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Gefahren für die Gesundheit

Nach: "Sicheres Arbeiten in Chemischen Laboratorien", Einführung für Studenten, erstellt von der Gesellschaft Deutscher Chemiker, herausgegeben vom Bundesverband der Unfallversicherungsträger, 1996.

Chemische Substanzen können auf den menschlichen Organismus aufgrund ihrer akuten und chronischen Toxizität sowie ihrer ätzenden, reizenden, sensibilisierenden, krebserzeugenden, erbgutverändernden und fortpflanzungsgefährdenden Eigenschaften gesundheitsschädigend wirken. Alle diese Faktoren werden bei der Festsetzung der Einstufung und Kennzeichnung eines Stoffes berücksichtigt. Der Anhang I der Gefahrstoffverordnung enthält hierzu umfangreiche Bestimmungen, nach welchen Kriterien ein bestimmter Stoff einzustufen und zu kennzeichnen ist.

Ein wichtiger Parameter für die Beurteilung der akuten Toxizität eines Stoffes stellen die aus Tierversuchen ermittelten LD₅₀-Werte dar. Der LD₅₀-Wert beschreibt die letale Dosis in mg Substanz pro kg Körpergewicht, bei der nach einmaliger Aufnahme innerhalb von 14 Tagen 50 % der Versuchstiere sterben. Dabei ist je nach den Versuchsbedingungen zu unterscheiden zwischen LD₅₀ oral bei Aufnahme über den Verdauungstrakt und LD₅₀ dermal bei Aufnahme über die Haut. Neben der letalen Dosis LD₅₀ wird zur Beschreibung der akuten Toxizität eines Stoffes auch eine letale Konzentration LC₅₀ inhalativ bestimmt. LC₅₀ inhalativ beschreibt diejenige Luftkonzentration eines Gefahrstoffs in mg / l, bei der nach einer vierstündigen Exposition innerhalb von 14 Tagen 50 % der Versuchstiere sterben.

Entsprechend der Gefahrstoffverordnung erfolgt die Einstufung eines chemischen Arbeitsstoffes unter dem Gesichtspunkt der akuten Toxizität nach folgenden Kriterien.

Vergiftungen können einen plötzlichen oder einen schleichenden Verlauf haben (akute oder chronische Vergiftung). Biese Begriffe werden jedoch auch zur Unterscheidung zwischen einer einmaligen und einer langdauernden Einwirkung von Schadstoffen verwandt. Im allgemeinen führen hohe Einzeldosen bzw. -konzentrationen zu akuten Vergiftungen, während chronische Vergiftungen durch wiederholte geringe Dosen entstehen, die jede für sich nur eine schwache Wirkung haben. Zwischen dem Zeitpunkt der Einwirkung und dem Auftreten erkennbarer Gesundheitsschäden besteht eine unterschiedlich lange Latenzzeit (Sekunden bis Jahrzehnte). Die chronische Intoxikation kann darauf beruhen, daß sich der Schadstoff im Körper anreichert (wie z. B. bei chronischen Schwermetallverbindungen). Ein wichtiger Begriff ist die Halbwertzeit für einen Fremdstoff im Körper. Dieser Wert gibt an, nach welcher Zeit die Hälfte der aufgenommenen Dosis wieder aus dem Körper entfernt ist. Chronische Exposition gegenüber kleinen Dosen kann jedoch auch ohne Anreicherung des Stoffes zu einer Schädigung führen. In diesem Falle summieren sich die Effekte der Einzeldosen (Wirkungsakkumulation). Die Dosis eines gefährlichen Stoffes, unterhalb derer auch bei langfristiger Einwirkung keine toxische Wirkung auftritt, bezeichnet man als Schwellenwert. Die Existenz von Schwellenwerten läßt sich durch zwei verschiedene Mechanismen erklären: Erstens kann die Geschwindigkeit der Elimination größer sein als die der Aufnahme, oder zweitens können zelluläre Schäden schneller zurückgebildet werden, als sie entstehen.

