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Infos zu Blaualgen/Cyanobakterien

Auszüge aus Cyanobakterientoxine von I. Chorus, J. Fastner, J. Pietsch

Cyanotoxine und ihre toxiologische Bewertung

"Cyanobakterientoxine - kurz "Cyanotoxine" - sind Giftstoffe, die in Cyanobakterien enthalten sind oder von diesen an das Wasser abgegeben werden. Cyanobakterien werden populärwissenschaftlich häufig noch "Blaualgen" genannt, obwohl sie aufgrund ihrer Zellstruktur eher den Bakterien als den Algen zuzuordnen sind. (Manche Systematiker schlagen für diese Organismen derzeit eine neue Gruppe vor, die "Cyanoprokaryonten", um der Tatsache Rechnung zu tragen, dass sie, wie Algen, Photosynthese betreiben, jedoch , wie Bakterien, keinen Zellkern besitzen und auch andere ihrer Zellstrukturmerkmaie denen der Bakterien entsprechen.) Cyanobakterien leben im Wasser, entweder als Einzelzellen oder Kolonien suspendiert als Bestandteil des "Phytoplanktons" oder aber auch als Aufwuchs auf Flächen oder Gewässersedimenten (siehe Kapitel 7.1)."

"Die hygienische Bewertung der Cyanobakterien wird durch einen Mangel an belastbaren epidemiologischen Studien erschwert. Zahlreiche Fallbeispiele von Erkrankungen von Menschen nach Exposition gegenüber Cyanobakterien sind publiziert - eine Zusammenstellung findet sich in Chorus et al. (2000b). Beispiele schwerer Erkrankungen sind die atypische Lungenentzündung von Soldaten in England nach dem Schwimm- und Eskimorollen-Training in einem stark mit toxischer Microcystis spp. belastetem Gewässer (Turner et al. 1990), die teils lebensgefährliche Erkrankung von 141 Personen, vorwiegend Kindern, in Australien nach der Kupfersulfat-Behandlung der Massenentwicklung von Cylindrospermopsis raciborskii in einer Trinkwassertalsperre (Falconer 1993), und die über 50 Todesfälle in Brasilien nach Exposition gegenüber toxischer Microcystis spp. durch Haemodialyse (Jochimsen et al, 1998). Allen Fallbeispielen ist gemeinsam, dass andere Ursachen der Erkrankungen nicht gefunden werden konnten und eine Exposition gegenüber toxischen Cyanobakterien stattfand, die jedoch nicht quantifiziert werden konnte. Lediglich im Falle der Dialyse-Toten konnte gezeigt werden, dass die Toxinkonzentrationen im Gewebe der Verstorbenen denen entsprachen, die in Tierversuchen nach einer Letaldosis gemessen werden.
Allerdings demonstrierten Falconer et al. (1983) für die Stadt Armidale einen direkten Bezug zwischen erhöhter Leberenzym-Aktivität im Serum desjenigen Teils der Bevölkerung, der aus einer Trinkwassertalsperre versorgt wird, und der Populationsentwicklung der toxinhaltigen Cyanobakterien Microcystis spp. in dieser Talsperre, während diese Erhöhung im Stadtteil mit einer anderen Trinkwasserquelle nicht auftrat. Dieser Effekt spiegelt die Wirkung der hepatotoxischen Microcystine wider (siehe Tab. 1) und kann z.T. schwere chronische Leberschäden einschließen.
Trotz zahlreicher letaler Vergiftungen von Tieren und Erkrankungen von Menschen scheinen Todesfälle bei Menschen nur unter extremen Bedingungen aufzutreten. Neben den o.g. Todesfällen über die Haemodialyse, bei der die Patienten mit immerhin rund 120 L Wasser pro Behandlung exponiert werden, ist nur ein weiteres Beispiel bekannt: In Brasilien wurden rund 2000 Gastroenteritiden mit 88 Todesfällen mit dem massivem Vorkommen toxischer Cyanobakterien in der [...]"

