Fluorid erhöht die Toxizität von Beryllium

Es ist gut dokumentiert, dass der berufliche Kontakt mit Beryllium die Gesundheit der Arbeitnehmer gefährdet. Die beiden Hauptziele einer Berylliumvergiftung sind die Atemwege und die Haut. Von allen Berylliumverbindungen scheinen Berylliumfluoridkomplexe (einschließlich Berylliumfluorid und Berylliumoxyfluorid) am giftigsten zu sein.

Wie unten gezeigt, haben Studien aus den 1930er Jahren eindeutig gezeigt, dass Berylliumfluoridverbindungen eine viel größere systemische Toxizität aufweisen und bei niedrigeren Konzentrationen schwerwiegendere Atemwegs- und dermatologische (Haut-)Reaktionen hervorrufen als andere gängige Berylliumverbindungen.

Aufgrund der vorliegenden Beweise ist es offensichtlich, dass Arbeitnehmer, die einer Kombination aus Beryllium- und Fluoridstaub ausgesetzt sind, anfälliger für eine „Berylliumvergiftung“ sind als Arbeitnehmer, die Berylliumstaub ausgesetzt sind, der kein Fluorid enthält. Trotz dieser Tatsache wird in den meisten Veröffentlichungen über berufliche Berylliumvergiftungen die oft beitragende/verstärkende Rolle von Fluoridstaub nicht erwähnt.

Während Fluorid an sich schon ein starker Atemwegsreizstoff ist, scheint die Fähigkeit von Fluorid, die Toxizität von Beryllium zu verstärken, auf die Fähigkeit des Berylliumfluoridkomplexes zurückzuführen zu sein, G-Proteine zu imitieren, wodurch sowohl Beryllium als auch Fluorid tiefer in Gewebe und Zellen eindringen können.

1. Systemische Toxizität:

„Angesichts der unterschiedlichen tödlichen Dosen dieser Verbindungen wurde BeF2 (Berylliumfluorid) als wesentlich giftiger eingestuft als BeHPO4 … Die ausgeprägte Gewebereaktion auf BeF2 steht in scharfem Kontrast zu den Reaktionen auf die entsprechenden niedrigen Aerosolkonzentrationen von BeSO4 und BeHPO4 … Betrachtet man die extrathorakalen Reaktionen auf die eingeatmeten Berylliumaerosole, fällt der Kontrast zwischen der Vielzahl der Auswirkungen der Exposition gegenüber BeF2 und der geringen Zahl systemischer Reaktionen auf BeSO4 und BeHPO4 besonders auf … Da sich BeF2 als so übermäßig giftig erwies, kann man sich fragen, ob die Fluorradikale ein Faktor bei der Entstehung der pulmonalen und systemischen Läsionen waren, die durch das Einatmen niedriger Konzentrationen dieser Verbindung verursacht wurden. Die Löslichkeit liefert keine Erklärung, da BeSO4 etwa gleich löslich war.“
QUELLE: Schepers GWH. (1964). Biologische Wirkung von Beryllium: Reaktion des Affen auf eingeatmete Aerosole. Industrial Medicine and Surgery 33: 1-16.

„Die Ergebnisse dieser Studien zeigen deutlich, dass Berylliumfluorid deutlich giftiger ist als das Sulfat oder das Oxid dieses Metalls. Während die Exposition von sieben Tierarten gegenüber 10 mg/m3 Berylliumsulfat über 95 Tage nur bei Ratten tödlich war, traten bei Hunden, Meerschweinchen, Mäusen und Ratten, die derselben Konzentration Berylliumfluorid nur 15 Tage lang ausgesetzt waren, signifikante Todesfälle auf. Bei Hunden, die 10 Tage lang 3 mg/m40 Berylliumoxidstaub ausgesetzt waren, traten keine Todesfälle auf. Vergleicht man die Sterblichkeitsraten bei einer Exposition gegenüber einer Konzentration von etwa 1 mg/m3, so verursachte Berylliumsulfat bei sieben Tierarten innerhalb von 100 Tagen keinen Tod, während drei Hunde, die Berylliumfluorid ausgesetzt waren, nach 29, 56 bzw. 70 Tagen starben … Nach Exposition gegenüber 10 mg/m3 Berylliumfluorid war die Schwere der Lungenschädigungen etwa gleich stark wie bei Tieren der gleichen Tierart, die 50 bis 100 mg/m3 Berylliumsulfat ausgesetzt waren … Im Verhältnis zur Berylliummenge in der Lunge verteilte sich nach Inhalation von Berylliumfluorid ein erheblich größerer Anteil auf Skelett, Leber, Milz und Nieren der Hunde als in früheren Studien zu unlöslichem Berylliumoxid oder dem löslichen und leicht dissoziierbaren Berylliumsulfatnebel festgestellt wurde.“
QUELLE: Stokinger HE, et al. (1953). Akute Inhalationstoxizität von Beryllium. IV. Berylliumfluorid bei Expositionskonzentrationen von einem und zehn Milligramm pro Kubikmeter. AMA Archives of Industrial Hygiene and Occupational Medicine 8(6): 493-506.

