (nach 2):

  1. Östrogenartige und antiöstrogenartige Wirkungen, je nach Art des PCB- Kongeners.
  2. Die PCB- Moleküle binden und aktivieren oder blockieren die Östrogen-Rezeptoren in den Geschlechtsdrüsen. Folge: Verminderte Fruchtbarkeit, erhöhtes Risiko für Brustkrebs. Dabei haben die niedrig- chlorierten PCB- Kongenere eine stärkere Wirkung.

  3. Störung der Schilddrüsen- Funktionen, dabei am häufigsten eine Abnahme des T4- Thyroxins im Blut. Diesem Effekt geht eine bis zu 5-fache Zunahme des Schilddrüsen- stimulierenden- Hormons (TSH) voraus (1). Die Schilddrüsen- Follikel zeigen Vergrößerungen. Der Effekt wird auch von dem nicht koplanaren PCBs hervorgerufen.

Ferner wird die Jod- Aufnahme und die Thyroxin- Synthese vermindert.

Folge: Chronischer Thyroxin- Mangel, Vergrößerung der Schilddrüse, Knotenbildung und Struma. Der Mangel an Schilddrüsenhormon kann langfristig zu verminderter Stoffwechselintensität auch in Nervenzellen führen. Folge: Die typischen PCB-Symptome: Chronische Müdigkeit, Abgeschlagenheit und verminderte geistige Leistungsfähigkeit.

  • Wirkung auf Stoffwechsel und Enzyme

PCBs verändern Menge und Aktivität von einer Vielzahl am Stoffwechsel beteiligter Enzyme.

Durch die Bindung von koplanaren PCB- Kongeneren an den Ah- Rezeptoren (Arylhydrocarbon- Rezeptor) an der Zellmembran werden vermehrt Enzyme gebildet (Enzyminduktion), die den gesamten Zellstoffwechsel aus dem Gleichgewicht bringen. Dazu gehört insbesondere das Enzym Arylhydrocarbon- Hydrolase in der Leber, sowie eine Reihe weiterer am Abbau von Kohlenwasserstoffen beteiligter Enzyme, wie z.B. die Cytrochrom P450- abhängigen Oxigenasen, die am körpereigenen Entgiftungsmechanismus beteiligt sind. Diese Enzyme wandeln außerdem verschiedene aromatische Verbindungen wie z.B.Benzo-a-Pyren und Amino- Anthracen in toxische Metaboliten um. Dabei entstehen u.a. giftige Epoxide, die auch Krebs auslösen können. Somit erweisen sich die PCB- Gemische als zusammen mit anderen Schadstoffen als synergistisch wirkende Gifte, die deren Toxizität verstärken, indem sie in der Leber die dazu benötigten Enzyme induzieren (4).

Die Wirkung auf den Ah- Rezeptor gilt als typisches Merkmal von dioxionähnlichen Giftstoffen. Koplanare PCBs haben mit den Dioxinen verwandte Struktur und zeigen folglich auch einen den Dioxinen ähnlichen Wirkungsmechanismus.

  • Organschäden:

Pathologische Veränderungen in Leber, Nieren und im Magen- Darmtrakt wurden als Folge von Langzeit- Expositionen zu PCB- Gemischen beobachtet.

  • Neurotoxische Effekte

Nach neueren Befunden wird der Stoffgruppe der PCB große Bedeutung für neurotoxische Wirkungen zugemessen (7, Sahwky Hafez Habash, 2001). So wurden bei Kindern und Jugendlichen als Folge einer PCB- und/oder Dioxinbelastung Entwicklungsstörungen nachgewiesen, die Lernstörungen, Verminderung der Intelligenz und aggressives Verhalten zur Folge hatten (8, Schettler et al., 2000).

Durch den Thyroxin- Mangel sollen negative Effekte auf Gehirn und Nervenfunktionen verursacht werden, was insbesondere Auswirkungen auf die Entwicklung von Intelligenz und Lernfähigkeit bei Kindern hat. Ein deutlicher Zusammenhang zwischen PCB- Belastung der Mutter und Wachstumshemmung und Verhaltensstörung beim Kind wurde in verschiedenen Studien aufgezeigt (16).

Ferner wurde eine Hemmung der Dopamin- Produktion sowie der Calcium- Rückresorption in Nervenzellen des Hirnstamms nachgewiesen. Niederchlorierte PCB, wie z.B. 2,5,2‘5‘- Verbindungen, reduzieren signifikant den Dopamin- Gehalt im Gehirn (6, Seegal, 1993).

Arochlor 1016, nicht aber Arochlor 1260, reduziert die Dopaminkonzentration in der Substantia Nigra des Gehirns. Diese Wirkungen erfolgen unabhängig von der bisher hauptsächlich propagierten Wirkung der koplanaren PCB- Kongenere auf den Arylhydrocarbon- Rezeptor (Ah- Rezeptor).

