Die missbräuchliche Anwendung von anabolen Substanzen erfolgt mit dem Ziel eines verstärkten Muskelaufbaus - im Sport zur Leistungsverbesserung, in der Tierzucht zum Erreichen von Zuchtidealen oder bei der Masttierhaltung zur Produktivitätssteigerung. Bisher wurden Doping- oder Medikationskontrollen zum Nachweis von anabolen Steroidhormonen üblicherweise im Urin bzw. im Blut durchgeführt. Für bestimmte Fragestellungen kann der analysierbare Zeitraum allerdings unzureichend sein oder aber die Untersuchungsmaterialien sind unter praktischen Gegebenheiten nur eingeschränkt verfügbar. Das Sammeln von Urinproben ist beispielsweise bei Zuchthengsten nur mit einem unverhältnismäßig hohen Aufwand realisierbar. Haare stellen in solchen Situationen eine Alternative dar, da sich das Entnahmeverfahren unkompliziert gestaltet und bei einer entsprechenden Haarlänge die eingelagerten Fremdstoffe länger als in Urin- oder Blutproben detektierbar sein sollten. In der vorliegenden Arbeit wurde ein effektiver Langzeitnachweis für insgesamt 11 anabole Substanzen in Pferdehaar-Proben mittels GC-HRMS und GC-MS/MS entwickelt (Nachweisgrenzen zwischen 0,1 und 5,0 pg/mg). Dabei können zum einen körperfremde anabole Wirkstoffe (z. B. Steroidester in Depotpräparaten) und zum anderen körper-eigene Steroide analysiert werden (z. B. Testosteron und Nandrolon beim Hengst). In verschiedenen Applikationsversuchen wurde gezeigt, dass durch eine Haaranalyse der Nachweis bis zu einem Jahr möglich ist. Für die endogene Nandrolonmenge in Schweifproben von unbehandelten Hengsten wurde eine signifikante Altersabhängigkeit festgestellt. Die ermittelten physiologischen Höchstkonzentrationen für Nandrolon betragen zwischen 1,1 pg/mg bei Junghengsten (1-3 Jahre) und 3,1 pg/mg bei Althengsten (11-20 Jahre). Die Bestimmung von Nandrolon in Haarproben erwies sich für die Körungskontrollen bei Junghengsten als ein geeignetes Verfahren zur Detektion einer exogenen Zufuhr. Die Untersuchung von Haaren ist zum Langzeitnachweis als Alternative gegenüber Blut- und Urinanalysen vorzuziehen, auch wenn sich retrospektiv nicht alle Fragen zum Behandlungsablauf präzise klären lassen (z. B. Angaben zur Dosierung oder zum genauen Applikationszeitpunkt). Das neu etablierte Verfahren ist außerdem die Methode der Wahl, wenn die Verfügbarkeit der übrigen Probematerialien eingeschränkt bzw. eine einfache und schnelle Beprobung erforderlich ist. Es wird bereits zur Medikationskontrolle bei Zuchthengsten sowie bei speziellen forensischen Untersuchungen eingesetzt.

Obwohl EtG seit dem Jahr 2000 intensiv als Alkoholmarker in Haaren beforscht wird, bietet die Thematik weiterhin Raum für Forschung, insbesondere im Bereich der instrumentellen Analytik. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Beleuchtung dieser und weiterer Aspekte. Die Extraktion erfolgte überwiegend mittels der sogenannten Mikropulverisierung. Sie ermöglichte die simultane Mahlung der Haarmatrix und Extraktion des EtGs mit einem hohen Probendurchsatz. Die Selektion und anschließende Detektion erfolgte überwiegend durch HPLC-MS/MS. Die Sicherheit bei der Bestimmung des Analyten wurde durch die erfolgreiche Teilnahme an drei Ringversuchen der Society of Hair Testing (SoHT) belegt. Wiederholbedingungen wurden durch Herstellung von eigenen Haarreferenzmaterialien und die Verwendung von homogenen Fremdhaarmaterialien sichergestellt. Zur Evaluierung der Stabilität von EtG wurden zwei Haarmaterialien unter thermischen Stressbedingungen eingelagert und mit dem Gehalt von Referenzproben verglichen. Der Analyt zeigte außergewöhnliche Stabilität unter den gewählten Bedingungen. Ebenso erfolgte eine Beurteilung des Zerstörungsgrads von EtG im Haar durch oxidierende Substanzen, einhergehend mit der Entwicklung eines zerstörungsfreien Schnelltests mittels FTIR zur Detektion von oxidierten Cysteinspezies in Haaren. Das Modellsystem Barthaar wurde für zwei Experimentreihen etabliert: die Korrelation des EtG-Gehaltes im Barthaar nach Aufnahme definierter Alkoholmengen und den Nachweis von glucuronidierten Spezies im Barthaar nach Aufnahme der korrespondierenden Muttersubstanzen. Während keine eindeutige Korrelation zwischen aufgenommener Alkoholmenge und EtG-Gehalt im Barthaar hergestellt werden konnte, war es durchaus möglich, zwei glucuronidierte Metabolite von Arzneistoffen im Barthaar