Hecht, H.

German

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I. Einleitung CARRY-OVER AUS WISSENSCHAFTLICHER SICHT H. H e c h t Unter dem Schlagwort Carry-over versteht man im allgemeinen den Übergang von Schadstoffen oder unerwünschten Substanzen innerhalb von Nahrungsketten. Zur Abgrenzung sei dieser Übergang hier auf den Transfer solcher Stoffe aus Futtermitteln in die damit er-nährten Nutztiere beschränkt, wobei aber nicht unerwähnt bleiben soll, daß der Carry-over nicht nur über das Futter oder Trink-wasser erfolgen kann; es kommen auch Übergänge über die Atem-luft oder über die Haut vor. Die Abschätzung der Bedeutung dieser Aufnahmewege wird in Einzelfällen in den später folgenden Beiträ-gen noch genauer definiert werden. Mit Schadstoffen sind hier solche Stoffe gemeint, die im toxi-kologischen Versuch ab gewissen Aufnahmemengen zu Schädigungen der Organismen führen. Unerwünschte Stoffe sind Stoffe, von denen man noch keine Schadwirkungen kennt, die aber in den Futter-mitteln vorkommen, obwohl ihr Vorhandensein - etwa durch techni-sche Behandlungsmaßnahmen - vermeidbar wäre. Beispiele für Schad-stoffe sind die Schwermetalle Blei (Pb), Quecksilber (Hg) oder die Organoc hlorverbindung ß-HCH, ein unerwünschter Stoff wäre z.B. Perchloräthylen. In der Bundesrepublik wurde die Erforschung der Carry-over-Vor-gänge im Bereich Futter-Tier-Lebensmittel vor mehr als 12 Jahren durch zwei nicht koordinierte gesetzliche Maßnahmen in Gang ge-bracht. Damals wurden in einer EG-Bestimmung Höchstmengen für Blei in Futtermitteln festgelegt, die mit Übergangsfristen ins nationale Recht übernommen werden mußten. Auf der anderen Seite wurden vom Bundesministerium für Jugend, Familie und Gesundheit (BMJFG) durch seine nachgeordnete Dienststelle ZEBS (Zentrale Erfassungs- und Bewertungsstelle für Umweltchemikalien) sogenann-te Richtwerte für den Bleigehalt in und auf vom Tier stammenden Lebensmitteln festgeleg t . Aus diesen Begrenzungen ergab sich damals die wichtige Frage, ob es überhaupt möglich ist, mit blei-belasteten Futtermitteln, die nach den EG-Höchstgehalten gerade noch einsetzbar waren, Lebensmittel mit Bleikonzentrationen zu erzeugen, die unter den Richtwerten des BMJFG liegen. Solche Aus-sagen zu machen ist eine der Kernaufgaben der Carry-over-Forschung. Mit dieser Aussage kommt man direkt zu der Frage: Was will man mit der Carry- over-Forschung eigentlich erreichen? -9-II. Ziele der Carry-over-Forschung Die Carry-over-Forschung hat drei Hauptziele: 1. Vermeidung von Einbußen bei der Mast-, Lege- oder Milchleistung 2. Schutz der Gesundheit der Tiere 3. Schutz des Verbrauchers vor zu hoch kontaminierten, vom Tier stammenden Lebensmitteln . Etwas ausführlicher formuliert bedeutet dies, daß man experimen-tell bestimmen muß, bei welchen Schadstoffkonzentrationen im Futter 1 . beim Tier merkliche Leistungsbeeinträchtigungen vorkommen (betroffen sind die Mast-, Milch- oder Legeleistung) 2. gesundheitliche Störungen bei den Tieren auftreten, wie etwa deutlich nachweisbare Veränderungen von Enzymaktivitäten oder gar erste pathologische Krankheitsbilder 3. es zur Bildung von Rückständen in den von den Tieren stammenden Lebensmitteln kommt, die für die menschliche Ernährung nicht mehr vertretbar ist. Es liegt auf der Hand, daß es sich hier um ein fachübergreifen-des Arbeitsgebiet handelt . Zur Bearbeitung dieses Fragenkomplexes sind Kenntnisse über Tierhaltung, Fütterung und Beurteilung der Mastleistung notwendig; hier ist die landwirtschaftliche Forschung gefordert . Rückstände verschiedenster chemischer Zusammensetzung mit entsprechend breit gestreuten Eigenschaften und den unter-schiedlichsten Bestimmungsmethoden