Atemgifte

• Partikel

• belebte Luftverunreinigung

• anorganische Gase

• organische Verbindungen

-> gelöst in Aerosolen oder auf Partikel

• Quecksilber

• Arsen

• Cadmium

• Blei

• Schwebestaub

• Asbest

• Pollen

• Parasiten

• Viren

• Pilze

• Bakterien

• Ozon

• Kohlenstoffmonoxid

• Stickoxide

• Schwefeldioxid

• Benzol

• Dioxine

• PCP

• PCB

• FCKW

• PER

• Oxidanzien

• PAK

• chemischen Eigenschaften der Gase und Partikel

• Partikelgröße

• Funktionsfähigkeit der Lungenreinigungsmechanismen

• bei höherer körperlicher Belastung

• bei Risikogruppen: Asthmatiker, Kinder, alte Menschen

• terminale Bronchiolen

• respiratorische Bronchiolen

• Alveolargänge und Alveolen

Flimmerepithel: Schutzfunktion durch Flimmerhärchen und Schleimproduktion in den Bronchien

• 100 Mikrogramm Nasen-Racheraum

• 10 Mikrogramm Trachea-Bronchien (Trachea = Luftröhre)

• 1 Mikrogramm Bronchiolen, Alveolen

• Nebenstromrauch (entsteht in den Zugpausen)

• Diffusionsstrom

• Glimmstrom

• Hauptstromrauch (entsteht während des Zuges und wird inhaliert)

Tabakrauch in der Umwelt: besteht aus ca. 85% Nebenstrom und 15% Hauptstrom

• Patient, der in einem Feuer war.

• Das schwarze Material im Lumen der Atemwege ist eingeatmeter Feinstaub aus dem Rauch

• Auch dieser Patient entwickelte ein Atemnotsyndrom bei Erwachsenen

• Rußablagerungen in den Alveolen = kein Sauerstofftransport

Gemüsepartikel bei einem Koch

• Mechanischer Abtransport

• Exhalation

• Mukozilliäre Clearance

  • koordinierte Bewegung des Flimmerepithels Richtung Rachen

  • Schleim reinigt die Lunge: Fremdstoff wird nach außen transportiert und dann runtergeschluckt in den Magen

• Ausscheidung über Urin, Faeces, Schweiß

• Phagozytose durch Makrophagen

• Auflösung, Resorption, Abtransport über den Blutkreislauf, Ablagerung in anderen Organen (z.B. Cadmium in der Niere; Blei im Knochen)

• Die kantige Form der Partikel, ihre Lichtdurchlässigkeit und gold- bis dunkelbraune Farbe sind charakteristisch für Steinkohlenstaub

  • Diese Merkmale unterscheiden die Partikel von kohlenstoffhaltigen Verbrennungsprodukten

• Makrophage mit Steinkohlenstaub kann platzen, wenn zu viele platzen -> Lungenentzündung

• Eine Silikose ist eine Staublungenerkrankung, bei der Betroffene Quarzstaub einatmen, der sich dann in der Lunge absetzt

• Bei Betroffenen vernarbt das Lungengewebe und im schlimmsten Fall kann sich Lungenkrebs entwickeln

• bei Bergarbeitern

• Die Diagnose einer Silikose kann nicht allein aufgrund der Histopathologie der Lymphknoten gestellt werden

• T-Helferzelle 1

• T-Helferzelle 2

• Granulozyt (neutrophil) -> Sauerstoffradikale, lytische Enzyme

• B-Uellen -> Plasmazellen

• Makrophagen sind zentrale Immunzellen in der Lunge, die für Infektionsabwehr, Geweberegeneration und Entzündungsregulation verantwortlich sind

• Befinden sich frei in den Alveolen und sitzen auf der Alveolaroberfläche

• Hauptaufgabe: Phagozytose von Fremdstoffen, Pathogenen, abgestorbenen Zellen und Staubpartikeln

Entsprechend ihrer Wirkungsweise werden Gifte in der Atemluft in zwei Gruppen eingeteilt:

1. Lokal schädigende Gifte: Reizgase

2. Systemisch wirkende Gifte

• Reizgase

• diese Stoffe schädigen die Atemwege und können ein toxisches Lungenädem verursachen

• z.B. Formaldehyd, Ozon, Schwefeldioxid

• Diese Stoffe führen zum Ersticken durch Sauerstoffmangel in den Geweben und zu zentralem Atemversagen

