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01/29/1997 00:00

Hintergrundinfo der IU

Thomas Jahn Kommunikation
GSF - Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit

29.01.1997

H I N T E R G R U N D I N F O R M A T I O N

Umweltchemikalien mit hormoneller Wirkung

Zahlreiche Forschungsergebnisse deuten auf eine Zunahme von Fortpflanzungs- und Entwicklungsstoerungen hin: Bei Tieren wurde eine Verringerung der Fruchtbarkeit, Verweiblichung der Maennchen und veraendertes Sexualverhalten festgestellt. Beim Menschen wird eine Abnahme der Spermienzahl diskutiert und eine Zunahme von Brust- und Hodenkrebs beobachtet. Umweltschadstoffe mit hormonaehnlicher Wirkung koennten mit diesen Beobachtungen in Zusammenhang stehen. Wissenschaftler sind sich einig, dass noch enormer Forschungsbedarf besteht, um zu klaeren, ob auf das Hormonsystem wirkende Umweltchemikalien auch beim Menschen Gesundheitsschaeden hervorrufen koennen. Forschungsarbeiten zum Thema ,Umwelthormone" werden ab Juli 1997 vom Umweltministerium und vom Forschungsministerium gefoerdert. Die Information Umwelt fasst die aktuelle Diskussion ueber die Wirkung von Umwelthormonen zusammen:

1. Fortpflanzungs- und Entwicklungsstoerungen

1.1 Umweltchemikalien mit endokriner Wirkung

Umweltchemikalien koennen in das endokrine System eingreifen, d. h. sie koennen die sehr komplexe hormonelle Regulation im Koerper beeinflussen. Dabei ist nicht nur eine hormonaehnliche Wirkung moeglich, wenn Umweltchemikalien an die gleichen Rezeptoren (Bindungsstellen) binden, an die auch die entsprechenden Hormone binden. Auch eine Verminderung der Hormonwirkung durch Chemikalien ist moeglich, wenn koerpereigene Hormone an bestimmten Rezeptoren verdraengt werden oder durch indirekten Einfluss auf die Hormonsynthese. Hormone spielen schon in sehr geringen Konzentrationen eine entscheidende Rolle bei der Regulation von Entwicklungsablaeufen. Fortpflanzungs- und Entwicklungsvorgaenge reagieren sehr empfindlich auf die Wirkung von Umweltchemikalien.

1.2 Fortpflanzungs- und Entwicklungsstoerungen in Wildtierpopulationen

Bereits seit den sechziger Jahren ist aus Tierexperimenten bekannt, dass nicht nur natuerliche Hormone sondern auch pflanzliche Stoffe und Chemikalien wie z. B. DDT oder PCB Einfluss auf das endokrine System haben koennen. Hormonaktive Chemikalien koennen bei wildlebenden Tieren Stoerungen der Keimdruesen-, Schilddruesen- und Nebennierenrindenhormon-Produktion verursachen. Dies kann u. a. bei Fischen, Reptilien und Voegeln eine Verringerung der Fruchtbarkeit, Verweiblichung der Maennchen, Missbildungen und eine Veraenderung des Sexualverhaltens zur Folge haben. Die im Tierreich nachgewiesenen Veraenderungen sind weitgehend unbestritten. Ein Zusammenhang mit den gleichzeitig festgestellten teilweise sehr hohen Schadstoffbelastungen liegt nahe. Haeufig ist es jedoch nicht moeglich, den beobachteten Phaenomenen bestimmte Stoffe eindeutig zuzuordnen.

Einige Beispiele aus zahlreichen Beobachtungen an Wildtierpopulationen, die in Zusammenhang mit der Wirkung von Umweltchemikalien gebracht werden:

. Bei marinen Schnecken wird eine Vermaennlichung bis hin zur Sterilitaet beobachtet. Ausloeser dieses Phaenomens ist die Belastung der Schnecken mit bestimmten organischen Zinnverbindungen, die aus Schutzanstrichen von Schiffen ins Wasser gelangen.