sind im Mikrobereich nachzu-weisen, eine Aufgabe für Chemiker. Die Tiergesundheit kann nur vom Veterinärmediziner, Fragen der Gesundheitsgefährdung für den Menschen können nur vom Toxikologen beurteilt werden. Oft werden auch bei der Aufklärung von Belastungspfaden für die Futterpflan-zen noch Fragen der Botanik und Pflanzenphysiologie aufgeworfen, welche die Kenntnisse der Landwirte übersteigen können. Es handelt sich somit um ein interdisziplinäres Forschungsgebiet, das Fach-leute verschiedener wissenschaftlicher Ausrichtung erfordert. Die Arbeitsgruppe "Carry-over" ist dementsprechend auch inter-disziplinär besetzt. III. Welche Kenntnisse benötigt man nun im einzelnen Zunächst muß man die physikalischen und vor allem die chemischen Eigenschaften, manchmal auch mikrobiologische Wirkungen der Schad-stoffe kennen und damit wissen, wie man sie in meist nur äußerst geringen Mengen nachweisen kann. Extreme Beispiele hierfür sind z.B. Mykotoxine oder das berüchtigte "Sevesogift" aus der Gruppe der Dioxine, die man noch im ppt oder ng/kg-Bereich zuverlässig erfassen muß. Es müssen also geeignete Nachweismethoden vorhanden sein . Nicht selten werden bei Carry-over-Fragestellungen die Nachweis- oder Bestimmbarkeitsgrenzen der analytischen Verfahren erreicht. Zur Beurteilung des Carry-overs sind eine Reihe von weiteren Kenntnissen erforderlich, die ermittelt werden müssen: -10-1. Die Aufklärung der Pfade, auf denen die Schadstoffe auf und in das Futter und über das Tier in die Lebensmittel gelangen. 2. Man muß feststellen, wie die Tiere die Schadstoffe hauptsäch-lich aufnehmen, ob intestinal, d.h. über den Magen-Darm-Trakt (dies ist meistens der Fall) oder pulmonal, d.h. über die Lunge (dies kann in Belastungsgebieten und bei organischen Substan-zen mit verhältnismäßig hohem Dampfdruck eine Rolle spielen), oder ob eine perkutane Aufnahme, also eine Resorption über die Haut eintritt (letztere spielt u . U. bei gewissen Parasiten-bekämpfungsmitteln eine Rolle). 3. Man sollte die Resorptionsraten kennen, die aber meist sehr schwierig zu bestimmen sind. Unter Resorptionsraten wird der prozentuale Anteil der aufgenommenen Schadstoffmengen ver-standen, der in den Blutkreislauf übertritt. Leichter lassen sich die Retentionsraten bestimmen, d.h . die Mengen, die nach erfolgter Resorption nicht über Urin, Galle oder Atmung wieder ausgeschieden werden, sondern im Körper des Tieres verbleiben und die Lebensmittel belasten. Bei Milch und Eiern kommen noch die Übertrittsraten für die zusätzliche Ausscheidung mit die-sen Lebensmitteln aber nur bei weiblichen Tieren hinzu. 4. Man muß wissen, wie die Schadstoffe reteniert werden, ob also -wie zum Beispiel beim Cadmium - die Speicherung hauptsächlich in bestimmten Organen - hier in der Niere und Leber - erfolgt, oder ob die Schadstoffe über den ganzen Körper verteilt werden. 5. Es sind Kenntnisse über die biologischen Halbwertszeiten nötig, damit man Aussagen machen kann, wann bestimmte Schadstoff-mengen im Tierkörper nach Absetzen der Belastung d urch Abbau und Ausscheidung wieder soweit abgesunken sind, daß keine gesundheitlich bedenkliche Belastung der von diesen Tieren stammenden Lebensmittel mehr zu erwarten ist. Unter biologi-scher Halbwertszeit versteht man dabei denjenigen Zeitraum, nach welchem die Hälfte einer anfangs vorhandenen Schadstoff-menge wieder ausgeschieden ist. 6. Es muß bekannt sein, ob und gegebenenfalls wie die Schadsub-stanzen im Tierkörper met abolisiert werden und ob die Metabo-li te vielleicht ebenso schädlich oder sogar noch schädlicher sind. Ein bekanntes Beispiel ist die Umwandlung von Aflatoxi n Bl nach Aflatoxin Ml beim Übergang vom Futter über d i e Kuh in die Milch, oder der Abbau des DDT im Tierkörper. 