GIZ-Nord » akademische Aktivitäten » BSc/Diplom Chemie-Vorlesung: Toxikologie

Suche


Besucher seit 1.10.1996

Heute98
Gestern95
Woche540
Monat1965
Insgesamt602158

Aktuell sind 13 Gäste und keine Mitglieder online

Wetter


Das Wetter heute
Das Wetter morgen
 

BSc/Diplom Chemie-Vorlesung: Toxikologie

1. Beschreiben Sie die toxischen Wirkungen von Paraquat nach oraler Aufnahme.

Paraquat führt als quartäre Ammoniumverbindung zu einer heftigen Schleimhautverätzung im Gastrointestinaltrakt. Diese Verätzungen können sekundär zu schweren Kreislaufregulationsstörungen führen. Im weiteren Verlauf wird Paraquat aus dem Magen und Darm resorbiert und kann verschiedene innere Organe (Leber, Niere, Blut) schädigen. Besonders kritisch ist ein Bronchialödem zu bewerten. Mit Verzögerung von mehr als einer Woche kommt es schließlich zur Ausbildung einer irreversiblen Lungenfibrose, (die vermutlich durch reaktive Sauerstoffverbindungen [Redoxcycling] verursacht wird und) oft in einer tödlichen Erstickung endet.

 

2. Welche toxischen Wirkungen werden nach einer Pyrethroid-Exposition beobachtet?

Pyrethroide bewirken typischerweise ein Mißempfinden (Parästhesie) an Haut und Schleimhäuten. Nach Verschlucken werden Pyrethroide schnell in der Leber abgebaut, so dass nur selten systemische Wirkungen (z.B. Krampfanfälle) beobachtet werden. Die in vielen Fallberichte geschilderten Pyrethroid-Vergiftungs-Symptome lassen sich in vielen Fällen als durch Lösemittel,  andere Begleitstoffe oder zur vergiftungsbehandlung verabreichte Arzneimittel verursacht interpretieren.

 

3. Welcher molekulare Mechanismus liegt der rodentiziden Wirkung von Hydroxycumarin-Derivaten zugrunde?

Cumarin-artige Rodentizide (z.B. Dicumarol) wirken als Antagonisten von Vitamin K und hemmen auf diese Weise die Neusynthese der Gerinnungsfaktoren II, VII, IX, X. Durch die Erniedrigung der Konzentration dieser Faktoren kommt es zu einer Störung der Blutgerinnung. Der Zielorganismus (und in gleicher Weise der vergiftete Mensch) verstirbt an einer unstillbaren Blutung z.B. aus dem Magen-Darm-Trakt.

 

4. Beschreiben Sie den Wirkungsmechanismus von rodentiziden Cumarinderivaten und machen Sie einen Therapievorschlag für eine akute Intoxikation!

Cumarinderivate wirken durch Antagonisierung einer Vitamin K-abhängigen Carboxylierungsreaktion bei der Biosynthese der Gerinnungsfaktoren II, VII, IX und X. Dies führt zur Hemmung der Blutgerinnung und damit zu massiven Blutungen z.B. im Magen-Darm-Kanal oder ZNS.

Therapie: Absorptionsminderung durch orale Gabe von Aktivkohle, Gabe eines Vitamin K-Präparates, ggf. Ersatz von Gerinnungsfaktoren durch entsprechende Präparate.

5. Vergleichen Sie Carbamate und Alkylphosphate hinsichtlich ihres Wirkungsmechanismus und ihrer Akuttoxizität und bewerten Sie den therapeutischen Einsatz von Oximen!

Insektizide Carbamate (Methylcarbaminsäureester) wie auch Alkylphosphate hemmen die katalytische Aktivität der Acetylcholinesterase (AChE) an den (cholinergen) neuronalen Synapsen durch Esterbildung im aktiven Zentrum des Enzyms. Dies verursacht ein "Cholinerges Syndrom": Herzfrequenzverlangsamung, Blutdrucksenkung, Speichel- und Bronchialschleimfluss, Magenkrämpfe, Pupillenverengung, sowie Atemmuskellähmungen, Hirnkrämpfe und Bewusstseinsverlust.
Ester der Alkylphosphate mit der AChE stellen eine irreversible Bindung dar. Die langsame Hydrolyse von Phosphorsäuremethyl- oder -ethylester-Gruppen bezeichnet man als Alterung. Oxime (z.B. Obidoxim) können die Ester der Alkylphosphate mit der AChE spalten (Umesterung). Dies führt zur Reaktivierung des Enzyms vor Eintritt der Alterung.
Im Falle der Carbamate ist die Esterbindung weniger stabil. Es erfolgt eine spontane Reaktivierung des Enzyms. Eine Alterung ist auf Grund der Molekülstruktur der Carbamate nicht möglich. Einsatz von Oximen nicht sinnvoll.

