Toxikologie

Medizinische Expertise: Dr. med. Nonnenmacher
Qualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer. nat. Frank Meyer

Letzte Aktualisierung am: 5. September 2026

Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.

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Unter der Toxikologie wird die Lehre der Giftstoffe verstanden und die damit verbundene Erforschung und Behandlung von Vergiftungen. Hier sind besonders die Gesundheit schädigenden Auswirkungen gemeint, die einzelne chemische Substanzen auf Lebewesen haben.

Die Toxikologie untersucht dabei die Form der Auswirkungen, das Ausmaß der Schädigungen und die der Vergiftung zugrundeliegenden Wechselwirkungen. Dadurch lassen sich Gefährdungen besser interpretieren und ein mögliches Risiko besser einschätzen. Die Fachrichtung geht meistens mit der Pharmakologie einher, da sich die Forschungen in diesen Bereichen häufig überschneiden.

Was ist die Toxikologie?

Unter der Toxikologie wird die Lehre der Giftstoffe verstanden und die damit verbundene Erforschung und Behandlung von Vergiftungen.

Das Gebiet der Toxikologie basiert auf den Lehren des Forschers und Arztes Paracelsus, dessen Erkenntnisse das 16. Jahrhundert prägten. Er stellte fest, dass es im Grunde weder giftige noch ungiftige Stoffe gibt, sondern vielmehr die Dosis eines Stoffes die Giftwirkung ausmacht und ein Stoff erst in erhöhter Konzentration schädlich wird. Der Stoff selbst kann dabei sowohl Gift als auch Nicht-Gift sein. In seiner bekanntesten Formulierung heißt es bei Paracelsus: „Allein die Dosis macht, dass ein Ding kein Gift ist.“

Auch die heutige Forschung der Toxikologie setzt voraus, dass die Konzentration den Grad der toxischen Wirkung bestimmt und unterhalb eines Schwellenwertes das Risiko einer eigentlichen Vergiftung eher gering ist. Die Ausnahme eines höheren Risikos stellen krebserzeugende Stoffe dar. Diese werden als genotoxische Kanzerogene bezeichnet. Ebenso gilt die Ausnahme für erbgutverändernde Substanzen, so genannte Mutagene. Hier kann kein genauer Grenzwert festgelegt werden.

Grundlage jeder toxikologischen Bewertung ist die Dosis-Wirkungs-Beziehung. Sie beschreibt, wie sich Art und Ausmaß einer Wirkung ändern, wenn die aufgenommene Menge eines Stoffes steigt. Trägt man beides gegeneinander auf, ergibt sich häufig eine s-förmige Kurve: Unterhalb einer bestimmten Menge bleibt eine messbare Wirkung aus, darüber nimmt sie zunächst steil zu, bis schließlich alle Untersuchten betroffen sind. Aus solchen Kurven leitet die Toxikologie ihre Kennwerte ab. Der bekannteste ist die mittlere letale Dosis, kurz LD50: jene im Tierversuch ermittelte Menge, bei der die Hälfte der Versuchstiere stirbt, bezogen auf das Körpergewicht. Der Wert ist aus zwei Gründen mit Vorsicht zu lesen. Zum einen unterscheidet sich die Empfindlichkeit zwischen den Tierarten und erst recht zwischen Tier und Mensch erheblich, so dass sich die Zahlen nur sehr bedingt übertragen lassen. Zum anderen ist die Ermittlung solcher Werte im Tierversuch aus tierethischen Gründen umstritten.

Für den Schutz des Menschen sind daher andere Kennwerte wichtiger. Aus Versuchsreihen wird die höchste Menge bestimmt, bei der noch keine schädliche Wirkung nachweisbar ist; im Fachjargon heißt sie NOAEL, nach dem englischen „no observed adverse effect level“. Aus ihr werden unter Berücksichtigung großzügiger Sicherheitsabstände die Werte abgeleitet, an denen sich Behörden orientieren: die duldbare tägliche Aufnahmemenge für Stoffe, die über Lebensmittel in den Körper gelangen, oder die zulässige Konzentration eines Stoffes in der Luft am Arbeitsplatz. Solche Grenzwerte sind keine scharfe Trennlinie zwischen ungefährlich und gefährlich, sondern eine bewusst weit auf der sicheren Seite angesetzte Vereinbarung. Für erbgutverändernde und krebserzeugende Stoffe lässt sich ein solcher Schwellenwert gerade nicht bestimmen; an seine Stelle tritt dort der Grundsatz, die Belastung so weit zu senken, wie es technisch möglich und zumutbar ist.

