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Wiederholungsklausur "Toxikologie für Studierende der Chemie"

Wintersemester 2010/2011, 21.03.2011

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1. Erläutern Sie die Bedeutung der Lipophilie einer Substanz im Hinblick auf ihre Absorption, Verteilung, ihren Transport in das Zentralnervensystem und ihre Ausscheidung.

Lipophile Substanzen werden gut resorbiert, verteilen sich gut im Gewebe, überschreiten die Blut-Hirn-Schranke und werden erst nach Metabolisierung zu hydrophilen Stoffwechselprodukten ausgeschieden.

2. Welche Rolle spielen Esterasen in der Toxikologie? In welchen Organen sind diese Enzyme aktiv? Nennen Sie einen Stoff, der durch eine Esterase umgewandelt wird.

(*) Esterspaltende Enzyme sind vorwiegend im Blutplasma zu finden und können so ihre Wirkung auf im Blut gelöste Stoffe schnell und ohne notwendige Leberpassage entfalten. Viele kurz wirkenden Arzneimittel, vor allem in der Notfallmedizin, werden durch Esterasen deaktiviert, z. B. das Muskelrelaxans Succinylcholin oder das Lokalanaestethikum Benzocain. (Da Ester im allgemeinen besser im Magen-Darm-Trakt absorbiert werden als die korrespondierenden Alkohole wird eine Veresterung gezielt dazu genutzt, dass Arzneimittelwirkstoffe im Darm verläßlicher aufgenommen werden.) Der bekannteste Wirkstoff, der durch Esterase-Aktivität abgebaut wird, ist jedoch Cocain (Reaktionsprodukt: Benzoylecgonin).

3. Welche Rolle spielt die Niere bei einer oralen Vergiftung mit einem Stoff, der zu einem toxisch wirkenden Stoffwechselprodukt gegiftet wird?

Die Niere ist das Hauptausscheidungsorgan für niedermolekulare hydrophile Verbindungen. Besitzt der Ausgangsstoff diese Eigenschaften, so kann ein wesentlicher Anteil des Stoffes ausgeschieden werden, bevor es zu einer klinisch relevanten Giftung (metabolischer Aktivierung) kommt. Bei einer Verminderung der Nierenleistung könnte die Metabolisierung zunehmen und eine manifeste Vergiftung entstehen. Für die Elimination des durch Giftung entstandenen Metaboliten könnte die Niere ebenfalls bedeutsam sein.

4. Beschreiben Sie von sogenannten Umweltöstrogenen verursachte Wirkungen in Ökosystemen und nennen sie zwei Stoffe oder Stoffgruppen, denen umweltöstrogene Wirkungen zugeschrieben werden.

(*) Umweltöstrogene nennt man solche Fremdstoffe, die gleiche Wirkungen hervorrufen wie körpereigene weibliche Sexualhormone (z. B. Estradiol). Alle östrogenen Stoffe können die sexuelle Entwicklung, insbesondere von männlichen Tieren, stören (z. B. Fehlbildungen oder Tumoren von Sexualorganen, "Verweiblichung", als Oberbegriff über solche hormonähnlich wirkenden Stoffe hat sich die Bezeichnung "Endokrine Disruptoren" etabliert). Viele, strukturell sehr unterschiedliche Verbindungen können vermutlich östrogen wirken, so z. B. chlororgansiche Verbindungen (Pestizide), Weichmacher wie Nonylphenol, synthetische Östrogene (als Arzneimittelwirkstoffe), aber aus pflanzliche Inhaltsstoffe (Phytoöstrogene).

5. Beschreiben Sie die Wirkung von Kohlenmonoxid auf den menschlichen Organismus im Hinblick auf Toxikokinetik, Wirkmechanismus und Vergiftungssymptome.

Kohlenmonoxid (CO) wird beim Einatmen leicht absorbiert 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.

6. (U*) Nennen Sie zwei Beispiele für Reizgase mit verzögerter Wirkung und skizzieren Sie kurz die durch diese Stoffe ausgelösten Beschwerden.

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 Lungenentzündung (Pneumonie) und zu einem toxischen Lungenödem mit starker Atemnot führen können.

7. (U*) Beschreiben Sie das Prinzip der Hämodialyse. Bei welchen Vergiftungen kann diese Behandlung erfolgversprechend angewandt werden?

