Analysis of directly alcohol consumption markers in hair, sebum and meconium for checking abstinence and detection of alcohol abuse

Die mit Alkoholmissbrauch assoziierten gesundheitlichen, sozialen und gesellschaftlichen Herausforderungen sind enorm. Die permanente Verfügbarkeit, weite Verbreitung und gesellschaftliche Akzeptanz des Alkohols ebnen dem Missbrauch den Weg. Die Kosten, die durch Alkoholfolgekrankheiten, alkoholassoziierte Unfälle und Straftaten entstehen, sind immens. Verfahren zur Feststellung einer akuten Alkoholisierung sind seit langer Zeit etabliert. Vor dem Hintergrund rechtlicher Implikationen wurden in der jüngeren Vergangenheit Methoden zum retrospektiven Nachweis eines Alkoholmissbrauches und zum Beleg der Alkoholabstinenz entwickelt. Der Anspruch an die Validität solcher Nachweisverfahren ist vor dem Hintergrund der damit womöglich verknüpften Rechtsfolgen hoch. Die bereits etablierten forensischen Verfahren zum Nachweis chronisch-exzessiven Alkoholkonsums und einer Alkoholabstinenz fokussieren auf direkte, für eine Alkoholaufnahme spezifische Alkoholkonsummarker, die in verschiedenen biologischen Matrizes bestimmt werden können. Besonders geeignet für retrospektive Langzeitaussagen sind hierfür - ähnlich wie bei Betäubungsmitteln - Urin- und Haaranalysen. Als Marker sind Fettsäureethylester (FSEE) und Ethylglucuronid (EtG) als Nebenmetabolite des Ethanolstoffwechsels gebräuchlich. Ziel der kumulativ zusammengefassten fünf Arbeiten war es, die Methoden zum Nachweis der forensisch etablierten Alkoholkonsummarker hinsichtlich ihrer Diskriminierungspotenz zwischen gelegentlichem, chronisch-exzessivem Alkoholkonsum und Abstinenz an unterschiedlichen Kollektiven und im Vergleich mit konventionellen Alkoholmarkern zu prüfen, die Nachweisverfahren zu vereinfachen, Verfahren zur kombinierten Auswertung von EtG und FSEE zu etablieren und das klinisch-diagnostische Potential zur Detektion maternalen Alkoholmissbrauches in der Schwangerschaft zu eruieren. Unter Verwendung bereits entwickelter Messverfahren zur Konzentrationsbestimmung der FSEE in Haaren und Sebum wurden bei 87 Probanden die an der Haut nach Entfettung innerhalb von drei Stunden gebildeten Hautlipide mittels Pflastern gesammelt und die Fettsäureethylesterkonzentration (CFSEE) im Pflaster bestimmt. Bei 52 Patienten im stationären Alkoholentzug wurden im Mittel 84,3 ng (11,3 bis 857 ng), bei 20 Normaltrinkern im Mittel 48,0 ng (13,9 – 271 ng) und bei 15 abstinenten Porbanden im Mittel 16,0 ng (3,6 – 32,0 ng) pro Pflaster gemessen. Bei einem Grenzwert von 30 ng pro Pflaster wurde ein chronisch-exzessiver Alkoholkonsum mit einer Spezifität und Sensitivität von 77 % erfasst. Die Ergebnisse korrelierten mit der CFSEE im Haar und mit CDT. Bei 78 Arbeitnehmern aus sensiblen Berufsgruppen wurden aus arbeitsmedizinischer Indikation bei Verdacht auf Alkoholmissbrauch Haarproben auf ihren Gehalt an FSEE und EtG untersucht und mit verfügbaren konventionellen Alkoholmarkern verglichen. In 60 % der Fälle (n = 50) erbrachte die Haaranalyse keine Hinweise auf einen stattgehabten Alkoholmissbrauch, bei 13 Fällen ergaben sich dagegen undeutliche und bei 11 Fällen deutliche Hinweise auf chronisch- exzessiven Alkoholkonsum. Die Ergebnisse korrelierten in diesem Kollektiv nur Teilweise mit den konventionellen Markern. Bei 4 der untersuchten Fälle waren die aus der Haaranalyse gewonnenen Aussagen für FSEE und EtG unterschiedlich. Die Untersuchungen belegen die grundsätzliche Eignung der Alkoholmarker im Haar für arbeitsmedizinische Fragestellungen. Wegen der äußeren Einflüsse und natürlichen Schwankungen der Marker ist eine kombinierte Auswertung beider Marker zu empfehlen. Zur Detektion maternalen Alkoholmissbrauches in der Schwangerschaft wurde bei einem drogenassoziierten Probandinnenkollektiv in 122 Fällen Mekonium Neugeborener auf den Gehalt an FSEE untersucht. Die Untersuchungen fanden im Zusammenhang mit einem indizierten Drogenscreening statt. Bei 89 Proben wurden Betäubungsmittel festgestellt. In 25 Fällen fanden sich erhöhte Fettsäureethylesterkonzentrationen im Mekonium, die einen Rückschluss auf einen mütterlichen Alkoholkonsum in der Schwangerschaft ermöglichten. Der Anteil alkoholkonsumierender Mütter war im untersuchten drogenassoziierten Kollektiv damit hoch. Die Methode ermöglicht Abschätzungen zu möglichen Alkoholfolgeschäden beim Kind. Die