"Im Vergleich der bekannten Cyanotoxine stellen die in Tab. 1 aufgeführten Neurotoxine in der Regel für den Menschen ein geringeres Gefahrenpotential dar, da von ihnen voraussichtlich weniger chronische Belastung ausgeht. Aufgrund des Wirkmechanismus ist anzunehmen, dass nach subletalen (d.h. nicht tödlichen) Vergiftungen eine vollständige Erholung eintritt, und Tierversuche haben keinen Hinweis auf Spätfolgen erkennen lassen. Hingegen konnte für Microcystine gezeigt werden, dass Leberschäden bei wiederholter Exposition kumulieren (z.B. kann bei täglicher Exposition die Rate der Zellschädigung höher sein als die der Regeneration; Fitzgeorge et al. 1994). Ferner ist Nodularin karzinogen, Microcystine fördern das Tumorwachstum (Kuiper-Goodman et al. 1999), und für Cylindrospermopsin zeichnet sich beides ab (Humpage)."

"Gezielte epidemiologische Untersuchungen fehlen weitgehend; die einzige Ausnahme ist die prospektive Studie von Pilotto et al. (1997) mit 852 Badegästen. Sie zeigt eine rund 3-fach erhöhte Wahrscheinlichkeit der Erkrankung an Durchfall, Erbrechen, Grippe ähnlichen Symptomen, Hautausschlägen oder Reizungen der Haut, Ohren, Augen oder Schleimhäute im Rachen-Bereich bereits bei Exposition gegenüber nur mäßig hohen Cyanobakterien-Zelldichten. Es bestand ein Zusammenhang zur Dauer des Badens und zur Zelldichte der Cyanobakterien im Wasser, jedoch kein Zusammenhang zur Konzentration der derzeit bekannten Cyanotoxine so dass nahe liegt, dass andere, nicht identifizierte Inhaltsstoffe der Cyanobakterien für die Symptome maßgeblich waren.
Die ökotoxikologische Bedeutung der Cyanotoxine ist ebenso unklar wie die biologische Funktion der Toxine für die Cyanobakterienzellen. Gegenüber Fischeiern sind die Rohextrakte vieler Cyanobakterienpopulationen äußerst toxisch, die Wirkung geht jedoch nicht auf die bekannten Cyanotoxine zurück (Oberemm 2001). Im Wasser gelöst sind die wichtigsten der bekannten Cyanotoxine gegenüber Zooplanktern erst in Konzentrationen wirksam, die um mehrere Zehnerpotenzen über denen liegen, die im Freiland beobachtet werden; werden die Toxine jedoch durch Fraß der toxinhaltigen Cyanobakterien-Zellen aufgenommen, so zeigen sich ausgeprägte Giftwirkungen (Rohrlack et al. 2001). Dennoch liegt die Funktion von Cyanotoxinen für die Cyanobakterien wahrscheinlich nicht in der Reduktion des Fraßdrucks durch Zooplankton, da die meisten Cyanobakterien ohnehin aufgrund ihrer Kolonie- oder Trichomgestalt schlecht fressbar sind."