Dopamin spielt als Transmitterstoff im Gehirn eine wichtige Rolle. Es reguliert u.a. die Hormonausschüttung des Hypophysen-Vorderlappens und ist ferner an der Regulation der motorischen Nervenfunktionen beteiligt. Dopaminmangel führt bekanntlich zu Symptomen der Parkinson- Krankheit, die durch Muskelzittern an den Extremitäten gekennzeichnet ist. Bislang ist noch nicht klar, ob PCBs an der Auslösung der Parkinson- Krankheit beteiligt sind. Außerdem fördert Dopaminmangel eine Disposition zu andauernder depressiver Gemütslage.

Dazu kommen noch die für alle zyklischen chlorierten Kohlenwasserstoffe typischen schädlichen Wirkungen auf Nervenzellen: Die Fremdstoffe lagern sich in die Membranen der Nervenzellen ein und behindern dadurch deren Funktion bei der Weiterleitung von Nervensignalen. Folge: Verlangsamte Informationsverarbeitung im Gehirn, dadurch verlangsamte Reaktionsfähigkeit, ,,retardierte Intelligenz", Müdigkeit, Schlaflosigkeit, gestörte vegetative Regulation der Organfunktionen, ,,multiples Chemikaliensyndrom".

Bei PCB- Belastung wird häufig das sogenannte Chronische Erschöpfungssyndrom beobachtet. Dabei sind u.a. auch Störungen des Kurzzeitgedächtnisses typisch. Diese lassen sich nach neuen Erkenntnissen der Gehirnforschung dadurch erklären, dass das Riechhirn eine wesentliche Funktion für die Übertragung von Informationen aus dem Kurzzeit- ins Langzeitgedächtnis hat (15, Fernandez, G., 2001). Das Riechhirn wird aber bei hohen PCB- Konzentrationen in der Atemluft besonders stark geschädigt, da der Aufnahmepfad für PCB direkt über das Riechepithel in der Nase und den Riechnerv zum Riechhirn verläuft. (13, Apfelbach et al., 1998). Damit im Zusammenhang steht möglicherweise auch eine in zwei verschiedenen Studien nachgewiesene Verzögerung der geistigen und motorischen Entwicklung bei Kindern. ( 16,Patandin et al.,1999, 19, Walkowiak et al., 2001). PCB- Stoffe können die Blut- Plazenta- Schranke durchdringen und danach direkt auf die sich entwickelten Nervenzellen des Gehirns im Fötus schädigend einwirken. Somit ist nicht verwunderlich, dass PCBs einen negativen Effekt auf Lernfähigkeit, Gedächtnis und motorische Aktivitäten haben (20). Der Zusammenhang zwischen der PCB- Belastung der Muttermilch und der verminderten geistigen Entwicklung der Kleinkinder war statistisch eindeutig. Dabei war das Ausmaß der Intelligenzentwicklungsstörung sogar abhängig von den gemessenen PCB- Konzentrationen. Der Effekt trat pränatal und postnatal auf. Aus den gefundenen Dosis- Wirkungsbeziehungen wurde geschlossen, dass schon die gegenwärtige Hintergrundbelastung mit PCB schädlich auf die geistig- motorische Entwicklung wirkt.

Schließlich bewirkt PCB schwere funktionale Schäden im Gehirn, wie mit Verfahren der Computer- Tomographie (PET, SPECT) nachgewiesen wurde (17, Bartenstein, 1998, 18, Heuser und Mena, 1999). Im Computerbild waren Hirnbereiche zu sehen, bei denen die Durchblutung stark herabgesetzt bis völlig ausgeschaltet ist, während bei unbelasteten Personen die Gehirndurchblutung völlig gleichmäßig erschien. Diese im Computerbild sichtbaren Gehirnregionen mit Mangeldurchblutung werden als Läsionen Gedeutet, die auf gefäßzerstörende und neuro- degenerative Vorgänge zurückzuführen seien. PCB steht also im dringenden Verdacht, bei chronischer Einwirkung eine Paralyse des Gehirns zu verursachen.

  • Wirkungen auf das Immunsystem

PCB- Gemische lösen Veränderungen der lymphatischen Organe, wie Rückbildung der Thymusdrüse, verminderte Bildung von Immunabwehrzellen im Rückenmark, Verkleinerung und Rückbildung der Milz und der Lymphfollikel in den Lymphknoten aus. Diese Effekte treten dosisabhängig von der PCB- Menge auf und schwächen die Funktionen des Immunsystem bei der Abwehr von Infektionskrankheiten deutlich. Dazu kommen die kürzlich u.a. von Prof. Huber und Mitarb. nachgewiesenen Wirkungen auf die Funktion einzelner Immunabwehrzellen (Lymphozyten) : erniedrigte Zahl der T- Lymphozyten, niedrigere Gamma- Interferon- Spiegel sowie Interleukin- 4- Spiegel (3). Folge: Erhöhte Rate von allen Infektionskrankheiten, wie Erkältungen, Virus- und Bakterieninfektionen.

