Medizin & Wissenschaft

Nowitschok: Hoch toxisches Nervengift

Lesezeit: 6 Minuten Quelle: Österreichische Ärztezeitung

Als Nowitschok bezeichnet man eine Gruppe von stark wirksamen Nervengiften der vierten Generation. Dabei wirken die toxischen A-Substanzen durch eine irreversible Hemmung der Acetylcholinesterase mit einer Überstimulation aller betroffenen Systeme. Aufgrund der hohen Toxizität müssen die Behandler auf den Selbstschutz achten.

von Sophie Fessl

Der russische Name „Nowitschok“ bedeutet „Neuling“. Nowitschok ist eine Gruppe stark wirksamer Nervenkampstoffe der vierten Generation. Substanzen der Nowitschok-Gruppe sind binäre Kampfstoffe, die in den 1970er Jahren in der ehemaligen UdSSR entwickelt wurden. „Auch in den USA wurden binäre Kampfstoffe entwickelt. Ihr Charakteristikum ist, dass zwei ungiftige Komponenten gemischt werden, die dann die toxische Substanz bilden“, erklärt Ass. Prof. Hannes Todt vom Department für Neurophysiologie und Neuropharmakologie des Instituts für Pharmakologie der Medizinischen Universität Wien. Mit „Nowitschok“ werden dabei die Vorgängersubstanzen bezeichnet, aus denen die toxische Substanz entsteht. „Aus Nowitschok 5 entsteht die toxische Substanz A232, aus Nowitschok 7 die toxische Substanz A234“, erklärt Todt.

Ein Grund für die Entwicklung solch binärer Kampfstoffe dürfte – so Todt – die Umgehung von Problemen bei der Erzeugung, Lagerung und Entsorgung von toxischen Stoffen gewesen sein. „Wenn das Lager, in dem Kampfstoffe aufbewahrt werden, vom Gegner getroffen wird, entstehen natürlich Probleme. Wenn nur ungiftige Vorstufen erzeugt und gelagert werden, lassen sich diese vermeiden.“

Wenig gesicherte Informationen  

Gesicherte Informationen über die chemischen Eigenschaften von Nowitschok gibt es auch weiterhin nur wenig, betont auch Univ. Prof. Josef Donnerer vom Institut für Pharmakologie der Johannes-Kepler-Universität Linz. „Soweit bekannt, handelt es sich um Organophosphate mit verschiedener Struktur und Toxizität. Es gibt unterschiedliche Vermutungen darüber, in welcher Form sie verwendet werden. Sowohl flüssig als auch in Pulverform wäre möglich.“ Auch andere Kampfstoffe zählen zu den Organophosphaten wie etwa Sarin, Soman oder das später entwickelte VX. „Russisches VX“ gilt als der Prototyp für die Serie der Nowitschok-Substanzen. Aufgrund des langjährigen Einsatzes von Organophosphaten als Insektizid in der Landwirtschaft und damit einhergehenden akzidentellen und absichtlichen Vergiftungen ist viel über die Behandlung von Organophosphat-Vergiftungen bekannt.  

Über die chemische Struktur von Nowitschok herrschte lange Zeit Unklarheit, da die Stoffe in einem Geheimprogramm der UdSSR entwickelt wurden. „Informationen haben wir aufgrund von Publikationen beteiligter Wissenschaftler, die in den 1990er Jahren die Existenz von Nowitschok enthüllten, andererseits von Publikationen, die bereits vor dem Start des Geheimprogramms veröffentlicht wurden“, berichtet Todt. „Man hat Strukturen geschaffen, die nicht unter die Chemiewaffen-Konvention fallen beziehungsweise nicht explizit darin aufgeführt werden.“

Vermutungen über chemische Struktur

Einige generelle Schlüsse über die wahrscheinliche chemische Struktur der Nowitschok-Substanzen können gezogen werden. So besteht keine Bindung zwischen Kohlenstoff und Phosphor. Daher sind die toxischen A-Substanzen mit Fluorophosphaten verwandt, die nicht unter die Chemiewaffen-Konvention fallen. Eine häufige Verbindung dürfte stattdessen die Bindung eines Phosphor-Atoms mit einem Sauerstoff-Atom sein, das wiederum mit einem Stickstoff-Atom verbunden ist (P-O-N). Diese Verbindung sei ebenfalls nicht in der Chemiewaffenkonvention angeführt, erklärt Todt. „Es wird also vermutet, dass die Umgehung der Chemiewaffen-Konvention ein Ziel dieses Programms war. Auch die UdSSR hat diese Konvention unterzeichnet. Außerdem ist der Nachweis unbekannter Substanzen schwierig.“

A-Substanzen sind äußerst toxisch. Während Sarin einen LD50-Wert von 1.700 mg und Soman einen LD50-Wert von 350 mg bei perkutaner Aufnahme aufweisen, liegen die LD50-Werte der toxischen A-Substanzen A234 und A232 im Bereich von ein bis fünf Milligramm. „Es sind Giftstoffe mit äußerst hoher Toxizität. Das ist problematisch – vor allem wenn nicht rechtzeitig die korrekte Behandlung in Gang gesetzt wird“, berichtet Donnerer. Aufgrund der hohen Toxizität müssen die Behandler auf den Selbstschutz achten; spezielle Empfehlungen zur Dekontamination sind zu befolgen.  

