Leben, Lieben, Liften: Rundum Wohlfühlen mit Chemie (Erlebnis Wissenschaft)

John Emsley

Leben, lieben, liften

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Auf wirksame Medikamente und gutes Waschmittel möchten wir nicht verzichten. Zahnpasta, Duschgel und Shampoo gehören zur täglichen Körperpflege dazu. Jedoch beschleicht uns vielleicht ein ungutes Gefühl, wenn wir die Liste der Inhaltsstoffe lesen – und nur Bahnhof verstehen. Diese ganze Chemie kann doch nicht gesund sein, oder? Der Chemiker und Sachbuchautor John Emsley zeigt an Beispielen aus dem Alltag, dass wir oftmals populären Irrtümern aufsitzen – und manchmal sogar bewussten Irreführungen. Ist Henna die bessere Haarfarbe? Was hat es mit den probiotischen Joghurtkulturen auf sich? Können künstliche Fingernägel in Flammen aufgehen? John Emsley gibt amüsant und sachkundig Antworten auf diese und andere Fragen, so dass wir uns tatsächlich »rundum wohlfühlen mit Chemie«. ISBN: 978-3-527-31880-3 Verlag: WILEY-VCH Verlag Erscheinungsjahr: 2008 Umschlaggestaltung: Himmelfarb, Eppelheim

Dieses E-Book ist nicht zum Verkauf bestimmt!!!

Buch

»Global Times News, 21. März 2025. Bereits im fünften Jahr in Folge ist die Zahl der niedergelassenen Zahnärzte in Europa gesunken. Die Ursache für dieses ›Zahnärztesterben‹ ist der Erfolg von Zahnpasten der neuen Generation, die seit mittlerweile 15 Jahren auf dem Markt sind. Diese Pasten enthalten Nanopartikel, die in Löcher eindringen und sie von innen her quasi zuwachsen lassen. Das Bohren und Plombieren gehört damit der Vergangenheit an.« Diese »Nachricht aus der Zukunft« zeigt, was bald schon Realität sein könnte. Doch schon heute gibt es Erstaunliches zu berichten, wie Chemie das Leben erleichtert und die Liebe bereichert.

Autor

John Emsley lehrte viele Jahre Chemie am King’s College in London, bevor er seine zweite Karriere als Wissenschaftsjournalist begann. Er ist als Buchautor und Verfasser von über 500 populärwissenschaftlichen Beiträgen für Zeitungen, Magazine, Funk und Fernsehen bekannt. Für sein schriftstellerisches und journalistisches Schaffen wurde John Emsley bereits mehrfach ausgezeichnet, unter anderem mit dem Rhone-Poulenc-Preis und dem Literaturpreis der Gesellschaft Deutscher Chemiker. Von John Emsley sind außerdem bei Wiley-VCH erschienen: Sonne, Sex und Schokolade; Fritten, Fett und Faltencreme; Wenn Essen krank macht; Parfum, Portwein, PVC.

John Emsley

Leben, lieben, liften Rundum wohlfühlen mit Chemie

WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA

1. Auflage 2008 Alle Bücher von Wiley-VCH werden sorgfältig erarbeitet. Dennoch übernehmen Autoren, Herausgeber und Verlag in keinem Fall, einschließlich des vorliegenden Werkes, für die Richtigkeit von Angaben, Hinweisen und Ratschlägen sowie für eventuelle Druckfehler irgendeine Haftung.

Autor Dr. John Emsley Alameda Lodge 23A Alameda Road Ampthill, Bedfordshire, MK45 2LA United Kingdom Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.dnb.de abrufbar. © 2008 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim Alle Rechte, insbesondere die der Übersetzung in andere Sprachen, vorbehalten. Kein Teil dieses Buches darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form – durch Photokopie, Mikroverfilmung oder irgendein anderes Verfahren – reproduziert oder in eine von Maschinen, insbesondere von Datenverarbeitungsmaschinen, verwendbare Sprache übertragen oder übersetzt werden. Die Wiedergabe von Warenbezeichnungen, Handelsnamen oder sonstigen Kennzeichen in diesem Buch berechtigt nicht zu der Annahme, dass diese von jedermann frei benutzt werden dürfen. Vielmehr kann es sich auch dann um eingetragene Warenzeichen oder sonstige gesetzlich geschützte Kennzeichen handeln, wenn sie nicht eigens als solche markiert sind. Printed in the Federal Republic of Germany Gedruckt auf säurefreiem Papier Satz: TypoDesign Hecker GmbH, Leimen Druck und Bindung: Ebner & Spiegel GmbH, Ulm Umschlaggestaltung: Himmelfarb, Eppelheim www.himmelfarb.de ISBN 978-3-527-31880-3