 

6. Chlororganische Pestizide wie z.B. 2,2-Bis(4-chlordiphenyl)-1,1,1-trichlorethan (DDT) werden trotz guter Wirksamkeit heute kaum noch verwendet. Warum?

Chlororganische Pestizide wie z.B. 2,2-Bis(4-chlordiphenyl)-1,1,1-trichlorethan (DDT) werden von der Weltgesundheitsorganisation zu den persistierenden organischen Umweltschadstoffen (sog. POPs) gerechnet. Sie reichern sich in der Nahrungskette stark an, sind sehr beständig und weltweit - auch in Gebieten ohne beabsichtigte Exposition - verbreitet. Besonders Vögel und Wassertiere entwickeln vielfältige gesundheitliche Störungen (z.B. Störung des Aufbaus der Eischale).

 

7. Beschreiben Sie die Symptome der schweren Paraquat-Vergiftung in mindestens 3 verschiedenen Organen.

In der ersten Phase der Paraquat-Vergiftung ist vorwiegend der Magen-Darm-Trakt betroffen (lokale Verätzung). in der zweiten Phase treten Störungen an Leber, Niere und Lunge auf. Die dritte Phase ist gekennzeichnet durch das Auftreten einer irreversiblen Lungenfibrose.

 

8. Wie wirken Organophosphate (Alkylphosphate), wie Parathion (E 605) auf das menschliche Nervensystem und welche Effekte sind bei einer Vergiftung durch diese zu erwarten?

Organophosphate sind Hemmstoffe der Acetylcholinesterase, was u.a .zu einer Dauererregung der parasympathischen Nerven führt. Die Zeichen einer Vergiftung sind verlangsamter Herzschlag, Schwitzen, vermehrte Sekretion von den Schleimhäuten des Magen-Darm-Trakts und der Lunge, sowie Atmungsstörungen und Bewusstseinseintrübung.

 

9. Welche Antidote sind bei Vergiftungen durch Alkylphosphate (Organophosphate) wie Parathion (z.B. in E 605) wirksam und welche Mechanismen liegen ihrer Wirkung zu Grunde?

Hochwirksame Antidote zur Behandlung einer Alkylphosphatvergiftung sind Atropin und (in Deutschland) Obidoxim. Atropin ist ein Antagonist am muskarinischen Acetylcholinrezeptor und verringert durch Rezeptorbindung die überstarke Wirkung des körpereigenen Acetylcholins, das bei dieser Vergiftung in erhöhter Konzentration im Synaptischen Spalt vorliegt. Obidoxim bewirkt eine Reaktivierung der durch Esterbildung mit dem Alkylphosphat irreversibel gehemmten Actylcholinesterase – solange der Ester noch nicht gealtert ist (Verseifung einer zweiten Esterbildung).

 

10. Nennen Sie vier Pestizide und erläutern Sie stichwortartig wichtige Symptome und spezifische Therapiemöglichkeiten bei einer akuten oralen Vergiftung.

Z.B. Paraquat: verursacht u.a. Verätzungen und Lungenfibrose, nach stattgehabter schwerer Lungenschädigung keine spezifischen Therapieoptionen, selbst Lungentransplantation nicht erfolgversprechend
Rodentizide (Cumarin-Derivate): Störungen der Blutgerinnung (Gerinnungsfaktoren), Antidot Phytomenadion
Pyrethroide: geringe Akuttoxizität, T-Syndrom (Tremor), CS-Syndrom (Choreoathetose, Salivation), keine spezifische Therapie
Alkylphosphate: Bronchialverschleimung, Speichelfluss, verlangsamte Herzfrequenz, Atemlähmung, Therapie durch Atropin und ggf. Obidoxim.

 

11. Definieren Sie folgende Begriffe: Insektizide, Herbizide, Rodentizide, Molluskizide, Nematizide. Nennen Sie zwei humantoxisch wirkende Pestizidwirkstoffe und ihre geben Sie zugehörige  bedrohlichen Symptome (oder Syndrome) an.

Mittel zur Bekämpfung von Insekten, Pflanzen, Nagetiere, Schnecken, Würmer.
Wirkstoffe z. B. Oxydemeton-methyl: Speichelfluss, Bronchialverschleimung, Koma (cholinerges Syndrom)

Paraquat: Schleimhautverätzung, Leber-/Nierenschaden, Lungenfibrose
Warfarin: Blutgerinnungsstörungen

1. Nennen Sie eine in Mitteleuropa vorkommende Giftschlange. Wie soll man sich nach einem Giftschlangenbiss verhalten?

Die wichtigste Giftschlange in Mitteleuropa ist die Kreuzotter (Vipera berus). Nach Biss einer Kreuzotter sollte der betroffene Körperteil (meist Arm oder Bein) möglichst ruhiggestellt werden und eine Klinik aufgesucht werden.

