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MOBILE ANALYTIK Analyse von Gasen aus menschlichen Leichen

| Autor / Redakteur: Roman Bux*, Christian Juhnke**, Hans Hermann Klein** / LP-Redaktion

Der Fäulnisprozess des menschlichen Organismus ist u.a. mit der Bildung von bestimmten typischen Gasen, wie CO2, H2, CH4, H2S, NH3, verbunden. Die Fäulnisgase sammeln sich in verschiedenen Hohlräumen an, können hier mithilfe von Injektionsspritzen entnommen und die Proben mit einem portablen MS anschließend analysiert werden.

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Abb.1: Dr. med. Roman Bux: Medizinstudium an der Universität Ulm (1987-1992), Promotion über den Endotoxin-Nachweis im Blut von Traumapatienten (1993), seit 1999 wissenschaftlicher Mitarbeiter am Zentrum der Rechtsmedizin der J.W. Goethe- Universität Frankfurt a.M.
Abb.1: Dr. med. Roman Bux: Medizinstudium an der Universität Ulm (1987-1992), Promotion über den Endotoxin-Nachweis im Blut von Traumapatienten (1993), seit 1999 wissenschaftlicher Mitarbeiter am Zentrum der Rechtsmedizin der J.W. Goethe- Universität Frankfurt a.M.
( Archiv: Vogel Business Media )

Nach dem Absterben des menschlichen Organismus tritt in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen ein Fäulnisprozess ein. Dieser ist u.a. mit der Bildung von bestimmten typischen Gasen, wie CO2, H2, CH4, H2S, NH3, verbunden. Die Fäulnisgase sammeln sich in verschiedenen Hohlräumen (Abdomen, Herzkammern, Blutgefäße) an und können hier mithilfe von Injektionsspritzen entnommen werden. Mit einem portablen MS werden die Proben anschließend analysiert.

Aus der Zusammensetzung der in Leichen gefundenen Gase können Rückschlüsse auf Todesursache, Liegedauer oder die Liegebedingungen gezogen werden. Die Menge der entnommenen Gasproben ist in der Regel gering (< 1 cm2). Auf der anderen Seite kommt es nach Eintritt von mehr als 70 cm2 Luft in das Blutgefäßsystem des Menschen durch Bildung eines kompressiblen Gas-Blut-Gemischs im Herzen zu einem tödlichen Pumpversagen.

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Über Jahrzehnte hindurch galt dem Nachweis dieser „Luftembolie“ ein besonderes rechtsmedizinisches Interesse, da sie eine Komplikation bei operativen Eingriffen und Transfusionen darstellt. Auch Tötungen durch Luftinjektionen sind möglich. In den letzten Jahren konnte mithilfe bildgebender Verfahren, z.B. Computertomographie, nachgewiesen werden, dass es auch an anderen Stellen des Körpers, etwa im Pfortadersystem, das den Darmtrakt mit der Leber verbindet, nach dem Tode zu Gasansammlungen kommt, die allgemein als „Luft“ bezeichnet wurden, ohne dass dies belegt werden konnte. Es war also dringend geboten, diese Gase, deren Volumina in der Regel weniger als 1 cm2 betragen, zu analysieren, um eine Unterscheidung zwischen Luft und Fäulnisgasen zu ermöglichen und damit eine Luftembolie auszuschließen.

Daneben stellt die Frage nach dem Zeitpunkt des Todes eine wichtige Frage in der Rechtsmedizin dar. Hierüber kann u.a. die Zusammensetzung des zuletzt eingeatmeten Gases entscheidende Hinweise geben. Brandopfer, bei denen Rauchgase in der Lunge nachgewiesen werden, haben in der verrauchten Atmosphäre noch gelebt. Tot aufgefundene Säuglinge, deren Lungen atmosphärische Luft enthalten, haben nach der Geburt gelebt. Auch der Nachweis von Luft im Magen oder Darm gilt als ein vitales Zeichen.

Methoden der Gasanalyse

Seit der Beschreibung der Technik zur Feststellung einer Luftembolie durch Dyrenfurth 1924 wurden zahlreiche Versuche unternommen, die Zusammensetzung der aus dem Herzen gewonnenen Gase zu analysieren.

Derzeit werden in einigen wenigen rechtsmedizinischen Zentren gas-chromatographische Analysen durchgeführt und Fäulnisgase an ihrer typischen Zusammensetzung (O2: 1 bis 5 Vol%, CO2: > 15 Vol%, N2: 10 bis 70 Vol%, H2: 5 bis 60 Vol%) erkannt.

Die begrenzte Verfügbarkeit geeigneter Gaschromatographen führt ebenso wie ein minimal nötiges Untersuchungsvolumen von mehreren Millilitern dazu, dass in vielen Fällen versucht wird, von dem gewonnenen Volumen und dem Fäulnisstadium der Leiche auf die Zusammensetzung des Gases zu schließen und eine Analyse unterbleibt. Ferner kann häufig nicht jedes typische Fäulnisgas von den verwendeten Säulen dargestellt werden; so ermittelte etwa Bajanowski den Wasserstoffgehalt aus der Differenz der Summe der anderen Bestandteile zu 100 Vol%.

