Background and aims Due to the large number of potentially allergenic substances, the predictability of the relationship between their dermal penetration and probability of skin sensitisation is of practical occupational importance. The aim of this dissertation was to evaluate whether there is possible to classify the allergenic potency of contact allergens according to their functional groups and to estimate their dermal penetration potential.

Methods The contact allergens (n=244) included in the database of Schlede et al. (Toxicology 193:219-259 2003) were classified in three categories according to their allergenic potency. Using the software DEREK for Windows® the for skin sensitisation probably responsible functional groups of contact allergens were identified. The dermal penetration rates (fluxes) for the substances of the Schlede et al. (Toxicology 193:219-259 2003) database were calculated using the mathematical models of Fiserova-Bergerova et al. (Am J Ind Med 17:617-635 1990), Guy and Potts (Am J Ind Med 23:711-719 1993) and Wilschut et al. (Chemosphere 30:1275-1296 1995).

Results and observations Of the 244 contact allergens of the Schlede et al. (Toxicology 193:219-259 2003) database in combination with DEREK for Windows®, 147 (60.2%) could be selected for further analysis. The allergens of different sensitizing potency were categorised in significant allergenic properties, solid-based indication of a contact allergenic potential, and insignificant or questionable allergenic effects. In total, 11 functional groups of the contact allergens, discussed in the literature as having skin-sensitising potency, were identified and evaluated. The results show on group basis that contact allergens with different functional groups vary in dermal penetration, according to their potency of skin sensitisation. Large variations in the calculated median fluxes of contact allergens were observed, depending on the used mathematical model. The significantly highest fluxes were obtained when applying the model by Fiserova-Bergerova et al. (Am J Ind Med 17:617-635 1990), the lowest fluxes were obtained using the Guy and Potts (Am J Ind Med 23:711-719 1993) model. Significant contact allergens containing aromatic amine, ester, phenol, and diamine groups are characterised by lower fluxes when compared to less significant contact allergens containing the same functional groups. In contrast, allergens with thiol or aldehyde groups in their chemical structure showed an opposed dermal penetration behaviour. In contrast, it is not possible to estimate reliably the skin sensitisation potency of contact allergens on the basis of their dermal penetration for various functional groups.

Practical conclusions A relationship seems to exist for contact allergens containing certain for the sensitization responsible functional groups and the amount of dermal penetration. While the prevailing opinion in literature is that weak or insignificant contact allergens are characterised as having higher dermal penetration when compared to significant contact allergens, contact allergens with aromatic amine, ester, and diamine groups are not necessarily potent sensitisers. In view of the practical occupational health and safety aspects, it would be important to verify these results experimentally, for example, on a basis of a small group of compounds.

Hintergrund und Ziele Angesichts der großen Anzahl von potentiellen Kontaktallergenen wäre es von praktischer arbeitsmedizinischer Bedeutung, wenn es voraussagbar wäre, ob zwischen der dermalen Penetration solcher chemischer Stoffe und der Sensibilisierungswahrscheinlichkeit ein Zusammenhang besteht. In der vorliegenden Dissertation wurde untersucht, ob es anhand für eine Sensibilisierung wahrscheinlicher verantwortlicher funktioneller Gruppen von Kontaktallergenen eine Einstufung der allergenen Potenz bzw. eine Abschätzung der dermalen Penetrationshöhe möglich ist.

Methoden Die in der Datenbank von Schlede et al. (Toxicology 193:219-259 2003) enthaltenen Kontaktallergene (n=244) wurden entsprechend ihrer allergenen Potenz in 3 Kategorien eingeteilt. Mit Hilfe der datenbankbasierten Software DEREK for Windows® wurden die für eine Sensibilisierung wahrscheinlichen funktionellen Gruppen der Kontaktallergene identifiziert. Mittels der auf physikochemischen Eigenschaften von chemischen Stoffen basierenden mathematischen Modellen von Fiserova-Bergerova et al. (Am J Ind Med 17:617-635 1990), Guy und Potts (Am J Ind Med 23:711-719 1993) und Wilschut et al. (Chemosphere 30:1275-1296 1995) wurden für Kontaktallergene der Schlede et al. (Toxicology 193:219-259 2003) Datenbank dermale Penetrationsraten (Fluxe) berechnet.

Ergebnisse und Beobachtungen Aus der Schlede et al. (Toxicology 193:219-259 2003) Datenbank konnten mit Hilfe von DEREK for Windows® aus 244 Kontaktallergenen 147 (60,2%) mit unterschiedlicher Sensibilisierungspotenz (bedeutende Kontaktallergene, begründete sensibilisierende Wirkung, unbedeutende Kontaktallergene) evaluiert werden. Insgesamt wurden für diese Kontaktallergene 11 funktionelle Gruppen, die in der Literatur als verantwortlich für eine Sensibilisierung der Haut diskutiert werden, identifiziert. Die Ergebnisse zeigen auf Gruppenbasis, dass Kontaktallergene mit unterschiedlichen funktionellen Gruppen unterschiedliches Hautpenetrationsverhalten in Abhängigkeit der Sensibilisierungspotenz aufweisen. Die Median-Fluxe zwischen den einzelnen mathematischen Modellen zeigen große Unterschiede hinsichtlich des Penetrationsverhaltens von Kontaktallergenen. Die mit Abstand höchsten Werte zeigte das Modell von Fiserova-Bergerova et al. (Am J Ind Med 17:617-635 1990), die niedrigsten Werte ergaben sich bei Guy und Potts (Am J Ind Med 23:711-719 1993). Bedeutende Kontaktallergene, die in ihrer Struktur aromatische Amin-, Ester, Phenol- und Diamin-Gruppen enthalten, weisen im Vergleich zu unbedeutenden Kontaktallergenen mit denselben funktionellen Gruppen einen niedrigeren dermalen Flux auf. Kontaktallergene mit Thiol- bzw. Aldehyd-Gruppen in ihrer chemischen Struktur, zeigen dagegen ein gegensätzliches dermales Penetrationsverhalten. Die Sensibilisierungspotenz von Kontaktallergenen ist anhand der dermalen Penetrationshöhe für verschiedene funktionelle Gruppen jedoch nicht zuverlässig abschätzbar.

Praktische Schlussfolgerung Auf Gruppenbasis scheint ein Zusammenhang zwischen der Höhe der dermalen Penetration und bestimmten für die Hautsensibilisierung wahrscheinlichen funktionellen Gruppen von Kontaktallergenen zu bestehen. Unter Berücksichtigung der Erkenntnisse aus der Literatur, wonach schwache bzw. unbedeutende Kontaktallergene auf Gruppenbasis eine höhere dermale Penetration aufwiesen als potente Kontaktallergene, lassen die Ergebnisse dieser Dissertation nicht die Schlussfolgerung zu, dass Kontaktallergene mit aromatischen Amin-, Ester, Phenol- und Diamin-Gruppen zwangsläufig potente Kontaktallergene sind. Angesichts der potentiellen praktischen Bedeutung für den Arbeitsschutz wäre es wünschenswert, wenn diese Ergebnisse experimentell, z.B. stichprobenartig, überprüft werden könnten.