2. Welche klinischen Wirkungen sind nach Aufnahme von Scopolamin- oder Hyoscyamin-haltigen Pflanzen (Stechapfel, Tollkirsche, Engelstrompete) zu erwarten?

Typische Zeichen einer Scopolamin-/Hyoscyaminvergiftung sind optische Halluzinationen, Orientierungsstörung, Verwirrtheit, trockene Haut und Schleimhäute, weite Pupillen.

3. Wie sollte man sich nach dem Biss einer Giftschlange verhalten? Welche Maßnahmen sollten unbedingt vermieden werden?

Nach dem Biss einer Giftschlange sollte Ruhe bewahrt werden und der betroffene Körperteil (meist Arm oder Bein) ruhiggestellt und die nächste Klinik aufgesucht werden. Zu unterlassen sind Manipulationen an der Bisswunde wie Aussaugen, Auspressen, Einschneiden oder Ähnliches. Ebenfalls sollten Manipulationen am betroffenen Körperteil wie Abbinden ausbleiben.

4. Welche Symptome sind typisch für eine Knollenblätterpilzvergiftung. Warum kommen die Patienten in der Regel erst sehr spät zur Behandlung?

Die ersten Symptome einer Knollenblätterpilzvergiftung treten meist erst (6) 8 – 12 Stunden nach Pilzmahlzeit auf. Sie bestehen aus Übelkeit, Erbrechen und Durchfall (Diarrhoe). Durch die lange Latenz wird oft kein Zusammenhang zu den gegessenen Pilzen hergestellt. Diese ersten Krankheitszeichen bessern sich nach weiteren 12 – 24 Stunden. Nach einem symptomfreien Intervall von ca. 2 Tagen kommt es zur Gelbsucht (Ikterus), welches Anzeichen des Leberversagens ist.

5. Warum sind rohe Bohnen ungenießbar, wohingegen sie in gekochtem Zustand ein (relativ) bekömmliches Nahrungsmittel darstellen?

Bohnen enthalten das toxische Protein Phasin, das heftige, teils blutige Durchfallerkrankungen auslösen kann. Dieses Eiweiß ist hitzelabil, so dass es durch Kochen zerstört wird.

6. Einige giftige Pflanzen enthalten Oxalate. Welche Wirkungen sind zu erwarten wenn Teile dieser Pflanzen aufgenommen werden?

Zum einen sind die in diesen Pflanzen enthaltenen Kalziumoxalatkristalle spitz und scharfkantig, so dass mechanische Schädigungen der Schleimhäute mit Schmerz, Rötung und Schwellung auftreten können. Die in o.g. Pflanzen beinhaltete freie Oxalsäure kann bei Aufnahme großer Mengen in den Nieren auskristallisieren und Nierenschäden verursachen. Freie Oxalsäure wirkt im Körper als Kalziumfänger und kann die Symptome einer Kalziumverarmung wie Gerinnungsstörungen und Muskelschwäche verursachen.

 

Umwelttoxikologie

 

1. Was versteht man unter stochastischer Wirkung in der Toxikologie? Geben Sie ein Beispiel für eine stochastische Wirkung.

Eine stochastische toxische Wirkung tritt nicht sicher, sondern nur mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit ein. Diese Wahrscheinlichkeit steigt in aller Regel mit der aufgenommenen Dosis. Typische stochastische Wirkungen sind die chemisch induzierte Entstehung von bösartigen Tumoren und die Entstehung allergischer Erkrankungen.

2. Welche Substanzen belasten heute typischerweise die Außenluft und wie ist deren Toxizität zu beurteilen?

Die typischen Schadstoffe der Außenluft sind heute Kohlenwasserstoffe (incl. Benzol), ihre Oxidationsprodukte und Stickoxide, vornehmlich aus dem Kraftfahrzeugverkehr. Unter der Wirkung von Sonnenlicht können daraus photochemisch Oxidationsprodukte (z.B. Peroxyacyl-Verbindungen und Ozon) entstehen. Die Stickoxide, die photochemischen Reaktionsprodukte und das Ozon sind als Lungenreizstoffe vom verzögerte Typ (Reizung der tiefen Atemwege) einzustufen. Insbesondere Personen mit Atemwegs-Vorerkrankungen können unter dieser zusätzlichen Belastung leiden.

3. Welcher typischen Belastung unterliegt die Innenraumluft (in Mitteleuropa)? Welche Beschwerden lassen sich gesichert auf diese Belastungen zurückführen?

Die Innenraumluft ist besonders durch eine Vielzahl von organischen Lösemitteln, z.T. auch durch Holzschutzmittelwirkstoffe, belastet. Aus Klebstoffen wird mitunter Formaldehyd freigesetzt. Häufigstes Symptom einer toxischen Belastung mit Innenraumschadstoffen ist eine Reizung der Schleimhaut der Atemwege (Nase, Rachen, Kehlkopf, Bronchien). Als Folge- oder Begleiterscheinung können an sich leichte, aber bei Dauerbelastung psychisch sehr stark belastende, Beschwerden in anderen Organen auftreten, wie z.B. Kopfschmerzen oder Verdauungsstörungen.