7. Ferner sind Kenntnisse über die physiologischen Auswirkungen der Substanzen notwendig. Man muß z.B. wissen, wo sie im Stoff-wechsel störend eingreifen können, oder wo erste Schädigungen (pathologische Veränderungen) auftreten. Auch Kenntnisse über das Langzeitverhalten bei chronischer Belastung und die sich daraus ergebenden Wirkungen sind nötig; ein Beispiel ist das Auftreten von Fluorosen bei Fluorbelastung von Rindern . -11-Gerade die letzten drei Punkte erfordern detaillierte Kenntnisse aus der Toxikologie, Biochemie und Pathologie. Forschungsarbei-ten hierzu sind an landwirtschaftlichen Nutztieren, mit denen sich die hier beschriebene Carry-over-Forschung vor allem befaßt, kaum in ausreichendem Umfang vorhanden oder z.B. aus Kostengrün-den nicht durchführbar. Damit kommt man zu der Grundsatzfrage: IV. Wie führt man Carry-over-Versuche durch? Die Planung von Carry-over-Versuchen hängt von vielen Faktoren ab, die obendrein miteinander in Wechselwirkung stehen können; u.a. sind dies: 1. Die Art der Nutztiere, mit denen gearbeitet werden soll 2. Art der Schadstoffe, deren Carry-over untersucht werden soll 3. Fragen der Kosten, des Tierschutzes und der Rückstandsbeseitigung 4. Dringlichkeitsfragen. 1. Die Art der Nutztiere im Versuch Man kann bei Kleintieren wegen der kurzen Aufstallzeiten oder kur-zen Reproduktionszeiten leichter mit größeren Zahlen und mehre-ren Wiederholungen arbeiten, um eventuelle systematische Fehler aufzudecken als mit Großtieren mit Mastperioden von mehr als einem Jahr. Daher ißt es wesentlich leichter, mit Hühnern oder Enten Carry- over-Versuche durchzuführen als mit Mastbullen. Der Schad-stofftransfer Futter-Legehenne-Ei ist einfacher und statistisch sicherer zu erfassen als der Stofftransfer für den Übergang Futter-Kuh-Milch, der aber wiederum leichter zu erforschen ist als der Carry-over Futter-Schwein-Speck oder Futter-Mastbulle-Rinder leber. Toxikologische Versuche, vor allem zur Langzeittoxizität, zur Teratogenität u.ä. sind mit Großtieren innerhalb realistischer Zeiten ohnehin nicht durchzuführen. Hier muß man auf Untersuchun-gen mit Labortieren zurückgreifen und versuchen, Aussagen über Analogieschlüsse zu erhalten, so anfechtbar dies auch sein mag. In den allermeisten Fällen wird man auch bei sehr sorgfältigen Literaturstudien keine oder nur sehr wenige Arbeiten finden, die die betreffenden speziellen toxikologischen Fragestellungen an landwirtschaftlichen Nutztieren untersucht haben, da solche Ver-suche zuviel Zeit und zuviel Geld kosten. Am ehesten findet man noch Arbeiten mit Schafen als Versuchstiere. Man muß deshalb versuchen, bei den Analogieschlüssen so weit wie möglich auf der sicheren Seite zu bleiben; dies führt meist zu sogenannten "warst case"-Annahmen, bei denen man die ungünstigsten beobachte-ten Fälle zugrunde legt. Oft ist man auch aus Zeit- und Kosten-gründen gezwungen, zwischen verschiedenen Nutztieren Analogie-schlüsse zu ziehen, etwa von Schafen auf Rinder oder von Schafen auf wiederkäuende Wildtiere. Diese Art des Vorgehens ist in strengem Sinne nicht "wissenschaftlich", wird aber me~st aus finanziellen und Zeitgründen erzwungen. -12-2 . Art und Eigenschaften des zu untersuchenden Schadstoffes Die Art der Schadstoffe is t für die Durchführung der Carry-over-Versuche von einschneidender Bedeutung. Es ist einsichtig, daß die Versuche anders angelegt werden müssen, wenn ein persistenter Stoff, wie etwa ß-HCH in seinem Akkumulations- und Transferverhalten untersucht werden soll, als wenn Substanzen mit verhältnismäßig kurzen biologischen Halbwertszeiten, wie etwa Quecksilber oder