Toxiciteit van dioxinen voor de mens

De recente berichtgeving over vergiftiging van de Oekraïense presidentskandidaat Joesjtsjenko met het dioxine 2,3,7,8-tetrachloordibenzo-p-dioxine (TCDD) doet de vraag rijzen hoe gevaarlijk een dioxinevergiftiging voor de mens is. Dioxine staat immers als zeer giftig te boek. Ondanks tientallen jaren van onderzoek is het echter niet eenvoudig om bovenstaande vraag te beantwoorden. In dit artikel geven wij een beknopt overzicht over dioxinen, de blootstelling en de gevolgen hiervan voor de mens.

De term dioxine staat feitelijk voor een grote groep verbindingen met een nauw aan elkaar verwante chemische basisstructuur. Deze verbindingen worden aangeduid als polychloordibenzo-para-dioxinen (PCDD’s) en polychloordibenzofuranen (PCDF’s). De basisstructuur van PCDD’s en PCDF’s bestaat uit twee benzeenringen, met elkaar verbonden door respectievelijk twee of één zuurstofatomen. De waterstofatomen van de benzeenringen kunnen vervangen zijn door chlooratomen; hierdoor kunnen er 75 verschillende PCDD’s en 135 PCDF’s worden onderscheiden, ook wel congeneren genoemd.1 De toxiciteit hangt af van het aantal en de plaats van de chlooratomen. Verbindingen met 1 tot 3 chlooratomen worden als niet toxisch beschouwd. De bij proefdieren meest toxisch gebleken representant is het 2,3,7,8-tetrachloordibenzo-p-dioxine (TCDD), veelal slechts aangeduid als ‘dioxine’.

Dioxinen ontstaan als verontreinigingen bij tal van industriële productieprocessen, bijvoorbeeld bij de productie van bestrijdingsmiddelen, papier en dioxineachtige stoffen zoals polychloorbifenylen (PCB’s), en ook bij (afval)verbrandingsprocessen. Zo zijn dioxinen aangetoond in de uitstoot van afvalverbrandingsinstallaties, in sigarettenrook en in de as van barbecues en open haarden. Inmiddels is onder invloed van overheidsmaatregelen de verbrandingstechnologie zodanig verbeterd dat emissies van afvalverbrandingsinstallaties sterk beperkt zijn. De totale emissie van dioxinen naar de lucht is de afgelopen jaren sterk afgenomen.

blootstelling

Eenmaal vrijgekomen in het milieu hecht een groot deel van de dioxinen zich in de nabijheid van de bron aan stof, aarde, sediment en planten, en vormt aldus een blootstellingsreservoir voor levende organismen. Een gering deel wordt via de lucht meegevoerd en kan op grotere afstand neerslaan. In het milieu zijn dioxinen stabiel en bestand tegen verhitting en tegen chemische en biologische afbreekmechanismen. Door hun grote lipofiliteit en lange halfwaardetijd in vetweefsel accumuleren dioxinen in de voedingsketen. Voedsel vormt dan ook de belangrijkste bron (> 95) van blootstelling aan dioxinen voor de mens. Vooral de consumptie van dierlijk vet in vlees, vis en zuivel is hiervoor verantwoordelijk. De blootstelling via inhalatie en de huid is verwaarloosbaar.

Vanwege de persistentie in het milieu en de dierexperimenteel bewezen toxiciteit en carcinogeniteit van dioxinen, is er al decennialang veel aandacht voor blootstelling van de mens aan dioxinen. Aangezien de toxiciteit van de verschillende dioxineverbindingen via hetzelfde werkingsmechanisme tot uiting komt en de toxiciteit van mengsels dioxinen additief wordt geacht, is het gebruikelijk de toxiciteit van dioxinen uit te drukken in toxische equivalenten (TEQ) van TCDD, als meest toxische congeneer. Op basis van extrapolatie van dierexperimenten is door de WHO een bovengrens voor humane blootstelling vastgesteld van 1-4 pg TEQ per kg lichaamsgewicht per dag.2 De Scientific Committee on Food van de Europese Gemeenschap hanteert een weekgrens tot 7 pg TEQ per kg.3 In 2001 bedroeg de gemiddelde blootstelling in Nederland 1,3 pg TEQ/kg/dag, met een 90e percentiel van 1,9 pg TEQ/kg/dag.4

