Wissenschaftliches Gutachten zu Arsen in Lebensmitteln

The EFSA Panel on Contaminants in the Food Chain (CONTAM Panel) assessed the risks to human health related to the presence of arsenic in food. More than 100,000 occurrence data on arsenic in food were considered with approximately 98 % reported as total arsenic. Making a number of assumptions for the contribution of inorganic arsenic to total arsenic, the inorganic arsenic exposure from food and water across 19 European countries, using lower bound and upper bound concentrations, has been estimated to range from 0.13 to 0.56 µg/kg bodyweight (b.w.) per day for average consumers, and from 0.37 to 1.22 µg/kg b.w. per day for 95th percentile consumers. Dietary exposure to inorganic arsenic for children under three years of age is in general estimated to be from 2 to 3-fold that of adults. The CONTAM Panel concluded that the provisional tolerable weekly intake (PTWI) of 15 µg/kg b.w. established by the Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives (JECFA) is no longer appropriate as data had shown that inorganic arsenic causes cancer of the lung and urinary bladder in addition to skin, and that a range of adverse effects had been reported at exposures lower than those reviewed by the JECFA. The CONTAM Panel modelled the dose-response data from key epidemiological studies and selected a benchmark response of 1 % extra risk. A range of benchmark dose lower confidence limit (BMDL01) values between 0.3 and 8 µg/kg b.w. per day was identified for cancers of the lung, skin and bladder, as well as skin lesions. The estimated dietary exposures to inorganic arsenic for average and high level consumers in Europe are within the range of the BMDL01 values identified, and therefore there is little or no margin of exposure and the possibility of a risk to some consumers cannot be excluded.

© European Food Safety Authority, 2009

Zusammenfassung

Arsen ist ein Halbmetall, das in verschiedenen anorganischen und organischen Formen vorliegt, die sich in der Umwelt sowohl natürlich vorkommend als auch aufgrund von anthropogener Aktivität befinden. Die anorganischen Formen von Arsen sind toxischer als organisches Arsen. Bisher werden allerdings die meisten Daten zum Vorkommen in Lebensmitteln, die im Rahmen von offiziellen Lebensmittelkontrollen erhoben wurden, immer noch als Gesamtarsen berichtet, ohne zwischen den verschiedenen Arsenspezies zu unterscheiden. Die Notwendigkeit von Speziationsdaten liegt auf der Hand, da verschiedene Untersuchungen zeigten, dass insbesondere in Meeresfrüchten das meiste Arsen in organischen Formen vorliegt, die weniger toxisch sind. Daher würde eine Risikobewertung, die nicht die verschiedenen Spezies berücksichtigt, sondern davon ausgeht, dass das Gesamtarsen ausschließlich als anorganisches Arsen vorliegt, zu einer erheblichen Überschätzung des Gesundheitsrisikos für die nahrungsbedingte Arsenexposition führen.

Nach einem Aufruf zum Einreichen von Daten legten 15 europäische Länder über 100 000 Ergebnisse zu Arsenkonzentrationen in verschiedenen Lebensmitteln vor. Zwei Drittel der Stichproben lagen unter der Nachweisgrenze. Etwa 98 % der Ergebnisse wurden als Gesamtarsen angegeben, und nur in wenigen Untersuchungen wurde zwischen den verschiedenen Arsenspezies unterschieden. Die höchsten Gesamtarsenkonzentrationen wurden in folgenden Lebensmitteln gemessen: Fisch und Meeresfrüchte, Lebensmittel oder Nahrungsergänzungsmittel auf Algenbasis, vor allem Hijiki, und Getreide und Getreideprodukte, mit besonders hohen Konzentrationen in Reiskörnern und Produkten auf Reisbasis, sowie Kleie und Keime. In Abhängigkeit von der Verarbeitung der Lebensmittel, der Temperatur und der Zeit kann es zu Veränderungen der Arsengesamtkonzentration und der Arsenspezies kommen. Der Arsengehalt im Kochwasser scheint von besonderer Bedeutung zu sein, da er bestimmt, ob die Arsenkonzentrationen in den zubereiteten Lebensmitteln höher oder niedriger als im rohen Produkt sind.

