Der folgende Artikel beschreibt die Bedeutung der LC-MS-MS im Bereich des biologischen Monitorings insbesondere auf den Gebieten der Umwelt- und Arbeitsmedizin. Es werden einige Beispiele erläutert und auf eine umfangreiche neuartige Methode verwiesen. Eine der großen Herausforderungen der Flüssigkeitschromatographie-Massenspektrometrie (LC-MS) war die Kopplung des HPLC-Systems an das Massenspektrometer. Die Lösung dieses Problems, die heute überwiegend Anwendung findet, ist die Elektrospray-Ionisation (ESI), welche auf Arbeiten von Dole (1968) zurück geht und durch John B. Fenn 1984 etabliert wurde. Mit der Verleihung des Chemie-Nobelpreises an John B. Fenn im Jahre 2002 erlebte die LC-MS- Technik ihren endgültigen Durchbruch als analytisches Verfahren.

Die LC-MS-Technologie und insbesondere die Triple-Quadrupol-Technik, um die es sich im weiteren Text handelt, eröffnete neue Möglichkeiten für den spezifischen und hochempfindlichen Nachweis polarer Substanzen. Vor allem im Bereich von toxikokinetischen- und Humanbiomonitoring-Studien ist daher diese Technik von besonderer Bedeutung. Lebewesen, darunter auch der Mensch versuchen Fremdstoffe aller Art in hydrophile Stoffe umzuwandeln, um diese dadurch effektiv aus dem jeweiligen Organismus zu eliminieren. Beim Menschen geschieht diese Umwandlung hauptsächlich in der Leber mit anschließender Exkretion über Niere und Harn. Dadurch finden sich viele polare Fremdstoffe und deren polare Umwandlungsprodukte (Metabolite) im Harn.

In der Arbeits- und Umweltmedizin im Rahmen des „biologischen Monitoring" (engl.: Biological Monitoring; BM) gesundheitsschädlicher Arbeits- und Fremdstoffe wird somit diese Analysentechnik immer mehr zur Standardmethode. Verdeutlicht wird diese Wahrnehmung in einem kürzlich publizierten Sonderband im Journal of Chromatography B zu Biological Monitoring [1]. Darin basieren mehr als die Hälfte der 28 publizierten Methoden auf einem LC-MS-MS-Verfahren. Ebenso finden sich in den Publikationen der Arbeitsgruppe „Analysen in biologischem Material" der Senatskommission zur Prüfung gesundheitsschädlicher Arbeitsstoffe der deutschen Forschungsgemeinschaft immer häufiger Methoden, die auf der LC-MS-MS-Technik beruhen [2].

Eine ausführliche Beschreibung der LC-MS-Technologie mit Bezug auf die Anwendung im Bereich des Humanbiomonitoring findet sich im Volume 11 dieser Publikationsreihe [2]. Darin werden auf mehr als 50 Seiten alle Facetten der LC-MS, der Probenvorbereitung sowie Anwendungsbeispiele beschrieben.

Im Bereich der Arbeitsmedizin dient das HBM überwiegend der Überprüfung der Einhaltung der biologischen Grenzwerte oder biologischen Arbeitsplatztoleranzwerte. Im Bereich der Umweltmedizin wird die Belastung der Allgemeinbevölkerung mit Fremdstoffen ermittelt, Trends werden verfolgt und falls möglich eine gesundheitliche Bewertung anhand von verschiedenen Grenz- und Richtwerten (z.B. Humanbiomonitoringwert, tolerable täglich Aufnahme) erarbeitet. Um dies zu ermöglichen sind toxikokinetische Daten im Menschen und empfindliche Analysenverfahren nötig. Durch den vermehrten Einsatz der LC-MS stehen sowohl häufiger die toxikokinetischen Daten als auch Daten zur Exposition zur Verfügung und erlauben die gesundheitliche Bewertung einer immer größeren Anzahl an Fremdstoffen, denen der Mensch ausgesetzt ist.
Insbesondere der Einsatz von LC-MS mit Säulenschaltung [3], die vor allem in der pharmazeutischen Industrie entwickelt wurde und dort häufig Verwendung findet, erlaubt mit einfacher Probenvorbereitung einen hohen Probendurchsatz. Teilweise kann die Probenvorbereitung auf die Dotierung mit internen Standards (üblicher Weise stabile Isotopen markierte Substanzen) reduziert werden oder es ist lediglich noch ein Verdünnungs- oder Proteinfällungsschritt nötig, was häufig durch den Begriff „dilute and shoot" beschrieben wird.

Im Rahmen des 4. Berliner LC/MS/MS Symposiums am 16. März 2011 wurde neben vielen weiteren interessanten Themen aus den Bereichen Rückstandsanalytik, OMICs-Verfahren, klinische, pharmazeutische und toxikologische Forschung auch das Thema Humanbiomonitoring präsentiert.
Exemplarisch wurden dabei on-line-LC-MS-MS-Verfahren zu verschiedenen Fremdstoffen wie den persistenten perfluorierten Tensiden (PFT), zu Bisphenol A und eine Multimethode zur Analyse von mehr als 20 verschiedenen Phthalatmetaboliten vorgestellt.

Ausgehend von einer kürzlich publizierten Analysenmethode zu PFT [4] werden Humandaten für die wichtigsten PFT in Kinder- und Mutterseren sowie in Muttermilch einer Studie mit mehr als 20 Mutter-Kind Paaren vorgestellt. Die Leitsubstanz der PFT, die Perfluoroktansulfonsäure (PFOS) konnte dabei in allen Serumproben im Bereich von 0,3-9,1 µg/l nachgewiesen werden. Ähnliche Ergebnisse erhielt man für eine weitere wichtige Substanz die Perfluoroktansäure (PFOA) [5].
Bei Bisphenol A (BPA) sind aufgrund seiner hormonellen Wirkung besonders Säuglinge als sehr empfindliche Gruppe zu berücksichtigen. Da bei Bisphenol A ausschließlich die Muttersubstanz für die hormonellen Wirkungen verantwortlich gemacht wird, ist neben der Ermittlung der Gesamtexposition der Nachweis der Muttersubstanz von besonderem Interesse. Diese Unterscheidung gelingt ohne aufwendige Probenvorbereitung eigentlich nur unter Anwendung von LC-MS-MS-Verfahren. In der zuvor für PFT beschriebenen Studie wurden neben Blutproben auch Urinproben gesammelt und diese auf Bisphenol A untersucht [6]. Die Muttersubstanz BPA wurde nur in 3 von 93 Proben nachgewiesen. Eine Rückrechnung der Urinkonzentrationen für das Gesamt-BPA (Summe aus Muttersubstanz und Metaboliten) auf die tägliche Aufnahme ergab für alle Proben eine deutliche Unterschreitung des TDI, der von der Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) mit 50 µg/kg Körpergewicht abgeleitet wurde.