Ein immer wieder diskutiertes Vorgehen bei der Registrierung von Substanzen nach der EU-Chemikalienverordnung REACH ist die Nutzung von Gruppenansätzen. Dabei soll die Übertragung oder das Füllen von Datenlücken aus Erkenntnissen der Gruppenmitglieder mit vorhandenen Daten auf solche, bei denen Daten fehlen (Read-Across), zu einer Vereinfachung und Beschleunigung des Prozesses führen. Im Folgenden macht der Zentralverband Oberflächentechnik e.V. (ZVO) anhand einiger einfacher chemischer Vorüberlegungen die engen Grenzen dieser Idee deutlich.
Anwendungsfremde NGOs stellen immer wieder die Forderung auf, Regulierungen durch Gruppenansätze zu beschleunigen.[1] Allerdings zweifelt die Europäische Chemikalienagentur (ECHA) selbst den breiten Nutzen an.[2] Ganze Studien wurden auf dieses Thema verwendet.[3]
Gemäß rechtlicher Vorgaben (ECHA-Leitfaden) muss für eine Gruppierung oder Read-Across „nachgewiesen werden, dass das Ergebnis der alternativen Methode genauso zuverlässig ist, wie das Ergebnis der Standardmethode oder des Tests, den sie ersetzt.“ „Die Behörden müssen darauf vertrauen können, dass die Gefahren des registrierten Stoffes nicht unterschätzt werden und eine sinnvolle Nutzung des Ergebnisses im Rahmen von REACH möglich ist, zum Beispiel für die Risikobewertung.“ „Kernstück jeder Gruppierung und Read-Across ist eine wissenschaftlich fundierte Erklärung, warum eine Datenlücke für einen Stoff mit diesen Methoden geschlossen werden kann.“
Letztlich stellt sich die Frage, welche Daten etwa die ECHA benötigt, um die wissenschaftlich fundierte Klammer um die jeweilig angenommene Gruppe fassen zu können. Damit verbunden ist auch die Frage, welches Kriterium bzw. welche Kriterien überhaupt für die Bewertung eines ausreichend guten Belegs für eine Gruppierung/Read Across gelten sollen. Es darf nämlich keine einzige Fehleinschätzung geben, da dies sämtliche Gruppierungen oder Read-Across-Ansätze infrage stellen würde, zumindest solche, die auf ähnlicher Basis aufbauen.
Einfache chemische Analogiebetrachtungen reichen nicht aus
Die Kernproblematik eines (generellen) Gruppen-/Read-Across-Ansatzes besteht gerade darin, dass Prüfungen am konkreten Stoff vermieden werden sollen und somit die relevanten Informationen von exakt diesem Stoff eben nicht vorliegen. Gleichzeitig soll aber wissenschaftlich fundiert belegt werden, dass ein Analogieschluss zulässig ist. Einfache chemische Analogiebetrachtungen reichen dabei oftmals nicht aus, wie die untenstehenden Beispiele zeigen. Natürlich gibt es inzwischen gute Interpolationsansätze zum Verhalten gewisser Molekülstrukturen (zum Beispiel in der Pharmaindustrie), doch sind diese vornehmlich im Bereich organischer Verbindungen zu finden und vorrangig im Hinblick auf gewisse Zieleigenschaften. Auch darf nicht vergessen werden, welch hoher Prüfaufwand in der Pharmakologie darauf folgt – substanzspezifisch. Darüber hinaus ist fraglich, inwieweit KMUs auch aus anderen Branchen auf diese gut ausgearbeiteten Methoden der Pharmaindustrie zurückgreifen könnten und ob sie im Hinblick auf die erwünschten Ergebnisse sinnvoll sind. Es liegen keine vergleichbaren Werkzeuge vor.
Der Gruppenansatz könnte also vermehrt dazu führen, dass die realen Eigenschaften, gerade im Hinblick auf eine vollumfängliche Betrachtung, zunehmend verwässert werden bzw. nur versucht wird, sie auf Basis theoretischer Annahmen zu ermitteln.
