Die Lachgasnutzung erfolgt im medizinischen Kontext hauptsächlich als Anästhetikum sowohl für die Einleitung wie auch zur Aufrechterhaltung einer Narkose bei Patient*innen im Erwachsenen- und Kindesalter. In der Kinderheilkunde, Gynäkologie, Notfallmedizin, Zahnmedizin und Urologie wird es bei leichten Schmerzen als Analgetikum angewandt [5, 13]. Lediglich 1 % der Lachgasemissionen ist medizinischen Ursprungs.
Außerhalb der Medizin findet Lachgas vorrangig Anwendung als Treibgas in Sprühflaschen (z. B. zum Aufschäumen von Schlagsahne) und Stickstoffdüngern in der Landwirtschaft [4, 28]. Seine Herstellung erfolgt industriell/technisch durch Zersetzung von Ammoniumnitrat unter der Einwirkung von Hitze. Dabei entstehen Hydrogennitrat und Ammoniak, diese zerfallen wiederum in Lachgas und Wasser. In der Landwirtschaft werden Nitrat und Ammoniak als Düngemittel verwendet, die dann durch Abbauprozesse im Boden in Lachgas oder Methan zersetzt bzw. umgebaut werden. Im Jahre 2021 stammten 77 % der Lachgasemissionen in Deutschland aus der Landwirtschaft. Grenzwerte für die Außenluft existieren bislang keine [2]. Aufgrund der bisher gemessenen Konzentrationen sind keine gesundheitlichen Auswirkungen bei in der Landwirtschaft beschäftigten Personen zu erwarten. Aufgrund der hohen Freisetzung sind effiziente Minderungsmaßnahmen daher dringend erforderlich, denn Lachgas trägt als potentes Treibhausgas zur globalen Erwärmung bei. Als Treibhausgas ist Lachgas etwa 300-mal so schädlich wie Kohlendioxid (CO2; [14, 28]) im Hinblick auf seine Fähigkeit, Wärmestrahlung in der Atmosphäre zu absorbieren und zurückzustrahlen. [14]. Die wichtigsten Quellen von Lachgasemissionen sind landwirtschaftliche Aktivitäten, wie Düngemittelverwendung, Biomasseverbrennung, industrielle Prozesse und Abwasserbehandlung. Um die Umweltauswirkungen von Lachgas zu reduzieren, sollten landwirtschaftliche Praktiken verbessert werden, um den Einsatz von Stickstoffdüngemitteln zu optimieren und Lachgasemissionen aus Böden zu reduzieren [8]. Auch sollten Technologien und Verfahren zur Verringerung von Lachgasemissionen in industriellen Prozessen und bei der Abwasserbehandlung gefördert werden. Im Rahmen der Forschung gilt es, effektive Methoden zur Minderung von Lachgasemissionen zu entwickeln [29]. Im medizinischen Bereich wird Lachgas vordergründig inhalativ aufgenommen. Die dermale Aufnahme kann vernachlässigt werden.
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Lachgas kann hingegen auch als Droge verwendet werden, was aus der Mitteilung der Europäischen Beobachtungsstelle für Drogen (EMCDDA Bericht 2022) hervorgeht [6]. Es führt zu einem kurzen Rausch. Viele Konsumenten glauben, dass das Inhalieren von Lachgas gefahrlos ist, da es frei verkäuflich zu erwerben ist. Dies ist jedoch nicht der Fall, denn Lachgas kann die Nieren schädigen und Komplikationen bis zu Querschnittslähmung hervorrufen. Dies liegt daran, dass chronischer Konsum von Lachgas den Vitamin-B12-Stoffwechsel stören kann [3, 17, 19, 22, 24, 30]. Es kann zu einer Senkung der Aminosäure Methionin kommen, an deren Synthese Vitamin B12 beteiligt ist. Methionin spielt wiederum eine entscheidende Rolle bei der Bildung von Nervenhüllen [26, 27]. Können diese nicht mehr richtig gebildet werden, besteht die Gefahr, Neuropathien und Rückenmarkschädigungen zu entwickeln [15, 24]. Sollte der Vitamin-B12-Mangel über einen längeren Zeitraum andauern, entsteht zusätzlich die Gefahr, eine perniziöse Anämie zu entwickeln [21, 25, 32]. Daher ist in den Niederlanden ab 2023 der Besitz und Verkauf von Lachgas verboten. Folglich ist der medizinische Gebrauch verschreibungspflichtig, was kontrovers der freien Verkäuflichkeit als Luftballonfüllung oder in Sahnekartuschen gegenübersteht.
