Polycyclische aromatische koolwaterstoffen

Inhoud
Startpagina
Polycyclische aromatische koolwaterstoffen
051–1
Polycyclische aromatische
koolwaterstoffen
Polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK’s) vormen een
groep van chemisch nauw verwante verbindingen. In de toxicologie
heeft het begrip PAK’s een extra betekenis gekregen: dit komt voort
uit het feit dat PAK’s op diverse plaatsen in het milieu voorkomen
en dat deze groep van verbindingen kankerverwekkende eigenschappen vertoont.
Chemische en fysische eigenschappen
PAK’s zijn organisch chemische verbindingen die opgebouwd zijn
uit koolstof- en waterstofatomen die in één vlak liggen. Het gaat
hier om structuren met twee of meer aromatische ringen, waarbij
naast elkaar liggende koolstofatomen vaak door twee aromatische
ringen worden gedeeld.
Enkele eigenschappen van een aantal PAK’s
verbinding
molecuulformule
smeltpunt
kookpunt
fluoreen
anthraceen
fenanthreen
pyreen
fluorantheen
chryseen
benz(a)anthraceen
benzo(a)pyreen
C13H10
C13H10
C14H10
C16H10
C16H10
C18H12
C18H12
C20H12
°C
117
218
100
156
111
256
167
178
°C
295
342
340
404
375
448
435
311
(10 mmHg)
Chemische feitelijkhede 1-80
Herdruk 1996
carcinogeen
niet uitgesloten
geen bewijs
niet uitgesloten
geen bewijs
waarschijnlijk
waarschijnlijk
ja
ja
Inhoud
Startpagina
051–2
Polycyclische aromatische koolwaterstoffen
De structuurformules van pyreen en benzo(a)pyreen, twee vertegenwoordigers van de groep PAK’s zijn te vinden in deel 006 (benzo(a)pyreen) van de Chemische Feitelijkheden.
De verbindingen lossen niet op in water. Over het algemeen zijn ze
wel oplosbaar in benzeen, tolueen en xyleen en in iets mindere mate
in aceton, diethylether, methanol en ethanol.
De verbindingen met 4, 5 of meer ringen zijn in het algemeen niet
vluchtig. Zij komen in de lucht voor, geadsorbeerd aan kleine deeltjes. De laagmoleculaire verbindingen maar ook pyreen en fluorantheen zijn enigszins vluchtig.
De verbindingen zijn chemisch weinig reactief, maar kunnen toch
bijvoorbeeld met chloor of broom, of onder invloed van licht tal van
additie- en substitutiereacties ondergaan. Onder invloed van bepaalde enzymen die onder meer in lever- en longcellen van zoogdieren voorkomen, kunnen uit de meeste PAK’s andere verbindingen worden gevormd die elektrofiel zijn en daardoor reactief.
Vóórkomen
PAK’s komen overal in het milieu voor. Het zijn in het algemeen
produkten van onvolledige verbranding van organisch materiaal.
Dientengevolge zijn verbrandingsprocessen (500-800 °C) de voornaamste bron. Daarnaast worden ze ook aangetroffen in fossiele
brandstof. De verbindingen komen in hoge concentraties voor in
koolteer. Verder zijn ze in wisselende concentraties aangetoond in
tabaksrook (binnenlucht), in uitlaatgassen, in gebruikte motoroliën,
in gebarbecued vlees, op groenten, in mosselen en andere etenswaren, in oppervlaktewater, in drinkwater en in de buitenlucht.
Met name in de omgeving van industriële of andere activiteiten,
waarbij steenkoolteer of daarvan afgeleide produkten worden verwerkt, kunnen relatief hoge concentraties van deze verbindingen
voorkomen. Dit kan ook het geval zijn in de omgeving van cokes,
aluminium, ijzer en koolstofelektroden producerende bedrijven en
staalgieterijen.
Chemische feitelijkhede 1-80
Herdruk 1996
Inhoud
Startpagina
Polycyclische aromatische koolwaterstoffen
051–3
Blootstelling van de mens aan PAK’s
Het feit dat PAK’s overal in ons milieu voorkomen houdt in dat
iedereen aan deze verbindingen wordt blootgesteld. Bepaalde subgroepen zullen daarnaast een verhoogde blootstelling ondergaan,
zoals werknemers die betrokken zijn bij de hiervoor vermelde industriële activiteiten en groepen van personen met bepaalde gewoontes zoals rokers of personen die regelmatig barbecuen. Schattingen van de blootstelling aan PAK’s (in microgrammen per persoon per dag) laten zien dat ons voedsel de hoogste bijdrage levert
(1,6-16). Daarna komt de inademingslucht (circa 0,2) en tenslotte
het drinkwater (circa 0,03). Hoeveel hiervan daadwerkelijk wordt
opgenomen is op grond van het ontbreken van gegevens niet te bepalen. Dat iedereen PAK’s in zijn lichaam opneemt, valt af te leiden
uit het feit dat iedereen een zekere uitscheiding heeft van PAK’s via
de urine, ook al is deze laag. Bij personen die beroepsmatig worden
blootgesteld aan PAK’s zien we dat deze uitscheiding verhoogd is.