„Die potenziell giftigen Stäube oder Dämpfe, die in industriellen Prozessen auftreten, sind häufig keine einzelnen Verbindungen, sondern Mischungen verschiedener Substanzen. Ein Beispiel hierfür ist die Herstellung von Beryllium, bei der Fluorwasserstoff (HF) oder andere Fluoride nicht nur vorhanden, sondern sogar in Mengen vorhanden sind, die mehrere hundert Mal größer sind als die von Beryllium … Die auf den folgenden Seiten beschriebene Studie wurde durchgeführt, um festzustellen, ob Fluorwasserstoff eine verstärkende Wirkung auf Berylliumvergiftungen durch Einatmen hat. Die bei Ratten erzielten Ergebnisse bestätigen diese Hypothese. Solche Ergebnisse haben offensichtliche Auswirkungen auf industrielle Belastungen … Die in sich schlüssigen und eindeutigen Ergebnisse hinsichtlich Sterblichkeit, Gewichtsreaktion und pathologischen Veränderungen lassen keinen Zweifel an der verstärkenden Wirkung von Fluorwasserstoff auf Berylliumsulfatvergiftungen durch Einatmen bei Ratten. Der Mechanismus, durch den dies geschieht, ist noch lange nicht verstanden. Es ist möglich, dass sich Fluorid in vivo mit Beryllium verbindet und eine giftigere Verbindung, Berylliumfluorid (BeF2), bildet oder eine verwandte Fluorverbindung erzeugt, die giftiger ist als das ursprüngliche inhalierte Berylliumsulfat. Es wurden Inhalationsversuche durchgeführt, die zeigten, dass Berylliumfluorid gewichtsmäßig giftiger ist als Berylliumsulfat. Einige dieser Erklärungen stimmen auch mit dem Befund überein, dass der Fluoridgehalt in Knochen und Zähnen bei Tieren, die Beryllium in Gegenwart von Fluorwasserstoff ausgesetzt waren, erhöht war, wobei der Fluoridgehalt der Knochen durch die Anwesenheit von Beryllium beeinflusst zu sein scheint. Berylliumfluorid ist sicherlich eine weit weniger dissoziierte Verbindung als Berylliumsulfat, und daher ist es vernünftig anzunehmen, dass die Verbindung eine Toxizität aufweisen könnte, die eher für das Molekül als Ganzes charakteristisch ist als für das Berylliumion allein.“
QUELLE: Stokinger HE, et al. (1950). Akute Inhalationstoxizität von Beryllium. II. Die verstärkende Wirkung der Inhalation von Fluorwasserstoffdampf auf Berylliumsulfatvergiftungen bei Tieren. Archives of industrial hygiene and employment medicine 1:398-410.