Perchloräthylen, betrachtet werden sollen. Diese biologischen Eigenschaften der Substanzen sollten also bei der Planung bereits bekannt, zumindest aber abschätzbar sein. Die Kenntnis der p hysi-kalischen und chemischen Eigenschaften kann in der Regel vorausge-setzt werden, mit gewissen Einschränkungen auch die der biochemi-schen Eigenschaften. Zur richtigen Versuchsplanung muß man aber auch wissen, wie die Hauptbelastungswege verlaufen, damit man sie möglichst wirklich-keitsnah im Versuch nachvollziehen kann und u.U. Fehler vermeidet. Ein Beispiel hierzu sind Konzentrationsverluste beim Zumischen zu Futtermitteln bei zu hohem Dampfdruck der Substanzen und damit u.U. verbundener Kontami nation des gesamten Stalles über die Luft mit erhöhter, nicht bekannter Belastung der Kontrolltiergruppe via pulmonaler Aufnahme (z.B. Perchloräthylen, aber auch niedrig chlorierter PCB-Kongenere). Über das Verhalten der Schadstoffe in lagernden Proben sollte man ebenfalls genaue Kenntnisse besitzen, da oft nicht alle Proben beim Anfall gleich aufgearbeitet werden können, um Kreuzkontaminat ionen und Verluste an den Schadstoffen in den Proben zu vermeiden. Das am schwierigsten zu beantwortende Kriterium, nach dem die Toxikologen aber zuerst fragen, ist die chemische Bindungsform der Schadstoffe in den Futtermitteln. Sie spielt bei Organochlor-verbindungen keine so wesentliche Rolle, bei den toxischen Elementen aber ist sie u.U . entscheidend. Diese Frage ist indessen häufig nicht zu beantworten, weshalb man die Carry-over-Versuche möglichst mit natürlich kontaminierten Futtermitteln durchführen sollte. Aber auch bei d iesen gibt es Unterschiede je nach den Kontamina-tionswegen, welche die Schadstoffe bis in die Futtermit tel zurück-gelegt haben. Zulageversuche spiegeln bei toxischen Elementen die tatsächlichen Verhältnisse meist schlechter wider als Arbeiten mit natür l ich belasteten Futtermitteln. Hier wird man dann wieder nach dem ''worst-case"-Prinzip die am l eichtesten resorbierbaren Verbindungen einsetzen müssen, obwohl im Retenierungsverhalten größenordnungsmäßige Unterschiede auftreten können, um auf der sicheren Seite zu bleiben. Ein Beispiel: Blei wird aus elementa-rem Blei vom Schwein mindestens zehnmal weniger stark reteni ert als aus dem leicht wasserlöslichen Bleiacetat. Bei Schadstoffen, die zu Akkumulationen neigen, muß man zwischen einmaligen Belastungsspitzen und dauernder Belastung unterscheiden und dann auch noch zusätzlich die Altersabhängigkeit der Akkumula-tion untersuchen, ein meist schieriges, zeitraubendes, kosten-intensives Unterfangen, das oft nur in Spezialfällen (Zuchttiere) oder bei Wild genauer durchgeführt werden kann. Für Aussagen bei den anderen Tierarten sind Analogieschlüsse mi t allen ihren Unwäg--13-barkeiten nötig. Zusätzlich erschwerend kommen noch die biologi-sche Halbwertszeit und u.U. altersabhängige Resorptionsraten hinzu. Schwermetalle z.B. werden bei gleicher Futterbelastung von jungen Tieren meist stärker resorbiert und reteniert als von ausgewach-senen Tieren. 3. Frage der Kosten, des Tierschutzes und der Abfallbeseit igung Experimentelle Untersuchungen mit Großtieren über längere Zeiträume, wie sie die Carry-over-Forschung verlangt, sind oft mit erheblichen Kosten verbunden, die von den Forschungsinstituten meist nicht aus Etatmitteln allein getragen werden können. Man ist in vielen Fällen gerade dann, wenn man Carry-over-Versuche durchführt, die nicht unter Dringlichkeitszwang stehen und für die deshalb eher Mittel verfügbar sind, gezwungen, sich in langwierigen Bemühungen Geld von dritter Seite für die Versuche zu beschaffen; dies kann die Zielrichtung und die Laufzeiten der