Endotoxine

Endotoxine sind hitzestabile Bestandteile der Zellwand gram-negativer Bakterien 1) und Blaualgen. Sie setzen sich aus Lipopolysaccharid (LPS)-Ketten und Lipid (Lipid A) zusammen und werden beim Absterben der Organismen/Auflösen der Zellwand freigesetzt. Der variable LPS-Anteil ist für jede Bakterienart spezifisch, der für die Toxizität verantwortliche Lipidanteil hingegen relativ einheitlich. Die Begriffe Endotoxin und Lipopolysaccharid werden häufig synonym verwendet.

Arbeitsmedizinisch relevant sind insbesondere die Luft getragenen Endotoxine, die grundsätzlich bei jeder Handhabung mit kontaminierten Medien freigesetzt werden können. Hohe Endotoxinkonzentrationen konnten insbesondere in den Bereichen Landwirtschaft, Naturstoff verarbeitende Branchen und Abfallbehandlung nachgewiesen werden.

1) Gram-negative Bakterien verursachen z.B. Infektionen des Magen-Darmtraktes (Salmonellen, Shigellen und Campylobakter), Hirnhautentzündung (Meningokokken), Gonorrhoe (Gonokokken).

Nachweis von Endotoxinen
Für die quantitative Bestimmung von Endotoxinen wird u.a. der sogenannte chromogen-kinetische Limulus-Amoebozyten-Lysat- Test (LAL-Test) eingesetzt. Es handelt sich dabei um ein kinetisches Verfahren, das einen Nachweis über einen weiten Konzentrationsbereich ermöglicht. Der Test beruht auf der Beobachtung, dass eine Infektion des Pfeilschwanzkrebses (Limulus polyphemus) mit gramnegativen Bakterien zu einer Blutgerinnung führt. Später konnte nachgewiesen werden, dass diese Koagulation durch eine Reaktion des bakteriellen Endotoxins mit einem Gel bildenden Protein in den Blutzellen (Amoebocyten) des Tieres hervorgerufen wird
Im LAL-Test macht man sich den ersten Teil der Reaktion zwischen den Amoebozyten des Pfeilschanzkrebses und den bakteriellen Endotoxinen zunutze. Für den LAL-Test wird aus dem Blut der Pfeilschwanzkrebse ein Lysat gewonnen, in dem das Gel bildendes Protein als inaktive Vorstufe (inaktives Proenzym) vorliegt. Die Zugabe von Endotoxin führt zur Umwandlung der inaktiven Vorstufe in das aktive Enzym. Abhängig von der Endotoxinkonzentration entwickelt sich eine mehr oder minder starke Aktivierung. Im LAL-Test reagiert das aktive Enzym mit einem zugegebenen synthetischen Substrat (Peptid), das mit p-Nitroanilin gekoppelt ist. Dabei wird aus dem farblosen Substrat das gelb gefärbte p-Nitroanilin freigesetzt und so eine indirekte photometrische Bestimmung der Enzymaktivität ermöglicht.Die Geschwindigkeit der Bildung des Farbstoffs ist dabei direkt proportional zur vorhandenen Endotoxinkonzentration.
Der Endotoxingehalt wird mit Hilfe einer Eichgeraden bestimmt. Der Test wird in einer Mikrotiterplatte in einem temperierbaren Photometer bei einer konstanten Temperatur von 37°C durchgeführt. Die Standardkurve erfasst einen Messbereich von 0,005 – 50 EU/ml mit einer unteren Nachweisgrenze von 0,005 EU/ml.

Gesundheitsbelastung
Endotoxine gehören zu den so genannten Pyrogenen und können bereits in geringsten Konzentrationen sowohl bei Menschen als auch bei Tieren Fieberreaktionen, Blutdruckabfall, Blutgerinnungs- und Komplementaktivierung sowie lebensbedrohende Schockzustände auslösen.
Bei akuter Endotoxininhalation können Husten, Beeinträchtigung der Lungenfunktion, Fieber und grippeähnliche Symptome auftreten. Eine kontinuierliche Exposition kann zu einer chronischen Bronchitis führen.