Forensische Toxikologie

Forensische Toxikologie

I. Einführung

II. Geschichte

III. Leichenalterbestimmung

IV. Moderne Nachweißverfahren
1. Chromatographie
a) Dünnschichtchromatographie
b) Gaschromatographie
2. Spektroskopie
3. Immunchemische Tests
4. weitere Nachweißmethoden

V. Abschließende Beurteilung

Literaturliste

I. Einführung

Ein Mann wird von seiner von einer Geschäftsreise zurückkehrenden Frau tot in seinem Bett aufgefunden, der Tod scheint vor einigen Tagen eingetreten zu sein. Die erste oberflächliche Untersuchung durch den herbeigerufenen Arzt ergibt als Todesursache Atemstillstand an und entdeckt am gesamten Körper gerötete Stellen. Er vermutet, das eine Vergiftung vorliegt. Die Polizei untersucht den Fall und versucht den letzten Tag des Toten zu rekonstruieren. Sie findet heraus, das der Tote zu Mittag den schon vorbereiteten Pilzauflauf seiner Frau gegessen hatte. Den Nachmittag verbrachte der Tote anscheinend allein und am Abend bestellte er in einem Japanischen Restaurant essen. Der Koch konnte sich noch gut an die Bestellung erinnern, da bei ihm relativ selten Fugu, Kugelfisch, bestellt wird. Bei falscher Zubereitung wirkt das in diesem Fisch enthaltene Tetrodotoxin schon nach wenigen Minuten tödlich[8]. Die genaue Todesursache kann von der Polizei nun nicht herausgefunden werden, also kommt der Tote in die Pathologie und ein forensischer Toxikologe soll sich nun bemühen, die wahre Todesursache herauszufinden. In diesem Referat wollen wir ihn ein wenig auf diesem Weg begleiten und dabei etwas über seine Arbeitsmethoden und -geräte erfahren und einen kleinen Einblick in die Geschichte dieser noch relativ jungen Wissenschaft gewinnen.

Die Forensische Toxikologie (gerichtliche Vergiftungslehre) verbindet die Medizin mit der Chemie, und läßt sich, wie in diesem Fall, wohl sehr mit einer Art Detektivarbeit vergleichen.[1]

Aber ein solcher Fall ist wohl die Ausnahme: Die normale Arbeit der forensischen Toxikologen besteht vor allem aus der Analyse von Blut- und Urinproben auf Drogenmißbrauch. Auch Haartests führt ein Toxikologe durch, und besonders dieses Betätigungsfeld ist in letzter Zeit sehr in das Licht der Öffentlichkeit gerückt, und zwar wegen der Haarprobe eines bekannten Deutschen Fußballtrainers

II. Geschichte

Zuerst soll hier auf die Geschichte der forensischen Toxikologie eingegangen werden. Zwar ist die Anwendung von Giften, sei es zum Ausführen eines Mordes oder zur Vollstreckung von Strafen, schon seit dem Altertum bekannt, aber systematische Untersuchungen über ihre Wirkung und ihr Nachweiß im Gewebe gibt es erst seit knapp 250 Jahren.[1]

