von Christian Kirchnawy, Projektleiter Österreichisches Forschungsinstitut für Chemie und Technik
Das Österreichische Forschungsinstitut für Chemie und Technik (OFI) hat deshalb Analysenmethoden entwickelt, mit denen hormonaktive Substanzen in Verpackungsmaterialien detektiert werden können und untersucht in einem aktuellen Projekt die Xenohormonbelastung durch Lebensmittelverpackungen. Erste Ergebnisse bestätigen, dass Verpackungen hormonaktive Substanzen enthalten können, zeigen aber auch, dass das Ausmaß der Hormonbelastung aus Verpackungen in bisherigen Studien oft überschätzt wurde.
Doch wie können Hormone überhaupt in eine Verpackung kommen? Im Gegensatz zum Fleisch wo die Hormonproblematik ja schon lange diskutiert wird, gibt es bei Verpackungen ja keinen offensichtlichen Grund warum Hormone zugesetzt werden sollten.
Tatsächlich arbeitet niemand bewusst Hormone oder hormonaktive Substanzen in eine Verpackung ein. Es gibt jedoch Stoffe in einer Verpackung, beispielsweise Kunststoffadditive wie Weichmacher oder Stabilisatoren, die aufgrund einer ähnlichen chemischen Struktur vom menschlichen Körper für ein Hormon gehalten werden. Die Erkennung von Hormonen erfolgt im menschlichen Körper im Allgemeinen durch Binden des Hormons an einen Hormonrezeptor. Ist eine chemische Substanz einem natürlichen Hormon sehr ähnlich, kann es passieren, dass diese wie das Hormon an die Bindungslasche des Hormonrezeptors binden kann und so dem Körper die Anwesenheit des Hormons vortäuscht. Vor allem das weibliche Sexualhormon Östrogen hat eine ähnliche chemische Struktur wie manche Kunststoffadditive. So können zum Beispiel verschiedene Weichmacher (vor allem Phthalate), Antioxidantien oder UV-Stabilisatoren wie das natürliche weibliche Sexualhormon an den Östrogenrezeptor binden. Die Auswirkungen von solchen hormonaktiven Industriechemikalien wurden anfangs vor allem in der aquatischen Ökotoxikologie erforscht. Dort wurde beobachtet, dass zum Beispiel nach Chemieunfällen bei denen größere Mengen an hormonaktiven Chemikalien ausgetreten waren, ganze Fisch- oder Alligatorenpopulationen verweiblicht sind.
Da Hormone auch im menschlichen Körper hochsensible Entwicklungs- und Stoffwechselvorgänge regeln, werden eine ganze Reihe von gesundheitlichen Problemen für den Menschen vermutet, wenn die natürliche Regulierungsfunktion des Hormonsystems durch Xenohormone beeinträchtigt wird. Was die ganze Sache so beunruhigend macht, ist vor allem, dass natürliche Hormone schon in extrem geringen Mengen wirksam sind und oft keiner klassischen Dosis-Wirk-Beziehung folgen. Es wird daher befürchtet, dass auch manche Xenohormone bereits in kleinsten Konzentrationen schädlich sein könnten und, dass die Gefahr die von hormonaktiven Substanzen ausgeht, bei klassischen toxikologischen Betrachtungen unterschätzt werden könnte.
Gesetzgeber unternimmt präventive Schritte
Allerdings ist es unter Wissenschaftlern sehr umstritten, ob es diese auch als „Low Dose"-Effekte bezeichneten Wirkungen bei sehr geringen Konzentrationen tatsächlich gibt. Eindeutige Beweise gibt es dafür nämlich nicht. Es häufen sich allerdings Studien, die auf solche Effekte hindeuten. So werden zum Beispiel abnehmende Spermienzahlen oder das Ansteigen der Brustkrebsraten mit der erhöhten Aufnahme von Endokrinen Disruptoren aus Industriechemikalien in Verbindung gebracht. Auch wenn diese Zusammenhänge umstritten sind und klare Beweise noch fehlen, sieht sich die Gesetzgebung bereits gezwungen, präventive Schritte zu setzen um die Bevölkerung vor den möglichen Gefahren von hormonaktiven Chemikalien zu schützen. So wurde Bisphenol A, das Monomer des Kunststoffs Polycarbonat, bereits EU-weit für die Anwendung in Babyfläschchen verboten. Für andere Anwendungen, beispielsweise in Epoxid-Innenbeschichtungen von Aluminium und Weißblechdosen, für Trinkbecher oder Trinkwasserbehälter ist die Verwendung von Bisphenol A zwar noch erlaubt, erste Länder haben aber bereits strengere Gesetze eingeführt. In Frankreich wurde zum Beispiel bereits ein generelles Bisphenol A-Verbot für Lebensmittelkontaktmaterialien beschlossen. Neben Bisphenol A sind auch einige weitere Substanzen betroffen. So wurde zum Beispiel der Weichmacher Benzyl-Butyl-Phthalat auf Grund seiner hormonellen Wirkung bereits für die meisten Anwendungen verboten.
