Umweltbiologie

Umwelttoxikologie ist die wissenschaftliche Untersuchung der gesundheitlichen Auswirkungen, die mit der Exposition gegenüber toxischen Chemikalien (Tabelle 1) verbunden sind, die in der Natur, am Arbeitsplatz und im Wohnumfeld vorkommen. Der Begriff beschreibt auch das Management von Umweltgiften und Toxizität sowie die Entwicklung von Schutzmaßnahmen für Mensch und Umwelt.

Wege der Exposition gegenüber Chemikalien

Um gesundheitliche Probleme zu verursachen, müssen Chemikalien in den Körper gelangen. Es gibt drei wichtige „Expositionswege“ oder Wege, wie eine Chemikalie in Ihren Körper gelangen kann.

• Atmung (Inhalation): Einatmen von chemischen Gasen, Nebeln oder Stäuben, die sich in der Luft befinden.
• Haut- oder Augenkontakt: Wenn Chemikalien auf die Haut oder in die Augen gelangen. Sie können die Haut schädigen oder durch die Haut in den Blutkreislauf gelangen.
• Verschlucken (Ingestion): Dies kann passieren, wenn Chemikalien verschüttet werden oder sich auf Lebensmitteln, Getränken, Zigaretten, Bärten oder Händen absetzen.

Sobald Chemikalien in den Körper gelangt sind, können einige von ihnen in den Blutkreislauf gelangen und innere „Ziel“-Organe wie die Lunge, die Leber, die Nieren oder das Nervensystem erreichen.

Welche Formen nehmen Chemikalien an?

Chemische Stoffe können in verschiedenen Formen auftreten. Sie können in Form von Feststoffen, Flüssigkeiten, Stäuben, Dämpfen, Gasen, Fasern, Nebeln und Rauchen vorliegen. Die Form einer Substanz hat viel damit zu tun, wie sie in den Körper gelangt und welche Schäden sie verursachen kann. Eine Chemikalie kann auch ihre Form ändern. So können beispielsweise flüssige Lösungsmittel verdampfen und Dämpfe freisetzen, die Sie einatmen können. Manchmal liegen Chemikalien in einer Form vor, die man nicht sehen oder riechen kann, so dass sie nicht leicht aufzuspüren sind.

Welche gesundheitlichen Auswirkungen können Chemikalien verursachen?

Eine akute Auswirkung eines Schadstoffs (der Begriff „Schadstoff“ steht für gefährliche Stoffe, Schadstoffe, Verschmutzung und Chemikalien) tritt schnell auf, nachdem man einer großen Menge dieses Stoffs ausgesetzt war. Eine chronische Auswirkung eines Schadstoffs ist das Ergebnis einer Exposition gegenüber kleinen Mengen eines Stoffs über einen langen Zeitraum. In einem solchen Fall ist die Wirkung möglicherweise nicht sofort offensichtlich. Chronische Wirkungen sind schwer zu messen, da die Auswirkungen möglicherweise erst nach Jahren sichtbar werden. Man geht davon aus, dass langfristiges Zigarettenrauchen, geringe Strahlenbelastung und mäßiger Alkoholkonsum chronische Auswirkungen haben.

Seit Jahrhunderten wissen die Wissenschaftler, dass so gut wie jeder Stoff in ausreichenden Mengen toxisch ist. Zum Beispiel benötigen lebende Organismen kleine Mengen von Selen, um richtig zu funktionieren, aber große Mengen können Krebs verursachen. Die Wirkung einer bestimmten Chemikalie auf eine Person hängt von der Dosis (Menge) der Chemikalie ab. Diese Beziehung wird häufig durch eine Dosis-Wirkungs-Kurve veranschaulicht, die das Verhältnis zwischen der Dosis und der Reaktion der Person zeigt. Die für den Menschen tödliche Dosis wurde für viele Stoffe anhand von Informationen aus Aufzeichnungen über Tötungsdelikte, versehentliche Vergiftungen und Tierversuche ermittelt.

