(Schwer)Metalle-I - papa-gey.de · Element Transferfaktor Eigenschaft der Ionen Pb, Hg, Co, Cr...

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Thema der Vorlesung:

(Schwer)Metalle-I

Toxikologie

M. Gey Metalle-I

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1. Historisches

⎜ 3000 v. Chr.◊ Ägypter benutzen vermutlich Kupfer, um Wasser zu sterilisieren

⎜ 2500 v. Chr.◊ In China Verwendung von Gold für medizinische Zwecke

⎜ um 1500◊ Quecksilberchlorid wird als Diureticum verwendet

⎜ > 1500◊ Paracelsus führte anorganische Salze als Therapeutika ein

(As, Cu, Fe, Hg)

M. Gey Metalle-I

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1. Historisches

⎜ um 1900◊ Arsenpräparate (Salvarsan) werden erfolgreich gegen Syphylis

und Goldcyanid gegen Tuberculose eingesetzt

⎜ 1912◊ Erster Einsatz von Antimon-haltigen Substanzen gegen durch

Parasiten verursachte Seuchen

⎜ 1929◊ Goldverbindungen werden in Frankreich das erste Mal zur

Behandlung von rheumatischen Arthritis eingesetzt

⎜ 1979◊ Zulassung des tumorhemmenden Cis-Platin durch die

amerikanische FDA

M. Gey Metalle-I

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2. Einführung

⎜ Was sind Schwermetalle?◊ es gibt keine verbindliche, einheitliche Definition

◊ Ca. 38 Definitionen sind nach JUPAC bekannt

◊ Definition-1: sind Metalle mit einer Dichte > 5 g/cm3

◊ Weitere Defintionen beziehen sich auf die “Atommasse” oder

auch auf die Ordnungszahl

◊ Schwermetalle allein als toxisch zu bezeichnen ist problematisch,

da es auch essentielle Vertreter (z.B. Chrom, Eisen, Nickel, Zink)

gibt

M. Gey Metalle-I

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Metall-Species

Suspension Kolloid

Lösung(freie Ionen)

organisch

anorganischgebunden anorganische

Partikel

Metalle unter-schiedlicher

OxidationszahlAs(III) vs. As(V)

Komplexe

mit organischenLiganden

(niedermolekular)z.B. Säuren, EDTA

mit organischenLiganden

(hochmolekular)z.B. Huminsäuren,

Proteine

mit anorganischenLiganden

z.B. Sulfate,Chloride

MetallorganischeVerbindungen

(C2H5)4PB,CH3Hg+

Speciations-Analytik

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Mengen-, Spuren-, Ultraspurenelemente

⎜ Einteilung der anorganischen Lebensmittel- und Körperbestandteile

◊ Mengenelemente: Ca, Cl, K, Mg, Na, P, S

◊ Spurenelemente mit

Mangelerscheinungen: Co, Cu, Fe, I, Se, Zn

◊ Spurenelemente ohne

Mangelerscheinungen: Mn, Mo, Ni

◊ Ultraspurenelemente: As, Ba, Cr, Li, Sn, Sr, Ti

M. Gey Metalle-I

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Mengenelemente newMengenelemente: kommen in verschiedenen

Medien mit Konz. > 50mg/kg vor

Ca: Stabilisierung des Skeletts,

Bedeutung für die Erregungsleitung

(s. Muskelkontraktion)

Cl, Na: Bedeutung für den Wasserhaushalt,

Säure-Basengleichgewicht

K: Aufrechterhaltung des Membranpotential,

Blutdruckregulation, Eiweiß-/Glycogenbildung

M. Gey Metalle-I

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Mengenelemente newMengenelemente: kommen in verschiedenen Medien mit Konz. > 50mg/kg vor

Mg: Bestandteil von Knochen, Zähnen,

zahlreichen Enzymen und

energiereichen Phosphatverbindungen

Na/K: Konzentrationsgefälle bei Nervenzellen

P: ATP, als Phosphat-Bestandteil v. Knochen,

Phospholipide

S: Bestandteil von AS sowie der B-Vitamine

Biotin und Thiamin

M. Gey Metalle-I

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Spurenelemente new

◊ Spurenelemente: kommen in verschiedenen Medien mit Konz. < 50mg/kg vor

Spurenelemente mit Mangelerscheinungen:

Co: Bestandteil von Vitamin-B12

(Cyanocobalmin)

Cu: Bestandteil zahlreicher Red-Ox-Systeme

Fe: Hämoglobin

I: Schilddrüsenhormone

Se: In Selenproteinen (Glutathionperoxidase)

Zn: Zn-abhängige Enzyme (Synthese von Kollagen)

