Aluminium kommt in Form von Aluminium-Ionen als natürlicher Bestandteil in Trinkwasser und anderen Lebensmitteln, insbesondere in Früchten und Gemüse, vor. Aluminiumoxid-Partikel agglomerieren stark, bilden also größere "Partikelhaufen". Sie sind in dieser Form für Zellen wenig toxisch.
Allgemeine Gefährdung
Zusätzliche Belastungsquellen können aluminiumhaltige Bedarfsgegenstände für Lebensmittel wie Kochutensilien, Dosen, Folien oder Tuben sein, aus denen das Leichtmetall in gelöster, ionischer Form auf die Speisen übergeht. Aluminiumverbindungen können außerdem in Medikamenten zur Neutralisation der Magensäure, so genannten Antacida, und in kosmetischen Mitteln enthalten sein. In Deo-Rollern werden sie beispielsweise wegen seiner schweißhemmenden Wirkung eingesetzt.
Im Vergleich zur Aufnahme über Lebensmittel oder Antacida ist die Aufnahme von Aluminium über Lebensmittelbedarfsgegenstände und kosmetische Mittel gering. Sie liegt deutlich unter der Aufnahmemenge, die aufgrund einer aktualisierten Bewertung der Welternährungs- und der Weltgesundheitsorganisation (JECFA, 2006) als gesundheitlich unbedenklich gilt.
Arbeitsmedizinische Untersuchungen zur Belastung und Beanspruchung in der aluminiumpulverherstellenden Industrie haben gezeigt, dass feinstes Aluminiumpulver unter ungünstigen arbeitshygienischen Bedingungen Lungenfibrosen verursachen kann. Diese auch als Aluminiumstaublunge bezeichnete Erkrankung kann seit 1943 in Deutschland als Berufskrankheit (Aluminose) anerkannt und entschädigt werden.
Die Senatskommission der Deutschen Forschungsgemeinschaft legte einen zulässigen Grenzwert für die maximale Arbeitsplatzkonzentration (MAK-Wert) von Aluminiumoxiden von 1,5 mg/m3 fest. Arbeiter in der aluminiumpulververarbeitenden Industrie oder Schweißer in der Automobilindustrie müssen daher geeigneten Atemschutz tragen.
Ein Zusammenhang zwischen einer erhöhten Aluminiumion-Aufnahme aus Lebensmitteln inklusive Trinkwasser, Medikamenten oder kosmetischen Mitteln und einer Alzheimer-Erkrankung wurde bisher wissenschaftlich nicht belegt. Weder bei Dialyse-Patienten, noch bei Aluminium-Arbeitern – beides Personengruppen, die in großem Umfang mit Aluminium in Kontakt kommen – wurden die für Alzheimer typischen Amyloid-Ablagerungen im Gehirn überdurchschnittlich oft beobachtet .
Untersuchungen am lebenden Organismus – in vivo
Im Projekt NanoCare wurden zwei verschiedene Böhmit-Partikelarten (Primärpartikel -Größen von 10 und 40nm) mittels in vivo Studien sehr intensiv untersucht. Die Experimente, bei denen Ratten über 4 Wochen an 5 Tagen der Woche bis zu 28mg/m3 der Partikel einatmeten, zeigten, dass nur bei der höchsten Konzentration Entzündungen der Lungen durch die stark verklumpten Partikel auftraten. Außerdem wurden vermehrt vergrößerte Fresszellen und Veränderungen an den Lymphknoten beobachtet. Wurden mehr als 1mg Partikel pro Lunge von den Ratten inhaliert, führte dies zu Entzündungen in den Lungen.
Ähnliche Ergebnisse zeigten die im Projekt durchgeführten Instillationsversuche. Wurden hierbei mehr als 1,2mg Böhmitpartikel pro Lunge in die Atemwege eingeflößt, zeigten die Lungen der Versuchstiere Schädigungen. Der NO(A)EL liegt in diesen Studien bei 0,6mg .
Untersuchung außerhalb des Körpers – in vitro
Untersuchungen mit Al-, Al2O3– und AlOOH- (Böhmit)-Partikeln zeigten, dass diese Partikel zu starken Verklumpungen, also zu Agglomeraten neigen. Diese Agglomerate können in die Zellen aufgenommen werden, sind aber stets in Vesikeln, also nicht frei in den Zellen und praktisch nie im Zellkern zu finden. Untersuchungen an menschlichen Lungenzellen zeigten, dass Al2O3 geringe schädliche Effekte auf die Zellteilung und Zellvitalität hat, dass selbst bei sehr hohen Dosen keine für die Zellen schädlichen Sauerstoffradikale (ROS) auftraten.
Aluminiumoxid (Al2O3), das z.B. in orthopädischen Keramiken Verwendung findet, wurde auch auf Genotoxizität hin untersucht. Eine erbgutschädigende Wirkung trat nur in sehr geringem Ausmaße nach Zugabe sehr hoher Dosen auf. Dabei wirken Aluminiumoxid-Fasern eher genotoxisch als nano- oder mikroskalige Partikel. Aluminium Partikel sind giftiger als Aluminiumoxid-Partikel. Nur in sehr hoher Dosierung vermindertAl2O3 die Funktion der Mitochondrien (erst bei 200µg/ml Verminderung der Mitochondrien-Funktion um 15%), und führt bei einem Teil der Zellen den (programmierten) Zelltod herbei.
Im Projekt NanoCare wurde Böhmit, ein Aluminiumoxihydroxid (AlOOH) untersucht. Dabei wurde für die humane Lungenzelllinie A549 eine Schwellenkonzentration von mindestens 50µg Partikeln pro Quadratzentimeter Zellrasen bestimmt. Erst ab dieser Konzentration (LOEL) und einer Behandlung über 72h wurde beobachtet, dass die Zellen in Stress versetzt und Entzündungsmarker produziert wurden. Wurde AlOOH niedrig dosiert verwendet, konnten bei verschiedenen Zelllinien unterschiedlicher Herkunft keine Effekte ausgelöst werden. Experimente zur Mobilität von Nanopartikeln über Zellbarrieren (wie z.B. die Luft-Blut Barriere in der Lunge) legten dar, dass Böhmit nicht durch die Zellen hindurch geht. Die Barrierefunktion der Zellen wird durch die Partikel nicht beeinflusst.
Mit Hilfe des sogenannten Vektor-Models, das einige der elementaren Zelleffekte abbildet, konnten Partner des NanoCare-Projektes zeigen, dass unter allen getesteten Materialien AlOOH zu den Partikeln mit geringer Toxizität zählt. Eine Konzentration von 60-120 µg Partikeln pro 106 Fresszellen (damit sind die Zellen schon völlig überladen) führte eine Schädigung der Zellen herbei, wobei auch bei dieser hohen Dosis keine schädlichen Sauerstoffradikale (ROS) in den Zellen detektiert wurde. Eine Schädigung durch realitätsnahe Dosen an Al-Partikeln ist nicht zu erwarten .