• z.B. Kohlenmonoxid, Blausäure (HCN)

• Angriffsorte: Auge, Larynx, Trachea

• Stoffe: Ammoniak, Chlorwasserstoff, Formaldehyd, Dischwefeldichlorid, Acrolein, Fluor (Halogen)

• Verätzung der oberen Epithelschichten, Entzündungen, Narbenbildungen, Kehlkopf: Stimmritzenkrampf, Glottisödem

• Angriffsorte: Bronchien, Bronchiolen

• Stoffe: Schwefeldioxid, Chlor, Brom

• Schleimabsonderung, Hustenreiz, Bronchokonstriktion, -spasmus, Bronchitis, Peribronchitis, Bronchopneumonie

• Angriffsorte: Bronchiolen, Alveolen, Kapillaren

• Stoffe: Ozon, Stickstoffdioxid, Carbonylchlorid, Cadmiumoxid

• Übertritt durch die Alveolen an die Kapillarwand, Schädigung der Kapillaren, Ablauf der Ereignisse bis zum Lungenödem

• Elimination durch Exhalation (Kohlenstoffdioxid) und Urin

• Resorption: Lunge (99%), Gastrointestinaltrakt und Haut

• ZNS-Störung

• Schleimhautreizung

• Atemwegserkrankungen

• Asthmaanfälle

• kanzerogen

• Hautsensibilisierungen

• Lungenödem, Pneumonie (35 mg/m^3)

• Atmungsstörungen und Brennen in Nase, Kehle (15 mg/m^3)

• Unbehagen, Tränenfluss (5 mg/m^3)

• Schleimhautreizungen, Haut, Nase (1 mg/m^3)

• Allergische Erscheinung

• entsteht bei Verbrennungsprozessen aus Schwefel und Sauerstoff (Kohle, Holzöl)

• bildet mit Stickstoffmonoxid oder Hydroxyl-(OH-)Radikalen und Sauerstoff in Wasser Schwefelsäure (H2SO4)

• löst sich nach Inhalation schnell in den Schleimhautoberflächen

• empfindliche Personen (Astmatiker) zeigen schon ab 2 mg/m^3 Bronchokonstriktionen

• während Smogperiode: hohe Konzentrationen von Schwefeldioxid und Rauch in der Luft und deutlich mehr Todesfälle als sonst (wahrscheinlich viele Asthmatiker)

• Reizung der Atemwege

• Bronchokonstriktion -> Asthmaanfall

• Bronchitis, Asthma

• Erhöhung des Atemwegwiderstandes

• Entfernung von der Schwefeldioxidquelle

• ABC-Regel: Atemwege freilegen, Beatmung, Circualtion (Herzmassage, Blutkreislauf muss in Gang kommen)

• bei hohen Konzentrationen über 500 Mikrogramm/m^3

• kanzerogen

• Erhöhte Infektionsgefahr

• verringerte Ziliarfunktion = verringerte Clearance = Infektion erleichtert

• Lungenemphysen

• Hyperplasie der Alveolarzellen

• 200-500 Mikrogramm/m^3:

  • Schädigung Binde-/schleimhäute

  • Augen-, Nasen-, Rachenreizungen

  • Dyspnoe

  • geringere körperliche Leistungsfähigkeit

  • Zyanose (niedrige Sauerstoffsättigung)

• 100-200 Mikrogramm/m^3: Verschlechterung Lungenfunktionparameter

• 40-100 Mikrogramm/^3: Geruchsschwelle

• Mittag ist die Ozonkonzentration am höchsten, wegen starker Sonnenstrahlen

• Leistungssportler sollen morgens oder abends trainieren, um die Lunge nicht zu schädigen

• chronisch: funktionelle Störung der Lungenfunktion

• akut: Reizung der Atemwege, toxisches Lungenödem

• Glucocorticoid-Sprays

• Cortison intravenös

2 NO + Sauerstoff -> 2 NO2 = Nitrose Gase (NOx)

bei niedrigen Konzentrationen sehr langsam

Stickstoffdioxid ist ein starkes Oxidationsmittel und kann Doppel- oder Dreifachbindungen in organischen Molekülen angreifen

1. Addition an Doppelbindungen: Stickstoffdioxid kann elektrophil an Alkene addieren und zu Nitro-Verbindungen führen

1. Abstraktion

2. Propagation von Sauerstoff

3. Peroxidbildung

• 17% Arachidonsäure (C20: 4n-6)