Inhalt

Danksagung ....................................................................................... 9 Einführung: Richtige Chemie........................................................ 11 Vorbemerkungen ............................................................................ 15 Spieglein, Spieglein an der Wand … ............................................. 19 Neue Schönheitsprodukte für Haut und Haar, Nägel und Zähne ............ 19 Farbenfroher Kopfputz ............................................................................ 20 Wald auf kahlen Gipfeln ......................................................................... 28 Klare Sicht............................................................................................... 34 Strahlendes Lächeln ................................................................................ 41 Festgenagelt............................................................................................. 49

Neues aus der Apotheke ................................................................. 57 Innovative Medikamente, Betäubungsmittel und Nahrungsergänzungsmittel ...................................................................... 57 Hautkrankheiten: Akne, Ekzeme, Schuppenflechte ................................ 59 Fit bis ins hohe Alter – oder gebrechlich? ............................................... 70 Heilsame Kohlenhydrate ......................................................................... 82 Betäubungsmittel..................................................................................... 90

Stimmt die Chemie? ..................................................................... 100 Allerlei Hilfsmittel für romantische Stunden ........................................ 100 Anrüchiges ............................................................................................ 101 Wasch mir alle Sorgen ab...................................................................... 108 Aluminium unter der Achsel ................................................................. 112 Noch einen Wunsch fürs Wochenende, der Herr? ................................ 123 Wir konnten uns nicht beherrschen, Mama!.......................................... 131

Nektar und Ambrosia ................................................................... 138 Moleküle in Nährstoffen und Gewürzen ............................................... 138 Kohlenhydrate ....................................................................................... 141 Iod macht klug....................................................................................... 154 Functional Food .................................................................................... 161

Die Speisung der fünfzig Milliarden ..................................................... 165 Manche mögen’s heiß ........................................................................... 172

Kleine Menge – große Wirkung .................................................. 182 Seltene Metalle mit interessanten Einsatzgebieten ................................ 182 Solarzellen liefern Elektroenergie ......................................................... 184 Grünes Glas ........................................................................................... 200 Titan, das Wundermetall ....................................................................... 204 Das Blau der Zukunft ............................................................................ 213

Alles blitzt und blinkt ................................................................... 222 Intelligente Waschmittel und raffinierte Lufterfrischer ......................... 222 Große Wäsche ....................................................................................... 224 Abwasch schon erledigt? ....................................................................... 243 Kampf dem Mief ................................................................................... 247

Echte Farben und falsche Bilder ................................................. 255 Chemikalien, mit denen man malen kann, und Methoden, mit denen man Fälschungen erkennt.............................................................................. 255 Farben.................................................................................................... 258 Analyse.................................................................................................. 275 Konservierung ....................................................................................... 280 Restaurierung ........................................................................................ 284 Fälschung und Betrug............................................................................ 288

Glossar ........................................................................................... 295 Formelglossar ................................................................................ 312 Bibliographie ................................................................................. 316 Register .......................................................................................... 324