Eine Dosis, die für 50 % einer Population von Versuchstieren tödlich ist, wird als tödliche Dosis-50 % oder LD-50 bezeichnet. Die Bestimmung der LD-50 ist für neue synthetische Chemikalien erforderlich, um ein Maß für ihre Toxizität zu erhalten. Eine Dosis, die bei 50 % einer Population eine signifikante Reaktion hervorruft (z. B. Haarausfall, Entwicklungsverzögerung), wird als effektive Dosis-50 % oder ED-50 bezeichnet. Einige Toxine haben einen Schwellenwert, unterhalb dessen keine offensichtlichen Auswirkungen auf die exponierte Bevölkerung auftreten.

Umweltschadstoffe

Die Verunreinigung der Luft, des Wassers oder des Bodens mit potenziell schädlichen Substanzen kann jede Person oder Gemeinschaft betreffen. Bei den Schadstoffen (Tabelle 2) handelt es sich häufig um Chemikalien, die in der Umwelt in größeren Mengen vorkommen, als dies in der Natur der Fall wäre. Wir können diesen Schadstoffen aus einer Vielzahl von privaten, gewerblichen und industriellen Quellen ausgesetzt sein. Manchmal treten schädliche Umweltschadstoffe auch biologisch auf, z. B. durch Schimmel oder eine giftige Algenblüte.

Ein Überblick über einige häufige Schadstoffe

Arsen ist ein natürlich vorkommendes Element, das normalerweise in unserer Umwelt in Wasser, Boden, Staub, Luft und Lebensmitteln vorhanden ist. Die Arsenkonzentration kann aufgrund landwirtschaftlicher und industrieller Aktivitäten sowie natürlicher geologischer Prozesse regional variieren. Arsen aus der Landwirtschaft und der Verhüttung bindet sich in der Regel stark an den Boden und verbleibt vermutlich über Hunderte von Jahren in der Nähe der Bodenoberfläche, was eine langfristige Expositionsquelle darstellt. Holz, das mit chromatiertem Kupferarsenat (CCA) behandelt wurde, findet sich häufig in Terrassen und Geländern in bestehenden Häusern und in Außenanlagen wie Spielplatzgeräten. Einige unterirdische Grundwasserleiter befinden sich in Gesteinen oder Böden, die von Natur aus einen hohen Arsengehalt aufweisen.

Das meiste Arsen gelangt durch die Aufnahme von Nahrung oder Wasser in den Körper. Arsen im Trinkwasser ist in vielen Ländern der Welt ein Problem, darunter Bangladesch, Chile, China, Vietnam, Taiwan, Indien und die Vereinigten Staaten. Arsen kann auch in Lebensmitteln wie Reis und einigen Fischen vorkommen, wo es durch die Aufnahme aus dem Boden und dem Wasser vorhanden ist. Es kann auch durch das Einatmen von arsenhaltigem Staub in den Körper gelangen. Forscher haben herausgefunden, dass Arsen, selbst in geringen Mengen, das Hormonsystem des Körpers beeinträchtigen kann. Arsen ist auch ein bekanntes Karzinogen für den Menschen, das mit Haut-, Lungen-, Blasen-, Nieren- und Leberkrebs in Verbindung gebracht wird.

Quecksilber ist ein natürlich vorkommendes Metall, eine nützliche Chemikalie in einigen Produkten und ein potenzielles Gesundheitsrisiko. Quecksilber kommt in verschiedenen Formen vor; die Arten, denen Menschen normalerweise ausgesetzt sind, sind Methylquecksilber und elementares Quecksilber. Elementares Quecksilber ist bei Raumtemperatur eine glänzende, silberweiße Flüssigkeit, die einen schädlichen, geruchlosen Dampf erzeugen kann. Methylquecksilber, eine organische Verbindung, kann sich im Körper von langlebigen Raubfischen anreichern. Um Quecksilber aus dem Fisch, den wir essen, und aus der Luft, die wir atmen, fernzuhalten, ist es wichtig, quecksilberhaltige Produkte zur Entsorgung in eine Sondermülldeponie zu bringen. Zu den handelsüblichen Produkten, die geringe Mengen Quecksilber enthalten, gehören Leuchtstoffröhren und Knopfzellenbatterien.