4.Welche Rolle spielt Ozon in der umweltmedizinischen Diskussion?

Ozon entsteht im Rahmen von Photoreaktionen aus flüchtigen Kohlenwasserstoffen und Stickoxiden, reizt die tiefen Atemwege und führt zur Verstärkung obstruktiver Atemwegserkrankungen.

5. Definieren Sie den Begriff "Biomonitoring".

Als Biomonitoring bezeichnet man die analytische (quantitative ) Bestimmung von Fremdstoffen oder ihren Metaboliten in Körperflüssigkeiten, insbesondere Blut oder Urin , nach bekannter oder vermuteter Stoffexposition in der Gewerbe- und Umwelttoxikologie. Neben diesem Belastungs-Biomonitoring konnte in der jüngsten Zeit für ausgewählte Stoffe ein Effekt-Biomonitoring etabliert werden, bei dem biochemische Veränderungen, die durch eine Exposition verursacht werden  (z. B. Protein- oder DNA-Addukte durch alkylierend wirkende Stoffe), gemessen werden.

Ökotoxikologie

1. Beschreiben Sie den elementarsten Test auf ökotoxische Wirkungen von Chemikalien (Bestimmung der Persistenz).

Untersuchung der biologischen Abbaubarkeit: Inkubation der Substanz mit Belebtschlamm aus einer Kläranlage (ca. einen Monat) und Untersuchung der Abbaukinetik und der Entstehung von Reaktionsprodukten.

2. Was ist der Sinn eines Labortests, bei dem eine zu testende Substanz in den Belebschlamm einer Kläranlage eingebracht wird?

Mit diesem Test wird die biologische Abbaubarkeit der Substanz getestet, die ein wichtiges Maß für die Persistenz der Substanz in der Umwelt darstellt. In ökotoxikologischer Darstellung wird dabei die Wirkung der Substanz auf die Organismengruppe der Destruenten untersucht.

1. Skizzieren Sie die typischen Zeichen einer chronischen Vergiftung durch Bleisalze.

Eine chronische Bleivergiftung zeichnet sich typischerweise durch eine Störung der Blutbildung und eine damit einhergehende Anämie aus. Ursächlich ist eine Störung der Biosynthese des Häms an mehreren Stellen. Diagnostisch wichtig ist die sog. "Fallhand", eine Schwäche eines peripheren Nerven (N.radialis) soviel der bei hoher chronischer Dosis zu beobachtende Bleisulfid-Saum am Zahnfleisch.

 

2. Erläutern Sie die Unterschiede in der Toxikokinetik von organischen und anorganischen Schwermetallverbindungen sowie dem Metall selbst am Beispiel des Quecksilbers.

Metallisches Quecksilber wird nach Verschlucken kaum resorbiert und unverändert ausgeschieden. Quecksilberdampf hingegen wird nach Einatmen gut resorbiert und im Blut partiell zu Hg2+ oxidiert. Quecksilbersalze sind gut wasserlöslich und führen zu heftigen Schleimhautreizungen (Bauchkrämpfe). Nach Resorption verteilen sie sich die Quecksilberionen im Körper und können sich in verschiedenen inneren Organen, insbesondere in der Niere anreichern. Organoquecksilberverbindungen und Quecksilberatome (nach Dampfeinatmung) können darüber hinaus die sonst dichte Blut-Hirn-Schranke überwinden und zentralnervöse Störungen (z.B. Zittern, Sprach-, Hör-, Sehstörungen) auslösen.

 

3. Welche Arzneimittel werden zur wirksamen Behandlung einer Bleivergiftung eingesetzt? Beschreiben Sie den Wirkmechanismus.

Akute (z.T. auch chronische) Vergiftungen durch Blei lassen sich durch Chelatkomplex-bildende Organika behandeln. Nach intravenöser oder z.T. auch oraler Aufnahme kommt es durch Reaktion mit den gelösten Bleiionen im Blutplasma zur Bildung des löslichen Chelates, welches gut über die Nieren ausgeschieden wird. Der z.Zt. in Deutschland am häufigsten eingesetzte Chelatbildner ist Natrium-Dimercaptopropansulfonat (DMPS).

 

4. Welcher molekulare Mechanismus liegt den meisten systemisch toxischen Wirkungen von Schwermetallen zu Grunde?

Schwermetallionen binden an freie SH-Gruppen von Proteinen (Aminosäure Cystein), z.B. an Metallothionein. Auf Grund ihrer höheren Affinität können sie essentielle Metallionen (z.B. Zn2+) am katalytisch-aktiven Zentrum (prosthetische Gruppe) von Enzymen verdrängen und dadurch deren katalytische Aktivität hemmen.