Danksagung

Eine ganze Reihe von Leuten war freundlicherweise bereit, einzelne Abschnitte dieses Buches zu lesen, um zu beurteilen, ob ich die Fakten richtig dargestellt und die Akzente sinnvoll gesetzt habe. Für ihre Hilfe bin ich sehr zu Dank verpflichtet: Dr. Christopher Flower, Generaldirektor der Cosmetic, Toiletry & Perfumery Association; Dr. Howard Hill von Huntingdon Life Sciences; Dr. Garry Rumbles, Principal Research Scientist am National Renewable Energy Laboratory in Golden (Colorado); Dave Yost; Helen Glyn-Davies, Ernährungsberaterin am Luton and Dunstable Hospital; Professor Tim Jones, Direktor des Centre for Electronic Materials and Devices am Imperial College London; Anthony Lipmann, Chairman der Minor Metals Trade Association; Fiona Steele; Dr. Alan Bailey vom Analytical Services Centre des Forensic Science Service, London; Dan Lewis, Forschungsdirektor des Economic Research Council und zudem auf Energiefragen spezialisierter Journalist und Publizist; Alan Phénix, Forscher am Getty Conservation Institute in Kalifornien; Professor Steve Ley und Rose Ley vom Department of Chemistry der University of Cambridge

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Durch meine Verbindung zum britischen Broadcast Advertising Clearance Centre, der Prüfstelle für den Inhalt von Fernsehwerbung, bin ich mit den in Kapitel 6 diskutierten Produkten (Waschmitteln, Weichspülern, Geschirrspülertabletten und Lufterfrischern) eigentlich bestens vertraut. Trotzdem habe ich auf meine Kontakte zur Industrie zurückgegriffen; die Personen, die freundlicherweise bereit waren, die betreffenden Textabschnitte zu lesen und zu korrigieren, möchten nicht namentlich genannt werden, aber sie fühlen sich ganz sicher angesprochen. Vielen Dank! In die Rolle des allgemein interessierten Publikums schlüpfte, wie immer, meine Frau Joan, die das ganze Buch las und mich auf Abschnitte hinwies, wo eine Fülle technischer Fakten die grundlegenden Zusammenhänge zu überdecken drohte.

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Einführung: Richtige Chemie

Dieses Buch ist für alle diejenigen gedacht, die mehr über Produkte der chemischen und pharmazeutischen Industrie erfahren wollen, mit denen wir im alltäglichen Leben zu tun haben. Ich möchte erklären, um welche chemischen Verbindungen es sich handelt und warum sie in der gewünschten Weise wirken. Dabei bin ich mir bewusst, dass der Allgemeinheit einige dieser Substanzen als bedenklich dargestellt werden – ungerechtfertigterweise, wie ich meine; wenn ich solche vermeintlich gefährlichen Stoffe diskutiere, werde ich jedenfalls versuchen, Für und Wider gegeneinander abzuwägen. Wer wünscht sich die Welt nicht frei von Hunger, Krankheiten und Armut? Halten Sie diesen Traum für unrealistisch? Wer möchte nicht ein langes, angenehmes Leben in Sicherheit und bei guter Gesundheit genießen? Ist das realistischer? Und wer fände es nicht sinnvoll, alle Bedürfnisse der Menschheit durch nachwachsende Rohstoffe zu decken? Auch unmöglich? Nein, eigentlich ist alles möglich. Die Chemie hat Millionen von Menschen in den Industrieländern das Leben erleichtert. Warum sollten an diesen Vorzügen nicht alle Bewohner der Erde teilhaben, und zwar so lange, wie Menschen diesen Planeten bewohnen werden? Nahezu jede Woche kommt ein neues oder zumindest verbessertes Produkt auf den Markt. Ein moderner Supermarkt öffnet sich dem Verbraucher wie Aladins Schatzhöhle mit mehr als 10000 Artikeln, die wir mehr oder weniger auf Treu und Glauben kaufen. Die Frage lautet: Was ist drin? Inhaltsangaben sagen dem Laien oft nicht viel, ja, sie erschrecken eher mit langen unaussprechlichen Namen; keine

