Chemische stoffen, voortplanting en

Transcriptie

1 073 1 Chemische stoffen, voortplanting en nageslacht Chemische stoffen kunnen aanleiding geven tot ernstige schadelijke effecten in het nageslacht. Men noemt deze stoffen teratogeen. Dit is gebleken met stoffen als thalidomide (Softenon) en DES (diethylstilbestrol). De eerste stof werd in het begin van de jaren zestig als slaapmiddel gebruikt, maar bleek bij het ongeboren kind ernstige ontwikkelingsstoornissen te veroorzaken aan de ledematen. De tweede stof werd rond 1970 gebruikt als middel om de zwangerschap in stand te houden. Bij een aantal vrouwelijke nakomelingen bleek deze stof veranderingen aan het vagina-epitheel te veroorzaken die soms kwaadaardig werden. Ook werden afwijkingen in de testikels gezien bij mannelijke nakomelingen. Ook milieurampen hebben kennis opgeleverd ten aanzien van voor de mens teratogene stoffen. In Japan werd het water van de Minamatabaai met methylkwik verontreinigd. waardoor vis bestemd voor de consumptie eveneens besmet werd met methylkwik. De nakomelingen van vrouwen die tijdens de zwangerschap deze giftige vis hadden gegeten werden ernstig getroffen door afwijkingen van het centraal zenuwstelsel die zich manifesteerden in verlammingsverschijnselen en gedragsstoornissen. Ofschoon nog meerdere andere oorzaken van ontwikkelingsstoornissen bij de mens bekend zijn zoals vitaminetekorten, roken, alcohol en infectieziekten, is er nog veel onduidelijkheid ten aanzien van werkingsmechanismen en relaties tussen blootstelling en effecten. De aandacht is de laatste decennia dan ook steeds sterker gericht op de mogelijke gevaren van stoffen op de voortplanting, en er kwamen voorschriften en richtlijnen voor overheid en industrie. Het blijft echter moeilijk om het werkelijke gevaar van stoffen ten aanzien van voortplanting en nageslacht in te schatten. Daarvoor is het nodig meer te weten over de schadelijkheid van deze stoffen op de voort-

2 073 2 Chemische stoffen, voortplanting en nageslacht plantingscyclus (figuur 1). Deze cyclus doorloopt de stadia van bevruchting, implantatie, orgaanaanleg, groei van de foetus, geboorte, ontwikkeling en groei tot aan seksuele rijpheid. De pijl binnendoor van embryogenese naar de geslachtscellen geeft aan dat in een embryo al de oergeslachtscellen worden gevormd die feitelijk deel uitmaken van de daarop volgende generatie. Elke stof die een nadelige invloed heeft op een onderdeel van de cyclus wordt beschouwd als een reproduktie-toxische stof. groei en ontwikkeling seksuele rijpheid postnatale adaptatie vrijkomen van geslachtscellen geboorte foetale groei vorming van de geslachtscellen bevruchting embryogenese embryoimplantatie transport van zygote Figuur 1. Belangrijke aspecten van de voortplantingscyclus (bron: Stumpel, 1989). In deze chemische feitelijkheden zal nader worden ingegaan op de wetenschap van de reproduktietoxicologie, ook wel teratologie genaamd. Aan de orde komen begrippen en principes uit dit vakgebied, dat zich langs twee hoofdlijnen begeeft: enerzijds betreft het onderzoek met behulp van proefdieren, anderzijds gaat het om onderzoek naar effecten die bij mensen worden gezien.