. In Grossbritannien wurde festgestellt, dass in der Naehe von Klaeranlagen Maennchen der Regenbogenforelle die Ausgangsstoffe fuer die Eidotterproduktion produzieren. Normalerweise wird das Dottereiweiss jedoch nur von Weibchen synthetisiert und durch ostrogen stimuliert. Als Ursache wurde die Belastung des Klaeranlagenauslaufs mit oestrogenartigen Chemikalien diskutiert.

. Fortpflanzungsstoerungen von Alligatoren am Apopka-See in Florida werden auf die starke Belastung des Sees mit Pflanzenschutzmitteln zurueckgefuehrt. Man vermutete einen Verweiblichungseffekt der Alligatormaennchen durch DDT. Diese Verweiblichung fuehrte zu Unfruchtbarkeit und zur Abnahme der Alligatorpopulation um 90 % zwischen 1980 und 1984.

. Fortpflanzungsversagen bei Tauchenten, Fischadlern, Wanderfalken und Seeadlern ging mit einer hohen Anreicherung von DDT und anderen organischen Chlorchemikalien einher.

. Gestoertes Fortpflanzungsverhalten bei bruetenden Moewen in Kalifornien wurde mit hoher Schadstoffbelastung in Verbindung gebracht: Weibliche Voegel bildeten Brutpaare, die Maennchen hatten ihren Paarungsinstinkt verloren und die weiblichen Tiere bei der Aufzucht der Nachkommen alleine gelassen. Wenn eine Verweiblichung des maennlichen Vogelembryos vorlag, konnten auch hohe Konzentrationen an DDT nachgewiesen werden.

. Der Fischotter ist in den industriellen Gebieten Mitteleuropas praktisch ausgestorben. Feldstudien in Grossbritannien zeigten eine eindeutige Beziehung zwischen hohen Konzentrationen von PCB im Wasser und dem Rueckgang des Fischotters. Beim verwandten Nerz konnte im Experiment nachgewiesen werden, dass durch PCB-Konzentrationen in der Muskulatur der Tiere von ueber 50 mg/kg die Fortpflanzung beeintraechtigt wird.

. Bei grossen Meeressaeugern, die am Ende der Nahrungskette stehen und daher besonders stark mit Schadstoffen belastet sind, wie z. B. bei Seehunden, Kalifornischen Seeloewen und Beluga-Walen, sind Fortpflanzungsstoerungen beobachtet worden.

1.3 Fortpflanzungs- und Entwicklungsstoerungen beim Menschen

Die taegliche Belastung mit Umweltchemikalien ueber die Nahrung liegt beim Menschen sicherlich um Groessenordnungen niedriger als bei manchen Tierarten. Ob geringe Mengen von Umweltchemikalien mit hormonellem Potential auf die Dauer auch beim Menschen gesundheitliche Folgen haben koennen, laesst sich nach jetzigem Wissenstand nicht sagen.

Neuere epidemiologische Studien weisen auf eine Abnahme der Spermienproduktion hin, die geographisch allerdings stark variiert. Viele der Untersuchungen sind zwar umstritten, in Ubersichtsstudien zeichnet sich aber dennoch ab, dass in den letzten 50 Jahren die Spermienzahl abnahm. Im gleichen Zeitraum nahmen Stoerungen der Entwicklung und Funktion maennlicher Geschlechtsorgane wie Hodenhochstand und Harnroehrenspalten zu. Bei jungen Maennern wird eine Zunahme von Hodenkrebs beobachtet.

Unfruchtbarkeit wird z. B. auch bei beruflicher Belastung mit organischen Chlorverbindungen oder mit Schwermetallen beobachtet. Allerdings liegt die Belastung am Arbeitsplatz unter Umstaenden sehr viel hoeher als in der normalen Umgebung.