Wie stark ein Stoff wirkt, hängt außerdem davon ab, auf welchem Weg er in den Körper gelangt. Unterschieden werden die Aufnahme über den Mund, über die Atemwege, über die Haut sowie die Einbringung unmittelbar in den Blutkreislauf. Derselbe Stoff kann auf dem einen Weg nahezu wirkungslos bleiben und auf dem anderen schwer schädigen. Ebenso trennt die Toxikologie zwischen der akuten Vergiftung nach einmaliger Aufnahme und der chronischen Schädigung, die sich erst nach wiederholter Aufnahme kleiner Mengen über lange Zeit zeigt, sowie zwischen örtlichen Schäden am Ort des Kontakts und Wirkungen, die erst nach Aufnahme ins Blut an entfernten Organen auftreten.

Zwei Begriffe beschreiben, was im Körper geschieht. Die Toxikokinetik verfolgt den Weg des Stoffes: Aufnahme, Verteilung im Gewebe, Umbau vor allem in der Leber und Ausscheidung über Nieren, Galle, Darm oder Atemluft. Dabei zeigt sich ein zunächst überraschender Befund. Nicht jeder Stoff ist von sich aus giftig; manche entfalten ihre Wirkung erst, nachdem der Körper sie umgebaut hat. Der Stoffwechselschritt, der eigentlich der Ausscheidung dienen soll, erzeugt dann erst das eigentliche Gift. Die Toxikodynamik beschreibt demgegenüber, was der Stoff im Gewebe anrichtet: ob er ein Enzym blockiert, sich an ein Transportmolekül heftet, Zellmembranen zerstört oder das Erbgut verändert. Beide Betrachtungen zusammen erklären, warum zwei Menschen auf dieselbe Menge desselben Stoffes verschieden reagieren können.

Der Wortstamm „Toxon“ kommt eigentlich aus dem Griechischen und steht in der Verbindung zum vergifteten Pfeil. Dieser wurde aufgrund der schnellen und tödlichen Wirkung mit toxischem Pflanzengift oder verseuchtem Leichengift präpariert, wodurch Muskeln, Atmung oder Herz gelähmt bzw. ganz zum Stillstand gebracht werden konnten.

Genauer bezeichnet das griechische Wort „toxon“ den Bogen des Schützen; „toxikon“ war das Gift, mit dem die Pfeile bestrichen wurden. Aus dem Beiwort für das Pfeilgift wurde im Lauf der Zeit die Bezeichnung für Gift überhaupt und schließlich der Name der Wissenschaft, die sich mit Giften befasst. Verwendet wurden vor allem Pflanzengifte. Am bekanntesten ist das südamerikanische Curare, das die Skelettmuskulatur erschlaffen lässt und den Getroffenen ersticken lässt, während er bei Bewusstsein bleibt; in abgewandelter Form nutzt die heutige Medizin denselben Wirkmechanismus, um bei Operationen die Muskulatur zu entspannen. Daran zeigt sich auch die zweite Hälfte des Gedankens von Paracelsus: Nicht nur wird ein harmloser Stoff in großer Menge zum Gift, es kann auch ein Gift in geeigneter Menge und am richtigen Ort zum Heilmittel werden.

Im 17. Jahrhundert erregte schließlich die Lehre von den Giften ein besonders hohes Interesse, da zu dieser Zeit verstärkt Giftmorde begangen wurden, wobei die Täter oftmals nicht gefasst werden konnten, da es noch nicht genügend Nachweismethoden gab. Das Hauptgift dieser Zeit war vor allen Dingen Arsenik. Der Giftmord wurde fast so eine Art Modeerscheinung. Der Mord mit Arsen hatte lange Tradition, erreichte im 19. Jahrhundert einen unfassbaren Höhepunkt. Daher wurde es notwendig, sich mit der Vergiftung auseinanderzusetzen. Es entstand das damals ganz neue Forschungsgebiet der Toxikologie.