Obwohl Fisch und Schalentiere viele ernährungsphysiologische Vorteile haben, erhöht der Verzehr großer Mengen Fisch die Quecksilberbelastung einer Person. Schwangere Frauen, die regelmäßig quecksilberhaltigen Fisch essen, laufen Gefahr, ihre sich entwickelnden Föten dauerhaft zu schädigen. Die Kinder dieser Mütter können motorische Schwierigkeiten, sensorische Probleme und kognitive Defizite aufweisen. Abbildung 1 zeigt die typischen (durchschnittlichen) Quecksilbermengen in häufig verzehrten kommerziellen und sportlich gefangenen Fischen.

Bisphenol A (BPA) ist eine Chemikalie, die in großen Mengen synthetisiert und hauptsächlich zur Herstellung von Polycarbonatkunststoffen und Epoxidharzen verwendet wird. Polycarbonat-Kunststoffe werden in vielen Bereichen eingesetzt, u. a. in einigen Lebensmittel- und Getränkeverpackungen, z. B. in Wasser- und Babyflaschen, Compact Discs, stoßfesten Sicherheitsausrüstungen und medizinischen Geräten. Epoxidharze werden als Lacke zur Beschichtung von Metallprodukten wie Konservendosen, Flaschenverschlüssen und Wasserleitungen verwendet. Einige zahnmedizinische Versiegelungen und Komposite können ebenfalls zur BPA-Exposition beitragen. Die Hauptquelle der BPA-Exposition ist für die meisten Menschen die Ernährung. Bisphenol A kann aus den schützenden Epoxidharz-Innenbeschichtungen von Lebensmittelkonserven und aus Konsumgütern wie Polycarbonat-Geschirr, Lebensmittelbehältern, Wasserflaschen und Babyflaschen in Lebensmittel übergehen. Das Ausmaß, in dem BPA aus Polycarbonatflaschen in Flüssigkeiten übergeht, hängt möglicherweise eher von der Temperatur der Flüssigkeit oder der Flasche als vom Alter des Behälters ab. BPA kann auch in der Muttermilch gefunden werden.

Phthalate sind eine Gruppe synthetischer Chemikalien, die verwendet werden, um Kunststoff und Vinyl weicher und flexibler zu machen. Polyvinylchlorid wird durch den Zusatz von Phthalaten weicher und flexibler gemacht. Phthalate werden in Hunderten von Konsumgütern verwendet. Phthalate werden in Kosmetika und Körperpflegeprodukten verwendet, darunter Parfüm, Haarspray, Seife, Shampoo, Nagellack und Feuchtigkeitscremes für die Haut. Sie werden in Konsumgütern wie flexiblem Plastik- und Vinylspielzeug, Duschvorhängen, Tapeten, Vinyl-Miniblinds, Lebensmittelverpackungen und Plastikfolien verwendet. Eine Exposition gegenüber geringen Mengen an Phthalaten kann durch den Verzehr von Lebensmitteln entstehen, die in phthalathaltigem Kunststoff verpackt sind, oder durch das Einatmen von Staub in Räumen mit phthalathaltigen Vinyl-Minibinds, Tapeten oder kürzlich verlegten Fußböden. Wir können Phthalaten ausgesetzt sein, wenn wir phthalathaltiges Wasser trinken. Phthalate stehen im Verdacht, das Hormonsystem zu stören.

Blei ist ein Metall, das natürlich in den Gesteinen und im Boden der Erdkruste vorkommt. Es entsteht auch bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Kohle, Öl, Benzin und Erdgas, im Bergbau und in der Industrie. Blei hat keinen charakteristischen Geschmack oder Geruch. Das chemische Symbol für elementares Blei ist Pb. Blei wird zur Herstellung von Batterien, Rohren, Dächern, wissenschaftlichen elektronischen Geräten, militärischen Ortungssystemen, medizinischen Geräten und Produkten zur Abschirmung von Röntgen- und Kernstrahlen verwendet. Es wird in Keramikglasuren und Kristallglaswaren verwendet. Wegen gesundheitlicher Bedenken wurden Blei und Bleiverbindungen 1978 aus Hausfarben, 1986 aus Lötzinn für Wasserleitungen, 1995 aus Benzin, 1996 aus Lötzinn für Konservendosen und 1996 aus zinnbeschichteter Folie für Weinflaschen verbannt. Die U.S. Food and Drug Administration hat einen Grenzwert für die Menge an Blei festgelegt, die in Keramik verwendet werden darf.