nach Konsum der Ausgangssubstanzen nachzuweisen. / Although EtG is subject to extended research since the year 2000, the topic still holds headroom for further experiments, especially when it comes to the field of instrumental analysis. The goal of the present thesis was the clarification of crucial analytical and further aspects. The extraction was mostly carried out using the so-called micropulverisation. It rendered the simultaneous milling of the hair matrix and extraction of EtG possible with a high sample throughput. Selection of the analyte and following detection was mainly carried out using HPLC-MS/MS. The quality of analysis was ensured by the successful participation in three interlaboratory tests carried out by the Society of Hair Testing (SoHT). Repetitive conditions were ensured by manufacturing of own hair reference materials as well as by the usage of homogeneous external hair materials. Two hair materials were treated under thermal stress conditions and the EtG values were compared to reference samples to verify the analytes stability. EtG showed extraordinary stability under the chosen conditions. Likewise, an assessment of the degree of EtG decay after oxidative treatment as well as the development of a nondestructive assay via FTIR to detect oxidized cysteine species were established. The model system beard hair was arranged for the conduction of two experimental series: the correlation of the EtG content in beard hair after defined oral consumption of ethanol and the detection of glucuronidation of the corresponding parent substances after consumption. Whilst no distinct correlation could be observed for the ethanol experiment, it was possible to provide evidence for the existence of two glucuronized metabolites of drugs after consumption of the parent compounds.

Die missbräuchliche Anwendung von anabolen Substanzen erfolgt mit dem Ziel eines verstärkten Muskelaufbaus - im Sport zur Leistungsverbesserung, in der Tierzucht zum Erreichen von Zuchtidealen oder bei der Masttierhaltung zur Produktivitätssteigerung. Bisher wurden Doping- oder Medikationskontrollen zum Nachweis von anabolen Steroidhormonen üblicherweise im Urin bzw. im Blut durchgeführt. Für bestimmte Fragestellungen kann der analysierbare Zeitraum allerdings unzureichend sein oder aber die Untersuchungsmaterialien sind unter praktischen Gegebenheiten nur eingeschränkt verfügbar. Das Sammeln von Urinproben ist beispielsweise bei Zuchthengsten nur mit einem unverhältnismäßig hohen Aufwand realisierbar. Haare stellen in solchen Situationen eine Alternative dar, da sich das Entnahmeverfahren unkompliziert gestaltet und bei einer entsprechenden Haarlänge die eingelagerten Fremdstoffe länger als in Urin- oder Blutproben detektierbar sein sollten. In der vorliegenden Arbeit wurde ein effektiver Langzeitnachweis für insgesamt 11 anabole Substanzen in Pferdehaar-Proben mittels GC-HRMS und GC-MS/MS entwickelt (Nachweisgrenzen zwischen 0,1 und 5,0 pg/mg). Dabei können zum einen körperfremde anabole Wirkstoffe (z. B. Steroidester in Depotpräparaten) und zum anderen körper-eigene Steroide analysiert werden (z. B. Testosteron und Nandrolon beim Hengst). In verschiedenen Applikationsversuchen wurde gezeigt, dass durch eine Haaranalyse der Nachweis bis zu einem Jahr möglich ist. Für die endogene Nandrolonmenge in Schweifproben von unbehandelten Hengsten wurde eine signifikante Altersabhängigkeit festgestellt. Die ermittelten physiologischen Höchstkonzentrationen für Nandrolon betragen zwischen 1,1 pg/mg bei Junghengsten (1-3 Jahre) und 3,1 pg/mg bei Althengsten (11-20 Jahre). Die Bestimmung von Nandrolon in Haarproben erwies sich für die Körungskontrollen bei Junghengsten als ein geeignetes Verfahren zur Detektion einer exogenen Zufuhr. Die Untersuchung von Haaren ist zum Langzeitnachweis als Alternative gegenüber Blut- und Urinanalysen vorzuziehen, auch wenn sich retrospektiv nicht alle Fragen zum Behandlungsablauf präzise klären lassen (z. B. Angaben zur Dosierung oder zum genauen Applikationszeitpunkt). Das neu etablierte Verfahren ist außerdem die Methode der Wahl, wenn die Verfügbarkeit der übrigen Probematerialien eingeschränkt bzw. eine einfache und schnelle Beprobung erforderlich ist. Es wird bereits zur Medikationskontrolle bei Zuchthengsten sowie bei speziellen forensischen Untersuchungen eingesetzt.