3 073 3 Dierexperimenteel onderzoek Het doel van het reproduktietoxiciteitsonderzoek is het opsporen van stoffen die ontwikkelingsstoornissen kunnen geven of deze stoornissen in aantal kunnen doen toenemen. Hiervoor zijn verschillende standaardmethoden ontwikkeld. De geschiktheid van een test wordt bepaald door de aard van de stof die onderzocht moet worden en de praktische toepassing ervan. In het algemeen wordt onderscheid gemaakt tussen nieuwe stoffen en stoffen die reeds in gebruik waren (en/of in het milieu zijn terechtgekomen) nog voordat uitgebreide toxicologische studies verplicht waren. Voor deze laatste categorie van stoffen geldt de volgende aanpak: Alvorens zo n stof door middel van dierexperimenten wordt onderzocht op schadelijke effecten op voortplanting en nageslacht, wordt eerst informatie ingewonnen over reeds bekende biologische en andere relevante eigenschappen. Op grond van deze kennis wordt besloten in hoeverre reproduktietoxiciteitsonderzoek noodzakelijk of gewenst is. Voor alle nieuwe stoffen geldt waarschijnlijk reeds binnen enkele maanden dat er, afgezien van het testen op algemene toxische eigenschappen, ook tenminste enige informatie wordt verkregen omtrent mogelijke beïnvloeding van fertiliteit en voortplanting. Afhankelijk van toepassing en produktieomvang zal het onderzoekprogramma meer of minder uitgebreid zijn. Een stof kan in de ene diersoort gevoeliger blijken dan in de andere. Dit geldt voor alle toxiciteitsonderzoek, maar vooral voor reproduktieonderzoek. De mens is zeer gevoelig gebleken voor thalidomide; in het konijn konden dezelfde effecten worden geïnduceerd als waargenomen in de mens. De rat en de muis daarentegen bleken veel minder gevoelig voor deze stof. Daarom wordt reproduktieonderzoek veelal in meerdere diersoorten uitgevoerd. Erkende proefdierstudies ten behoeve van risicoschatting voor wat betreft de fertiliteit, voortplanting en nageslacht zijn uitvoerig beschreven in internationale richtlijnen, zoals die van de EG en de OECD. De meeste landen eisen uitgebreide informatie over de mogelijk reproduktietoxische werking van nieuwe geneesmiddelen, nieuwe stoffen die aan voedsel worden toegevoegd en, afhankelijk van het produktievolume, industriële chemicaliën (Wet Milieuge-

4 073 4 Chemische stoffen, voortplanting en nageslacht vaarlijke Stoffen). In de loop van de tijd zijn een aantal internationaal erkende modellen ontwikkeld die behalve de groei en ontwikkeling van de nakomeling in de baarmoeder, ook de functie van de geslachtsorganen, het paargedrag, de innesteling van de eicel in de baarmoeder, de geboorte en de zoogtijd omvatten. Een overzicht van de meest toegepaste studies alsmede de belangrijkste aspecten van de voortplantingscyclus welke in de verschillende studies worden bestudeerd, is schematisch weergegeven in figuur 2. De aldus via het proefdier verkregen informatie zou antwoord moeten kunnen geven op de volgende vragen: 1. Is de stof in staat een schadelijk effect ten aanzien van de voortplanting te geven? 2. Wat is de aard van het schadelijk effect? 3. Bij welke dosis (concentratie van de stof) treedt het schadelijk effect op en bij welke dosis treedt het effect niet meer op? 4. Hoe wordt het schadelijk effect bereikt? Met behulp van standaardonderzoek wordt meestal geen antwoord verkregen op de vierde vraag, hiervoor zijn speciale studies naar het werkingsmechanisme van de stof nodig. Epidemiologisch onderzoek Het onderzoek bij de mens probeert te achterhalen of er een samenhang bestaat tussen een bepaalde risicofactor en effecten op de voortplanting bij man of vrouw (of beide). Er zijn verschillende mogelijkheden om het onderzoek bij de mens uit te voeren. Men bekijkt of een bepaald effect, bijvoorbeeld een miskraam, vaker voorkomt in een groep vrouwen die is blootgesteld aan een chemische stof dan in een groep die niet is blootgesteld (cohort-onderzoek). Men bekijkt of een bepaalde (zeldzame) afwijking, die is geconstateerd in een groep personen (bijvoorbeeld de gevolgen van DES), in verband gebracht kan worden met blootstelling in het verleden, vergeleken met een controlegroep die deze afwijking niet heeft (case-controleonderzoek).

