Arsen und Arsenverbindungen - Kleintier
CliniTox
Klinische
Toxikologie
 

I. Allgemeine Toxikologie

1. Chemisch-physikalische Eigenschaften

Arsen (ein graues, weiches und sprödes Metall) ist ungiftig, geht aber leicht in Arsenik oder andere toxische Arsenverbindungen über. Auch wenn es in Reinform gehandelt wird, kann Arsen bis zu 10% und mehr mit dem giftigen Arsenik verunreinigt sein. Arsentrioxid (Arsenik, As2O3) war durch Jahrhunderte ein beliebtes Mordgift, bis es ab 1836 möglich wurde, selbst Spuren von Arsen im Leichenmaterial nachzuweisen. Fowler' Lösung enthält Arsenik in 1%ger Konzentration. Arsenik erscheint als geruch- und geschmackloses weisses Pulver, das in Wasser wenig löslich und beim Erhitzen flüchtig ist.
Arsen existiert in drei- und fünfwertiger Form. Verbindungen des dreiwertigen Arsen sind die arsenige Säure (H3AsO3) und ihre Metallsalze, die Arsenite. Verbindungen des fünfwertigen Arsen sind die Arsensäure (H3AsO4) und ihre Salze, die Arsenate. Dabei sind die Arsenite bis zu 10-mal toxischer als die Arsenate - Arsenik gehört zu den dreiwertigen Verbindungen. Natriumarsenit (NaAsO2) ist ein weisses oder graues Pulver, das sich gut in Wasser auflöst. Schweinfurter Grün (Pariser Grün, Kupferarsenitacetat, C4H6As6Cu4O16) und Scheeles Grün (Kupferarsenit, CuAs2O4) lassen sich durch die charakteristische grüne Farbe erkennen. Arsensulfid (Realgar, As4S4) ist ein rotes Pigment. Arsentrisulfid (Auripigment, As2S3) ist gelb gefärbt. Arsentrichlorid (AsCl3) ist eine farblose, rauchende und ölige Flüssigkeit. Die Kampfstoffe Phenarsazinchlorid und Diphenylarsinchlorid gehören zu den organischen Arsenverbindungen. Meerestiere, besonders Meeresfrüchte enthalten organische Arsenverbindungen (Arsenobetain, Arsenocholin), denen keine toxische Wirkungen nachgesagt werden.
Arsenwasserstoff (Arsin, AsH3) ist ein farbloses, brennbares, explosives und unangenehm nach Knoblauch riechendes Gas, welches noch bei starken Verdünnungen zu schwersten Vergiftungen führt. Der Geruch von Arsenwasserstoff wird ab einer Konzentration in der Luft von 0.5 ppm wahrgenommen.
 

2. Quellen

Arsen ist ubiquitär verbreitet und kleine Mengen dieses Elementes sind im Boden wie auch in Nahrungs- und Futtermitteln oder Trinkwasser zu finden.
In der Vergangenheit wurden arsenhaltige Substanzen breitgefächert und sehr freizügig angewendet. So wurden Arsenverbindungen nicht nur als Arzneimittel, sondern auch als Rodentizide, Insektizide, Akarizide, Herbizide, Fungizide, Holzschutzmittel, Wachstums- und Leistungsförderer, sowie als Roborantien eingesetzt.
Heute noch werden Arsenverbindungen als Antiprotozoika beim Hund oder für die Warzenbehandlung beim Pferd genutzt.
Chronische Arsenvergiftungen wären auch im Zusammenhang mit industriellen Emissionen (arsenhaltigem Flugstaub) denkbar.
 

3. Kinetik

Wasserlösliche Arsenverbindungen (zum Beispiel Arsenik oder Natriumarsenit) werden oral, inhalativ und über die Haut sehr gut resorbiert. Das Verteilungsvolumen von Arsenverbindungen ist relativ gross: bei nur geringfügiger Speicherung in Leber und Niere wird ein Teil des aufgenommenen Arsen ans Keratin gebunden. In Haut, Horn und Haaren eingelagertes Arsen kann deshalb noch mehrere Wochen nach einer Exposition nachgewiesen werden. Im Organismus werden die fünfwertigen Verbindungen zu toxischeren dreiwertigen Formen reduziert. Weitere metabolische Umwandlungen erfolgen durch Methylierung.
Die Eliminationshalbwertzeit liegt anfänglich bei 1-2 Stunden. In einer zweiten und dritten Eliminationsphase ist die Halbwertszeit auf 30 bis 200 Stunden verlängert. Bis die Gesamtmenge den Organismus verlassen hat, dauert es deshalb mehrere Wochen. Die Ausscheidung erfolgt über Harn, Kot, Schweissdrüsen und Milch.
Arsen lässt sich bereits 5-6 Stunden nach der oralen Aufnahme im Urin nachweisen.
 