Begründer war der Chemiker Mathieu Orfila. Sein Interesse galt zeitbedingt natürlich insbesondere dem Arsen, den Nachweis für Arsen in menschlichen Geweben brachte schließlich James Marsh, der ebenfalls Chemiker war. Nach ihm ist die Marsh‘sche Probe benannt, durch die Arsen im Körper festgestellt werden konnte. Nach der Entdeckung dieser Methode gingen die Morde durch Arsenik dann auch deutlich zurück.

Mathieu Orfila, 1787 auf Menorca geboren und 1853 in Paris gestorben, legte mit seinem „Traité des poisons“ von 1814/15 das erste systematische Werk des Faches vor. Sein Verdienst liegt weniger in einer einzelnen Entdeckung als in der Verknüpfung dreier bis dahin getrennter Zugänge: der chemischen Analyse, der Beobachtung der Vergiftungserscheinungen am Lebenden und der Befunde am Verstorbenen. Erst diese Verbindung machte den Giftmord vor Gericht überhaupt beweisbar.

Die nach James Marsh benannte Probe von 1836 beruht darauf, dass Arsenverbindungen mit naszierendem Wasserstoff zu gasförmigem Arsenwasserstoff reagieren. Leitet man dieses Gas durch ein erhitztes Rohr, zerfällt es, und das Arsen schlägt sich als schwarzer, spiegelnder Belag nieder, der sogenannte Arsenspiegel. Der Nachweis war empfindlich genug, um kleinste Spuren zu erfassen, und er war so anschaulich, dass ihn auch Geschworene nachvollziehen konnten. Berühmt wurde er 1840 im Prozess gegen Marie Lafarge, in dem Orfila als Sachverständiger Arsen im exhumierten Körper des Verstorbenen nachwies und zugleich ausschloss, dass es aus dem Friedhofsboden stammen konnte.

Im 20. Jahrhundert verschob sich der Schwerpunkt des Faches ein weiteres Mal. An die Stelle des einzelnen Giftmordes traten die Stoffe, mit denen die Allgemeinheit unbeabsichtigt in Berührung kommt: Arbeitsstoffe in der Industrie, Rückstände in Lebensmitteln, Abgase, Schadstoffe in Innenräumen und die unerwünschten Wirkungen von Arzneimitteln. Arzneimittelschäden und großtechnische Unfälle machten dabei sichtbar, wie lückenhaft die Prüfung neuer Stoffe bis dahin gewesen war, und führten zu deutlich strengeren Zulassungs- und Prüfvorschriften. Die Toxikologie wandelte sich damit von einer nachträglich aufklärenden zu einer vorausschauend prüfenden Wissenschaft.

Behandlungen & Therapien

Während sich die Toxikologie in ihren Anfängen vor allen Dingen mit dem Erkennen und dem Behandeln akuter Vergiftungserscheinungen auseinandersetzte, steht heutzutage mehr die Frage im Vordergrund, welche schädlichen Auswirkungen die Stoffe bei einer Aufnahme von sehr geringen Konzentrationen aufweisen. Die Belastung des Körpers durch Fremdstoffe, die sowohl in der Atemluft, in Nahrungsmitteln, im Trinkwasser oder auch im Boden vorhanden sind, wird näher erforscht. Krebserzeugende Stoffe durch Umwelteinflüsse müssen z. B. verstärkt untersucht werden. Dazu gehören Dioxine, PCBs, Feinstaub, Dieselrußpartikel oder Kohlenwasserstoffe.

Ebenso werden Arzneimittel auf ihre Nebenwirkungen getestet. Dabei werden die Medikamente für die Zulassung auf dem Markt vorab genau geprüft und bei einer Neuentwicklung ausgiebig auf ihre Auswirkungen getestet. Das geschieht durch Tierversuche, aber, aufgrund der kritischen Bewertung solcher Tests, auch durch alternative Methoden, insbesondere auf biochemischer und molekularer Ebene. Neue Aufgaben bilden z. B. die Entwicklung von Arznei- oder Lebensmitteln, die mittels gentechnischer Veränderungen hergestellt werden, oder die Erforschung der Auswirkungen solcher Genveränderungen auf den menschlichen Organismus.