 

5.Beschreiben Sie drei typische Symptome, die durch eine chronische Blei-Exposition ausgelöst werden können. Welche therapeutischen Maßnahmen können indiziert sein?

Typische Symptome einer chronischen Bleivergiftung sind Anämie (Blutbildungsstörung), Neuropathie (Gefühlsstörung der Haut, Muskelschwäche), Encephalopathie (Hirnleistungsstörungen) und Darmkolik sowie Entwicklungsverzögerung bei Kindern. Therapeutische Maßnahmen bei einer Bleivergiftung: Unterbrechung der Bleizufuhr, Gabe eines Chelatbildners (z.B. Dimercaptopropansulfonsäure), symptomorientierte Therapiemaßnahmen.

 

6. Welche beiden Schwermetalle führten jeweils zu einer großen Anzahl von Vergiftungen in Japan? Benennen Sie die Erkrankung und die wichtigsten Symptome.

Minamata (Kyushu): Chronische Quecksilber-Massenvergiftung durch Verspeisen (Methyl-)Quecksilber-belasteten Fischs durch Mütter (1952-1960, 56 vor- und nachgeburtlich exponierte Kinder, 13 Todesfälle)
Itai-Itai-Krankheit: Chronische Cadmium-Massenvergiftung (350 Betroffene, 100 Tote) durch Cadmium-verseuchte Böden: Nierenfunktionsstörungen, Knochenschmerzen und spontane Knochenbrüche.

 

7. Nennen Sie vier Metalle mit großer toxikologischer Bedeutung und geben Sie jeweils ein wichtiges Zielorgan für die toxische Wirkung an.

(Beispiele:) Blei: Blut, peripheres Nervensystem u.a.; Quecksilber: Zentralnervensystem; Cadmium: Niere; Thallium: Haare (als Teil der Haut);Kobalt: Immunsystem. Metalloid Arsen: viele Organe.

 

8. Beschreiben Sie vier substanztypische Symptome einer akuten oder chronischen Thalliumvergiftung.

Charakteristisch für eine Thalliumvergiftung ist Haarausfall (allerdings kann ein Haarausfall auch verschiedene andere Ursachen haben). Darüber hinaus verursacht Thallium verschiedene toxische Wirkungen im peripheren Nervensystem (z.B. Sensibliltätsstörungen) und zentralen Nervensystem (Hirnleistungsstörungen). Wie andere Schwermetalle verursachen Thalliumsalze nach oraler Aufnahme Übelkeit, Erbrechen und Darmkrämpfe sowie Verfärbungen der Fingernägel und des Zahnfleisches.

 

9. Was versteht man unter dem so genannten Metalldampffieber (Zinkfieber, Gießerfieber) genannt?

Wodurch wird es ausgelöst und welches Krankheitsbild verursacht es? Das Metalldampffieber entsteht u.a. bei Schweißarbeiten an Zink-haltigen Metalllegierungen ohne Atemschutz. Auslösend sind Zink(dämpfe) und Zinkoxid. Nach symptomarmer Inhalation kommt es nach einer Latenzzeit von mehreren Stunden zu Husten, Fieber, Unwohlsein. Die Symptome klingen meist innerhalb von 24h ab.

 

10. Erläutern Sie den Begriff „Quebec Beer Drinkers’ Cardiomyopathy“?

„Quebec Beer Drinkers’ Cardiomyopathy" ist eine Schädigung des Herzmuskels durch Kobaltsalze, die zur Verbesserung der Schaumbildung beim Bierbrauen verwendet wurden; in den 1960er Jahren Epidemien mit zahlreichen Toten in Quebec (20 von 48 Patienten verstarben), Omaha (USA, 11 von 28), in Löwen (Belgien, geringe Mortalität).

 

12. Nennen Sie vier toxische Schwermetalle und die zugehörigen Organe, Symptome oder Erkrankungen, die für eine Vergiftung mit dem jeweiligen Metall typisch sind.

Beispiele: Thallium - Haarausfall, Cadmium - Itai-Itai-Krankheit, Quecksilber - Minamata-Krankheit, Blei - Störung der Blutbildung, periphere Neuropathie, Kolik

 

13. Beschreiben Sie drei relevante Quellen und zugehörige Expositionspfade für Blei-Vergiftungen. Nennen Sie ergänzend ein typisches Symptom, das bereits bei einmaliger Bleiexposition auftreten kann (akute Blei-Vergiftung).

Nach Einschätzung der Weltgesundheitsorganisation auch 2010 noch eine der häufigsten umweltbedingten Vergiftungen im Kindesalter. Typische Quellen für orale Vergiftungen sind z. B. Trinkwasser (aus Leitungen, auch in Deutschland noch relevant), Keramik-Glasierungen und Arzneimittel aus traditioneller Medizin. In die Atemluft gelangt Blei durch Verbrennen von Abfall, z. B. durch Verbrennen von Farben und Lacke (klassisch: Bleiweiß - 2 PbCO3 · Pb(OH)2), durch Abgase industrieller Produktion und - auch heute noch mancherorts - durch Bleitetraethyl-haltiges Benzin. Eine dermale Exposition kann durch Arzneimittel oder Kosmetika erfolgen.

