Schwellenwert- und risikobasierte Grenzwertableitung

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Ein wichtiges Werkzeug zur Vermeidung schädigender Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit oder die Umwelt ist die Etablierung und Überwachung von Grenzwerten. Ziel der Grenzwertsetzung ist es, das Auftreten eines schädigenden Effekts auszuschließen oder die Wahrscheinlichkeit des Auftretens möglichst gering zu halten. (Grenzwerte, deren Wert bzw. Höhe sich an der technischen Machbarkeit oder an sozioökonomischen Gesichtspunkten orientieren, werden hier nicht diskutiert.)

Die Ableitung eines Grenzwerts erfolgt durch Auswertung wissenschaftlicher Daten und Studien (z. B. epidemiologischer Studien, von Tierversuchen oder in vitro-Studien). Von den daraus gewonnenen Erkenntnissen insbesondere zum Wirkmechanismus eines schädlichen Stoffes hängt es ab, ob ein schwellenwertbasierter (oft auch: ''gesundheitsbasierter'') oder ein risikobasierter Grenzwert festzulegen ist.

Ein Schwellenwert ist die Dosis (bzw. eine Exposition), unterhalb derer auch bei langfristiger Einwirkung auf den Organismus kein oder nur ein unbedeutender gesundheitlicher Effekt auftritt. Erreicht oder überschreitet die Dosis (bzw. die Exposition) den Schwellenwert, sind schädliche Wirkungen auf den Organismus möglich (siehe Abbildung, linke Seite).


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Schematische Darstellung unterschiedlicher Wirkmechanismen
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Prinzip der Grenzwertableitung

Unterliegt die Wirkung eines Stoffes einem Schwellenwertmechanismus, kann ein sicherer Grenzwert abgeleitet werden. Dieser wird in einem angemessenen Sicherheitsabstand zu diesem Schwellenwert festgelegt, sodass bei Einhaltung des Grenzwerts eine schädigende Wirkung (einschließlich der Entstehung von Krebs) nicht zu erwarten ist.

Für viele krebserzeugende (kanzerogene) Stoffe mit erbgutverändernder (genotoxischer) Wirkung ist es nicht möglich, einen Schwellenwert zu bestimmen. Das bedeutet, dass auch noch sehr geringe Expositionen mit einem - wenn auch sehr niedrigen - Risiko verbunden sind, an Krebs zu erkranken (s. Abbildung, rechte Seite). Folglich ist auch kein sicherer Grenzwert ableitbar. Für viele dieser Stoffe ist es jedoch möglich, eine Dosis-Wirkungs-Beziehung bzw. den Zusammenhang zwischen einer Exposition und der statistischen Wahrscheinlichkeit (Risiko) des Auftretens einer Krebserkrankung zu ermitteln (Exposition-Risiko-Beziehung, ERB). Durch Extrapolation in den Niedrigdosisbereich können auch Expositionen bestimmt werden, die mit sehr niedrigen Risiken verbunden sind.

Die einer Grenzwertableitung zugrundeliegenden Studien liefern oft nur wenige Datenpunkte einer Dosis-Wirkungs-Beziehung. Dabei kann die Dosis beispielsweise bei Human- oder Tierstudien aus inhalativer, oraler oder seltener auch dermaler Aufnahme resultieren. Als Wirkung/Effekt wird oft die Zahl von Krankheitsfällen innerhalb einer Gruppe oder Konzentrationen von Metaboliten oder Markern im Organismus bestimmt.

Für nicht krebserzeugende Stoffe ist es prinzipiell immer möglich, einen Schwellenwert zu bestimmen. Bei krebserzeugenden Stoffen ist dies nicht die Regel - oder aber ein vermuteter Schwellenwert liegt bei derart niedrigen Expositionen, dass er nicht zu bestimmen ist und bei ''realen Konzentrationen'' quasi eine risikobasierte Grenzwertableitung erfolgt.

Die Differenzierung zwischen einem schwellenwert- oder risikobasierten Ansatz bei der Grenzwertableitung in Abhängigkeit vom Wirkmechanismus wird in vielen Bereichen der Expositionsbeurteilung angewandt. Im deutschen Gefahrstoffrecht ist sie der Grund dafür, dass zum Schutz vor krebserzeugenden Wirkungen sowohl (schwellenwertbasierte) Arbeitsplatzgrenzwerte als auch Risikokonzentrationen (Akzeptanz- und Toleranzkonzentrationen) für die inhalative Exposition festgelegt werden, während für nicht-krebserzeugende Gefahrstoffe lediglich Arbeitsplatzgrenzwerte existieren (siehe Verbindliche Beurteilungsmaßstäbe). Dies gilt analog für Grenzwerte in biologischem Material, die bei krebserzeugenden Stoffen entweder als Biologischer Grenzwert (schwellenwertbasiert) oder als Äquivalenzwert zur Akzeptanz- und Toleranzkonzentration (risikobasiert) festgelegt werden.


Ansprechperson

Dr. rer. nat. Marco Steinhausen

Expositions- und Risikobewertung

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