Da repräsentative Speziationsdaten spärlich sind, war das EFSA-Gremium für Kontaminanten in der Lebensmittelkette (CONTAM-Gremium) nicht in der Lage, die typischen Verhältnisse zwischen anorganischem und organischem Arsen in verschiedenen Gruppen von Lebensmitteln zu beurteilen. Daher musste das CONTAM-Gremium für die Expositionsbeurteilung verschiedene Annahmen zur Abschätzung des Anteils von anorganischem Arsen am Gesamtarsen auf der Grundlage der wenigen Daten machen, die von den Mitgliedsstaaten zu anorganischem Arsen berichtet sowie der einschlägigen Literatur entnommen wurden. Es wurde davon ausgegangen, dass der Anteil von anorganischem Arsen zwischen 50 % und 100 % des berichteten Gesamtarsens in den Lebensmitteln außer Fisch und Meeresfrüchten ausmacht, wobei angenommen wurde, dass 70 % den Durchschnitt über alles am besten wiedergibt. Bei Fisch und Meeresfrüchten ist der relative Anteil von anorganischem Arsen gering und nimmt tendenziell mit zunehmendem Gesamtarsengehalt ab, wobei sich das Verhältnis je nach Art der Meeresfrüchte ändern kann. Auf der Grundlage der begrenzten Daten zu anorganischem Arsen im vorliegenden Datenmaterial und der veröffentlichten Daten wurden feste Werte für anorganisches Arsen von 0,03 mg/kg in Fisch und 0,1 mg/kg in Meeresfrüchten als realistisch für die Berechnung der menschlichen Exposition über die Nahrung angesehen.

Unter Berücksichtigung der oben genannten Annahmen wurden die nationalen Expositionen gegenüber anorganischem Arsen aus Lebensmitteln und Wasser in 19 europäischen Ländern unter Verwendung von „lowerbound“ und „upperbound“-Konzentrationen auf einen Bereich von 0,13 bis 0,56 µg/kg Körpergewicht (KG) pro Tag für Durchschnittsverbraucher und von 0,37 bis 1,22 µg/kg KG pro Tag für Verbraucher des 95. Perzentils abgeschätzt. Die minimale und maximale Exposition über Lebensmittel variierte um einen Faktor 2 bis 3 in den 19 europäischen Ländern, basierend auf den unterschiedlichen Ernährungsgewohnheiten und weniger auf unterschiedlichen Daten über das Arsenvorkommen. Extrapoliert man aus den Hauptkategorien der EFSA-Übersichtsdatenbank über den Verzehr von Lebensmitteln (EFSA Concise Food Consumption Database), stellt man fest, dass die Lebensmittel-Unterkategorien Getreide und Produkte auf Getreidebasis, gefolgt von Lebensmitteln für eine spezielle Diät, Wasser in Flaschen, Kaffee und Bier, Reis und Produkten auf Reisbasis, Fisch und Gemüse in hohem Maße zur täglichen Exposition von anorganischem Arsen in der europäischen Allgemeinbevölkerung beitragen.

Verbraucher mit hohem Reiskonsum in Europa wie bestimmte ethnische Gruppen haben schätzungsweise eine tägliche Exposition gegenüber anorganischem Arsen von 1 µg/kg KG pro Tag und Verbraucher mit hohem Konsum von Produkten auf Algenbasis können eine Nahrungsexposition von anorganischem Arsen von ca. 4 µg/kg KG pro Tag haben. Die vorliegenden begrenzten Hinweise lassen nicht erkennen, dass Vegetarier eine andere Exposition über die Nahrung haben als die Allgemeinbevölkerung, sofern sie nicht eine große Menge von Produkten auf Algenbasis konsumieren.