Chemie des Lachgases
Lachgas, auch Distickstoffoxid (N2O; „nitrous oxide“), ist bei Raumtemperatur ein oxidierendes, schlecht wasserlösliches, farbloses Gas mit süßem Geruch aus der Gruppe der N‑O-Verbindungen. Es ist mit seinen 1,98 kg/m3 schwerer als Luft, wodurch es sich nicht gleichförmig im Raum verteilt, sondern am Boden konzentriert. Ab einer Temperatur von 300 °C zerfällt N2O in seine Bestandteile Stickstoff und Sauerstoff. Durch seinen Sauerstoffgehalt wirkt es brandfördernd, ist jedoch nicht selbst entzündlich [9, 24]. Im Jahr 1771 wurde es von Joseph Priestley zum ersten Mal hergestellt und dessen Synthese beschrieben. Seine betäubende und schmerzstillende Wirkung wurde vom Chemiker Humphry Davy um 1800 im Selbstversuch erforscht. 1844 verwendete Horace Wells Lachgas als Erster im Rahmen einer Zahnextraktion als Narkosemittel [9].
Die CAS-Nummer (Chemical Abstracts Service-Nummer) für Lachgas ist ein international gültiges Bezeichnungssystem für chemische Substanzen. Jedem bekannten chemischen Stoff sowie Biosequenzen, Legierungen und Polymeren ist eine spezifische CAS-Nummer zugeordnet [15, 23]. Die CAS für Lachgas lautet: CAS 10024-97-2-Lachgas (Distickstoffoxid; Formel: N2O). In Tab. 1 sind alle physikalischen und chemischen Daten von Lachgas nach CAS aufgeführt [7, 12, 16].
Tab. 1
Physikalische und chemische Daten von Lachgas nach CAS
Physikalische und chemische Daten von Lachgas | Farbloses Gas mit süßlichem Geruch | Molmasse: 44,012 g/mol AGW 100 ml/m3 oder 180 mg/m3 (TRGS 900) Dichte 1,9781 g/l (Gas, 0 °C, 1013 hPa) (Lachgas: Luft = 1,53) Schmelzpunkt: −90,8 °C Siedepunkt: −88,48 °C Wasserlöslichkeit Konzentration bei 20 °C 1,2 g/l |
Piktogramme GHS 03 GHS 04 GHS 07 Gefahr | Gefahrenklassen + Kategorie Oxidierende Gase 1 Gase unter Druck, verdicht. Gas Spezifische Zielorgantoxizität einmalig 3 | HP-Sätze (siehe Hinweis) H 270, 280, 336 P 220, 244, 280.3, 370 + 376, 410 + 403 Entsorgung besondere Hinweise |
– | Deutsche Bezeichnung Synonyme (dt.) | Engl. Bezeichnung Synonyme (engl.) |
CAS 10024-97‑2 | Lachgas Distickstoffoxid | Laughing gas Nitrous oxide |
Auswirkungen von Lachgas auf den menschlichen Organismus
Die Auswirkungen der Exposition von Lachgas auf den menschlichen Organismus sind immer konzentrationsabhängig. Während chirurgischer Eingriffe wird Lachgas häufig als inhalatives Narkosemittel verwendet. In der Anästhesie wird es eingesetzt, um Analgesie und Sedierung zu erzielen. Physiologisch wirkt es auf das zentrale Nervensystem, indem es zu einer kompetitiven Hemmung des N‑Methyl-D-Aspatat(NMDA)-Glutamatrezeptors kommt, was zu der erwünschten analgetischen und anxiolytischen Wirkung führt [31]. Jedoch kann die Exposition gegenüber Lachgas auch unerwünschte Nebenwirkungen, wie Schwindel, Kopfschmerzen, Übelkeit, Halluzinationen und in seltenen Fällen sogar Bewusstlosigkeit verursachen [18, 27].
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Gefahren von Lachgas im arbeitsmedizinischen Kontext
Speziell im arbeitsmedizinischen Kontext besteht für bestimmte Berufsgruppen ein erhöhtes Risiko der Lachgasexposition. Dazu gehört solches medizinisches Personal, das regelmäßig mit Lachgas in Narkoseeinheiten oder Zahnarztpraxen arbeitet, wie Anästhesistinnen und Anästhesisten, Pflegepersonal im Krankenhaus oder zahnmedizinische Fachkräfte.
