CANARINA:
DISPER:
Schadstoffe V
Toxizität
Kohlenstoffmonoxid ist ein gefährliches Atemgift. Wenn es z. B. über die Lunge
in den Blutkreislauf gelangt ist, koordiniert es an das zentrale Eisenatom des
Hämoglobins und behindert so den Sauerstofftransport im Blut, was zum Tod durch
Erstickung führen kann. Kohlenstoffmonoxid bindet etwa 325-mal stärker an den
roten Blutfarbstoff Hämoglobin als Sauerstoff, bei einem
Kohlenstoffmonoxidanteil von 0,1 Prozent in der Atemluft wird also etwa die
Hälfte der roten Blutkörperchen deaktiviert. Die Giftwirkung des CO wird durch
die Proteinumgebung des Häms im Hämoglobin gemindert, so bindet CO an ein
ungehindertes Häm etwa 26.000-mal stärker als Sauerstoff. Als Ursache wird
angenommen, dass in der Enzymtasche zu wenig Platz ist, um die vom CO bevorzugte
lineare Fe-C-O-Geometrie zu erlauben, die vom Disauerstoff bevorzugte gewinkelte
Koordination wird dagegen nicht behindert.[8] Bei einem Atemluftanteil von über
einem Prozent tritt der Tod binnen ein bis zwei Minuten ein.[9][10] Die
Eliminationshalbwertszeit des Kohlenstoffmonoxid aus dem Blut beträgt 2 bis 6,5
Stunden,[1] abhängig von der aufgenommenen Menge an CO und der Ventilationsrate
des betroffenen Menschen.
Durch die Bindung des CO an Hämoglobin werden Pulsoxymeter getäuscht und geben
fälschlich hohe Sauerstoffsättigungsraten an. Die äußerlichen Anzeichen einer
Kohlenmonoxidvergiftung sind kirschrote Schleimhäute. Nach neueren
Untersuchungen mit hohen Fallzahlen (231 Patienten) ist dieses klinische Zeichen
insbesondere bei leichteren Vergiftungsformen selten anzutreffen.[11] Die Farbe
ist ein Resultat der tiefroten
Hämoglobin-Kohlenstoffmonoxid-Charge-Transfer-Komplexe. Ferner können die nach
dem Tod bei der Leiche auftretenden Totenflecke (Livores) durch eben diesen
Mechanismus typischerweise ebenfalls leuchtend rot gefärbt sein und somit einen
Hinweis auf eine Kohlenmonoxidvergiftung geben.
Kohlenmonoxid ist ein Photosynthesegift und schädigt auch das Chlorophyll der
Pflanzen.
Der prozentuale Anteil des im Blut mit Kohlenstoffmonoxid belegten Hämoglobins
wird auch als COHb abgekürzt (Kohlenmonoxid- Hämoglobin).
Wirkungen verschiedener Dosen
* Für gesunde Erwachsene besteht nach älteren Studien auch bei Dauerbelastung
von acht Stunden täglich bei Konzentrationen bis 115 ppm keine Gefahr; es
entstehen lediglich Konzentrationen von 4 % COHb bei Nichtrauchern und 7,6 % bei
Rauchern. Neuere Studien belegen jedoch, dass bei Risikogruppen mit
Herz-Kreislauf-Erkrankungen schon Belastungen ab 2,7 % Krankheitssymptome
verstärken können.[1]
* Bei höheren chronischen Belastungen über 150 bis 300 ppm entstehen
Schwindelgefühle, Schläfrigkeit, Übelkeit und Erbrechen.
* Akut tödlich wirkende Mengen des Gases (LD50)[1]: siehe Infobox (oben).
Schwerhörigkeit wird bei CO-Belastung um bis zu 50 % verstärkt.[12][13]
Rettung bei Kohlenmonoxid-Intoxikationen
Kohlenmonoxid in hoher Konzentration reagiert stark exotherm mit Luft, wenn sich
ein Zündfunke findet. Schon ein Funke im Lichtschalter oder der Türglocke kann
daher eine Explosion auslösen. Für den Helfer bedeutet das, dass höchste
Vorsicht geboten ist – Eigensicherung hat absoluten Vorrang. Insbesondere sollte
auch die Gefahr einer eigenen Vergiftung berücksichtigt werden.
Umluftunabhängiger Atemschutz ist in der Regel zur Rettung, welche in den
meisten Fällen durch die Feuerwehr erfolgt, notwendig.