Kinder unter drei Jahren sind gegenüber anorganischem Arsen am stärksten exponiert. Die in zwei verschiedenen Studien berichteten Expositionsabschätzungen zeigen eine Aufnahme von anorganischem Arsen im Bereich von 0,50 bis 2,66 µg/kg KG pro Tag. Die Exposition gegenüber anorganischem Arsen für Kinder unter drei Jahren, einschließlich durch Lebensmittel auf Reisbasis, wird auf die 2 bis 3 fache Höhe der Exposition von Erwachsenen geschätzt. Diese Schätzungen schließen keine Kinder mit Milchunverträglichkeit ein, die Reisgetränke statt Säuglingsnahrung oder Kuhmilch zu sich nehmen.

Gegenüber der Exposition über die Nahrung ist die nicht nahrungsbedingte Arsenexposition für die Allgemeinbevölkerung in der Europäischen Union (EU) wahrscheinlich von geringerer Bedeutung.

Für den Arsenmetabolismus und die Toxikokinetik wurde eine hohe Inter-Spezies-, Inter-Populations- und interindividuelle Variabilität berichtet. Da sich Versuchstiere hinsichtlich des Arsenmetabolismus und anderen Aspekten der Toxikokinetik erheblich von Menschen unterscheiden, bilden die Ergebnisse der Toxizitätsstudien bei Tieren keine geeignete Basis für die Charakterisierung des Risikos.

Beim Menschen wird lösliches anorganisches Arsen nach der Aufnahme rasch und nahezu vollständig resorbiert. Die Resorption von verschiedenen organischen Arsenverbindungen liegt im Allgemeinen bei über 70 %. Nach der Resorption wird Arsen weitgehend auf nahezu alle Organe verteilt und ist plazentagängig. Die Biotransformation von anorganischem Arsen bei Säugern beinhaltet die Reduktion von fünfwertigem Arsen zu dreiwertigem Arsen und die Methylierung von dreiwertigem Arsen.

Das CONTAM-Gremium stellte fest, dass, seitdem die provisorische tolerierbare wöchentliche Aufnahmemenge (provisional tolerable weekly intake – PTWI) von 15 µg/kg KG vom Gemeinsamen FAO/WHO-Sachverständigenausschuss für Lebensmittelzusatzstoffe (JECFA) festgelegt wurde, neue Daten ergeben haben, dass anorganisches Arsen neben Hautkrebs auch Krebs in der Lunge und in den Harnwegen verursacht und dass eine Reihe von unerwünschten Wirkungen bei Expositionen unterhalb derjenigen, die die JECFA geprüft hat, berichtet wurden. Daher schloss das CONTAM-Gremium, dass die JECFA-PTWI von 15 µg/kg KG nicht mehr sachgemäß ist, und konzentrierte sich bei seiner Bewertung auf neuere Daten, die Wirkungen bei niedrigeren Dosen von anorganischem Arsen als den von der JECFA berücksichtigten zeigten.

Die wichtigsten unerwünschten Wirkungen, von denen berichtet wurde, dass sie mit der Langzeitaufnahme von anorganischem Arsen einhergehen, sind Hautläsionen, Krebs, Entwicklungstoxizität, Neurotoxizität, kardiovaskuläre Erkrankungen, abnormer Glukosestoffwechsel und Diabetes. Über Neurotoxizität wird im Wesentlichen im Zusammenhang mit akuter Exposition durch absichtliche Vergiftung oder Suizide oder bei hohen Konzentrationen im Trinkwasser berichtet. Hinweise auf kardiovaskuläre Erkrankungen (Schwarzfußkrankheit, periphere Gefäßerkrankungen, koronare Herzkrankheit, Myokardinfarkt und Schlaganfall) und Diabetes in Gebieten mit relativ geringer Exposition gegenüber anorganischem Arsen sind nicht schlüssig. Es gibt zunehmend Anhaltspunkte für negative Auswirkungen auf die fötale und kleinkindliche Entwicklung, insbesondere reduziertes Geburtsgewicht, und es besteht ein Bedarf an weiteren Erkenntnissen über die Dosis-Wirkungs-Beziehungen und kritischen Expositionszeiten für derartige Auswirkungen.