kinetiek

De opname uit het maag-darmkanaal van TCDD en andere dioxinen is variabel en incompleet. Op grond van dierexperimenten wordt aangenomen dat ongeveer 50-80 van deze lipofiele verbinding wordt geabsorbeerd, vooral na vorming van chylomicronen.5 Voornamelijk via de ductus thoracicus komen de chylomicronen vervolgens in de bloedbaan. In het bloed is het meeste dioxine gebonden aan serumlipiden en -eiwitten. Naarmate de dioxineverbindingen meer chloor bevatten, neemt de binding aan lipoproteïnen af en de binding aan andere proteïnen toe. De verdeling tussen bloed en vetweefsel is verschillend voor de verschillende congeneren en voor TCDD ongeveer 50-50. TCDD is in bloed voor circa 80 gebonden aan lipoproteïnen, 15 aan eiwitten en 5 aan celcomponenten. In de lipoproteïnefractie is de affiniteit voor VLDL het grootst en minder voor LDL en HDL. Naast passieve diffusie vindt celopname gedeeltelijk plaats via actief transport via een aantal celmembraanreceptoren. Distributie vindt vooral plaats naar lever, vetweefsel en huid, en veel beperkter naar andere weefsels.5

Dioxinegerelateerde verbindingen worden na penetratie in de cel door een cytosolreceptor, arylhydrocarbon(Ah)-receptor, gebonden. Dioxine bindt zich in deze receptor aan een eiwit, waarna het dioxine-eiwitcomplex de kern van de cel binnendringt. Aangenomen wordt dat activatie van de Ah-receptor door dioxine een van de belangrijkste eerste stappen is in de toxiciteit van dioxine. Het complex induceert de transcriptie van een aantal genen en vervolgens de productie van een aantal eiwitten, onder andere het cytochroom P450-CYP1A1, een hydroxyleringsenzym, en enkele conjugatie-enzymen. Hoe deze toxiciteit zich verder ontwikkelt, is nog niet duidelijk. Door inductie van cytochroom P450-CYP1A1 worden vitamine A en het schildklierhormoon thyroxine versneld afgebroken. Bovendien kunnen de concentraties van vitamine A en het schildklierhormoon verlaagd worden door toename van hun conjugatie door de inductie van conjugatie-enzymen door dioxinen. Het is nog niet duidelijk of en, zo ja, welke klinische betekenis dit heeft.6 7

Het metabolisme van TCDD via de lever is slechts gedeeltelijk bekend. Mede door TCDD geïnduceerde enzymen vindt eliminatie van TCDD voornamelijk plaats via hydroxylatie en glucuronidering, waarna deze metabolieten worden uitgescheiden via de gal en feces en in mindere mate via de urine. De halfwaardetijd voor de totale lichaamsklaring van TCDD is ongeveer 7 jaar, waarbij de meer gechloreerde dioxinen een langere halfwaarde tijd hebben. Bij acute blootstelling aan hogere doseringen is de klaring bifasisch en vindt met name in de eerste periode na blootstelling een snellere eliminatie uit de bloedbaan plaats. Deels wordt dit veroorzaakt door redistributie en deels door een verhoogd metabolisme door inductie van enzymen die TCDD metaboliseren. TCDD kan de placenta passeren, maar deze blootstelling is voor het kind veel minder relevant dan de blootstelling via de moedermelk, waarin TCDD wordt uitgescheiden. Naarmate de chloorconcentratie toeneemt, neemt de uitscheiding via de moedermelk af.

analysen

Bij de PCDD- en PCDF-analysen worden meestal de zeventien 2,3,7,8-gesubstitueerde congeneren bepaald, waarvan TCDD de meest bestudeerde congeneer is. De complexiteit van de bepalingen van PCDD’s, PCDF’s en PCB’s komt vooral door de extreem lage concentraties die gemeten dienen te worden. De bepalingsmethode moet gevoelig genoeg zijn om zeer lage detecteerbare hoeveelheden, tenminste in picogrammen (10^–12 g) of zelfs in femtogrammen (10^–15 g), te kunnen meten. Veel matrixeffecten en andere storende elementen interfereren met de bepaling (matrixeffecten zijn veranderingen van meetwaarden door niet-relevante stoffen in het monster). Daarom dienen er uitvoerige delicate (pre)separatietechnieken te worden uitgevoerd om voldoende gevoeligheid, selectiviteit en specificiteit te bewerkstelligen zonder dat hierbij vorming dan wel verlies van de te bepalen stof plaatsvindt. Massaspectrometrie en gaschromatografie worden zowel voor de kwalitatieve en de kwantitatieve bepaling gebruikt, als om de specifieke congeneer vast te stellen. De methodieken kunnen per laboratorium verschillen. Aangezien de gebruikte methodiek van grote invloed is op de detecteerbare concentraties, is het belangrijk bij publicaties goed de analysemethodieken te evalueren. Omdat deze analysetechnieken relatief veel tijd kosten, zijn er snellere bioassays en enzymimmunoassays voor kwalitatieve en semi-kwantitatieve bepalingen ontwikkeld. Met name de recent ontwikkelde ‘chemical-activated luciferase expression’-bioassay heeft zijn waarde in deze bewezen. Daarnaast kan op indirecte wijze blootstelling aan dioxinen worden vastgesteld door de inductie van CYP1A1 vast te stellen door de activiteit van 7-ethoxyresorufin-O-deëthylase of van arylhydrocarbonhydrolase te meten.