Neben den viel diskutierten Substanzen wie Phthalaten und Bisphenol A könnte es zahlreiche andere hormonaktive Substanzen in Kunststoffen geben, die im Moment noch gar nicht bekannt sind. Über 20.000 Substanzen stehen derzeit aufgrund von Computersimulationen im Verdacht, hormonaktiv zu sein. Nur ein sehr kleiner Teil davon konnte bisher auch tatsächlich untersucht werden. Es ist also noch viel Forschungsarbeit in diesem Bereich notwendig, um die durch Endokrine Disruptoren ausgehende Gefahr richtig einschätzen zu können.
Grenzwerte sind problematisch
So lange möchte aber das Europäische Parlament nicht warten. In einem aktuellen Berichtsentwurf werden schärfere Gesetze für Werkstoffe und Produkte, die mit Lebensmitteln in Kontakt kommen, gefordert, um die Exposition von Menschen gegenüber Endokrinen Disruptoren zu reduzieren. In dem Berichtsentwurf wird betont, dass für hormonaktive Stoffe nicht ohne Weiteres Grenzwerte angegeben werden können, da auch schon geringste Konzentrationen eine Gefahr mit sich bringen können und kombinatorische Effekte durch die Einnahme unterschiedlicher Substanzen mit ähnlicher Hormonwirkung berücksichtigt werden müssen. Das Europäische Parlament unterstreicht auch die Notwendigkeit von anerkannten, validierten Prüfmethoden, um verlässliche Aussagen über die Gesamthormonbelastung von Verpackungen treffen und Maßnahmen zum Schutz des Konsumenten setzen zu können.
OFI erarbeitet Prüfmethoden
An der Entwicklung solcher Prüfmethoden arbeitet das OFI bereits seit drei Jahren. Mittlerweile konnten verlässliche und hochsensitive Testmethoden für die Untersuchung von Verpackungsmaterialien auf hormonaktive Substanzen entwickelt und validiert werden. Dabei können Verpackungen auf drei Hormonachsen untersucht werden: auf männliche und weibliche Geschlechtshormone (Androgene und Östrogene), sowie auf Substanzen, die wie das Schilddrüsenhormon Thyroxin wirken.
Wie funktionieren solche Testsysteme, wenn es doch mehr als 20.000 potenzielle hormonaktive Substanzen gibt, von denen bisher nur ein Bruchteil analysiert worden ist? Mit chemischen Methoden alleine kommt man hier nicht weit. Deswegen setzt das OFI auf eine Kombination aus chemischer Spurenanalytik und biologischen Testsystemen mit Humanzellen. In den biologischen Untersuchungen wird die Hormonwirkung im Menschen in Zellkultursystemen im Labor nachgestellt. Im menschlichen Körper bewirkt die Bindung einer Substanz an den Hormonrezeptor die Aktivierung eines bestimmten Gens, wodurch die Reaktion auf das Hormon ausgelöst wird (bei Östrogen kann das zum Beispiel der Beginn des Brustwachstums sein). In den Zellkulturtests auf Hormonaktivität wurde durch gentechnische Methoden erreicht, dass stattdessen durch Binden einer Substanz an den Hormonrezeptor das aus Glühwürmchen isolierte Luciferase-Gen aktiviert wird. Befinden sich also hormonaktive Substanzen in einer Probe, kommt es zu einer Leuchtreaktion. Mit freiem Auge ist diese Leuchtreaktion zwar nicht zu erkennen, mithilfe von Messgeräten kann so sehr verlässlich auf eine mögliche Hormonbelastung einer Probe geschlossen werden. Die Probenvorbereitung kann dabei analog zu den EU-Vorgaben für die herkömmliche Untersuchung von Lebensmittelkontakt-
materialien erfolgen (siehe Abbildung). Zur Identifizierung der hormonaktiven Substanzen wird parallel eine chemische Spurenanalytik mit chromatographischen Methoden eingesetzt.
