Diss_Muench_Annette
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Aus der Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin der Universität Würzburg Direktor: Professor Dr. med. A. Buck Auf der Suche nach den verborgenen Jodquellen Bestimmung des Jodgehaltes in Getränken Inaugural-Dissertation zur Erlangung der Doktorwürde der Medizinischen Fakultät der Julius-Maximilians-Universität Würzburg vorgelegt von Annette Münch aus Darmstadt Würzburg, August 2012 Referent: Prof. Dr. M. Luster Koreferent/in: Prof. Dr. M. Scheurlen Dekan: Prof. Dr. M. Frosch Tag der mündlichen Prüfung: 4. Dezember 2013 Die Promovendin ist Ärztin Meinem Opa INHALTSVERZEICHNIS 1 EINLEITUNG ........................................................................................................... 1 2 MATERIAL UND METHODEN ..................................................................................... 6 2.1 VERWENDETE PROBEN ..................................................................................... 6 2.1.1. FRUCHTSÄFTE........................................................................................... 6 2.1.2. MILCH UND MILCHGETRÄNKE ...................................................................... 7 2.1.3. LEITUNGS- UND MINERALWÄSSER ............................................................... 7 2.1.4. SOFT- UND SPORTDRINKS, EISTEES ............................................................ 8 2.1.5. BIERE UND W EIN ...................................................................................... 9 2.2 2.2.1 EINFÜHRUNG .......................................................................................... 10 2.2.2 PRINZIP DER RÖNTGENFLUORESZENZ ....................................................... 10 2.2.3 PROBENAUFBEREITUNG ........................................................................... 12 2.2.4 MESSGEOMETRIE .................................................................................... 13 2.2.5 DURCHFÜHRUNG DER MESSUNG .............................................................. 14 2.2.6 AUSWERTUNG DER DATEN ....................................................................... 15 2.3 3 4 RÖNTGENFLUORESZENZANALYSE .................................................................... 10 HIGH PERFORMANCE LIQUID CHROMATOGRAPH PAIRED-ION REVERSED PHASE . 17 2.3.1 EINFÜHRUNG .......................................................................................... 17 2.3.2 PRINZIP DER HPLC ................................................................................. 17 2.3.3 PROBENAUFBEREITUNG ........................................................................... 18 2.3.4 MESSGEOMETRIE .................................................................................... 19 2.3.5 DURCHFÜHRUNG DER MESSUNG .............................................................. 20 2.3.6 AUSWERTUNG DER DATEN ....................................................................... 21 ERGEBNISSE ....................................................................................................... 23 3.1 ERGEBNISSE DER MESSUNGEN MITTELS RFA .................................................. 23 3.2 ERGEBNISSE DER MESSUNG MITTELS HPLC .................................................... 24 3.2.1 ALLGEMEIN ............................................................................................. 24 3.2.2 ERGEBNISSE UND BESONDERHEITEN DER EINZELNEN GETRÄNKEGRUPPEN .. 24 DISKUSSION ........................................................................................................ 29 4.1 ALLGEMEIN .................................................................................................... 29 4.2 FRUCHTSÄFTE ............................................................................................... 34 4.3 MILCH UND MILCHGETRÄNKE .......................................................................... 34 i 5 4.4 LEITUNGS- UND MINERALWÄSSER.................................................................... 35 4.5 SOFT- UND SPORTDRINKS, EISTEES ................................................................ 36 4.6 BIER UND W EIN.............................................................................................. 37 ZUSAMMENFASSUNG ............................................................................................ 38 LITERATURVERZEICHNIS .............................................................................................. 39 W EBSEITEN ................................................................................................................ 44 DANKSAGUNG ............................................................................................................. 45 LEBENSLAUF............................................................................................................... 46 ii ABBILDUNGSVERZEICHNIS ABBILDUNG 1.1: W IRKUNG DER SCHILDDRÜSENHORMONE AUF DIE VERSCHIEDENEN ZIELORGANE ................................................................................................................. 1 ABBILDUNG 2.1: PRINZIP DER RÖNTGENFLOURESZENZ................................................... 11 ABBILDUNG 2.2: RÖNTGENFLUORESZENZSPEKTRUM VON JOD IN W ASSER ....................... 12 ABBILDUNG 2.3: PROBENHALTER MIT BLENDE ............................................................... 14 ABBILDUNG 2.4: BEISPIEL EINER KALIBRIERUNGSGERADEN ZUR BERECHNUNG DER JODKONZENTRATION IN GETRÄNKEPROBEN MITTELS RFA .............................................. 16 ABBILDUNG 2.5: BEISPIEL EINER KALIBRIERUNGSGERADEN ZUR BERECHNUNG DER JODKONZENTRATION IN GETRÄNKEPROBEN MITTELS HPLC ............................................ 21 ABBILDUNG 2.6: SPEKTRUM VON JOD DURCH HPLC ERMITTELT ..................................... 22 iii TABELLENVERZEICHNIS TABELLE 1.1: JODVERSORGUNGSSITUATION AUSGEWÄHLTER EUROPÄISCHER STAATEN ..... 2 TABELLE 1.2: JODURIE – VERTEILUNG NACH BEURTEILUNGSKRITERIEN DER WHO ............. 4 TABELLE 1.3: EMPFOHLENE TÄGLICHE JODZUFUHR .......................................................... 5 TABELLE 2.1: ANALYSIERTE APFELSÄFTE ........................................................................ 6 TABELLE 2.2: ANALYSIERTE MULTIVITAMINSÄFTE ............................................................. 6 TABELLE 2.3: ANALYSIERTE ORANGENSÄFTE ................................................................... 7 TABELLE 2.4: ANALYSIERTE WEITERE PRODUKTE ............................................................. 7 TABELLE 2.5: ANALYSIERTE MILCH UND MILCHGETRÄNKE ................................................. 7 TABELLE 2.6: ANALYSIERTE MINERALWÄSSER ................................................................. 8 TABELLE 2.7: ANALYSIERTE LEITUNGSWÄSSER ................................................................ 8 TABELLE 2.8: ANALYSIERTE SONSTIGE W ÄSSER .............................................................. 8 TABELLE 2.9: ANALYSIERTE EISTEES .............................................................................. 8 TABELLE 2.10: ANALYSIERTE SOFT- UND SPORTDRINKS ................................................... 9 TABELLE 2.11: ANALYSIERTE BIERE ................................................................................ 9 TABELLE 2.12: ANALYSIERTE W EINE ............................................................................... 9 TABELLE 2.13: ERGEBNISSE DER MESSUNG DER STANDARDPROBEN .............................. 15 TABELLE 3.1: JODKONZENTRATION DER ANALYSIERTEN MULTIVITAMIN-, ORANGENSÄFTE . 25 TABELLE 3.2: JODKONZENTRATION DER ANALYSIERTEN APFELSÄFTE .............................. 25 TABELLE 3.3: JODKONZENTRATION DER ANALYSIERTEN MILCH UND MILCHGETRÄNKE ....... 26 TABELLE 3.4: JODKONZENTRATION DER ANALYSIERTEN W ÄSSER .................................... 27 TABELLE 3.5: JODKONZENTRATION DER ANALYSIERTEN EISTEES..................................... 27 TABELLE 3.6: JODKONZENTRATION DER ANALYSIERTEN SOFT- UND SPORTDRINKS ........... 27 TABELLE 3.7: JODKONZENTRATION DER ANALYSIERTEN BIERE ........................................ 28 TABELLE 3.8: JODKONZENTRATION DER ANALYSIERTEN W EINE ....................................... 28 TABELLE 4.1: VOR RADIOJODTHERAPIE ZU MEIDENDE JODHALTIGE NAHRUNGSMITTEL ...... 