Trotz zahlreicher Studien ist die Rolle chemischer Faktoren bei der Entstehung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen immer noch umstritten, aber wahrscheinlich gering. Die Berechnung der ätiologischen Rolle chemischer Berufsfaktoren für Herz-Kreislauf-Erkrankungen für die dänische Bevölkerung ergab einen Wert unter 1 % (Kristensen 1994). Für einige Stoffe wie Schwefelkohlenstoff und organische Stickstoffverbindungen ist die Wirkung auf das Herz-Kreislauf-System allgemein anerkannt (Kristensen 1994). Blei scheint den Blutdruck und die zerebrovaskuläre Morbidität zu beeinflussen. Kohlenmonoxid (Weir und Fabiano 1982) hat zweifellos akute Wirkungen, insbesondere bei der Auslösung von Angina pectoris bei vorbestehender Ischämie, erhöht aber wahrscheinlich nicht das Risiko der zugrunde liegenden Arteriosklerose, wie lange vermutet wurde. Andere Materialien wie Cadmium, Kobalt, Arsen, Antimon, Beryllium, organische Phosphate und Lösungsmittel werden diskutiert, sind aber noch nicht ausreichend dokumentiert. Kristensen (1989, 1994) gibt einen kritischen Überblick. Eine Auswahl relevanter Tätigkeiten und Industriezweige findet sich in Tabelle 1.
Tabelle 1. Auswahl von Tätigkeiten und Industriezweigen, die mit kardiovaskulären Gefährdungen verbunden sein können
|
Gefahrgut |
Betroffener Berufszweig/Verwendung |
|
Schwefelkohlenstoff (CS2 ) |
Kunstseide- und Synthetikfaserherstellung, Gummi, |
|
Organische Nitroverbindungen |
Sprengstoff- und Munitionsherstellung, |
|
Kohlenmonoxid (CO) |
Mitarbeiter in der industriellen Großverbrennung |
|
Führen (Lead) |
Verhüttung von Bleierz und Sekundärrohstoffen |
|
Kohlenwasserstoffe, halogenierte Kohlenwasserstoffe |
Lösungsmittel (Farben, Lacke) |
Die Expositions- und Wirkungsdaten wichtiger Studien zu Schwefelkohlenstoff (CS2), Kohlenmonoxid (CO) und Nitroglyzerin sind im chemischen Teil des angegeben Enzyklopädie. Diese Auflistung verdeutlicht, dass Einschlussprobleme, kombinierte Expositionen, unterschiedliche Berücksichtigung von Compoundierungsfaktoren, wechselnde Zielgrößen und Bewertungsstrategien eine erhebliche Rolle in den Ergebnissen spielen, so dass Unsicherheiten in den Schlussfolgerungen dieser epidemiologischen Studien verbleiben.
In solchen Situationen können klare pathogenetische Vorstellungen und Erkenntnisse die vermuteten Zusammenhänge stützen und damit zur Ableitung und Begründung der Folgen einschließlich präventiver Maßnahmen beitragen. Bekannt sind die Wirkungen von Schwefelkohlenstoff auf den Lipid- und Kohlenhydratstoffwechsel, auf die Schilddrüsenfunktion (Auslösung einer Hypothyreose) und auf den Gerinnungsstoffwechsel (Förderung der Thrombozytenaggregation, Hemmung von Plasminogen und Plasminaktivität). Blutdruckveränderungen wie Bluthochdruck sind meist auf gefäßbedingte Veränderungen der Niere zurückzuführen, ein direkter ursächlicher Zusammenhang mit Bluthochdruck durch Schwefelkohlenstoff ist noch nicht sicher ausgeschlossen und es wird eine direkte (reversible) toxische Wirkung vermutet des Myokards oder eine Störung des Katecholaminstoffwechsels. Eine erfolgreiche 15-Jahres-Interventionsstudie (Nürminen und Hernberg 1985) dokumentiert die Reversibilität der Wirkung auf