Gesundheitliche Effekte nach Inhalation von Zinkoxidpartikeln beim Menschen

Fragestellung Inhalation von Zinkoxidpartikeln (ZnO) in hohen Konzentrationen kann zu Metallrauchfieber führen. In einer früheren Inhalationsstudie an Menschen (Beckett WS et al. 2005) wurden keine Wirkungen nach Exposition gegenüber einer ZnO-Konzentration von 0,5 mg/m³ und unterschiedlicher Partikelgröße im nano- und mikroskaligen Bereich beobachtet. Da die Autoren mit der technisch bedingten relativ niedrigen Konzentration unterhalb des Effektlevels geblieben sind, konnte keine Lowest Observed Adverse Effect Concentration (LOAEC) bestimmt werden. Ziel unserer beiden experimentellen Studien war es, Änderungen anhand von systemischen und lokalen Effektparametern nach ZnO-Exposition zu untersuchen und darüber hinaus die Effektstärke von ZnO-Partikeln unter Verwendung verschiedener Partikelgrößen aufzuzeigen.

Methoden In zwei Studien wurden jeweils 16 nichtrauchende, gesunde Probanden mit ZnO-Konzentrationen von 0,5 – 4,0 mg/m³ unter geringer Ergometerbelastung exponiert. Als Kontrollbedingung wurde gefilterte Raumluft verwendet. In Studie 1 wurden ZnO-Partikel im nanoskaligen Bereich verwendet. In Studie 2 kamen nano- und mikroskalige ZnO-Partikel zum Einsatz. Effektparameter, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten untersucht wurden, waren klinische Symptome, Körpertemperatur, Entzündungsmarker im Blut und im induzierten Sputum.

Ergebnisse Nach den ZnO-Inhalationen wurden vereinzelt klinische Symptome und Erhöhungen der Körpertemperatur, vermehrt aber – auch dosisabhängig – Erhöhungen von Entzündungsmarkern wie Akutphasen-Proteine und Neutrophile im Blut festgestellt. Nach der Inhalation mikroskaliger ZnO-Partikeln waren die systemischen Effekte signifikant stärker ausgeprägt als bei den nanoskaligen Partikeln.

Schlussfolgerung Die beobachteten Veränderungen einiger Parameter lassen eine Ableitung einer LOAEC zu. Die Unterschiede der Effektstärken zwischen mikro- und nanoskaligem ZnO lassen sich am besten durch unterschiedliche Depositionsraten der Partikel erklären. Mit Hilfe eines Modells zur Vorhersage von Partikeldepositionsort und -menge (ICRP) konnte gezeigt werden, dass bei gleicher luftgetragener ZnO-Konzentration mehr Masse an mikroskaligen Partikeln in den Atemwegen deponiert wird als bei nanoskaligen Partikeln.