Einmal tief Luft mit Chemikalien holen

30. November 2015, 10:13
1 Posting

Haarsprays können die Gesundheit gefährden. Doch welche Stoffe bleiben beim Atmen tatsächlich in den Lungen zurück?

Wien – Die Liste mutet eher wie das Inventar eines Chemiedepots an: Methylacrylat, Aminomethylpropanol, Isopropylmyristat. Allerdings handelt es sich dabei nicht etwa um Inhaltsstoffe eines Insektenvertilgungsmittels, sondern um die eines schlichten Haarsprays. Natürlich landet nicht alles auf den Haaren. Das fein versprühte Gemisch setzt sich auf Spiegel und Fliesen ab – und wird eingeatmet. Mitunter bleibt sogar ein seltsamer Geschmack am Gaumen zurück.

Man weiß nicht genug über die möglicherweise von Kosmetikaerosolen ausgehenden Gesundheitsrisiken, erklärt der Wiener Ingenieur für Medizintechnik, Mathias Forjan – angesichts der im Alltag häufigen Verwendung derartiger Produkte ein bemerkenswertes Defizit. Während über Belastungen durch Tabakrauch und Feinstaub aus dem Straßenverkehr im Dauermodus debattiert wird, bleibt es bezüglich dieses Bereichs eher ruhig. Zu Unrecht. "Haarsprays zum Beispiel sind sehr wohl lungengängig", sagt Forjan. Das meiste davon bleibe zwar in den oberen Atemwegen hängen, aber ein Teil erreicht die empfindlichen Alveolen (Lungenbläschen): alle Partikel und Tröpfchen mit einem Durchmesser von weniger als zwei, drei Mikrometer.

Die EU hat das Problem durchaus erkannt. Die sogenannte Reach-Richtlinie verlangt eine wissenschaftlich fundierte Gefahrenabschätzung für sämtliche kommerziell verarbeiteten, produzierten und auf den Markt kommenden Chemikalien. Gleichzeitig jedoch verbietet die Direktive 76/768/EEC die Durchführung von Tierversuchen zugunsten der Kosmetikindustrie. Die Branche muss sich somit dringend nach Alternativen umsehen.

Mathias Forjan und seine Kollegen von der FH Technikum Wien und der Technischen Universität Brno arbeiten seit einigen Jahren an einer solchen Lösung. Ihr Ziel ist die Entwicklung eines Modellsystems zur realitätsnahen Erfassung von inhalierten Stoffen, deren Mengen und Partikelgrößen. Die Europäische Union unterstützt das Projekt finanziell, erste konkrete Ergebnisse liegen bereits vor. Herzstück ist die "i-Lung", ein Lungensimulator, komplett ausgestattet mit künstlicher Brustkammer aus Plexiglas und Atemmodul. Eine detailliertere Beschreibung wurde im Fachjournal ALTEX Proceedings (Bd. 1/12 WC8, S. 115) veröffentlicht.

Einfaches Prinzip

Mechanisch gesehen, folgt das Gerät einem einfachen, natürlichen Funktionsprinzip: Eine elektrisch betriebene Pumpe erzeugt in besagtem Plexiglaskasten einen variablen Unterdruck – ähnlich wie dies Muskeln und Zwerchfell durch Ausdehnung in der menschlichen Brust tun. Im Inneren der Kammer hängt über ein Rohr mit der Außenwelt verbunden ein Ballon aus Latex oder Neopren. Er dient als eigentlicher Lungenersatz und füllt sich bei zunehmendem Unterdruck im Kasten mit Luft – inklusive experimentell zugeführter Aerosole. Nimmt der Unterdruck anschließend ab, atmet das Lungenimitat aus, und ein neuer Zyklus beginnt. Die Ermittlung eventuell zurückbleibender Substanzen erfolgt mithilfe unterschiedlicher Sensortypen. Sie werden in der künstlichen Luftröhre platziert und registrieren dort genau die eingehenden und ausgehenden Partikel.

