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Gentoxische, mutagene und immunmodulatorische Wirkung von Feinstaubextrakten einer Industrieanlage

Ulrich, Kerstin

English Title: Genotoxic, mutagenic and immunmodulating effects of particulate matter extracts of an industrial operating unit

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Abstract

Ziel der vorliegenden Studie war die Ermittlung der Veränderung des ökotoxikologischen Po-tenzials von Stäuben im Prozess der beprobten Anlagen. Des Weiteren war es Bestandteil dieser Arbeit vergleichende Messungen an einer weiteren Anlage (Anlage B) durchzuführen, da sich die Anlagen durch ihre Einsatzmaterialien jedoch nicht durch die Verfahrenstechnik unterscheiden. Die Beeinflussung der Abluftfahne der Anlage A auf die Luftqualität der Stadt durch eine Immissionsmessung war ebenfalls ein wichtiger Teil dieser Studie. Zur Ermittlung des Schädigungspotenzials wurden die gesammelten Staubproben acetonisch extrahiert und in verschiedenen Biotests (Comet Assay, Mikrokerntest, Ames-Test, ELISA) auf ihre Wirksamkeit untersucht. Die Untersuchungen in Anlage A zeigten deutlich gentoxi-sche Effekte in der Außenluft. Diese Effekte konnten durch die Luftaufbereitung (Filtrierung) aufgehoben werden. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass für die Wirksamkeit der Au-ßenluft die chemische Zusammensetzung der Partikel verantwortlich ist, also die Qualität der Partikel. Auch in der Abluft konnte ein deutlich gentoxisches Potenzial nachgewiesen werden. Dieses Potenzial entstand dagegen durch die Quantität an organisch extrahierbarem Material, nicht durch deren Qualität. Der Vergleich zu einer anderen Anlage (Anlage B) zeigte in der Außenluft und der gereinigten Luft eine ähnliche Wirksamkeit wie die äquivalenten Proben aus Anlage A. In der Abluft von Anlage B konnte jedoch in Anlagenteil II eine deutlich geringere Wirksamkeit nachgewiesen werden. Da der Hauptunterschied zwischen beiden Anlagen in den Einsatzmaterialien liegt, ist dies auf diese zurückzuführen. Um zu ermitteln, ob die Abluft der Anlage A einen negativen Einfluss auf die Luftqualität der angrenzenden Stadt hat, wurde eine einjährige Immissionsmessung entlang der Hauptwind-richtung durchgeführt. Diese Messung ergab, dass die Abluft der Anlage bezogen auf die ge-messenen Endpunkte keinen negativen Einfluss auf die Luftqualität hat. Jedoch wurden auch in diesen Proben gentoxische Effekte festgestellt. Diese Effekte konnten mit der Stickoxid-konzentration und der Außentemperatur korreliert werden. Die Effekte, die in der Außenluft und während der Immissionsmessung gemessen worden waren, sind daher durch den umlie-genden Verkehr und eventuell durch den Betrieb von Hausfeuerungsanlagen während der kalten Jahreszeiten induziert. Chemische Analysen ergaben außerdem Hinweise auf eine eventuelle Quelle in der nahegelegenen Müllverbrennungsanlage. Durch die gewonnenen Erkenntnisse wird für die gemessenen Endpunkte empfohlen, den Abluftkamin nicht mehr ohne geeignete Schutzmasken zu betreten und in längerfristigen Pla-nungen verfahrenstechnische Möglichkeiten zur Verringerung der Staubfracht einzubringen und in Anlagenteil II auf die in Anlage B verwendeten Materialien umzustellen.

Translation of abstract (English)

The aim of this study was to determine whether the ecotoxicological potential of particulate matter changes within a specific plant (“Plant A”). Furthermore comparable samples from a different plant (“Plant B”) were taken as these plants differ in their used materials but not in the process engineering. To evaluate the impact of the exhaust air of “Plant A” on the nearby city was also an important part of this study. To determine the potential to induce damages the samples of particulate matter were ex-tracted with acetone and tested for their effects in a variety of bioassays (Comet Assay, Mi-cronucleus-Assay, Ames-Test, ELISA). In “Plant A” clear genotoxic effects could be shown when testing the samples from ambient air. Those effects could be neutralized by the air filter system installed in the plant. It could also be shown that the chemical composition (the qual-ity of the particles) is responsible for these effects. The exhaust air also showed a clear genotoxic potential. However, it could be shown that the quantity of extracted material not the quality was responsible for these effects. The comparison to „Plant B“ revealed that the plants show an equal genotoxic potential in the ambient and the filtered air. The samples of part II in “Plant B” show much less genotoxic activity when comparing the results to the corresponding sample point in „Plant A“. As the main difference between the plants is the used material, this must be the reason for these differences. To evaluate whether the exhaust air of „Plant A“ has a negative impact on the quality of the ambient air of the city, for one year an immission measurement along the main wind direction was performed. The results show that the exhaust air does not have a negative impact on the quality of the city air, regarding the evaluated endpoints. Nevertheless genotoxic effects caused by samples of this examination could be shown. These effects could be correlated with the temperature and the concentration of nitric oxide in the air at the time of sampling. The effects caused by the samples of the immission measurement are therefore generated by the surrounding traffic and possibly by home firing systems used during the cold season. The chemical analysis showed an indication that a possible source could also be the near garbage incineration plant. The obtained results indicate that the vent stack should not be entered without the appropri-ate protective clothing. For long-term planning procedural changes to reduce the quantity of particulate matter the results of this study should be considered. In part II of “Plant A” ac-cording to this study the same material should be used as in “Plant B”.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Braunbeck, Prof. Dr. Thomas
Date of thesis defense: 9. April 2010
Date Deposited: 14. Apr 2010 14:01
Date: 2010
Faculties / Institutes: Service facilities > Centre for Organismal Studies Heidelberg (COS)
Subjects: 570 Life sciences
Controlled Keywords: Feinstaub, Zellkultur, Kleinkern, Comet Assay, Ames-Test, Immunmodulation, Immissionsmessung
Uncontrolled Keywords: Urban Dust , Cell Culture , Micronucleus , Comet Assay , Ames Test , Immunmodulation , Immission
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