Patienten mit einer Kohlenmonoxid-Vergiftung werden vom Rettungsdienst und
Notarzt im Allgemeinen intubiert und mit positiv endexpiratorischem Druck (PEEP)
und 100 % Sauerstoff beatmet. Durch das deutlich erhöhte Sauerstoffangebot wird
das Kohlenmonoxid vom Hämoglobin verdrängt. Auch eine hyperbare Oxygenierung
kann erwogen werden.[14][15]
Biologische Bedeutung
Beim Menschen beträgt der prozentuale Anteil des im Blut mit Kohlenstoffmonoxid
belegten Hämoglobins COHb im venösen Blut zwischen 0,7 bis 1,1 %, wovon etwa 0,5
% endogen produziert werden. Ein erhöhter CO-Spiegel in den Zellen führt zur bis
zu 1000-fach verstärkten Ausschüttung des Glycoproteins Erythropoetin (EPO).[16]
Das Enzym Hämoxygenase baut Häm-Verbindungen, die vorwiegend aus Hämoglobin
stammen, unter Freisetzung von Kohlenstoffmonoxid ab. Dieses Enzym sowie eine
Guanylatcyclase, welche von CO reguliert wird, konnten im Geruchszentrum des
menschlichen Gehirns und im Bulbus olfactorius nachgewiesen werden. Demnach
könnte Kohlenstoffmonoxid als gasförmiger Botenstoff für den Geruchssinn dienen.
Die aktivierte Guanylatcyclase setzt dann den sekundären Botenstoff cGMP frei.[17]
Neben Kohlenstoffmonoxid, cGMP und cAMP wird auch Stickstoffmonoxid als Second
Messenger betrachtet.[18] Sowohl Stickstoff- als auch Kohlenstoffmonoxid können
als extrem niedermolekulare, wasserlösliche Gase sehr schnell und relativ
unbehindert Biomembranen durchdringen und dienen deshalb als Neurotransmitter
bei der Übertragung von Informationen aus dem primären oder sensorischen in das
sekundäre oder Langzeitgedächtnis durch das limbische System.[19][20]
Kohlenstoffmonoxid besitzt bei chronischer Darmentzündung eine
entzündungshemmende Wirkung, was auch die vorher rätselhafte Tatsache erklärt,
dass Raucher wesentlich seltener an Colitis ulcerosa erkranken als Nichtraucher.[21][22]
Auch nach Lungentransplantationen verhinderte eine inhalative, gering dosierte
Gabe von Kohlenstoffmonoxid einen Schaden durch Ischämie oder Reperfusion.[16]
Werden Nieren, die zur Transplantation vorgesehen sind, in einer Lösung
aufbewahrt, die Kohlenstoffmonoxid in geringer Konzentration enthält, wird der
ansonsten zu beobachtende Anstieg an freiem Häm und Abfall an Cytochrom P450
gehemmt, und so eine zellschädigende Lipidperoxidation vermindert.[23] Günstige
Wirkungen von Kohlenstoffmonoxid wurden zudem beschrieben in Tiermodellen von
septischem Schock, Darmverschluss (Ileus) und Arteriosklerose.[24] Bei Frauen
mit Schwangerschaftshypertonie und Schwangerschaftsvergiftung (Präeklampsie) ist
die Kohlenstoffmonoxidkonzentration in der Ausatemluft vermindert.[25]
Raucherinnen haben ein vermindertes Risiko, an Präeklampsie zu erkranken.[26]
Medikamente, welche kontrollierte Mengen an Kohlenstoffmonoxid transportieren
und freisetzen können, befinden sich in der Entwicklung.[27]
Herstellung
Kohlenstoffmonoxid kann aus zahlreichen Edukten wie z. B. Erdgas, Biogas,
Leichtbenzin, Schwerölen, Kohle und Biomasse hergestellt werden, wobei zunächst
Synthesegas, eine Mischung von Kohlenstoffmonoxid mit Wasserstoff erzeugt wird,
welche dann gereinigt und aufbereitet wird (Synthesegas, Fischer-Tropsch-Synthese).
Es entweicht zudem in großen Mengen als Luftschadstoff über Abgas-Emissionen.
Der Zerfall wird durch die wasserentziehende Wirkung konzentrierter
Schwefelsäure bewirkt, die der Ameisensäure zugetropft wird.