Durch die Toxikologie werden dabei Stoffe anhand von Grenzwerten und Richtlinien eingestuft, genauer in erbgutverändernd, krebserzeugend bzw. reproduktionstoxisch unterschieden. Sowohl eine Risikobewertung als auch die intensive Analyse aller Wirkungsmechanismen sind eine wichtige Aufgabe dieser Wissenschaft, die sich an biologischen, physikalischen, biochemischen und medizinischen Daten orientiert.

Klassische Untergebiete der Toxikologie sind die klinische Toxikologie, die sich mit der Behandlung der Vergiftungen befasst, und die Lebensmitteltoxikologie, die dem Schutz der Bevölkerung dient und gesundheitsschädigende Stoffe untersucht, die sowohl natürlich vorkommen als auch durch den Menschen verursacht werden. Ebenso gibt es Bereiche, die sich mit Industriechemikalien, Bedarfsgegenständen, der belebten Umwelt und den dort auftretenden Schäden in Wasser, Boden und Luft beschäftigen, und die für sich stehende Arzneimitteltoxikologie.

Ein eigenes Feld ist die regulatorische Toxikologie. Sie übersetzt die Erkenntnisse der Forschung in verbindliche Regeln: welche Prüfungen ein Stoff durchlaufen muss, bevor er in den Verkehr gebracht werden darf, wie er zu kennzeichnen ist und welche Konzentrationen in Luft, Wasser, Lebensmitteln und Bedarfsgegenständen hinzunehmen sind. In der Europäischen Union bildet die Chemikalienverordnung REACH den Rahmen; nach ihr müssen Hersteller und Importeure die Eigenschaften ihrer Stoffe selbst ermitteln, dokumentieren und den Behörden vorlegen. Die Einstufung und Kennzeichnung folgt einem weltweit abgestimmten System, dessen rautenförmige Gefahrenpiktogramme auf Verpackungen im Betrieb wie im Haushalt zu finden sind. Wo Stoffe nicht ersetzt werden können, greift die Rangfolge des Arbeitsschutzes: zuerst technische Maßnahmen an der Quelle, dann organisatorische Regelungen und erst zuletzt die persönliche Schutzausrüstung.

Die klinische Toxikologie hat es dagegen mit dem einzelnen Vergiftungsfall zu tun, und dort stellen sich andere Fragen: welcher Stoff, welche Menge, wie lange her, welche Beschwerden. Ein wichtiges Hilfsmittel sind die Giftinformationszentren, die rund um die Uhr telefonisch beraten und sich sowohl an Ärzte als auch an Laien wenden. In Deutschland bestehen solche Zentren unter anderem in Berlin, Bonn, Erfurt, Freiburg, Göttingen, Mainz und München; ihre Einrichtung ist im Chemikaliengesetz vorgesehen. Damit im Ernstfall bekannt ist, worum es sich überhaupt handelt, sind Hersteller verpflichtet, die Zusammensetzung bestimmter Erzeugnisse zu melden. Das Bundesinstitut für Risikobewertung wertet die eingehenden Fälle zusätzlich aus, um Häufungen und neue Gefahrenquellen frühzeitig zu erkennen.

Die Behandlung einer Vergiftung folgt einer festen Rangfolge. An erster Stelle steht die Sicherung der lebenswichtigen Funktionen, also Atmung, Kreislauf und Bewusstsein. Erst danach stellt sich die Frage, ob der Stoff noch aus dem Körper entfernt oder seine Aufnahme vermindert werden kann; in der Klinik kommen dafür je nach Lage die Gabe medizinischer Kohle, eine Spülung des Magens oder Verfahren der Blutwäsche in Betracht. Für einige Stoffgruppen stehen Gegenmittel zur Verfügung, sogenannte Antidote, die den Giftstoff binden, seinen Abbau beeinflussen oder ihn vom Wirkort verdrängen; bekannte Beispiele sind Atropin bei Vergiftungen mit bestimmten Schädlingsbekämpfungsmitteln, Naloxon bei Opioiden und N-Acetylcystein bei Paracetamol. Für die meisten Gifte gibt es jedoch kein Gegenmittel. Dann bleibt die Behandlung der Beschwerden und die Unterstützung der Organe, bis der Körper den Stoff selbst abgebaut und ausgeschieden hat.

