TiO₂ zu Unrecht verdächtigt?

Titandioxid kommt in der Natur in drei verschiedenen Formen vor: Anatas, Rutil und Brookit. Anatas und Rutil besitzen ähnliche ditetragonale Kristallstrukturen, Brookit kristallisiert orthorhombisch (Abb. 1). Sowohl Anatas als auch Brookit wandeln sich bei 915 °C in Rutil — die thermodynamisch stabile Form des Titandioxids — um. Bei der industriellen Produktion von Titandioxid entsteht je nach Herstellungstechnik Rutil oder Anatas. Die Titandioxid-Partikel existieren in mikro- und nanoskaliger Form und können sich zu unterschiedlich großen Aggregaten zusammenlagern, zudem kommen faserförmige Polymere vor. Insbesondere Titandioxid-Nanopartikel werden mit verschiedensten Oberflächenbeschichtungen versehen, die je nach Anwendung unterschiedliche physiko-chemische Eigenschaften aufweisen. Titandioxid gilt als chemisch weitestgehend inert; es ist in Wasser und organischen Lösungsmitteln unlöslich, in Laugen und starken Säuren wie Flusssäure oder konzentrierter heißer Schwefelsäure ist es gut löslich [MAK 2009, RAC 2017]. Rutil ist wegen seines hohen Brechungs­index besonders als Bestandteil von optischen Aufhellern geeignet. Diese finden in der Pigment-, Papier-, Textil-, Kunststoff-, Pharma- und Kosmetikindustrie eine breite Anwendung. Anatas und Rutil werden außerdem als Photokatalysatoren eingesetzt. Brookit hat keine wirtschaftliche Bedeutung. Titandioxid-(Nano)Partikel finden sich in vielen verbrauchernahen Produkten, wie zum Beispiel in Sonnenschutzmitteln und Cremes mit Lichtschutzfaktor, Farben und Lacken, Lebensmitteln, als Füllstoff in Arzneimitteln, in Kunststoffen und damit auch in Kinderspielzeug.

Da Titandioxid in vielen Bereichen verwendet wird und über diverse Wege aufgenommen werden kann, überrascht es nicht, dass die Beurteilungen durch Behörden zu unterschiedlichen Einschätzungen kommen. Die orale Einnahme von Titandioxid in Lebensmitteln bewertete die European Food Safety Authority (EFSA) im Jahr 2016 nach den verfügbaren Daten als gesundheitlich unbedenklich für den Verbraucher. Bei der Neubewertung von insgesamt 41 Lebensmittelfarbstoffen hatte die EFSA sämtliche hierzu verfügbaren wissenschaftlichen Studien und Daten berücksichtigt. Auch nach einer Neubewertung der Datenlage 2019 blieb die EFSA bei dieser Einschätzung [EFSA 2019]. Trotzdem wird Frankreich ab 2020 den Stoff als Zusatz in Lebensmitteln verbieten. Da die Hersteller nicht nur für den französischen Markt produzieren, wird relativ rasch auch in anderen Ländern das E171 als Zusatzstoff in vielen Produkten verschwunden sein. Die Senatskommission zur Prüfung gesundheitsschädlicher Arbeitsstoffe der Deutschen Forschungsgemeinschaft – besser bekannt als MAK-Kommis­sion – leitet aus experimentellen und epidemiologischen Daten maximale Konzentrationen für chemische Stoffe am Arbeitsplatz ab (maximale Arbeitsplatzkonzentration, MAK). Titandioxid ist bei den granulären biobeständigen Stäuben (GBS) von geringer Toxizität eingeordnet, da es unter physiologischen Bedingungen unlöslich ist und toxische Wirkungen überwiegend auf Partikeleffekte zurückzuführen sind. Die Kommission hat die Gruppe der granulären biobeständigen Stäube deshalb 2012 in Kategorie 4 für krebserzeugende Wirkung eingestuft. Zur Kategorie 4 gehören Stoffe, „die bei Tier oder Mensch Krebs erzeugen oder als krebserzeugend für den Menschen anzusehen sind und für die ein MAK-Wert abgeleitet werden kann.“ Für genotoxische Stoffe werden keine MAK-Werte aufgestellt. Da bei Titandioxid jedoch ein nicht-genotoxischer Wirkmechanismus im Vordergrund steht, gibt es einen MAK-Wert von 0,3 mg/m³ (alveolengängige Fraktion). Demnach ist bei Einhaltung des MAK-Werts kein Beitrag zum Krebsrisiko für den Menschen zu erwarten [MAK 2012]. Die Internationale Agentur für Krebsforschung (International Agency for Research on Cancer, IARC) der Weltgesundheitsorganisation (WHO) hat Titandioxid 2010 auf der Grundlage tierexperimenteller Inhalationsstudien als „möglicherweise kanzerogen für den Menschen“ in Gruppe 2B eingestuft. Der Stoff zählt laut IARC zu den PSLT (poorly soluble, low toxicity)-Partikeln, gilt also als schlecht löslich mit niedriger Toxizität [IARC 2010]. Große Beachtung in den Medien hat in den vergangenen Monaten die Bewertung einer europäischen Behörde gefunden. Der Ausschuss für Risikobewertung (Committee for Risk Assessment, RAC) der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA) hat 2017 für Titandioxid eine Klassifizierung als Carc. 2 (Verdacht auf kanzerogene Wirkung beim Menschen) für eine inhalative Exposition vor­geschlagen [RAC 2017]. Das Komitee folgte damit nicht dem Vorschlag für Kategorie 1B (wahrscheinlich kanzerogen im Menschen) der französischen Behörde ANSES (Agence nationale de sécurité sanitaire de l’alimentation, de l’environnement et du travail), die das Chemikaliendossier zur Bewertung eingereicht hatte.