M. Gey Metalle-I

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Emissionen von Metallen

⎜ Atmosphäre hat für den Stofftransport als Transportmedium die größte Bedeutung

⎜ Man unterscheidet anthropogene (vom Menschen verursachte) und natürliche Emissionen

⎜ Zum Vergleich beider “Emissionen” dient ein Interferenzfaktor, IF

⎜ Bei IF-Werten von 1 – 100% halten sich Emissionen aus natürlichen

und anthropogenen Quellen die Waage

M. Gey Metalle-I

IF = ----------------------------------Gesamte anthropogene Emission

Gesamte natürliche Emission

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Emissionen von Metallen

⎜ Bei IF-Werten > 100% überwiegen die anthropogenen Emissionen,

dies trifft auf sehr toxische Metalle wie Pb und Hg zu

⎜ Bei IF-Werten < 100% existieren mehr natürliche als

anthropogene Emissionen

Element natürliche anthropogene Interferenzfaktor, IFEmissionen Emissionen

(102 t/a) (102 t/a)

Al 490 000 72 000 15

Fe 278 000 107 000 38

Cr 548 940 161

Cd 2,9 55 1 897

Pb 58,7 20 300 34 583

M. Gey Metalle-I

12M. Gey Metalle-I

Wasser(aquatisches Sytem)

Boden(terrestrisches Syteme)

Luft(Atmosphäre)

PflanzeTier

Mensch

Schadstoffe Schadstoffe

(Schwer)Metalle sind ubiquitär und persistent

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WasserBodenLuft

SchwermetalleCd

MoosPflanzeLunge

EnzündungenKarzinome

Cd-Komplexie-rung durch MT

Ab-sterben

Cd-Biomonitordurch PC

Ab-sterben

Cd-Detoxifika-tion durch PC

PC: PhytochelatineMT: Metallothioneine

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Essentielle versus toxische Metalle

M. Gey Metalle-I

optimal

Cd, Pb

Dosis

unbenötigteElemente

ph

ysi

olo

gis

che W

irku

ng

toxisch

positiv

essentielleElemente

Zn, Cu Dosis-Wirkung-Beziehung vonessentiellen undunbenötigtenElementen

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Bindungsformen von Metallen (Auswahl)

M. Gey Metalle-I

Metalle

Anorganischeoder

organischeKomplexe

Ionenver-bindungen

KovalenteBindungen

Bestandteilevon

Proteinen

NaCl

HgCl2

(CH3)4 Pb

CH3 - Hg - CH3

(C2H5)4 Pb

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Metalle und Proteine/Enzyme

⎜ Einige Funktionen von Spurenelementen sowie Folgen eines

vollständigen Mangels im Organismus (Auswahl)

Element Bestandteil von Vollständiger Mangel bewirkt u.a.

Cr Glucosetoleranz- Diabetes

faktor

Co Vitamin B12 Anämie, Ausbleiben der

Nucleinsäuresynthese

Fe Hämoglobin Unterbrechung der O2-Verteilung

Cu Tyrosinase Ausbleiben der Pigment-bildung (weiße Haare)

Mn Pyruvatcarboxylase Citronensäurecyclus unwirksam

M. Gey Metalle-I

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Persistenz von Metallen

⎜ Persistenz (aus lat. persistere: “verharren”, allgemein; “sehr dauerhaft”, “sehr stabil”).

⎜ Metalle können nicht (biologisch) abgebaut werden.

⎜ Sie werden deshalb auch über größere Entfernungen “transportiert” (ubiquitär).

⎜ Eine Metallverbindung kann höchstens in eine andere umgewandelt werden.

⎜ Solche Umwandlungsreaktionen (u.a. Methylierung von Hg) führen z.B. erst zu den eigentlich toxischen Verbindungen.

⎜ In Böden binden Schwermetalle an Tonteilchen oder Huminstoffe so fest, dass sie kaum ausgewaschen werden.

M. Gey Metalle-I

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Schwermetalle und Pflanzen

⎜ Schwermetallgehalte von Böden in industriellen Regionen

können ca. 100-fach größer sein im Vergleich zu ländlichen

Gebieten.

⎜ Sandige Böden (z.B. in Norddeutschland) sind mit Schwer-

metallen nur wenig belastbar; schwere Böden mit deutlich

höheren Ton- und Huminstoffanteilen (wie in Süddeutschland)

hingegen adsorbieren viel mehr dieser Schadstoffe.

⎜ Die Übergänge von Schwermetallen aus dem Boden in die

Pflanze ist unterschiedlich und kann mit Hilfe eines Transfer-

faktors (F) “quantifiziert werden.

M. Gey Metalle-I

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Schwermetalle und Pflanzen

⎜ F wird wie folgt ermittelt:

⎜ Die Konzentrationen beziehen sich auf Trockensubstanz und werden in mg/kg angegeben.