Typische Symptome einer akuten Bleivergiftung sind schwere, in wechselnder Intensität auftretende Bauchschmerzen (Bleikolik), verbunden mit Zeichen einer Kreislauf-Regulationsstörung (Blutdruckschwankungen, Blässe der Haut).

 

14. Meessche Streifen sind ein wichtiges diagnostisches Kriterum in der Toxikologie. Beschreiben Sie dieses klinische Zeichen und geben Sie ein Beispiel für ein Vergiftung, bei der Meessche Streifen auftreten.

Als Meessche Streifen bezeichnet man helle, meist mehrere Millimeter breite Farbveränderungen (Quer-Bänder) auf Nägeln der Hände und Füße, die nach Absorption toxischer Dosen von Arsen, Thallium oder Selen beobachtet werden. Die Streifen werden erst Wochen nach akuter Exposition oder Beginn einer chronischen Exposition sichtbar und wachsen - nach Ende der Belastung - infolge des Nagelwachstums, etwa im Laufe eines Jahres, aus dem Nagel heraus.

1. Beschreiben Sie die Wirkung von Kohlenmonoxid auf den menschlichen Organismus im Hinblick auf Toxikokinetik, Wirkmechanismus und gesundheitliche Beschwerden.

Kohlenmonoxid (CO) wird beim Einatmen leicht resorbiert und bindet mit hoher Affinität an Hämoglobin. Der Hb-CO-Komplex ist nicht länger zum Transport von Sauerstoff ins Gewebe befähigt, es kommt zu einer Sauerstoffunterversorgung. Symptome sind mit aufsteigender resorbierter Dosis: Müdigkeit, Übelkeit und Erbrechen, allgemeine körperliche Schwäche, Bewußtlosigkeit, Koma, zentrale Atmungsstörung.

2. Nennen Sie zwei Beispiele für Reizgase mit verzögerter Wirkung und skizzieren Sie kurz die durch diese Stoffe ausgelösten Krankheitszeichen.

Zu den Reizgasen mit typisch verzögerter Wirkung gehören Phosgen, Ozon (in hoher Konzentration) und nitrose Gase. Aufgrund ihrer geringen Hydrophilie können sie bis in die Alveolarräume gelangen und dort deponiert werden. Durch eher langsam ablaufende chemische Reaktionen (z.B. Hydrolyse) werden im Alveolarraum auch nach Ende der Reizgasexposition reaktive Produkte freigesetzt, die zu einer chemisch induzierten Pneumonie und zu einem toxischen Lungenödem mit starker Atemnot führen können.

3. Nennen Sie Substanzen, die an der Entstehung von Smog-Situationen typischerweise beteiligt sind und beschreiben Sie die auftretenden gesundheitlichen Beschwerden.

Der klassische Smogtyp ("Londonsmog") wird verursacht durch hohe Konzentrationen von Schwefeldioxid und Ruß, der moderne Smogtyp ("Los Angeles-Smog") wird bestimmt durch Kohlenwasserstoffen und nitrose Gase in Gegenwart von starker Sonneneinstrahlung, bei denen es zur Bildung von Peroxiacyl-Verbindungen und Ozon kommen kann. Die Beschwerden äußern sich in Husten und Atemnot besonderen bei Menschen mit vorgeschädigtem Bronchialsystem (Reizung der Atemwege).

4. Wie wirkt Cyanwasserstoff und was kann man bei einer Cyanwasserstoff-Vergiftung tun?

Cyanwasserstoff hemmt die mitochrondriale Atmungskette (Zellatmung) durch Bindung an das Fe3+-Zentralatom der Cytochromoxidase. Eine Verwertung von Sauerstoff im Energiestoffwechsel ist somit unterbrochen. Betroffen sind primär die gut durchbluteten Gewebe wie das Zentralnervensystem: Cyanide führen daher schnell zu Kopfschmerz, Schwindel, Bewußtseinsstörungen und Krampfanfällen. Der Tod tritt häufig schnell ein durch Atmungs- oder Herzrhythmusstörungen.
Die Therapie der Wahl bei isolierter Cyanwasserstoff-Vergiftung ist die schnelle intravenöse Gabe von 4Dimethylaminophenol (4-DMAP) zur Erzeugung von Met-Hämoglobin (Fe3+-Hämoglobin). Met-Hämoglobin bindet Cyanidionen besser als die Cytochromoxidase und kann unter günstigen Umständen die Zellatmung wieder verbessern. Nicht gegeben werden darf 4-DMAP in aller Regel bei Rauchgasvergiftungen, wo neben einer Cyanidvergiftung auch eine Kohlenmonoxidvergiftung bestehen kann.
Zusätzlich zu 4-DMAP sollte Natriumthiosulfat gegeben werden, um die metabolische Umwandlung von Cyanid zu Thiocyanat (Rhodanid)  zu fördern.
Mit Hydroxycobalamin steht seit kurzen ein neues sicheres Cyanid-Antidot zur Verfügung.

