Schwermetalle und Umweltanalytik | DocMedicus Gesundheitslexikon

Schwermetalle gehören zu den häufigsten umweltmedizinisch relevanten Schadstoffen. Aufgrund ihrer Persistenz, ihrer Fähigkeit zur Akkumulation im menschlichen Organismus und ihrer toxischen Wirkungen selbst bei geringer Exposition ist ihre Erfassung in der Umweltanalytik von zentraler Bedeutung. Die Exposition erfolgt meist über Trinkwasser, Nahrung, Luft oder Hausstaub. Ziel dieses Artikels ist es, die wichtigsten Schwermetalle im Hinblick auf Umweltquellen, toxische Wirkungen, Grenzwerte und diagnostische Verfahren darzustellen.

Aluminium

Aluminium ist ein Leichtmetall, das in zahlreichen Alltagsprodukten vorkommt. Es kann über Kosmetika, Nahrung oder Medikamente aufgenommen werden.

Quellen: Kochgeschirr, Antitranspirantien, Lebensmittelzusatzstoffe, Medikamente
Wirkung: Neurotoxisch bei chronischer Exposition (z. B. mit Alzheimer assoziiert)
Tolerable Weekly Intake (TWI): 1 mg/kg Körpergewicht/Woche
Tagesaufnahme: ca. 10 mg/Tag bei 70 kg Körpergewicht

Blei

Blei ist ein Schwermetall mit hoher Umweltpersistenz. Besonders bei Kindern kann es bereits in sehr niedrigen Konzentrationen neurotoxisch wirken.

Quellen: Altbauten mit Bleirohren, bleihaltige Keramik, kontaminierte Lebensmittel, Akkumulatoren
Wirkung: Neurotoxisch (Nervensystem schädigend), hämatotoxisch (Blutsystem schädigend), Störung des Calcium- und Vitamin-D-Stoffwechsels
TDI: Kein sicherer Schwellenwert ableitbar

Cadmium

Cadmium wird durch industrielle Prozesse, Düngemittel und Tabakrauch verbreitet und reichert sich in Nieren und Knochen an.

Quellen: Akkus, Korrosionsschutz, PVC-Stabilisatoren, Tabak, Phosphatdünger, Pilze
Wirkung: Nierentoxisch (Nieren schädigend), osteotoxisch (Knochen schädigend), immunsuppressiv
TWI: 2,5 µg/kg Körpergewicht/Woche
Tagesaufnahme: ca. 25 µg/Tag bei 70 kg Körpergewicht

Chrom

Chrom liegt in unterschiedlichen Oxidationsstufen vor. Während Chrom(III) essenziell ist, gilt Chrom(VI) als krebserregend.

Quellen: Metallverarbeitung, Lederindustrie, Farbstoffe
Wirkung: Chrom(VI) ist kanzerogen (krebserregend); Chrom(III) essenziell in Spuren
TDI: 0,3 mg/Tag für Chrom(III); für Chrom(VI) keine sichere Dosis

Cobalt

Cobalt ist Bestandteil von Vitamin B12. In der Industrie spielt es eine Rolle bei Akkus und Farbpigmenten.

Quellen: Akkus, Pigmente, Legierungen
Wirkung: Allergisierend, kardiotoxisch (Herz schädigend), inhalativ toxisch
TDI: 1-1,4 µg/kg Körpergewicht/Tag
Tagesaufnahme: ca. 70-100 µg/Tag bei 70 kg Körpergewicht

Eisen

Eisen ist lebensnotwendig, kann bei Überladung (z. B. genetisch bedingt) toxisch wirken.

Quellen: Nahrung, eisenhaltige Industrieemissionen
Wirkung: Organschäden bei Hämochromatose (Eisenspeicherkrankheit), oxidativer Stress
UL: 45 mg/Tag

Kupfer

Kupfer ist essenziell für den Organismus, kann aber bei chronischer Exposition toxisch wirken.

Quellen: Wasserleitungen, Leber, Kakao, Kaffee
Wirkung: Lebertoxizität (Leber schädigend), oxidative Zellschäden
UL: 5 mg/Tag
Hinweis: Keine Nahrungsergänzung bei Gesunden empfohlen [1]
Epidemiologie: Erhöhter Serumkupfer mit erhöhtem Krebsrisiko assoziiert [2]

Mangan

Mangan ist essenziell, wird aber bei chronischer inhalativer Exposition neurotoxisch.