33 iv ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS DGE DEUTSCHE GESELLSCHAFT FÜR ERNÄHRUNG DGN DEUTSCHE GESELLSCHAFT FÜR NUKLEARMEDIZIN DIN DEUTSCHES INSTITUT FÜR NORMUNG E.V. EFSA EUROPEAN FOOD SAFETY AUTHORITY (EUROPÄISCHE BEHÖRDE LEBENSMITTELSICHERHEIT) EDV ELEKTRONISCHE DATENVERARBEITUNG FDC FEDERAL FOOD, DRUG AND COSMETIC ACT GBQ GIGA BECQUEREL HPLC HIGH PERFORMANCE LIQUID CHROMATOGRAPHY 127 RADIOAKTIVES JOD-ISOTOP 131 RADIOAKTIVES JOD-ISOTOP IDD IOD DEFICIENCY DISORDERS, JODMANGELERKRANKUNGEN IU JODAUSSCHEIDUNG IM URIN KEV KILO-ELEKTRONENVOLT NP NORMALPHASE RFA RÖNTGENFLUORESZENZANALYSE RIT RADIOJODTHERAPIE RP REVERSED PHASE SNM SOCIETY OF NUCLEAR MEDICINE T4 TETRAJODTHYRONIN (THYROXIN) T3 TRIJODTHYRONIN TSH THYREOIDEA-STIMULIERENDES HORMON, THYREOTROPIN USI UNIVERSAL SALT IODIZATION UV ULTRAVIOLETT-STRAHLUNG WHO W ORLD HEALTH ORGANIZATION XRF X-RAY FLUORESCENCE SPECTROSCOPY I I v FÜR 1 EINLEITUNG Die physiologische Bedeutung von Jod als essentielles Spurenelement zur Aufrechterhaltung der Schilddrüsenfunktion bzw. als Bestandteil der Schilddrüsenhormone Thyroxin (T4) und Trijodthyronin (T3) und damit von lebenswichtigen Stoffwechselvorgängen war schon im Altertum bekannt. So wurden bereits 1500 Jahre vor unserer Zeitrechnung Kropfkranke mit den jodhaltigen Schilddrüsenextrakten von Schafen oder den Aschen von Meeresschwämmen behandelt [Wikipedia]. In den folgenden Jahren kamen immer detailliertere Erkenntnisse über die Funktion der Schilddrüse und ihrer Hormone hinzu. Für den Menschen haben Schilddrüsenhormone eine zentrale Aufgabe in der Aufrechterhaltung des Stoffwechsels des zentralen Nervensystems, der Muskulatur, der Knochen und des Eiweiß- und Kohlehydratstoffwechsels. Abbildung 1.1: Wirkung der Schilddrüsenhormone auf die verschiedenen Zielorgane aus [Reiners et al 1994] Vor allem für die adäquate geistige und körperliche Entwicklung des Neugeborenen ist eine ausreichende Versorgung mit Jod essentiell. Ohne Sicherstellung einer 1 normalen Schilddrüsenfunktion kann es beim Säugling zu schweren Entwicklungsstörungen kommen, unter anderem zu geistiger Behinderung und Kleinwuchs. Die Folge der gestörten Schilddrüsenfunktion begleitet das Neugeborene im Regelfall das ganze Leben. Auf die ausreichende Jodversorgung von Schwangeren und stillenden Frauen muss deswegen ein besonderes Augenmerk gerichtet werden. Aber auch Kleinkinder, Jugendliche und Erwachsene sind vom Jodmangel und seinen Folgen betroffen. Deutschland galt bis Ende der 1990er Jahre als Jodmangelgebiet. Die Kosten, die durch die Diagnostik und Therapie von Schilddrüsenerkrankungen aufgewendet werden mussten, beliefen sich bis zu diesem Zeitpunkt auf über 1 Milliarde Dollar im Jahr [Thamm et al 2007]. Laut WHO-Bericht vom Dezember 2004 galten 22 Millionen Bundesbürger als jodunterversorgt [Benoist et al 2004]. Dennoch zählt Deutschland nicht mehr zu den Jodmangelgebieten sondern gilt als ausreichend versorgt. Dies ist ein Fortschritt, der unter anderem durch die Empfehlungen des 1984 gegründeten „Arbeitskreis Jodmangel“ zum Einsatz von jodiertem Speisesalz in privaten Haushalten und in der industriellen Produktion von Nahrungsmitteln erzielt wurde. In Deutschland gilt weiterhin das Freiwilligkeitsgebot betreffend der Verwendung von jodiertem Speisesalz in Privathaushalten sowie in der Lebensmittelindustrie. In anderen europäischen Ländern wie Belgien, Dänemark und Frankreich herrschte zum Zeitpunkt der Erhebung immer noch Jodmangel, wie aus Tabelle 1.1 ersichtlich wird. Staat Gesamt- Bevölkerung Zeitraum Anzahl der Medianer Bevölkerung mit der Probanden IU (µg/l) Klassifikation im Jahre 2002 Jodmangel Erfassung Belgien 10, 2 Mio 6,8 Mio 1998 2585 80 Milder Jodmangel Dänemark 5,3 Mio 3,8 Mio 1997-98 4616 61 Milder Jodmangel Deutschland 82,4 Mio 22,3 Mio 1999 3065 148 Optimale Jodversorgung Frankreich 59,8 Mio 36,2 Mio 1996 12014 85 Milder Jodmangel Niederlande 16,1 Mio 6,0 Mio 1995-96 937 154 Optimale Jodversorgung Schweiz 7,2 Mio 2,8 Mio 1999 600 115 Optimale Jodversorgung Tabelle 1.1: Jodversorgungssituation ausgewählter europäischer Staaten aus [Benoist et al 2004] 2 Im Wesentlichen beeinflussen drei Faktoren die Jodversorgung der Bevölkerung. Diese Faktoren sind die Verwendung von Jodsalz in Privathaushalten und der industriellen Lebensmittelherstellung, die Anreicherung von Tierfutter mit Jod, sowie der Verzehr von jodhaltigen Nahrungsquellen (zum Beispiel Seefisch). Laut WHO-Empfehlung sollte in Privathaushalten wie auch in der kommerziellen Produktion von Backwaren, Fleisch- und Wurstprodukten sowie von so genannten Convenience-Produkten Jodsalz verwendet werden. Von der WHO wird ein Anteil von 90% der privaten Haushalte, welche Jodsalz verwenden, angestrebt [Andersson et al 2005]. In Deutschland sind dies laut aktuellen Studien 80% der privaten Haushalte, 70-75% der Bäcker- und Fleischerbetriebe und nur 40% der Lebensmittelindustriebetriebe. In der Gastronomie wird zu 65-70% und in Einrichtungen mit Gemeinschaftsverpflegung zu 80% Jodsalz verwendet [Meng et al 2002]. Ein weiterer wichtiger Faktor für die adäquate Jodversorgung der Bevölkerung ist die Anreicherung von Tierfutter mit Jod. Die Europäische Kommission hat in Zusammenarbeit mit der europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) im Jahre 2005 eine Leitlinie zur Verwendung von Jod als Zusatz zu Futtermittel für Nutztiere herausgegeben. Im Rahmen dieser Empfehlung wurde festgestellt, dass eine Anreicherung von pflanzlichen Futtermitteln mit Jod sinnvoll ist, da diese bisher nur einen sehr geringen Jodgehalt aufweisen [EFSA 2005]. Der Jodgehalt im Futtermittel hat direkten Einfluss auf den Jodgehalt der Milch. Verschiedene Studien belegen, dass sich der Jodgehalt von Kuhmilch im Sommer von dem im Winter unterscheidet. Da im Winter die Kühe zum Großteil mit industriell angereichertem jodhaltigem Futtermittel versorgt werden, ist der Jodgehalt der Milch höher. Wohingegen im Sommer die Kühe auf jodarmen Böden grasen und keine zusätzliche Jodzufuhr erhalten [Dahl et al 2003 a]. Jod kommt in der Natur in Form seiner Verbindungen, wie zum Beispiel Natriumjodat oder Natriumperjodat vor allem in Böden und Gesteinen vor, wobei 100 g wasserfreier Feinboden aus Süddeutschland nur 34 mg Jod enthält [Salminen et al 2005]. Auch Seefisch als mögliche Jodquelle, die inzwischen ubiquitär verfügbar und nicht wie in früheren Jahrhunderten auf Küstenregionen beschränkt ist, trägt maßgeblich 3 zur Besserung der Jodversorgung der Bevölkerung bei. In südostasiatischen Ländern, in denen der Verzehr von Fisch und Meeresalgen, die im Mittel einen Jodgehalt von 1-5 mg Jod/kg Trockenmasse [Köhrle 2006] haben, weit verbreitet ist, waren 2003 nur 39,8% der Bevölkerung einer unzureichenden Jodzufuhr ausgesetzt. Im Vergleich dazu zeigte die europäische Bevölkerung zu 56,9% eine unzureichende Jodzufuhr [Andersson et al 2005]. Aktuelle Studien der WHO zeigen, dass sich die allgemeine Jodversorgung in Deutschland seit den 90er Jahren gebessert hat. Als verlässliche Größe für die Jodaufnahme gilt die Bestimmung der Jodausscheidung über den Urin (Tabelle 1.2.). Angestrebt wird laut WHO eine mittlere Konzentration von 100-200 µg Jod/l Urin. Die mittlere Jodausscheidung im Urin in Deutschland bei Schulkindern betrug 148 µg/l [Andersson et al 2007]. Medianer IU (µg/l) < 25 µg/l Jodversorgungsstatus Schwerer Jodmangel 25-<50 µg/l Moderater Jodmangel 50-<100 µg/l Milder Jodmangel 100-<150 µg/l Optimale Jodversorgung 150-<300 µg/l hochnormale Jodversorgung > 300 µg/l Jodüberschuss Tabelle 1.2: Jodurie – Verteilung nach Beurteilungskriterien der WHO aus [Thamm et al 2007] Trotz dieser Erfolge, die vor allem auf den universellen Einsatz von Jodsalz zurückzuführen sind, Jodversorgung von muss weiterhin besonders ein gefährdeten engmaschiges Gruppen, wie Monitoring zum der Beispiel Schwangeren, Stillenden und Schulkindern erfolgen. Die aktuellen Empfehlungen zur täglichen Jodzufuhr der Deutschen Gesellschaft für Ernährung e.V. sind in Tabelle 1.3 dargestellt. 4 Säuglinge Jodzufuhr in µg/d 0 bis 4 Monate 40 µg/d 4 bis 12 Monate 80 µg/d Kinder 1 bis unter 4 Jahre 100 µg/d 4 bis unter 7 Jahre 120 µg/d 7 bis unter 10 Jahre 140 µg/d 10 bis unter 13 Jahre 180 µg/d 13 bis unter 15 Jahre 200 µg/d Jugendliche und Erwachsene 15 bis unter 51 Jahre 200 µg/d 51 Jahre und älter 180 µg/d Schwangere 230 µg/d Stillende Mütter 260 µg/d Tabelle 1.3: Empfohlene tägliche Jodzufuhr [Deutsche Gesellschaft für Ernährung e.V.] Vor allem durch oben genannte Kampagnen der WHO zum universellen Einsatz von Jodsalz (USI: universal salt iodization), die Anreicherung von Futtermittel für Nutztiere und durch die Verfügbarkeit von Seefisch in den meisten Regionen hat sich Deutschland von einem Gebiet mit mildem Jodmangel zu einem gut versorgtem Land entwickelt [Andersson et al 2005]. Zusätzlich zu den bekannten Jodquellen wurden in den letzten Jahren „neue Jodlieferanten“ beschrieben. Verschiedene nationale Studien [Dahl et al 2003 b; Dunkelmann et al 2007; Rasmussen et al 2000] haben gezeigt, dass vor allem Getränke eine große Rolle bei der Jodversorgung der Bevölkerung spielen können. Ziel diese Arbeit ist eine Analyse des Jodgehaltes von regional und überregional beliebten Getränken. Anhand dieser Daten sollen sowohl Empfehlungen für eine jodreiche Ernährung erarbeitet werden, als auch Vorschläge gemacht werden, welche die jodarme Diät für Patienten in der Vorbereitung zur Radiojodgabe unterstützen. Außerdem wurden zwei verschiedene Methoden für die Bestimmung des Jodgehaltes der Getränkeproben verwendet und miteinander verglichen. Zum einen kam die Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA), ein in der Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin der Universität Würzburg etabliertes Verfahren, zum Einsatz. Zum anderen fand ein Hochleistungsflüssigkeitschromatograph (HPLC) Anwendung. 5 2 MATERIAL UND METHODEN 2.1 Verwendete Proben Die Auswahl der verwendeten Getränkeproben erfolgte nach unterschiedlichen Gesichtspunkten. Zum einen wurde versucht, ein möglichst repräsentatives Spektrum an Getränken zu erfassen. Dazu gehören Mineral- und Leitungswässer, Fruchtsäfte, Soft- und Sportdrinks, sowie alkoholische Getränke. Zum anderen sollten in den einzelnen Kategorien unterschiedliche Preisklassen und regionale Besonderheiten (z.B. Bier der Marke „Würzburger Hofbräu“) berücksichtigt werden. Die Auswahl erhebt somit keinen Anspruch auf Vollständigkeit. 2.1.1. Fruchtsäfte (n = 15) Die deutsche Gesellschaft für Ernährung empfiehlt in ihrem neuen Programm „5-aday“, 5-mal täglich Obst und Gemüse zu essen [Deutschen Gesellschaft für Ernährung e.V.]. Eine Portion kann auch durch den Verzehr von Fruchtsäften abgedeckt werden. Pro Kopf und Jahr trinken die Deutschen im Schnitt 38 Liter Fruchtsaft. Dies entspricht einem Marktanteil am Verkauf von nicht-alkoholischen Getränken von 15% [Wafg]. Nr. 1. 