Der Bereich der anorganischen Standardchemikalien, vor allem der Salze, dürfte sich dabei gegenüber den organischen Verbindungen vermutlich als weniger kritisch darstellen, da ja in der Regel die einzelnen Ionen insbesondere für toxische Eigenschaften zuständig sind. Die Kombination eines nicht-toxischen Anions mit einem ebenfalls nicht-toxischen Kation führt in der Regel auch zu einem nicht-toxischen Salz. Weitere beeinflussende Parameter sind darüber hinaus aber beispielsweise der pH-Wert und die Löslichkeit (wiederum abhängig zum Beispiel vom pH-Wert). So sind lösliche Bariumverbindungen gesundheitsschädlich bis giftig, während das schwerlösliche Bariumsulfat keine Einstufung hat. Das etwa gleich gut lösliche Bariumchromat hat indes wieder die CMR-Eigenschaften des Anions. Auch bei den Fluoriden beeinflusst die Löslichkeit die Toxizität erheblich. Das mag trivial und logisch wirken, weil Daten vorliegen. Doch wie könnten die Folgen ausfallen, wenn durch eine (vermeintlich fundierte) Analogiebetrachtung das Ergebnis toxikologisch fälschlicherweise Risiken zeigt, dazu aber wirtschaftlich negativ werden würde?
Nachfolgend einige Beispiele von theoretisch denkbaren, offensichtlichen Gruppierungen, die jedoch ohne sinnvolle Aussagen bleiben würden.
[1] https://chemicalwatch.com/76348/ngo-platform-regulating-substances-as-groups
[2] https://chemicalwatch.com/68124/substance-grouping-collaboration-not-the-way-forward-echa
[3] https://www.kemi.se/global/pm/2018/pm-2-18-grouping-of-chemical-substances-in-the-reach-and-clp-regulations1.pdf
1. Anorganika
1.1. Salze (Toxizität Anion – Kation)
Die Tabelle zeigt den logischen anorganischen Ansatz über gleiche Kationen bzw. Anionen. Bereits bei gut bekannten Substanzen kommt der Gruppierungsansatz schnell an seine Grenzen, weil die Eigenschaften aus verschiedenen Gründen nicht ähnlich sind.
1.2. Phosphor (Modifikationen)
Phosphormodifikationen sollten dem Gruppenansatz entsprechen können. Hier handelt es sich nur um ein Element. Dennoch sind die Eigenschaften seiner Modifikationen nicht vergleichbar. Eine gemeinsame Bewertung führte trotz kaum zu übertreffender formaler „Ähnlichkeit“ zu falschen Ergebnissen.
1.3. Cyanide (Toxizität)
Wie schnell die Fokussierung auf eine funktionelle Gruppe in die Irre führen kann, zeigt das Beispiel Cyanid. Während einfache Cyanide meist toxisch sind, führt eine Komplexierung, das heißt eine andere chemische Bindungsform zur Entschärfung des Risikos. Ähnliches kann im organischen Bereich beispielsweise durch sterische Hinderung erreicht werden. Einfache Analogiebetrachtungen führen dann nicht weiter.
1.4. Silicate
Silicate sind als Substanzgruppe weitgehend unkritisch. Quarzsand oder Quarzkristalle weisen keine negativen Effekte auf. Ausnahmen hiervon sind Asbestfasern bestimmter Größe sowie Quarzfeinstaub. In beiden Fällen ist es die Partikelgröße bzw. Form, die zu gesundheitlichem Risiko führen. Es gelten daher in Europa 0,1mg/m3 für Quarzstaub, für Asbest 100.000 Fasern/m3 als bindende Arbeitsplatzgrenzwerte.
[1] Interessant ist in diesem Zusammenhang, dass für feuerfeste keramische Fasern europaweit ein Grenzwert von 3.000.000 Fasern/m3 gilt. Obwohl chemisch große Ähnlichkeit herrscht, wäre hier ein Gruppenansatz vollkommen verfehlt.
[1] https://www.dguv.de/ifa/fachinfos/occupational-exposure-limit-values/verbindliche-arbeitsplatzgrenzwerte-der-eu-kommission/index.jsp
2. Organika
2.1. Homologe
Gerade das Beispiel der Alkohole zeigt, dass sich die Eigenschaften unter Umständen nicht systematisch/linear verändern. Während eines der Homologen als Genussmittel dient, ist das vorgelagerte Homologe hoch toxisch. Die übrigen Substanzen reihen sich dazwischen ein. Die Spanne zwischen Methanol und Ethanol verdeutlicht jedoch die Problematik einfacher Analogieannahmen.
2.2. Isomere (Konstitutionsisomere)
Isomere sind in einfacher chemischer Summenformel identisch. Sie unterscheiden sich jedoch in der räumlichen Anordnung der Atome. Dies allein bedingt oft vollkommen unterschiedliche Eigenschaften. Ohne Einzelbetrachtung kommt man zu falschen Einschätzungen.