5 073 5 bevruchting transport van de bevruchte eicel produktie van geslachtscellen implantatie van het embryo orgaanontwikkeling foetale groei (histogenese) seksuele rijpheid geboorte groei postnatale ontwikkeling Embryotoxiciteit/Teratogeniciteitstudie (geneesmiddelen, milieugevaarlijke stoffen, voedselbestanddelen, diergeneesmiddelen) Peri- en postnatale ontwikkeling (geneesmiddelen) Studie van fertiliteit en voortplantingsvermogen (geneesmiddelen, milieugevaarlijke stoffen) Figuur 2. Meer-generatie reproduktiestudie (voedselbestanddelen, gewasbeschermende middelen) De meest toegepaste reproduktie-toxiciteitsstudies en de aspecten van de voortplantingscyclus, die per studie worden bestudeerd.

6 073 6 Chemische stoffen, voortplanting en nageslacht Men zoekt naar een oorzakelijk verband tussen een waargenomen reproduktiestoornis en een bepaald geval van zeldzame blootstelling (case-report). De waarde van epidemiologisch onderzoek wordt in belangrijke mate bepaald door de selectie van de proefpersonen en de omvang van de steekproef of onderzoeksgroep. Ook de vergelijkbaarheid van de onderzoeksgroep ten opzichte van de controlegroep, waarbij rekening dient te worden gehouden met mogelijk verstorende factoren, is van groot belang. Goed epidemiologisch onderzoek verloopt derhalve volgens de volgende lijnen: duidelijke vraagstelling onderzoeksgroep zorgvuldige selectie proefpersonen controlegroep statische bewerking van resultaten evalueren van in- en externe consistentie vergelijking van bevindingen met dierexperimentele gegevens conclusie Overeenstemmen van dierproefgegevens en humane gegevens Het opsporen van overeenkomsten tussen gegevens over een stof, die enerzijds bij de mens en anderzijds uit dierproeven worden verkregen, wordt sterk bemoeilijkt door het feit dat beide soorten gegevens een zeer verschillende oorsprong hebben. Proefdiergegevens zijn afkomstig uit experimenten waarin de proefstof doorgaans gedurende een beperkte periode van dracht in hoge dosering wordt toegediend en waarna zorgvuldige bestudering van de nakomelingen plaats vindt. Gegevens over de mens zijn vaak afkomstig van

7 073 7 onderzoek onder vrouwen die in het algemeen gedurende een onbekende tijdsperiode aan lage concentraties zijn blootgesteld. Ook vindt bij de mens blootstelling doorgaans plaats aan meer stoffen tegelijk. Rekening houdend met deze verschillen werd door de FDA (Food and Drug Administration) in de Verenigde Staten in 1980 een vergelijking gemaakt waaruit blijkt dat praktisch alle stoffen die teratogeen zijn voor de mens ook ontwikkelingsstoornissen in een of meer diersoorten veroorzaken. Aan de andere kant bleek dat van meer dan honderd geselecteerde stoffen waarvan wordt aangenomen dat ze niet teratogeen zijn voor de mens, slechts 28% ook werkelijk in alle geteste diersoorten niet teratogeen was! Hoewel het voor de hand ligt te concluderen dat dierproeven te vaak vals-positief zijn, is een dergelijke conclusie toch voorbarig omdat: de kans op het ontdekken van een effect in de dierproef veel groter is dan in een humane studie; het niet vast staat dat de stoffen waarvan wordt aangenomen dat ze niet teratogeen bij de mens zijn, dat ook daadwerkelijk niet zijn; een groot gedeelte van de humane embryo s de vroege innestelingen niet overleeft; de vroege abortus die door invloeden van buitenaf kan optreden, wordt vaak niet als zodanig herkend. Bij het beoordelen van de betekenis van resultaten uit dierstudies is het van belang om een aantal aspecten in beschouwing te nemen. Zo dient een onderscheid gemaakt te worden tussen ontwikkelingsstoornissen, die worden waargenomen bij dosering die ook bij de moeder nadelige effecten induceert (kans op indirekte effecten op de foetus) en ontwikkelingsstoornissen die reeds optreden bij doseringen die door de moeder zonder enig probleem worden verdragen. Verder kan ook de wijze van toedienen van belang zijn, evenals de tijdsduur van doseren. Vervolgens is de aard en de incidentie van de waargenomen effecten van belang, het aantal diersoorten waarin het effect optrad, de aanwezigheid van een dosis-effect relatie, en het metabolisme van de stof. Slechts na een deskundige weging van deze factoren kan het risico voor de mens voor wat betreft de voortplanting en nageslacht worden geëvalueerd.