2. 3. 4. 5. Getränk Apfelsaft Apfelsaft Apfelsaft Apfelsaft Apfelsaft Marke Albi Granini Heil Pom Vitafit Hersteller Albi GmbH & Co KG Eckes-Granini GmbH Kelterei Heil OHG NORMA GmbH LIDL GmbH & Co KG Tabelle 2.1: analysierte Apfelsäfte Nr. 1. 2. 3. 4. Getränk Multivitaminsaft Multivitaminsaft Multivitaminsaft Multivitaminsaft Marke Albi Hohes C Punica Smartprice Hersteller Albi GmbH & Co KG Eckes-Granini GmbH PepsiCo Deutschland GmbH WalMart Deutschland GmbH Tabelle 2.2: analysierte Multivitaminsäfte 6 Nr. 1. 2. 3. 4. Getränk Orangensaft Orangensaft Orangensaft Orangensaft Marke Bayla Heil Hohes C Trimmstar Hersteller Bayla Früchteverwertung GmbH & CoKG Kelterei Heil OHG Eckes-Granini GmbH NORMA GmbH Tabelle 2.3: analysierte Orangensäfte Nr. 1. 2. Getränk Sauerkirschnektar Tomatensaftkonzentrat Marke Vitafit Vitafit Hersteller LIDL GmbH & Co KG LIDL GmbH & Co KG Tabelle 2.4: analysierte weitere Produkte 2.1.2. Milch und Milchgetränke (n = 6) Milch- und Milchgetränke sind Bestandteil aller Ernährungsempfehlungen. Aufgrund ihres hohen Gehaltes an Calcium leistet Milch einen wichtigen Beitrag zur gesunden Ernährung. Der durchschnittliche Pro-Kopf-Verbrauch der Deutschen von Milch beträgt 110 Liter pro Jahr [Deutsche Milchindustrie]. Nr. 1. 2. 3. 4. 5. 6. Getränk Vollmilch Vollmilch Fettarme Milch H-Milch Molke Pur Buttermilch Marke Frankenland Milbona Milbona Smartprice Müller Müller Hersteller BMI eG LIDL GmbH & Co KG LIDL GmbH & Co KG WalMart Deutschland GmbH Molkerei Alois Müller GmbH & Co KG Molkerei Alois Müller GmbH & Co KG Tabelle 2.5: analysierte Milch und Milchgetränke 2.1.3. Leitungs- und Mineralwässer (n = 9) Der aktuelle Pro-Kopf-Verbrauch der Deutschen an Mineral-, Heil-, Quell- und Tafelwasser liegt aktuell bei ca. 138 Liter pro Jahr. Führend dabei mit einem Anteil von 92% sind die Mineralwässer. Dies entspricht einem Marktanteil von 34% am Verkauf alkoholfreier Getränke [Wirtschaftsvereinigung alkoholfreier Getränke e.V.]. Die deutsche Gesellschaft für Ernährung e.V. (DGE) empfiehlt in ihren Leitlinien den Konsum von 1,5 Liter Wasser pro Tag. Mineralwässer leisten einen Beitrag zur optimalen Mineralstoff- und Spurenelementversorgung. 7 Vor allem enthalten Mineralwässer Calcium, Natrium und Magnesium in ernährungsrelevanten Mengen und tragen somit zur Versorgung mit diesen Mineralstoffen bei. Nr. Getränk Marke Hersteller 1. 2. 3. Mineralwasser Mineralwasser Mineralwasser still Bad Brückenauer Sodenthaler Förstina Sprudel 4. 5. Mineralwasser still Mineralwasser still Franken Brunnen Sodenthaler Staatliche Mineralbrunnen AG Sodenthaler Mineralbrunnen GmbH Mineral- und Heilquelle Erhard & Sohn GmbH & Co KG Franken Brunnen GmbH Sodenthaler Mineralbrunnen GmbH Tabelle 2.6: analysierte Mineralwässer Nr. Getränk Quelle 1. 2. Leitungswasser Leitungswasser Würzburg, Deutschland Springville, Utah, U.S.A. Tabelle 2.7: analysierte Leitungswässer Nr. 1. 2. Getränk Quellwasser Seewasser Quelle Lourdes, Frankreich Salt Lake, Utah, USA Tabelle 2.8: analysierte sonstige Wässer 2.1.4. Sport- und Softdrinks, Eistees (n = 9) Der Marktanteil der Limonaden und diätischen Erfrischungsgetränken ist in den letzten Jahren von 86 Liter auf 95 Liter pro Kopf im Jahre 2007 angestiegen. Dies entspricht einem Marktanteil an den alkoholfreien Getränken von [Wirtschaftsvereinigung alkoholfreier Getränke e.V.]. Nr. 1. 2. 3. 4. Getränk Eistee Pfirsich Eistee Zitrone Eistee Pfirsich Eistee Lemon Marke Great Value Lipton Natreen Solevita Hersteller WalMart Deutschland GmbH PepsiCo Deutschland GmbH Sara Lee Coffee & Tea Germany GmbH LIDL GmbH & Co KG Tabelle 2.9: analysierte Eistees 8 23% Nr. 1. 2. 3. 4. 5. Getränk Sportdrink Sportdrink Softdrink Softdrink Softdrink Marke Bonaqua Sport Apfel Gatorade Zitrone Coca Cola Coca Cola light Fanta Hersteller Coca Cola GmbH PepsiCo Deutschland GmbH Coca Cola GmbH Coca Cola GmbH Coca Cola GmbH Tabelle 2.10: analysierte Soft- und Sportdrinks 2.1.5. Biere und Wein (n = 9) Bei den alkoholischen Getränken hat Bier mit einem Marktanteil von fast 80% den höchsten Stellenwert. Die Deutschen tranken 2004 fast 116 Liter Bier pro Kopf. Wein hat einen Anteil am pro-Kopf-Verbrauch von 13,8%, das entspricht etwa 20 Liter Wein pro Kopf im Jahr [IFO-Institut]. Nr. 1. 2. 3. 4. 5. 6. Getränk Pils Pils Weißbier Weißbier Weißbier Weißbier Marke Clausthaler alkoholfrei Würzburger Hofbräu Erdinger dunkel Franziskaner Paulaner dunkel Paulaner hell Hersteller Radeberger Gruppe KG Würzburger Hofbräu GmbH Privatbrauerei Erdinger Weißbräu GmbH Spaten-Franziskaner-Bräu GmbH Paulaner Brauerei GmbH Paulaner Brauerei GmbH Tabelle 2.11: analysierte Biere Nr. 1. 2. 3. Getränk Rotwein Weißwein Weißwein Traube Domina Silvaner Spätlese Bachus Tabelle 2.12: analysierte Weine 9 Lage Iphofen Würzburg Volkach 2.2 Röntgenfluoreszenzanalyse 2.2.1 Einführung Die Röntgenfluoreszenzanalyse (engl. X-ray fluorescence spectroscopy, XRF, im folgenden RFA genannt) geht auf Versuche von Richard Glocker und Hans-Wilhelm Schreiber aus den Jahren 1929 zurück [Beckhoff et al 2006]. Seit Ende der sechziger Jahre ist sie eine der am häufigsten eingesetzten Methoden zur qualitativen und quantitativen Bestimmung der atomaren bzw. chemischen Zusammensetzung von Materialien. Die lineare Abhängigkeit zwischen Konzentration des zu detektierenden Stoffes und der Intensität der entstehenden Strahlung macht die RFA zu einer einfachen, kostengünstigen und praktikablen Anwendung zur Bestimmung des Jodgehaltes nicht nur in Proben sondern auch in der Schilddrüse in vivo [Reiners et al 1995]. 2.2.2 Prinzip der Röntgenfluoreszenz Grundprinzip der Methode ist die Bestrahlung der Probe durch Röntgen- oder Gammastrahlung, um Atome in der Probe zur Eigenstrahlung anzuregen. Dabei kann durch den Photoeffekt ein kernnahes Elektron aus der inneren Schale, der K-Schale, des Atoms entfernt werden, wenn die Energie der Anregungsstrahlung E0 die Bindungsenergie W k übersteigt. Durch Auffüllen der Vakanz mit einem Elektron aus einer höher Röntgenstrahlung energetischen freigesetzt Schale (Siehe wird Abbildung charakteristische 2.1). Dieser sekundäre Vorgang wird Fluoreszenz genannt. Die charakteristische Strahlung ist abhängig von der Ordnungszahl des bestrahlten Elements. Jedes Element besitzt eine andere Bindungsenergie W k der Elektronen und damit wird beim „Nachfüllen“ der Schale Röntgenstrahlung mit einer spezifischen Energie emittiert. 10 Abbildung 2.1: Prinzip der Röntgenfluoreszenz aus [Ohm-Hochschule] In unserem Fall wird die Probe durch Gammastrahlung des Elementes Americium241 (241Am) mit der Energie E0 = 59,5 keV bestrahlt, um Jod (127I) nachzuweisen. Die Bindungsenergie W k beträgt beim Jod 33,2 keV und liegt damit unter der Energie der Anregungsstrahlung. Die freiwerdende charakteristische Röntgenstrahlung (K) hat Energien im Bereich 28,3 keV – 32,2 keV (siehe Abbildung 2.2) und wird mit einem Reinstgermanium-Halbleiterdetektor gemessen, da dieser eine hohe Empfindlichkeit im Energiebereich der jodspezifischen Röntgenfluoreszenzstrahlung aufweist und durch seine hervorragende Energieauflösung eine genaue Differenzierung und Quantifizierung der Strahlung ermöglicht [Reiners et al 1998]. Aus der gemessenen Intensität der Fluoreszenzstrahlung kann aufgrund der Proportionalität Jodkonzentration direkt auf den Jodgehalt der Probe geschlossen werden. 11 zur Abbildung 2.2: Röntgenfluoreszenzspektrum von Jod in Wasser aus [Reiners et al 1995] Ka und Kb: Charakteristische Röntgenlinien von Jod in Wasser (28,3 keV - 32 keV) K(I)- K(Ge): Comptonstreuung in der Probe L(Am): kohärente Streuung in der Probe 2.2.3 Probenaufbereitung Für die Probenaufbereitung werden folgende Materialien verwendet: · Anionenaustauscher-Harze Dowex® 1 x 2 50-100 mesh, Chlorid-Form, Firma Fluka · Handelsübliche 5 ml Spritzen · Exsikkator mit 12 Steckplätzen · Standardlösung, Jodkonzentrationen 1 µg/l, 5 µg/l, 10 µg/l, 25 µg/l, 50 µg/l und 100 µgl Um den Jodgehalt der Getränkeproben mittels RFA zu messen, musste ein spezielles Aufbereitungsverfahren entwickelt werden, bei dem möglichst viel des im 12 jeweiligen Getränk enthaltenen Jods konzentriert werden kann. Um herauszufinden welche Filtermethode die optimalen Ergebnisse liefert, wurden im Vorfeld vier verschiedene Anionenaustauscherharze der Firma Fluka getestet: IRA 400, IRA 420, Duolite A 147 und Dowex 1 x 2 50-100 mesh, Chlorid-Form. Nach den Vortests fiel die Wahl auf das Dowex-Harz, da es nahezu vollständig (98%) Jodid aus einer wässrigen Lösung fixiert. Im Folgenden werden die einzelnen Schritte der Aufbereitung beschrieben: 500 mg dieses Harzes werden in eine vom Stempel befreite handelsübliche 5 ml Spritze gefüllt. Anschließend wird diese auf den Exsikkator gesteckt. Die Spritze wird nach und nach mit 500 ml der aufzubereitenden Probe befüllt, bis die gesamte Probe mittels des Exsikkators durch das Harz gesogen wurde. Danach wird der Stempel wieder aufgesteckt. Durch diese Aufbereitungsmethode konzentriert sich nun das in der Probe vorhandene Jod in 500 mg Dowex®-Harz, welches nun direkt mittels RFA bestimmt werden kann. Außerdem werden Standardproben mit Jodkonzentrationen von 1 µg/l, 5 µg/l, 10 µg/l, 25 µg/l, 50 µg/l und 100 µg/l hergestellt und 100 ml der jeweiligen Standardlösung auf oben beschriebene Weise in 500 mg Dowex®-Harz konzentriert. 