• 10% Linolsäure (C18: 2n-6)

• 5% Linolensäure (C18: 3n-3)

• 5% Dokosahexaensäure (C22: 6n-3)

-> Schädigung und Bruch der Doppelbindungen durch Stickstoffdioxid -> Löcher in Membranen

• Die Flüssigkeitsbilanz in der Lunge ist entscheidend für den Gasaustausch und die normale Lungenfunktion

• Sie wird durch ein empfindliches Gleichgewicht zwischen Flüssigkeitsfiltration, -resorption und -drainage reguliert

• Ein Ungleichgewicht kann zu Lungenödem oder Austrocknung der Alveolen führen

Wenn die Filtration überwiegt oder die Drainage gestört ist, kann sich Flüssigkeit im Interstitium oder in den Alveolen ansammeln:

• Hydrostatisches Lungenödem

  • Erhöhter Kapillardruck → mehr Filtration

• Permeabilitätsbedingtes Lungenödem

  • Erhöhte Kapillarpermeabilität → Proteine und Wasser treten aus

• Lymphatische Drainage gestört

• Lymphgefäße transportieren die überschüssige Flüssigkeit aus dem Interstitium ab

• Dies verhindert eine übermäßige Flüssigkeitsansammlung

• Epithelzellen der Alveolen haben Na+-Kanäle, die aktiv Na+ ins Interstitium transportieren

• Wasser folgt osmotisch über Aquaporine, wodurch die Alveolen trocken bleiben

• Das Lymphknotennetzwerk ist ein zentraler Bestandteil des lymphatischen Systems und dient der Filterung der Lymphe, der Immunüberwachung und der Flüssigkeitshomöostase

• Lymphknoten sind entlang der Lymphgefäße verteilt und vernetzen sich zu einem hochorganisierten System, das mit dem Blutkreislauf interagiert

• Hauptlymphbahn: Ductus thoracicus

• Die Alveolen sind die kleinsten funktionellen Einheiten der Lunge und der Hauptort des Gasaustauschs

• Sie ermöglichen den Übertritt von Sauerstoff (O₂) in das Blut und die Abgabe von Kohlendioxid (CO₂) in die Ausatemluft

• Die Lunge enthält 300–500 Millionen Alveolen mit einer Gesamtoberfläche von ~100 m² (Tennisplatzgröße!).

• Sie sind traubenförmig angeordnet und von einem dichten Kapillarnetz umgeben.

• Die Alveolen sind von einer dünnen Epithelzellschicht (0,2–0,6 μm dick) umgeben, die den Gasaustausch erleichtert.

1. Stickstoffdioxid tritt durch die Alveolardeckzellen

2. Stickstoffdioxid reagiert mit ungesättigten Lipiden

3. Exsudative Entzündung der Kapillarwand

4. Erhöhte Permeabilität der Kapillarwand

5. Plasma tritt in den Zwischenzellraum über

6. Anschwellen des Alveolarepithels

7. Verlängerung der Diffusionsstrecke über Lymphspalten

8. Dann Flüssigkeitsrückstau und zunehmende Kapillarerweiterung

9. Sauerstoffmangel und Kohlenstoffdioxid-Überschuss: Azidose und verstärkter Atemantrieb

10. Übertritt von Ödemflüssigkeit in die Alveolen

• Stufe 1: Die Lungenzellen kommen mit dem krebserregenden Giftstoff, z.B. Tabak oder Asbest, in Kontakt

• Stufe 2: Der krebserregende Giftstoff (= Karzinogen) schädigt das Ergbut der Lungenzellen

• Stufe 3: Die geschädigten Zellen entarten. DIes ist auch noch nach einer Ruhephase (Latenzzeit) von bis zu 30 Jahre möglich

• ein potentes Gift (mehr tödliche Vergiftungsfälle pro Jahr als durch Opiate, Gase und Dämpfe, Psychopharmaka …)

• Kohlenmonoxid in Verbrennungsabgasen: Industriegas, Hochhofengas, Autoabgase, Leuchtgas, Tabakrauch, Brand-Swchelgase

Kohlenmonoxid (CO) bindet 300-mal stärker an Hämoglobin als Sauerstoff

• Die Belegung der 4 im Hämoglobin enthaltenen Fe2+-Zentralatome des Häms mit Sauerstoff bzw. Kohlenmonoxid erfolgt nicht unabhängig voneinander

• je mehr Fe2+-Zentralatome mit Kohlenmonoxid beladen sind, desto schwerer wird Sauerstoff abgegeben

• CO stabilisiert die R-Form (hochaffin) von Hämoglobin, sodass die verbleibenden O₂-Moleküle fester gebunden bleiben.