Eine langfristige Exposition gegenüber hohen Lachgaskonzentrationen kann zu einer Vielzahl von gesundheitlichen Problemen führen:
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Neurologische Störungen: Es wurde berichtet, dass eine chronische Lachgasexposition zu neurologischen Symptomen führen kann, wie beispielsweise peripherer Neuropathie, die mit Kribbeln und Taubheitsgefühlen in den Extremitäten einhergehen kann. Auch kognitive Beeinträchtigungen, Gedächtnisstörungen, Kopfschmerzen, Hals- und Augenprobleme (Trockenheit und Jucken) sowie Fatigue wurden beschrieben [15].
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Atemwegsprobleme: Lachgas kann zu Reizungen der Atemwege führen, was sich in Husten, Atemnot und Entzündungen der Lunge äußern kann. Bei empfindlichen Personen oder längerer Exposition können Atemwegserkrankungen, wie Bronchitis oder Asthma, verschlimmert werden [10].
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Fruchtbarkeitsstörungen: Eine chronische Exposition gegenüber Lachgas kann sich negativ auf die Fruchtbarkeit auswirken. (Im Tierversuch [Ratte] wurden ausgewachsene männliche oder weibliche Ratten täglich 6 h lang entweder während der gesamten Trächtigkeit [Weibchen] oder 9 Wochen lang [Männchen] N2O‑Spurenkonzentrationen [0 %, 0,1 %, 0,5 % oder 1,0 % in der Luft] ausgesetzt. Eine akute Toxizität konnte im Rattenmodel erst ab 50.000 ppm nachgewiesen werden; [2]).
Grenzwerte und Sicherheitsmaßnahmen
Um die Gesundheit der Arbeitnehmenden zu schützen, wurden in verschiedenen Ländern Grenzwerte für Lachgas am Arbeitsplatz festgelegt. Diese Grenzwerte dienen als Richtlinien für die maximale zulässige Konzentration von Lachgas in der Luft, der Arbeitnehmer ausgesetzt sein dürfen. Typische Richtwerte sind:
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Die American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) hat einen Grenzwert von 25 ppm für eine 8‑Stunden-Arbeitsschicht und 50 ppm als Spitzenwert festgelegt [1].
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Die Occupational Safety and Health Administration (OSHA) hat für Lachgas einen empfohlenen Grenzwert von 25 ppm als durchschnittliche Exposition über 8 h und einen Grenzwert von 50 ppm als Kurzzeitexposition von 15 min festgelegt [20].
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Grenzwerte in Deutschland: ein Arbeitsplatzgrenzwert von 180 mg/m3 bzw. 100 ppm als maximal zulässiger Schichtmittelwert für die 8‑stündige Arbeitsschicht und 360 mg/m3 gemittelt über 15 min [2].
Arbeitgebende sind verpflichtet, geeignete Schutzmaßnahmen zu ergreifen, um die Lachgasexposition zu kontrollieren. Dazu gehören:
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Einrichtung und Wartung geeigneter Belüftungssysteme, um die Konzentration von Lachgas in der Arbeitsumgebung zu reduzieren,
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Verwendung persönlicher Schutzausrüstung, wie Atemschutzmasken, um die Einatmung von Lachgasdämpfen zu minimieren,
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regelmäßige Überwachung der Lachgasbelastung in der Arbeitsumgebung, um sicherzustellen, dass die Grenzwerte eingehalten werden [11].
Fazit für die Praxis
Im arbeitsmedizinischen Kontext birgt Lachgas potenzielle Gefahren für die Gesundheit der Arbeitnehmenden. Durch die Einhaltung von Grenzwerten und die Implementierung angemessener Präventionsmaßnahmen können die arbeitsbedingten Risiken minimiert werden. Eine umfassende Schulung der Arbeitnehmenden sowie regelmäßige Überwachung und medizinische Untersuchung sind von entscheidender Bedeutung, um die Auswirkungen der Lachgasexposition zu kontrollieren und die Arbeitsplatzsicherheit zu gewährleisten.
Einhaltung ethischer Richtlinien
Interessenkonflikt
J.B. Wagner, E.M. Wanke, D. Ohlendorf, F. Reuss, F. Holzgreve und G.M. Oremek geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.
Für diesen Beitrag wurden von den Autor/-innen keine Studien an Menschen oder Tieren durchgeführt. Für die aufgeführten Studien gelten die jeweils dort angegebenen ethischen Richtlinien.
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