Die Toxikologie

Die Toxikologie ist die Lehre von Giftstoffen und Vergiftungen und deren Behandlung. Sie untersucht die gesundheitsschädlichen Auswirkungen von einzelnen chemischen Substanzen oder Substanzgemischen auf Lebewesen, insbesondere auf den Menschen. Sie erfasst die Art und das Ausmaß der Schadwirkung die von einem chemischen Stoff ausgehen. Dazu gehört die Aufklärung der schädlichen Wechselwirkungen des Stoffes oder Stoffgemisches mit dem menschlichen Organismus (sog. Wirkmechanismus). Die Toxikologie muß eine Exposition (d.h. Kontakt des Menschen mit dem chemischen Stoff) erkennen und die daraus folgende Gefährdung bzw. das gesundheitliche Risiko abschätzen.

Das Gebiet der Toxikologie ist enorm groß, da fast an jedem Tag neue Substanzen oder Stoffe entwickelt werden, die mehr oder weniger eine toxische Wirkung auf den menschlichen Organismus haben. Grundlage der Toxikologie ist die Erkenntnis des Arztes und Naturforschers Paracelsus (1493-1541), dass es a priori keine giftigen oder ungiftigen Stoffe gibt, sondern dass allein die Aufnahmemenge (sog. Dosis) eines Stoffes für seine Giftwirkung oder Unschädlichkeit entscheidend ist. Derselbe Stoff kann Gift oder Nicht-Gift sein, „allein die Dosis macht, dass ein Gift kein Gift sei“.


Philippus Aureolus Theophrastus Bombastus von Hohenheim
("Paracelsus", 1490 - 1541)

Während sich die Toxikologie anfänglich vorwiegend mit der Erkennung und Behandlung akuter Vergiftungen bei vorsätzlichen bzw. versehentlichen Vergiftungen beschäftigte, steht heute vor allem die Frage nach den möglichen schädlichen Wirkungen von Stoffen bei Aufnahme sehr niedriger Dosen über lange Zeiträume im Vordergrund (chronische Toxizität). Hier sind Belastungen des Körpers mit Fremdstoffen über Nahrungsmittel, Trinkwasser, Atemluft oder aus dem Boden möglich. Insbesondere die krebserzeugende Wirkung von typischen Umweltschadstoffen wie z.B. den polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK), den Dioxinen oder den PCBs, aber auch von Feinstaub oder Dieselrußpartikeln, steht heute in der Öffentlichkeit im Mittelpunkt des Interesses. Hier ist eine fundierte, wissenschaftlich begründete Stellungnahme des Toxikologen zu möglichen Gesundheitsrisiken unumgänglich. Dabei befasst sich der Toxikologe mit quantitativen Aussagen über Art und Ausmaß von Schadwirkungen. Dazu gehören das Wissen um die zugrunde liegenden schädlichen Wechselwirkungen zwischen den chemischen Stoffen und dem Organismus bzw. Zielorgan (Wirkmechanismen), den Expositionsweg (Aufnahmeweg), die Kinetik (Veränderung im Organismus), die Expositionshöhe und -dauer sowie die Empfindlichkeit der exponierten Spezies.

Aus diesen Daten (Hazard) kann dann das Risiko (Gefährdung der Gesundheit) beim Kontakt mit einem chemischen Stoff abgeschätzt werden. Die Toxikologie geht dabei davon aus, dass es für jeden Stoff einen Grenzwert gibt, bei dem das Risiko einer Gefährdung gleich Null ist. Einzige Ausnahme dieser Annahme sind heute krebserzeugende (kanzerogene) und erbgutverändernde (mutagene) Substanzen, für die im Allgemeinen kein so genannter No-Effekt-Level (NOEL), sondern nur ein Richt- oder Grenzwert bestimmt wird. Damit soll das Risiko auf ein gesellschaftlich akzeptiertes Maß reduziert werden.

Was bedeutet chronische Toxizität?

Toxizität bezeichnet die Giftigkeit eines Stoffes für den Körper. Bei akut toxischen Ereignissen, zum Beispiel einer Vergiftung mit Grubengas, treten typische Vergiftungserscheinungen sofort oder bald nach Aufnahme des Giftes ein. Doch verschiedene Stoffe, zum Beispiel Schwermetalle, können sich auch im Körper ablagern und über die Zeit hinweg ansammeln und ihm so auf die Dauer Schaden zufügen (schleichende Vergiftung). Diese Schäden sind meist nicht so spektakulär und auffallend wie akute Vergiftungen, können aber dennoch sehr schwerwiegend sein. Dies bezeichnet man mit chronischer Toxizität.