Toxiciteit (giftigheid)
Carcinogeniteit/mutageniteit
PAK’s staan in de toxicologie vooral in de belangstelling door hun
carcinogene eigenschappen. In feite werd in 1775 voor het eerst verband gelegd tussen het ontstaan van kanker en blootstelling aan
PAK’s-bevattende produkten. In dat jaar beschrijft de Londense
chirurg Percival Pott het veelvuldig voorkomen van scrotumkanker
bij schoorsteenvegers. Pott veronderstelde dat de ziekte te maken
had met plaatselijke ophoping van roet, een produkt dat ontstaat bij
de verbranding van steenkool. Hij was daarmee een van de eersten
die de rol van omgevingsfactoren bij het ontstaan van kanker opmerkte en daarmee de weg naar preventie opende. In 1915 gelukte
het twee Japanse onderzoekers om op experimentele wijze tumoren
op te wekken door het behandelen van de oren van konijnen met
teer. Met de PAK dibenz(a,h)anthraceen werd in 1930 voor het eerst
kanker opgewekt bij proefdieren (muizen) met behulp van een chemische zuivere verbinding. In 1933 werd er uit twee ton ruwe steenkoolteer 7 gram van de polycyclische aromaat benzo(a)pyreen geïChemische feitelijkhede 1-80
Herdruk 1996
Inhoud
Startpagina
051–4
Polycyclische aromatische koolwaterstoffen
soleerd. In 1941 werd het opwekken van huidkanker bij muizen met
behulp van benzo(a)pyreen gepubliceerd. Kort daarop werden er
voor het eerst aanwijzingen gevonden voor de aanwezigheid van
benzo(a)pyreen als milieucontaminant in de atmosfeer. In feite hebben PAK’s, met name benzo(a)pyreen, een belangrijke rol gespeeld
bij de ontsluiering van de principes van het ontstaan van kanker
onder invloed van chemische stoffen.
Het IARC (International Agency for Research on Cancer) heeft de
groepen stoffen: roet, teer en oliën, op grond van epidemiologisch
onderzoek als kankerverwekkend voor de mens geclassificeerd.
Hierbij konden de verantwoordelijke verbindingen niet worden gespecificeerd, maar uit dierexperimenteel onderzoek zijn sterke aanwijzingen voor een rol van PAK’s naar voren gekomen. Thans is het
zo dat circa 25 PAK’s en een veelvoud daarvan aan gealkyleerde en
andere derivaten carcinogene eigenschappen vertonen, die worden
geconstateerd in proefdieren. De carcinogene werking van deze
PAK’s hangt samen met het feit dat omzettingsprodukten hiervan
een binding kunnen aangaan met het DNA (genotoxiciteit). Het al
of niet reageren van chemische stoffen met DNA kan worden bestudeerd met kortdurende proeven zoals de Ames-test, een bacteriële mutageniteitstest (zie Chemische Feitelijkheid 009). Hoewel
nog lang niet alle PAK’s in voldoende mate onderzocht zijn, zijn er
thans toch 13 verbindingen bekend die positieve resultaten opleveren in de hiervoor genoemde soort testen.
Andere effecten
Het zijn met name de genotoxische eigenschappen van PAK’s die in
de toxicologie de aandacht trekken. Er is slechts weinig bekend van
niet genotoxische effecten van deze verbindingen. Hieronder volgt
een korte opsomming van enkele effecten die waargenomen zijn bij
onderzoek aan proefdieren.
Chronische toediening van onder meer benzo(a)pyreen aan kippen
heeft geleid tot een dosis-afhankelijke atherosclerose ontwikkeling.
Bij konijnen werd na toediening van benzo(a)pyreen de door
trichlooretheen of halothaan veroorzaakte stoornis in de regelmaat
van de hartslag versterkt.
Fototoxiciteit werd waargenomen van pyreen, anthraceen en fluorantheen.
Chemische feitelijkhede 1-80
Herdruk 1996
Inhoud
Startpagina
Polycyclische aromatische koolwaterstoffen
051–5
Bij toediening op de caviahuid werd erythema (rode uitslag) geconstateerd. Daarnaast werden voor anthraceen (afhankelijk van UVlicht en oplosmiddel) bijtende, brandende of prik-sensaties, netelroos en allergische reacties onder invloed van licht beschreven.
Vernietiging van talgklieren, abnormale verhoorning, hyperplasie
(vergroting) en verzwering werden gerapporteerd na langdurige en
herhaalde applicatie van carcinogene PAK’s op de muizehuid.
Bij diverse proefdiersoorten zijn effecten van enkele PAK’s op zowel
de mannelijke als vrouwelijke geslachtsorganen geconstateerd, die
veelal leiden tot (tijdelijke) onvruchtbaarheid. In andere studies zijn
teratogene effecten als dood van de ongeboren vrucht, groeiachterstand, verlaagde vruchtbaarheid en dergelijke waargenomen na
blootstelling aan diverse PAK’s.
