Bewertung der Toxizität und Kanzerogenität von Beryllium

Im Rahmen der toxikologischen Bewertung verschiedener Stoffe und deren Einstufung durch die MAK (Maximale Arbeitsplatzkonzentration)-Kommission wurde eine neue Bewertung des Leichtmetalls Beryllium erstellt und die Einstufung von Beryllium in die Kategorie 1 der krebserzeugenden Stoffe vorgenommen (Stoffe, die beim Menschen Krebs erzeugen, und bei denen davon auszugehen ist, dass sie einen nennenswerten Beitrag zum Krebsrisiko leisten). Die ausführliche MAK-Begründung für Beryllium kann nachgelesen werden in „Toxikologisch-arbeitsmedizinische Begründungen von MAK-Werten“, 37. Lieferung 2003, Wiley-VCH Verlag, Weinheim (1).

Das Leichtmetall Beryllium zeichnet sich durch niedrige Dichte, hohe Festigkeit, hohes Elastizitätsmodul, hohe Schmelztemperatur, Durchlässigkeit für Röntgenstrahlen und durch bestimmte kernphysikalische Eigenschaften aus und wird als Konstruktionswerkstoff in der Luft- und Raumfahrt, im Boots- und Fahrzeugbau und überall dort eingesetzt, wo Bauteile sehr leicht sein müssen und hohen Beschleunigungen und Fliehkräften ausgesetzt sind (2). Es wird auch als Legierungszusatz für Kupfer und Nickel verwendet.

Arbeitsplatz eines Edelsteinschleifers im "Freilichtmuseum Roscheider Hof" (mit freundlicher Genehmigung Prof. Dr. H. Rieder)

Die akute Berylliumerkrankung, die nach inhalativer Exposition gegenüber hohen Berylliumkonzentrationen auftritt, ist durch Symptome einer akuten Pneumonitis gekennzeichnet. Sie beruht auf der direkten Toxizität vor allem der wasserlöslichen Berylliumverbindungen.

Im Gegensatz zur akuten Berylliumerkrankung kann die chronische Berylliumerkrankung (Berylliose) auch durch unlösliche Berylliumverbindungen hervorgerufen werden, da hier immunologische Mechanismen im Sinne einer allergischen Reaktion vom Spättyp eine Rolle spielen. Sie führt zu funktionellen Einschränkungen der Lunge wie Abnahme von Vital- und Totalkapazität sowie einer reduzierten Diffusionskapazität. Die wiederholte inhalative Exposition gegenüber Beryllium kann zudem zu Effekten auf das Herz-Kreislaufsystem, die Niere, die Leber und das Blut sowie zu Gewichtsverlust führen.

Aufgrund der direkten Reizwirkung können wasserlösliche Berylliumverbindungen zu einer schlecht heilenden entzündlichen Hautreaktionen führen. Gelangen infolge von Verletzungen oder eingeschränkter Hautbarriere ungelöste Partikel in die Haut, können Ulcera oder Nekrosen die Folge sein. Beryllium und Berylliumverbindungen können Ursache eines allergischen Kontaktekzems oder einer granulomatösen Hautreaktion mit immunologischer Genese sein.

Die zusätzlichen Auswertungen des "Beryllium Case Registers" (BCR) durch Infante et al. (10) sowie Steenland und Ward (11) ergaben ebenfalls erhöhte Lungenkrebsmortalitätsratios. Eine Assoziation zwischen der Beschäftigungsdauer und der Lungenkrebsmortalität war nicht erkennbar; jedoch korrelierte die Lungenkrebsmortalität mit zunehmender Latenzzeit und zuvor aufgetretener akuter Berylliumerkrankung. In frühen Studien wurden potenzielle Störfaktoren nicht im vollem Umfang berücksichtigt. Die Studien von Sanderson et al. (12, 13), bei denen die relevanten Expositionszeiten und –höhen geschätzt und zusammen mit verschiedenen potenziellen Störfaktoren berücksichtigt wurden, weisen darauf hin, dass eine Exposition gegenüber hohen Berylliumkonzentrationen, die als Auslöser der akuten Berylliumerkrankung gilt, ein gesteigertes Lungenkrebsrisiko birgt. Ähnliche Hinweise fanden sich in den Studien von Ward et al. (9), Infante et al. (10) und Steenland und Ward (11), in denen Lungenkrebstodesfälle überhäufig bei Arbeitern auftraten, die zuvor an einer akuten Berylliumerkrankung erkrankt waren.