⎜ Je leichter das Metallion aus dem Boden von der Pflanze aufgenommen wird, um so größer ist F.

Element Transferfaktor Eigenschaft der Ionen

Pb, Hg, Co, Cr 0,01…0,1 äußerst unbeweglich

Ni, Cu 0,1…1,0 mäßig beweglich

Zn, Cd 1,0…10 gut beweglich

F = ----------------------------------Metallkonzentration in der Pflanze

Metallkonzentration im Boden

C. Bliefert, “Umweltchemie” Metalle-I

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Metalle als “Biomonitore”

⎜ Pflanzen zeigen z.B. Metalle an!

• Galmei-Veilchen:

gedeiht auf Zink-reichen Böden

• Lichtnelke:

zeigte schon im Mittelalter Kupfer-Vorkommen an

M. Gey Metalle-I

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Metalle als “Biomonitore”

⎜ Pflanzen reichern z.B. Metalle an!

• Windengewächs (Ipomoea alpina) reichert Cu bis 1,2 % an

(bezogen auf Trockenmasse, TM).

• Hellerkraut (Thlaspi calaminare) reichert ca. 1% Zn an

(bezogen auf TM)

M. Gey Metalle-I

1

Thema der Vorlesung:

(Schwer)Metalle-II

Toxikologie

M. Gey Metalle-II

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3. Blei

M. Gey Metalle-II

HeißesBlei!

3

3. Blei – “Historisches”

◊ Pb-haltige Zinngefäße und Pb-haltige Innenglasuren von

Keramik- und Tongeschirr kontaminierten Nahrung (Resultat:

Vergiftungen, z.T. tödlich).

◊ Bleipigmente in Anstrichfarben.

◊ Bleiacetat (Bleizucker): Süßen von Weinen in früheren Jh.

trotz trakonischer Strafen.

◊ In Weinen sehr alter Jahrgänge finden sich hohe Pb-Gehalte,

früher Anwendung Pb-haltiger Schädlingsbekämpfungsmittel

(Bleiaresenat bzw. Bleihydrogenarsenat, PbHAsO4) im

Obst- und Gemüsebau. Verbot in Dtl: 1928, USA: ca. 1960

M. Gey Metalle-II

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3. Blei – “Historisches”

◊ Versiegelung von Konservendosen mit Pb-haltigem Lot:

◊ Dadurch erhebliche Pb-Mengen in Ölsardinen.

◊ Später wurden Weichblech- und Aluminiumdosen verwendet.

◊ In den USA ging daraufhin der Pb-Gehalt von in Dosen

konservierten Lebensmittel im Zeitraum 1982-1991 von

0,2 mg/kg auf 0,01 mg/kg zurück!

M. Gey Metalle-II

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3. Blei – “Katastrophen”

◊ 1972 (Umgebung der Bleihütte Nordenham/Unterweser),

mehr als 100 Rinder verenden an akuter Pb-Vergiftung.

◊ Ende 70/1980 (Hüttenwerke Oker-Harlingerode bei Goslar)

tote Rinder, + hohe Blut-Blei-Werte beim Menschen.

◊ Oktober 1973: AG eines Gießener Profs. mißt mehrfach

höhere Pb-Gehalte in Fertigsuppen, dies stellt sich später als

falsch heraus!: früher wurden meist zu hohe Pb-Werte

analytisch bestimmt (Faktor ca. 3).

M. Gey Metalle-II

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3. Blei – Verwendung/Vorkommen

◊ Heute: PB- vor allem in Batterien,

◊ Tetramethyl- und Tetraethylblei (Antiklopfmittel für

Motorkraftstoffe, Benziner) sind weitestgehend

substituiert worden!

◊ Schießblei

◊ Wäge- und Balastgewichte

◊ Bleisoldaten?

◊ Bleigießen?

M. Gey Metalle-II

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3. Blei – Grenzwerte und Pb-Gehalte

◊ Trinkwasser (TW): Grenzwert z.Z.: 25 µg/l

◊ Trinkwasser: Grenzwert: 2013: 10 µg/l

◊ TW in Bleirohren: Grenzwert z.Z.: 40 µg/l

◊ PB-Höchstmenge nach EU: 20 µg Pb/kg für Milch

1500 µg Pb/kg für Muscheln

◊ Pilze können ca. 40 mg/kg Trockenmassen enthalten

◊ Pflanzen mit großer Blattfläche: 20 mg/kg

◊ Tierische Nahrungsmittel: 10-100 µg Pb/kg

◊ WHO: tolerierbare wöchentliche Aufnahme: 25 µg/kg KM

M. Gey Metalle-II

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3. Blei – Resorption, Distribution, Elimination

◊ Pb-Verbindungen werden vorwiegend in den Lungen

resorbiert (als Aerosole), teilweise im GIT.

