I. Allgemeine Toxikologie

1. Chemisch-physikalische Eigenschaften

Es handelt sich um organische Verbindungen mit einem aromatischen Grundaufbau, wobei je nach Verbindungstyp eine unterschiedliche Anzahl von Wasserstoffatomen durch Chlor substituiert sind (siehe zum Beispiel DDT in der Abbildung unten):
 

Die chlorierten Kohlenwasserstoffe sind in der Regel nur wenig wasserlöslich, dafür aber sehr gut lipidlöslich.
 

2. Quellen

Chlorierte cyklische Kohlenwasserstoffe werden als Insektizide und Akarizide eingesetzt. Dank starken gesetzlichen Schranken gegen die Herstellung und Anwendung sind akute Tiervergiftungen mit diesen Stoffen in westlichen Ländern zu einer Rarität geworden. In tropischen Gebieten scheint aber eine wirksame Malariabekämpfung ohne chlorierte Kohlenwasserstoffe nicht möglich zu sein und diese Substanzen werden deshalb in vielen Entwicklungsländern noch breit angewendet. In unseren Breitengraden kommt Lindan (das γ-Isomer von Hexachlorcyclohexan) in Form von Pudern und Wasch-, Bade-, Sprüh- oder Emulsionslösungen sowohl in der Human- wie auch in der Veterinärmedizin gegen Ektoparasiten zum Einsatz. Als weiterer Chlorkohlenwasserstoff wird Bromociclen zur Bekämpfung von Ektoparasiten angewendet.
 

3. Kinetik

Wegen ihrer Lipophilität dringen die chlorierten cyklischen Kohlenwasserstoffe auf allen bekannten Wegen (oral, über die Haut oder über die Lungen) in den Körper ein. Die meisten Vertreter dieser Stoffklasse weisen eine hohe Resistenz gegenüber chemischen oder enzymatischen Abbauprozessen vor, womit diese Verbindungen im Körperfett zum Teil über Jahrzehnte gespeichert werden. Diese Fettdepots können bei Unterernährung oder infolge zehrender Krankheiten wieder freigesetzt werden. Nur einige Vertreter dieser Stoffgruppe wie Endosulfan, Lindan, Toxaphen und besonders Methoxychlor zeichnen sich durch eine geringere Persistenz in der Umwelt und im Gewebe aus. Heptachlor wird nach Aufnahme in die Leber zu einem hochtoxischen Epoxid umgewandelt. Ein beträchtlicher Teil der aufgenommenen Organochlorverbindungen wird über die Milch ausgeschieden.
 

4. Toxisches Prinzip

4.1Akute Toxizität
Sensorische und motorische Neuronen stellen den Wirkungsort der akut toxischen Wirkung der chlorierten cyklischen Kohlenwasserstoffe dar. Insbesondere werden akute Vergiftungen auf eine Blockade von Na+-Kanälen zurückgeführt, wobei die Neuronen der Arthropoden um einen Faktor 10'000 empfindlicher sind als jene der Säugetiere. Hierzu lagern sich die cyklischen Chlorkohlenwasserstoffe in die Phospholipidschicht der Nervenmembranen ein und behindern das Schliessen der während der Depolarisationsphase geöffneten Na+-Kanäle. Dies verzögert die Wiederherstellung des Membran-Ruhepotentials und damit bleiben die Nervenzellen in einem gesteigerten Erregungszustand.
 
