Vorkommen

Arsen ist ein Halbmetall, das in seinen Verbindungen vorwiegend drei- und fünfwertig auftritt. Bekannte Arsenverbindungen sind das Arsentrioxyd (Arsenik), die Salze der arsenigen Säure (Arsenite) und der Arsensäure (Arsenate), Arsentrisulfid und Arsenwasserstoff (Arsin). Darüber hinaus sind einige organische Arsenverbindungen von Bedeutung.

Zu den wichtigsten natürlichen Emittenten gehören Vulkanausbrüche, während die bedeutsamste anthropogene Belastung durch Metallverhüttung zustandekommt. Viele anorganische Arsenverbindungen haben als Schädlingsbekämpfungsmittel (Rattengift), als Konservierungsmittel von Tierbälgen und Fellen, in der Textilfärberei, in der Glas- und Druckindustrie Bedeutung erlangt. Medizinisch wurde bis vor kurzem Arsenik zur Zerstörung der Zahnpulpa (in Mengen von ca. 0,5 bis 2 mg Arsen) und vereinzelt als Roborans (Pilulae asiaticae, ca. 1 mg Arsen) verwendet. Arsentrisulfid diente in der Gerberei als Enthaarungsmittel. In Weinanbaugebieten und in Obstkulturen wurde früher häufig Bleiarsenat zur Schädlingsbekämpfung angewendet. In der BRD ist seit 1974 die Verwendung arsenhaltiger Schädlings-bekämpfungsmittel verboten. Von den anorganischen Verbindungen ist schließlich Arsenwasserstoff zu erwähnen. Er entsteht z. B. bei der Wasserstoffherstellung aus arsenhaltiger Schwefelsäure oder arsenhaltigen Metallen. Der Arsengehalt von Karbid kann gleichfalls zur Verunreinigung von Acetylen mit Arsenwasserstoff führen.

Organische Arsenverbindungen wurden früher in der Veterinärmedizin zur Bekämpfung von Spirochäten und Trypanosomen eingesetzt. Organische Arsenverbindungen (z. B. das 10,10'- Oxybisphenoxyarsin) dienen als Flammschutzmittel. Im Ersten Weltkrieg wurden organische dreiwertige Arsenverbindungen (Ethylarsindichlorid, Chlorvinylarsindichlorid, Diphenylarsinchlorid und -cyanid sowie Phenarsazinchlorid) als Kampfstoffe eingesetzt.

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Metabolismus / Toxikokinetik

Generell werden anorganische Arsenverbindungen besser als organische Arsenverbindungen und Arsen-V-Verbindungen besser als Arsen-III-Verbindungen resorbiert. Je nach Verbindung liegt die gastrointestinale Resorption bei 50 - 80%. Über die Atemwege, über die Haut und über Schleimhäute werden Arsenverbindungen gleichfalls gut resorbiert. Im Körper erfolgt eine Speicherung vorwiegend in Leber, Niere und in der Darmwand. Darüber hinaus erfolgt eine Anreicherung im Haar (forensischer Nachweis einer Arsenvergiftung!), in Nägeln (Mees'sche Bänder, ca. 2 Monate nach Arsenaufnahme auftretend) und in Knochen. Arsenverbindungen haben eine gute Affinität zu SH-Gruppen und binden sich daher an Eiweiße und niedermolekulare SH-gruppenhaltige Verbindungen. Arsentrioxyd und Arsenite werden im Organismus methyliert und nach 3 - 4 Tagen als Mono- und Dimethylverbindungen wieder ausgeschieden. Bei Arsen-III-Verbindungen wird ein deutlicher Kumulationseffekt beobachtet, der bei fünfwertigen Arsenverbindungen kaum auftritt. Die Elimination erfolgt multiphasisch. Wenige Stunden nach Arsenaufnahme beginnt die Ausscheidung (vorwiegend über den Urin, zum Teil aber auch über den Stuhl). Als Richtwert kann gelten, daß 50% innerhalb zweier Tage ausgeschieden werden. Die längste Halbwertzeit liegt zwischen 7 und 38 Tagen.

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Grenzwerte

MAK-Liste: viele Arsenverbindungen, darunter Arsentrioxyd, Arsenite und Arsenate sind humankanzerogen (eingestuft als III A 1).

LAI: Abschätzung des unit risk für Arsenverbindungen: 4 x 10-3 (µg/m3)-1.

Trinkwasser: 40 µg/l (TrinkwV)
10 µg/l (TrinkwV ab 01.01.1996)
10 µg/l ("guidelines" der WHO 1993)
(Das mit dieser Konzentration ("guidelines" der WHO 1993) assoziierte Lebenszeitrisiko für Hautkrebs beträgt 6E-4 ; dieser Wert dürfte jedoch zu hoch angesetzt sein, da bei der Risikoabschätzung andere Einflußfaktoren und ein möglicher dosisabhängiger Arsenstoffwechsel nicht genügend berücksichtigt wurden.)

WHO-Empfehlung zur vorläufig duldbaren oralen Arsenaufnahme:
15 µg/kg Körpergewicht/Woche (= 2 µg/kg KG/Tag) (bezogen auf die nichtkanzerogene Arsenwirkung).