Versuche erheblich beein-flussen . Manches,später als dringend notwendig erkannte Projekt, konnte deshalb nicht durchgeführt werden. Probleme kann es auch von der Seite des Tierschutzes her geben, da ja unumgänglich mit Ver-suchstieren gearbeitet werden muß und man diese Tiere, um überhaupt Aussagen machen zu können, auch zu verschiedenen Zeitpunkten töten muß. Ein ernstes Problem gerade bei persistenten Substanzen kann sich auch aus Gründen des Umweltschutzes durch Anfall von kontaminierten Fäkalien und anderen Versuchsabfällen ergeben, deren schadlose Be-seitigung unbedingt mit eingeplant werden muß. 4. Dringlichkeitsfragen Eigentlich sollten solche Fragen bei wissenschaftlichen Untersu-chungen keine Rolle spielen . In der Praxis ist es aber meist so, daß aufgrund von Schadens-, Stör- oder Skandalfällen möglichst schnell Entscheidungen auf legislativer Ebene gefällt werden müssen, für welche die Carry-over-Forschung erst die Daten sammeln oder erarbeiten muß. Dies führt zu einem Zeitdruck, der z u Entschei-dungen führt, die Kompromisse zwischen exakter wissenschaftlicher Arbeit und aus Zeitnot geborenen "Schnelltests" darstellen. Aus wissenschaftlicher Sicht ist dies abzulehnen, doch die Praxis sieht leider oft anders aus. V. Wie bewertet man Carry-over-Versuche? Eingangs wurden schon die drei Ziele solcher Untersuchungen erläu-tert. Die Bewertung erfolgt fast ausschließlich nach diesen drei Gesichtspunkten, also Schutz der Tiergesundheit, Erhaltung der Mastleistung und Schutz des Verbrauchers vor zu hohen Rückständen. Bei der Diskussion wird man zunächst die einzelnen Schwellenwerte für das Auftreten dieser Kriterien festlegen. Für die Erarbeitung von Höchstmengenvorschlägen wird man dann den niedrigsten dieser Schwellenwerte heranziehen. Welcher der drei Zielpunkte die Schwel-le festlegt, ist nicht immer vorhersehbar und kann u.U. auch tier--14-altersabhängige Grenzwertstaffelungen erforderlich machen; ein Beispiel hierfür sind die Bleihöchstgehalte in wirtschaftseigenen Futtermitteln von Rindern. Sicherheitsfaktoren, wie man sie aus der Toxikologie kennt, und die sich dort in der Größenordnung von 100 und mehr bewegen können, sind bei aus der Umwelt stammenden Kontaminanten (wie Schwermetal-len) meist nicht einzuhalten. Bei der Bewertung werden auch alle bekannten Sonderfälle diskutiert und ihre Auswirkungen abgeschätzt. Allerdings wird praktisch immer davon ausgegangen, daß die Tiere nach Stand der wissenschaftlichen Erkenntnis optimal ernährt werden. Mangelversorgungen an Spuren-elementen oder Futterinhaltsstoffen, Krankheiten oder auch Streß können die Resorptionsraten für die S~hadstof fe manchmal negativ beeinflussen und damit zu niedrigercren Schwellenwerten führen. Kombinationswirkungen von mehreren Schadstoffen werden meist nicht beachtet; soweit bisher Untersuchungen dazu vorliegen, treten prak-tisch keine synergistischen Wirkungen, die die Belastungen erhöhen würden, auf. Meistens werden z.B. bei Kombination von toxischen Elementen mit essentiellen Spurenelementen eher antagonistische Wirkungen beobachtet, z.B. zwischen Quecksilber und Selen. Aus der Diskussion der Sonderfälle können dann noch zusätzlich zu den abgeleiteten Höchstmengenempfehlungen Vorschläge zur Herab-setzung oder Verminderung von Belastungen erarbeitet werden, so daß auf diese Weise möglichst viele der Erkenntnisse aus den Carry-over-Versuchen in die Praxis umgesetzt werden. Anschrift des Verfassers Dr. Hermann HECHT Institut für Chemie und Physik Bundesanstalt für Fleischforschung E. - C.-Baumann-Straße 20 8650 Kulmbach -15-

Carry-Over aus wissenschaftlicher Sicht

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