Drucken

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.

18. (a) Welche chemische Reaktion liegt der Bildung von Methämoglobin zugrunde?
(b) Worin gleichen und worin unterscheiden sich Hämoglobin und Methämoglobin?
(c) Geben Sie zwei Beispiele für Stoffe, die eine Methämoglobinbildung verursachen können.

(a) Methämoglobin entsteht durch Oxidation des Eisenions im Hämoglobin (Häm-Komplex) von Fe2+ zu Fe3+.
(b)
Methämoglobin ist eine Hämoglobin-Form, die Sauerstoff im Blut nicht binden und transportieren kann.
(c) Beispiele für Methämoglobinbildner sind Nitrit, Redox-Farbstoffe, aliphatische Salpetrigsäureester und aromatische Amine.