Für die Einschätzung der toxischen Wirkung einer Verbindung, die in den meisten Fällen von der Konzentration des Stoffes am Wirkort abhängt, muß man das Schicksal des Schadstoffes im Organismus kennen. Die Wechselwirkung zwischen Giftstoff und Organismus läßt sich in folgende Abschnitte einteilen:

• Exposition und Aufnahme
• Verteilung im Organismus
• Umsetzung der aufgenommenen Verbindung im Stoffwechsel (Metabolismus)
• Elimination dieser Stoffe

Als Faustregel gilt, daß die Gesundheitsschädigung durch das Produkt aus Toxizität und aufgenommener Dosis bestimmt wird. Die Aufnahme kann inhalativ über die Lunge (Atemgifte), oral über den Magen-Darmtrakt oder dermal über die Haut und die Schleimhäute erfolgen. Inhalation ist die wichtigste Einwirkungsform, durch die toxische Stoffe in den Körper gelangen können. Die orale Inkorporation und die Resorption über die Haut lassen sich leichter vermeiden.

Von den lokalen Wirkungen, die am Ort der Entsteheung entstehen, unterscheidet man die resorptiven Wirkungen, die darauf beruhen, daß die Substanzen mit dem Blutkreislauf im Körper verteilt werden und zu den betroffenen Organen gelangen. Die lokalen Wirkungen, wie z.B. Verätzen der Haut oder Schleimhäute mit Säuren oder Laugen sind, sobald sie zur Zellzerstörung geführt haben, nicht mehr reversibel. Dagegen sind die resorptiven Wirkungen meistens reversibel, wenn rechtzeitig Gegenmaßnahmen ergriffen werden. Aus dem Blut werden Stoffe durch unterschiedliche Mechanismen in die Organe überführt. Ungeladene Moleküle können durch die Zellmembran diffundieren, andere Moleküle benutzen spezifische Carrier. Chlorierte Kohlenwasserstoffe, die eine narkotische Wirkung haben, gelangen durch Diffusion ins Gehirn. Hohe Löslichkeit erhöht die Aufnahme und vermindert die Elimination aus dem lipidreichen Gewebe. Dagegen ist die Akkumulation von Quecksilber ein stoffwechselabhängiger Transport. Leber und Niere haben eine große Kapazität toxische Stoffe zu akkumulieren. Sie sind auch die wichtigsten Organe für die Umwandlung und Ausscheidung der Verbindungen.

Die meisten organischen Verbindungen werden nicht unverändert ausgeschieden. Durch den Angriff zellulärer Enzyme werden sie chemisch verändert. Das Ergebnis der Stoffwechselreaktionen sind im allgemeinen Verbindungen, die leichter ausgeschieden werden können (Entgiftung). Die metabolische Umwandlung kann jedoch auch zu toxischeren Verbindungen als den Ausgangsstoffen führen.

• Anilin wird z.B. zu Phenylhydroxylamin oxydiert, bei dessen weiterer Umsetzung zu Nitrosobenzol Methämoglobin gebildet wird.
• Schwefelkohlenstoff reagiert mit Aminogruppen in Peptiden zu Dithiocarbamat-Verbindungen, die metallkomplexierend wirken und u.a. den Spurenelement-Haushalt stören.
• Aus Tetrachlorkohlenstoff entstehen reaktive freie Radikale, die wenigstens zum Teil für einen leberschädigenden Effekt verantwortlich sind.
• Der Abbau von Methanol verläuft über die Bildung von Formaldehyd zur Ameisensäure, die schließlich zur Erblindung führt.

Unter Elimination versteht man die Entfernung des Giftes aus dem Körper durch Metabolismus, Speicherung in Form indifferenter Verbindungen und Ausscheidung. Allgemein kann man sagen, daß alle Stoffe, die als Gas oder Dampf eingeatmet werden, durch Ausatmen abgegeben werden können. Für die Ausscheidung über den Darm ist die Leber die wichtigste Quelle. Die Ausscheidung über die Niere hängt ab von der Filtrationsfähigkeit des Stoffes und den Möglichkeiten der tubulären Zellen, den Stoff zu akkumulieren oder zu sezernieren. Komplexbildner können die Ausscheidung erhöhen, wenn sie mit Proteinen um die Bindung des Stoffes konkurrieren. So kann die Ausscheidung von Schwermetallen durch Gabe von Komplexbildnern erhöht werden, wie z.B. die Ausscheidung von anorganischem Quecksilber durch BAL (2,3-Dimercapto-1-propanol) oder von Blei durch EDTA (Äthylendiamintetraacetat).