Daher ist das CONTAM-Gremium der Auffassung, dass die Daten zu Harnblasen-, Lungen- und Hautkrebs, die ursächlich mit der oralen Exposition gegenüber anorganischem Arsen zusammenhängen, und zu Hautläsionen wahrscheinlich eine geeignete Bezugsgröße liefern. Eine Einschränkung bei allen verfügbaren Studien ist, dass die Gesamtexposition gegenüber anorganischem Arsen über die Nahrung nicht gemessen wurde. In den meisten Studien wurde die Konzentration von Arsen im Trinkwasser als Maß für die Exposition verwendet. In einer kleineren Anzahl von Studien wurde Arsen im Urin oder im Zehennagel verwendet. Um ein Gutachten über die gesundheitlichen Risiken im Zusammenhang mit dem Vorkommen von Arsen in Lebensmitteln zu erstellen, müssen Annahmen über die Gesamtexposition über die Nahrung in den Populationen gemacht werden, in denen die jeweiligen gesundheitlichen Endpunkte untersucht werden. Das CONTAM-Gremium stellte fest, dass eine Unterschätzung der Gesamtexposition über die Nahrung in den Studienpopulationen zu einer Unterschätzung der Bezugsgröße und folglich zu einer Überschätzung des Risikos führt, wenn man die Gesamtexposition über die Nahrung in EU-Ländern in diesem Gutachten betrachtet, und umgekehrt. Das Gremium schloss daher, dass es sinnvoll ist, einen Bereich von möglichen Gesamtexpositionen über die Nahrung in den wesentlichen epidemiologischen Studien zu ermitteln.

Das CONTAM-Gremium modellierte die Dosis-Wirkungs-Daten aus den wichtigsten epidemiologischen Studien und bezog auch andere berichtete Dosis-Wirkung-Modellergebnisse ein. Es wurde ein Benchmark-Response von 1 % Extrarisiko gewählt, da dies innerhalb des Bereichs der beobachteten Daten liegen könnte. Wegen der Unsicherheiten bei der Exposition in den wichtigsten epidemiologischen Studien identifizierte das CONTAM-Gremium einen Bereich von Werten für die Untergrenze des 95 %-Vertrauensbereichs der Benchmarkdosis von 1 % Extrarisiko (BMDL₀₁) für jeden Endpunkt. Die niedrigsten BMDL₀₁-Werte sind diejenigen für Lungenkrebs. Diese Daten stammen aus einer Studie, die relativ klein ist, aber den Vorteil hat, dass das Kollektiv wahrscheinlich genetisch und auf die Ernährungsgewohnheiten bezogen einen Hintergrund hat, der den EU-Populationen näher kommt als derjenige der asiatischen Landbevölkerung, für die die meisten epidemiologischen Daten vorliegen. Im Gegensatz dazu stammen die Daten für Hautläsionen aus größeren Populationen und zeigen ein hohes Maß an Übereinstimmung zwischen den Studien. Es wird davon ausgegangen, dass die Arsenexposition eine notwendige, aber nicht hinreichende Ursache für dermale Läsionen darstellt. Und da die Beobachtungen von dermalen Läsionen hauptsächlich aus ländlichen asiatischen Gebieten mit hohen Arsengehalten im Wasser stammen, ist es möglich, dass die Ergebnisse von anderen Faktoren, wie z.B. dem Ernährungsstatus beeinflusst wurden. Das CONTAM-Gremium schloss daher, dass bei der Risikocharakterisierung für anorganisches Arsen der gesamte Bereich von BMDL₀₁-Werten von 0,3 bis 8 μg/kg KG pro Tag anstatt eines einzigen Referenzwertes verwendet werden sollte.