In der vorliegenden Arbeit wurde ein analytisches Verfahren zur quantitativen Bestimmung von Fettsäureethylestern (FSEE) im Haar und in Hautoberflächenlipiden mittels Headspace-Festphasenmikroextraktion (HS-SPME) und Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) sowie eine auf Hochleistungs-Flüssigchromatographie mit Photodiodenarray-Detektion (HPLC-DAD) basierende Methode zur Bestimmung der Squalenkonzentrationen in Lipidextrakten entwickelt. Die bei Untersuchung von Proben verschiedener Konsumentengruppen erhaltenen Konzentrationswerte wurden hinsichtlich ihrer Eignung als Marker für chronisch exzessiven Alkoholkonsum untersucht. Aus den Ergebnissen lässt sich schließen, dass Fettsäureethylester im Haar als Alkoholmarker den bisher üblicherweise genutzten Markern wie GGT, CDT oder MCV bezüglich Sensitivität und Spezifität mindestens ebenbürtig sind. Es wurden die folgenden vorläufige Cut-off-Werte festgelegt: wenn sich im Haar für die Summenkonzentration der vier in der höchsten Konzentration vorkommenden FSEE (Ethylmyristat, Ethylpalmitat, Ethyloleat und Ethylstearat) ein Wert > 1 ng/mg ergibt, kann mit hoher Sicherheit von chronisch exzessivem Alkoholkonsum ausgegangen werden, für Abstinenzler werden typischerweise Werte < 0,4 ng/mg gefunden. Durch Bildung des Quotienten der FSEE-Konzentrationen und der Squalenkonzentrationen wurden relative FSEE-Konzentrationen erhalten, die im Falle der Haaranalyse zu einer Verbesserung der Zuordnungssicherheit zu den entsprechenden Konsumentengruppen führten bzw. bei der Analyse von Hautoberflächenlipiden einen sinnvollen Vergleich der Werte erst ermöglichten. Als vorläufiger Cut-off-Wert für die relativen FSEE-Konzentrationen wurde ein Wert von 2 ng/µg vorgeschlagen. Als weiteres wichtiges Ergebnis der Arbeit wurde der Einlagerungsmechanismus der FSEE ins Haar aufgeklärt. Es konnte gezeigt werden, dass Fettsäureethylester in erster Linie über das Sebum ins Haar gelangen. / The current doctoral thesis presents the development of an analytical procedure for the quantitative analysis of fatty acid ethyl esters (FAEE) in hair and in skin surface lipids using headspace solid phase microextraction (HS-SPME) and gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) as well as a method based on high-performance liquid chromatography with photodiode array detection (HPLC-DAD) to determine squalene concentrations in lipid extracts. The results obtained from analysis of samples from different alcohol consuming groups showed that FAEE are suitable markers for long-term alcohol misuse. Concerning sensitivity and specifity they are at least as good as other commonly used markers like GGT, CDT or MCV. The following provisional cut-off values were established: for chronically excessive alcohol consumption, the sum of the four FAEE (ethyl myristate, ethyl palmitate, ethyl oleate and ethyl stearate) found in the highest mean concentrations should be > 1 ng/mg in hair; for non-drinkers, concentrations < 0,4 ng/mg are typical. The quotient obtained by dividing the FAEE concentration by the squalene concentration was defined as the relative FAEE concentration, which provides a better classification of the samples regarding the consumer groups through hair analysis. Relative FAEE values also allow a reasonable comparison in the case of skin surface lipid concentrations for the first time. 2 ng/µg is suggested as a preliminary cut-off value. As a further important result of the current work, the mechanism of incorporation of FAEE into hair was clarified. It was shown that fatty acid ethyl esters are incorporated into hair mainly through sebum.