◊ Kinder können bis 50% der Dosis im GIT resorbieren.

◊ Nach Resorption wird Pb im Blut vorwiegend an Hämoglobin gebunden und schnell im Körper verteilt.

◊ Pb bildet in Knochen/Zähnen mit Phosphat schwerlösliches Bleiphosphat (Bleidepot, Halbwertszeit bis 30 Jahre!).

◊ Elimination findet (vor allem) renal und (gering) fäkal statt.

◊ Über Haare, Nägel, Schweiß kann Pb bis zu 10% der Dosis eliminiert werden.

M. Gey Metalle-II

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3. Blei – Akute Toxizität

◊ Erste Krankeitssymptome bei Pb-Vergiftungen ab Pb- Gehalte im Blut von 1 µg/ml; Harn ab 0,1 µg/ml.

◊ Symptome

Bleikoliken (Bleikrämpfe)

Bleienzephalopathie (enképhalos, „Gehirn“ und altgriechisch pátheia, „Leiden“) ist ein Sammelbegriff für krankhafte Veränderungen des Gehirns)

Neurologische Symptome: Apathie (Störung der Bewegungs-coordination), Stupor (Starrezustand des Körpers), Agressivität

Bleilähmungen der Arme: Extensorenschwäche (Extension: von lat. extensio „Streckung“)

M. Gey Metalle-II

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3. Blei – Chronische Toxizität

◊ Kennzeichen Chronischer Toxizität sind:

Magenschmerzen

Anämie (“Blutleere”)

Subikterische Verfärbung

(Ikterisch: “Gelbfärbung der Haut”)

Bleisaum an der Gingiva

(blauschwarzes Blei(II)-sulfid im Zahnfleisch um die Zahnhälse)

M. Gey Metalle-II

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3. Blei – Acute und Chronische Toxizität

Franz-Xaver Reichl “TA Toxikologie” Metalle-II

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◊ Bei akuter und chronischer (anorganischer) Pb-Exposition sind vor allem die Hämoglobin-Biosynthese im roten Knochenmark sowie Nieren, ZNS und GIT betroffen.

◊ Bei der “Hämsynthese” hemmt Pb die δ-Aminolevulinsäure-Dehydratase, (δ-ALA-D).

◊ Dieses Enzym katalysiert die Umwandlung von δ-Amino-levulinsäure (δ-ALA) zum Porphobilinogen (das δ-ALA selbst wird in den Mitochondrien durch Succinyl-CoA und Glycin gebildet).

◊ Bei Hemmung der δ-ALA-D durch Pb steigt der Pegel der δ-Aminolevulinsäure im Harn deutlich an; Werte > 0,3 µg

pro ml Harn deuten auf eine Pb-Intoxikation hin!


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Inhibition der δ-ALA-D durch Pb,Anstieg von δ-ALA im Harn ist Indikator für Pb-Intoxikation!

M. Gey Metalle-II

OH3N

+

O O-

H3N+

O

O

O-

N

COO-COO-

H3N+ H

δ-ALA-D

+ Pb

2 Moleküle δ-ALA Porphobilinogen

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◊ Weitere 2 Enzyme werden bei Pb-Intoxikationen gehemmt:

◊ Die Hemmung der Koprogenase und Ferrochelatase führt zum Anstieg von Korpoporphyrin III im Urin (brauner Farbstoff, der die Haut subikterisch färbt) und zum Anstieg von Protoporphyrin IX in den Erythrocyten.

◊ Die Hemmung des Eiseneinbaus führt zu hypochromer Anämie.

Ikterisch: “Gelbfärbung der Haut”

Anämie: Griech.: „anaimos“ „blutlos“ und setzt sich zusammen aus der Vorsilbe αν (an): „ohne“ und dem Wort haima für „Blut“.

Hypochrome Anämien treten zumeist infolge von Eisenmangel oder Problemen mit der Nutzung des Eisens im Körper auf.

M. Gey Metalle-II

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Porphobilinogen

Uropor-phyrinogen III

Uropor-phyrin III

Kopropor-phyrinogen III

Kopropor-phyrin III

Protopor-phyrinogen

PbKapro-genase

Protopor-phyrin IX

+ Fe2+

Feroche-latase

Pb

Häm

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3. Blei – Therapie bei Intoxikationen

◊ Chelatbildner sind gut wirksame Antidote bei Bleiintoxikationen

(Ca/Na)-Ethylendiamintetraacetat

D-Penicillamin

M. Gey Metalle-II

N CH2 CH2 NCH2

CH2 COO-

COO-H2C

H2C-OOC

-OOC

H3C C CH COH

OCH3

NH2HS

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3. Blei – Therapie bei Intoxikationen

◊ Chelatbildner sind gut wirksame Antidote bei Bleiintoxikationen

BAL (British-Anti-Lewisit, 2,3-Dimercaptopropanol)

DMSA (Dimercaptobernsteinsäure)

M. Gey Metalle-II

H2C CH CH2 OH

HS SH

HOOC CH CH COOH

SH SH

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◊ Als Bleikinder werden Kinder bezeichnet, die an einem in Stolberg im Kreis Aachen in den 1970er Jahren aufgetretenen Krankheitsbild mit hohem Bleianteil im Körper leiden.