• Ätz- und Reizgase reizen die Haut und die Schleimhäute, besonders der Atemwege und der Augen. Ihr Auftreten macht sich daher durch Hustenreiz, Stechen in Nase und Rachen sowie Brennen und Tränen der Augen bemerkbar. Bei bestimmten Gasen können aber die ersten Anzeichen einer Vergiftung sehr schwach sein, und es kann dennoch nach mehreren Stunden zu einer Schädigung der Lunge kommen (Lungenödem), die tötlich verlaufen kann. Zum Beispiel können schon wenige Atemzüge konzentrierter nitroser Gase ein Lungenödem auslösen.

• Chlorwasserstoff und Fluorwasserstoff wirken als starke Reizstoffe auf die oberen Atemwege, am Auge können Entzündungen der Bindehaut und Hornhautschädigungen hervorgerufen werden.

• Das farblose Schwefeldioxyd ist an seinem stechenden Geruch erkennbar. Es reizt die Schleimhäute und führt in höheren Konzentrationen zu Atembeschwerden, unter Umständen zu Lungenentzündung und Bewußtseinsstörungen.

• Die Dämpfe von Brom und Chlor sind wesentlich schwerer als Luft und sammeln sich daher am Boden an, wo sie sich längere Zeit halten können. Bei Einatmung rufen sie Husten, Atemnot und Erstickungserscheinungen hervor.

• Höhere Konzentrationen von Ammoniak können zu Erstickungserscheinungen und unter raschem Bewußtseinsverlust zum Tode führen.

• Formaldehyd verursacht allergische Erkrankungen der Haut und besitzt eine auffallend starke Reizwirkung auf Augenschleimhäute und obere Atemwege.

• Kohlenmonoxyd ist in reinem Zustand geschmacks- und farblos und daher nicht selbstwarnend. Es verbindet sich etwa 300 mal stärker als Sauerstoff mit dem Blutfarbstoff Hämoglobin und unterbindet dadurch die Sauerstoffversorgung des Organismus. Bereits bei längerer Einwirkung von Konzentrationen oberhalb 0,01 Vol.-% kommt es zu Kopfschmerzen, ab 0,2 Vol.-% können tiefe Bewußtlosigkeit, Verringerung der Pulsfrequenz und schließlich der Tod eintreten.

• Ein starkes Nervengift ist der Schwefelwasserstoff, dessen charakteristischer Geruch bei höheren Konzentrationen nicht mehr wahrnehmbar ist. Er reizt die Atemorgane. Höhere Konzentrationen können Bewußtlosigkeit und schließlich den Tod durch Atemlähmung auslösen.

• Blausäure (Cyanwasserstoff) wird aus ihren Salzen leicht durch Säuren freigesetzt. Außer über die Atemwege kann sie durch die Haut aufgenommen werden. Sie hemmt die Zellatmung durch Enzymblockierung. Schon geringe Mengen (ca. 1 mg / kg) wirken tötlich.

• Erstickende Gase: Gasförmiger Stickstoff wird in der Laboratoriumspraxis in erster Linie als Schutzgas, flüssiger Stickstoff als Kältemittel verwendet. Eine Atmosphäre, in welcher durch Zutritt von Stickstoff der Sauerstoffgehalt unter die normale Konzentration vermindert ist, kann durch Sinnesempfindungen nicht von normaler Luft unterschieden werden. Bei iher Einatmung wird jedoch der Organismus, insbesondere das empfindliche Gehirn, nicht mehr ausreichend mit Sauerstoff versorgt. Bei einer Sauerstoffkonzentration von unter 12 Vol.-% besteht akute Lebensgefahr, bei einer Konzentration zwischen 12 und 15 Vol.-% Sauerstoff zumindest eine Beeinträchtigung des Leistungsvermögens.

• Säuren und Laugen: Konzentrierte Säuren und Laugen verursachen Verätzungen der Haut und der Schleimhäute, die je nach der Konzentration der Stoffe und der Zeitdauer der Einwirkung von einer oberflächlichen Reizung bis zu einer tiefgreifenbden Zerstörung der Haut und der darunterliegenden Gewebe führen können. Besonders gefährdet sind die Augen und die Luftwege. Laugen verursachen häufig schwerere Schäden als Säuren.

• Fast alle organischen Lösungsmittel, auch solche, die keine spezifischen Giftwirkungen haben, wie z. B. Diäthyläther, Aceton, Essigsäureäthylester u.a. wirken bei Einatmung in geringen Mengen berauschend, in größeren Konzentrationen (einige Vol.-%) narkotisierend. Bei länger andauernder Einwirkung von höheren Konzentrationen droht Lebensgefahr durch Atemlähmung. Chlorkohlenwasserstoffe können darüberhinaus Leber- und Nierenschäden sowie Kreislaufstörungen hervorrufen.