5. Wie wirkt Cyanwasserstoff auf molekularer Ebene? Welche Symptome treten auf?

Cyanwasserstoff hemmt die mitochrondriale Atmungskette (Zellatmung) durch Bindung an das Fe3+-Zentralatom der Cytochromoxidase. Eine Verwertung von Sauerstoff im Energiestoffwechsel ist somit unterbrochen. Betroffen sind primär die gut durchbluteten Gewebe wie das Zentralnervensystem: Cyanide führen daher schnell zu Kopfschmerz, Schwindel, Bewusstseinsstörungen und Krampfanfällen. Der Tod tritt häufig schnell ein durch Atmungs- oder Herzrhythmusstörungen.

6. Wie wirken anorganische Nitrate (z.B. bei Aufnahme im Trinkwasser) toxisch?

Nitrate können nach mikrobieller Reduktion zum Nitrit im Magen eine Oxidation von Fe2+-Hämoglobin zum Fe3+-Methämoglobin bewirken. Dadurch wird der Sauerstoff-Transport ins Gewebe gestört. Es entsteht eine Cyanose (Bläuliche Färbung der Haut, "Blausucht" des Säuglings), begleitet von Schwindel, Kopfschmerzen und Bewusstseinstörungen. Darüber hinaus kann das Nitrit mit Aminen zu kanzerogenen Nitrosaminen reagieren.

7. Warum sind Reizgase von Soforttyp in toxikologischer Hinsicht günstiger zu beurteilen als Reizgase vom verzögerten Typ? Geben Sie zwei Beispiele für Reizgase vom Soforttyp.

Reizgase vom Soforttyp (Schwefeldioxid, Chlorwasserstoff, Ammoniak u.v.m.) zeichnen sich durch eine gute Wasserlöslichkeit aus. Sie lösen sich daher bereits im wässrigen Film auf den Schleimhäuten der oberen Atemwege und lösen dort Niesen und Husten aus. D. Betroffene wird gewarnt und ist bemüht, die Exposition schnell zu beenden. Nur bei extremen Belastungen komm es zu den mit Verzögerung auftretenden entzündlichen Lungen-Funktionstörungen, die bei den Reizgasen vom verzögerten Typ häufiger beobachtet werden.

8. Wie führt Anilin zu einer stöchiometrisch überproportionalen Bildung von Methämoglobin?

Katalytische Bildung von Methämoglobin mittels Redox-Cycling zwischen Phenyl-Hydroxamin und Nitroso-Benzol.

9. Welche Wirkungen sind nach akuter und chronischer inhalativer Exposition gegenüber Formaldehyd zu erwarten?

Reizung der Atemwege, allergische Sensibilisierung, (selten) cancerogene Wirkung.

10. Welche spezifischen Maßnahmen sind zur Behandlung einer Intoxikation nach Inhalation von Cyanwasserstoff geeignet? Nennen Sie mindestens zwei dieser Maßnahmen und skizzieren Sie den jeweiligen Wirkmechanismus.

Spezifische Antidote bei einer Vergiftung durch Cyanwasserstoff sind
- 4-Dimethylaminophenol (4-DMAP): Oxidation von Hämoglobin zum Methämoglobin)
- Natriumthiosulfat (Förderung der körpereigenen Entgiftung von CN- zum SCN-)
- Hydroxocobalamin (Bindung von CN- durch Austausch gegen OH- in einem Kobalt-Komplex)
- im Ausland ggf. andere Kobaltverbindungen (Komplexbindung), Nitrite (zur Methämoglobinbildung).

11. Wie wirkt das Kampfgas Phosgen auf den Körper?

Phosgen (COCl2) ist ein gefährlicher Lungenreizstoff. Bei Inhalation treten zunächst nur leichte Reizerscheinungen auf. Mit einer Verzögerung von einigen Stunden kann das in den tiefen Atemwegen deponierte Phosgen (vermutlich über eine Hydrolyse in Salzsäure und Kohlendioxid) zur Ausbildung eines toxischen Lungenödems mit Sekretion von Flüssigkeit in die Alveolen (Lungenbläschen) und dadurch behindertem Gasaustausch führen.

12. Welches sind die chemischen Unterschiede der Reizgase vom Soforttyp und vom verzögerten Typ? Warum sind die Reizgase vom verzögerten oder Latenztyp aus toxikologischer Sicht problematischer als die vom Soforttyp?