Vorkommen von Cyanotoxinen

"Für alle der in Tab. 1 dargestellten Cyanotoxine - mit Ausnahme der Lipopolysaccharinde - wurde gezeigt, dass ihr Gewichtsanteil an der Zellsubstanz 0,3 bis 1,8 Prozent erreichen kann (Sivonen und Jones 1999). Während Anatoxin-a und Cylindrospermopsin zu einem größeren Anteil auch gelöst im Wasser gefunden werden, kommen Microcystine vorwiegend innerhalb der Cyanobakterienzellen vor und werden nur bei deren Absterben und Auflösung (Lysis) in das umgebende Wasser abgegeben. Dadurch kann es auch für Microcystine zu hohen Konzentrationen an gelöstem Toxin kommen, jedoch nur kurzeitig. Eine Studie an 183 Proben aus 35 Gewässern in Deutschland fand nur in 10% Prozent der Proben gelöste Microcystine in Konzentrationen von mehr als 1,0 µg L (Fastner et al. 2001). Für im Wasser gelöste Microcystine sind mikrobielle Abbauwege mit Halbwertzeiten im Bereich von einigen Taben bekannt; von geringerer Bedeutung sind auch photochemische Oxidationsprozesse (Welker et al. 2001).
Allgemein sind Cyanotoxin-Konzentrationen im Wasser dort am höchsten, wo sich Zellmaterial anreichert. Da viele Cyanobakterienarten über Auftriebsmechanismen (siehe 7.2.2) verfügen, können sie in großen Massen an der Wasseroberfläche akkumulieren und vom Wind zusammengetrieben werden - meist am Ufer und insb. in Buchten Durch diesen Mechanismus entstehen sogenannte "Blüten" mit einer Zelldichte, die tausendfach oder mehr über der im offenen Wasser liegen und entsprechend auch die Toxinkonzentrationen anreichert. Gelegentlich entstehen hohe Toxinkonzentrationen auch dadurch, dass sich Matten von benthischen (d.h. am Gewässergrund lebenden) Cyanobakterien ablösen und an das Ufer treiben. Der Verzehr von solchem Material hat bereits mehrfach zum Tod von Hunden geführt."

Microcystin

"Die Gattungen Microcystis und Planktothrix gehören zu den häufigsten Cyanobakterien in Deutschland. Entsprechend wurden in der o.g. Studie (Fastner et al. 1999a und 2001) in rund 2/3 aller Proben (insgesamt 642) und über der Hälfte aller untersuchten Gewässer (124) Microcystine nachgewiesen. Allerdings hängt die Nachweishäufigkeit eng von der Häufigkeit der Untersuchungen ab: So wurden Microcystine in 71 % all derjenigen Gewässer gefunden, die öfter als zweimal und in 94 % aller, die öfter als 10 mal beprobt wurden. Dies spiegelt die hohe Wahrscheinlichkeit wider, mit der Microcystin produzierenden Arten im Jahreslauf zeitweilig auftreten."

Risiken für die menschliche Gesundheit

Risiken akut tödlicher Vergiftungen

"Aufgrund des Fehlens epidemiologischer Ergebnisse kann eine Risikoabschätzung nur auf der Basis von Daten zur Konzentration der Cyanotoxine im von Menschen genutzten Wasser und den toxikologischen Informationen aus Tierversuchen erfolgen. Für Kleinkinder, die im Uferbereich spielen, kann die stärkste Gefährdung angenommen werden, da sich dort häufig die höchsten Zelldichten anreichern. überträgt man die an Mäusen untersuchte akute Toxizität über orale Aufnahme, gemessen als LD von 5000 µg Microcystin-LR pro kg Körpergewicht (Tab. 1), auf Menschen, so liegt eine tödliche Dosis für ein Kleinkind von 10 kg Körpergewicht bei 50.000 µg. Das bedeutet: Bei dieser Dosis würde die Hälfte einer Kleinkind- Versuchspopulation eine Letaldosis erleiden; für empfindliche Individuen könnte die Letaldosis jedoch nur 1/10 dieses Wertes betragen. Somit kann im Dosisbereich von 5000 bis 50.000 µg für ein Kind von 10 kg eine tödliche Reaktion erwartet werden.
Welcher Zellmenge entspricht dies? Bild 1 zeigt, dass im Zellmaterial bis zu 5000 µg Toxin pro g Trockengewicht vorkommen können. Somit kann die Letaldosis bereits beim Verschlucken von 1 - 10 g reiner Cyanobakterien-Trockenmasse durch ein Kleinkind erreicht werden. Geht man von einem Wasseranteil innerhalb der Zellen von 25 % aus, so entspricht dies 2,5 - 25 g Frischgewicht."