Dank der intensiven Unterstützung durch Industriepartner (von Rohstoffherstellern, über Verpackungsverarbeitern und Lebensmittelproduzenten, bis hin zu den großen Handelsunternehmen im Lebensmittelbereich) konnten im Gegensatz zu bisherigen Studien erstmals umfassende Untersuchungen an den Verpackungen selbst durchgeführt werden. Die Ergebnisse bestätigen zwar, dass tatsächlich hormonaktive Substanzen aus Verpackungen in das Lebensmittel gelangen können, die Hormonaktivitäten sind aber deutlich geringer als anhand der bisherigen Studien zu vermuten war. Etwa 10 % der rund 150 getesteten Verpackungen und Verpackungsmaterialien zeigten eine Östrogenaktivität. Details zu den Ergebnissen können aus Vertraulichkeitsgründen nicht genannt werden, die gemessenen Aktivitäten waren aber größtenteils deutlich geringer als zum Beispiel jene Aktivitäten, die in einer aufsehenerregenden Studie der Universität Frankfurt in zahlreichen deutschen Mineralwässern detektiert wurden. Nur zwei von 150 Proben zeigten bei einer Lagerung unter Worst-Case-Bedingungen eine vergleichsweise hohe Hormonaktivität. Eine eindeutige Aussage, welche Materialien besonders betroffen sind, ist momentan noch nicht möglich. Neben den durch Bisphenol A ohnehin bereits in Verruf gekommenen Epoxid-Beschichtungen (z.B. Doseninnenbeschichtungen) und Polycarbonat-Flaschen zeigten aber auch Materialien, die bisher weniger mit Endokrinen Disruptoren in Verbindung gebracht werden, eine Östrogenaktivität. Kritische Faktoren scheinen dabei nicht nur die zugesetzten Additive (Weichmacher, Antioxidantien, UV-Blocker, etc.), sondern ganz im Speziellen auch die Druckfarben zu sein. Die nach der deutschen Mineralwasser Studie besonders unter Beschuss geratenen PET-Flaschen zeigten in dem Screening hingegen gar keine Hormonaktivität. Trotz der parallel durchgeführten chemischen Analytik bleiben die Ursachen für die detektierten Hormonaktivitäten oft unklar. Denn selbst wenn eine Substanz als Auslöser der Hormonaktivität identifiziert wird, ist nicht immer klar, wo diese Substanz herkommt. Viele der hormonaktiven Substanzen sind nicht bewusst zugesetzt, sondern kommen zum Beispiel durch Kontaminationen der Ausgangsprodukte, Abbauprodukte von Antioxidantien oder Nebenprodukte des Polymerisationsprozesses in den Kunststoff. Im Rahmen eines neuen Projekts werden am OFI daher ausgewählte hormonaktive Verpackungen systematisch untersucht, von den Ausgangssubstanzen über die Verarbeitungen bis hin zur Bedruckung. Dabei sollen die Ursachen für die auftretenden Hormonaktivitäten geklärt und die Produktion „hormonfreier" Verpackungen ermöglicht werden.
Dies könnte für Verpackungshersteller in Zukunft immer wichtiger werden, denn auch wenn konkrete Gesetzesänderungen noch Zeit brauchen: Die Konsumenten sind durch die laufende (zum Teil auch etwas Panik schürende) Berichterstattung zum Thema Endokrine Disruptoren und durch Filme wie „Plastic Planet" für das Thema sensibilisiert. Sie erwarten sich bereits jetzt eine Verpackung, die frei von gesundheitsschädlichen Xenohormonen ist, und auch der Handel arbeitet bereits an Maßnahmen, um das sicherzustellen.