◊ Da Blei nur teilweise aus dem Körper wieder ausgeschieden wird, lagert sich der Rest im Skelett (sog. Bleisaum an den Knochen) und in weichen Geweben wie Leber und Nieren ab. Diese Ablagerungen nennt man auch Depotblei. Bei den in Stolberg bekannten Zahnbleiuntersuchungen wurden Rückschlüsse auf das Depotblei gezogen. 36 % der Bleilast bei Kindern liegt auf den Organen, den Geweben und dem Blut. Beim Erwachsenen sind dies nur 6 bis 8 Prozent. Der Rest lagert jeweils in den Knochen. Das in der Entwicklung befindliche Nervensystem von Embryonen und Kindern kann durch eine Bleibelastung geschädigt werden. Eine weitere Risikogruppe sind Schwangere.

3. Blei: “Bleikinder-Lektüre”

Wikipedia Metalle-II

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◊ 1979 untersuchte das Medizinische Institut für Umwelthygiene der Universität Düsseldorf die Bleigehalte von Milchzähnen Stolberger Kinder. Eine längere Wohndauer in Stolberg und die Tatsache, dass der Vater des Kindes Bleihüttenarbeiter war, wirkte sich deutlich steigernd auf die Schwermetallanreicherung in den Zähnen aus. Folgende Blutbleiuntersuchungen bestätigten diese Befunde: Im Sommer 1982 wurden bei 213 Kindern aus verschiedenen Ortsteilen Stolbergs der Blei- und Cadmiumgehalt im Blut bestimmt. Aus dem Umfeld der Bleihütte Binsfeldhammer wurden 45 Kinder gesondert untersucht. Es bestätigte sich das Ergebnis, dass die Bevölkerung im Nahbereich der Hütte besonders stark durch bleihaltige Säure belastet ist. Bei acht Kindern kam es zu beträchtlichen Überschreitungen der Richtlinienwerte. Der Maximalwert in Stolberg lag bei 38,5 µg Pb/100 ml Blut.



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◊ Je höher der Zahnbleiwert, desto schlechter schnitten die Kinder bei Reaktionstests ab. Kinder mit hohem Zahnbleigehalt wurden eher als „verhaltensauffällig“ bezeichnet. Alle Kinder mit einem Zahnbleigehalt von über 20 schnitten bei Tests deutlich schlechter ab als der Durchschnitt. Bleibedingte IQ-Defizite konnten jedoch nicht nachgewiesen werden.

◊ Im Jahre 1990 stellte Dr. Ewers eine von der Stadt Stolberg und dem Kreisgesundheitsamt Aachen in Auftrag gegebene umweltmedizinisch-epidemiologische Studie zur Schwermetallbelastung der Bevölkerung vor, die zu dem Ergebnis gelangte, eine weitere Beobachtung sei nicht mehr erforderlich. Der Maximalwert der Bleigehalts in Stolberg lag bei 15,5 µg Pb/100 ml Blut.


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3. Blei – Bleiazid Pb(N3)2

s. J. Gartz, “Vom griechischen Feuer zum Dynamit” Metalle-II

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4. Cadmium – Verwendung, Vorkommen

◊ Legierungen (60%)

◊ Korrosionsschutz

◊ Ni-Cd-Trockenbatterien

◊ Cadmium-Tellurid-Solarzellen

◊ Bildröhren

◊ Farbpigmente (für leuchtende Verkehrsschilder)

◊ Cd kommt ubiquitär vor

◊ Auch Zigaretten enthalten Cd

◊ Höchte Gehalte in Austern, Schweinenieren, Pilzen

M. Gey Metalle-II

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4. Cadmium – Grenzwerte und Cd-Gehalte

◊ Trinkwasser (TW): Höchstmenge: 5 µg/l

◊ Unbelastete Luft-EU: 3 ng/m3

◊ Belastete Luft-EU: 60 ng/m3

◊ Pilze, Meeresfrüchte, Kakao: >/=200 µg/kg

◊ Kartoffeln, Reis: </= 40 µg/kg

◊ Brot, Tomaten, Süßwasserfische: </= 20 µg/kg

◊ Nicht Exponierte: 20-30 µg Cd/Tag

◊ 1 Zigarette enthält 1 - 2 µg Cd

◊ WHO: tolerierbare wöchentliche Aufnahme: 7 µg/kg KM

(d.h., für 70kg-Person: 70 µg Cd/Tag)

M. Gey Metalle-II

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4. Cd – Resorption, Distribution, Elimination

◊ Cd-Verbindungen werden vorwiegend in den Lungen

resorbiert (als Aerosole), teilweise im GIT.