Die zuverlässige und genaue quantitative Analyse kleiner Gasproben (< 1 cm2) stellt in vielen Fällen ein Problem dar. Die Analysen für die Rechtsmedizin mit Gaschromatographen oder auf chemischem Wege setzen voraus, dass die Gasart, auf die eine Gasprobe untersucht werden soll, bekannt ist.

Analysen mit einem Quadrupol-MS

Die Massenspektrometrie ist ein Verfahren, mit dem die quantitative Analyse, auch geringer Gasmengen mit unbekannter Zusammensetzung, zuverlässig möglich ist.

Eine Gasprobe wird zunächst qualitativ analysiert, um die Zusammensetzung herauszufinden. Anschließend wird das Massenspektrometer (MS) auf die interessierenden Gase kalibriert, und im letzten Schritt wird die quantitative Analyse durchgeführt.

Bisher hat dieses Verfahren noch keinen bzw. wenig Eingang in den rechtsmedizinischen Alltag gefunden. Die Gründe liegen zum einen darin, dass die Bedienung, insbesondere die notwendige Kalibrierung, der z.Zt. angebotenen MS für Personal ohne spezifische Fachkenntnisse zu schwierig erscheint; zum anderen erfordert die Interpretation der gefundenen Massenmuster eine gewisse Erfahrung. Darüber hinaus ist für die Analyse kleiner Gasmengen ein spezielles Gaseinlasssystem erforderlich, das z.Zt. kommerziell nicht zur Verfügung steht.

In den vergangenen Jahren wurden Gasproben, die im Zentrum der Rechtsmedizin der Universität Frankfurt a.M. menschlichen Leichen entnommen worden waren, mit einem Quadrupol-Massenspektrometer QMG 421 der Fa. Balzers GmbH, heute Inficon Ltd., qualitativ und quantitativ analysiert. Dazu war es notwendig, wegen der geringen Probenmenge ein neues Gaseinlasssystem zu entwickeln.

Nachdem mit dem neuen Gaseinlasssystem Erfahrungen gesammelt worden waren, wurden zunächst Analysen von Fäulnisgasen durchgeführt. Es zeigte sich, dass die überwiegende Anzahl der Proben als wesentliche Bestandteile die Gase Wasserstoff, Kohlendioxid, Methan, Stickstoff und Sauerstoff enthielt, wobei die Gase Wasserstoff und Methan in der Regel nicht gemeinsam vorkamen. Bei den vorgelegten Gasproben handelte es sich eindeutig um Fäulnisgase.

Abbildung 1 zeigt ein qualitatives Massenspektrum einer Fäulnisgasprobe. Die wesentlichen Bestandteile sind offensichtlich die Gase H2, N2, O2, CO2. Die quantitative Analyse der Gasprobe ergab nach Kalibrierung des Massenspektrometers die Verteilung H2: 81,0%, N2: 11,6%, CO2: 4,7% und O2: 2,0%.

Bei computertomographischen Untersuchungen sowohl von Lebenden als auch von Leichen wurden gelegentlich Gasansammlungen in der Pfortader nachgewiesen.

Die sehr seltenen positiven Gasbefunde bei Lebenden werden dabei vorwiegend bei Erkrankungen der Darmwand, bei extremen intestinalen Gasansammlungen und bei Sepsis beobachtet. In etwa 15 Prozent der Fälle ist die Ursache bis heute unbekannt. Auch wurden die Gase bisher nicht hinsichtlich ihrer Zusammensetzung untersucht. Der Nachweis von 1,0 cm3 Luft im Pfortadersystem einer 87-jährigen Frau (s. Abb. 2), entnommen maximal 24 Stunden nach Suizid mittels Tabletten, weist jedoch darauf hin, dass es sich nicht generell um Fäulnisgase handelt.

Bei einer Leiche wurde bereits nach einer Liegezeit von 25 bis 49 h eine Luftblase von 8 cm2 in der Leber gefunden (s. Abb. 3). Dieser Befund ist umso erstaunlicher, da nach einer derartig kurzen Postmortalzeit noch keine Gase im menschlichen Körper erwartet werden; darüber hinaus konnte die Quelle dieser relativ großen Luftmenge z.Zt. nicht identifiziert werden.