„Berylliumvergiftung ist eine Berufskrankheit, die aufgrund des Arbeitskräfteverlusts und der Todesfälle, die mit der erhöhten Produktion in der Berylliumindustrie einhergehen, Aufmerksamkeit erfordert. In den letzten vier Jahren wurden 170 Vergiftungsfälle bei Arbeitern in drei Fabriken beobachtet, die Beryllium, seine Verbindungen und seine Legierungen herstellen. Zu den Symptomen gehörten Dermatitis, chronische Hautgeschwüre und entzündliche Veränderungen der Atemwege, wobei Haut- und Atemwegsveränderungen gleichzeitig oder einzeln auftraten … Die spezifische Ätiologie einer Berylliumvergiftung ist nicht bekannt. Anscheinend können die Symptome durch mehrere Berylliumverbindungen verursacht werden, wobei die Schwere der Symptome von der Menge der Exposition, der Toxizität und Konzentration der Substanz sowie einer möglichen individuellen Empfindlichkeit abhängt. In dieser Studie wiesen Patienten, die im Sulfatierungsprozess und im Oxyfluoridprozess beschäftigt waren, die höchste Inzidenz der Krankheit auf.“
QUELLE: VanOrdstrand HS, DeNardi JM, Carmody MG. (1945). Berylliumvergiftung. Journal of the American Medical Association 129: 1084-1090.

2. Atemwegsschäden

„Dyspnoe … entwickelte sich bei den Affen in der BeF2-Kammer am schnellsten, und bei fortgesetzter Exposition litten sie unter deutlichem Lufthunger.“
QUELLE: Schepers GWH. (1964). Biologische Wirkung von Beryllium: Reaktion des Affen auf eingeatmete Aerosole. Industrial Medicine and Surgery 33: 1-16.

„Nach der Exposition gegenüber 10 mg/m3 Berylliumfluorid war die Schwere der Lungenschädigungen etwa gleichwertig mit der bei Tieren der gleichen Art, die 50 bis 100 mg/m3 Berylliumsulfat ausgesetzt waren.“
QUELLE: Stokinger HE, et al. (1953). Akute Inhalationstoxizität von Beryllium. IV. Berylliumfluorid bei Expositionskonzentrationen von einem und zehn Milligramm pro Kubikmeter. AMA Archives of Industrial Hygiene and Occupational Medicine 8(6): 493-506.

„Dass die Produktion von Berylliumoxid in diesem Werk mit Gesundheitsrisiken verbunden ist, wird schon bei einer oberflächlichen Betrachtung der Krankenakten deutlich, die dem Werksarzt vorgelegt wurden … Die Tatsache, dass Mitarbeiter, die im Werk Fluoriden ausgesetzt waren, über Atemwegserkrankungen und Dermatitis berichteten und dies immer noch tun, und dass diese Erkrankungen häufiger auftreten als alle anderen, weist darauf hin, dass die Fluoride eine sehr wahrscheinliche Ursache der Probleme sind. Fluor, das stark reizend wirkt, spielt eine wichtige Rolle bei der Gewinnung von Berylliumoxid aus seinem Erz … Die zulässige Konzentration von Fluorwasserstoff in der Luft ist allgemein anerkannt und wird mit drei Teilen pro Million Teile Luft angegeben … [Wir] hegen ernsthafte Zweifel an der Richtigkeit eines solchen Standards … [D]ie Konzentrationen liegen mit wenigen Ausnahmen weit unter diesem Grenzwert. Aber die Mitarbeiter des betreffenden Werks erkranken trotz der festgestellten Konzentrationen weiterhin … Wir sind daher der Meinung, dass die atmosphärische Konzentration von Natriumfluorid auf 0.2 mg gesenkt werden sollte. Natriumfluorid (entspricht 0.0952 mg Fluorwasserstoff und 0.0904 mg Fluor) oder weniger pro Kubikmeter, um Krankheiten oder Gesundheitsschäden vorzubeugen.“
QUELLE: Shilen J, Galloway AE, Mellor JF. (1944). Berylliumoxid aus Beryll – Gesundheitsrisiken bei der Gewinnung. Industrial Medicine 13: 464-469.