8 073 8 Chemische stoffen, voortplanting en nageslacht Risicoschatting In 1984 werd op verzoek van het Directoraat Generaal van de Arbeid van het Ministerie van Sociale Zaken door TNO-CIVO en het Coronel Laboratorium voor Arbeidshygiëne aangevangen met een uitgebreide literatuurstudie naar de risico s op voortplanting en nageslacht van een 30-tal stoffen waarvoor tenminste duidelijke aanwijzingen bestonden voor extra risico s voor de vrouw en/of haar nageslacht bij blootstelling rond de huidige MAC-waarde (Maximaal Aanvaarde Concentratie bij beroepsmatige blootstelling). Een overzicht van de geselecteerde stoffen is gegeven in tabel 1. Tabel 1. Stoffen waarvoor tenminste aanwijzingen bestaan voor een of meer extra risico s bij blootstelling rond de huidige MAC voor de vrouw en/of haar nageslacht aceton dimethylformamide polychloorbifenylen amylacetaat 2-ethoxyethylacetaat (PCB s, technisch mengsel) broomchloormethaan (cellosolve) terpentine (white spirit) butanol ethylacetaat tetrachlooretheen 2-butanon ethyleenglycol tetrachloorkoolstof butylacetaat formamide tetrahydrofuraan chloropreen lindaan trichlooretheen cyclohexaan methanol 2,4,5-trichloorfenoxyazijnzuur clyclohexanol nitrobenzeen (2,4,5-T) 2,4 dichloorfenoxyazijnzuur nitromethaan vinylacetaat (2,4-D) pentachloorfenol vinylchloride dieldrin xyleen Een opvallende bevinding was dat van 11 van de 30 stoffen o.a. terpentine, xyleen, aceton en methanol geen bruikbare literatuur kon worden gevonden. Voorts bleken humane gegevens voor veel stoffen schaars en van onvoldoende kwaliteit. Overigens werden geen tegenstrijdige resultaten gevonden met betrekking tot humaan en dierexperimenteel onderzoek. Met name voor 2,4,5-T, formamide, dimethylformamide en xyleen bleek de NAEL (no-adverse-effect-level) duidelijk lager dan de huidige MAC-waarde, terwijl voor β-chloropreen, 2,4-D, pentachloorfenol, ethyleenglycol en tetrachloorkoolstof de NAEL en de huidige MAC zeer dicht bij elkaar bleken te liggen, waardoor van een vei-