 

 

Literatur (Auswahl):

  1. Hansen, L.G. (1998): Stepping backward to improve assessment of PCB congener toxicities. Environmental Health Perspectives. 106, Supplement 1, Feb. 1998.
  2. Polychlorierte Biphenyle (PCB) – begrenzter Nutzen, grenzenloser Schaden. Broschüre, Verein f. Umwelt- und Arbeitsschutz, Bauernstr. 2, 28203 Bremen, Fax 0421-707472
  3. Huber, W., et al.: Assoziationen von PVB, HCH und HCB Blutspiegel mit zellulären und humoralen Immunfunktionen. Posterpräsentation 4. Jahrestagung ISEM 29.9.00
  4. Mersch Sundermann et al. (1996): Das kogenotoxische Potential von PCB- Gemischen aus kindlichem Fettgewebe. Gesundheitswesen 58, 400-405
  5. Robertson, L.W.: Mechanisms of carcognesis – Halogenated Biphenyls. Crisp Data Base National Institute of Health, US Department of Health and Human Services, Public Health Service, 1993
  6. Seegal, R.: in Workshop Report on developmental neurotoxic effects associated with exposure to PCBs, EPA (eds.), EPA/630/R-92/004, May 1993, zit. nach FoBiG- Gutachten für die GEW, Landesverband Hessen vom 23.08.1994
  7. Sawky Hafez Habash, Zeitschrift für Umweltmedizin 4, 2001, 226
  8. Schettler, T. et al.: In harm’s way: Toxic threats to child development. Cambrigde, Mass., Greater Boston Physicians for Social Responsibility (GBPSR) (2000). Im Internet.
  9. Scholz, R., auf dem 4. Norddeutschen Umweltsymposium in Kiel, in Umweltmedizin 3, (2001) 146.
  10. Waller, S.C., He, Y.A., Harlow, G.R., He, Y.Q., Mash, E.A., Halpert, J.R.: 2,2΄.3,3΄,6,6΄-hexachlorobiphenyl hydroxylation by active site mutants of cytochrome P450 2B11. Chem. Res. Toxicol. 12,8 (1999) 690-699
  11. IPS, Industrieverband Pflanzenschutz (1982): Wirkstoffe in Pflanzenschutz- und Schädlingsbekämpfungsmitteln, Physikalisch chemische und toxikologische Daten. Pressehaus Binzverlag, Offenbach, 1982
  12. Fabig, K.R.: (1990): ZNS- Schäden durch Umweltgifte: SEPT. In: Daunderer: Handbuch der Umweltgifte, II-3.3.4: 4-24. Ecomed- Verlag Landsberg, 1990
  13. Apfelbach, R., et al. (1998): The olfactory system as a portal of entry for airbone polychlorinated biphenyls (PCB) to the brain? Arch. Toxicol. 72, 314 (1998)
  14. Köster, D., (2001): Während einer Schulsanierung erhobene PCB- Blutwerte bei Lehrern und Schülern – eine vergleichbare Untersuchung. Umwelt – Medizin – Gesellschaft 14, Nr. 4, 2001, 301- 304
  15. Fernandez, G., Epilepsie- Klinik der Universität Bonn, zit. in Spiegel 52, 22.12.01. 174f..
  16. Patandin, Svati, Wilhelm Erdmann, Pieter J.J. Sauer, Nynke Weisglas- Kuperus: Umweltbedingte Belastungen mit PCBs und Dioxinen: Folgen für das Wachstum und die Entwicklung von Kindern im frühen Lebensalter.
  17. Bartenstein, P., et al.: Rolle der Positronen- Emissions- Tomographie (PET) und Single- Photon- Emissions- Tomographie (SEPCT) bei der sogenannten ,,Multiple Chemical Sensitivity" (MCS). Nuklearmedizin 38 (1999) 297-301
  18. Heuser, G., Mena, I. (1998): Neurospect in Neurotoxic Chemicals Exposure Demonstration of Longterm Functional Abnormalities. Toxicology and Industrial Health 14, No.6 (Deutsche Übersetzung Bundssprachenamt – Referat SM II 2, Auftragsnummer E2556)
  19. Walkowiak, J., Jörg-A. Wiener, Annemarie Fastenabend; Birger Heinzow, Ursula Krämer, Eberhard Schmidt, Hans-J. Steingruber, Sabine Wundram, Gehard Winneke: Environmental exposure to polychlorinated biphenyls and quality of the home environment: effects on psychodevelopment in early childhood. The Lancet Vol. 358, No. 9293, 1602-1607 (2001).
  20. Tilson, H.A. et al. (1990): Polychlorinated biphenyls and the developing nervous system: cross species comparison. Neurotoxicol. Teratol. 12 (1990), 239-248

 

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