Hämodialyse ist eine Methode der sekundären Giftentfernung (beschleunigte Elimination), bei der Blut und eine Dialyseflüssigkeit auf den beiden Seiten einer semipermeablen Dialysemembran vorbeigeleitet wird. Gut wasserlösliche Substanzen, wie z.B. Alkohole und Lithiumionen, können so effektiv aus dem Blutkreislauf entfernt werden. Voraussetzung für die Wirksamkeit ist ein geringes Verteilungsvolumen und eine nur schwache Plasmaproteinbindung der zu eliminierenden Substanz.

8. Welche Symptome erwarten Sie nach einer Überdosierung des freiverkäuflichen Schmerzmittelwirkstoffs Acetylsalicylsäure?

Mäßige Überdosierung (Salicylismus): Innere Unruhe, Fieber, Erbrechen, Kopfschmerz, Schwindel, vermehrte Atemaktivität (Hyperventilation), Ohrgeräusche (Tinnitus). Bei starker Überdosierung werden schwere Veränderungen des Säure-Base-Haushaltes des Blutes und der Konzentrationen der salzartigen Kationen in der Blutflüssigkeit gefunden. Zudem treten Hirnkrampf-Anfälle auf, es kommt zu Bewusstseinsverlust oder akutem Nierenversagen.

9. Welches ist das Hauptzielorgan der von NNK (nicotine-derived nitrosamine ketone, 4-(Methylnitrosamino)-1-(3-pyridyl)-1-butanon) ausgehenden Cancerogenese? Warum ist NNK als "Procancerogen" zu betrachten?

(*) NNK entsteht im Rahmen der Tabakverarbeitung aus Nikotin. NNK führt in Versuchstieren (über verschiedene Aufnahmepfade, auch nach oraler Aufnahme) primär zu Tumoren der Lunge. NNK wird metabolisch zum ultimalen Cancerogen unter Beteiligung von Cytochrom P-450 Enzymen umgesetzt.

10. Beschreiben Sie das Krankheitsbild der Polyneuropathie und geben Sie an, welche Stoffe  diese Symptomatik verursachen können. Ist eine akute oder eine chronische Exposition die typische Ursache?

(*) Eine Polyneuropathie ist eine nicht durch Entzündung bedingte Degeneration peripherer Nerven (d.h. Nerven außerhalb des Zentralnervensystems). Sie äußert sich zunächst in Gefühlstörungen (Kribbeln, Taubheit), bevorzugt der Füße und der Hände. Im weiteren Verlauf kommt es bei schwerer Ausprägung zusätzlich zu Störung der Muskelkoordination bis zur Muskellähmung und - als Folge - zum Muskelabbau. Ausgelöst wird die Symptomatik u. a. durch eine chronische (mehr langjährige) Exposition gegenüber organischen Lösemitteln (sog. Malerkrankheit) oder gegenüber Schwermetallen.

11. Nennen Sie die typischen Symptome einer Typ I-Allergie (Soforttyp) und geben Sie an, welche Stoffe eine solche Allergie typischerweise auslösen.

Zu den typischen Symptomen einer Typ I-Allergie gehören der Heuschnupfen und asthmatische Atembeschwerden. Darüber hinaus sind Schwellungen von Haut- und Schleimhaut (Quincke-Ödem), Urticaria (Nesselsucht) und der anaphylaktische Schock Zeichen eines solchen Soforttyp-Reaktion. Ausgelöst werden die Symptome primär durch (Gräser-)Pollen, Milbenexkremente (Hausstaub), verschiedenste Nahrungsmittelbestandteile und Medikamente.

12. Was versteht man unter teratogener Wirkung und zu welcher Zeit ist mit teratogenen Schäden zu rechnen?

Teratogenität beschreibt das Auftreten von grobstrukturellen Mißbildungen beim Kind, ausgelöst durch eine Exposition der Schwangeren in der Embryonalzeit (etwa 1. Drittel der Schwangerschaft)

13. 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.

14. Benennen Sie zwei bösartige Erkrankungen, die mit speziellen Ernährungsgewohnheiten in Zusammenhang gebracht werden können oder konnten. Geben Sie dazu das jeweils kontaminierten Nahrungsmittel an.

15. Erläutern Sie die Begriffe "LOEL" und "NEL".

LOEL (lowest observed effect level) beschreibt die niedrigste Dosis eines zu untersuchenden Stoffes oder Stoffgemisches, bei der Veränderung in Körperfunktion oder -struktur bei eines Versuchstierpopulation beobachtet wurden (experimentell gemessene Größe).

NEL (no effect level) bezeichnet die aus Abschätzungen gewonnene Schwellendosis, unterhalb der keine Wirkungen durch die Exposition gegenüber einem Wirkstoff zu erwarten sind.