Reizgase vom Soforttyp zeichnen sich durch eine gute Wasserlöslichkeit aus. Sie reizen die Augen, sowie die Schleimhäute der oberen Atemwege und lösen dort Niesen, Husten und brennende Schmerzen aus. Reizgase vom verzögerten Typ sind wenig hydrophil. Sie gelangen schnell in die tiefen Atemwege, bis hin zu den Lungenbläschen. Hier können sie ein lebensbedrohliches Lungenödem mit teilweise mehrstündiger Latenz auslösen.
Bei der Exposition mit Reizgasen vom Soforttyp ist der Betroffene durch den akuten Reiz gewarnt und meist bemüht, die Exposition schnell zu beenden. Bei Reizgasen vom verzögerten Typ ist die akute Wirkung, die den Betroffenen warnen könnte, viel schwächer ausgeprägt. Wegen der zum Teil langen Latenz der Wirkung kann dann oft keine Kausalität zwischen der einsetzenden Atemnot und der Exposition des Reizgases hergestellt werden.

13. Warum wurde in der Trinkwasserverordnung ein Grenzwert für Nitrat von 50 mg/l festgelegt?

Bei hoher Nitratbelastung des Trinkwassers ist, besonders bei Säuglingen, mit dem Auftreten einer Methämoglobinämie zu rechnen. Diese als "Säuglingsblausucht" bezeichnete Erkrankung wurde bevorzugt dann beobachtet, wenn die Säuglingsnahrung mit stark Nitrat-haltigem Trinkwasser zubereitet wurde."

14. Wie beurteilen Sie die Inhalation von Ammoniak in Hinsicht auf eine Vergiftungsgefahr?

Ammoniak ist ein klassisches Reizgas vom Soforttyp. Reizgase vom Soforttyp sind sehr hydrophil, lösen sich in der Flüssigkeit auf der Schleimhaut der Augen und der oberen Atemwege und verursachen dort eine starke Reizwirkung (Niesen, Husten). Der Betroffene ist durch den akuten Reiz gewarnt und bemüht, die Exposition schnell zu beenden. Nur bei Einatmung einer sehr hohen Ammoniak-Dosis (z.B. bei einem Unfall mit Ammoniakfreisetzung) gelangt die Substanz in die tiefen Atemwege, bis hin zu den Lungenbläschen. Hier kann sie mit mehrstündiger Verzögerung ein lebensbedrohliches toxisches Lungenödem auslösen.

15. Beschreiben sie den Mechanismus einer Kohlenmonoxidvergiftung und deren Therapie.

Kohlenmonoxid (CO) bindet an Sauerstoff-Bindungsstelle am Hämoglobin mit sehr hoher Bindungsstärke (Carboxy-Hämoglobin, HbCO) und blockiert dadurch den O2-Transport ins Gewebe. CO ist hochtoxisch. Schon in einer Konzentration von < 1000 ppm (0,1%) CO wirkt es (bei mehrstündiger Einwirkung) tödlich. Die wichtigste therapeutische Maßnahme bei einer CO-Vergiftung ist die Gabe von 100% Sauerstoff als Atemgas. Durch diese Behandlung verkürzt sich die biologische Halbwertszeit des CO in erheblichem Maße. Auch eine hyperbare Behandlung mit Sauerstoff in einer Druckkammer wird unter bestimmten Umständen empfohlen. Alle weiteren Maßnahmen wie z. B. die Behandlung der Übersäuerung sind symptomorientiert.

16. Welcher Mechanismus liegt der gemeinsamen toxischen Wirkung von Anilin und von anderen aromatischen Aminen, Nitro- und  Nitrosoverbindungen zugrunde?

Alle genannten Stoffe sind Methämoglobin-Bildner. Sie bewirken/katalysieren eine Oxidation des Eisens, das in der Hämgruppe des Hämoglobin im Blut komplexgebunden vorliegt (Fe2+ -> Fe3+, Hämoglobin -> Methämoglobin). Methämoglobin kann keinen Sauerstoff binden und ins Gewebe transportieren. Dadurch kommt es zu einer Sauerstoffunterversorgung in allen Körperregionen, besonders schnell im gut durchbluteten Gehirn.

17. Welche spezifische medizinische Behandlung ist bei einer schweren Vergiftung mit Anilin oder anderen aromatischen Aminen, Nitro- oder Nitrosoverbindungen im Regelfall gut wirksam?

Alle gennanten Stoffe sind Methämoglobin-Bildner. Sie bewirken (katalysieren) eine Oxidation des Eisens, das in der Hämgruppe des Hämoglobin im Blut komplexgebunden vorliegt (Fe2+ -> Fe3+, Hämoglobin -> Methämoglobin). Durch eine intravenöse Gabe von Redox-Farbstoffen wie Toluidinblau (Toloniumchlorid) oder Methylenblau (z. Zt. in Deutschland nicht verfügbar) kann eine schnelle Reduktion des Methämoglobins und dadurch eine Besserung des klinischen Zustanden erreicht werden.