Gifte - in geringen Mengen als Medizin verabreicht - sind ein „Segen“ der Menschheit. Ich hoher Dosis lassen sich damit verhasste Ehemänner und lästige Rivalen leicht aus dem Weg räumen. Gifte spielten schon immer eine wichtige Rolle, wenn es um Intrigen, Ehebruch, Geld und Macht ging. Nichts tötet so unauffällig und lässt so wenig Gegenwehr zu. Zwar hatten schon die ägyptischen Könige Vorkoster, aber bei Giften, die ihre Wirkung erst nach einiger Zeit entfalten, waren auch diese Nutzlos. Eine andere Möglichkeit sich vor Giften zu schützen war die Einnahme eines aus Kräutern zubereiteten Allround-Gegenmittels. Das beliebteste war Theriak, welches Römische Kaiser aus prophylaktischen Gründen täglich zu sich nahmen.[2] Die wesentlichen Kenntnisse über die Zubereitung von Giften kamen aus dem Orient nach Europa, es waren aber auch schon in der Antike mineralische Gifte wie Arsen und Quecksilber bekannt. Die wohl bekannteste „antike“ Vergiftung ist wohl die des Athener Philosophen Sokrates. Er wurde wegen Gotteslästerung zum Tode verurteilt und mußte den Schierlingsbecher trinken. Dieses aus dem geflecktem Schierling gewonnene Gift enthält als Hauptbestandteil das schon in geringsten Mengen tödliche Coniin, ein Alkaloid.[4]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Im 8. Jahrhundert nach Christus kochte der Araber Djabir ibn aus[4] Hajjan aus Arsen das weiße, geschmacks- und geruchslose und vor allem garantiert tödliche Arsenikpulver As2O3. Damit wurde eine Substanz erfunden, die ihre Spur in der Geschichte des nächsten Jahrtausends hinterließ. Mit ihm ließ es sich noch unauffälliger morden, da die Symptome oft fälschlicherweise anderen Krankheiten (Cholera) zugeschrieben wurden, und es war bis zum Jahr 1836 nicht im Leichengewebe nachweisbar.[2]

Aber erste Versuche, Giftmorde aufzuklären gab es schon im Jahr 1302 in Bologna, als zum ersten Mal eine Obduktion zur Klärung eines Giftmordes ausgeführt wurden. In diesem Zeitalter der Renaissance erwachte die Neugier des Menschen, die Natur in all ihren Facetten zu erforschen und manchmal sucht sich der Forscherdrang der Menschen einige seltsame Ventile: Im 16. Jahrhundert wurden Toxizitätsstudien an Verbrechern durchgeführt, um die letale Giftdosis zu ermitteln. Gift wurde von jeher auch als Bestrafungstrafmethode benutzt, so wurden Verurteilte in Rom in dieser Zeit mit Aconit vergiftet, wieder einem Alkaloid, welches unter anderem auch im Eisenhut enthalten ist. Es ist Überliefert, das einige Verdächtige auch im Beisein von Papst Clemens VII. auf diese Art hingerichtet wurden. Eisenhut

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Im 17. Jahrhundert nahmen die Giftmorde rasant zu. In Italien wurde aus[2] das Modegift „Aqua della Tofnina“ entdeckt, ein Giftcocktail, der als Hauptbestandteil wieder das schon bekannte Arsenik enthielt.

Man kann sagen, das die wahre „forensische Toxikologie“ mit dem Werk eines Mannes ihren Anfang nahm: Mit „Traité des Poisons“ schaffte Orfila 1814 die ersten Grundlagen, auf denen andere Wissenschaftler aufbauten. Er führte die ersten systematischen Untersuchungen der Leichen Vergifteter durch und machte mit den unsachlichen Darstellungen früherer Zeiten Schluß. Aber es fehlte ihm an Nachweißmethoden für Gifte. Eine bahnbrechende Nachweißmethode für Arsen entwickelte James Marsh 1836[1]. Mit dieser Probe kann man auf einfache Weise selbst geringste Spuren von Arsen (etwa 0,1 mg) in Geweben nachweisen. : Die zu untersuchende Probe wird z. B. mit Schwefelsäure und Zink gemischt. Ist Arsen vorhanden, so entwickelt sich dabei gasförmiges Arsin (AsH3), das sich mit einem Teil des bei diesem Vorgang freigesetzten Wasserstoffes mischt. Der Bereich um die Reagenzglasöffnung wird erhitzt, und das Arsin zersetzt sich unter Bildung von elementarem Arsen, das sich als Metallspiegel an der Wand abscheidet[5] . Diese Erfindung bedeutete das Ende der großen Giftmorde mit Arsen. Dessen kriminelle Bedeutung kann man erahnen, wenn man bedenkt, das 90-95 % der Giftmorde der damaligen Zeit mit Arsen und Arsenik begangen wurden. Mit der nun erfundenen neuen Methode konnten so gut wie alle Morde mit Arsen nachgewiesen und auch leichter aufgeklärt werden. Dementsprechend nahmen die Morde mit Arsen ab und die Mörder verlegten sich auf andere, damals noch nicht nachweisbare schwerflüchtige organische Substanzen zur Herbeiführung einer Intoxikation. Diese Taktik funktionierte bis zur Entwicklung der Extraktionsmethode für organische Substanzen aus Leichengeweben durch Stas 1850 (verbessert 1856 durch Otto). Die Bedeutung dieser Entwicklung sieht man daran, dass diese Methode selbst heute noch gebräuchlich ist. Prinzipiell kann man mit ihr Alkaloide mit Hilfe von Etherextraktion von körpereigenen Stoffen abtrennen. Ihr genauer Ablauf ist in der Folie dargestellt. Man hatte zwar nun mögliche Gifte extrahiert, es blieb aber immer noch das Problem der Identifizierung, welche weiterhin „klassisch“ durchgeführt wurde. Etwa durch Tierversuche, Schmelzpunktbestimmung, verschiedene Farbreaktionen und auch durch Geschmacks und Geruchstests. Man brauchte also für die damalige forensische Toxikologie eine gehörige Portion Phantasie. So konnte man Coniin und Nikotin etwa durch den Geruch (mäuseharnähnlich) und auf ihr Löslichkeitsverhalten hin unterscheiden, während sie sich im Geschmackstest beide ähnlich verhielten, sie schmeckten beide scharf[1].