Blei und Bleiverbindungen werden als „wahrscheinlich krebserregend für den Menschen“ eingestuft. Sie können fast alle Organe und Systeme im Körper angreifen. Es kann gleichermaßen schädlich sein, wenn es eingeatmet oder verschluckt wird. Der Teil des Körpers, der am empfindlichsten auf Bleiexposition reagiert, ist das zentrale Nervensystem, insbesondere bei Kindern, die anfälliger für Bleivergiftungen sind als Erwachsene. Ein Kind, das große Mengen Blei verschluckt, kann Hirnschäden entwickeln, die zu Krämpfen und zum Tod führen können; das Kind kann auch eine Blutanämie, Nierenschäden, Koliken und Muskelschwäche entwickeln. Wiederholte geringe Bleibelastungen können das normale geistige und körperliche Wachstum eines Kindes beeinträchtigen und zu Lern- oder Verhaltensproblemen führen. Bei schwangeren Frauen kann eine hohe Bleibelastung zu Fehlgeburten, Frühgeburten und kleineren Babys führen. Wiederholte oder chronische Exposition kann dazu führen, dass sich Blei im Körper anreichert und zu einer Bleivergiftung führt.

Formaldehyd ist ein farbloses, entflammbares Gas oder eine Flüssigkeit mit einem stechenden, erstickenden Geruch. Es handelt sich um eine flüchtige organische Verbindung, d. h. um eine organische Verbindung, die sich leicht in Dämpfe oder Gase verwandelt. Es wird auch auf natürliche Weise in kleinen, harmlosen Mengen im menschlichen Körper produziert. Wir können Formaldehyd in erster Linie durch das Einatmen von Luft, die es enthält, ausgesetzt sein. Formaldehyd wird in die Luft freigesetzt durch die Industrie, die Formaldehyd verwendet oder herstellt, durch Holzprodukte (z. B. Spanplatten, Sperrholz und Möbel), Autoabgase, Zigarettenrauch, Farben und Lacke sowie Teppiche und permanent gepresste Stoffe. Nagellack und handelsübliche Bodenbeläge emittieren Formaldehyd.

Strahlung

Strahlung ist Energie, die von Atomen abgegeben wird und uns überall umgibt. Wir sind jeden Tag Strahlung aus natürlichen Quellen wie Erde, Gestein und Sonne ausgesetzt. Wir sind auch der Strahlung von künstlichen Quellen wie medizinischen Röntgenstrahlen und Rauchmeldern ausgesetzt. Sogar auf Überlandflügen, beim Fernsehen und sogar bei einigen Baumaterialien sind wir einer geringen Strahlung ausgesetzt. Strahlung kann man nicht sehen, riechen oder schmecken. Einige Arten von radioaktivem Material sind gefährlicher als andere. Daher ist es wichtig, sorgfältig mit Strahlung und radioaktiven Stoffen umzugehen, um die Gesundheit und die Umwelt zu schützen.

Radon ist ein radioaktives Gas, das natürlich vorkommt, farb- und geruchlos ist. Es entsteht durch den natürlichen Zerfall von Uran oder Thorium, das in fast allen Böden vorkommt. Normalerweise steigt es durch den Boden auf und gelangt durch Risse in Böden, Wänden und Fundamenten in die Wohnung. Es kann auch aus Baumaterialien oder aus Brunnenwasser freigesetzt werden. Radon zerfällt schnell und setzt dabei radioaktive Partikel frei. Eine langfristige Exposition gegenüber diesen Partikeln kann zu Lungenkrebs führen. Nach Angaben der US-Umweltschutzbehörde ist Radon die Hauptursache für Lungenkrebs bei Nichtrauchern und die zweithäufigste Ursache nach dem Rauchen.

Attribution

Essentials of Environmental Science von Kamala Doršner ist lizenziert unter CC BY 4.0. Modifiziert vom Original von Matthew R. Fisher.