das Herz: Einer Reduktion der Exposition folgte fast unmittelbar eine Abnahme der kardiovaskulären Mortalität. Neben den eindeutig direkten kardiotoxischen Wirkungen wurden bei Exponierten arteriosklerotische Veränderungen an Gehirn, Auge, Niere und Herzkranzgefäßen nachgewiesen, die als Grundlage von Enzephalopathien, Aneurysmen im Netzhautbereich, Nephropathien und chronisch ischämischen Herzerkrankungen angesehen werden können zu CS2. Ethnische und ernährungsbedingte Komponenten greifen in den Pathomechanismus ein; dies wurde in den Vergleichsstudien finnischer und japanischer Viskose-Reyon-Arbeiter deutlich. In Japan wurden Gefäßveränderungen im Bereich der Netzhaut festgestellt, während in Finnland die kardiovaskulären Effekte dominierten. Aneurysmatische Veränderungen der Netzhautgefäße wurden bei Schwefelkohlenstoffkonzentrationen unter 3 ppm beobachtet (Fajen, Albright und Leffingwell 1981). Die Verringerung der Exposition auf 10 ppm reduzierte die kardiovaskuläre Sterblichkeit deutlich. Ob kardiotoxische Wirkungen bei Dosen unter 10 ppm definitiv ausgeschlossen sind, ist damit nicht abschließend geklärt.
Die akuten toxischen Wirkungen organischer Nitrate umfassen eine Weitung der Gefäße, begleitet von Blutdruckabfall, erhöhter Herzfrequenz, fleckigem Erythem (Flush), orthostatischem Schwindel und Kopfschmerzen. Da die Halbwertszeit des organischen Nitrats kurz ist, klingen die Beschwerden bald ab. Bei einer akuten Intoxikation sind in der Regel keine ernsthaften gesundheitlichen Bedenken zu erwarten. Das sogenannte Entzugssyndrom tritt bei Expositionsunterbrechung bei Beschäftigten mit Langzeitexposition gegenüber organischem Nitrat mit einer Latenzzeit von 36 bis 72 Stunden auf. Dazu gehören Erkrankungen von Angina pectoris bis hin zum akuten Herzinfarkt und plötzlichen Todesfällen. Bei den untersuchten Todesfällen wurden häufig keine koronaren sklerotischen Veränderungen dokumentiert. Als Ursache wird daher ein „Rebound-Vasospasmus“ vermutet. Wird die gefäßerweiternde Wirkung des Nitrats aufgehoben, kommt es zu einer autoregulativen Widerstandserhöhung in den Gefäßen einschließlich der Koronararterien, die zu den oben genannten Ergebnissen führt. In einigen epidemiologischen Studien werden vermutete Zusammenhänge zwischen Expositionsdauer und -intensität von organischem Nitrat und ischämischer Herzkrankheit als unsicher angesehen, und es fehlt die pathogenetische Plausibilität dafür.
Bei Blei sind metallisches Blei in Staubform, die Salze zweiwertigen Bleis und organische Bleiverbindungen toxikologisch bedeutsam. Blei greift den Kontraktionsmechanismus der Gefäßmuskelzellen an und verursacht Gefäßkrämpfe, die als Ursache für eine Reihe von Symptomen einer Bleivergiftung gelten. Dazu gehört eine vorübergehende Hypertonie, die mit Bleikoliken auftritt. Anhaltender Bluthochdruck durch chronische Bleivergiftung lässt sich durch Gefäßkrämpfe sowie Nierenveränderungen erklären. In epidemiologischen Studien wurde ein Zusammenhang mit längeren Expositionszeiten zwischen Bleiexposition und erhöhtem Blutdruck sowie einer erhöhten Inzidenz zerebrovaskulärer Erkrankungen beobachtet, während es wenig Hinweise auf vermehrte kardiovaskuläre Erkrankungen gab.