2.3. Isomere (Stellungsisomere)
2.4. Isomere (Cis-trans-Isomere)
Isomere sind in einfacher chemischer Summenformel identisch. Sie unterscheiden sich jedoch in der räumlichen Anordnung der Atome. Dies allein bedingt oft vollkommen unterschiedliche Eigenschaften. Ohne Einzelbetrachtung kommt man zu falschen Einschätzungen.
2.5. Enantiomere
Enantiomere sind einander noch ähnlicher als Isomere. Enantiomere haben identische atomare Verknüpfungen, jedoch treten die Moleküle in nicht-deckungsgleichen Spiegelpaaren auf – man nennt dies chiral. Da auch viele körpereigene Stoffe (zum Beispiel Enzyme) chiral gebaut sind, sind die Wirkungen der Enantiomere stark unterschiedlich.
Beispiel für die unterschiedliche Wirkung von (S)- und (R)-Enantiomer:Thalidomid ist eine chirale Verbindung, die als Racemat verkauft wurde (Contergan!). Die sedierende Wirkung kommt dem (+)-(R)-Enantiomer zu, die fruchtschädigende Wirkung wird dem (−)-(S)-Enantiomer zugeschrieben. Ein „Gruppenansatz“ wäre fatal.
3. Nanostrukturen
3.1. Nickel, Metall (s. Anhang VI) – (Struktur, Erscheinungsform)
Die aktuelle Diskussion um Nanomaterialien zeigt besonders deutlich, wie wenig der Gruppenansatz angewendet werden kann. Die Gefahren- oder Risiko-Unterscheidung von Substanzen nach Partikelgrößen bedingt einen spezifischen Stoffansatz, was dem Gruppierungsgedanken zuwiderläuft.
Fazit
Der Gruppenansatz scheint ohne detaillierte Betrachtung durchaus plausibel. Bei näherer Auseinandersetzung mit dem Thema gestaltet sich jedoch jeder Versuch einer Schematisierung, die dem Anspruch auf wissenschaftliche Zuverlässigkeit genügen kann, als schwierig und nicht ausreichend aussagefähig. Insbesondere werden augenscheinlich große Gruppen (zum Beispiel Homologe in der organischen Chemie) auf wenige Einzelfragmente heruntergebrochen. Bei mehreren funktionellen Gruppen würden Substanzen gar in mehrere Gruppierungen aufgenommen werden müssen, was den Ansatz absurd werden lässt. Vor diesem Hintergrund stellt sich die Frage, ob der Versuch, einen gewissen Stoff in eine Gruppe zu zwingen, nicht aufwändiger und risikobehafteter ist, als eine Einzelbetrachtung.
Selbst bei der Annahme, dass einzelne Gruppenansätze sinnvoll sein könnten – den Nachweis zu führen, dürfte ohne Einzeluntersuchungen gemäß den obigen Darstellungen kaum möglich sein. Aus Sicht des ZVO sollten für diese Herangehensweise keine Ressourcen verschwendet werden. Damit würden sie frei für sorgfältige wissenschaftliche Untersuchung konkreter Risikoannahmen.
Firmenportrait:
Die Galvano- und Oberflächentechnik ist eine mittelständisch geprägte Industriebranche, die europaweit rund 440.000 Mitarbeiter beschäftigt, davon 50.000 in Deutschland. Allein in Deutschland erwirtschaftet die Branche einen Umsatz von ca. 7,5 Mrd. EUR. Die Struktur der Galvanobetriebe wird dabei von KMUs dominiert, nur ein geringer Anteil der Betriebe erreicht Größen von mehr als 100 Mitarbeitern. Die Oberflächenbranche ist eine Schlüsselindustrie, deren Dienstleistung Voraussetzung für die Funktionalität von Bauteilen, Geräten und Maschinen nahezu jeder anderen Branche ist. Die Galvanotechnik verhindert dabei jährlich Korrosionsschäden von ca. 150 Mrd. EUR. Galvanotechnik ermöglicht eine zuverlässige Funktionalität einer Vielzahl unterschiedlichster Bauteile: Kein Auto verlässt mehr das Band, bei dem nicht wesentliche Teile oberflächenveredelt sind. Die moderne Medizintechnik ist ohne neuere Verfahren der Oberflächentechnik nicht denkbar, aber auch Bauwirtschaft und Sanitärindustrie, die Elektrotechnik und die Elektronikindustrie sowie die Flugzeugindustrie kommen ohne Oberflächenveredelung nicht aus.
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