◊ Nach Resorption wird Cd im Blut vorwiegend an Albumin gebunden und in die Leber und Nieren transportiert.

◊ Dort stimuliert Cd die Synthese von Metallothioneinen ().

◊ Elimination von Cd findet vor allem fäkal statt. Ein kleiner Teil wird altersbedingt renal eliminiert.

M. Gey Metalle-II

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4. Cadmium – Akute Toxizität

◊ Eine inhalative Cd-Aufnahme ist mit Krankeitssymptomen wie Husten, Kopfschmerzen und Fieber verbunden.

◊ Nach 24-stündiger Exposition können sich ein toxisches Lungenödem und eine Pneumonitis entwickeln.

◊ Die letale inhalative Dosis beträgt beim Menschen

6 mg/m3/8h.

◊ Nach Cd-Ingestion kann es zu Erbrechen und schweren Diarrhöen kommen.


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4. Cadmium – Chronische Toxizität

◊ Bildung eines Cd-Saums (gelbe Ringe von CdS) an den Zahnhälsen.

◊ Aufreten von Degenerationen an den Schleimhäuten von Nase und Rachen (“Cd-Schupfen”).

◊ Zerstörung von Riechepithelien:

• Hyposmie: teilweiser Verlust des Geruchssinns.

• Anosmie: vollständiger Verlust des Geruchssinns.

◊ Obstruktive (“verstopfend”) Atemwegserkrankungen.

◊ Schwere Nierenschäden.


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4. Cadmium – Therapie bei Intoxikationen

◊ Bei Inhalation (z.B. CdO):

1. Atemweg frei machen, Frischluft, ggf. Beatmung.

2. Inhalation von hohen Glucocorticoid-Dosen (wird angewandt als erste Hilfe, wenn nach mehrstündigem Latenzstadium ein toxisches Lungenödem mit Schädigung der Alveolarstruktur entsteht).

3. Gabe von BAL (British Anti-Lewisit, siehe Pb).

◊ Bei Ingestion von Cd (induziertes Erbrechen und Magenspülung, Gabe von Aktivkohle).

Bei chronischen Intoxikationen: keine Gabe von BAL.


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4. Cadmium – Itai-Itai-Krankheit

◊ 1946 in Japan/Tal des Intsu-Flusses. Zusammenhang zw. Krank-heit u. Cd-haltigem Reis wurde erst in den 60-er Jahren erkannt!

◊ Nieren und Knochenschädigungen (Osteomalzie: erhöhte Weichheit

der Knochen durch mangelhaften Einbau von Mineralstoffen in die Knochenmatrix;

Osteoporose: „Vermindrung der Knochensubstanz“, erhöhte Frakturanfälligkeit) bei älteren Frauen, die mehrere Kinder geboren hatten.

◊ Unterversorgung der Frauen mit Ca, Vitamin D und Eiweiß verstärkte die Wirkung des Cadmiums.

◊ Zur Bewässerung v. Reisfeldern hatte man Wasser mit hohem Cd-Gehalt von flussaufwärts gelegenen Bergwerken verwendet.

◊ Die tägliche Cd-Aufname lag bei 600 µg mit der Nahrung und 1000 µg mit dem Wasser!

M. Gey Metalle-II

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4. Cadmium – Itai-Itai-Krankheit

M. Gey Metalle-II

◊ Die Knochenschädigungen werden zum großen Teil auf die

Nierenveränderungen durch Cadmium zurückgeführt!

Durch Cd-induzierte Schädigung der Nierentubulus-

zellen resultiert eine verminderte Rückresorption von

Calcium in den Nierentubuli und einer erhöhten Ca-

Ausscheidung mit dem Harn.

Zur Kompensation der Ca-Verluste wird vermehrt

Calcium aus dem Knochengewebe mobilisiert.

Siehe auch „Mechanismus der Cd-induzierten

Toxizität"!

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4. Cadmium – Cd und Rauchen

◊ Rauchen ist bei vielen Menschen im Vergleich zur Ernährung ein bedeutender Einflussfaktor der Cd-Exposition!

◊ 1-2 µg Cd pro Zigarette! Dieses verdampft bei der Temperatur der Zigarettenglut.