9 073 9 ligheidsfactor geen sprake meer is. Voor een aantal stoffen lijkt heroverweging van de MAC dan ook gewenst. Evenals dioxines staan PCB s en de aan deze stoffen verbonden gezondheidsrisico s nadrukkelijk in de belangstelling. Aangezien voor wat betreft de risico s van deze groep verbindingen voor voortplanting en nageslacht geen eenduidige conclusie kon worden getrokken, zal hier wat nader op de reproduktietoxicologie van PCB s worden ingegaan. Reproduktietoxicologie van PCB s Er zijn vele chloorbifenylen, variërend van enkelvoudig gechloreerd tot tienvoudig gechloreerd (zie ook Chemische Feitelijkheden 012). Slechts een gering aantal is goed biologisch afbreekbaar. Blootstelling aan PCB s geschiedt momenteel voornamelijk via het voedsel. Uit dierproeven blijkt dat de overdracht van PCB s via de placenta weliswaar bij vele diersoorten plaats vindt, maar dat deze in het algemeen minder dan 0,2% van de toegediende dosis bedraagt. De passage hangt bovendien in belangrijke mate af van de chloorsamenstelling van de PCB s: hoe hoger gechloreerd, hoe meer er passeert. De voornaamste en meest effectieve route van blootstelling van de nakomeling lijkt die via de moedermelk tijdens de lactatieperiode. In veel dierproeven wordt een combinatie van embryotoxische effecten gezien, bestaande uit hoge peri- en postnatale sterfte, laag geboortegewicht en vertraagde postnatale groei. Specifieke effecten op het zenuwstelsel werden gezien bij de muis, terwijl pre- en postnatale blootstelling bij rhesusapen aandoeningen induceert, die ook bij mensen zijn waargenomen (hyperpigmentatie, oedeem, haarverlies, abnormale tanden, biochemische veranderingen). Teratogene effecten (gespleten verhemelte, vergroeiing van tenen en vingers) en andere ontwikkelingsstoornissen (zoals niet-ingedaalde testikels) werden in enkele studies met muizen waargenomen. De toxiciteit voor proefdieren lijkt toe te nemen naarmate de verbinding hoger gechloreerd is. Op basis van thans beschikbare literatuur bedraagt de laagst waargenomen dosis waarbij geen nadelige effec-

10 Chemische stoffen, voortplanting en nageslacht ten werden gezien, de NAEL, 0,01 mg/kg lichaamsgewicht/dag (vastgesteld in een studie met rhesusapen). Ook bij de mens is de opname van PCB s door de zuigeling via borstvoeding de belangrijkste blootstellingsroute. De PCB-concentratie in de moedermelk is gemiddeld 20 µg/l. De met moedermelk gevoede zuigeling staat daardoor aan de top van de bioconcentratie: naarmate de borstvoeding langer wordt voortgezet neemt de concentratie in het bloed van de zuigeling toe. Door de overheid worden normen vastgesteld ten aanzien van een Acceptable Daily Intake (ADI). Deze waarde is gebaseerd op de blootstelling van volwassenen. Bij blootstelling van zuigelingen kan deze waarde aanzienlijk worden overschreden. Voor PCB s is berekend dat de zuigeling zou worden blootgesteld aan 3 µg/kg/dag indien men uitgaat van blootstelling van de moeder gelijk aan een ADI van 2,5 µg/kg/dag (een in de V.S. geaccepteerde waarde). Hoeveelheden PCB die via de moedermelk door de baby worden opgenomen kunnen zodoende oplopen tot een niveau dat voor volwassenen als schadelijk wordt beschouwd. In hoeverre zuigelingen, met nog niet volledig ontwikkelde (de)toxicificatiemechanismen hierdoor een extra risico lopen is niet bekend en vereist nader onderzoek. Literatuur Koëter. H. B. W. M., H. C. Dreef-v.d. Meulen, R. C. Zielhuis, A. Stijkel en W. G. H. Blijleven. Schadelijke effecten van stoffen op voortplanting en nageslacht, anders dan via de inwerking op het erfelijk materiaal indien deze bekend is. Een literatuurstudie. Directoraat Generaal van de Arbeid, Ministerie van Sociale Zaken en Werkgelegenheid. S-73, oktober 1989 (ISBN ). Advies inzake Teratogeniteit van chemische stoffen. Gezondheidsraad. maart, Wet Milieugevaarlijke stoffen, Staatsblad 1985, 639. OECD, Guidelines for Testing of Chemicals; Section 4: Health effects (1981).

11 Milieu en Gezondheid. Hfdst. 5 Chemicaliën en voortplanting. René Stumpel. Uitg. VVAA Vereniging van artsen, Utrecht juli 1990 Drs. H. B. W. M. Koëter Drs. H. C. Dreef-v.d. Meulen Afdeling Biologische Toxicologie Instituut CIVO Toxicologie en Voeding, TNO Zeist