Toxikokinetik von Carbon Black

Carbon Black, sogenannter Industrieruß, ist hochreiner elementarer Kohlenstoff in Form von Partikeln, der industriell durch unvollständige Verbrennung oder thermische Zersetzung von gasförmigen oder flüssigen Kohlenwasserstoffen unter kontrollierten Bedingungen hergestellt wird. Dieser technische Ruß ist ein schwarzes, fein verteiltes Pulver mit Nano-Anteilen, das in Form von Aggregaten (100-1000 nm) vorliegt, aus denen sich Agglomerate mit Durchmessern von 1-100 μm bilden. Ein großer Teil des Industrierußes wird in der Gummiindustrie verwendet, vor allem bei der Herstellung von Reifen, aber er ist auch Bestandteil von Farben, Tinten, Beschichtungen und Kunststoffen. Das toxikokinetische Verhalten von nanoskaligen Partikeln nach pulmonaler oder oraler Deposition ist von großem wissenschaftlichem Interesse, da potenziell aufgrund der winzigen Größe eine Wanderung in die Blutbahn und somit eine systemische Belastung des Körpers auftreten könnte.

© Fraunhofer ITEM
Carbon Black ist ein schwarzes, fein verteiltes Pulver mit Nano-Anteilen aus hochreinem, elementarem Kohlenstoff. Es liegt in Form von Aggregaten (100-1000 nm) vor, aus denen sich Agglomerate mit Durchmessern von 1-100 μm bilden.

Die Toxizität von Rußen, z. B. Dieselruß aus Motorabgasen, ist umfassend untersucht worden, wobei diese Rußteilchen z. B. mit polyaromatischen Kohlenwasserstoffen kontaminiert sein können. Diese Ruße entstehen bei allen unvollständigen Verbrennungsprozessen von kohlenstoffhaltigen Materialien. Die größten gesundheitlichen Bedenken bei Ruß sind die Auswirkungen auf die Lunge bei inhalativer Exposition. Studien an Ratten haben gezeigt, dass die Ablagerung von Partikeln in der Lunge oberhalb bestimmter Konzentrationen zu einer sogenannten Überlastung der Lungenreinigungsprozesse führt. Das wiederum führt zu anhaltenden Entzündungen, der Produktion reaktiver Sauerstoffspezies, der Erschöpfung von Antioxidantien und der Beeinträchtigung anderer Abwehrmechanismen und kann im schlimmsten Fall schließlich zu Lungentumoren führen. Neben dem primären Zielorgan Lunge könnten durch Translokation von Ruß auch andere Organe einer toxischen Wirkung ausgesetzt sein. Ob Carbon Black nach Deposition in der Lunge verbleibt oder auch andere Orte im Körper erreichen kann, sollte in einer von der Europäischen Chemikalienagentur ECHA geforderten Studie geklärt werden.

Ziel einer am Fraunhofer ITEM durchgeführten toxikokinetischen Studie war es, festzustellen, ob und in welchem Umfang Carbon Black im Körper absorbiert oder systemisch verteilt werden kann. In der Tierstudie wurden sowohl die pulmonale als auch die orale Aufnahme bewertet, da dies die beiden wichtigsten Expositionswege sind. Das Ergebnis war, dass Carbon Black in Form von mikroskaligen Agglomeraten aus Aggregaten und nicht in Form von freien nanoskaligen Partikeln wirkte und kein Translokationspotenzial zeigte. Der Industrieruß war nach seiner Ablagerung in der Lunge oder im Magen nicht systemisch verfügbar. Eine Publikation der Ergebnisse ist zurzeit in Vorbereitung.

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Otto Creutzenberg

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Dr. Otto Creutzenberg

Abteilungsleiter Inhalationstoxikologie

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