2.2.4 Messgeometrie Für die Röntgenfluoreszenzanalyse fand eine Eigenentwicklung der Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin der Universität Würzburg Anwendung, die normalerweise zur nicht-invasiven Messung des intrathyreoidalen Jodgehaltes verwendet wird [Reiners et al 1998]. Der Messstand besteht aus folgenden Komponenten: · einer kollimierten 241-Americium Strahlungsquelle mit 11,1 GBq Aktivität (γEnergie 60 keV), · einem mit flüssigem Stickstoff (-196°C) gekühlten Halbleiterdetektor (HPGe), · einem Bleikollimator zur Eingrenzung des Sichtfelds · einem Probenhalter mit Blende (siehe Abbildung 2.3) · einer Auswertungselektronik. 13 Reinstgermanium- Abbildung 2.3: Probenhalter mit Blende 2.2.5 Durchführung der Messung Zu Beginn jeder Messreihe werden Standardproben mit Jodkonzentrationen von 1 µg/l, 5 µg/l, 10 µg/l, 25 µg/l, 50 µg/l und 100 µg/l gemessen. Eine Messreihe besteht somit immer aus diesen sechs Standardproben und einer wechselnden Zahl an Getränkeproben. Im Folgenden wird der systematische Ablauf der Messung dargestellt: Die aufbereitete und in der Spritze befindliche Probe wird mittels einer Halterung in das Strahlungsfeld der RFA eingebracht. Die Registrierung der Fluoreszenzstrahlung erfolgt durch einen senkrecht zur Strahlungsquelle angebrachten Detektor. Dessen Sichtfeld ist durch eine Blende mit 5 mm Durchmesser limitiert. Das Öffnen und Schließen der Strahlungsquelle erfolgt pneumatisch und wird mittels eines Computerprogramms gesteuert. Die 1 µg/l-, 5 µg/l, 10 µg/l- und 25 µg/l -Jodstandards werden 3000 Sekunden (entspricht 50 Minuten) gemessen und die 50 µg/l- und 100 µg/l- Standards 300 Sekunden (entspricht 5 Minuten). Da bei einer Jodkonzentration von 1 µg/l, 5 µg/l, 10 µg/l und 25 µg/l die Impulsanzahl bei einer Messzeit von 5 Minuten zu gering ist, 14 wählten wir für diese Standardproben eine 10-fach höhere Messzeit als für die 50 µg/l und 100 µg/l Proben. Die Messzeit der Getränkeproben beträgt 30 000 Sekunden, das entspricht 8 Stunden und 40 Minuten. Die Messzeit musste deswegen so hoch gewählt werde, weil von einer unbekannten Konzentration von Jodid in den Proben ausgegangen werden musste. Die Nachweisgrenze dieser Methoden liegt bei etwa 5 µg/l. Mit der automatischen Öffnung der Quelle startet die Messung. Nach Ablauf der Messzeit schließt sich die Quelle wieder computergesteuert. Die Kanalinhalte des gemessenen Spektrums werden als Textdatei gespeichert und können dann zur Auswertung in eine Excel-Datei eingelesen werden. 2.2.6 Auswertung der Daten Nachdem alle Proben in der für die RFA geeigneten Weise aufbereitet sind, werden mehrere Messreihen, bestehend aus den 6 Standardproben sowie einer wechselnden Anzahl an Getränkeproben, durchgeführt. Nach erfolgter Messung werden zuerst die Standardproben ausgewertet. Aus der Messung der Standards ergeben sich die folgenden gemittelten Ergebnisse: Jodkonzentration Zeit Impulse 1 µg Jod 3000 s 536 5 µg Jod 3000 s 556 10 µg Jod 3000 s 899 25 µg Jod 3000 s 1517 50 µg Jod 300 s 261 100 µg Jod 300 s 508 Tabelle 2.13: Ergebnisse der Messung der Standardproben Die Anzahl der Impulse pro 1000 s wird anschließend in einem Koordinatensystem gegen den Jodgehalt aufgetragen. Mittels linearer Regression wird eine Kalibriergerade ermittelt. Im Bereich der niedrigen Jodkonzentrationen (<25 µg) werden die Residuen, das heißt die Differenz zwischen der Regressionsgerade und 15 den Messwerten, größer. Damit ist bei Werten kleiner 25 µg die Nachweisgrenze definiert. Abbildung 2.4: Beispiel einer Kalibrierungsgeraden zur Berechnung der Jodkonzentration in Getränkeproben mittels RFA Die Messungen der Jodstandards ergeben, dass im Bereich der Kanäle 120 bis 140 das Jodsignal erscheint. Die Impulse der entsprechenden Kanäle werden aufsummiert. Anschließend wird die Breite des Peaks mittels DIN-Norm 25428 festgelegt. Die Halbwertsbreite definiert sich über das Maximum des Peaks, wenn dieser zum Beispiel 250 Counts beträgt, werden alle Kanäle gezählt die mehr als 125 Counts haben. Die Anzahl der Kanäle entspricht dann der Halbwertsbreite. Die Jodidwerte der Getränkeproben werden anhand der Kalibrierungsgeraden bestimmt. Durch die lineare Geradengleichung = Regressionsanalyse erhält man die allgemeine + , mit dem Achsenabschnitt b (in Abbildung 2.4: b = 130,6) und der Steigung a (in Abbildung 2.4: a = 15,44). Zur Ermittlung der Jodkonzentration der Getränkeproben wird die Gleichung nach x umgestellt: = − und der gemessenen Wert der entsprechenden Probe für y (Impulse pro 1000 s) eingesetzt. Das Variable x stellt dann die Jodkonzentration in µg/l dar. 16 2.3 High Performance Reversed Phase Liquid Chromatograph (HPLC) Paired-Ion 2.3.1 Einführung Anfang des 20. Jahrhunderts wurde zunächst die Gaschromatographie als Methodik in der Trennung von Substanzen etabliert. Die Gaschromatographie wurde zur HPLC-Methode weiterentwickelt [Engelhard 1986]. Im Unterschied zur Gaschromatographie, die eine sehr gute Trennmethode für verdampfbare Stoffe ist, können mittels HPLC nun auch nicht flüchtige Substanzen analysiert werden. Die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie hat sich zu einer etablierten und vielfachverwendeten analytischen Methode in der Chemie entwickelt, mit der man nicht nur Substanzen trennen, sondern diese auch über Standards identifizieren und quantifizieren kann. 2.3.2 Prinzip der HPLC Bei der HPLC handelt sich um ein chromatographisches Trennverfahren, bei dem die zu untersuchende Substanz zusammen mit einem Laufmittel, der mobilen Phase (auch „Elutionsmittel“ oder „Eluent“ genannt) durch eine sogenannte Trennsäule, welche die stationäre Phase enthält, gepumpt wird. Das Trennvermögen einer HPLCChromatographie ist etwa 100mal größer als in der Säulenchromatographie. Gelegentlich wird eine sogenannte Vorsäule vorgeschaltet. Dabei handelt es sich um eine kurze Säule, die Verunreinigungen von der Hauptsäule abhalten soll. Wechselwirkt ein Bestandteil der zu untersuchenden Substanz stark mit der stationären Phase, verbleibt er relativ lange in der Säule. Wechselwirkt er hingegen schwach mit der stationären Phase, verlässt er die Säule früher. Je nach Stärke dieser Wechselwirkungen erscheinen die Bestandteile der Substanz zu verschiedenen Zeiten (den Retentionszeiten) am Ende der Trennsäule, wo sie dann mit einem geeigneten Detektor nachgewiesen werden können. Für die Umkehrphase ist die Retentionszeit einer Substanz abhängig von der Verweildauer in der stationären Phase. Der geschwindigkeitsbestimmende Schritt ist die Zurücklösung (Desorption) in die mobile Phase. Es werden zwei Methoden unterschieden: Normalphase (NP) und Umkehrphase (engl. reversed phase, RP). Bei der NP-HPLC wird eine polare stationäre Phase (z.B. Silicagel/Kieselgel) genutzt. Je polarer eine 17 mobile Phase ist, desto schneller wird eine Substanz eluiert. Polare Moleküle werden auf der Säule länger adsorbiert als unpolare Moleküle und verlassen deshalb die Säule später. Die RP-HPLC ist in der Praxis die gängigste Methode. Etwa 70% aller analytischen HPLC-Trennungen sind RP-Trennungen. Hier wird eine unpolare stationäre Phase verwendet, und die Elutionskraft sinkt mit steigender Polarität. Als mobile Phase werden meist Mischungen aus Wasser oder Puffer und Acetonitril oder Methanol eingesetzt. Bei isokratischen Trennungen bleibt die Zusammensetzung der mobilen Phase während der gesamten Zeit gleich. Bei Gradiententrennungen wird die Polarität des Fließmittelgemisches während der Analyse verändert. Besondere Anwendung findet die RP-HPLC bei der Auftrennung von polaren Analyten, die auf Normalphasen zu hohe Retentionszeiten aufweisen würden. Die Detektion erfolgt zumeist mittels UV- oder Fluoreszenzdetektor. 2.3.3 Probenaufbereitung Material zur Probenaufbereitung Folgende Materialien werden zur Probenaufbereitung verwendet: · SPE-Festphasenextraktionskartuschen Fa. Waters, Sep-Pak plus C18 · Methanol, Fa. Roth · Aqua dest. · Einwegprobengefäße 1 ml aus transparentem Glas mit PE Kappe (Vials), Fa. Waters · Filter Typ 597 ½ , Fa. Schleicher & Schuell, Durchmesser 150 mm · Filtereinheit FP 30/0,45CA, 0,45 µm, Fa. Schleicher & Schuell · 1000 µl Eppendorf Reference Pipette mit Eppendorf 1 ml Tip · 100 µl Eppendorf Reference Pipette mit Eppendorf 100 µl Tip Methodik der Probenaufbereitung Alle Proben werden vor der Messung mittels Festphasenextraktionskartuschen aufbereitet, um Störsubstanzen, wie zum Beispiel Proteine, welche auf der Säule 18 retiniert werden und diese verschmutzen, zu entfernen. Vor dem eigentlichen Gebrauch müssen die Kartuschen mit 10 ml Methanol und 10 ml aqua dest. konditioniert und anschließend mit 2 x 10 ml Luft trocken geblasen werden. Die Proben werden je nach Konsistenz zuerst gefiltert. Auf die vorbereitete Säule bringt man 3 ml der gefilterten Getränkeprobe auf. Die ersten 2 ml werden verworfen, der verbleibende Milliliter wird nach der Filterung über die Säule in ein Glasvial gedrückt und mit einem Plastikstopfen verschlossen. Die Probe ist nun messbereit. Falls die Probe nicht am Tag der Aufbereitung gemessen wird, muss diese eingefroren werden. 