4.2Chronische Toxizität
Auf einem ganz anderen Mechanismus, nämlich der spezifischen Bindung an intrazelluläre Rezeptoren, beruht die chronische Wirkung der chlorierten cyklischen Kohlenwasserstoffe. Zum Beispiel interagieren diese Stoffe mit dem Arylhydrocarbon-Rezeptor (Ah-Rezeptor). Dadurch entsteht ein aktiver Rezeptorkomplex, der die Genexpression umprogrammiert mit der Folge, dass die Transkription bestimmter Gene stimuliert und entsprechende mRNA gebildet wird. Über Aktivierung dieses Ah-Rezeptors führen schon kleine Dosen der chlorierten cyklischen Kohlenwasserstoffe zu einer Induktion des endoplasmatischen Retikulums mit Neubildung von Cytochrom-P450-abhängigen Enzymen. Auch die Tumor promovierende Aktivität der Organochlorverbindungen basiert vermutlich auf der Bindung mit intrazellulären Rezeptoren. Als weitere rezeptorvermittelte Wirkung sind chlorierte cyklische Kohlenwasserstoffe in der Lage, mit Östrogen- oder Androgenrezeptoren zu interagieren. Dabei enstehen Rezeptorkomplexe, die die Genexpression so umprogrammieren, dass die hormonelle Steuerung der Geschlechtsdifferenzierung und Reproduktion fehlgeleitet wird.
 
4.3Toxizität der Lösungsmittel
Wegen der Unlöslichkeit in Wasser enthalten viele Insektizidpräparate mit chlorierten cyklischen Kohlenwasserstoffen auch organische Lösungsmittel, die ebenfalls zur Toxizität beitragen können.
 

5. Toxizität bei Labortieren

Akute orale LD50 (in mg/kg Körpergewicht):

 MausRatteKaninchenHuhn
Aldrin39.67-6750-80 
Bromociclen (Bromodan) > 6'000  
Chlordan430250-283300220-1'200
Chlordecon (Kepon) 95-13265-71 
DDD (Dichlordiphenyldichlorethan, Rothan) 400  
DDT (Dichlordiphenyltrichlorethan)150-30087-300250-300 
Dicofol (Kelthan) 575-1'4951'870 
Dieldrin3840-874520
Dienochlor 1'200-3'160  
Endosulfan 40-110  
β-Endosulfan 240  
Endosulfansulfat 18  
Endrin 3-17.572-4
Heptachlor68130  
Hexachlorbenzol > 3'500  
Isodrin8.87  
Kelevan 240-290  
Lindan (γ-Hexachlorcyclohexan)4476-12540-7570
Methoxychlor7'0001'000> 6'000 
Mirex 235-600  
Pentachlorphenol 50-210  
Perthan (Ethylan)6'6008'170  
Plifenat> 2'50010'000> 2'500> 2'500
Toxaphen (Camphechlor) 40-90  
Trichlophenidin> 16'000> 16'000  
 

6. Umwelttoxikologie

Durch die bei der Malariabekämpfung in riesigen Mengen ausgebrachten chlorierten cyklischen Kohlenwasserstoffe (besonders DDT) hat die Umweltkontamination mit diesen Insektiziden alarmierende Ausmasse angenommen. Besonders kritisch ist die Dauerbelastung von Mensch und Umwelt durch DDT und andere Vertreter dieser Insektizidgruppe. Verantwortlich für die ungünstige Umweltverträglichkeit dieser Verbindungen ist die schlechte Abbaubarkeit nicht nur durch Säugetiere, sondern auch durch Bakterien, Kleinlebewesen oder Pflanzen. Obwohl wenig wasserlöslich gelangt DDT adsorbiert an Staubpartikel in die Gewässer, wo es vom Plankton aufgenommen und in marinen Nahrungsketten angereichert wird. Ein wichtiger Faktor für die globale Verteilung - auch im Polareis findet man beträchtliche Mengen DDT - ist die Verdampfung und Ausbreitung über Niederschläge. Durch die Kontamination der Umwelt kommt es über Nahrungsmittelketten zu hohen Konzentrationen bei Raubfischen, Seevögeln, Meeressäugern und Greifvögeln.
 