toxiciteit en klinisch beeld bij de mens

Bij proefdieren is de toxiciteit van dioxinen onomstreden, hoewel er tussen de verschillende diersoorten aanmerkelijke verschillen in toxiciteit zijn. Zo zijn cavia’s zeer gevoelig voor TCDD; de dosis die bij 50 van de dieren letaal is (LD₅₀-waarde) bedraagt voor vrouwelijke cavia’s 0,0006 mg/-kg. Hamsters zijn 5000-10.000 maal minder gevoelig en de mens is nog minder gevoelig. De huidige kennis over de effecten van dioxine op de mens is vooral gebaseerd op langlopend epidemiologisch onderzoek onder diegenen die een hoge blootstelling aan dioxinen hebben gehad. Deze personen waren beroepsmatig blootgesteld ofwel slachtoffer van ongevallen waarbij dioxine in hoge concentraties vrijkwam. Er is echter maar een beperkt aantal studies waarin bloed- en/of vetconcentraties dioxine bekend zijn.7 Vooral deze studies bevatten de tot nog toe betrouwbaarste informatie over gezondheidseffecten bij de mens door dioxinen.

Bekend is de verontreiniging van het onkruidbestrijdingsmiddel 2,4,5-trichloorfenoxyazijnzuur (2,4,5-T) met TCDD. In de Vietnamoorlog werd dit bestrijdingsmiddel in combinatie met een soortgelijk middel (2,4-D) onder de naam Agent Orange (het werd verpakt in vaten met een oranje band) gebruikt als ontbladeringsmiddel, waardoor grote groepen mensen aan TCDD werden blootgesteld. Een van de ernstigste industriële ongevallen met dioxinen deed zich voor bij de productie van ditzelfde bestrijdingsmiddel. In 1976 ontsnapte in het Italiaanse dorp Seveso door een storing in het productieproces een gifwolk uit de 2,4,5-T-fabriek, met daarin ongeveer 200 g TCDD.

Van de vele niet-carcinogene gezondheidseffecten die toegeschreven zijn aan dioxine, bestaat er slechts voor de volgende effecten een duidelijke relatie met verhoogde TCDD-serumconcentraties.

Chlooracne

Het meest bekende en duidelijk vastgestelde effect van blootstelling aan dioxine is chlooracne. Personen die als gevolg van het Seveso-ongeval chlooracne kregen, hadden een lichaamsbelasting van 1000-56.000 pg TCDD per g bloedvet (bij een normale achtergrondblootstelling aan dioxine is de concentratie 100-1000 maal zo laag).8-11 Niet iedereen met een hoge TCDD-blootstelling krijgt chlooracne.

De afwijkingen bij chlooracne bestaan voornamelijk uit comedonen (met zwarte en witte kop) en talrijke geelachtige cysten. Bij ernstige blootstelling kunnen zoveel follikels aangetast zijn, dat de huid een grijsachtige tint krijgt (figuur).

In tegenstelling tot bij acne vulgaris komen inflammatoire afwijkingen, zoals papels en pustels, zeker in het begin van de blootstelling, nauwelijks voor. Histopathologisch wordt keratotisch débris gevonden in haarfollikels (met verwijding van het infundibulum) en talgklieren; ontstekingsinfiltraat ontbreekt. Later in het beloop van chlooracne kan wél ontsteking optreden en leiden tot hyperpigmentatie (vooral van het gezicht). De afwijkingen bevinden zich vooral rond de ogen, achter de oren en op de wangen. De neus is, in tegenstelling tot bij acne vulgaris, zelden aangedaan. Afhankelijk van de blootstelling kunnen afwijkingen verder verspreid over het lichaam gevonden worden, waarbij liezen, genitalia en oksels eveneens vaak aangedaan zijn. Bij acne vulgaris daarentegen zijn de afwijkingen veelal beperkt tot het gezicht, de nek, schouders, rug en borst. Chlooracne ontstaat meestal enige weken tot maanden na de blootstelling, maar zelfs tot anderhalf jaar na blootstelling kunnen nieuwe afwijkingen ontstaan. Chlooracne is therapieresistent en de afwijkingen kunnen jarenlang (tot tientallen jaren) blijven bestaan, overigens zonder dat hier een duidelijke relatie met serumconcentraties TCDD aanwezig is. In het algemeen geldt echter wel dat, naarmate de blootstelling hoger is, de chlooracne ernstiger en langduriger is. In een Seveso-follow-upstudie tussen 1982 en 1985 (6-9 jaar na het incident) waarbij nog steeds hoge TCDD-serumconcentraties gemeten werden, bleek de chlooracne bij vrijwel iedereen verdwenen te zijn.