Diagnose & Untersuchungsmethoden

Die chemisch-toxikologische Analytik arbeitet in zwei Stufen. Ein Suchtest zeigt rasch an, ob eine Stoffgruppe überhaupt in Betracht kommt; er ist jedoch weder besonders genau noch fälschungssicher und kann in beide Richtungen irren, also eine vorhandene Substanz übersehen und eine nicht vorhandene anzeigen. Der Beweis wird deshalb mit trennenden Verfahren geführt: Das Stoffgemisch wird zunächst in seine Bestandteile aufgetrennt, der einzelne Bestandteil anschließend anhand seiner Masse eindeutig bestimmt. Untersucht werden je nach Fragestellung Blut, Urin, Mageninhalt, Haare oder Gewebeproben. Entscheidend ist, dass das Material früh gesichert und mit Zeitangabe aufbewahrt wird, denn viele Stoffe werden binnen Stunden abgebaut, und was nicht asserviert wurde, lässt sich später nicht nachholen.

An die forensische Toxikologie stellt die Rechtsprechung zusätzliche Anforderungen, weil ihre Befunde vor Gericht Bestand haben müssen. Sie arbeitet mit lückenlos dokumentierten Übergabeketten für die Proben, mit unabhängigen Zweitbestimmungen aus getrennten Teilmengen und mit veröffentlichten Qualitätsrichtlinien, an denen sich Gutachten messen lassen müssen. Ein eigenes Anwendungsgebiet ist schließlich das Human-Biomonitoring. Hier wird kein Einzelfall aufgeklärt, sondern über Jahre verfolgt, welche Schadstoffe in welcher Höhe in der Bevölkerung nachweisbar sind, indem in regelmäßigen Abständen Proben untersucht und mit den Werten früherer Erhebungen verglichen werden. Auf diesem Weg ließ sich unter anderem der deutliche Rückgang der Bleibelastung nach dem Verbot verbleiten Kraftstoffs belegen.

Zur Alternativmedizin gehört beispielsweise auch die Homotoxikologie. Sie basiert auf der Theorie von Hans-Heinrich Reckeweg, die besagt, dass Krankheiten und deren Symptome auf Gifte zurückzuführen seien. Die eigentliche Krankheit ist damit nur die Reaktion auf innere oder auch äußere Schadstoffe. Diese können sowohl in der Nahrung, der Umwelt oder im Stoffwechsel selbst vorkommen und werden als Homotoxine bezeichnet.

Nach dieser Vorstellung drückt sich die Form der Krankheit in Abhängigkeit der Abwehrkräfte des Organismus und der Einwirkungsdauer des Giftes als Homotoxikose aus, wobei sich der Körper mit der jeweiligen toxischen Erscheinung konfrontiert sieht und versucht, diese zu bekämpfen bzw. auszuscheiden. Nach diesem Modell ist der Mensch gesund, solange das körpereigene Abwehrsystem erfolgreich ist; andernfalls wird er krank. Dann treten Entzündungen, Durchfall, Erbrechen, Ausschlag oder ähnliche Symptome auf. Die Therapie dagegen ist die Entgiftung des Körpers.

Dazu werden Präparate genutzt, die den Selbstheilungsprozess des Körpers unterstützen und den Entgiftungsprozess anregen sollen. Solche Präparate sind meist homöopathische Komplexmittel. Eine über den Placeboeffekt hinausgehende Wirksamkeit ist für sie nicht belegt, und das Krankheitsmodell Reckewegs, das nahezu alle Erkrankungen auf Gifte zurückführt, ist mit dem heutigen medizinischen Kenntnisstand nicht vereinbar.

Quellen

• Marquardt, H., Schäfer, S. G., Barth, H. (Hrsg.): Toxikologie.
  ISBN: 9783804736573

• Zilker, T. R.: Klinische Toxikologie für die Intensivmedizin: Noxen, Symptome, Therapie, Analytik.
  ISBN: 9783837456486

• Ludewig, R., Regenthal, R., Köppel, C., et al.: Akute Vergiftungen und Arzneimittelüberdosierungen.
  ISBN: 9783804732117

• Aktories, K., Flockerzi, V., Förstermann, U., Hofmann, F. (Hrsg.): Allgemeine und spezielle Pharmakologie und Toxikologie.
  ISBN: 9783437426223

• Freissmuth, M., Offermanns, S., Böhm, S. (Hrsg.): Pharmakologie und Toxikologie.
  ISBN: 9783662684696

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