2.3.4 Messgeometrie Apparatur Für alle Messungen wird eine HPLC bestehend aus folgenden Komponenten verwendet: · Autosampler: Fa. WatersTM, Modell 717 · Pumpe: Fa. Shimadzu, Modell LC 10 AT VP · Detektor: Fa. Antec Iyden, Modell Procede LC-Elektrochemische Detektion (EC)-Workstation · Controller: Fa. Shimadzu, Modell SCL 10 A VP · Vorsäule: Fa. Waters, Modell XTerra MS C18 5 µm, 3,9 mm x 20 mm Guard Column · Hauptsäule: Fa. Waters, Modell XTerra MS C18 5 µm, 3,9 mm x 150mm Column · Auswertungssoftware: Fa. Shimadzu, CLASS-VP 5.0, Fa. Jandel Corp.,SigmaPlot Das HPLC System besteht aus einem Probengeber (Autosampler) mit 96 Plätzen und einem Injektionsvolumen von 100 µl, einer programmierbaren seriellen Tandemkolbenpumpe mit einem Fluss von 1,0 ml/min und einem Druck von 150 bar, einem elektrochemischen Detektor, der aus einer Ag-Arbeitselektrode, einer Ag/AgCl-Referenzelektrode, die sich beide in einem Säulenofen befinden, und einem EDV Datenauswertungssystem besteht. Ein Systemcontroller ermöglicht die 19 Steuerung aller Module des Systems durch eine zentrale Einheit. Die Steuerung der Module und das Übertragen der Daten und Statusinformationen erfolgt digital über Lichtleiterkabel. Zur Steuerung der verwendeten einfacheren isokratischen Routinemethode wird in der Auswertesoftware CLASS VP 5.0 das reduzierte „simple mode“ Menü verwendet. Chemikalien · Eluent (mobile Phase): selbst hergestellt, 1 Liter Pufferlösung besteht aus: o 0,01 mol/l Di-Natriumhydrogenphosphat-Dodecahydrat (Na2HPO4.12H2O; 3,6 g) Fa. Merck o 0,001 mol/l Titriplex® III (Ethyldinitrilotetraessigsäure) (0,4 g) Fa. Merck o 0,006 mol/l Di-n-Butylamin (1 ml) Fa. Acros o 0,01 mol/l Tetrabutyldihydrogenphosphat (10 ml einer 1 mol/l Lösung in Wasser) Fa. Aldrich o Natriumazid (500 g) Fa. Fluka in HPLC-reinem Wasser, pH-Wert der Lösung auf 7 mittels 85%iger Phosphorsäure (Fa. Acros) einstellen (ca. 400 µl) · Stammlösung: 1,3082 g Kaliumjodid (Fa. Merck) in 100 ml H2O gelöst, Konzentration: 1 g Jodid/100 ml · Standardlösung: hergestellt aus Stammlösung, 1000 µg Jodid/l Substanzen zu Reinigung der Säulen: · Methanol, Fa. Roth · Aqua dest. · Acetonitril, Fa. Acros · Tetrahydrofuran, Fa. Acros 2.3.5 Durchführung der Messung Gemessen werden 49 Getränkeproben über mehrere Tage. Zu Beginn jedes Messtages findet eine Kalibration des Gerätes mittels 25 µg Jodid/l, 50 µg Jodid/l, 100 µg Jodid/l, 150 µg Jodid/l und 250 µg Jodid/l Standards statt, die aus der Standardlösung arbeitstäglich zur Erstellung einer Kalibriergerade verdünnt wurden. 20 Von jedem Getränk werden zwei Proben hergestellt, die beide am selben Tag gemessen werden. Zuerst findet die Messung der Standards statt, danach die der Proben. In regelmäßigen Abständen müssen die Säulen, je nach deren Verschmutzungsgrad, einem kleinen oder großen Reinigungsprogramm unterzogen werden. Das kleine Reinigungsprogramm besteht aus Spülen mit je 2 x 20 ml aqua dest und 20 ml Ethanol im Wechsel mit einem Fluss von 1 ml/min. Das große Reinigungsprogramm besteht aus Spülung mit 60 ml warmen aqua dest, 60 ml Methanol, 60 ml Acetonitril, 40 ml Tetrahydrofuran, 30 ml Methanol, 60 ml Eluent, Fluss 1 ml/min. 2.3.6 Auswertung der Daten Zur Auswertung wird zuerst die Kalibrierungsgerade mittels SigmaPlot Datenauswertungsprogramm nach Messung der Standards nach folgender Methode erstellt: die täglichen Standardwert für und werden aus der Messung der Standards berechnet. Aus der Integration des Jodidpeaks der gemessenen Standardlösung bzw. Probe mittels Auswertungssoftware CLASS VP5.0 ergibt sich der x-Wert. Damit kann mittels Geradengleichung = + der Jodidwert (y) der gemessenen Probe errechnet werden (siehe Abbildung 2.5). Abbildung 2.5: Beispiel einer Kalibrierungsgeraden zur Berechnung der Jodkonzentration in Getränkeproben mittels HPLC 21 Der Jodidpeak erscheint während der Messung im Bereich zwischen 16 und 23 Minuten (siehe Abbildung 2.6). Je nach Verschmutzungsgrad der Säule verschiebt sich die Retentionszeit des Jodidpeaks. Je häufiger die Säule benutzt wurde, desto kürzer ist die Retentionszeit. Abbildung 2.6: Spektrum von Jod durch HPLC ermittelt Die Bestimmungsgrenze der Methodik liegt bei Jodidkonzentrationen > 25 µg/l. Es liegt ein lineares Verhältnis zwischen Signal und Konzentration vor, was sich in der Kalibrierungsgerade ausdrückt, die aus der y-Achse (Jodid [µg/l]) und der x-Achse (Signal [x 106]) besteht. 22 3 ERGEBNISSE 3.1 Ergebnisse der Messungen mittels RFA Nachdem alle Getränkeproben in der für die RFA geeigneten Weise aufbereitet waren, wurden in aufeinander folgenden Messreihen zunächst die Messung der Standards vorgenommen Getränkeproben und bestimmt. anschließend Nach mehreren die Jodkonzentration Messreihen mit der der Röntgenfluoreszenzanalyse musste festgestellt werden, dass in den gemessenen Spektren der Getränkeproben keine Jodidpeaks definiert werden können. Kontrollmessungen mit der HPLC ergaben aber eindeutig Jodkonzentrationen in den Proben, die über der Nachweisgrenze der RFA lagen. Verschiedene Fehlerquellen wurden in Betracht gezogen. Als wahrscheinlichste wurde die Aufbereitung der Proben mittels Dowex®-Harzen identifiziert. Die Harze fixieren zwar Jod aus einer wässrigen Standardlösung fast vollständig (98%) und auch beim Nachspülen der Kartuschen mit Wasser bleibt das gesamte Jod fixiert. Verwendet man aber Salzlösungen oder saure Lösungen zum Nachspülen, wird mehr als 50% der Aktivität wieder ausgewaschen. Da viele Getränke sauer und/oder salzhaltig sind, wurde die Fixierung des Jodids auf den Dowex®-Harzen durch Zugabe von [131I]Jodid zu einer Orangensaft-Probe validiert. Hierbei stellten wir fest, dass [131I]Jodid in Orangensaft nur zu einem kleinem Teil (<10%) auf dem Harz fixiert wurde. Aufgrund dieses nicht zu lösenden Problems musste die Aufkonzentrierung der Getränke mittels Dowex®-Harzen verworfen werden. Alternative Aufbereitungsverfahren sind in der Literatur nicht beschrieben. Da die RFA für die direkte Messung der Getränkeproben nicht geeignet erschien mussten wir die Analytik stattdessen mit einer deutlich sensitiveren Methode, der HPLC mit elektrochemischer Detektion, durchführen. 23 3.2 Ergebnisse der Messung mittels HPLC 3.2.1 Allgemein Auch die Bestimmung der Jodkonzentration in den Getränkeproben mittels HPLC erfolgte in mehreren Messreihen. Erster Schritt war arbeitstäglich die Bestimmung der Standardwerte. Aus diesen wird, wie in Kapitel 2.3.6 beschrieben, eine Kalibrierungsgerade erstellt, welche die tagesaktuellen Werte für und liefert. Danach wird im gemessenen Spektrum der Probe der Jodidpeak integriert. Das Integrieren liefert den x-Wert, der ebenso wie die aus der Kalibriergerade hervorgegangenen Werte für und in die Geradengleichung = + eingesetzt wird, wobei y den gemessenen Jodidwert darstellt. 3.2.2 Ergebnisse und Besonderheiten der einzelnen Getränkegruppen Fruchtsäfte Zu den untersuchten Säften gehörten Apfel-, Orangen- und Multivitaminsäfte. Außerdem wurde der Jodgehalt in einem Sauerkirschnektar und in einem Tomatensaftkonzentrat bestimmt. Die Aufbereitung der Fruchtsäfte stellte sich als schwierig dar. Schwebstoffe und eine dickflüssige Konsistenz erschwerten den Durchfluss durch die Kartuschen. Durch eine vorherige Filterung wurden die Proben dünnflüssiger und von groben Schwebstoffen befreit. Allerdings betrug die durchschnittliche Dauer der Filterung 2-3 Stunden. In den Apfelsäften, dem Sauerkirschnektar, den Multivitaminsäften der Marken Albi und Hohes C und einem Orangensaft der Marke Trimmstar fanden sich Jodkonzentrationen unterhalb der Nachweisgrenze von 25 µg/l (siehe Tabelle 3.1). Die mittlere Jodkonzentration der Messungen der übrigen Orangensäfte lag bei 41,5 µg/l (n = 6, Mittelwert m = 41,5 µg/l, Range r = +6,2 µg/l - 3,0 µg/l, Standardabweichung s = 2,26). Auch im Tomatensaft wurde nennenswerte Menge an Jod gefunden (n = 2, m = 54,6 µg/l, r = +5,35 µg/l - 5,35 µg/l, s = 1,03). Die 24 Multivitaminsaftproben von Punica und Smartprice hatten eine mittlere Jodkonzentration von 32,5 µg/l (n = 4, m = 32,5 µg/l, r = +6,6 µg/l - 4,4 µg/l, s = 2,54) (siehe Tabelle 3.1). Getränkeprobe Albi Multivitaminsaft Hohes C Multivitaminsaft Punica Multivitaminsaft Smartprice Multivitaminsaft Bayla Orangensaft Heil Orangensaft Hohes C Orangensaft Trimmstar Orangensaft Tomatensaftkonzentrat vitafit Sauerkirschnektar vitafit Jodkonzentration in µg/l 1. Messung 2. Messung kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze 32,7 39,1 30,0 28,1 44,7 47,7 38,5 39,8 38,8 39,5 kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze 59,9 49,2 kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze Tabelle 3.1: Jodkonzentration der analysierten Multivitamin-, Orangensäfte und weitere Säfte Getränkeprobe Albi Apfelsaft Granini Apfelsaft Heil Apfelsaft Pom Apfelsaft Vitafit Apfelsaft Jodkonzentration in µg/l 1. Messung kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze 2. Messung kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze Tabelle 3.2: Jodkonzentration der analysierten Apfelsäfte Milch und Milchgetränke Die von uns untersuchten Milchsorten waren die Vollmilch der Marke Milbona und Frankenland, mit jeweils 3,5% Fettanteil, eine fettarme Milch der Marke Milbona mit 1,5% Fettanteil und eine entrahmte H-Milch der Marke Smartprice mit 0,3% Fettanteil. An Milchgetränken wurden von uns ein ACE-Molke Drink, eine Molke und eine Buttermilch der Marke Müller untersucht. Die dickflüssige Milch und Milchgetränke mussten einer aufwändigen Aufbereitung mit mehrfacher Filterung unterzogen werden. 