Solche Messungen können auf Streuung von Laser- oder weißem Licht im Luftstrom oder auf der elektrischen Leitfähigkeit basieren. Was allerdings in einem Ballon hängen bleibt, sagt letztlich nur wenig aus. Lungen sind in ihrer Struktur so unendlich viel komplexer, betont Mathias Forjan. Die Ablagerungsdynamik auf dem langen Weg durch Trachea und Bronchien lässt sich in einem simplen Sack nicht simulieren.

Doch auch hier gibt es Abhilfe: Organe aus dem Schlachthof. "Die Anatomie des Schweins ist der des Menschen sehr ähnlich", erklärt Forjan. Ergo können Lungen vom Borstenvieh als erstklassiges Testmaterial in der i-Lung dienen. Für erste Versuche setzten die Forscher mit Konservierungsstoffen behandelte Schweinelungen ein. Die Ergebnisse waren nicht befriedigend. Die Chemikalien verkleben unter anderem die Alveolen, wie Forjan berichtet. Lebendige Lungen böten dagegen ein viel realistischeres Bild – vorausgesetzt natürlich, man kann sie zumindest für einige Stunden dementsprechend halten. "Wir nutzen dazu die Basis eines Systems aus der Transplantationsmedizin." Das entnommene Organ wird an einen Kreislauf mit künstlichem Blutersatz angeschlossen und so mit dem Lebensnotwendigen versorgt.

"Die Lunge tut aber, was die Lunge tun soll", erläutert Forjan. Sie nimmt Sauerstoff auf. Eine Übersättigung des Kunstbluts droht, was durch das Einpumpen eines Gasgemisches verhindert werden muss. Zur Überwachung der Vitalfunktionen hat das österreichisch-tschechische Team zudem eine eigene Datenübermittlungssoftware entwickelt. Alles lässt sich nun bequem über ein handelsübliches Tablet steuern. Dasselbe gilt für die Erfassung und Auswertung der Sensordaten in Echtzeit. Für die angestrebte Praxis ist das ein enormer Vorteil. "Wir möchten die i-Lung gern an verschiedenen Arbeitsplätzen einsetzen", erklärt Mathias Forjan. In der metallverarbeitenden Industrie zum Beispiel, aber auch in Lackierereien, Bäckereien und beim Frisör. "Da fliegen überall eine Menge Partikel herum."

Die Technik könnte zukünftig nicht nur der Erfassung von lungengängigen Stoffen dienen, hoffen die Forscher. Wenn es gelänge, aus den Testlungen entnommene Zellen zu kultivieren, ließen sich an ihnen die längerfristigen Folgen der Belastungen besser studieren. Bis die i-Lung jedoch als Serienmodell, mit Schweinelungen bestückt, in der Arbeitswelt auftaucht, dürften noch viele Jahre vergehen. Und wie würde dann wohl die Kundschaft im Friseursalon reagieren? "Vielleicht sollte man da lieber den Plexiglaskasten abdunkeln", meint Mathias Forjan lachend. (Kurt de Swaaf, 30.11.2015)

  • Lungen von Schweinen sind prinzipiell ein ideales Testmaterial, um Aerosolablagerungen nachzuweisen – um hier einen erfolgreichen Test durchführen zu können, müssten diese Lungen aber für einige Stunden künstlich lebendig erhalten werden.
    foto: technikum wien/iris nemec

    Lungen von Schweinen sind prinzipiell ein ideales Testmaterial, um Aerosolablagerungen nachzuweisen – um hier einen erfolgreichen Test durchführen zu können, müssten diese Lungen aber für einige Stunden künstlich lebendig erhalten werden.

  • Unterdruck im Kasten: die i-Lunge im Plexiglaskasten.
    foto: technikum wien/iris nemec

    Unterdruck im Kasten: die i-Lunge im Plexiglaskasten.

Share if you care.