Maßnahmen zum Schutz vor Cyanotoxinen im Trinkwasser und in Badegewässern

"Sowohl für Trinkwasser als auch für Badegewässer sind Vermeidungsstrategien gegen das Auftreten von Cyanobakterien - insbesondere in Massenentwicklungen - der beste Schutz. Durch Reduktion der Eutrophierung kann ihnen die Nahrungsgrundlage entzogen werden, und auch andere Maßnahmen können entweder zur Reduzierung ihrer Biomasse oder zu einer Verschiebung von Cyanobakterien zu weniger problematischen Arten führen (siehe dazu Kapitel 7.2.5). Trotz beginnender Erfolge in der Gewässer-Sanierung ist dieses Ziel nicht in allen Situationen gleichermaßen rasch erreichbar, und Schutzmaßnahmen sind erforderlich."

Badegewässer

"Über 40 % der in Deutschland ausgewiesenen Badestellen halten zeitweilig den EU- Grenzwert der Sichttiefe von 1 m nicht ein, und Ursache dieser Trübung sind häufig Massenentwicklungen von Cyanobakterien. Es ist daher anzunehmen, dass ein Gesundheitsrisiko durch Exposition beim Baden in Deutschland häufig gegeben ist.
Für Badegewässer hat das Umweltbundesamt 1997 eine Information und Warnung der Badegäste ab Konzentrationen von 40 µg L Chlorophyll-a empfohlen, wenn die Kontrolle am Mikroskop zeigt, dass dieses Pigment vorwiegend aus Cyanobakterien und kaum aus Algen stammt (Bild 3; Bundesgesundheitsblatt 1997). Diese Empfehlung sollte auch vor unbekannten Stoffen aus Cyanobakterien schützen. Eine vorübergehende Schließung von Badestellen wird bei Chlorophyll-a-Konzentrationen >150 µg L empfohlen, wobei vorher eine Analyse auf Microcystin vorgenommen werden kann. Liegt die Microcystin-Konzentration <100 µg L , so kann von einer Schließung Abstand genommen werden; die Information und Warnung ist jedoch nach wie vor erforderlich, damit Badegäste ggf. auftretende Symptome im Hinblick auf Cyanobakterien als Ursache prüfen können. Nach derzeitigem Kenntnisstand werden durch andere Inhaltsstoffe der Cyanobakterien vorwiegend Reizungen der inneren und äußeren Körperoberflächen erwartet, die gegenüber dem durch Microcystin gegebenen Risiko von Leberschäden weniger schwer wiegen. Auch wird unter den bekannten Cyanotoxinen das Microcystin als dasjenige bewertet, von dem die höchste Gesundheitsgefahr ausgeht, da für die Neurotoxine keine chronische Wirkung bekannt ist. Die gegenüber dem WHO Trinkwasser-Leitwert 100-fach höhere Konzentration kann damit begründet werden, dass für vorübergehende Expositionen der Unsicherheitsfaktor von 10 entfallen kann, und dass als verschluckte Wassermenge nicht 1-2 Liter sondern nur von 50-100 ml angenommen werden.
Allerdings ist zu bedenken, dass je nach Sportart ggf. deutlich mehr Wasser versehentlich verschluckt wird (z.B. beim Windsurfen, bei Segelregatten unter stürmischen Bedingungen oder beim Wasserskifahren, wo ggf. die Aufnahme als Aerosol hinzukommt). Eine gute Information der Gewässernutzer ist daher unerlässlich, zumal die Konzentrationen bei Arten, die "Blüten" an der Oberfläche bilden, sehr rasch (d.h. innerhalb von Stunden) und kleinräumig wechseln kann. Daher können zwischen den Analysen erheblich höhere oder geringere Konzentrationen auftreten."