4. Toxisches Prinzip

Die toxischen Wirkungen der Arsenverbindungen sind sehr vielfältig. Die Pathophysiologie des Arsens scheint durch die hohe Affinität für Sulfhydrylgruppen von Proteinen bestimmt zu sein, die zur Denaturierung der Proteine führt. Am Eintrittsort in den Körper entstehen zunächst schwere Haut- oder Schleimhautverätzungen. Neben dem Magen-Darm-Trakt und - bei Inhalation - dem Respirationstrakt stellen Blutkapillaren, ZNS und Haut die wichtigsten Angriffspunkte der Arsenwirkung dar.
Arsenwasserstoff führt nach Inhalation zu einer massiven Hämolyse. Ferner werden Arsenverbindungen zu den karzinogenen Substanzen gezählt.
 

5. Toxizität bei Labortieren

Akute orale LD50 (in mg/kg Körpergewicht):

 MausRatteKaninchenHuhn
Arsanilsäure (C6H8AsNO3) > 1'000  
Arsenige Säure (H3AsO4)5748  
Arsenik (Arsentrioxid, As2O3)25-4515.1850-300
Arsenoxid 763  
Arsenpentoxid (As2O5)55110  
Arsentrisulfid (As2S3)185255  
Bleiarsenat (PbHAsO4) 100-825125450
Cacodylat (CH5AsNa2O3) 821-928  
Calciumarsenat (Ca3As2O8) 20-29850 
Carbarson (C7H9AsN2O4) 510  
Dimethylarsinsäure (C7H9AsO2)650   
Kaliumarsenit  (As2HKO4) 14  
Kupferarsenitacetat (C2H3As3Cu2O8) 22-10013 
Magnesiumarsenat (MgxAsH3O4)315   
Methanarsonsäure (CH5AsO3)970   
Natriumcacodylat (C2H6AsNaO2)4'0002'600  
Natriumarsenit (NaAsO2) 41  
Na-Methylarsinsäure (CH5AsNaO2) 1'059-1'105  
Na-Dimethylarsinsäure (C2H6AsNaO2)4'0002'600  
Phenarsazinoxid 25  
Phenoxyarsinoxid 7-12  
Roxarsone (C6H6AsNO6)70155 110-123
 
Gemäss Untersuchungen an Mäusen ist Arsenwasserstoff ab einer Konzentration von 3 ppm in der Luft toxisch, und ab 25 ppm innerhalb von Minuten tödlich (maximale Arbeitskonzentration: 0.05 ppm oder 0.16 mg/m3). Arsentrichlorid ist ab einer Konzentration von 338 ppm in der Luft akut tödlich.
 

6. Umwelttoxikologie

Ein mögliches Gesundheitsrisiko besteht beim Konsum von Trinkwasser. In der Schweiz wurde im Tessin eine und im Graubünden drei Quellen gefunden, welche den ehemaligen schweizerischen Arsen-Grenzwert von 50 ppb überschritten. Alle vier Quellen wurden geschlossen. In Graubünden befinden sich 21 weitere Quellen mit einer Arsenkonzentration zwischen 10-50 ppb, im Wallis neun Quellen; der WHO- sowie der schweizerische Grenzwert (seit dem 1.1.2014) ist bei 10 ppb (μg/l). Bis jetzt gibt es keine Hinweise darauf, dass gesunde, gut genährte Menschen durch diese relativ geringen Werte ernsthaft geschädigt werden. Anders sieht es in Bangladesch und Westindien aus, wo im Trinkwasser Arsenwerte gemessen wurden, welche hundert mal höher liegen als erlaubt und die Menschen zum Teil unterernährt sind.
 

II. Spezielle Toxikologie - Kleintier

1. Toxizität

1.1Minimale toxische Dosis
Die kleinste toxische Dosis der arsenigen Säure (oral) wird mit 10 mg/kg beim Hund angegeben.
 