25 Nach der Messung fand sich nur in der Vollmilch von Milbona eine Jodkonzentration unterhalb der Nachweisgrenze. Die mittlere Jodkonzentration der anderen Milchsorten lag bei 130,7 µg Jod/l. (n = 6, m = 130,7 µg/l, r = +36,9 µg/l - 23,9 µg/l, s = 15,81). Auch die Milchgetränke lagen mit einer durchschnittlichen Jodkonzentration von 79,3 µg/l im oberen Drittel der Gesamtergebnisse (n = 6, m = 79,3 µg/l, r = +46 µg/l -29, 1 µg/l, s = 19,58). Den höchsten Jodgehalt hatte die Molke mit 123,9 µg/l (siehe Tabelle 3.3). Getränkeprobe Frankenland Vollmilch 3,5% Milbona fettarme Milch 1,5% smartprice 0,3% H-Milch ACE Molke-Drink Molke Pur Müller Buttermilch natur Milbona Vollmilch Jodkonzentration in µg/l 1. Messung 2. Messung 109,6 117,7 167,6 166,7 115,8 106,8 50,2 56,8 122,5 125,3 62,2 58,8 kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze Tabelle 3.3: Jodkonzentration der analysierten Milch und Milchgetränke Leitungs- und Mineralwässer Die Auswahl der Mineralwässer konzentrierte sich auf in der Region Franken verbreitete Mineralwässer. Außerdem wurde das in der Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin an Patienten der Therapiestation ausgegebene Mineralwasser der Marke Sodenthaler untersucht. In keiner der untersuchten Mineral- und Leitungswasserproben fand sich eine Jodkonzentration oberhalb der Nachweisgrenze von 25 µg/l. In den Proben des Wassers aus dem Great Salt Lake in Utah, das in den U.S.A. als Heilmittel ConcenTrace® verkauft wird und laut Produktbeschreibung auch Jodid enthalten soll, fand sich ebenfalls kein Jodid [Traceminerals]. 26 Getränkeprobe Bad Brückenauer spritzig Frankenbrunnen still Förstina Sprudel still Sodenthaler spritzig Sodenthaler still Lourdes Wasser Salt Lake Wasser Utah Leitungswasser Würzburger Leitungswasser Jodkonzentration in µg/l 1. Messung 2. Messung kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze Tabelle 3.4: Jodkonzentration der analysierten Leitungs- und Mineralwässer Soft- und Sportdrinks, Eistees Nach Aufbereitung und Messung der Eistees mit dem üblichen Verfahren, stellte sich heraus, dass die Jodkonzentration in allen Proben unterhalb der Nachweisgrenze lag. Getränkeprobe Great Value Pfirsich Icetea Lipton Eistee Natreen Icetea Solevita Lemon Icetea Jodkonzentration in µg/l 1. Messung 2. Messung kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze Tabelle 3.5: Jodkonzentration der analysierten Eistees Die Soft- und Sportdrinks waren wegen ihrer dünnflüssigen und klaren Konsistenz komplikationslos in der Aufbereitung. Alle untersuchten Soft- und Sportdrinks hatten eine Jodkonzentration, die unterhalb der Nachweisgrenze von 25 µg/l lag. Getränkeprobe Bonaqua Sport Apfel Coca Cola Coca Cola light Fanta Orange Gatorade Zitrone Jodkonzentration in µg/l 1. Messung kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze 2. Messung kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze Tabelle 3.6: Jodkonzentration der analysierten Soft- und Sportdrinks 27 Biere und Weine Die Auswahl der Biere konzentrierte sich ebenfalls auf regionale Biere. Auch bei den Bieren wurden die Proben mittels Filter von Schwebstoffen befreit, um sie anschließend durch die Kartuschen zu geben. Während der Messreihe musste die Säule nach der Hälfte der Messungen einem Reinigungsprogramm unterzogen werden. Die Ergebnisse der Messungen sind inhomogen. Außer im Hefeweizen der Marke Erdinger und der Marke Paulaner Dunkel fanden sich in den anderen Proben Jodkonzentrationen über der Nachweißgrenze. (n = 8, m = 37,35 µg/l, r = +16,15 µg/l - 8,85 µg/l, s = 5,44) Getränkeprobe Jodkonzentration in µg/l 1. Messung 2. Messung Clausthaler Pils alkfrei 31,7 43,0 Franziskaner Hefeweizen 53,3 50,5 Paulaner Hefe Hell 31,0 29,1 Würzburger Hofbräu 28,5 31,7 Erdinger Weißbier dunkel kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze Paulaner Hefe Dunkel kleiner Nachweisgrenze kleiner Nachweisgrenze Tabelle 3.7: Jodkonzentration der analysierten Biere Die regionalen Weiß- und Rotweine mussten für die Messung nicht gesondert gefiltert werden, da diese einen geringen Anteil an Schwebstoffen hatten. Die Weißund Rotweine hatten eine durchschnittliche Jodkonzentration von 55 µg/l (n = 6, m = 55,12 µg/l, r = +13,68 µg/l - 14,42 µg/l, s = 5,01). Getränkeprobe Jodkonzentration in µg/l Rotwein Iphöfer Domina 2002 Weißwein Würzburger Silvaner Spätlese 2000 Weißwein Volkacher Kirchberg Bacchus 2000 1. Messung 41,1 68,8 2. Messung 40,7 66,7 54,3 59,1 Tabelle 3.8: Jodkonzentration der analysierten Weine 28 4 DISKUSSION 4.1 Allgemein Jod als essentielles Spurenelement ist Bestandteil der Schilddrüsenhormone Tetrajodthyronin (T4 oder Thyroxin) und Trijodthyronin (T3) und muss dem Organismus in ausreichender Menge zugeführt werden. Der Anteil an Jod, der von der Schilddrüse aufgenommen wird, ist abhängig von der Jodversorgung. Unter Jodmangelbedingungen kann die Jodclearance erheblich ansteigen. Jod wird in Form von Jodid über den Dünndarm nahezu vollständig resorbiert und aktiv aus dem Plasma in das Zellinnere der Schilddrüse transportiert. In der Schilddrüse erfolgt unter Oxidation und Bindung von Jodid an das Glykoprotein Thyreoglobulin die Synthese der Schilddrüsenhormone Trijodthyronin (T3) und Thyroxin (T4). Diese werden in den Follikeln der Schilddrüse gespeichert und bei Bedarf sezerniert. Die Steuerung der Hormonsekretion unterliegt einem zentralen Regelkreis. Die Schilddrüsenhormone sind unter anderem an der Regulierung des Stoffwechsels und der geistigen und körperlichen Entwicklung beteiligt. Sie beeinflussen den Kohlenhydrat-, Fett-, Eiweiß- und Mineralstoffwechsel sowie das zentrale Nervensystem, die neuromuskuläre Übertragung und die Muskulatur [Nussey et al 2001]. Beim Abbau der Hormone wird ein Teil des Jodids wieder zur Schilddrüse zurückgeführt. Die Ausscheidung des Jodids erfolgt über den Magen-Darm-Trakt und die Nieren. Der Hauptteil (70%) wird über die Nieren sezerniert. Bei stillenden Müttern wird ein gewisser Anteil über die Muttermilch abgegeben. In tropischen Ländern geht eine geringe Menge des Jodids über den Schweiß verloren. Ein Mangel an Jod führt zunächst zu einem Mangel an Schilddrüsenhormonen und im weiteren Verlauf gegebenenfalls zum klinischen Bild der Hypothyreose. Jodmangelerkrankungen (im englischen: Iodine deficiency disorders, IDD) können eine Strumabildung, mentale Retardierung, Beeinträchtigung der Fruchtbarkeit, vermehrte Aborte sowie eine erhöhte Säuglingssterblichkeit bedingen. Eine Studie aus China zeigt, dass sich die Säuglingssterblichkeit um bis zu 50% verringern lässt, wenn eine ausreichende Jodversorgung gewährleistet wird [De Long et al 1997]. Außerdem konnte Santiago-Fernandez in einer Studie aus dem Jahr 2004 einen signifikanten Zusammenhang zwischen einer ausreichenden Jodversorgung (IUC > 29 100 µg/l) und dem kindlichen IQ herstellen. Kinder, die wenig Milch konsumieren und in deren Haushalt kein Jodsalz verwendet wird, zeigten ein erhöhtes Risiko für einen IQ unterhalb der 25. Perzentile [Santiago-Fernandez et al 2004]. Und dennoch lebt immer noch ein Drittel der Weltbevölkerung in Jodmangelgebieten. Nur 65% der Haushalte weltweit haben Zugang zu jodiertem Speisesalz. Eine große Kampagne, unterstützt von der WHO, strebt die Verwendung von Jodsalz in möglichst vielen Privathaushalten sowie in der Lebensmittelindustrie an (im englischen: Universal salt iodination, USI). In einigen Ländern wurden Pionierleistungen mit der Schaffung von Präventionsprogrammen erbracht. Vor allem die Schweiz zeigt sich vorbildlich in der Jodversorgung der Bevölkerung. Bereits im 19. Jahrhundert wurde in Studien beschrieben, dass es einen nennenswerten Anteil der Bevölkerung mit dem Vollbild der angeborenen Hypothyreose gab. Kocher und Mitarbeiter stellten bereits 1917 fest, dass es einen direkten Zusammenhang zwischen einem Jodmangel und der Entstehung einer Struma gibt. Sie forderten als Konsequenz eine Minimalversorgung der Bevölkerung mit Jod, ohne einen Vorschlag zu erarbeiten, wie dies durchgeführt werden könnte. Konkreter ging das Problem der Chirurg Eggenberger im Kanton Appenzell im Jahre 1922 an. Er sammelte Unterschriften für eine Petition zur Einführung von Jodsalz im Kanton Appenzell [Schilddrüsennetzwerk]. Die Kantonsregierung setzte die Forderung innerhalb von 7 Tagen um und erlaubte den Verkauf von Jodsalz. Bereits kurz nach Einführung des Jodsalzes im Kanton Appenzell konnte ein deutlicher Rückgang der Strumabildung bei Schulkindern sowie bei Neugeborenen verzeichnet werden. Auch die angeborene schwere Form der Hypothyreose, die eine ausgeprägte mentale Retardierung zur Folge hat, trat seltener auf [Delange et al 2002]. Nach diesem bahnbrechenden Erfolg wurde die Swiss Goiter Commission gebildet, die den Erfolg der Salzjodierung im Kanton Appenzell auf die ganze Schweiz übertragen sollte. Die Kommission gab die Empfehlung an alle 25 Kantone aus, Salz mit einem Jodgehalt von 3,75 mg Jod pro Kilogramm Salz einzuführen. Bis ins Jahr 1930 hatte die Hälfte der Kantone Jodsalz eingeführt, im Jahre 1952 alle Kantone. Aktuell verwenden 90% der Privathaushalte in der Schweiz und 70% der Lebensmittelindustrie Jodsalz [Delange et al 2002]. 