Begünstigt durch die Anreicherung in den Nahrungsketten lösen chlorierte cyklische Kohlenwasserstoffe sowohl akute wie chronische Vergiftungserscheinungen bei Wildtierpopulationen aus. Der Fettabbau während langer Fastenperioden zur Zeit des Brütens oder während des Vogelzuges kann Pestizidrückstände in einem Ausmass mobilisieren, dass akute Vergiftungserscheinungen auftreten. Es sind aber die rezeptorvermittelten und viel subtileren Wirkungen der chlorierten cyklischen Kohlenwasserstoffe, die langfristig zur Ausrottung von ganzen Spezies führen könnten. Diese Pestizide stehen heute nämlich im Verdacht, negative Effekte auf den Hormonhaushalt auszuüben. Als Stoffe mit endokriner Wirkung (auf Englisch "endocrine disrupters") werden Fremdstoffe bezeichnet, die störend in das Hormonsystem eingreifen und dadurch schädigende Wirkungen an Mensch und Tier erzeugen. Im Vordergrund stehen dabei die geschlechtshormonähnlich wirkenden Stoffe, da diese eng mit Reproduktions- und Entwicklungsstörungen in Zusammenhang stehen. Zum Beispiel sind chronische Schädigungen von DDT auf die Fruchtbarkeit von Vögeln bekannt geworden. Durch eine Störung des Kalkstoffwechsels wurden die Eier einiger Vogelarten dünnwandig und zerbrachen in den Nestern. Die darin enthaltenen Vogelembryos zeigten Erscheinungen von Feminisierung. Überaus deutliche östrogene Wirkungen zeigten sich bei Alligatoren in Florida, als ein Unfall in einer chemischen Fabrik im Jahre 1980 zur starken Verschmutzung eines Sees mit DDT führte. Dabei wurde bei den Alligatoren eine 90%ige Reduktion der Geburtsrate, eine Verminderung der Penisgrösse und weitere feminisierende Wirkungen beobachtet. Die Testosteronkonzentration im Serum der Männchen war stark erniedrigt und lag im Bereich, der normalerweise bei Weibchen gefunden wird. Die gleichzeitig hohe Inzidenz von Hodenhochstand in Populationen des Florida-Panthers dürfte ebenfalls auf die massiven Konzentrationen von DDT und seinen Metaboliten in der Nahrungskette zurückzuführen sein.
 

II. Spezielle Toxikologie - Wiederkäuer

1. Toxizität

Erwachsene Rinder sind im Allgemeinen resistenter gegenüber chlorierten Kohlenwasserstoffen als Jungtiere. Kleine Wiederkäuer ertragen gleich hohe oder sogar höhere Dosen als adulte Rinder. Da diese Verbindungen im Körperfett gelagert werden, sind magere Tiere anfälliger als gut ernährte Artgenossen. Einige Toxizitätsdaten aus der Literatur:
 
1.1Aldrin
Ziege:Die minimale toxische Dosis beträgt 10 mg/kg Körpergewicht p.o.
Schaf, Rind:Minimale toxische Dosis 10 mg/kg p.o., minimale letale Dosis 40-50 mg/kg p.o., tägliche Dosen von 2-5 mg/kg p.o sind toxisch.
Kalb:Minimale toxische Dosis 2.5 mg/kg p.o.
  
1.2Chlordan
Ziege:LD50 180 mg/kg p.o.
Schaf:Minimale toxische Dosis 35 mg/kg p.o.
Kalb:Minimale toxische Dosis 10 mg/kg p.o.
Rind:Minimale toxische Dosis 75 mg/kg p.o.
  
1.3DDT
Ziege, Schaf:Minimale toxische Dosis 250 mg/kg p.o. (100-200 mg/kg p.o. werden über mehrere Tage vertragen), LD50 > 1 g/kg p.o.
Rind:Minimale toxische Dosis 250 mg/kg (Milchkühe vertragen 200 ppm DDT im Futter).
  
1.4Dieldrin
Ziege:LD50 100 mg/kg p.o.
Schaf:Minimale toxische Dosis 10 mg/kg p.o., minimale letale Dosis 50-75 mg/kg p.o.
Kalb:Minimale toxische Dosis 5 mg/kg p.o.
Rind:Minimale toxische Dosis 10 mg/kg p.o., minimale letale Dosis 60 mg/kg p.o.
  
1.5Endosulfan
Schaf:8 mg/kg/Tag p.o. führt innerhalb 2 Tagen zu klinischen Erscheinungen.
Rind:Minimale letale Dosis 16 mg/kg.
  
