Toxikologie für Einsteiger

139 Pages·2022·5.254 MB·German

by  Holger Barth, Katharina Ernst, Panagiotis Papatheodorou

Holger Barth
Katharina Ernst
Panagiotis Papatheodorou
Toxikologie
für Einsteiger
Toxikologie für Einsteiger
Holger Barth · Katharina Ernst ·
Panagiotis Papatheodorou
Toxikologie für Einsteiger
Holger Barth Katharina Ernst
Institut für Experimentelle und Klinische Institut für Experimentelle und Klinische
Pharmakologie, Toxikologie und Pharmakologie, Toxikologie und
Naturheilkunde, Universitätsklinikum Ulm Naturheilkunde, Universitätsklinikum Ulm
Ulm, Baden-Württemberg, Deutschland Ulm, Baden-Württemberg, Deutschland
Panagiotis Papatheodorou
Institut für Experimentelle und Klinische
Pharmakologie, Toxikologie und
Naturheilkunde, Universitätsklinikum Ulm
Ulm, Baden-Württemberg, Deutschland
ISBN 978-3-662-61539-3 ISBN 978-3-662-61540-9 (eBook)
https://doi.org/10.1007/978-3-662-61540-9
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Planung/Lektorat: Sarah Koch
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Vorwort
Dieses kurze Lehrbuch richtet sich vorwiegend an Studierende biowissenschaftlicher
und chemischer Bachelor- und Masterstudiengänge, die Toxikologie als medizinisches
Wahlfach belegen. In diesem Buch, das weitgehend auf unseren Vorlesungen an der Uni-
versität Ulm beruht, werden grundlegende wissenschaftliche und klinische Aspekte der
Toxikologie dargestellt und ihre wichtigsten Inhalte, Ziele und Aufgaben beschrieben.
Im ersten Kapitel werden wichtige toxikologische Fachbegriffe definiert und es wird
beschrieben, was ein „Gift“ ausmacht und wie Giftstoffe in den menschlichen Körper
gelangen können. Das zweite Kapitel handelt von akuten Vergiftungen, ihren Ursachen
und den wichtigsten Maßnahmen für ihre Therapie.
Die Kap. 3 bis 7 beschreiben die Wirkungen ausgewählter, medizinisch relevanter
Giftstoffe aus Natur und Umwelt, aus der häuslichen Umgebung und dem Arbeits-
platz wie Toxine aus Tieren, Pflanzen, Pilzen und Bakterien, Giftgase, Stäube, Metalle,
Pestizide, Lösungsmittel und Alkohol.
Im letzten Kapitel werden die grundlegenden Prinzipien der chemischen Kanzero-
genese zusammengefasst und die krebsauslösende Wirkung einiger toxikologisch
wichtiger Substanzen exemplarisch vorgestellt sowie rechtliche Grundlagen im Umgang
mit Giftstoffen zusammengefasst.
An dieser Stelle muss erwähnt werden, dass neben den hier vorgestellten Substanzen
natürlich zahlreiche weitere toxikologisch wichtige Stoffe existieren, wie Medikamente
oder Drogen, auf die in diesem kurzen Lehrbuch bewusst nicht eingegangen wird. Diese
Substanzen sind i. d. R. nicht Gegenstand der Basisvorlesung im Fach Toxikologie, die u. a.
gezielt auf die Prüfung zur Erlangung der Sachkunde im Umgang mit Gefahrstoffen gemäß
der Chemikalienverbotsverordnung vorbereiten soll, sondern werden in weiterführenden
toxikologischen und pharmakologischen Lehrveranstaltungen behandelt. Hier sei auf die
Vielzahl exzellenter umfangreicherer Bücher der Toxikologie und Pharmakologie verwiesen.
