LD50, das in Sicherheitsdatenblättern, toxikologischen Artikeln und in der Giftforschung häufig begegnet, ist das Maß, das die akute Toxizität eines Stoffs in einer einzigen Zahl zusammenfasst. Das Kürzel kommt vom englischen „lethal dose, 50 %“: die Dosis, von der bei einmaliger Gabe unter bestimmten Bedingungen erwartet wird, dass sie bei der Hälfte der Versuchstiere zum Tod führt.
Je kleiner der Wert, desto toxischer ist der Stoff, weil dasselbe Ergebnis mit einer geringeren Menge erreicht wird. Dieser Beitrag erläutert die Einheit der LD50, den Unterschied zur LC50, wie sie bestimmt wird und wie sie in der chemischen Einstufung in Kategorien der akuten Toxizität überführt wird.
LD50 und LC50: Einheit und Unterschied
Die LD50 wird über die Dosis definiert und in der Regel in Milligramm pro Kilogramm Körpergewicht (mg/kg) angegeben. Bei oraler und dermaler Anwendung wird diese Einheit verwendet. In der Giftforschung werden auch die Applikationswege subkutane, intravenöse oder intraperitoneale Injektion berichtet; in manchen Untersuchungen wird der Wert in Mikrogramm pro Tier angegeben.
Die LC50 ist dagegen kein Dosis-, sondern ein Konzentrationsmaß: die Konzentration in der über einen bestimmten Zeitraum eingeatmeten Luft oder im Wasser, in dem die Tiere leben, von der erwartet wird, dass sie bei der Hälfte der Versuchstiere zum Tod führt. Bei der Toxizität durch Einatmen werden für Stäube, Nebel und Dämpfe Milligramm pro Liter (mg/L), für Gase Volumen-Teile pro Million (ppmV) verwendet; die Standard-Expositionsdauer beträgt 4 Stunden. Für im Wasser lebende Organismen wird die LC50 ebenfalls in mg/L angegeben.
Wie wird die LD50 bestimmt?
Bei der klassischen Methode wurde eine große Zahl von Tieren auf mehrere Dosisgruppen verteilt, und aus den Sterberaten wurde statistisch der 50-%-Punkt berechnet. Nach dem Grundsatz der Verringerung von Tierversuchen wurde dieser Ansatz aufgegeben; die klassische OECD-Prüfrichtlinie zur akuten oralen Toxizität, TG 401, wurde Anfang der 2000er-Jahre außer Kraft gesetzt. Heute werden für die akute orale Toxizität drei Verfahren verwendet, die mit weniger Tieren zum Ergebnis führen:
- TG 420, Festdosis-Verfahren: Es stützt sich statt auf den Tod auf deutliche Anzeichen von Toxizität.
- TG 423, Verfahren der akuten Toxizitätsklasse: Es ordnet das Ergebnis direkt einem Einstufungsbereich zu.
- TG 425, Up-and-Down-Verfahren: Es schätzt die LD50 mit Konfidenzintervall, indem die Tiere nacheinander dosiert werden.
Für die dermale Toxizität gibt es die Richtlinie TG 402, für die Toxizität beim Einatmen die Richtlinien TG 403 und TG 436. Das Ergebnis hängt von Tierart, Geschlecht, Applikationsweg und dem Vehikel ab, in dem der Stoff gelöst wurde. Ein LD50-Wert sollte deshalb nicht mit einem anderen Wert verglichen werden, ohne anzugeben, unter welchen Bedingungen er gewonnen wurde.
Bei Giften kann sogar die Art der Probengewinnung das Ergebnis beeinflussen. In einer Untersuchung an Androctonus crassicauda wurde berichtet, dass durch elektrische Stimulation gewonnenes Gift deutlich toxischer war als ein aus Telson-Gewebe hergestellter Extrakt (Ozkan et al., 2007). Bei der Giftcharakterisierung wird deshalb auch festgehalten, wie die Probe gewonnen wurde; der allgemeine Rahmen der Analyseverfahren ist auf der Analyseseite zu finden.