Zu den Langzeitwirkungen zählen z.B.:

  • Krebs
  • Erbgutveränderungen (indirekte Missbildung der Nachkommen)
  • Embryonale Defekte (direkte Missbildung der Nachkommen)
  • Effekte auf das Blutsystem (z.B. Anämie, Leukozytose, Thrombopenie)
  • Organschädigung (Leberzirrhose, Glomeruli, bzw. Tubili der Niere, Lunge)
  • Störungen des ZNS und peripheren Nervensystems (durch z.B. Zerstören der Nervenschutzschicht, dem „Myelin“, oder direkte Destruktion, mit diversen Symptomen z.B. Missempfindungen in Armen und Beinen, tlw. Gedächtnisverlust, Entzündungen des Gehirns, der Gehirnhäute)
  • Immunologische Veränderungen (z.B. Immunsuppression, Auto-immunerkrankungen)

Bekannte Substanzgruppen mit chronisch toxischen Wirkungen

  • Insektizide (Lindan)
  • Herbizide
  • Medikamente (Kontagan)
  • Viren (Hepatitis C, HPV)
  • Reinigungsmittel (Trichlorkohlenstoff)
  • Narkotika (Chloroform)
  • Schwermetalle (Blei, Quecksilber, Cadmium)
  • Abgasrückstände (Dioxine)
  • Alkohol
  • Nikotin
  • Pflanzengifte (div. Schimmelpilzgifte)

Die wissenschaftliche Begründung für die Einstufung eines Stoffes als krebserzeugend, erbgutverändernd oder reproduktionstoxisch sowie für die Etablierung entsprechender Grenz- bzw. Richtwerte ist eine der zentralen und gleichzeitig schwierigsten Aufgaben der Toxikologie. Sie bedarf großer Erfahrung in der Risikobewertung, zu der auch die Analyse der Wirkmechanismen gehört, unter denen Toxizität entsteht. Entsprechend dieser Aufgabenstellung ist die Toxikologie eine Wissenschaft, in der eine Vielzahl unterschiedlichster medizinischer, biologischer, biochemischer und physikalischer Daten erhoben und integrativ bewertet werden.

Aus dieser Rolle heraus leistet die Toxikologie wichtige Beiträge bei der Entwicklung von Schutz- und Vorsorgemaßnahmen an Arbeitsplätzen sowie im privaten Bereich. Toxikologen beraten Ärzte bei der Erkennung und Behandlung von Vergiftungen. Die Toxikologie ist somit ein Gebiet, auf dem Wissenschaftler aus sehr unterschiedlichen Fachrichtungen, wie Biologie, Chemie, Medizin, Biochemie, Physik u. a., zusammen arbeiten. Aus dem Gesamtgebiet haben sich im Laufe der Zeit diverse Fachrichtungen herausgebildet.

Zu den klassischen Aufgabengebieten der Toxikologie zählen:

Aufgabengebiet Schutzziele
Klinische Toxikologie Erkennung und Behandlung von Vergiftungen
Toxikologie von Industriechemikalien Schutz von Beschäftigten am Arbeitsplatz und der Bevölkerung vor schädlichen Stoffeinwirkungen
Lebensmitteltoxikologie Schutz der Bevölkerung vor gesundheitsschädlichen Stoffen - natürlicher Herkunft oder durch menschliches Handeln verursacht - in Lebensmitteln und Trinkwasser
Toxikologie der Bedarfsgegenstände Schutz der Bevölkerung vor gesundheitsschädlichen Stoffen, z. B. in Kosmetika
Umwelt-Toxikologie/Ökotoxikologie Schutz des Menschen und der belebten Umwelt vor schädlichen Stoffen in der Umwelt (Wasser, Luft, Boden)
Arzneimitteltoxikologie Schutz der Patienten vor unerwünschten Nebenwirkungen von Arzneimitteln
Toxikologie der Pflanzenschutzmittel und anderer Biozide Schutz des Menschen und der belebten Umwelt vor unerwünschten schädlichen Wirkungen bei der Anwendung der Mittel

Weitgehend unbeachtet von der Öffentlichkeit spielt die Toxikologie auch eine Schlüsselrolle bei der Neuentwicklung von Arzneimitteln, Pflanzenschutzmittel, Kosmetika und Chemikalien indem sie während der gesamten Forschung und Entwicklung eines Produktes dessen unerwünschte (toxische) Nebenwirkungen analysiert. Heute kommt in der EU, in Japan und den USA dank entsprechender Gesetzgebung keine Substanz ohne eine eingehende toxikologische Sicherheitsprüfung auf den Markt. Hierbei kommen neben der klassischen Prüfung am Tiermodell zunehmend alternative Methoden zum Einsatz. Mit dem Ziel, den Einsatz von Tieren zu reduzieren, aber auch, um die Vorhersagegenauigkeit der toxikologischen Prüfung zu erhöhen, werden eine Vielzahl modernster molekularbiologischer, biochemischer und biometrischer Techniken in der Toxikologie im Bereich der Grundlagenforschung getestet und validiert und in der regulatorischen Prüfung für die Zulassung der Substanzen zum Einsatz gebracht.