Ulm Prof. Dr. Holger Barth
im Jahr 2023 Dr. Katharina Ernst
Prof. Dr. Panagiotis Papatheodorou
V
Inhaltsverzeichnis
1 Grundlagen der Toxikologie ........................................ 1
1.1 Einführung .................................................. 1
1.2 Wichtige Begriffe ............................................. 2
1.3 Beispiele für die Herkunft von Giftstoffen ......................... 3
1.4 Aufgaben, Inhalte und Ziele der Toxikologie ....................... 4
1.4.1 Experimentelle Toxikologie ............................... 4
1.4.2 Regulatorische Toxikologie ............................... 6
1.4.3 Klinische Toxikologie ................................... 7
Quellen und weiterführende Literatur .................................. 9
2 Akute Vergiftungen ............................................... 11
2.1 Häufigkeit, Ursachen und Symptome akuter Vergiftungen ............. 11
2.2 Allgemeine Maßnahmen zur Therapie von Vergiftungen .............. 12
2.2.1 Erste Hilfe bei akuten Vergiftungen (Laienhilfe) ............... 13
2.2.2 Primärversorgung akuter Vergiftungen ....................... 15
Quellen und weiterführende Literatur .................................. 19
3 Gifte aus der Natur ............................................... 21
3.1 Ausgewählte Toxine von Tieren .................................. 22
3.1.1 Saxitoxin (STX) und Tetrodotoxin (TTX) .................... 23
3.1.2 Conotoxine ............................................ 26
3.1.3 Neurotoxine als Bestandteile von Schlangengiften ............. 28
3.2 Ausgewählte Toxine von Pflanzen ................................ 31
3.2.1 Ausgewählte extrazellulär wirksame Pflanzentoxine ............ 32
3.2.2 Ausgewählte intrazellulär wirksame Pflanzentoxine ............ 36
3.3 Ausgewählte Toxine von Pilzen .................................. 38
3.3.1 Wichtige Toxine niederer Pilze ............................ 39
3.3.2 Wichtige Toxine höherer Pilze (Basidiomyceten) .............. 40
VII
VIII Inhaltsverzeichnis
3.4 Ausgewählte Toxine von Bakterien ............................... 43
3.4.1 Porenbildende Bakterientoxine ............................ 43
3.4.2 Bakterielle AB-Toxine ................................... 44
Quellen und weiterführende Literatur .................................. 50
4 Toxikologie der Lunge ............................................ 53
4.1 Reizgase .................................................... 54
4.2 Systemisch wirksame Gase ..................................... 56
4.3 Partikel ..................................................... 60
4.3.1 Staub. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.3.2 Asbest (Faserstaub) ..................................... 62
Quellen und weiterführende Literatur .................................. 63
5 Metalle ......................................................... 65
5.1 Blei (Pb) .................................................... 66
5.2 Quecksilber (Hg) ............................................. 69
5.3 Cadmium (Cd) ............................................... 72
5.4 Therapie von Metallvergiftungen ................................. 74
Quellen und weiterführende Literatur .................................. 76
6 Pestizide ........................................................ 77
6.1 Insektizide .................................................. 79
6.1.1 Organophosphate und Carbamate .......................... 80
6.1.2 Cyclische Chlorkohlenwasserstoffe ......................... 85
6.1.3 Neonicotinoide ......................................... 88
6.1.4 Pyrethroide ............................................ 89
6.2 Fungizide ................................................... 90
6.2.1 Strobilurine. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
6.2.2 Benzimidazole ......................................... 90
6.3 Rodentizide ................................................. 91
6.3.1 Antikoagulantien ....................................... 91
6.4 Herbizide ................................................... 93
6.4.1 Paraquat .............................................. 94
6.4.2 Glyphosat ............................................. 94
Quellen und weiterführende Literatur .................................. 95
7 Toxikologie der Leber ............................................. 97
7.1 Aufbau und Funktion der Leber .................................. 98
7.2 Paracetamol ................................................. 102
7.3 Ethanol ..................................................... 106
7.4 Methanol ................................................... 111
Inhaltsverzeichnis IX
7.5 Ethylenglycol ................................................ 113
7.6 Tetrachlormethan CCl und Chloroform ........................... 114
4
7.7 Vinylchlorid ................................................. 115
Quellen und weiterführende Literatur .................................. 115
8 Chemische Kanzerogenese ......................................... 117
8.1 Mehrstufenmodell der chemischen Kanzerogenese ................... 118
8.2 Entstehung von Mutationen durch genotoxische Substanzen ........... 121
8.3 Onkogene und Tumorsuppressorgene ............................. 124
8.4 Kanzerogene Mechanismen ausgewählter Substanzklassen ............ 126
8.4.1 Tumorpromovierende Substanzen und Mechanismen ........... 126
8.4.2 Aflatoxin B1 ........................................... 130
8.4.3 Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAKs) ......... 131
8.4.4 N-Nitrosamine ......................................... 134
8.4.5 Alkohol ............................................... 135
Quellen und weiterführende Literatur .................................. 137
Grundlagen der Toxikologie 1
Inhaltsverzeichnis
1.1 Einführung .............................................................. 1
1.2 Wichtige Begriffe ......................................................... 2
1.3 Beispiele für die Herkunft von Giftstoffen ..................................... 3
1.4 Aufgaben, Inhalte und Ziele der Toxikologie ................................... 4
Quellen und weiterführende Literatur .............................................. 9
1.1 Einführung
Die Toxikologie beschreibt die Wechselwirkungen körperfremder Substanzen mit
körpereigenen Strukturen. Im Gegensatz zur Pharmakologie befasst sich die Toxiko-
logie hierbei mit den schädigenden Wirkungen von Substanzen auf den Organismus,
ist also die Lehre von den Giften. Der Begriff „Toxikologie“ leitet sich von toxikon
(gr. Pfeilgift) ab, denn bereits in der Antike wurden Pfeilspitzen mit Giftstoffen aus der
Natur (z. B. Pflanzengifte) präpariert, um Beutetiere bei der Jagd oder Feinde in Kriegs-
handlungen zu schwächen bzw. zu töten. Noch heute präparieren Einwohner bestimmter
Regionen Südamerikas ihre Jagdpfeile mit natürlich vorkommenden Giftstoffen, z. B.
aus der Haut von Fröschen, um Beutetiere zu erlegen.