Auch bei Frauen wird in einigen Faellen ein Zusammenhang von Fortpflanzungsstoerungen mit der Belastung durch organische Chlorverbindungen vermutet. Einzelne Studien diskutieren einen Zusammenhang von Umwelt-ostrogenen und Brustkrebs. Die Ergebnisse der vorliegenden epidemiologischen Studien sind oft widerspruechlich.

In juengster Zeit wird auch darueber diskutiert, wie sich Umweltchemikalien auf die Gehirnstruktur und das Verhalten auswirken koennen. Bau und Funktion des Gehirns werden in der fruehen Entwicklung angelegt und durch die Wirkung von Sexualhormonen ausgepraegt.

Beim Menschen zeigen sich keine nachweisbaren Effekte auf die Groesse der Gesamtpopulation. Die ausloesenden Faktoren von Fortpflanzungs- und Entwicklungsstoerungen sind zum Teil unklar.

2. Wirkung von Umweltchemikalien

2.1 ostrogenhypothese

Eine interessante Diskussionsgrundlage ist die sogenannte ,ostrogenhypothese" nach der vermutet wird, dass die gemeinsame Ursache der bei Tier und Mensch beschriebenen Fortpflanzungs- und Entwicklungsstoerungen eine erhoehte Belastung durch natuerliche und synthetische Umweltoestrogene waehrend der Embryonalzeit ist. In Frage kommen unter anderem synthetische ostrogene, die ueber die Ausscheidungsprodukte der ,Pille" in das Abwasser gelangen, Pflanzen-ostrogene (z. B. in Produkten aus Soja-Pflanzen) und verschiedene Umweltchemikalien.

2.1 Wirkung von Umweltchemikalien im Laborversuch

Fuer die Wirkung von Umweltchemikalien ist es aeusserst schwierig kausale Zusammenhaenge aufzustellen, da Mensch, Tier und okosystem einer Vielzahl von Einfluessen ausgesetzt sind. Zudem koennen in epidemiologischen Studien keine unbelasteten Vergleichsgruppen gefunden werden, da Umweltschadstoffe global verbreitet sind. Fuer einige Umweltchemikalien in hohen Dosen konnten hormonaehnliche Wirkungen aber im Laborexperiment nachgewiesen werden. Eine dem weiblichen Sexualhormon ostrogen aehnliche Wirkung von Umweltchemikalien kann z. B. in Testsystemen nachgewiesen werden, die zeigen, ob Umweltchemikalien an Rezeptoren fuer ostrogen binden. Neben Chemikalien mit oestrogener bzw. antioestrogener (einige Dioxine) Wirkung sind auch Substanzen bekannt, die wie das maennliche Sexualhormon androgene (z. B. Tributylzinn bei Schnecken) bzw. antiandrogene (z. B. das Unkrautvernichtungsmittel Linuron) Wirkung haben koennen oder (wie einige PCB) auf das Schilddruesensystem wirken.

Bei etwa 100 Substanzen wird eine potentiell oestrogene Wirkung vermutet. Ob sie allerdings in den vorliegenden Mengen bei Aufnahme in den Organismus biologische Effekte bzw. eine Schaedigung ausloesen koennen, ist noch unklar. Substanzen mit oestrogener Wirkung, denen der Mensch ausgesetzt sein kann, sind z. B.:

. Pestizide: Zahlreiche Schaedlingsbekaempfungsmittel wurden als schwache ostrogene identifiziert. Die DDT Belastung ist dabei trotz des Verbots seit 1972 (BRD) am hoechsten. Endosulfan ist in Deutschland als Insektizid zugelassen.

. Chlororganische Verbindungen, z. B. Dioxine, die als Verbrennungsprodukte chlorhaltiger Verbindungen z. B. bei der Muellverbrennung entstehen. PCBs (Polychlorierte Biphenyle), die in der BRD seit 1978 verboten sind, aufgrund ihrer Langlebigkeit und der Verwendung in geschlossenen Systemen aber nach wie vor ein Umweltproblem sind. PCB wurde als Isolierfluessigkeit, Hydraulikoel und Weichmacher fuer Dichtungsmassen eingesetzt.