Quellen: Düngemittel, Schweißrauch, Batterien
Wirkung: Parkinsonoide Symptome bei Überexposition
UL: 11 mg/Tag

Quecksilber

Quecksilber tritt in anorganischer und organischer Form auf. Methylquecksilber aus Fisch ist besonders toxisch.

Quellen: Fisch, Amalgamfüllungen, Industrieemissionen
Wirkung: Neurotoxisch (Nerven schädigend), nephrotoxisch (Nieren schädigend), zytotoxisch
Provisional Tolerable Weekly Intake (PTWI): 1,6 µg/kg Körpergewicht/Woche
Tagesaufnahme: ca. 16 µg/Tag bei 70 kg Körpergewicht

Thallium

Thallium ist ein hochtoxisches Schwermetall, das vor allem in Altlasten und Elektronikabfällen vorkommt.

Quellen: Altlasten, Elektronikindustrie
Wirkung: Polyneuropathie (Erkrankungen des peripheren Nervensystems, die mehrere Nerven betreffen), gastrointestinale Symptome (Magen-Darm-Symptome), Alopezie (Haarausfall)
TDI: ca. 0,07 µg/kg Körpergewicht/Tag
Tagesaufnahme: ca. 5 µg/Tag bei 70 kg Körpergewicht

Zink

Zink ist essenziell für zahlreiche Enzymsysteme, kann aber bei Überdosierung andere Spurenelemente wie Kupfer verdrängen.

Quellen: Nahrung, Nahrungsergänzungsmittel, Industrie
Wirkung: Antioxidativ, bei Überdosierung: Kupfermangel
UL: 25 mg/Tag

Übersichtstabelle – Schwermetalle in der Umweltanalytik

Schwermetall	Hauptquelle	TDI/TWI/UL	Toxische Wirkung	Diagnostikverfahren
Aluminium	Kochgeschirr, Kosmetika, Lebensmittelzusätze	10 mg/Tag	Neurotoxisch	Urin, Serum
Blei	Altbauten, Keramik, Lebensmittel	Kein Schwellenwert	Neurotoxisch, hämatotoxisch	Blutbleispiegel
Cadmium	Akkus, Dünger, Tabak	25 µg/Tag	Nierenschäden, Osteoporose	Urin, Blut
Chrom (VI)	Farben, Leder, Industrie	Keine sichere Dosis	Kanzerogen	Urin, Blut
Cobalt	Akkus, Pigmente	70–100 µg/Tag	Allergien, Kardiotoxizität	Blut, Urin
Eisen	Nahrung, Industrie	45 mg/Tag	Hämochromatose, Organschäden	Ferritin, Transferrinsättigung
Kupfer	Wasserleitungen, Leber, Kakao	5 mg/Tag	Lebertoxisch, oxidativer Stress	Serum, Coeruloplasmin
Mangan	Düngemittel, Schweißrauch	11 mg/Tag	Neurotoxisch	Urin, ggf. MRT
Quecksilber	Fisch, Amalgam	16 µg/Tag	Neurotoxisch, nephrotoxisch	Urin, DMPS-Test, RAST
Thallium	Altlasten, Elektronik	5 µg/Tag	Polyneuropathie, Alopezie	Urin, Haaranalyse
Zink	Nahrung, Supplemente	25 mg/Tag	Kupfermangel bei Überdosierung	Serum, Vollblut

Legende

TDI = Tolerable Daily Intake
TWI = Tolerable Weekly Intake
UL = Upper Level Intake
PTWI = Provisional Tolerable Weekly Intake
DMPS = Dimercaptopropansulfonsäure
RAST = Radio-Allergo-Sorbent-Test

Literatur

Bundesinstitut für Risikobewertung. Verwendung von Mineralstoffen in Lebensmitteln – Toxikologische und ernährungsphysiologische Aspekte. A. Domke, R. Großklaus, B. Niemann, H. Przyrembel, K. Richter, E. Schmidt, A. Weißenborn, B. Wörner, R. Ziegenhagen (Hrsg.), Kap. 15, Seiten 279-291, BfR-Wissenschaft 04/2004, Berlin (2004)
Wu T, Sempos CT, Freudenheim JL, Muti P, Smit E: Serum iron, copper and zinc concentrations and risk of cancer mortality in US adults. Ann Epidemiol. 2004 Mar;14(3):195-201