De gebruikelijke behandelingen voor acne vulgaris bieden onvoldoende resultaat. Topicale en systemisch toegepaste retinoïden worden in de behandeling toegepast in een concentratie van 0,05-0,3, maar zijn nauwelijks effectief bij ernstige chlooracne. Behandeling met isotretinoïne heeft een tijdelijk gunstig effect, maar bij het beëindigen van deze therapie keren de afwijkingen terug. Alternatieven zijn therapieën als licht-cauterisatie en dermabrasie. Andere huidafwijkingen die vaak naast de chlooracne voorkomen zijn xerosis, folliculaire hyperkeratose, conjunctivitis en cysten van Meiboom. Na blootstelling aan TCDD is porfyria cutanea tarda beschreven.

Overige aandoeningen

In diverse studies bleken minimale verhogingen van leverenzymwaarden, met name de gamma-glutamyltransferase(GT)-activiteit, maar ook die van alanineaminotransferase (ALAT) en aspartaataminotranferase (ASAT), statistisch significant vaker voor te komen bij personen met een hoge dioxineblootstelling dan bij controlegroepen. Klinische leverziekte werd echter niet vastgesteld. In een beperkt aantal studies zijn bij personen met verhoogde TCDD-serumconcentraties eveneens minimaal verhoogde, maar waarschijnlijk niet klinisch relevante triglyceride- en cholesterolconcentraties waargenomen. Bij lineaire-regressieanalysen bleek de serum-TCDD-concentratie positief en statistisch significant gerelateerd te zijn aan serumconcentraties van de hormonen luteïniserend hormoon en follikelstimulerend hormoon en omgekeerd gerelateerd aan de totale testosteronconcentratie. Echter, ook hier is het de vraag wat de klinische betekenis is. Evaluatie van de immuunstatus van personen met hoge dioxineblootstelling heeft in het verleden geen relatie opgeleverd tussen deze blootstelling en een verminderd immunologisch functioneren.7 Het is de vraag of er een relatie bestaat tussen dioxineblootstelling en het ontstaan van diabetes mellitus. In een 20-jaarmortaliteitsfollow-upstudie van Seveso werd vooral onder vrouwen een statistisch significante toename van diabetes mellitus geconstateerd; echter, de onderzoekers geven zelf aan, vanwege de soms onnauwkeurige overlijdenscertificaten, deze bevinding met enige voorzichtigheid te interpreteren.12

Kanker

Bij ratten en muizen is de carcinogeniteit van dioxine onomstotelijk aangetoond, echter voor de mens is het nog steeds een belangrijk discussiepunt in hoeverre TCDD kankerverwekkend is. De uitkomsten van langdurige epidemiologische studies zijn niet uniform. In een aantal studies zijn sommige vormen van kanker statistisch significant in iets hogere mate aangetroffen in de blootgestelde groepen. Bij het steeds langer volgen (inmiddels enige tientallen jaren) van groepen personen met een hoge dioxineblootstelling bleken de uitkomsten van de studies soms anders dan aanvankelijk geduid. Een combinatie van bias in de gegevens, confounders (bijvoorbeeld roken, alcoholgebruik en hepatitis C) en multipele vergelijkingen achteraf spelen hierbij mogelijk een rol. Indien immers, zoals bekend, veel data met het gebruikelijke 5-significantieniveau worden onderzocht, ontstaat in een frequentie van 1 op 20 een statistisch significant verschil, terwijl er geen echt effect is. De diverse studies overziend, is er geen uniform patroon in type maligniteit of in de termijn verstreken tussen hoge dioxineblootstelling en overlijden aan kanker. Experts verschillen van mening over de vraag of er in de dosis-effectcurve een drempel is voor het ontstaan van carcinogeniteit. Gebaseerd op de huidige epidemiologische studies lijkt de conclusie vooralsnog niet hard te maken dat TCDD voor een bepaald type kanker bij de mens verantwoordelijk is.12-17

Wat betreft de toxiciteit van dioxine is met name chlooracne een reëel probleem bij hoge blootstellingen. Of dioxine bij deze hoge blootstelling ook carcinogeen voor de mens is, blijft ondanks het uitvoerige epidemiologische onderzoek dat heeft plaatsgevonden, een vraagteken. Bij het lage blootstellingsniveau, zoals dat onder normale omstandigheden via de voeding of moedermelk plaatsvindt, zijn geen gezondheidseffecten te verwachten.

Belangenconflict: geen gemeld. Financiële ondersteuning: geen gemeld.