30 Die USA hingegen haben kein offizielles Präventionsprogramm. Viel mehr folgt man dem Konzept der „Stillen Prophylaxe“ [Dunn 1996]. Zwar ist seit dem Jahr 1930 der Hauptanteil des Salzes für Konsumzwecke jodisiert, aber nur 50-60% der Bevölkerung benutzt dieses auch [Hollowell et al 1998]. Vor allem in der amerikanischen Backindustrie wurde Jod als Teig-Konditionierer verwendet. Auch wird seit langem dem Tierfutter Jod beigesetzt, so dass sich Jod in ausreichender Menge in Eiern, Milch und Fleisch findet. In den USA sind jodhaltige Multivitaminpräparate weit verbreitet. Dies alles sorgt dafür, dass die Jodversorgung der Bevölkerung gemessen an WHO-Vorgaben überdurchschnittlich ist [Dunn 1998]. In den letzten 20 Jahren konnte man in den USA einen deutlichen Rückgang der Jodversorgung beobachten. Ob das an einem zurückhaltenden Salzgebrauch der Amerikaner in Hinblick auf die Prävention der Hypertonie, an dem Umschwenken der Industrie von Jod als Backzutat hin zu Brom oder an einer „nachlässigeren“ Einstellung der Bevölkerung zur Jodprophylaxe an sich zu tun hat, konnten die aktuellen Studien bisher nicht aufdecken [Hollowell et al 1998]. In Dänemark war bis zum Jahre 1998 die Jodierung von Speisesalz verboten. Erst nach einer Studie der Arbeitsgruppe um Rasmussen 1997, in der die mangelnde Jodversorgung der Bevölkerung bestätigt wurde, etablierte die Regierung ein Jodisierungsprogramm auf freiwilliger Basis. Es wurde eine Kommission gegründet, welche das Jodisierungsprogramm überwachen soll, die „DanThyr“ (The Danish Investigation of Iodine Intake and Thyroid Disease). Diese stellte nach wenigen Jahren Laufzeit des Programms zur freiwilligen Salzjodisierung fest, dass die Bevölkerung immer noch unterversorgt ist. Daraufhin wurde die freiwillige Jodisierung in eine verpflichtende Verwendung von jodisiertem Salz in der Lebensmittelindustrie umgewandelt [Rasmussen et al 2002]. Eine Nachfolge-Studie aus dem Jahre 2008 zeigte eine deutlich bessere Jodversorgung der Bevölkerung [Rasmussen et al 2008]. In Deutschland gab es bis zur Wiedervereinigung kein einheitliches Programm zur Jodmangelprophylaxe. Seit Beginn der Jodisierung von Speisesalz im Jahre 1959 und der Jodzusetzung zu Futtermitteln 1970 bestand in Westdeutschland ein Freiwilligkeitsprinzip. In Ostdeutschland hingegen wurde im Jahre 1983 für einzelne Bezirke und ab 1985 für das gesamte Gebiet der damaligen DDR eine generelle 31 Prophylaxe eingeführt. Diese bestand aus der Jodisierung von Speisesalz sowie der Verwendung von jodierten Mineralstoffmischungen zur Fütterung von Nutztieren. Diese bewirkte zum einen die Abnahme der Strumaprävalenz bei Neugeborenen von 5,8% auf 1% und zum anderen eine bessere Jodversorgung der Bevölkerung insgesamt, die sich in einer erhöhten Jodausscheidung im Urin (im englischen: urinary iodine concentration UIC) zeigte [Willgerodt et al 1997]. Mit der Wiedervereinigung im Jahre 1990 wurde das Freiwilligkeitsprinzip der Jodmangelprophylaxe wieder in den Vordergrund gestellt. In Studien, die kurz nach 1990 angefertigt wurden, zeigte sich erneut ein deutlicher Rückgang der Jodausscheidung im Urin und damit der Jodversorgung der Bevölkerung. Dies bedeutet vor allem für die neuen Bundesländer einen deutlichen Rückschritt. Mit dem Wegfall der Deklarierungspflicht für jodiertes Speisesalz 1993, sowie mit Einführung des Jodsiegels 1996, begann man die Bevölkerung mittels entsprechender Kampagnen über den gesundheitlichen Nutzen einer ausreichenden Jodzufuhr aufzuklären und zu sensibilisieren. Seither steigt die Jodausscheidung wieder kontinuierlich an. Von Thamm et al wurden im Jahre 2007 die Ergebnisse des Jodmonitoring im Kinder- und Jugendgesundheitssurvey (KiGGS) präsentiert. Die Ergebnisse belegen, dass sich Deutschland von einem Jodmangelgebiet zu einem Gebiet mit niedrig normaler Jodversorgung gewandelt hat [Thamm et al 2007]. In verschiedenen regionalen Studien zeigte sich ebenfalls, dass sich die Situation der Jodversorgung der Bevölkerung insgesamt verbessert hat. Die sogenannte „Greifswalder Studie“ [Meng et al 2002] zeigt einen deutlichen Anstieg der Jodurie bei Schulkindern von 1994 bis 2000. Nur bei 0,5% der Probanden konnte ein schwerer Jodmangel nachgewiesen werden. Studien aus Sachsen [Franke et al 1983], Berlin [Liesenkötter et al 1997], dem Saarland [Zabransky et al 2000] und Würzburg [Rendl et al 2001] kommen zu einem ähnlichen Ergebnis. Ziel der vorliegenden Studie war es, herauszufinden, welche Getränke zu einer verbesserten alimentären Jodversorgung beitragen. Die aktuelle Empfehlung des „Arbeitskreises Jodmangel“ für die tägliche Jodzufuhr liegt bei 180 – 200 µg Jod/Tag für Erwachsene. Die empfohlene Menge Speisesalz beträgt 5-6 g/Tag. Wenn man diese mit der durchschnittlich enthaltenen Menge von 15-25 mg Jod/kg in jodiertem Speisesalz hochrechnet, ergibt sich eine tägliche Jodzufuhr von 75-125 µg/Tag. Somit besteht ein rechnerisches tägliches Joddefizit von 75-100 µg/Tag. 32 Nicht nur um eine verbesserte alimentäre Jodversorgung zu gewährleisten, ist es wichtig, den Jodgehalt verschiedener Getränke zu kennen, sondern auch um Patienten, die sich einer Radiojodtherapie oder eine diagnostischen Radiojodgabe unterziehen, eine Empfehlung für eine jodarme Diät im Vorfeld der entsprechenden Diagnostik oder Therapie zu geben. Die Radiojodtherapie wird bei gut- und bösartigen Schilddrüsenerkrankungen angewendet, nämlich beim Morbus Basedow, der funktionellen Autonomie (multifokal, unifokal, disseminiert), der Struma und dem differenzierten Schilddrüsenkarzinom (papillär, follikulär). Bei malignen Schilddrüsenerkrankungen wird eine Radiojodtherapie jedoch erst nach erfolgter Operation durchgeführt. Mehrere aktuelle Studien haben gezeigt, dass eine jodarme Diät in Vorbereitung auf eine Radiojodtherapie die Radiojodaufnahme der Schilddrüse verbessern kann [Sawka et al 2010, Morsch et al 2011]. Die deutsche Gesellschaft für Nuklearmedizin empfiehlt in ihrer Leitlinie „Verfahrensanweisung zur Radiojodtherapie (RIT) beim differenzierten Schilddrüsenkarzinom“ eine jodarme Diät für 2 Wochen. Es werden jedoch keine expliziten Empfehlungen gegeben, welche Nahrungsmittel zu meiden sind. Die amerikanische „Society of Nuclear Medicine“ hingegen gibt in ihren „Procedure Guidelines for Therapy of Thyroid disease with Iodine 131” klare Empfehlungen ab, welche Nahrungsmittel in Vorbereitung auf eine Radiojodtherapie gemieden werden sollen [SNM 2005] (siehe Tabelle 4.1). Vor einer Radiojodtherapie zu meidende jodhaltige Nahrungsmittel Jodsalz Milch und Milchprodukte Fisch Seegras und Algenprodukte Industriell hergestelltes Brot mit jodhaltigen Teigweichmachern Schokolade Jodhaltige Multivitaminpräparate Lebensmittelfarbe Nr. 3 (Rot) Eier Tabelle 4.1: Vor einer Radiojodtherapie zu meidende jodhaltige Nahrungsmittel adaptiert aus [SNM 2005] Um gegebenenfalls die deutschen Leitlinien ergänzen zu können bzw. klinikinterne Empfehlungen an Patienten zu erstellen, ist der Einfluss von verschiedenen Getränken auf die Jodversorgung Gegenstand der vorliegenden Untersuchung. 33 4.2 Fruchtsäfte Rasmussen et al untersuchten 2000 drei verschiedene dänische Orangensäfte mittels gekoppelter Massenspektrometrie auf ihren Jodgehalt. In dieser Studie fand sich ein mittlerer Jodgehalt von 1,1 µg/100 g Orangensaft [Rasmussen et al 2000]. Das entspricht einem Jodgehalt von ungefähr 10 µg/l Orangensaft, womit dieser Wert deutlich unter dem liegt, der in der vorliegenden Arbeit gemessen wurde. Eine neuere Untersuchung von Dunkelmann et al 2007 zeigte, dass in den Fruchtsäften Jod zu einem Teil an Farbstoffe in Form von großmolekularen Verbindungen gebunden und zum anderen Teil als kleinmolekulare Verbindungen als Jodat vorliegt. Das an Farbstoffe gebundene Jod steht laut Hypothese der Studie von Dunkelmann et al der Schilddrüse nicht zur Verfügung, das kleinmolekulare Jodat nur sehr eingeschränkt [Dunkelmann et al 2007]. Die in der vorliegenden Studie untersuchten Fruchtsäfte enthalten als Farbstoff einzig Beta-Carotin. In der Literatur finden sich keine Hinweise darauf, dass Jod an Beta-Carotin gebunden in den menschlichen Organismus gelangt. 4.3 Milch und Milchgetränke In allen Milchgetränken konnte eine Jodkonzentration deutlich oberhalb der Nachweisgrenze von 25 µg/l festgestellt werden. Damit lagen die Ergebnisse ungefähr im Bereich von anderen Studien, wie zum Beispiel von Girelli et al 2004 in Italien (269 µg Jod/l Milch) [Girelli et al 2004] oder Rasmussen et al 2000 in Dänemark (268 µg Jod/l Milch) [Rasmussen et al 2000]. Zahlreiche Studien aus verschiedenen europäischen Ländern beschäftigen sich mit dem Jodgehalt von Kuhmilch, und in diesen wurde festgestellt, dass Milch eine der wichtigsten Jodquellen ist. Vor allem Kinder beziehen bis zu 70% ihres täglichen Jodkonsums aus Milch [Dahl et al 2003 b]. Es gibt verschiedene Ursachen, die zur Steigerung des Jodgehaltes der Milch in den letzten Jahren beigetragen haben. Zum einen wird die Verwendung von jodhaltigen Desinfektionsmittel zur Reinigung von Melkmaschinen und das „teat-predipping“, das bedeutet das Eintauchen der Zitzen in jodhaltige Lösungen bevor die Melkmaschine angeschlossen wird, als Ursache des gesteigerten Jodgehaltes der Milch diskutiert. In fast allen Studien, die den Jodgehalt von Milch untersuchten, fand sich ein signifikanter Unterschied der Jodkonzentration 34 von Sommer- und Wintermilch [Dahl et al 2003 a]. Eine Ursache dafür ist, dass im Winter Milchleistungsfutter gefüttert wird, welchem Jod in der von der Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) genehmigten Menge von 4 mg/kg Futter zugesetzt wird [EFSA 2005]. Im Sommer grasen die Tiere oft auf Weiden die je nach Land und Region einen unterschiedlichen Nährstoffgehalt und damit einen unterschiedlichen Jodgehalt aufweisen [Preiß et al 1997]. In aller Regel enthält diese natürliche Kost jedoch entscheidend weniger Jod. Als weitere Ursache für den Unterschied im Jodgehalt von Sommer- und Wintermilch wird diskutiert, dass in den Sommermonaten die relativ höhere Milchproduktion pro Tier einen geringeren Jodgehalt bedingt [Dahl et al 2003 b]. In einigen Studien wurde ein unterschiedlicher Jodgehalt von „biologisch“ hergestellter und konventionell produzierter Milch gefunden, wobei die „biologische“ Milch einen eher geringeren Jodgehalt aufweist. Grund dafür kann ein größerer Anteil von Raps im Tierfutter von Bio-Höfen sein. Raps wirkt als Goitrogen negativ auf die Aufnahme von Jod durch die Tiere, sei es aus dem Futter oder dem Boden. Außerdem