Toxikologie - Todsicher ein Thema für den Chemieunterricht

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Theoretische Grundlagen

2.1 Allgemeines

2.1.1 Toxikologie – eine Definition

2.1.2 Gift – eine Annäherung

2.1.3 Aufgaben der Toxikologie

2.1.4 Quellen der toxikologischen Erkenntnis

2.1.5 Häufigkeit von Vergiftungen und Vergiftungsmöglichkeiten

2.2 Toxikokinetik

2.2.1 Invasion

2.2.1.1 Liberation

2.2.1.2 Resorption

2.2.1.2.1 Eintrittspforten

2.2.1.2.2 Resorptionsmechanismen

2.2.1.2.3 Einflussfaktoren

2.2.1.2.4 Resorptionsmodelle

2.2.2 Distribution

2.2.3 Evasion

2.2.3.1 Exkretion

2.2.3.2 Biotransformation

2.2.3.2.1 Phase-I-Reaktionen

2.2.3.2.2 Phase-II-Reaktionen

2.2.3.2.3 Biotransformation von Acetylsalicylsäure

2.2.3.2.4 Beeinflussung der Biotransformation

2.2.3.2.5 Entgiftung und Giftung

2.3 Toxikodynamik

2.3.1 Einteilung toxischer Wirkungen

2.3.2 Auswirkungen von Mischintoxikationen

2.3.3 Wirkungsmechanismen von Giften

2.3.4 Zusammenfassung toxischer Wirkungen

2.4 Therapie der Vergiftungen

2.4.1 Allgemeines Vorgehen

2.4.2 Primäre Giftentfernung

2.4.2.1 Vergiftung durch Inhalation

2.4.2.2 Vergiftung durch Hautkontamination

2.4.2.3 Orale Vergiftung

2.4.2.3.1 Induzierte Emesis

2.4.2.3.2 Magenspülung

2.4.2.3.3 Adsorbentien

2.4.2.3.4 Forcierte Diarrhö

2.4.2.3.5 Ortho- und anterograde Darmspülung

2.4.2.3.6 Lokalantidote

2.4.3 Sekundäre Giftentfernung

2.4.3.1 Hyperventilation

2.4.3.2 Forcierte Diurese

2.4.3.3 Hämodialyse

2.4.3.4 Hämofiltration

2.4.3.5 Hämodiafiltration

2.4.3.6 Hämoperfusion

2.4.3.7 Plasmapherese

2.4.3.8 Plasmaperfusion

2.4.3.9 Austauschtransfusion

2.4.3.10 Peritonealdialyse

2.4.3.11 Unterbrechung des enterohepatischen Kreislaufs

2.4.4 Antidote

3 Fachdidaktischer Teil

3.1 Toxikologie im Chemieunterricht – Pro und Kontra

3.2 Fachdidaktischer Kommentar zu den Experimenten

3.2 Einordnung in den Lehrplan des Landes Hessen

4 Experimenteller Teil

4.1 Grundlagen der Toxikologie

4.1.1 Herstellung von Nähragarplatten

4.1.2 Hemmung des Wachstums von Milchsäurebakterien auf Nähragarplatten (verändert nach [126, S. 67-69, 14])

4.1.3 Hemmung des Wachstums von Milchsäurebakterien in einer Nährlösung in Abhängigkeit von der Konzentration (verändert nach [126, S. 146-148])

4.2 Toxikokinetik

4.2.1 Herstellung der 1-Dodecanol-Collodium-Membranen (verändert nach [129, S. 75])

4.2.2 Untersuchung von starken und schwachen Elektrolyten mit dem Permeationsmodell nach FÜRST und NEUBERT

4.2.3 Untersuchung von Nicotin in saurer und alkalischer Lösung mit dem Permeationsmodell

4.2.4 Nachweis von Ammoniumionen in Zigarettentabak, unbehandeltem Tabak und verschiedenen Rohtabaken

4.2.5 Dünnschichtchromatographie von Acetylsalicylsäure und ihrer Hauptmetaboliten Salicylsäure und Salicylursäure

4.2.6 Erstellung von Eichkurven

4.2.7 Bestimmung der Übertrittsgeschwindigkeiten von Acetylsalicylsäure und ihrer Hauptmetaboliten Salicylsäure und Salicylursäure mit dem Permeationsmodell