Entsorgung
Da Kohlenstoffmonoxid sehr giftig ist, müssen überschüssige Mengen mit
speziellen Absorbern aufgefangen oder mit einer Abflammvorrichtung abgeflammt
werden. Besondere Vorsicht gilt bei CO-Luft-Gemischen, da sie sehr explosiv
reagieren können.
Zusätzlich besteht die Möglichkeit Kohlenstoffmonoxid mit Kupfer(II)-oxid oder
Hopcalite katalytisch zu Kohlenstoffdioxid umzusetzen.
Verwendung
Reines Kohlenstoffmonoxid wird vor allem für folgende Anwendungen eingesetzt:
* Herstellung von Ameisensäure über Methylformiat
* Herstellung von Natriumformiat über Natriumhydroxid
* Umsetzung mit Methanol zu Essigsäure
* Umsetzung mit Chlor zu Phosgen
* Carbonylierungsreaktionen in der organischen Synthese
* Reduktionsmittel für z. B. Eisenerz
* Zum Binden von Kohlenstofffasern in einer reinen Kohlenstoffmatrix für die
Herstellung von CFK
CO-Wächter in einer Tiefgarage
Nachweis
Im Handel gibt es heute elektronische Sensoren, die den Nachweis von
Kohlenstoffmonoxid im Bereich von 50–1000 ppm in der Raumluft gestatten. Bei
elektronischen Sensoren sollte gleichzeitig aber kein Wasserstoffgas vorhanden
sein, da sonst die Nachweisgenauigkeit deutlich beeinflusst wird. Als präzises
Nachweisreagenz dient auch Diiodpentoxid I2O5, das in einem U-Rohr bei höheren
Temperaturen (ca. 80–160 °C) in Gegenwart von Kohlenstoffmonoxid quantitativ zu
elementarem Iod I2 reduziert wird, bei gleichzeitiger Bildung von
Kohlenstoffdioxid CO2. Durch Rück-Titration des Iods mit Thiosulfat S2O32− (Iodometrie)
lässt sich der CO-Gehalt des Gases dann bestimmen. Ditte erforschte schon im
Jahr 1870 dieses Verfahren mit Diiodpentoxid. Wasserstoff – auch in höheren
Konzentrationen – stört dabei nur sehr minimal die Nachweisgenauigkeit dieser
Methode. Durch gleichzeitige quantitative Bestimmung des umgesetzten
Kohlenstoffdioxids (Bestimmung durch Leitfähigkeit oder durch Fällung einer
Bariumhydroxidlösung) ist die Bestimmung sehr genau.
Stickoxide
Stickoxide, Nitrose Gase oder Stickstoffoxide sind Sammelbezeichnungen
für die gasförmigen Oxide des Stickstoffs. Sie werden auch mit NOx
abgekürzt, da es auf Grund der vielen Oxidationsstufen des Stickstoffs
mehrere Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen gibt. Manchmal wird die
Abkürzung NOx auch für die so genannten Nitrosen Gase (siehe unten)
verwendet.
Wertigkeit von N Summenformel Bezeichnung
+1 N2O Distickstoffmonoxid (Lachgas)
+2 NO Stickstoffmonoxid
+3 N2O3 Distickstofftrioxid
+4 NO2 Stickstoffdioxid
+4 N2O4 Distickstofftetroxid
+5 N2O5 Distickstoffpentoxid
Die Stickstoffoxide sind ausnahmslos endotherme Verbindungen, das
heißt sie bilden sich aus den Elementen nur unter äußerem Zwang (Energiezufuhr).
Dies bedingt andererseits ihre technische Verwendbarkeit als
Oxidationsmittel (zum Beispiel Distickstofftetroxid in der
Raketentechnik, oder Lachgas für heiße Flammen). Mit Ausnahme des
Lachgases verhalten sie sich gegenüber Wasser (beispielsweise in der
Atmosphäre) als Säurebildner. Unter anderem wegen dieser Säurebildung
(auf den Schleimhäuten) wirken sie reizend und giftig. Damit zogen sie
(mit Ausnahme des Lachgases) schon frühzeitig eine umweltpolitische
Aufmerksamkeit auf sich. Lachgas hat einerseits medizinische und
technische Anwendungen, andererseits wird es bei technischen und
landwirtschaftlichen Prozessen unbeabsichtigt in die Atmosphäre
abgegeben. Dort wirkt es als Treibhausgas und Ozonkiller. Näheres
unter Lachgas.
(wikipedia)
Mappa delle concentrazioni di SOx generato da una strada.
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