1.6Endrin
Ziege:LD50 25 mg/kg p.o.
  
1.7Lindan
Ziege, Schaf:Minimale toxische Dosis 10 mg/kg p.o., minimale letale Dosis 100 mg/kg p.o.
Kalb:Minimale toxische Dosis 2.5 mg/kg p.o., minimale letale Dosis 5-15 mg/kg p.o.
Rind:Minimale toxische Dosis 10 mg/kg p.o., minimale letale Dosis 25 mg/kg p.o.
  
1.8Perthan
Schaf:Minimale toxische Dosis 1 g/kg p.o.
Rind:Minimale toxische Dosis 250 mg/kg p.o.
  
1.9Toxaphen
Ziege:Minimale toxische Dosis 25 mg/kg p.o., LD50 200 mg/kg p.o.
Schaf:Minimale toxische Dosis 10 mg/kg p.o., LD50 200 mg/kg p.o.
Kalb:Minimale toxische Dosis 5 mg/kg p.o.
Rind:Minimale toxische Dosis 25 mg/kg p.o.
 

2. Latenz

Meist treten Vergiftungserscheinungen einige Minuten bis 48 Stunden nach Aufnahme auf, seltener erst nach einigen Tagen. Werden die ersten 36 Stunden überstanden, so kann eine günstige Prognosen gestellt werden. Allerdings bleiben die Rückstände in Milch und Fleisch zum Teil über Monate bestehen.
 

3. Symptome

Im Folgenden sind vor allem die Symptome der akuten Vergiftung mit chlorierten cyklischen Kohlenwasserstoffen beschrieben. Eine chronische Belastung mit diesen Verbindungen äussert sich durch Anorexie, Gewichtsverlust, Leistungsabfall, Wachstums- und Fruchtbarkeitsstörungen. Nach einer längeren Latenzzeit kann aber auch die chronische Exposition zum Ausbruch akuter Vergiftungssymptome führen.
 
3.1Allgemeinzustand, Verhalten
Unruhe, erhöhte Aufmerksamkeit, die in Schreckhaftigkeit übergeht; Stöhnen, Brüllen, Hyperthermie, Ataxien, Manegebewegungen, Hochspringen, Vorwärtsdrängen, Anrennen in Hindernisse, Niederstürzen, Festliegen mit paddelnden Bewegungen; daneben auch Niedergeschlagenheit, Schwäche, Koma
  
3.2Nervensystem
Zucken, Zittern, erst am Kopf, später nach kaudal auf den ganzen Körper übergehend; Krämpfe, leeres Kauen, Zähneknirschen, Opisthotonus
  
3.3Oberer Gastrointestinaltrakt
Salivation, Schäumen
  
3.4Unterer Gastrointestinaltrakt
Durchfall
  
3.5Respirationstrakt
Dyspnoe, Tod durch Atemstillstand
  
3.6Herz, Kreislauf
Tachykardie
  
3.7Bewegungsapparat
Keine Symptome
  
3.8Augen, Augenlider
Blepharospasmus, Mydriasis, Nystagmus
  
3.9Harntrakt
Keine Symptome
  
3.10Fell, Haut, Schleimhäute
Keine Symptome
  
3.11Blut, Blutbildung
Keine Symptome
  
3.12Fruchtbarkeit, Jungtiere, Laktation
Keine Symptome
 

4. Sektionsbefunde

Bei rasch verendeten Tieren ist die Sektion unauffällig. Verschiedene unspezifische Befunde umfassen Lungenödem, subepi- und subendokardiale Blutungen, petechiale Blutungen im Magen-Darm-Trakt, vermehrte Zerebrospinalflüssigkeit, Gehirn und Rückenmark sind ödematisiert und blutreich. Nach einer chronischen Belastung mit chlorierten cyklischen Kohlenwasserstoffen lassen sich Parenchymschädigungen der Leber feststellen. Degenerative Veränderungen am Herzmuskel können ebenfalls auftreten.
 