. Phthalate, die als Kunststoff-Weichmacher z. B. in Lebensmittelverpackungen verwendet werden.

. Alkylphenole, wie z. B. Nonylphenol, sind Industriechemikalien, die in Reinigungsmitteln, Farbstoffen, Kosmetika, Pestiziden, Spermiziden und Kunststoffdispersionen eingesetzt werden.

. Bisphenol-A, das in der Kunststoffherstellung verwendet wird und z. B. in Lebensmittelverpackungen, Kunststoff-Zahnfuellungen und Saugflaschen fuer Kleinkinder enthalten ist.

2.3 Persistenz und Bioakkumulation von Umweltchemikalien

Die oestrogene Wirksamkeit ist bei den genannten Industriechemikalien wesentlich geringer als bei natuerlichen Hormonen. Allerdings spielen die Stoffe eine wichtige Rolle, die nur schwer abbaubar sind (Persistenz) und sich als lipophile (,fettliebende") Stoffe in der Nahrungskette anreichern (Bioakkumulation). Bei der Risikobewertung ist ausserdem zu beruecksichtigen, dass es Hinweise auf eine additive bzw. ueberadditive Wirkung von Umwelthormonen gibt.

2.4 Einfluss von Umweltchemikalien auf die praenatale Entwicklung

Wichtig ist der Zeitpunkt der Einwirkung von Fremdsubstanzen auf den Organismus: Hormone wirken nicht nur wie beim Erwachsenen in physiologischen Prozessen, sondern sie beeinflussen auch die Entwicklung und spaetere Funktion von Organen. Eine Stoerung des Hormonhaushalts ist daher besonders in der Embryonalphase (praenatal) und in der Kindheit problematisch und kann zu bleibenden Defekten fuehren. So konnten nach der Einnahme des synthetischen ostrogens Diethylstilboestrol (DES), das von 1941 bis 1971 zur Verhuetung von Schwangerschaftskomplikationen eingesetzt wurde, vermehrt Missbildungen, Tumore an den Geschlechtsorganen und verminderte Fruchtbarkeit bei den Nachkommen festgestellt werden. Einige Wissenschaftler sehen die eventuell abnehmende Spermienzahl auch in Zusammenhang mit der seit den vierziger Jahren einsetzenden Umweltbelastung durch PCB und DDT: Betroffen sind heute Maenner im fortpflanzungsfaehigen Alter, die waehrend ihrer fruehen Embryonalentwicklung diesen Chemikalien ausgesetzt waren.

3. Offene Fragen zur Forschung ueber Umwelthormone

Das Problem der Wirkung von Umweltchemikalien ist sehr komplex, sowohl aufgrund der Anzahl der Substanzen, als auch der Vielzahl der moeglichen Effekte. Die Daten zur Wirkung auf Fortpflanzungs- und Entwicklungsstoerungen bei Mensch und Tier sind oft widerspruechlich und werfen viele Fragen auf. Um kausale Zusammenhaenge zwischen Ergebnissen auf Zellkulturebene, epidemiologischen Studien und Beobachtungen bei freilebenden Tieren zu erkennen, ist weitere Forschung noetig. So koennen z. B. oestrogene Effekte bei Fischen, die in stark belasteten Gewaessern leben, nicht auf Saeugetiere uebertragen werden, die ueber effiziente Inaktivierungs- und Ausscheidungsmechanismen verfuegen. Bezueglich Wirkungseigenschaften und Umweltverhalten hormonell wirksamer Stoffe existieren grundlegende Kenntnisluecken. Wichtige Forschungsthemen sind:

. die Erfassung von Dosis-Wirkungsbeziehungen, d. h. wie hoch die Exposition mit endokrin wirksamen Substanzen sein muss, damit es zu signifikanten Effekten kommt.