1.2Minimal letale Dosis
Die minimal letale Dosis (oral) von Arsenik beträgt bei Hunden 50-150 mg/kg Körpergewicht.
Die minimal letale Dosis (oral) von Natriumarsenit bei der Katze: 5 mg/kg.
 
1.3Akute orale LD50
Die akute orale LD50 von Calciumarsenat beträgt bei Hunden 38 mg/kg Körpergewicht.
 

2. Latenz

Die ersten Symptome können bereits 30 Minuten nach der oralen Aufnahme von Arsenik auftreten. Ein chronischer Vergiftungsverlauf mit erheblich längerer Latenzzeit ist ebenfalls möglich.
 

3. Symptome

3.1Allgemeinzustand, Verhalten
Depression, Schwäche, Ataxie, Schock, Durst und Polydipsie im Anfangsstadium der Vergiftung
  
3.2Nervensystem
Tremor, Krämpfe, Paralyse der Hintergliedmassen
  
3.3Oberer Gastrointestinaltrakt
Hypersalivation, Erbrechen
  
3.4Unterer Gastrointestinaltrakt
Kolik, wässrige, reiswasserartige oder blutige Durchfälle. Die Durchfälle enthalten oft in grossem Umfang abgelöste Darmschleimhaut
  
3.5Respirationstrakt
Dyspnoe, Polypnoe, Tod durch Atemlähmung
  
3.6Herz, Kreislauf
Zyanose, schwacher Puls, Kreislaufzusammenbruch, hochgradige Dehydratation, Schock, Tachykardie
  
3.7Bewegungsapparat
Keine Symptome
  
3.8Augen, Augenlider
Konjunktivitis, bei Vergiftungen mit gasförmigen Arsenverbindungen
  
3.9Harntrakt
Hämaturie, Oligurie, bei subakuten Vergiftungen oft anfangs noch Polyurie; nach Inhalationsvergiftung mit Arsenwasserstoff: Hämoglobinurie
  
3.10Fell, Haut, Schleimhäute
Irritationen, Reizungen, Nekrosen bei Kontakt arsenhaltiger Substanzen mit der Haut oder Schleimhaut, dünne und brüchige Haut bei chronischen Vergiftungen (selten); hämolytischer Ikterus nach Inhalation von Arsenwasserstoff
  
3.11Blut, Blutbildung
Hämolyse (vor allem durch Arsenwasserstoff)
  
3.12Fruchtbarkeit, Jungtiere, Laktation
Keine Symptome
 

4. Sektionsbefunde

Neben einer hämorrhagischen Gastroenteritis werden Erosionen oder Ulcera der Schleimhaut des Verdauungstraktes sowie Perforationen der Darmwand beobachtet. Weitere Befunde: Petechiale Blutungen vor allem am Herzmuskel; Knochenmark-, Leber- und Nierendegeneration; Hyperkeratose; Polyneuritis; Pneumonie (entsteht oftmals nach inhalativer Aufnahme).
 

5. Weiterführende Diagnostik

5.1Direkter Nachweis
-Arsen kann in Magen- und Darminhalt, sowie in Milch, Urin und Kot (> 2 ppm) nachgewiesen werden. Das beste Material für eine Laboruntersuchung ist eine grosse Urinprobe.
-Haare (5-10 g) sind der beste Indikator für eine vergangene Arsenexposition. Arsen ist nachweisbar, bis die Haare ausfallen. War ein Tier nicht exponiert, sollte der Arsengehalt unter 0.5 ppm betragen. Haare gesunder Tiere können jedoch einen Arsengehalt von 5-10 ppm enthalten.
-Der Nachweis von Arsen in den Organen (Leber, Niere > 10 ppm, bezogen auf das Feuchtgewicht) ist wegen der raschen initialen Ausscheidung weniger geeignet.
Die Bestimmung von Arsen erfolgt über Atomabsorptionsspektrometrie.
 
5.2Röntgen
-Arsen stellt sich röntgendicht im Magen und Darm dar.
 