• Dies führt zu einer Linksverschiebung der Kurve, d. h. O₂ wird schwerer an das Gewebe abgegeben, selbst bei Sauerstoffmangel.

• Folge: Gewebehypoxie trotz normalem Sauerstoffpartialdruck im Blut

• Leistungschwäche

• niedrigere Urteilskraft

• Bewusstseinsverlust (40% CO-Hb im Blut)

• Kreislaufkollaps

• Lähmungen

• Tod in <10 min (70% CO-Hb im Blut)

• Bewusstlosigkeit

• Hirnödem

• neurologische Symptome

• tonisch-klonische Krampfanfälle

Alle akuten Symptome sind durch Sauerstoffmangel und Kohlenstoffdioxid-Anreicherung im Gewebe erklärbar

1. Frischluft

2. 100% Sauerstoff

3. 95% Sauerstoff + 5% Kohlenstoffdioxid

4. Sauerstoff-Überdruck bei 3 bar sind 4 Vol% Sauerstoff im Plasma gelöst -> ausreichende Versorgung aller Gewebe einschließlich des Gehirns

• Cyanide: jährliche Produktionsmenge > 1 Millionen

• Kaliumcyanid, Natriumcyanid: technische Bedeutung

  • Produktion von Nylon, Plexiglas und andere organische Synthesen

  • Goldgewinnung

  • Metallhärtung

  • galvanische Bäder

  • zur Vergoldung und Versilberung

• Cyanwasserstoff bzw. Blausäure:

  • wirksamstes Entwesungsmittel

  • in Schiffen, Wohnungen und Speichern

  • Aromastoffe

todliche Dosis (inhalative oder orale Aufnahme):

• 40 bis 200 mg

• oder ein Teelöffel 2%ige Lösung

• 1 mg HCN/kg (diese Menge ist in ca. 50 Bittermandeln oder 50 g Bittermandelwasser enthalten)

• Entstehung in der Metallhärtung und bei unvollständiger Verbrennung von Kunststoffen, Wolle und Seide

• wird rasch über die Lunge resorbiert

• Rachenreizung

• Rotfärbung der Haut/Schleimhäute

• Störungen der Erregungsleitung

• Atemnot

• Atemlähmung

• Krämpfe

• Schädigung des zentralen und peripheren Nervensystems

• Eine Cyanidvergiftung ist extrem gefährlich, da Cyanid (CN⁻) das Enzym Cytochrom-c-Oxidase in den Mitochondrien blockiert

• Dadurch wird die Zellatmung gehemmt, und der Körper kann keinen Sauerstoff mehr nutzen – trotz normalem Sauerstoffangebot im Blut

• Dies führt zu einer inneren Erstickung (histotoxische Hypoxie)

• Sauerstoff ist vorhanden aber es wird kein ATP produziert -> Rotfärbung der Schleimhäute

• Therapie mit: 4-Dimethylaminophenol (4-DMAP) und Natriumthiosulfat

Methämoglobinbildner (z. B. 4-DMAP)

• Mechanismus:

  • Fördert die Bildung von Methämoglobin (MetHb) aus Hämoglobin.

  • Cyanid hat eine hohe Affinität zu Methämoglobin und bindet daran, wodurch die Cytochrom-c-Oxidase entlastet wird.

• Wirkstoffe:

  • 4-Dimethylaminophenol (4-DMAP) (i. v.) – schnell wirksam, aber kann selbst toxisch sein.

Thiosulfat-Therapie (Natriumthiosulfat)

• Mechanismus:

  • Fördert die Umwandlung von Cyanid zu Thiocyanat (SCN⁻) durch das Enzym Rhodanase

  • Thiocyanat ist wasserlöslich und wird über die Nieren ausgeschieden

• Wirkstoff: Natriumthiosulfat (i. v.)

• Vorteil: Gut verträglich, aber langsame Wirkung

-> Natriumthiosulfat i.v. flutet zu langsam intrazellular an, deshalb zuerst: Umverteilung des Cyanids von der Atmungskette zu Methhämoglobin