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Creme, keine Fertigsuppe und kein Waschmittel aber enthält einen Stoff, dem nicht irgendeine Funktion zukommt. Die Aufgaben einiger solcher Bestandteile will ich in diesem Buch erklären. Mit Sorge betrachtet werden auch Medikamente, besonders, wenn wieder einmal Meldungen über schlimme Nebenwirkungen durch die Presse gehen. Wie weit sollten wir uns von solchen Schlagzeilen verunsichern lassen? Sollte man 9999 Patienten einen Wirkstoff, der ihr Leiden lindert, verweigern, weil es jedem Zehntausendsten nach der Einnahme schlechter geht? Betrifft die Nebenwirkung einen Patienten von 100, sollte man schon genauer überlegen, was man riskiert; dabei darf aber nicht übersehen werden, dass auch ein chirurgischer Eingriff statistisch bei einem von 65 Patienten negative Folgen nach sich zieht. Gelegentlich – insbesondere auch im Zusammenhang mit Chemikalien – fällt es schwer, Wissenschaft und Spekulation voneinander zu trennen. Viele Menschen fallen eingebildeten Gefahren zum Opfer oder empfinden eher harmlose Unfälle als bedrohliches Risiko. Wer aber soll Entscheidungen auf der Grundlage spärlicher, dazu nicht selten voreingenommen selektierter Informationen treffen? Ich rate stets, nach streng wissenschaftlichen Argumenten zu suchen. Das Gütezeichen eines naturwissenschaftlichen Experiments ist seine Reproduzierbarkeit. Anders ausgedrückt: Das Ergebnis darf sich nicht ändern, wenn das Experiment in einem anderen Labor ausgeführt oder die Daten von anderen Menschen ausgewertet werden. Natürlich kann man dabei nicht erwarten, mehrmals exakt die gleichen Werte zu erhalten; in vernünftigem Umfang muss man kleine Abweichungen und Fehler zulassen. Deshalb arbeitet der Naturwissenschaftler mit Mittelwerten, deren Unsicherheit sich als Maß für die Zuverlässigkeit des Ergebnisses berechnen lässt. Manche Leute hätten gern, dass Wissenschaftler die absolute Sicherheit ihrer Daten und Folgerungen beschwören würden. Das können sie selbstver-

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ständlich nicht. Misstrauisch werden sollten wir immer dann, wenn Meldungen mit alarmierenden Schlagzeilen versehen werden. Manche solche »Neuigkeiten« entspringen der Feder findiger Journalisten; ein Beispiel dafür ist das regelmäßige Auffinden unnatürlicher Chemikalien im menschlichen Körper, insbesondere, wenn es sich um den Körper eines Politikers, Schauspielers oder sonstigen Prominenten handelt. Was Ihnen dabei nicht erzählt wird, ist, dass von den jeweiligen Substanzen nur so geringe Mengen gefunden werden, dass keinerlei schädigende Wirkung befürchtet werden muss. Es gibt Verbindungen, die sich noch in Konzentrationen von einem Teil in einer Milliarde (ppt, »parts per trillion«) nachweisen lassen – das entspricht etwa einer Sekunde in 30000 Jahren! Auf der anderen Seite gibt es durchaus natürliche Stoffe in Ihrem Körper, die Sie beunruhigen könnten. Wussten Sie zum Beispiel, dass jeder Mensch eine Milliarde Uranatome mit sich herumträgt? So dargestellt, wirkt die Information ziemlich beängstigend. Wenn Sie dagegen wissen, dass diese Milliarde Atome nur wenige Mikrogramm wiegt (ein Mikrogramm ist ungefähr das Gewicht eines Staubkörnchens), dann klingt es schon wesentlich harmloser. Wir essen Uran mit unseren Nahrungsmitteln; Pflanzen wiederum nehmen das Metall aus dem Boden auf, wo es natürlicherweise vorkommt. Wir alle möchten möglichst »grün« leben. Wie aber vereinbaren wir das mit unserem Wunsch, die Vorzüge der Produkte der chemischen Industrie – die wir tagtäglich benutzen – unbeschwert zu genießen? Eines der Ziele, die ich mit diesem Buch verfolge, ist es, Ihnen zu zeigen, dass Nachhaltigkeit und Chemie sich miteinander vertragen können und dass es in der Tat keinen Grund dafür gibt, dass meine Enkel, deren Enkel und viele nachfolgende Generationen von den Fortschritten der Chemie nicht genauso profitieren sollten, wie wir es heute tun.