Von der LD50 zur Kategorie: Grenzen der akuten Toxizität
Bei der Einstufung von Chemikalien entsprechen LD50- und LC50-Werte unmittelbar den Kategoriegrenzen. Das Global Harmonisierte System (GHS), die CLP-Verordnung der Europäischen Union und die türkische SEA-Verordnung verwenden dieselben Grenzen:
| Kategorie | Über den Mund | Über die Haut | Einatmen, Stäube und Nebel (4 Stunden) |
|---|---|---|---|
| Kategorie 1 | ≤ 5 mg/kg | ≤ 50 mg/kg | ≤ 0,05 mg/L |
| Kategorie 2 | 5 – 50 mg/kg | 50 – 200 mg/kg | 0,05 – 0,5 mg/L |
| Kategorie 3 | 50 – 300 mg/kg | 200 – 1.000 mg/kg | 0,5 – 1,0 mg/L |
| Kategorie 4 | 300 – 2.000 mg/kg | 1.000 – 2.000 mg/kg | 1,0 – 5 mg/L |
Bei den Bereichen in der Tabelle ist die Untergrenze ausgeschlossen, die Obergrenze eingeschlossen. Bei Gemischen wird nicht für jede Komponente ein eigener Test durchgeführt; aus den bekannten Werten der Komponenten wird eine Schätzung der akuten Toxizität (ATE) berechnet, und dieselbe Tabelle wird auf diese Schätzung angewandt. Die Entsprechung der Kategorie auf dem Etikett sind Piktogramm, Signalwort und Gefahrenhinweis: Für die Kategorien 1 und 2 werden bei oraler Aufnahme H300, bei Hautkontakt H310 und beim Einatmen H330 verwendet. Wie die Codes zu lesen sind, wird im Beitrag zum GHS06-Piktogramm und zu H-Sätzen erläutert.
Lesen bei der Produkteinstufung
Im für das Produkt unserer Anlage veröffentlichten Sicherheitsdatenblatt ist die Einstufung bei oraler Aufnahme als Acute Tox. 2 (H300), bei Hautkontakt als Acute Tox. 2 (H310) und beim Einatmen als Acute Tox. 1 (H330) angegeben. Laut Tabelle entsprechen diese Kategorien der Reihe nach den Bereichen 5 bis 50 mg/kg, 50 bis 200 mg/kg und 0,05 mg/L und darunter. Das bedeutet nicht, dass für das Produkt ein einzelner LD50-Wert veröffentlicht wurde; es zeigt, in welchem Gefahrenbereich die Einstufung vorgenommen wurde. Die Rolle der einstufenden Fachperson ist Thema des Beitrags zum Sachverständigen für chemische Bewertung, die Produktformen sind Thema der Seite Produkte.
Grenzen der LD50
Die LD50 fasst nur das tödliche Ergebnis einer einmaligen, kurzzeitigen Exposition zusammen. Über die Wirkungen langfristiger Exposition, Reizung, Sensibilisierung oder den Wirkmechanismus sagt sie nichts aus. Auch eine direkte Übertragung des Werts von der Tierart, an der er gewonnen wurde, auf den Menschen ist nicht möglich; die LD50 wird deshalb nicht als Sicherheitsschwelle oder Anwendungsdosis interpretiert.
In der Toxikologie werden die Grundsätze der Vermeidung, Verminderung und Verfeinerung von Tierversuchen zunehmend maßgeblich. Zellkulturbasierte Tests und rechnerische Ansätze können in manchen Fällen Daten für die Einstufung ohne Tierversuch liefern. In Laboren, die mit Gift arbeiten, kommt es vor allem darauf an, zu wissen, was der Wert aussagt, und eine Ordnung aufzubauen, die eine Exposition verhindert; ein Teil dieser Ordnung wird im Beitrag zur persönlichen Schutzausrüstung beschrieben.