Eine erhöhte Lungenkrebsrate aufgrund von Berylliumexposition konnte in Tierversuchen belegt werden (14, 15). Beryllium sowie Berylliumchlorid, -fluorid, -hydroxid, -sulfat und -oxid führten bei Ratten nach inhalativer oder intratrachealer Exposition zu Lungentumoren. Die Inhalation bzw. intrabronchiale Implantation von Berylliumoxid und –sulfat hatte ebenfalls Lungentumore bei Affen zur Folge. Die intravenöse Applikation von Beryllium, Berylliumcarbonat, -oxid, -phosphat, -silikat bewirkte bei Kaninchen die Bildung von Osteosarkomen (15).

Lösliche Berylliumverbindungen rufen auch in sehr niedrigen Konzentrationen genotoxische Effekte hervor. Beryllium kann in Säugetierzellen die Genauigkeit der DNA-Replikation herabsetzen sowie Genmutationen, Schwesterchromatidaustausche und chromosomale Aberrationen bewirken. Die nachgewiesene genotoxische Wirkung von Beryllium beruht vermutlich auf der Induktion von DNA-Protein-Komplexen sowie auf einer Beeinflussung von DNA-Polymerasen. Daten, die eine Einstufung in eine Kategorie für Keimzellmutagene begründen würden, liegen nicht vor.

1. Toxikologisch-arbeitsmedizinische Begründungen von MAK-Werten“, 37. Lieferung 2003, Hrsg.: H. Greim Wiley-VCH Verlag, Weinheim
2. Petzow G, Aldinger F, Jönsson S, Preuss O: Beryllium and Beryllium compounds. Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. VCH Verlag Weinheim 1985; Vol. 44:11-33.
3. Zorn H, Fischer G: Leichtmetalle - Beryllium. In: Handbuch der Arbeitsmedizin, Konietzko J., Dupuis H (Hrsg), Landsberg BRD, (20. Erg. Lfg. 5/98) 1998, Kap. IV-2.2.5, Ecomed-Verlag, Landsberg
4. Mancuso TF, El-Attar AA: Epidemiological study of the beryllium industry. Cohort methodology and mortality studies. J Occup Med 1969; 11: 422-434
5. Mancuso TF: Relation of duration of employment and prior respiratory illness to respiratory cancer among beryllium workers. Environ Res 1970; 3: 251-275
6. Mancuso TF: Occupational lung cancer among beryllium workers. In: Proceedings of the Conference on Occupational Exposure to Fibrous and Particulate Dust and their Extensions into the Environment. Lemen R, Dement J (Hrsg) Dust and Disease. Park Forest South. Pathotox Publishers, Inc. 1979: 463-482
7. Mancuso TF: Mortality study of beryllium industry workers’ occupational lung cancer. Environ Res 1980; 21: 48-55
8. Wagoner JK, Infante PF, Bayliss DL: Beryllium: an etiologic agent in the induction of lung cancer, nonneoplastic respiratory disease, and heart disease among industrially exposed workers. Environ Res 1980; 21: 15-34
9. Ward E, Okun A, Ruder A, Fingerhut M, Steenland K: A mortality study of workers at seven beryllium processing plants. Am J Ind Med 1992; 22: 885-904
10. Infante PF, Wagoner JK, Sprince NL () Mortality patterns from lung cancer and nonneoplastic respiratory disease among white males in the beryllium case registry. Environ Res 1980; 21: 35-43
11. Steenland K, Ward E Cancer incidence among patients with beryllium disease: a cohort mortality study. J Natl Cancer Inst 1991; 83: 1380-1385
12. Sanderson WT, Petersen MR, Ward EM: Estimating historical exposures of workers in a beryllium manufacturing plant. Am J Ind Med 2001; 39: 145-157
13. Sanderson WT, Ward EM, Steenland K, Petersen MR: Lung cancer case-control study of beryllium workers. Am J Ind Med 2001; 39: 133-144
14. ATSDR: Toxicological Profile for Beryllium. DRAFT. Atlanta, GA. US Department for Health and Human Services. Public Health Service. (Agency for Toxic Substances and Disease Registry) . Toxicological Profile for Beryllium. DRAFT. US Department for Health and Human Services. Public health Service. Atlanta, Georgia, 2000.
15. WHO (World health organization) EHC (Environmental Health Criteria) 106. Beryllium. International Programme on Chemical Safety. Geneva 1990