Ein Experiment, das bereits in den 1990er-Jahren durchgeführt wurde, soll die Basis der Einstufung etwas deutlicher machen. Weibliche Wistar-Ratten erhielten inhalativ ultrafeine Titandioxid-Partikel in der Atemluft mit einer Expositionskonzentration von 10 mg/m³. Das Prüfmaterial bestand zu ca. 80% aus Anatas und zu 20% aus Rutil; der primäre Partikeldurchmesser betrug 15 bis 40 nm. Eine Gruppe von Kontrolltieren erhielt reine Luft. Die Ratten wurden an 18 Stunden pro Tag (!), an fünf Tagen pro Woche und bis zu 24 Monate in Ganzkörperkammern exponiert. Mehr als die Hälfte der Tiere (60%) verstarb während des Experiments. Die Mortalität in der Kontrollgruppe war mit 42% ebenfalls hoch. Von 100 Ratten entwickelten 32 Lungentumore (s. Tab. 1). In der Kontrolle wurde nur ein Adenokarzinom beobachtet. Bei NMRI-Mäusen (benannt nach der Herkunft: Naval Medical Research Institute), die unter den gleichen Bedingungen wie die Ratten exponiert wurden, fanden sich Lungentumore bei 14%, bei den Kontrollen waren es mit 30% deutlich mehr, der Unterschied war jedoch statistisch nicht signifikant [Heinrich et al. 1995]. Wie man der Tabelle 1 weiter entnehmen kann, wurden bei einer Konzentration von 5 mg/m³ keine Tumore gesehen, in anderen Studien waren deutlich höhere Konzentrationen für die Tumorinduktion notwendig.

Verbrauchern sollte zunächst einmal klar sein, dass der Ausschuss für Risikobewertung im Bereich „Klassifizierung und Kennzeichnung“ nicht auf Basis einer konkreten Risikoeinschätzung eine Bewertung vornimmt (auch wenn der Name des Ausschusses das vermuten lässt), sondern lediglich eine Einschätzung darüber abgibt, ob von einer chemischen Verbindung aufgrund ihrer intrinsischen physikalisch-chemischen Eigenschaften eine gesundheitliche Gefährdung für den Menschen aus­gehen kann. Bei diesem hazard assessment ohne Berücksichtigung der Exposition folgt das Komitee den gesetzlichen Vorschriften. Die Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 über die Einstufung, Kennzeichnung und Verpackung (CLP) von Stoffen und Gemischen beruht auf dem global harmonisierten System der Vereinten Nationen (GHS). Sie soll ein hohes Schutzniveau für die menschliche Gesundheit und für die Umwelt sowie den freien Verkehr von Stoffen, Gemischen und Erzeugnissen gewährleisten. Erst in einem zweiten Schritt kann dann unter Berücksichtigung der Exposition ein risk assessment, eine Risiko­abschätzung, erfolgen. Diese erfolgt durch den Ausschuss für Risikobewertung in anderen Bereichen – etwa wenn es um Einschränkungen der Verwendung einer Chemikalie geht (restriction) –, aber in der CLP-Verordnung ist dies nicht vorgesehen, hier wird zunächst nur eine Klassifizierung ohne Berücksichtigung der Exposition vorgenommen. Das RAC hat in seiner Bewertung darauf hingewiesen, dass die kanzerogene Wirkung von Titandioxid im Tierversuch nur bei einer inhalativen Überlastungsexposition auftritt. Die dafür nötige hohe Luftkonzentration von Titandioxid-Partikeln liegt deutlich über den maximalen Arbeitsplatzkonzentrationen. Auch bei der privaten Anwendung von Wandfarben oder Sonnenschutzmitteln, in denen die Titandioxid-Partikel in der flüssigen Phase gebunden sind, erfolgt eine solche Exposition nicht.