4.2.8 Bestimmung der Übertrittsgeschwindigkeiten von Benzoesäure und Hippursäure mit dem Permeationsmodell

4.3 Toxikodynamik

4.3.1 Katalasehemmung durch Kupfer (verändert nach [21, S. 302f.])

4.3.2 Ureasehemmung durch Schwermetalle (verändert nach [20, S. 137])

4.3.3 Modellversuch zur Störung der Blutgerinnung

4.3.4 Vergiftung durch Methämoglobinbildner

4.4 Therapie der Vergiftungen

4.4.1 Nachweis von Amanitinen

4.4.2 Milch als Lokalantidot

4.4.3 Kaliumhexacyanoferrat(II) als Antidot bei Vergiftungen mit Kupfer(II)-salzen

4.4.4 Herstellung von „Aktivkohle“

4.4.5 Therapie der Methämoglobinvergiftung

4.4.6 EDTA als Antidot bei Schwermetallvergiftungen

4.4.7 Modellversuch zur Hämodialyse

4.4.8 Modellversuch zur Hämoperfusion

4.4.9 Modellversuch zur forcierten Diurese (Bestimmung der Übertrittsgeschwindigkeit von Salicylsäure bei verschiedenen Konzentrationen mit dem Permeationsmodell)

4.4.10 Gefährdung durch eine falsche Antidottherapie (schnelle Variante)

4.4.11 Gefährdung durch eine falsche Antidottherapie (langsame Variante)

4.4.12 Modellversuch zur Magenperforation durch eine falsche Antidottherapie

5 Zusammenfassung und Schlussbemerkungen

6 Messwerte

6.1 Messwerte aus Versuch 4.2.7

6.1.1 Acetylsalicylsäure (Messung 1)

6.1.2 Acetylsalicylsäure (Messung 2)

6.1.3 Salicylsäure (Messung 1)

6.1.4 Salicylsäure (Messung 2)

6.1.5 Salicylursäure (Messung 1)

6.1.6 Salicylursäure (Messung 2)

6.2 Messwerte aus Versuch 4.2.8

6.2.1 Benzoesäure (Messung 1)

6.2.2 Benzoesäure (Messung 2)

6.2.3 Hippursäure (Messung 1)

6.2.4 Hippursäure (Messung 2)

6.3 Messwerte aus Versuch 0

6.3.1 Salicylsäure (c = 5,00 mmol/L) (Messung 1)

6.3.2 Salicylsäure (c = 5,00 mmol/L) (Messung 2)

6.3.3 Salicylsäure (c = 1,07 mmol/L) (Messung 1)

6.3.4 Salicylsäure (c = 1,07 mmol/L) (Messung 2)

Zielsetzung & Themen

Ziel dieser Arbeit ist es, die Toxikologie experimentell in den Chemieunterricht der Sekundarstufe II zu integrieren und Schülern ein grundlegendes Verständnis für Wirkungsweisen und Gefahren von Giften zu vermitteln, um Ängste abzubauen und einen sachlichen Umgang mit Chemikalien zu fördern.

• Grundlagen der Toxikologie und Giftdefinitionen
• Toxikokinetische Prozesse: Aufnahme, Verteilung und Elimination
• Toxikodynamik: Wirkungsmechanismen und Schädigungen
• Experimentelle Erschließung der Toxikologie durch Schulversuche
• Therapiemöglichkeiten bei Vergiftungen im Experiment

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 Einleitung: Die Einleitung diskutiert das weit verbreitete, meist negative Bild der Chemie in der Gesellschaft und begründet die Notwendigkeit, Toxikologie als Thema in den Chemieunterricht zu integrieren, um Ängste abzubauen und Sicherheitskompetenzen zu fördern.