Allerdings gab es mit dieser neuen Methode schon nach einiger Zeit Probleme, da mit Stas-Otto auch solche Substanzen aus Leichengeweben isoliert wurden, die sich in sämtlichen damals gängigen Tests (s.o.) wie Alkaloide verhielten, besonders bei Leichen, die schon lange tot waren. Es konnten aber keine Alkaloide sein, da in manchen Fällen nachweißlich kein Gift verwendet worden war. Weitere Untersuchungen zeigen, das sich durch Zersetzung des Gewebes postmortal Produkte bilden können, die sich sowohl analytisch als auch im Tierversuch wie Pflanzenalkaloide verhalten. Heute werden diese Produkte Leichenalkaloide genannt und dienen zur Feststellung der Liegezeit von Leichnamen (s.u.).[1]

Ich möchte an dieser Stelle den Geschichtlichen Rückblick beenden, denn dies waren die wichtigsten Entdeckungen vor der Entwicklung moderner Nachweißmethoden. Erst mit ihnen bekam die forensischen Toxikologie die Empfindlichkeit und die Genauigkeit, die für ihre Arbeit notwendig ist.

III. Leichenalterbestimmung

Erinnern wir uns an den zu Anfang erwähnten Fall des ermordeten Mannes, der mittlerweile in den Händen eines forensischen Toxikologen ist, der damit beauftragt wurde, die Todesursache herauszufinden. Aus den Aussagen des Kochs konnte ermittelt werden, daß der Tote vor 6 Tagen noch gelebt hat. Da aber wohl Gifte im Spiel waren, ist es sehr wichtig, den genauen Todeszeitpunkt herauszufinden. Der Toxikologe beschließt eine Leichenalterbestimmung mit Hilfe der Abbauprodukte von Bakterien im Gehirn zu machen. Nach dem Tod eines Menschen breiten sich von dessen Darm anaerobe Bakterien auf den ganzen Körper aus, und etwa nach dem 4. Tag lassen sich im Gehirn bereits deren Abbauprodukte nachweisen, von denen einige mit den eben erwähnten Leichenalkaloiden identisch sind. Ihre Konzentration wächst bis zum etwa 20 Tag linear an, danach bleibt ihre Konzentration konstant. Ihre Bildung erfolgt mit Hilfe der Bakterrienenzyme aus den Aminosäuren Threonin (Thr), Prolin (Pro) und Glutaminsäure (Glu) und dabei entsteht Alpha-Aminobuttersäure (ABU), Delta-Aminovaleriansäure und Gamma-Aminobuttersäure (GABA). Mit Hilfe der Konzentrationen kann man dann aus einem Graphen den Todestag herauslesen. (siehe Abbildung)[1]

Die Untersuchungen an unserem „hypothetischen Toten“ ergeben: Er ist in der Nacht nach seiner Bestellung in dem Chinesischen Restaurant gestorben.