6. Differentialdiagnosen

-Gastroenteritis anderer Ursache
-Parvovirose
-Lebensmittelvergiftung
 

7. Therapie

7.1Notfallmassnahmen
-Kreislauf stabilisieren, gegebenenfalls Bluttransfusion; in der Literatur wird ein Zusatz von Vitaminen der B-Gruppe in die Infusionslösung empfohlen
-Atmung stabilisieren
-Krämpfe kontrollieren
 
7.2Dekontamination und Elimination
-Reinigung von Fell und Haut bei dermaler Exposition
-Emesis innerhalb 4 Stunden nach Aufnahme; vorsichtige - Arsen verursacht im Magen-Darm-Trakt signifikante Läsionen - Magenspülung mit warmem Wasser oder 1%iger Natriumbicarbonat-Lösung.
 
7.3Forcierte renale Elimination
-Mittels Diurese
 
7.4Antidottherapie
Es stehen verschiedene Chelatbildner zur Verfügung:
-Dimercaprol (BAL = British Anti Lewisit): 3-4 mg/kg 3mal täglich i.m. Die Behandlung muss bis zur vollständigen Genesung des Patienten, möglicherweise wochenlang fortgeführt werden. Bei schweren Vergiftungen kann die Einzeldosis am ersten Tag der Behandlung auf 6-7 mg/kg erhöht werden. Nebenwirkungen: Erbrechen, Tremor, Krämpfe
-Succimer (DMSA = meso-Dimercaptosuccinylsäure): 10 mg/kg 3mal täglich p.o. über 10 Tage. DMSA ist besser verträglich als BAL.
-Acetylcystein:
    Hund:Zuerst 280 mg/kg p.o., dann weiter mit 140 mg/kg 6mal täglich p.o. über 3 Tage.
    Katze:Zuerst 140-240 mg/kg p.o., dann weiter mit 70 mg/kg 4mal täglich p.o. über 3 Tage.
Acetylcystein reduziert die Toxizität von Arsen und kann im Fall einer hochakuten Vergiftung auch i.v. appliziert werden.
 
7.5Weitere symptomatische Massnahmen
-Behandlung der Azidose: Laktat- oder Bicarbonatinfusion.
-Antiemetika: Sofern das Erbrechen auch nach längerer Zeit anhält, Metoclopramid oder Domperidon.
-Bei Perforation des Magen-Darm-Trakts: Chirurgische Massnahmen. Sehr wichtig ist dabei eine gründliche Spülung des Peritonealraums mit steriler Kochsalzlösung.
-Antibiotische Versorgung: Breitspektrumantibiotika.
 

8. Fallbeispiele

8.1 Experiment mit Beagles
Natriumarsenit wurde einer Gruppe von Beagles (weiblich 7-8 Monate) ins Futter gemischt. Die Dosis von Natriumarsenit war 0, 1, 2, 4 mg/kg Körpergewicht oder 0, 33, 67, 133 µg/g Futter. Nach 59 Tagen wurde die Dosis verdoppelt. Der Versuch wurde nach insgesamt 183 Tagen abgebrochen. Arsen konnte im Harn (5.98-33.81 ppm, 11.12-37.40 ppm, 13.44-18.24 ppm) und in den Haaren (0.22-10.6 ppm, 0.29-33.5 ppm und 0.11-17.90 ppm) nachgewiesen werden (Neiger & Osweiler, 1992).
  
8.2 Ein Pointerrüde (3 Jahre, 21.3 kg) wird mit Abmagerung, Apathie, "Nilpferdkopf", Ulcera an den Übergängen zwischen Hau und Schleimhäuten sowie Nekrosen an den Ohrrändern vorgestellt.
Labor: Leberenzyme im Serum erhöht, Biopsien der Haut zeigen das Bild einer Vasculitis, Hperkeratose und Hypertrophie der Talgdrüsen. Der Arsengehalt im Urin beträgt 15 ppm, im Blut 0.22 ppm und im Kot 40 ppm. Die Arsenkonzentration im Fell war für das Messverfahren zu hoch.
Massnahmen: Ein Farbeimer mit arsenhaltiger Farbe, der durch das Dach in die Hundehütte tropfte, wurde entfernt. Zusätzlich wurde der Hund gewaschen.
Verlauf: nach 4 Wochen sind die Haurveränderungen fast verschwunden. Im Blut, Urin und Kot ist kein Arsen mehr nachweisbar. Die Konzentration in den Haaren liegt bei 1.5 ppm
(Evinger & Blakemore, 1984).
 

9. Literatur

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