Bisherige epidemiologische Daten und pathogenetische Untersuchungen ergaben keine eindeutigen Ergebnisse zur kardiovaskulären Toxizität anderer Metalle wie Cadmium, Kobalt und Arsen. Die Hypothese, dass halogenierte Kohlenwasserstoffe myokardial irritierend wirken, gilt jedoch als gesichert. Der auslösende Mechanismus von gelegentlich lebensbedrohlichen Arrhythmien durch diese Materialien stammt vermutlich von der myokardialen Empfindlichkeit gegenüber Epinephrin, das als natürlicher Träger für das vegetative Nervensystem fungiert. Diskutiert wird noch, ob ein direkter kardialer Effekt wie verminderte Kontraktilität, Unterdrückung von Impulsbildungszentren, Impulsübertragung oder Reflexbeeinträchtigung durch Irrigation im Bereich der oberen Atemwege vorliegt. Das sensibilisierende Potential von Kohlenwasserstoffen hängt offenbar vom Halogenierungsgrad und von der Art des enthaltenen Halogens ab, wobei chlorsubstituierte Kohlenwasserstoffe stärker sensibilisierend wirken sollen als Fluoridverbindungen. Die maximale myokardiale Wirkung für chlorhaltige Kohlenwasserstoffe tritt bei etwa vier Chloratomen pro Molekül auf. Kurzkettige nicht substituierte Kohlenwasserstoffe haben eine höhere Toxizität als solche mit längeren Ketten. Über die rhythmusauslösende Dosierung der einzelnen Substanzen ist wenig bekannt, da es sich bei den Meldungen am Menschen überwiegend um Fallbeschreibungen mit Exposition gegenüber hohen Konzentrationen (akzidentelle Exposition und „Schnüffeln“) handelt. Nach Reinhardt et al. (1971) sind Benzol, Heptan, Chloroform und Trichlorethylen besonders sensibilisierend, während Tetrachlorkohlenstoff und Halothan weniger arrhythmogen wirken.
Die toxischen Wirkungen von Kohlenmonoxid resultieren aus einer Gewebehypoxämie, die aus der erhöhten Bildung von CO-Hb (CO hat eine 200-mal größere Affinität zu Hämoglobin als Sauerstoff) und der daraus resultierenden verringerten Sauerstoffabgabe an das Gewebe resultiert. Neben den Nerven gehört das Herz zu den Organen, die besonders kritisch auf eine solche Hypoxämie reagieren. Die daraus resultierenden akuten Herzbeschwerden wurden mehrfach untersucht und nach Einwirkungszeit, Atemfrequenz, Alter und Vorerkrankungen beschrieben. Während bei gesunden Probanden kardiovaskuläre Effekte erst bei CO-Hb-Konzentrationen von 35 bis 40 % auftreten, konnten Angina-pectoris-Beschwerden bei Patienten mit ischämischer Herzkrankheit bereits bei CO-Hb-Konzentrationen zwischen 2 und 5 % unter körperlicher Belastung experimentell hervorgerufen werden (Kleinman et al. 1989; Hinderliter et al. 1989). Tödliche Infarkte wurden bei Personen mit früheren Leiden bei 20 % CO-Hb beobachtet (Atkins und Baker 1985).
Die Auswirkungen einer Langzeitexposition mit niedrigen CO-Konzentrationen werden noch kontrovers diskutiert. Während experimentelle Studien an Tieren möglicherweise eine atherogene Wirkung über Hypoxie der Gefäßwände oder durch direkte CO-Einwirkung auf die Gefäßwand (erhöhte Gefäßpermeabilität), die Fließeigenschaften des Blutes (verstärkte Thrombozytenaggregation) oder den Fettstoffwechsel zeigten, ist dies der Fall ein entsprechender Nachweis für den Menschen fehlt. Die erhöhte kardiovaskuläre Sterblichkeit bei Tunnelarbeitern (SMR 1.35, 95 %-KI 1.09-1.68) ist eher durch akute Exposition als durch chronische CO-Einwirkungen zu erklären (Stern et al. 1988). Die Rolle von CO bei den kardiovaskulären Wirkungen des Zigarettenrauchens ist ebenfalls nicht klar.