IV. Moderne Nachweißverfahren

Nachdem nun der genaue Todeszeitpunkt festgestellt wurde, kann der forensische Toxikologe daran gehen, die genaue Todesursache festzustellen. Es gibt ja zwei offensichtliche Ursachen, die den Tod herbeiführen konnten: Das am Nachmittag gegessene Pilzgericht könnte möglicherweise nicht nur Champignons enthalten haben und der Kugelfisch könnte unsachgemäß zubereitet worden sein.

Der Toxikologe kann nun schon, ohne überhaupt hochmoderne Nachweißmethoden anwenden zu müssen, einige der möglichen Todesursachen durch eine oberflächliche Untersuchung des Leichnams sowie durch Betrachtung der vor dem Tod aufgetretenen Symptome ausschließen. Dazu informiert er sich wie die Symptome bei Einnahme der entsprechenden Gifte aussehen: Bei einer Überdosis des im Kugelfisch enthaltenen Tetrodotoxin verspürt das Opfer wenige Minuten nach dem Einnehmen ein kribbeln, leidet unter Schwindelgefühlen und es treten Schmerzen beim einatmen ein. Der Blutdruck sinkt und schließlich kann eine tödliche Atemlähmung eintreten. Bei dieser Art der Vergiftung würde dem Opfer aber immer noch genug Zeit bleiben, einen Arzt zu verständigen, und das war nicht der Fall. Die andere Möglichkeit einer Intoxikation durch Pilzgifte kann man aber auch ausschließen, da auch hier die Giftwirkungen deutlich und unangenehm spürbar sind bevor der Tod eintritt.

Also ist die Todesursache nach wie vor unbekannt und der Toxikologe muß eine Gewebeanalyse zur Feststellung der Todesursache durchführen. Dieses sogenannte Screening-Verfahren versucht so viele Gifte wie möglich zu erfassen und so die Wahrscheinlichkeit des Auffindens der Todesursache zu erhöhen. Zuerst muß das Gift aus dem Leichengewebe extrahiert werden, und dies auch heutzutage noch mit dem oben beschriebenen Stas-Otto-Verfahren gemacht. Allerdings wurde diese Methode erweitert, so dass auch Gifte, die im Körper mit Glucuron und Schwefelsäure schwerlösliche Verbindung bilden extrahiert werden können. Diese Verbindungen werden mit Hilfe des Enzyms Glucuronidase- Arylsulfatase in ihre Ausgangsstoffe gespalten. Allerdings vertraut man bei der anschließenden Analyse nicht mehr so dem Geschmackssinn des Toxikologen sondern eher besseren, genaueren und komplizierteren Nachweißmethoden[1].

1. Chromatographie

a) Dünnschichtchromatographie

Die Dünnschichtchromatographie ist trotz der geringen Empfindlichkeit immer noch sehr beliebt bei der Analyse in der forensischen Toxikologie, was wohl nicht zuletzt an der Einfachheit und Billigkeit der Methode liegt.

Bei der Dünnschichtchromatographie werden Kieselgelplatten in ein geeignetes Fließmittel gestellt und die Substanzen auf einer zum Rand des Wasserspiegels parallelen Linie aufgetragen. Grundlegend kann man zu jeder Chromatographie sagen, dass bei ihr Substanzen durch ein Wechselspiel vorwärtstreibender und zurückhaltender Kräfte getrennt werden. Bei der Dünnschichtchromatographie sind dies die aufwärtstreibenden Kapillarkräfte des Fließmittels sowie die Schwerkraft. Je nach der Löslichkeitseigenschaft des Stoffes nimmt er nach einem bestimmten Zeitraum eine bestimmte Position ein. Diese Position vergleicht man mit vorher Festgestellten Vergleichswerten von Giftstoffen.[1]

b) Gaschromatographie

Die Gaschromatographie ist die wichtigste Analysemethode in der forensischen Toxikologie, da sie empfindlicher und genauer als die Dünnschichtchromatographie ist.