. die Wirkungsforschung in Zusammenarbeit von Humantoxikologen und okotoxikologen auch in Bezug auf die Abklaerung von Speziesunterschieden und . die Untersuchung der additiven bzw. ueberadditiven Wirkung von Gemischen hormonell aktiver Stoffe.

. die Durchfuehrung von weiteren epidemiologische Studien zur maennlichen und weiblichen Fruchtbarkeit, zu Missbildungen der maennlichen Genitalien sowie zu Hoden- und Brustkrebs.

. die Weiterentwicklung von Testsystemen zur Untersuchung der Wirkungsmechanismen und zur Quantifizierung der Wirkung sowie die Messung der Umweltchemikalien-Belastung in Umweltproben (z. B. Klaerschlamm).

Literatur:

BMU/BMBF: Ausschreibung von Forschungsvorhaben zum Thema ,Chemikalien in der Umwelt mit Wirkung auf das endokrine System". Bundesanzeiger Nr. 243/1996 Colborn, T., Dumanoski, D. und Myers, J. P.: Die bedrohte Zukunft. Verlag Droemer Knaur, Muenchen 1996 Davis, D. L. und Bradlow H. L.: Verursachen Umwelt-ostrogene Brustkrebs? Spektrum der Wissenschaft, 12/95, S. 38 - 44 Bolt, M. und Degen, G.: Wenn Fremdstoffe wie Hormone wirken. Chemie heute, 7/1996 Karlaganis, G., Studer, Ch. und Weber, A.: Xenobiotika mit endokriner Wirkung in der Umwelt. Umweltwissenschaften und Schadstoff-Forschung, 8 (4), S. 221 - 226 (1996) Kolossa, M.: Gesundheitsgefahren hormonell wirksamer Chemikalien in unserer Umwelt. GSF-Bericht 7/96 Macht uns die Umwelt krank?, S. 93 - 98 Leisewitz, A.: Reproduktionsschaeden und Umwelthormone - ein neues Umweltproblem? Hrsg.: Greenpeace e. V., 2/1996 okologische Briefe: Hormonaehnliche Schadstoffe: Starke Kombinationswirkung. Nr. 30/1996, S. 7 okologische Briefe: Reproduktionsschaeden durch Umweltchemikalien bestaetigt. Nr.11/1996, S. 15 16 Schaefer, W., Zahradnik, H., Frijus-Plessen, N. und Schneider, K.: Anthropogene Substanzen mit unerwuenschter ostrogenwirkung. Umweltmedizin in Forschung und Praxis 1 (1), S. 35 - 42 (1996) Schlumpf, M. und Lichtensteiger, W.: Hormonaktive Xenobiotika. Umweltwissenschaften und Schadstoff-Forschung, 8 (6), S. 321 - 332 (1996) Seibert, H.: Stoerungen der Entwicklung und Funktion des maennlichen Reproduktionssystems. Umweltwissenschaften und Schadstoff-Forschung, 8 (5), S. 275 - 284 (1996) Sharpe, M. und Skakkebaek, N. E.: Are oestrogens involved in falling sperm counts and disorders of the male reproductive tract? Lancet 341 (1993), S. 1392 - 1395 Stellungnahme des Umweltministeriums: ostrogenartig wirkende Chemikalien. Landtag von Baden-Wuerttemberg (11/6845): 30.11.1995 Umweltbundesamt: Umweltchemikalien mit endokriner Wirkung. Umweltbundesamt Texte 65/1995

Verfasserin: Beatrice Froese, Information Umwelt, Stand: Januar 1997

Die Information Umwelt vermittelt Ihnen gerne Experten und Literatur zum Thema Umweltchemikalien mit hormoneller Wirkung.

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Criteria of this press release:
Biology, Environment / ecology, Information technology, Medicine, Nutrition / healthcare / nursing, Oceanology / climate
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