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Begleiten Sie mich also auf einer Rundreise zu den Wundern der modernen Chemie. Wir werden eine Kosmetikfabrik und eine Apotheke besichtigen, einen Schönheitssalon, eine Diätklinik, ein Kraftwerk und eine Fabrik für Haushaltsreiniger. Zum Schluss entspannen wir uns in einer Gemäldegalerie. Wenn Sie Lust zum Diskutieren haben, finden Sie am Ende jedes Kapitels eine Streitfrage, zu der Sie sich Ihre Meinung bilden können. Als Appetithäppchen stelle ich den Kapiteln eine Zeitungsmeldung aus der Zukunft voran. Im Glossar finden Sie nähere Erläuterungen zu allen Begriffen, die im laufenden Text mit einem Æ Pfeil markiert sind. Also dann: Anschnallen und gut festhalten bitte, damit es Sie nicht aus der Kurve trägt, wenn wir so manchem populären Missverständnis ausweichen müssen!

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Vorbemerkungen

Kalorien und Kilokalorien Wenn es um den Energiebedarf des menschlichen Körpers geht, taucht der Begriff »Kalorien« (cal) auf. Eine Kalorie ist die Energiemenge, die erforderlich ist, um ein Gramm (einen Milliliter) Wasser um ein Grad Celsius zu erwärmen – das bedeutet, die Kalorie ist eine ziemlich kleine Maßeinheit. Im Zusammenhang mit Nahrungsmitteln haben wir es eher mit Kilokalorien zu tun (1 kcal = 1000 cal); die Zufuhr einer Kilokalorie Energie lässt die Temperatur eines Kilogramms (eines Liters) Wasser um ein Grad steigen. Wenn wir im Alltagsgebrauch von Kalorien sprechen, meinen wir in der Regel Kilokalorien. Um Verwirrung zu vermeiden, finden Sie in diesem Buch die Energieangaben durchgängig in Kilokalorien.

Organisch Das Wort hat verschiedene Bedeutungen. In diesem Buch verwende ich es so, wie es in der chemischen Fachsprache korrekt ist: »Organische« Moleküle oder »organische« Lösungsmittel sind also Verbindungen auf Kohlenstoffbasis. Neuerdings verbreitet sich der Begriff auch zur Bezeichnung von Stoffen oder Methoden, die ohne synthetische Chemikalien auskommen (wie »organische Landwirtschaft«); dies sollten Sie nicht mit der chemischen Bedeutung verwechseln.

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Handelsnamen Produkte erkennt man am leichtesten an ihren Handelsnamen, die ich deshalb auch in diesem Buch häufig (und ohne besondere Kennzeichnung) verwende, wobei ich die Rechte der jeweiligen Eigentümer ausdrücklich anerkenne. Folgende Handelsnamen werden Ihnen im Text begegnen: Acuvue, Actimel, Advance, Acuvue-i-day, Alopexil, Alphaderm, Avanti, Betnovate, Canesten, C-Film, Ciba Vision, Clearasil, Courtelle, Dermovate, Durex, Duron, Enbrel, Encare, Exterol, Febreze, Fiber K, Finish, Focus-1-2-week, Gaio, Grecian 2000, Humira, Hyperol, Intercept, Lonolox, Lycra, Myocrisin, Naturalamb, Noxer, Nujol, Orion, Perhydrit, PowerGlaz, Prexidil, Prexige, Propecia, Proscar, Regaine, Remicade, Ridaura, Rohypnol, Sensation, Sensodyne, Spandex, Vanish, Vaseline, Vioxx, Vistakon und Yakult.

Währungen Preisangaben, die Sie in diesem Buch finden, wurden in der Regel in Euro umgerechnet. Da sich die Wechselkurse täglich ändern, ist der Umgang mit Währungen eine ziemlich unexakte Wissenschaft. Zum Zeitpunkt der Übersetzung ins Deutsche (Sommer 2007) entsprach 1 Euro 0,7 Britischen Pfund (£) oder 1,35 US-Dollar ($).