◊ Im Rauch enthaltenes Cd wird über die Lunge stärker resorbiert (ca. 25-50%) als peroral zugeführtes Cd über den GIT (ca. 5%!).

◊ Der Blut-Cd-Gehalt korreliert mit der Zahl pro Tag gerauchten Zigaretten! Raucher haben 2-4-mal höhere Werte als Nichtraucher!

◊ Untersuchungen aus Canada belegen, dass männliche Raucher 5 mal und weibliche Raucher 4 mal höhere Cd-Gehalte in den Nieren enthalten im Vergleich zu Nichtrauchern!

◊ Der Cd-Gehalt im Blut eines Nichtrauchers (EU): ca. 1 µg Cd/l.

M. Gey Metalle-II

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5. Quecksilber – ”Historisches”

◊ Woran erkennt man

ein echtes Van-Gogh-

Gemälde?

Am Quecksilber!

Hg-haltiges Pigment

wurde für die rötlichen

Lippen und Wangen

verwendet.

M. Gey Metalle-II

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5. Quecksilber – ”Historisches”

◊ In der griechischen Antike symbolisierte das Quecksilber den Gott und den Planeten Merkur.

◊ Im Altertum wurde Quecksilber als „Heilmittel“ verwendet.

Als „Abführmittel“ (Hg2Cl2)

„Mittel“ gegen Warzen (HgNO3)

„Mittel“ gegen Syphilis (HgCl2)

◊ Biozide (seit 1980 in Deutschland Verboten).

◊ als Beizmittel für Saatgut (seit 1984 verboten in Dtl.).

◊ Desinfektionsmittel.

M. Gey Metalle-II

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5. Quecksilber – Verwendung, Vorkommen

◊ Thermo-, Mano-, Barometer

◊ Dentalmaterial (Amalgam)

◊ Chloralkali-Elektrolyse

◊ Goldwäsche

◊ Quecksilberdampflampen

◊ Knopfzellen und Batterien

◊ Teleskope mit großer Spiegelfläche („Flüssiger Spiegel“)

◊ Meist findet man Hg als Mineral in Form von Zinnober (s.o.) (HgS) in Gebieten mit ehemaliger vulkanischer Aktivität.

◊ Hg kommt im geringen Umfang auch gediegen vor.

M. Gey Metalle-II

ZinnoberHgS

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◊ Trinkwasser (TW): Höchstmenge: 1 µg/l

◊ Belastete Industrie-Luft: 20…50 ng/m3

◊ “normale Lebensmittel” (Tabelle): 2 … 20 µg/kg

◊ Seefisch: 200 … 1000 µg/kg

◊ BAT-Werte: 20 µg/l Blut; 200 µg/l Harn

◊ WHO: tolerierbare wöchentliche Aufnahme:

3,3 µg Metyl-Hg/kg KM

M. Gey Metalle-II

5. Quecksilber – Grenzwerte und Hg-Gehalte

36

5. Quecksilber – Grenzwerte und Hg-Gehalte

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5. Quecksilber – Quecksilberverbindungen

• Dampfförmiges Hg: Hg°

◊ Hg° wird zu 80% in den Lungen resorbiert.

◊ Durchdringt leicht Membranen (Blut-Hirn-Schranke).

◊ Kann in Geweben auch länger eingelagert sein.

Akute Toxizität:

Einwirken von Hg° (1-3 h, c: 1-3 mg/m3) führt zu akuten Vergiftungen (Lungenentzündung).

Chronische Toxizität:

Bei Langzeitexposition mit Hg° (0,1-0,2 mg/m3) resultiert Tremor, Paradontose, erhöhter Speichelfluss und Metall-geschmack.

M. Gey Metalle-II

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Anorganisches Hg: Hg+-, Hg2+ -Verbindungen◊ Anorgan. Hg verteilt sich zw. Plasma und Erythrocyten 1:1.

◊ Hg2+ wird nach oraler Aufnahme zu ca. 10%, Hg+ weniger als 2% im Darm resorbiert.

◊ Hg+/2+ durchdringen kaum die Blut/Liquor- u. Placenta-Schranke.

◊ Die Elimination erfolgt renal (60%) und fäkal (40%).

Akute Toxizität:

Hg2+ -Salze führen nach oraler Aufnahme zu Verätzungen von Mundhöhle, Rachen, Speiseröhre. Plus Übelkeit/Erbrechen.

Chronische Toxizität:

Niere ist das Zielorgan der Intoxikation mit Hg2+ . Es entstehen Polyurie (erhöhte Urinausscheidung), Akrodynie (Feerkrank-heit: Reizbarkeit, Schlaflosigkeit, Lichtempfindlichkeit).