werden weniger jodhaltige Reinigungsmittel bei der Produktion von biologischer Milch verwendet [Rasmussen et al 2000]. In der vorliegenden Arbeit wurden die Milchsorten und Milchgetränke nicht unter dem Aspekten von Sommer- und Wintermilch oder biologisch und konventionell produzierter Milch untersucht. Die Wahl fiel auf regional weitverbreitete Produkte und auf gängige zum Teil in Discount-Läden angebotene Milchprodukte. Aus diesem Grund kann hier keine Aussage über die Ursachen der oben genannten unterschiedlichen Jodgehaltes in Milch und Milchprodukten getroffen werden 4.4 Leitungs- und Mineralwässer Untersucht wurden verschiedene regionale Mineralwässer (n = 5), das örtliche Leitungswasser, Wasser aus dem Salt Lake in Utah, USA, und das dortige Leitungswasser. Zudem erfolgte eine Analyse von geweihtem Wasser aus der Quelle von Lourdes, Frankreich. Bei allen untersuchten Proben (n = 9) lag der Jodgehalt unterhalb der Nachweisgrenze von 25 µg/l. In mehreren Studien in Dänemark wurde der Jodgehalt des dortigen Leitungswassers mit einem Mittelwert von 7,5 µg/l [Pedersen et al 1999] bis 12,1 µg/l [Rasmussen et al 2000] bestimmt. Außerdem wurde festgestellt, dass sich durch Kochen oder Erhitzen der Jodgehalt des Leitungswassers nicht verändert. Auch gab es keinen erkennbaren Unterschied in 35 der Jodkonzentration von Leitungswasser, das im Sommer oder im Winter gewonnen wurde. Eine andere ebenfalls dänische Arbeit von Andersen et al beschäftigte sich damit, in welchen chemischen Verbindungen Jodid im Leitungswasser vorkommt. Es konnte gezeigt werden, dass Jodid in Huminstoffen, das heißt, in hochmolekularen Stoffen die Bestandteile des Bodens sind, gebunden vorkommt. Dieses Jod ist für den menschlichen Organismus bioverfügbar, kann also in den Jodkreislauf des Körpers eingeschleust werden [Andersen et al 2002]. Auch in anderen europäischen Ländern gab es Untersuchungen, die sich mit dem Jodgehalt von Mineral- und Leitungswasser beschäftigen. Stets wurde nur ein geringer Jodgehalt von Mineralund Leitungswasser festgestellt. In einer Studie in Norwegen fand man nur einen durchschnittlichen Jodgehalt des Trinkwassers von 1,7 µg/l. Bei einem täglichen Konsum von 1,5 l Wasser entspräche das einer täglichen Jodzufuhr von 2,5 µg/d [Dahl et al 2003 b]. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit unterscheiden sich demgemäß nicht von denen anderer europäischer Untersuchungen. In allen Untersuchungen wurde festgestellt, dass Leitungswasser und Mineralwasser nur einen geringen Anteil an der Jodversorgung der Bevölkerung hat. 4.5 Soft- und Sportdrinks, Eistees In den in dieser Arbeit untersuchten populären Softdrinks der Marke Coca Cola, Sportdrinks, sowie verschiedenen Sorten Eistees wurde keine Jodkonzentration über der Nachweisgrenze von 25 µg/l gefunden. Zu einem ähnlichen Ergebnis kommt eine Studie aus Dänemark, in der sich in den lokal verbreiteten Softdrinks, aber auch im Softdrink der Marke Coca Cola ein Jodgehalt von maximal 5,3 µg/l fand [Rasmussen et al 2000]. Bis vor wenigen Jahren wurden die Abfüllanlagen der Getränkehersteller mit jodhaltigen Reinigungsmitteln desinfiziert. In den letzten Jahren hat sich die Reinigungspraxis der meisten Lebensmittelverarbeitenden Betriebe verändert. Es werden inzwischen zum Großteil chlorhaltige Reinigungsmittel verwendet [EGVerordnung 852/2004], weil diese effektiver und sicherer sind. Im Kapitel 4.2. Milchund Milchprodukte wurde bereits diskutiert, ob jodhaltige Reinigungsmittel einen Einfluss auf den Jodgehalt der Milch haben können. Die Annahme, dass vor Veränderung der Reinigungspraxis der Abfüllanlagen der Getränkehersteller Jod in Softdrinks oder Eistees nachweisbar gewesen wäre, lag in diesem Zusammenhang nahe. Allerdings gibt es keine wissenschaftlichen Daten über den Jodgehalt der 36 Getränke vor Veränderung der Reinigungspraxis. Somit können unsere aktuellen Daten, die nach Abschaffung der jodhaltigen Reinigungsmittel erhoben wurden, aufgrund der mangelnden Datenlage nicht verglichen werden und die Annahme nicht überprüft werden. 4.6 Bier und Wein Untersucht wurden in unserer Studie regionale und weitere bayerische Biersorten sowie einheimische Rot- und Weißweine. In vier der untersuchten Biere fanden wir Jodkonzentrationen von durchschnittlich 37,4 µg/l. In zwei der untersuchten Biere (Erdinger Weißbier dunkel, Paulaner Hefe dunkel) konnten wir kein Jod nachweisen. Bei den regionalen Weiß- und Rotweinen wurde eine durchschnittliche Jodkonzentration von 55 µg/l gefunden. Eine dänische Studie von Rasmussen et al konnte ebenfalls in Bier und Wein eine höhere Jodkonzentration feststellen. Allerdings liegen die Konzentrationen der europäischen Weine maximal bei 5,7 µg/l im Weißwein und 6,0 µg/l im Rotwein und damit weit unter den in dieser Studie gefundenen Jodkonzentrationen [Rasmussen et al 2000]. Auch die Jodkonzentration der dänischen Biere mit einer maximalen Jodkonzentration von 6,9 µg/l, liegt unter den in dieser Studie gemessenen Maximalwerten [Rasmussen et al 2000]. 37 5 ZUSAMMENFASSUNG Jod ist ein essentielles Spurenelement, welches der Mensch zur Aufrechterhaltung des ungestörten Schilddrüsenmetabolismus und davon beeinflussten verschiedenen Körperfunktionen benötigt. Weltweit gab und gibt es einen Jodmangel, der schwerwiegende gesundheitliche Folgen für das Individuum und wirtschaftliche Folgen für die Gesundheitssysteme des jeweiligen Landes hat. Auch Deutschland galt mit weiteren europäischen Ländern bis vor wenigen Jahren als Jodmangelgebiet. Durch intensive Aufklärungsarbeit und Programme zur Beseitigung des Jodmangels gelang es, diesen in vielen Ländern zu vermindern. Außer einer generellen Verwendung von Jodsalz in der Lebensmittelproduktion und den Privathaushalten, konnten noch weitere wichtige Jodquellen für die Bevölkerung in verschiedenen Studien belegt werden. Diese Studie beschäftigt sich mit der Ermittlung von Jodgehalt in Alltagsgetränken. Die Ergebnisse sind vergleichbar zu bereits veröffentlichen Studien und zeigen einen hohen Jodgehalt von Milch und Milchgetränken, sowie von Bier und Wein. Kein Jod in größeren Mengen hingegen enthält das regionale Leitungswasser, sowie Mineralwässer und diverse Fruchtsäfte. Somit kann der Verzehr von Milch und Milchgetränken und in Maßen auch Bier und Wein für eine jodreiche Ernährung empfohlen werden. Hingegen sollten Patienten in Vorbereitung zum Beispiel auf eine Radiojodtherapie Milch, Biere und Wein eher meiden und jodarme Getränke bevorzugen. 38 LITERATURVERZEICHNIS [Andersen et al 2002] Andersen S, Petersen SB, Laurberg P: Iodine in drinking water in Denmark is bound in humic substances; European Journal of Endocrinology (2002); 147: 663-670 [Andersson et al 2005] Andersson M, Takkouche B, Egli I, Allen HE, Benoist B: Current global iodine status and progress over the last decade towards the elimination of iodine deficiency; Bulletin of the World Health Organization (2005); 83: 518-525 [Andersson et al 2007] Andersson M, Benoist B, Darnton-Hill I, Delange F: Iodine deficiency in Europe - A continuing public health problem; WHO Library Cataloguing-inPublication Data (2007) [Beckhoff et al 2006] Beckhoff B, Kanngießer B, Lanhoff N, Wedell R (Hrsg.): Handbook of Practical X-Ray Fluorescence Analysis; Springer Verlag, 1. 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Christoph Reiners für die Überlassung des Dissertationsthemas und die Arbeitsmöglichkeiten im Labor der Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin der Uniklinik Würzburg. Besonderen Dank gebührt den Betreuern dieser Arbeit Herrn Prof. Dr. med. Markus Luster und Herrn Dr. Andreas Schirbel für die geduldige und konstruktive Unterstützung während der Arbeiten im Labor und bei der Durchsicht des Manuskriptes. Herrn Prof. Dr. med. Luster danke ich außerdem ganz herzlich für die Übernahme des Referates und der ausgezeichneten Betreuung auch nach seinem Wechsel an die Unikliniken Ulm und Marburg. Vielen Dank auch den medizinisch-technischen Assistenten der Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, namentlich Frau Heike Göbel, die mir bei den ungezählten kleinen Schwierigkeiten mit Rat und Tat zu Seite standen. Des Weiteren bedanke ich mich bei Herrn Prof. Dr. med. Bruno Allolio und bei Herrn Prof. Dr. med. Michael Scheurlen für die Übernahme des Koreferates. Meinen Eltern, Eberhard Hörl und meinem Freund danke ich herzlich für ihre fortwährende Unterstützung und die Durchsicht des Manuskriptes. 45 LEBENSLAUF PERSÖNLICHE DATEN Name: Annette Münch Geburtsdatum und –ort: 21.08.1979 in Würzburg Anschrift: Artilleriestrasse 11, 64285 Darmstadt BERUFSERFAHRUNG seit 2/2013 Fachärztin für Kinder- und Jugendmedizin 01/2008 – heute Assistenzärztin an den Kinderkliniken Darmstadt Prinzessin Margaret, CA PD Dr. Lettgen 09/2007 – 12/2007 Assistenzärztin in der Kinderklinik des Stiftskrankenhauses Speyer, CA Dr. Zinn 08/2007 Hospitation Bayer Schering Pharma AG, Berlin SCHULAUSBILDUNG UND STUDIUM 26/06/2007 Approbation als Ärztin 04/2007 – 06/2007 Staatsexamen an der Universität Würzburg, 10/2004 Beginn einer experimentellen Doktorarbeit an der Klinik für Nuklearmedizin der Universität Würzburg 09/2002 – 06/2007 Julius-Maximilian-Universität Würzburg, klinischer Abschnitt und praktisches Jahr 09/2000 – 08/2002 Studium der Humanmedizin an der Semmelweis Universität, Budapest, Ungarn Vorklinischer Abschnitt, Physikum 09/1998 – 04/2000 Studium der Betriebswirtschaftslehre an der JuliusMaximilian-Universität, Würzburg 08/1998 Abitur am Matthias-Grünewald-Gymnasium, Würzburg 46