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Umweltbelastung

Abschätzungen der täglichen Arsenaufnahme belaufen sich auf 29 µg/Person/Tag mit einmaligem Fischverzehr pro Woche bzw. 9 µg/Person/Tag ohne Fischverzehr (Schweizer Duplikatstudie). Entsprechende deutsche Werte betragen 67 µg/Person/Tag bzw. 21 µg/Person/Tag.
Eine IARC-Studie aus dem Jahre 1980 zur Arsenbelastung von Lebensmitteln gibt folgende durchschnittliche Belastungswerte für Lebensmittel an: Obst 0,07 mg/kg, Wurzelgemüse 0,08 mg/kg, Getreide 0,18 mg/kg, Fleisch 1 mg/kg, Fische: durchschnittlich 2 mg/kg, in Einzelfällen bis 100 mg/kg. Die durchschnittliche Arsenkonzentration im Trinkwasser beträgt 0,67 µg/l.

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Umweltsurvey

Der mediane Arsengehalt des Urins beläuft sich auf 4,5 µg/l (Maximalwert 289,5 µg/l) bzw. 3,11 µg/g Kreatinin (Maximalwert 161,3 µg/g Kreatinin). Raucher sind im allgemeinen etwas stärker als Nichtraucher und Männer etwas stärker als Frauen belastet. In Haaren findet man 0,024 µg/g (Maximalwert 18,1 µg/g).

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Klinische Referenzwerte

Harn: 25 µg/l

Vergiftungsbild
(Nach: Vergiftungen im Kindesalter §. Auflage, Enke Verlag 1995)

a) Akute Vergiftungen

Innerhalb einer Stunde nach peroraler Aufnahme Brennen im Lippen- bis Speiseröhrenbereich, kolikartige Magen- und Bauchschmerzen, Übelkeit, Erbrechen, reiswasserartige Durchfälle (u. U. mit Blutbeimengungen), Dehydratation mit Elektrolytentgleisung, Atemnot (evtl. Lungenödem), zentral und muskulär ausgelöste Krämpfe, Proteinurie, Hämaturie, Oligurie bis Anurie, Tod innerhalb einer Stunde, meist aber innerhalb von 24 h möglich. Sonst nach einer Phase vorübergehender, mehrstündiger Remission toxisch bedingte Myokardiopathie (Reizleitungsstörung mit EKG-Veränderungen), Störung der Nierenfunktion (glomerulär und tubulär). Zerebrale Dysfunktion wie Verwirrtheit bis hin zum Koma (als Folge einer Mangeldurchblutung und Hypoxie) leiten in die terminale Phase über (6.-12. Tag).
Seltener kommt es zu einer perakuten, zentralen Verlaufsform mit Kopfschmerzen, tetaniformen Krämpfen, Delirium, Koma und Tod als Folge einer Myokardschädigung mit und ohne Hirnstammausfall. Im Falle des Überlebens nur langsame Rekonvaleszenz mit andauernden Durchfällen, Leber- und Nierenfunktionsstörungen, Kreislauflabilität und peripherer Polyneuritis (nach ca. 3 Wochen beginnend).

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b) Chronische Vergiftung

Erste Anzeichen sind Schwäche, Durchfälle (u. U. im Wechsel mit Obstipation), Erbrechen, Mundgeruch nach Knoblauch, Stomatitis, Hypersalivation, Augentränen, Schnupfen, Schwitzen, generalisierter Juckreiz. Typisch sind Hyperpigmentierung der Haut (Nacken, Achsel, Augenlider), Hyperkaratose (palmar und plantar), Gesichtsödeme, Haarausfall, Taubheit, Hepatomegalie und Gelbsucht, Nierenschädigungen, Anämie, Enzephalopathie, periphere Polyneuritis. Die chronische Einatmung von Arsenikstaub führt zur Perforation des Nasenseptums und zur Ulzeration des Magen-Darm-Trakts. Epidemiologische Untersuchungen deuten bei chronischer Exposition mit an sich nicht toxischen Mengen an Arsenverbindungen auf ein erhöhtes Karzinomrisiko hin. Arsenikvergiftung: Abhängig von der inhalierten Menge gastrointestinale Symptome (s. o.) Hepatosplenomegalie, Nierenschäden (Oligurien Anurie) und massive Hämolyse (Dyspnoe, Anämie, Erstickungsgefühl). Anzeichen einer zentralen Schädigung sind Parästhesien und Temperaturdysregulation. Herz-Kreislaufversagen.
Toxizität: Arsenik: 10-50 mg als toxische Dosis, 120-300 mg als letale Dosis (Erwachsene) 0,1 mg/kg KG als toxische Dosis (Säuglinge).

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Zusammenfassende Beurteilung

Arsen und seine anorganischen und organischen Verbindungen sind in der belebten und in der unbelebten Natur weit verbreitet. Seine Giftwirkung beruht auf der Bindung an SH-Gruppen zahlreicher Proteine. Das Spektrum der Vergiftungssymptome ist breit. Eine inhalative Arsenbelastung geht mit einem erhöhten Lungenkrebs-Risiko einher, während eine orale Arsenaufnahme über Trinkwasser und/oder Nahrungs-mittel zu einem erhöhten Risiko führt, an Blasen-, Nieren- oder Hautkrebs zu erkranken. Für einige Tierspezies scheint Arsen ein essentielles Spurenelement zu sein, entsprechende Hinweise hierfür beim Menschen gibt es bisher nicht.

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DISU Dokumentations- und Informationsstelle für Umweltfragen der Kinderärzte
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