M. Gey Metalle-II

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Organisches Hg: Methyl-/Ethyl-Hg◊ Organisches Hg ist lipophil. ◊ Druchdringt leicht die Blut-Liquor- und Plancenta-Schranke.◊ Verhältnis von Methyl-Hg in Erythrocyten und Plasma beträgt

beim Menschen ca. 20:1.◊ Elimination erfolgt fäkal (90%) und renal (10%).

Akute und chronische Toxizität:Schädigt vor allem das ZNS, wo die Reaktion mit SH-Gruppen und Nucleinsäuren zur Störung der Proteinsynthese, der Mem-branstruktur, der O2-Verwertung und zum Zelltod führt.

Chronische Toxizität:Parästhäsien (Kribbeln oder taubes, brennendes Gefühl).Ataxie (Störung der Bewegungskoordination).Hör- und visuelle Defekte.

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5. Quecksilber – “Merkurialismus”

◊ Quecksilbersaum: HgS-Ablagerung im Zahnfleich

◊ Ptyalismus: Abnormer Speichelfluss

(Parotisschwellung: Entzündung der Ohrspeicheldrüse

◊ Stomatitus mercuralis: Geschwürbildung

◊ Erethismus mercuralis: Psychische Erregbarkeit

◊ Tremor mercuralis: Zitterschrift

◊ Sprachstörung: Stammeln

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5. Organisches Hg – praktische Bedeutung

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Verbindung Verwendung

Dimethylquecksilber

Diethylquecksilber Fungizide,Saatbeizmittel

CH3 Hg CH3

CH2 Hg CH2 CH3CH3

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C NH CH2 CH CH2 Hg OH

O OCH3

O CH2 COONa

Mersalyl Diuretikum (Salyrgan,nicht mehr im Handel)

Hg OOC CH3

Phenylquecksilberacetat BakterizidSpermizid

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Quecksilbersalicylat Bakterizid auf Schleimhaut(wasserunlöslich)

Thiomersal Schleimhautdesinfiziens(z.B. Merthiolat)

Hg OOC CH3

O O

HO

S Hg CH2H5

COONa

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5. Quecksilber – Vorkommen-II

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Sediment

Wasser

Luft

Hg0

Hg0

CH3Hg+ (CH3)2Hg

CH4 CH2H6

(CH3)2Hg

Fisch Schalentiere

Hg22+ Hg2+ Hg0

CH3SHgCH3

Bak-terien

Bak-terien

Bakterien

Bakterien Bakterien

CH3Hg+ CH3SHgCH3

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5. Quecksilber – Therapie bei Intoxikationen

◊ Anorganische Hg-Verbindungen:

• Gabe von BAL (British Anti-Lewisite, Dimercaptopropanol)

◊ Vergiftungen mit Hg° und organischem Hg

Gabe von Dimercaptobernsteinsäure (DMSA,

dimercaptosuccinic acid)

Gabe von Dimercaptopropansulfonat (DMPS).


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5. Quecksilber – Minamata-Krankheit

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◊ Methyl-Quecksilber-Intoxikation der Anwohner der Minamata-Bucht (Japan, 1953 … 1960).

◊ Einleitung von Hg-verseuchtem Schlamm aus eine Fabrik, in der Acetaldehyd hergestellt wurde.

◊ Durch Einwirkung von Bakterien (s. “Vorkommen-2”) entstand Methyl-Hg, das sich im Plankton einlagerte.

◊ Meerestiere (Fische) akkumulierten die Hg-Verbindungen, die so in die Nahrungskette gelangten.

◊ Es traten bis 50 mg Hg/kg Fisch auf!

◊ Durch Verzehr der kontaminierten Meerestiere wurden täglich ca. 1,4 bis 4 mg Quecksilber aufgenommen.

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5. Quecksilber – Minamata-Krankheit

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◊ Zielorgan bei der Intoxikation ist das ZNS (neurologische Schäden).

◊ Latenzzeit bis zum Ausbruch der Krankheit erstreckte ich über mehrere Jahre.

◊ Symptome: Zittern. Lähmungen, Sprach-, Hör- und Sehstörungen.

◊ Methyl-Hg ist plazentagängig: Anreicherung im Fetus (ausgeprägte Fetotoxizität).

◊ Bei mehr als 100 Anwohner der Minamatabucht kam es zu Intoxikationen; ca. 100 starben!

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5. Quecksilber - Amalgam

Älteste Amalgamfüllung der Welt wurde in einem Backenzahn (nach Ausgrabung) von Prinzessin Anna Ursula von Braunschweig (1573-1601) gefunden.

Stock entdeckt 1939, dass Amalgamfüllungen Hg abgeben.Aus Amalgamfüllungen werden Hg -Dampf und Hg2+ -Ionen freigesetzt.


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