Weichmacher mit Migrationshintergrund

Während die mechanischen Kennwerte von Polymeren in der Regel leicht zugänglich sind, erfordert die Bewertung der Wechselwirkungen zwischen Kunststoffen und Kontaktmedien einen tieferen Einblick in das Diffusionsverhalten der Polymere. Man unterscheidet zwischen der Migration, also der Abgabe von Polymerinhaltsstoffen, der Sorption (Aufnahme von Substanzen in das Polymer) und der Permeation, dem Transport einer Substanz durch das Polymer.

Die Einflussparameter der Migration aus Kunststoffen sind bekannt. Letztlich folgen sie den Fick’schen Gesetzen. Bei längeren Kontaktzeiten stellt sich für eine Substanz ein Gleichgewicht zwischen der Konzentration im Polymer und im Kontaktmedium ein. Der Verteilungskoeffizient K bestimmt dabei die Lage des Gleichgewichts. Dieser hängt zum Beispiel von der Löslichkeit einer Substanz im Kontaktmedium ab. Polymerseitig ist die Konzentration des Migranten und dessen Mobilität im Polymer von entscheidender Bedeutung.

Neben dem thermodynamisch kontrollierten Verteilungskoeffizienten wirkt die Diffusionskonstante D als kinetische Konstante entscheidend auf die Migration ein. Hier spielt die Molekülgröße der migrierenden Substanz eine Rolle: Je kleiner ein Molekül ist, desto schneller kann es sich im Polymer bewegen und entsprechend schnell stellt sich das Gleichgewicht ein. Entscheidend sind auch Kontaktoberfläche, Lagerbedingungen und -temperatur.

Die Sorbtion folgt mathematisch den gleichen Gesetzmäßigkeiten wie die Migration, nur stellt sich das Gleichgewicht von der Füllgutseite her ein. Bei den Polyolefinen (LDPE, HDPE, PP) ist das Gleichgewicht bereits nach kurzer Zeit erreicht. Hier dominiert der Verteilungskoeffizient die Lage dieses Gleichgewichts, der Diffusionskoeffizient spielt eine untergeordnete Rolle. Gerade umgekehrt verhält es sich bei den niedrigdiffusiven Polymeren PA, PS und PET. Hier dominiert der Diffusionskoeffizient die Migration.

Die Sorption ist bei Infusionsschläuchen wichtig. Eine generelle Prüfung durch den Hersteller ist jedoch kaum möglich, da ihm die verwendeten Arzneimittel und die Applikationsbedingungen nur bedingt bekannt sind. Nach wie vor sind hier in der Praxis hauptsächlich Polyvinylchloride (PVC) im Einsatz, welche durch Phthalatester weich und flexible gemacht werden. Gerade aber Weich-PVC ist dafür bekannt, starke Wechselwirkungen mit Substanzen aus Kontaktmedien einzugehen. Es sind daher grundlegende Arbeiten zur Bestimmung der Interaktionen zwischen Arzneimittel und Infusionsschlauch notwendig.

In einer Studie am Fraunhofer IVV wurde für diesen Zwecke die Sorption verschiedener Arzneimittel in Infusionsschläuche bestimmt. Das Ergebnis ist ernüchternd. In den ersten Minuten nach der Medikamentengabe durch den PVC-Infusionsschlauch kommt nur ein Bruchteil der verschriebenen Dosis beim Patienten an. Beim Koronarmittel Nitroglycerin sind dies zum Beispiel bei einem Standard-Schlauch anfänglich nur rund 56 %. Bei konstanter Gabe des Medikaments erhöht sich allmählich die Konzentration, da sich der Schlauch allmählich sättigt.

Zwar sind viele Medikamente mit einem Warnhinweis versehen, dass das Arzneimittel nicht zusammen mit PVC Infusionsschläuchen appliziert werden darf. Alternativen aus anderen Materialien wie zum Beispiel Polypropylen zeigten jedoch ein deutlich günstigeres Sorptionsverhalten als Weich-PVC: Das Medikament kommt konstant in der verabreichten Dosis an.

Bei PVC Schläuchen spielt neben der Sorption auch die Migration der Weichmacher eine Rolle. Handelsübliche Ernährungslösungen wurden mit deren Überleitgeräten (Sets) getestet, so dass auch die mechanische Beanspruchung den realen Bedingungen entsprach. Nach dem Passieren des Sets wurden Proben fraktioniert aufgefangen und anschließend quantitativ auf den Gehalt an Weichmachern untersucht. Es zeigte sich, dass jeweils das Fließgleichgewicht bereits nach relativ kurzer Zeit erreicht ist. Die Weichmacherabgabe ist damit über die Anwendungszeit nahezu konstant. Als Ergebnis zeigt sich auch, dass im Falle des DINCH Systems die Migration deutlich geringer ist als bei DEHP. TEHTM zeigt aufgrund seines höheren Molekulargewichts und aufgrund seiner sehr geringen Löslichkeit in den Ernährungslösungen eine noch geringere Migration.

Dr. Frank Welle Fraunhofer IVV, Freising