Entscheidungsgrenze lag bei CFSEE 0,5 ng/mg Mekonium. Bei 1057 Sektionsfällen wurden Untersuchungen zur Grenzwertfindung durchgeführt. Die ermittelte optimale Entscheidungsgrenze zur Unterscheidung von chronisch-exzessivem Alkoholkonsum und moderatem Trinkverhalten lag für FSEE bei 1,08 ng/mg Haar. Die Sensitivität der Methode lag im betrachteten Kollektiv bei 56 %, die Spezifität bei 80 %. Die Methode erwies sich damit geeignet für den postmortalen Nachweis chronisch-exzessiven Alkoholkonsums. Bei 169 Probanden aus klinischen Alkoholentzugsprogrammen und Probanden mit moderatem oder fehlendem Alkoholkonsum wurden konventionelle Alkoholmarker mit EtG und FSEE verglichen. Es zeigten sich gute Korrelationen zwischen den direkten Alkoholmarkern und den konventionellen Markern mit der höchsten Spezifität. Die fünf referierten eigenen Studien zeigten übereinstimmend, dass EtG und FSEE im Haar, Sebum und Mekonium als Alkoholkonsummarker geeignet sind und in der Aussage den konventionellen Alkoholmarkern nicht unterlegen sind. Das Potential der direkten Alkoholkonsummarker liegt in der postmortalen Nachweismöglichkeit, der gegenüber den konventionellen Markern höheren Spezifität und möglichen retrospektiven Langzeitaussagen zum Alkoholkonsum.Alcohol abuse and its associate health, socially and social consequences are enormous. Costs because of alcoholic diseases, accidents and crime are high. Methods for evidence a chronic alcohol abuse and abstinence in legal context use long term alcohol abuse markers in different matrices – especially urine and hair. Fatty acid ethyl esters (FAEEs) and ethyl glucuronide (EtG) as minor metabolites which are released during non-oxidative alcohol metabolism are suitable. The aim of this research was to improve methods for the determination of FAEEs and EtG to discrimination between alcoholics, social drinkers and teetotalers. In a study with 87 test persons sebum samples were collected from the forehead by the use of Sebutapes (CuDerm) and analyzed of FAEEs. The cumulative concentration of the four esters ethyl myristate, ethyl palmitate, ethyl oleate and ethyl stearate were on 52 alcoholics 11,3 to 857ng (mean 84,3ng), on 20 social-drinkers 13,9 – 271ng (mean 48,0ng) and on 15 non- drinkers 3,6 – 32,0ng (mean 16,0ng) per Sebutape. The cut-off was 30ng per patch to discrimination of chronic alcohol abuse. Sensitivity and specificity was 77%. The results correlate with FAEEs in hair and carbohydrate deficient transferrin (CDT). 78 hair samples from employees in sensitive jobs were tested for FAEEs and EtG and additional compared with traditional alcohol markers. In 50 cases no indications of alcohol abuse were obtained. In 13 cases slight indications and in 11 cases clear indications were seen. The traditional markers confirmed the hair results only partly. The results of both markers were different in four cases. Both Markers in hair are suitable for application in workplace alcohol testing programs especially when interpreted in combination. For detection alcohol consumption during pregnancy 122 meconium samples from newborns off a drug-using population were collected and analyzed of FAEEs and also tested for common drugs of abuse. In 89 drugs were found. In 25 cases the levels of FAEEs indicating significant alcohol consumption. The cut-off was 0,5ng/mg meconium. The method provide an assessment off children suffer due to alcohol consumption by the mother. 1057 autopsy cases were examined for the estimation of an applicable cut-off value. The optimum cut-off value for differentiation between chronic excessive drinking and social drinking was 1,08ng/mg hair. Sensitivity was 56% and specificity was 80%. The method is suitable for the postmortem detection of chronic excessive drinking. Over 169 patients in clinical alcohol withdrawal, social drinkers and teetotalers EtG and FAEEs in hair were compared to traditional biomarkers for alcohol consumption. The study showed good correlations between the both markers in hair and the traditional biomarkers with the best specificity. The studies showed consistently that EtG and FAEEs in hair, sebum and meconium are applicable as markers for alcohol consumption. The validity is the same as traditional markers. The advantages of both markers in hair are the postmortem analysis, the higher values of specificity and the long term evidence to alcohol consumption