Bei der Gaschromatographie wird die zu untersuchende Probe in ein Trägergas eingebracht, welches durch ein langes Rohr geleitet wird. Voraussetzung für diese Methode ist es aber, das sich die zu untersuchende Probe ohne Zersetzung in den gasförmigen Zustand überführen läßt. Das Rohr ist auf der Innenseite mit einem Trägermaterial beschichtet, z. B. Al2O3, oder je nach Anforderung die an die Untersuchung gestellt wird mit einem anderen Material. Für toxikologische Untersuchungen gibt es spezielle Mischungen, an die die Erfordernis gestellt wird, möglichst etwa alle 1000 in einer Gifttestmischung enthaltenen Toxine zu trennen. Wird nun die zu untersuchende Probe mit dem Trägergas durch die Röhre geleitet, werden die verschiedenen Substanzen verschieden lange aufgehalten, so das sie nacheinander aus dem Rohr austreten. Dort steht ein Detektor, der die Substanz anhand verschiedener Eigenschaften, zum Beispiel die Wärmeleitfähigkeit identifizieren kann.

Zur besseren Analyse lassen sich noch eine Vielzahl an Erweiterungen am Gaschromatographen anbringen, etwa ein Stickstoff-Phosphor-Detektor (=NPD) oder ein Elektroneneinfangdetektor, welcher besonders für den Nachweiß halogenhaltiger Pestizide eingesetzt wird.

Andere chromatographische Nachweißmethoden wie zum Beispiel die Hochdruckflüssigkeits-Chromatographie werden immer öfter zur Giftanalyse eingesetzt, es fehlt aber noch an entsprechenden Erfahrungs- und Vergleichswerten zu genauen Beurteilung der Ergebnisse.[1]

2. Spektroskopie

Besondere Bedeutung für die spektroskopische Untersuchung von Geweben und Körperflüssigkeiten nach Giftstoffen hat heute besonders die Massenspektroskopie sowie in kleinerem Maße die Infrarot- sowie die Ultraviolettspektroskopie. Die Massenspektroskopie, von der man vereinfacht ausgedrückt sagen kann, das sie der Molekülmassenbestimmung unbekannter Stoffe dient, ist aus der heutigen forensischen Analytik kaum noch wegzudenken. So ist ihr Auflösungsvermögen und ihre Empfindlichkeit im Gegensatz zu chromatographischen Methoden so ausgereift, das sie in der Lage ist, die aus dem Gewebe mitextrahierten körpereigenen Stoffe von den Giftstoffen zu unterscheiden.[1]

3. Immunchemische Tests

Diese Art der Nachweißmethode für Gifte ist wohl die modernste, billigste und am einfachsten durchzuführende Methode der forensischen Analytik. Man kann Giftstoffe direkt im Blutserum und im Urin nachweisen, ohne besondere Extraktions- und Anreicherungsmethoden anwenden zu müssen. Man setzt der zu untersuchenden Probe bestimmte Antikörper hinzu, die Körperfremde Stoffe an sich binden können, sowie bestimmte Markierte Körperfremde Stoffe, welche in Konkurrenz zu den Proben eigenen Antigenen an die Antikörper binden. Kann man an allen Antikörpern die Markierung nachweisen, ist klar, das nur die zugesetzten Antigene mit ihnen reagiert haben, dementsprechend enthielt die Probe keine Körperfremden Stoffe. Sind aber nicht alle Antikörper markiert, besteht ein Grund um weitere Analysen zur genaueren Bestimmung des Fremdstoffs durchzuführen. Auch sind bei der Analyse Fehler möglich, wenn sich in dem zu untersuchenden Probenmaterial, zum Beispiel durch zu lange Lagerung, Stoffe gebildet haben, die auch mit den Antikörper reagieren können. Bestätigungsanalysen sind also immer nötig.[1]

