DGUV Information 213-026 - Sicherheit und Gesundheit im chemischen Hochschulpraktikum Grundwissen für Studierende

Das Fachgebiet Toxikologie ("Giftkunde") befasst sich mit den gesundheitlichen Auswirkungen von Giftstoffen auf Organismen. Aufgabe der Toxikologie ist es, Zusammenhänge zwischen der Belastung durch Giftstoffe und den dadurch verursachten Schadwirkungen zu erkennen, Wirkmechanismen aufzuklären und idealer Weise auch mögliche Gefährdungen vorherzusagen. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist, die Beziehung zwischen der Höhe der Exposition 3 und dem Risiko zu erkranken sowie dem Ausmaß der Schädigung zu ermitteln. Im Folgenden werden wichtige toxikologische Fachbegriffe kurz vorgestellt.

Durch nicht sachgerecht durchgeführte Tätigkeiten mit gesundheitsschädigenden Stoffen oder Gemischen können diese leicht in Kontakt mit dem menschlichen Körper kommen oder auch in diesen aufgenommen werden. Die daraus resultierenden potenziellen Gesundheitsgefahren hängen nicht nur von den Stoff-inhärenten Eigenschaften ab, sondern auch von ihrem Aufnahmeweg in den Organismus. An Arbeitsplätzen kommt die größte Bedeutung der inhalativen Aufnahme über die Lunge zu. Ebenfalls relevant ist die dermale Absorption über die Haut 4, die orale Aufnahme über den Mund spielt dagegen eine untergeordnete Rolle.

Schädigungen können sich direkt am Ort des Erstkontaktes lokal entfalten. Lokale Effekte sind beispielsweise Reizungen und Verätzungen (der Haut, Augen, Lunge durch Säuren und Laugen), Entzündungsreaktionen (z. B. der Lunge nach Feinstaubexposition) oder Kontaktallergien oder Sensibilisierungen (z. B. nach Hautkontakt mit Epoxidharzen).

Systemisch wirkende Stoffe verursachen dagegen Schädigungen an einzelnen Zielorganen (Lunge, Herz, Gehirn, Nervensystem, usw.) an einem Wirkort entfernt von der Eingangspforte. Eine konkrete negative ("adverse‘") Wirkung auf die Gesundheit wird als Endpunkt bezeichnet.

Setzt bei einmaliger Exposition gegen einen Schadstoff die Wirkung nach kurzer Zeit (innerhalb von Sekunden bis zu wenigen Tagen) ein, spricht man von akuter Toxizität. Chronische Toxizität ist dagegen von einer sich langsam (über Wochen, Monate oder Jahre) entwickelnden Symptomatik bei andauernder Exposition gekennzeichnet. Im Allgemeinen führt eine hohe einzelne Gabe zu einer akuten Vergiftung (Intoxikation), während eine chronische Vergiftung durch wiederholte Aufnahme geringer Mengen entstehen kann, die jede für sich nur eine schwache Wirkung hat.

Zwischen dem Zeitpunkt der Einwirkung und dem Auftreten erkennbarer Gesundheitsschäden besteht eine unterschiedlich lange Latenzzeit (Zeit zwischen der Exposition und dem Auftreten von Symptomen), die Sekunden bis Jahrzehnte betragen kann. Eine chronische Vergiftung kann darauf beruhen, dass sich der Schadstoff im Körper anreichert (wie z. B. bei chronischen Schwermetallvergiftungen). In diesem Zusammenhang ist die Halbwertszeit eines Fremdstoffs im Körper von Bedeutung. Dieser Wert gibt an, nach welcher Zeit die Hälfte der aufgenommenen Menge 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 (Wirkungskumulation). Die Dosis eines gefährlichen Stoffes, unterhalb derer auch bei langfristiger Einwirkung keine oder eine unbedeutende toxische Wirkung auftritt, bezeichnet man als Schwellenwert. Die Existenz von Schwellenwerten lässt sich durch zwei verschiedene Mechanismen erklären: Erstens kann die Geschwindigkeit der Elimination unterhalb des Schwellenwerts größer sein als die der Aufnahme, oder zweitens können zelluläre Schäden schneller zurückgebildet (repariert) werden, als sie entstehen.

Der Kontakt mit Kanzerogenen 5 (krebserzeugenden Stoffen) erhöht im Allgemeinen das statistische Risiko, an Krebs zu erkranken, ohne dass im Einzelfall zwangsläufig die Entstehung von Krebs ausgelöst wird. In Abhängigkeit ihres Wirkmechanismus ist es möglich, für bestimmte Kanzerogene einen Schwellenwert zu ermitteln. Mit zunehmender Expositionsdauer und Expositionshöhe steigt jedoch das Krebsrisiko. Zwischen Exposition und Auftreten einer Krebserkrankung kann eine Latenzzeit von Jahren oder Jahrzehnten liegen.

Unter dem Begriff Reproduktionstoxizität werden adverse Wirkungen zusammengefasst, die zu einer Beeinträchtigung der männlichen und weiblichen Fortpflanzungsfunktionen bzw. -fähigkeit (Fruchtbarkeit, Fertilität) und zu Entwicklungsschäden der Leibesfrucht führen, einschließlich Schädigungen während der Stillzeit. Davon gesondert zu betrachten ist die Keimzellmutagenität, die das Verursachen von vererbbaren Veränderungen der Gene oder auch der Struktur und Anzahl der Chromosomen bezeichnet. Häufig werden krebserzeugende, keimzellmutagene (erbgutverändernde) oder fortpflanzungsgefährdende Substanzen unter der Abkürzung KMR für kanzerogen, mutagen, reproduktionstoxisch zusammengefasst (engl.: CMR - carcinogenic, mutagenic and toxic to reproduction).

Bei einer Sensibilisierung handelt es sich um eine Überempfindlichkeitsreaktion des Immunsystems auf ein Allergen (Antigen). Eine Sensibilisierung kann durch verschiedene Mechanismen ausgelöst werden. Gemein ist diesen Mechanismen, dass sie sich grob in eine Induktions- und eine Auslösephase unterteilen lassen. Voraussetzung für eine Sensibilisierung ist die Bioverfügbarkeit eines Stoffes. Nach der Aufnahme reagiert ein Allergen (eventuell nach metabolischen oder chemischen Aktivierung) mit körpereigenen Proteinen. Das Immunsystem entwickelt daraufhin während der Induktionsphase eine Abwehrreaktion, meist ohne erkennbare Symptome. Schon ein einmaliger Kontakt kann dafür ausreichen. Kommt es zu einem erneuten Kontakt mit dem Allergen, werden die erlernten Abwehrreaktionen ausgelöst (Auslösephase). Die Initiierung der Auslösephase kann schon bei niedrigeren Allergendosen erfolgen als die Induktion. Im Falle einer Hautsensibilisierung (allergische Kontaktdermatitis) entstehen allergische Kontaktekzeme. Atemwegssensibilisierungen äußern sich meist durch Atemnot oder Asthma. Einmal erworbene Sensibilisierungen sind in der Regel nicht heilbar. Eine allergische Reaktion kann nur vermieden werden, indem der Kontakt zu den auslösenden Allergenen unterbunden wird. Es können allerdings auch Kreuzallergien auftreten: dabei reagiert das Immunsystem auf ein neues Allergen, das dem ursprünglich allergieauslösenden Allergen ähnlich ist. Typische Arbeitsplatzallergene sind Salze von Schwermetallen (Nickel, Cobalt, Chrom) oder reaktive organische Stoffe (Amine, Epoxide, chinoide Verbindungen, Anhydride, Isocyanate).