Die toxischen A-Substanzen wirken durch eine irreversible Hemmung der Acetylcholinesterase: Das Phosphor-Atom geht eine Bindung mit dem Serin-Rest im aktiven Zentrum des Acetylcholinesterase-Moleküls ein. Somit kann die Acetylcholinesterase nicht mehr das in den synaptischen Spalt ausgeschüttete Acetylcholin abbauen. Es erfolgt eine Überstimulation der Systeme, in denen Acetylcholin als Neurotransmitter agiert: vor allem der motorischen Endplatte, der muskarinergen und nikotinergen Rezeptoren im parasympathischen und sympathischen Nervensystem sowie der muskarinergen und nikotinergen Rezeptoren im Zentralnervensystem. „Da Acetylcholin an vielen Stellen des Nervensystems agiert, entstehen durch die vielfach verstärkte Wirkung von Acetylcholin so unterschiedliche und vielfältige Symptome“, erklärt Donnerer.

Vergiftung: drei Facetten der Wirkung

Die Hemmung der Acetylcholinesterase äußert sich laut Todt in drei Facetten. Erstens entsteht eine Überstimulation an den muskarinergen Rezeptoren vor allem des Parasympathikus. Aus einer Vielzahl an Symptomen stechen dabei eine starke Bronchialsekretion, Bronchospasmus und Atemnot hervor. Weiters kommt es zu Übelkeit und Erbrechen sowie in manchen Fällen Bradykardie. Da aber auch Nerven des Sympathikus betroffen sind, kann es ebenso auch zur Tachykardie und Hypertonie kommen.

Zweitens führt die Hemmung der Acetylcholinesterase zunächst zu Muskelzuckungen und Krämpfen, in weiterer Folge zu Muskelschwäche und Muskellähmungen. „Das kann zum raschen Tod aufgrund von Zwerchfelllähmung führen. Die Betroffenen müssen daher rasch beatmet werden“, führt Todt aus. Drittens entstehen Symptome im Zentralnervensystem: In niedriger Dosis können Angstgefühl, Schwindel, Ruhelosigkeit und Kopfschmerzen auftreten, aber auch Krampfanfälle. „Ein Status epilepticus kann zu einem relativ schnellen Tod führen, außerdem können so auch Spätfolgen auftreten.“ Bewusstlosigkeit und Atemlähmung können auch durch die zentrale Symptomatik entstehen. Durch die verstärkten muskarinergen Aktivitäten kommt es außerdem zu verstärkter Drüsentätigkeit.

Bei der Behandlung der Vergiftung wird empfohlen, Atropin als Antagonist zu verabreichen. „Atropin sollte möglichst rasch intravenös oder intraossär gegeben werden, um die Wirkung von Acetylcholin an den muskarinergen Rezeptoren zu antagonisieren“, erklärt Todt. Verschiedene Behandlungsschemata empfehlen die wiederholte Gabe von Atropin in steigender Dosis. „Die Atropin-Gabe sollte sich nach der Lungensymptomatik richten: ob es gelingt, den Bronchospasmus aufzuheben.“ Für die Behandlung der zerebralen Krämpfe werden vorrangig Benzodiazepine empfohlen; auch andere Antiepileptika können angewendet werden.

Um die Acetylcholinesterase zu reaktivieren, werden Oxime eingesetzt. Allerdings müssen diese frühzeitig gegeben werden, da Acetylcholinesterase bei einer Inaktivierung durch Organophosphate altert. „Bei einem gealterten Enzym ist die Inaktivierung irreversibel. Dann kann nur mehr die Symptomatik behandelt und auf eine neue Synthese des Enzyms gewartet werden“, führt Donnerer aus. Bei einer starken Intoxikation könne außerdem versucht werden, noch zirkulierendes Gift durch die Gabe von Butyryl-Cholinesterase zu binden.

Über die langfristigen Folgen einer Vergiftung mit A-Substanzen ist noch wenig bekannt. Wenige Wochen nach der Exposition kann eine Organophosphat-induzierte verzögerte Neuropathie auftreten, die sich durch Muskellähmungen äußert. „Oft ist nur ein langsames Erholen möglich, da neue Acetylcholinesterase erst in ausreichender Menge gebildet werden muss. Möglicherweise könnte es in schweren Fällen auch zu Schädigungen der Nervenenden kommen“, berichtet Donnerer.


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© Österreichische Ärztezeitung Nr. 21/2020
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