Allgemein waren bei einigen Leichen mit einer geringen Liegezeit (wenige als 150 h) und unverletzten Abdomen Gasansammlungen im Blutgefäßsystem der Leber vorhanden. Die Analyse dieser Gase ergab überraschenderweise, dass es sich sowohl um atmosphärische Luft als auch um Fäulnisgase handelte. Eine Klärung der Ursache dieser Luftansammlungen lässt unter Umständen Rückschlüsse auf ihre klinische Bedeutung zu und führt möglicherweise zu unmittelbaren therapeutischen und prognostischen Konsequenzen. Gasproben, die der linken oder rechten Herzkammer entnommen worden waren, wurden ebenfalls als Luft oder Fäulnisgas analysiert. Luft und Fäulnisgase wurden gleichzeitig in derselben Leiche gefunden. Dieser Befund ist insofern überraschend, da bisher davon ausgegangen wurde, dass im menschlichen Körper Luft lediglich im Magen-Darm-Trakt, keinesfalls jedoch im Herz-Kreislaufsystem vorkommt.

Die Fragen, die sich für die Rechtsmedizin stellen, sind:

Wie kann atmosphärische Luft in das Blutgefäßsystem eines geschlossenen menschlichen Körpers gelangen?

Ist das Vorkommen von atmosphärischer Luft in den Blutgefäßen ein Hinweis auf eine mögliche Erkrankung?

Da eine Punktion der Gasansammlungen beim Lebenden aufgrund des hohen Risikos ethisch nicht vertretbar ist, wird die Forschung auf die Untersuchung einer großen Zahl von frischen Leichen abzustellen sein.

Geplante weitere Untersuchungen

Bei der Obduktion unmittelbar nach ihrer Geburt tot aufgefundener Säuglinge kommt der Frage des Gelebthabens große juristische Bedeutung zu. Verschluckte Luft im Magen-Darm-Trakt ist dabei als sicheres vitales Zeichen anzusehen. Da derartige Leichen häufig bereits fäulnisverändert aufgefunden werden, kommt der Abgrenzung Luft vs. Fäulnisgas im Darm entscheidende Bedeutung für die rechtsmedizinische Feststellung zu, ob es sich um eine Totgeburt oder ein nach der Geburt verstorbenes (evtl. getötetes) Neugeborenes handelt. Da die vorliegenden Gasmengen in diesen Fällen klein sind, ist das Quadrupol-Massenspektrometer mit dem speziellen Gaseinlasssystem das geeignete Analysegerät.

Durch die Analyse der Lungengase von Brandopfern kann nachgewiesen werden, ob die Person lebend in die Brandsituation geraten ist. Bei dem massenspektrometrischen Nachweis von Kohlenmonoxid tritt jedoch ein wesentliches Problem auf. Kohlenmonoxid hat ebenso wie Stickstoff die Massenzahl 28, sodass zwischen den Signalen der beiden Gase nicht unterschieden werden kann. Soll Kohlenmonoxid nachgewiesen werden, muss auf andere Analysemethoden ausgewichen werden. Stickoxide, die beim Brand entstanden sind, sind dagegen massenspektrometrisch gut nachweisbar.

Zusammenfassung

In den letzten Jahren wurden zunehmend postmortale computertomographische Untersuchungen in den rechtsmedizinischen Alltag eingeführt, die die Obduktionsbefunde ergänzen sollten. Dabei wurden insbesondere im Blutgefäßsystem der Leber, aber auch im Herzen und anderen Körperregionen Gasansammlungen unbekannter Zusammensetzung und unklarer Herkunft festgestellt. Die genaue Analyse dieser Gase war unabdingbare Voraussetzung dafür, Rückschlüsse auf deren Ursprung ziehen zu können. Mit einem Quadrupol-Massenspektrometer QMG 421 der Fa. Balzers GmbH, heute Inficon Ltd. wurden Gase analysiert, die mithilfe von Injektionsspritzen und unter computertomographischer Kontrolle menschlichen Leichen entnommen wurden. Da die Mengen der entnommenen Gasproben sehr klein (< 1cm2) sein können, wurde ein spezielles Gaseinlasssystem entwickelt und eingesetzt.

Bei den gefundenen Gasen handelte es sich sowohl um typische Fäulnisgase als auch um Luft. Die Entdeckung von Luftblasen im geschlossenen menschlichen Blutsystem stellt die bisherige Vorstellung der Mediziner auf den Kopf. Das Eindringen von Luft ins Blutsystem ist nach Meinung der Mediziner eine Folge einer bewussten Öffnung des menschlichen Körpers und sollte z.B. bei Operationen, Bluttransfusionen etc. in jedem Fall vermieden werden. Eine bestimmte Menge an Luft (> 70 cm2) kann als fatale Folge eine Luftembolie nach sich ziehen und zum Tode führen.

Der Nachweis von Luft im Blutgefäßsystem des Menschen wurde bisher häufig als Nachweis für eine fehlerhafte Behandlung oder eine absichtliche Luftinjektion angesehen und hatte entsprechende rechtsmedizinische und evtl. rechtliche Konsequenzen zur Folge.

*Zentrum der Rechtsmedizin der Universität Frankfurt a.M.**Fachhochschule Frankfurt a.M.

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