4. weitere Nachweißmethoden

Die Screeningmethoden für schwerflüchtige organische Substanzen, denen in diesem Referat so viel Raum eingeräumt wurde, wurden ja oben ausführlich beschrieben. Sie gehören heute zum Standardrepertoire der forensischen Toxikologen, eben weil die meisten Giftmorde mit diesen Substanzen begangen werden. Für andere potentielle Giftstoffe und/oder Giftstoffklassen gibt es so gut wie keine vergleichbare Screeningmethode. Es muß hierbei für jeden Stoff ein spezielle Einzelanalyse durchgeführt werden, wobei meißt auf gängige Methoden der analytischen Chemie zurückgegriffen wird. Die genaue Beschreibung würde den Rahmen dieses Referats bei weitem sprengen, erwähnt seien hier nur einige Beispiele: Schwermetalle (Atomabsorptions-Spektroskopie), Kohlenmonoxid (photometrische Bestimmung der Hämoglobin-Derivate) und Pilzsporen (Mikroskop).[1]

V. Abschließende Beurteilung

Folgende Gesichtspunkte helfen bei der Beurteilung der Ergebnisse:

- rein chemische Gesichtspunkte, wobei die Qualität und das Ergebnis der Analyse im Vordergrund stehen
- klinische Gesichtspunkte, das heißt, ob die Symptome die das Opfer zeigte mit dem analytisch ermittelten Giftstoff übereinstimmen
- pathologische Gesichtspunkte. Bei der Einnahme bestimmter Gifte gibt es mit bloßem Auge erkennbare Veränderungen an der Leiche, zum Beispiel Verätzungen bei der Einnahmen von Säuren und Laugen oder hellrote Totenflecke bei Kohlenmonoxid Vergiftungen. Man muß nun vergleichen, ob die so festgestellten äußerlichen Anzeichen mit dem analytisch festgestellten Gift übereinstimmen kann.
- Nach kriminalistischen Gesichtspunkten: Mit der Zeit bekommt ein „Gefühl“ dafür, wo man ein Schwerpunkt bei der Untersuchung des Probenmaterials setzen muß. Auch aus dem Gespräch mit der Polizei kann man einige Hinweise über die mögliche Todesursache erhalten, so ist zum Beispiel bei einem Rauschgiftsüchtigen eine Untersuchung auf eine Überdosis angebracht.

Durch Betrachtung aller eben genannter Faktoren ist es dem forensischen Toxikologen meist möglich, genaue Auskünfte über die Todesart und den Todeszeitpunkt zu erhalten. Aber Untersuchungen zufolge bleiben in Deutschland immer noch etwa 50% der Morde unerkannt, es werden fälschlicherweise natürliche Todesursachen festgestellt. Darunter ist ein Großteil Giftmorde. Viele dieser morde bleiben unerkannt, weil Gifte eingesetzt werden, die immer unauffälliger und in immer geringeren Dosen ihre Wirkung entfalten. Die Aufgabe der Toxikolgen ist es, mit dieser Entwicklung Schritt zu halten un ihr, wenn möglich, auch einen Schritt voraus zu sein. Zu unser aller Sicherheit.

Literaturliste

[1] Daldrup, Thomas; Forensische Toxikologie; Chemie in unserer Zeit / 19. Jahrg. 1985 / Nr. 4

[2] Doenike, Ulrich; Von Giftmischern, Erbschleichern und Thronfolgern; P.M. History 00/5

[3] Duden Grundwissen Chemie; Brockhaus AG 1999

[4] Encarta 2000; „Alkaloide“;

[5] Encarta 2000; „Arsen“;

[6] Encarta 2000; „Gift“;

[7] Encarta 2000; „Schierling“;

[8] Oehmig, Bernd; Giftmorde; Velber 1999

[9] Wolff/Flörke Kursthemen Chemie, Spezielle chemische Arbeitsgebiete; Dümmlers Verlag