Dies zeigt, dass den Menschen bereits in sehr früher Zeit die Wirkungen toxischer
Substanzen bekannt waren. Es wurde ihnen deutlich, dass bestimmte Substanzen zu
schweren Vergiftungen und eventuell zum Tod führen, wenn diese in bestimmten
Mengen in den Körper aufgenommen werden. Andererseits hat man erkannt, dass die
gleichen Substanzen in geringerer Menge eventuell sogar als Heilmittel gegen bestimmte
Krankheiten eingesetzt werden können oder als Rauschmittel dienen. Giftstoffe stellen
also unter bestimmten Voraussetzungen Pharmaka dar – und umgekehrt.
© Springer-Verlag GmbH Deutschland, ein Teil von Springer Nature 2022 1
H. Barth et al., Toxikologie für Einsteiger, https://doi.org/10.1007/978-3-662-61540-9_1
2 1 Grundlagen der Toxikologie
Was macht nun aber eine Substanz zum Gift?
Zunächst natürlich der Mechanismus, über welchen diese Substanz im Körper wirkt.
Dabei ist i. d. R. eine Schädigung der Zellen in einem bestimmten Organ oder Gewebe
die Ursache für die meist charakteristischen Krankheitsanzeichen (Symptome). Diese
Zellschädigung kann je nach Giftstoff entweder unspezifisch oder spezifisch sein, was
durch den molekularen Wirkmechanismus der jeweiligen Substanz bestimmt wird.
Detergenzien wirken beispielsweise unspezifisch, indem sie Zellmembranen schädigen.
Wenn aber beispielsweise Kohlenstoffmonoxid die Bindungsstelle für Sauerstoff in den
roten Blutzellen (Erythrozyten) blockiert und dadurch den Sauerstofftransport in die
Organe vermindert oder der Giftstoff des grünen Knollenblätterpilzes sehr spezifisch ein
essentielles Enzym der Proteinbiosynthese in Zellen hemmt, wodurch die Zelle wegen
Proteinmangel stirbt, dann sind diese molekularen Wirkmechanismen sehr spezifisch und
erklären eindeutig die daraus resultierenden klinischen Symptome der jeweiligen Ver-
giftung. Hier wird sofort klar, dass es sich auf Grund der molekularen Wirkmechanismen
um Giftstoffe handelt, die zu einer Vergiftung führen, sobald sie an ihren Wirkort im
Körper gelangen. Damit dies geschieht, muss der Mensch gegenüber den Giftstoffen
exponiert sein, d. h., er muss in einen solchen Kontakt mit ihnen kommen, der eine
Wirkung ermöglicht. Dieses „Ausgesetztsein“ gegenüber Giftstoffen, das überhaupt erst
zu einer Giftwirkung führen kann, bezeichnet man als Exposition.
Schließlich bestimmt die in den Körper aufgenommene Menge (Dosis) neben
weiteren Faktoren wie dem Wirkmechanismus und der Exposition, ob eine Substanz
als Arznei- oder Giftstoff wirkt. Diese wichtige Erkenntnis wurde bereits im 16. Jahr-
hundert von dem Arzt und Alchemisten Paracelsus formuliert: „Alle Ding sind Gift und
nichts ohn’ Gift. Allein die Dosis macht, dass ein Ding kein Gift ist.“
 Merke Wirkmechanismus, Dosis und Exposition bestimmen neben Grund-
erkrankungen Alter etc. der Menschen, ob es durch eine bestimmte Substanz
zu einer Vergiftung kommt und diese somit als ein „Gift“ wirkt.
1.2 Wichtige Begriffe
Unter einer Dosis (D) versteht man in der Toxikologie und Pharmakologie die Menge
einer Substanz, die in einem bestimmten Zeitraum auf den Körper einwirkt. Dies kann
beispielsweise die aufgenommene Menge eines bestimmten Toxins nach einmaligem
Verzehr eines Giftpilzes sein, oder die Menge eines Pflanzenschutzmittels, welches ein
Gärtner oder Landwirt während seines Arbeitstages in seinen Körper aufnimmt.
 Merke Die Dimension der Dosis ist das Gramm (g), wobei die Dosis häufig
auf das Körpergewicht (KG) bezogen und als g/kg KG angegeben wird. Die
Dosis ist also stets eine quantitative Angabe.