Ook werden toxische effecten op het bloedvormende en lymfatische
systeem geconstateerd.
Enkele PAK’s onder andere benzo(a)pyreen leiden tot immunosuppressieve (onderdrukking van de werking van het immuunsysteem)
effecten maar ook vertraagde overgevoeligheidsreacties en contactsensibilisatie (verhoogde gevoeligheid na meervoudig contact) werden waargenomen. De betekenis van al deze bij proefdieren gevonden effecten voor de mens is niet duidelijk. In het algemeen bestaat
de mogelijkheid dat bij proefdieren geconstateerde effecten zich ook
bij de mens voordoen.
De carcinogene werking van PAK’s vraagt de meeste aandacht omdat kankerverwekkende stoffen in feite sluipende vergiften zijn. Ook
bij relatief lage blootstelling bestaat de kans dat na verloop van tijd
kanker optreedt. Dit komt door de wijze waarop deze stoffen kanker veroorzaken. Daar PAK’s alom in het milieu aanwezig zijn,
wordt iedereen als het ware chronisch blootgesteld en kan niet worden uitgesloten dat deze verbindingen een rol spelen bij de hoge kankerincidentie die we onder andere in Nederland kennen.
Normen
Met betrekking tot normen voor voedsel en drinkwater wordt verwezen naar de Chemische Feitelijkheid 006 over benzo(a)pyreen.
Chemische feitelijkhede 1-80
Herdruk 1996
Inhoud
Startpagina
051–6
Polycyclische aromatische koolwaterstoffen
Hierna wordt daarom alleen ingegaan op normen voor het werkmilieu en het algemeen leefmilieu.
Voor het werkmilieu bestaat de zogenaamde MAC-waarde. Onder
MAC-TGG (Maximale Aanvaarde Concentratie Tijd Gewogen Gemiddelde) wordt verstaan de over de tijd gemiddelde maximale concentratie bij een blootstellingsduur tot 8 uur per dag en niet meer
dan 40 uur per week, waarbij in het algemeen de gezondheid van
zowel de werknemers alsook van hun nageslacht niet wordt benadeeld. Voor polycyclische aromatische koolwaterstoffen wordt in de
Nederlandse MAC-waardenlijst verwezen naar koolteer en pek.
Voor koolteer en pek bestaat in Nederland een MAC-TGG van 0,2
mg/m3. Het gaat hierbij om de hoeveelheid die in benzeen oplosbaar
is. De samenstelling van de PAK-fractie kan uiteraard variëren en
daarmee ook het daarvan afgeleide toxicologische risico. Het is hierdoor een norm die nog steeds zeer ter discussie staat.
Met betrekking tot het algemeen leefmilieu zijn er zogenaamde
MIC-waarden (MIC = Maximale Immissie Concentratie). Deze advieswaarden hebben betrekking op maximaal toelaatbare concentraties van stoffen in de buitenlucht op leefniveau, dat wil zeggen op
blootstelling gedurende 24 uur per dag gedurende het gehele jaar.
Zo wordt in het Indicatief Meerjaren Programma Lucht 1985-1989
gesproken over een interim grenswaarde voor benzo(a)pyreen van 5
ng/m3 en een interim streefwaarde van 0,5 ng/m3. De provincie Groningen echter kent in haar beleidsvoornemen een MIC-waarde voor
polycyclische aromatische koolwaterstoffen van 200 ng/m3 (jaargemiddelde).
Deze MIC-waarden dienen op dit moment als indicatief te worden
beschouwd aangezien de Gezondheidsraad nog geen wetenschappelijk advies hierover heeft uitgebracht.
Literatuur
–
–
R. P. Bos, Verslag Symposium Polycyclische Aromatische
Koolwaterstoffen, LAB/ABC maart 1987, p. 26-31.
IARC Monographs on the evaluation of the carcinogenic risk
of chemicals to humans, Polynuclear Aromatic Compounds,
Chemische feitelijkhede 1-80
Herdruk 1996
Inhoud
Startpagina
Polycyclische aromatische koolwaterstoffen
–
–
–
051–7
Part 1, Chemical, Environmental and Experimental Data, Volume 32, Lyon 1983.
Interprovinciaal documentatie centrum. Overzicht normen
luchtkwaliteit, MIC-waarden (1977).
F. J. Jongeneelen. R. P. Bos, P. Th. Henderson en H. Roelfzema. Beroepsmatige blootstelling aan polycyclische aromatische koolwaterstoffen: mogelijkheden voor monitoring, Literatuurstudie, Directoraat van de Arbeid, S25, 1986.
S. Nossent. Toxische effecten van polycyclische aromatische
koolwaterstof-verbindingen met uitzondering van mutagenese
en carcinogenese, scriptie, vakgroep Toxicologie KUN (1984).
oktober 1987
Dr. R. P. Bos
Vakgroep Toxicologie
KU Nijmegen
Chemische feitelijkhede 1-80
Herdruk 1996