„Der Mechanismus einer Vergiftung durch Berylliumoxyfluorid wird nicht einfach durch die Summe der Wirkungen von Beryllium und Fluor dargestellt … [D]ie aufbrechende Wirkung des Fluors dringt mit raketenartiger Kraft in die Alveolen ein, ohne in den oberen Atemwegen zurückgehalten zu werden. Die Wirkung des Fluors ist unter solchen Bedingungen besonders stark und langanhaltend, was die Spezifität des Vergiftungsbildes durch Berylliumoxyfluorid bedingt … Da sich die toxische Wirkung von Berylliumoxyfluorid deutlich von der von Stickoxiden und Chloroxiden und in geringerem Maße von der von Senfgas unterscheidet, ist es notwendig, einen anderen Wirkungsmechanismus anzunehmen. Wir nehmen an, dass die lang anhaltende Wirkung von Berylliumfluorid durch die Fixierung dieses Giftes in den Alveolen und Bronchiolen bedingt ist. Man muss bedenken, dass Berylliumoxyfluorid, das mit den Alveolen und Bronchiolen in Kontakt kommt, sich genau an dieser Stelle in Berylliumoxid und Fluor aufspaltet. Das Molekül Berylliumoxyfluorid ist sozusagen eine Ladung, die in den Alveolen explodiert und hier einerseits Berylliumoxidpartikel in dispergierter Phase und andererseits Fluor freisetzt. Wir haben also eine Art explosive Wirkung mit der Bildung von Fluor in statu nascendi. Daher die tiefere und vor allem länger anhaltende Wirkung dieses Gases im Vergleich zu der, die wir nach dem Einatmen nicht nur von Stickoxiden und Chloroxiden, sondern auch von Fluor- oder Flusssäuredämpfen beobachten.“
QUELLE: Gelman I. (1936). Vergiftung durch Dämpfe von Berylliumoxyfluorid. Journal of Industrial Hygiene and Toxicology 18: 371-379.

3. Dermatitis:

„Eine allergische Kontaktdermatitis kann auftreten und wird am häufigsten durch Berylliumfluorid verursacht.“
QUELLE: Agentur für giftige Substanzen und Krankheitsregister. (1993). Toxikologisches Profil für Beryllium. US-Gesundheitsministerium, Public Health Service.

„Es wurde erneut festgestellt, dass das löslichere BeF2 eine stärkere Reaktion hervorrief als die von BeSO4 erzeugte und diese wiederum stärker war als die Reaktion, die am BeO-Testgelände erzeugt wurde.“
QUELLE: Marx JJ, Burrell R. (1973). Verzögerte Überempfindlichkeit gegen Berylliumverbindungen. Journal of Immunology 111: 590-598.

„Durch Berylliumverbindungen verursachte Dermatitis ist eine der größten Berufskrankheiten in Berylliumgewinnungsanlagen … De Nardi (1950) berichtete über 202 Fälle von Dermatitis … in zwei Berylliumgewinnungsanlagen in der Nähe von Cleveland im Zeitraum von 1940 bis zum 17. Januar 1940. Von den 202 Dermatitisfällen führt De Nardi 156 auf Berylliumfluorid (BeF2) und 45 auf Berylliumsulfat zurück … Bei den 13 in diesem Bericht besprochenen Patienten wurde die Dermatitis bei 2 durch BeF10 verursacht … Es ist sofort ersichtlich, dass die Ergebnisse der quantitativen Patch-Tests eine Variation in der Fähigkeit der Verbindungen zeigen, den Schweregrad der Reaktion hervorzurufen. Die Reihenfolge ist BeF2 > BeSO4 = BeCl2 > Be(NO3)3… BeF2 übertrifft BeSO4 und BeCl2 sowohl in der Sensibilisierungsfähigkeit als auch in der Fähigkeit, eine stärkere Reaktion hervorzurufen… [D]ie Dermatitisrate, die durch BeF2 verursacht wird, ist fast viermal so hoch wie die durch BeSO4, obwohl eine viel größere Zahl von Arbeitern mit der Sulfatmethode zur Berylliumgewinnung beschäftigt sind… Berylliumfluorid besitzt die Fähigkeit, die Haut in hohem Maße zu sensibilisieren, was die hohe Dermatitisrate unter den Arbeitern erklärt, die mit der Fluoridmethode zur Berylliumgewinnung arbeiten. Berylliumsulfat und Berylliumchlorid besitzen eine geringere Fähigkeit zur Hautsensibilisierung als Berylliumfluorid, während Berylliumnitrat eine geringe oder gar keine Fähigkeit zur Hautsensibilisierung besitzt…“
QUELLE: Curtis GH. (1951). Kutane Überempfindlichkeit durch Beryllium. AMA Archives of Dermatology and Syphilology 64: 470-482.