• Eingeatmete Stäube wirken als Fremdkörper und führen daher stets zu einer Reizung der Atmungsorgane. Als besonders gefährlich haben sich dabei die biobeständigen Mineralien Quarz und Asbest erwiesen. Sie können bei chronischer Einwirkung zu schweren Erkrankungen der Lunge führen. Voraussetzung dafür ist, daß die Stäube in genügend feinverteilter Form vorliegen, um mit der Atemluft in die Lunge zu gelangen. Asbestmineralien liegen faserförmig vor. Bei Durchmessern von unter 3 µm können sie durch Einatmung in der Lunge eingelagert weren und von dort aus zu anderen Körpergeweben weiterwandern. Sie können auch noch nach einer Latenzzeit von 20 und mehr Jahren zu Lungenkrebs und Krebserkrankungen des Rippen- Bauchfells führen.

Zur Vorbeugung gegen die Giftwirkung von Stoffen, die über die Atemwege aufgenommen werden können, ist es wichtig, diejenigen Konzentrationen in der Atemluft zu kennen, bei denen aufgrund jahrzehntelanger Erfahrungen auch bei längerer Einwirkung keine Gesundheitsgefährdung besteht. Dies sind die "Maximalen Arbeitsplatzkonzentrationen" (MAK-Werte). Der MAK-Wert ist die höchstzulässige Konzentration eines Arbeitsstoffes als Gas, Dampf oder Schwebstoff in der Luft, die auch bei wiederholter und langfristiger, in der Regel täglich achtstündiger Exposition im allgemeinen die Gesundheit der Beschäftigten nicht beeinträchtigt. MAK-Werte werden für gesunde Personen im erwerbsfähigen Alter aufgestellt. Sie werden nach Votum des Ausschusses für Gefahrstoffe (AGS) vom Bundesministerium für Arbeit und Sozialordnung im Bundesarbeitsblatt in der TRGS 900 "Grenzwerte in der Luft am Arbeitsplatz" bekanntgegeben und sind damit rechtsverbindlich.

Besondere Vorsicht erfordert der Umgang mit krebserzeugenden (kanzerogenen), erbgutverändernden (mutagenen) und fortpflanzungsgefährdenden (reproduktionstoxischen) Stoffen. Diese Stoffe können bereits in sehr niedrigen Dosen irreversible und kumulative Schäden der Gesundheit hervorrufen.

• Erbgutverändernde Stoffe können durch Veränderungen des genetischen Materials von Keimzellen vererbbare genetische Schäden, krebserzeugende Stoffe durch Veränderung des genetischen Materials von Körperzellen Tumore hervorrufen. Das Besondere der krebserzeugenden Stoffe ist, daß in der Regel eine lange Latenzzeit (Jahre oder Jahrzehnte) zwischen der Exposition und dem Auftreten einer Krebserkrankung besteht.

• Die fortpflanzungsgefährdenden Stoffe unterteilen sich einerseits in fruchtschädigende Stoffe, die nicht vererbbare Schäden (Mißbildungen) am Embryo verursachen können und andererseits in Stoffe, die die männliche oder weibliche Fortpflanzungsfunktion oder -faähigkeit (Fruchtbarkeit) beeinträchtigen können.

Wegen der besonderen Gefahren, die von krebserzeugenden, erbgutverändernden und fortpflanzungsgefährdenden Stoffen ausgehen sind eine Reihe sowohl allgemeiner als auch spezieller Beschäftigungsbeschränkungen und -verbote zu beachten. So dürfen beispielsweise werdende Mütter während der Schwangerschaft nicht derartigen Substanzen ausgesetzt werden.

Listen derjenigen Stoffe, die nach gesicherten wissenschaftlichen Erkenntnissen als krebserzeugend, erbgutverändernd oder fortpflanzungsgefährdend einzustufen sind, werden vom Ausschuß für Gefahrstoffe verabschiedet und vom Bundesministerium für Arbeit und Sozialordnung in der TRGS 905 "Verzeichnis krebserzeugender, erbgutverändernder oder fortpflanzungsgefährdender Stoffe" im Bundesarbeitsblatt bekanntgegeben.