Das CONTAM-Gremium stellte fest, dass anorganisches Arsen nicht direkt DNA-reaktiv ist und dass verschiedene Mechanismen der Karzinogenität wie oxidative Schädigung, epigenetische Wirkungen und Interferenz mit der Reparatur von DNA-Schäden existieren, für die jeweils ein Schwellenmechanismus postuliert werden könnte. Unter Berücksichtigung der Unsicherheiten im Hinblick auf die Ausprägung der Dosis-Wirkungs-Beziehungen wurde es als nicht zweckdienlich angesehen, anhand der Humandaten eine Dosis von anorganischem Arsen ohne nennenswertes Gesundheitsrisiko zu definieren, d. h. tolerierbare tägliche oder wöchentliche Aufnahmemengen. Daher sollte eine Beurteilung der „Margins of Exposure“ (MOEs) zwischen den identifizierten Bezugsgrößen aus den Humandaten und der abgeschätzten Exposition gegenüber anorganischem Arsen in der EU-Bevölkerung vorgenommen werden.

Die berechneten Expositionen gegenüber anorganischem Arsen über die Nahrung für Verbraucher mit durchschnittlichem und hohem Konsum in Europa liegen im Bereich der BMDL₀₁-Werte, die vom CONTAM-Gremium identifiziert wurden, und daher gibt es keine oder nur geringe MOE und die Möglichkeit eines Risikos kann für manche Verbraucher nicht ausgeschlossen werden. Zu den Verbrauchergruppen mit höherem Expositionsniveau zählen Verbraucher, die große Mengen von Reis konsumieren, was für manche ethnische Gruppen zutrifft, und Verbraucher, die große Mengen von Produkten auf Algenbasis konsumieren. Die berechneten nahrungsbedingten Expositionen dieser Gruppen liegen ebenfalls im Bereich der BMDL₀₁-Werte. Säuglinge unter 6 Monaten, die nur mit Muttermilch gefüttert werden oder mit Kuhmilchprodukten, die mit Wasser mit durchschnittlicher europäischer Arsenbelastung angerührt werden, haben die geringste berechnete nahrungsbedingte Exposition gegenüber anorganischem Arsen. Die abgeschätzte Nahrungsexposition von Kindern ist wegen des größeren Verzehrs von Lebensmitteln bezogen auf das Körpergewicht höher als diejenige von Erwachsenen. Jedoch bedeutet dies nicht unbedingt, dass Kinder ein höheres Risiko tragen, da die Wirkungen durch die Langzeitexposition bedingt sind und die Expositionsabschätzungen ebenfalls im Bereich der BMDL₀₁-Werte liegen.

Bei den organischen Formen von Arsen wird bei Arsenobetain, der Hauptform in Fisch und den meisten Meeresfrüchten, weitgehend von toxikologischer Unbedenklichkeit ausgegangen. Arsenozucker und Arsenolipide werden beim Menschen hauptsächlich zu Dimethylarsinat metabolisiert, aber zur Toxizität liegen keine spezifischen Informationen vor. Für andere organische Arsenverbindungen liegen keine Toxizitätsdaten für Menschen vor. Wegen fehlender Daten konnten Arsenozucker, Arsenolipide, Methylarsonat und Dimethylarsinat bei der Risikocharakterisierung nicht berücksichtigt werden.

Das CONTAM-Gremium empfahl, die Nahrungsexposition gegenüber anorganischem Arsen zu reduzieren. Um die Risikobewertung von anorganischem Arsen zu verfeinern, besteht die Notwendigkeit, Speziationsdaten für verschiedene Lebensmittel zu generieren, um die Bewertung der Exposition über die Nahrung und die Dosis-Wirkungs-Daten für mögliche Gesundheitswirkungen zu unterstützen.
 

total arsenic, inorganic arsenic, organic arsenic, analysis, food, occurrence, dietary exposure, risk assessment, toxicity, bench mark dose BMD, margin of exposure MOE, arsenic