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Toxikokinetik - Aufnahme, Verteilung und Speicherung von Fremdstoffen

Resorption aus dem Verdauungstrakt

Verschiedene Klassen von Fremdstoffen, wie Pestizide, Schwermetalle, Arzneimittel und Lebensmittelzusatzstoffe, gelangen mit der festen Nahrung oder Getränken in den Verdauungstrakt und können dort in den Körper aufgenommen werden.

Hauptsächlich erfolgt eine Fremdstoffaufnahme über den Magen, den Dünndarm oder den Dickdarm. Resorption aus der Mundhöhle, der Speiseröhre oder dem Mastdarm ist für einige Arzneimittel therapeutisch erwünscht, spielt als Eintrittspforte für viele der genannten Stoffklassen aber keine große Rolle.

Drei Merkmale kennzeichnen die Besonderheiten des Verdauungstraktes: die unterschiedlich große Oberfläche und Länge einzelner Abschnitte, die regional sehr unterschiedlichen pH-Werte des Inhalts und die unterschiedlich langen Verweilzeiten des Inhaltes in den verschiedenen Abschnitten.

Tab.1
Oberfläche, Länge, pH-Werte und Verweilzeiten des Inhaltes des menschlichen Verdauungstraktes
AbschnittOberfläche [m2] pH Länge [m]Verweilzeit des Inhaltes
Mundhöhle0,026,2-7,2-5-10 s
Magen0,1-0,21,0-3,0 (-7,0)-3 h
Dünndarm100-2004,8-7,83-47-9 h
Dickdarm0,5-17,9-8,01,2-1,525-30 h
Mastdarm0,04-0,077,8-30-120 h

Die äußere Schicht des Verdauungskanals, die Mucosa, ist von einer wässrigen Schleimschicht (Mucus) bedeckt, die von besonders spezialisierten Zellen zum Oberflächenschutz gebildet wird.

Die meisten Fremdstoffe werden durch Diffusion aus dem Verdauungstrakt resorbiert. Die Gesetzmäßigkeiten, welche die Diffusion bestimmen, wurden bereits besprochen. Die erste Barriere für den Transport bildet der wässrige Mucus: Fremdstoffe mit besonders hydrophoben Eigenschaften können diesen nicht passieren oder werden dort gebunden.

Da die Passage aus dem Verdauungstrakt über die versorgenden Blutgefäße in den Körper durch zahlreiche Zellmembranen erfolgen muss, sind nur lipophile Stoffe permeabel. Sehr hydrophile oder ionische Stoffe passieren praktisch nicht. Infolge der sehr guten Durchblutung des Verdauungstraktes, besonders des Dünndarms nach der Nahrungsaufnahme, können resorbierte Stoffe sehr schnell im gesamten Körper verteilt werden. Durch die sehr große Oberfläche des Dünndarms werden lipophile Stoffe hauptsächlich dort aufgenommen.

Der Einfluss der Ionisation von schwachen Elektrolyten basischen oder sauren Charakters in Abhängigkeit von pK und pH wurde bereits beschrieben. Es sei nochmals daran erinnert, dass die Henderson-Hasselbalch'sche Gleichung in ihrer Vorhersagbarkeit für den Resorptionsort nicht allein ausschlaggebend ist. Schwache Säuren, wie Acetylsalicylsäure, werden in großem Maß aus dem Dünndarm aufgenommen, wofür hauptsächlich die große Resorptionsfläche und die gute Durchblutung dieser Lokalisation verantwortlich sind.

Zu einem geringen Teil werden auch wasserlösliche Verbindungen, wie Cadmiumsalze, Chromate, Bleisalze und quaternäre Ammoniumverbindungen, aus dem Verdauungstrakt aufgenommen. Die Art der verantwortlichen Transportsysteme ist unbekannt. Vermutlich sind Carrier-vermittelte Transportmechanismen beteiligt. Bekannt ist, dass Cobalt durch das Transportsystem für Eisen, Blei durch das für Calcium die Darmwand passieren kann.

Sehr große Moleküle wie Proteine können wahrscheinlich mittels Phagocytose resorbiert werden.

Das Botulinustoxin, produziert vom Bakterium Clostridium botulinum und eines der potentesten Gifte, hat eine Molmasse von 20-40 kDa und kann in toxischen Dosierungen (wenige Microgramm!) aus dem menschlichen Verdauungstrakt aufgenommen werden. In ungenügend sterilisierten Lebensmitteln, z.B. Fleisch- oder Bohnenkonserven, können diese Bakterien Botulismus auslösen, eine schwere Intoxikation, die immer wieder zu Todesfällen führt (Mortalität heute bei 20 %).

Neben den genannten Faktoren existieren weitere, die speziell im Verdauungstrakt die Fremdstoffaufnahme modifizieren können: die Verweildauer der Nahrung und ihre Zusammensetzung. Fremdstoffe in der Nahrung können an Nahrungsbestandteile binden und sind dann nicht resorbierbar. Fett kann die Resorption von lipophilen Stoffen begünstigen. Die Motilität des Darmes kann die Verweilzeit und damit die Kontaktzeit des Stoffes mit der Oberfläche des Verdauungstraktes beeinflussen. Die Besiedelung des Dickdarmes mit einer sehr dichten Bakterienflora (bis 1011 Bakterien pro Gramm Darminhalt) kann zu enzymatischen Veränderungen an Fremdstoffen mit Einfluss auf ihre Resorbierbarkeit führen.

Einflussfaktoren auf die gastrointestinale Resorption von Fremdstoffen

  • Resorptionsort (lokale Unterschiede in der Resorptionsfläche, dem pH-Wert, der Verweilzeit)
  • Blutversorgung (lokale Unterschiede in der Anatomie der Blutversorgung, gesteigerte Durchblutung nach Nahrungsaufnahme)
  • Stoffeigenschaften (Lipophilie, Molekülgröße, Viskosität, Ladungszustand, pK-Wert)
  • Stoffmenge, Stoffkonzentration
  • Nahrungszusammensetzung (erhöhter Fettgehalt begünstigt die Resorption lipophiler Fremdstoffe, unverdauliche Nahrungsbestandteile können Fremdstoffe irreversibel binden)
  • Zusammensetzung der Darmflora
  • Motilität des Darms
  • Füllungszustand des Darms

Der venöse Blutstrom aus dem Magen, dem Dünndarm und dem Dickdarm wird über die Portalvene der Leber zugeführt, so dass Substanzen, aus diesen Abschnitten des Magen-Darm-Traktes resorbiert, zunächst zu diesem Organ gelangen, bevor sie über den Blutkreislauf verteilt werden und andere Organe erreichen können.

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