2 Theoretische Grundlagen: Dieses Kapitel vermittelt kompaktes Hintergrundwissen über die Definition von Giften, die zwei Hauptdisziplinen Toxikokinetik und Toxikodynamik sowie die therapeutischen Maßnahmen bei Vergiftungen.

3 Fachdidaktischer Teil: Der fachdidaktische Teil erörtert die Pro- und Kontra-Argumente für das Thema im Unterricht, kommentiert die Auswahl der verwendeten Experimente und ordnet sie in den hessischen Lehrplan ein.

4 Experimenteller Teil: Dieser umfangreiche Abschnitt stellt detaillierte Anleitungen und Auswertungen für zahlreiche Schulversuche zu den Grundlagen, der Kinetik, der Dynamik und der Therapie von Vergiftungen bereit.

5 Zusammenfassung und Schlussbemerkungen: Das abschließende Kapitel resümiert die Arbeit, bestätigt die Eignung der Toxikologie für den experimentellen Chemieunterricht und hebt die Bedeutung einer ausgewogenen Darstellung hervor.

6 Messwerte: Dieser Teil dient als Verweis auf die digitalen Messdaten, die zur Auswertung der Versuche verwendet wurden.

Schlüsselwörter

Toxikologie, Gift, Vergiftung, Toxikokinetik, Toxikodynamik, Antidot, Chemieunterricht, Schulversuch, Biotransformation, Resorption, Diffusion, Sicherheitsunterweisung, Gefahrenstoff, Lehrplan, Experiment.

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Konzeption und experimentellen Umsetzung des Themas Toxikologie für den Chemieunterricht an Gymnasien, um Schülern fundiertes Wissen über Gifte und den Umgang mit Gefahrstoffen zu vermitteln.

Was sind die zentralen Themenfelder?

Zentral sind die theoretischen Grundlagen der Toxikokinetik (Aufnahme, Verteilung, Ausscheidung) und Toxikodynamik (Wirkungsmechanismen), ergänzt durch fachdidaktische Überlegungen und praktische Experimente.

Was ist das primäre Ziel der Arbeit?

Das primäre Ziel ist es, den Chemieunterricht durch praktische Experimente bereichernd zu gestalten, sodass Schüler lernen, die chemischen Grundlagen von Giftwirkungen zu verstehen und irrationale Ängste vor der Chemie abzubauen.

Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?

Die Arbeit basiert auf einer wissenschaftlichen Facharbeit, die theoretische Grundlagen aus Literaturquellen mit eigenen experimentellen Untersuchungen zur Stoffpermeation und Enzymhemmung verbindet.

Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?

Der Hauptteil gliedert sich in einen umfangreichen theoretischen Abschnitt über die Prinzipien der Toxikologie und einen experimentellen Teil, in dem zahlreiche Schulversuche zu Grundlagen, Kinetik, Dynamik und Antidot-Therapie detailliert beschrieben werden.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Die wichtigsten Begriffe sind Toxikologie, Gift, Vergiftungsprophylaxe, experimentelle Erschließung im Chemieunterricht, Toxikokinetik und Toxikodynamik.

Wie unterscheidet sich die Wirkung von Giften bei Kindern und Erwachsenen?

Bei Kindern stehen akzidentelle Vergiftungen im häuslichen Umfeld im Vordergrund (Neugier, In-den-Mund-Stecken), während bei Erwachsenen suizidale Absichten und der Gebrauch von Medikamenten häufiger auftreten.

Welche Bedeutung hat die "Giftdefinition" von Paracelsus heute?

Die Erkenntnis, dass nicht die Substanz an sich, sondern die Dosis die Giftigkeit bestimmt ("allein die Dosis macht das Gift"), bildet auch heute noch das fundamentale Prinzip der Toxikologie.

Wie wird die "Biotransformation" in der Arbeit erklärt?

Sie bezeichnet die chemische Umwandlung von Substanzen im Organismus, um lipophile (fettlösliche) Stoffe in hydrophile (wasserlösliche) Produkte zu überführen, die der Körper besser ausscheiden kann.