5. Weiterführende Diagnostik

Nachweis der chlorierten Kohlenwasserstoffe in Futter, Milch, Hirn-, Fettgewebe, oder Leber mittels chromatographischen Methoden. Wegen der hohen Beständigkeit dieser Verbindungen ist die Gegenwart der Chlorkohlenwasserstoffe im Gewebe nicht in jedem Fall beweisend für eine Vergiftung.
 

6. Differentialdiagnosen

Infektionskrankheiten mit zentralnervösen Störungen (zum Beispiel Tetanus, Tollwut, Aujeszky), BSE, Kochsalzvergiftung (keine Erhöhung der Körpertemperatur), Strychninvergiftung (keine Verhaltensstörungen), Pestizidvergiftung durch Cholinesterasehemmer (keine Verhaltensstörungen, unwesentlicher Anstieg der Körpertemperatur), Bleivergiftung, Harnstoffvergiftung (Ammoniakgeruch).
 

7. Therapie

7.1Notfalltherapie
-Kreislauf: Volumen- und Elektrolytsubstitution
-Krämpfe: Xylazin oder Diazepam
 
7.2Dekontamination
-Aktivkohle und Glaubersalz
-Reinigung von Fell und Haut mit Wasser und mildem Detergens.
 
7.3Weitere symptomatische Massnahmen
-Korrektur einer metabolischen Azidose: Na-Bikarbonat
-Sedation: Tiere in ruhiger Umgebung einstallen.
-Fütterung: Rauhfutterreiche Diät anbieten.
 

8. Fallbeispiele

8.1Auf einem Mastbetrieb wurden die Kälber eines Morgens mit Vergiftungserscheinungen gefunden. Sechs der insgesamt 90 Tiere zeigten Ataxie, Tremor, Salivation, Durchfall und Desorientierung. Zwei andere Kälber lagen in Seitenlage fest und hatten tonisch-klonische Krämpfe. Sieben Kälber waren bereits tot, in der folgenden Woche starben drei weitere. Die Diagnose wurde gestellt, als im Rumen- und Abomasuminhalt Aldrin in einer Konzentration von 22.4 μg/g Ingesta NS gefunden wurde. Daraufhin wurde das Futter untersucht, das Aldrin in einer Konzentration von bis zu 528 μg/g enthielt. Während den nächsten 50 Tagen erhielten die Tiere eine kalorienarme, rauhfutterreiche Diät, die zudem noch 450 g Aktivkohle/Tier enthielt. Aufgrund der langen Halbwertzeit von Dieldrin (85 Tage bei Rindern, 245 Tage bei Bullen) wurde dem Mäster empfohlen, die Tiere zu entsorgen. Er befolgte diesen Rat nicht, sondern beschloss, die Tiere so lange zu behalten, bis der Dieldringehalt unter die Toleranzgrenze von 0,3 μg/g Fett sinken würde. Erst 19 Monate später konnte dann das letzte Tier, das von dieser Vergiftung betroffen war, geschlachtet werden (Casteel et al., 1993).
  
8.2An einem späten Nachmittag wurden 5 Kälber (60-170 kg, 4-11 Monate) mit einem 4%igen Endosulfanpulver eingestäubt, um sie von Ektoparasiten zu befreien. Am nächsten Morgen war ein Kalb tot, die anderen zeigten folgende Symptome: Muskelzittern, Zucken mit den Ohren und den Augenlidern, Krämpfe. Die Kälber rannten rückwärts und sprangen über imaginäre Hindernisse. Im Laufe des Vormittags verstarb noch ein weiteres Tier und 1 Kalb lag in Seitenlage mit tonisch-klonischen Krämpfen fest, bis es auch bald starb. Eines der überlebenden Kälber wurde mit Wasser abgeduscht, worauf es mit übererregbarkeit reagierte und sofort schwere Krämpfe und Ataxien entwickelte. Es wurde aber weiter abgewaschen, bis die Symptome verschwanden. Auch dieses Kalb wurde später tot aufgefunden (Nicholson & Cooper, 1977).
 

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