Große und kleine Mengen Zur Beschreibung kleiner oder leichter Dinge setzen wir in Tausendersprüngen Vorsilben vor die jeweilige Maßeinheit: Ein tausendstel Gramm ist ein Milligramm, ein tausendstel Milligramm ist ein Mikrogramm und ein tausendstel Mikrogramm ist ein Nanogramm. Anders gesagt: Ein Mikrogramm ist ein millionstel, ein

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Nanogramm ein milliardstel Gramm. Ähnlich verfahren wir mit großen, schweren Dingen: Tausend Gramm sind ein Kilogramm, und tausend Kilogramm könnten wir Megagramm nennen – stattdessen sagen wir Tonne. Riesengroße Massen messen wir in Megatonnen (Millionen Tonnen), und im astronomischen Maßstab kennt man die Gigatonne (eine Milliarde Tonnen). Ausführlicher besprochen wird dieses Thema im Glossar unter ÆMasseeinheiten.

Namen chemischer Verbindungen Chemiker folgen bei der Bezeichnung von Verbindungen strengen Regeln. Die systematischen Namen von Molekülen sind für Nichtfachleute allerdings schwer verständlich und wenig einprägsam. Für den alltäglichen Gebrauch gibt es deshalb so genannte Trivialnamen, die ich – weil ich schließlich nicht in erster Linie Spezialisten ansprechen möchte – auch in diesem Buch verwende. Leser mit Vorkenntnissen auf dem Gebiet der Chemie finden die systematischen Namen und die Summenformeln gegebenenfalls in Fußnoten. Wichtige Strukturformeln wurden im Formelglossar am Ende des Buches zusammengestellt.

Nachrichten aus der Zukunft Soweit ich weiß – zumindest, soweit es eine Recherche im Internet ergeben hat, – gibt es bislang keine Zeitschrift wie die Global Times News, die ich für dieses Buch erfunden habe. Vielleicht kann sich aber schon in zwanzig Jahren jedermann tägliche Ausgaben eines solchen Blatts am eigenen PC ansehen und herunterladen. Zu Beginn jedes Kapitels finden Sie eine Seite der Global Times News vom 21. März (Frühlingsanfang) 2025 mit Nachrichten aus einer besseren Welt der Zukunft oder doch wenigstens aus

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jenem Teil dieser Welt, der vom Fortschritt der chemischen Forschung profitieren kann. Eingestreut in die Kapitel habe ich außerdem weitere solche »Nachrichten« – immer dann, wenn ich davon überzeugt bin, dass die Chemie zur Lösung eines Problems beitragen kann und wird. Hin und wieder habe ich auch Personennamen erfunden, denen Sie einen gemischten ethnischen Hintergrund anmerken können. Dahinter steckt meine Hoffnung und mein Glaube an eine Zukunft, in der Rassen- und Religionskonflikte überwunden sein und die Menschen sich auf ihre natürlichen Gemeinsamkeiten besonnen haben werden, um Hand in Hand eine nachhaltige, vernunftbegründete Zukunft für alle Lebewesen, alle kommenden Generationen und unseren Planeten aufzubauen. Zweifellos wird diese Aufgabe im Jahr 2025 noch nicht bewältigt sein; durchaus möglich ist es aber, dass die Fortschritte, über die Global Times News berichtet, bis dahin tatsächlich eintreten.

Glossar Leser mit naturwissenschaftlichem Hintergrundwissen finden im Glossar nähere Erläuterungen zu allen Begriffen, die im laufenden Text mit einem ÆPfeil markiert sind.

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Spieglein, Spieglein an der Wand … Neue Schönheitsprodukte für Haut und Haar, Nägel und Zähne Global Times News, 21 März 2025 Zahl der Zahnärzte geht weiter zurück Bereits im fünften Jahr in Folge ist Rom und fährt fort: »In meinen Andie Zahl der niedergelassenen Zahnfangsjahren als Dozent wurde den ärzte in Europa gesunken. In manchen Studierenden vor allem beigebracht, Gegenden müssen Patienten mehr als wie kariöse Zähne zu erhalten oder zu 50 km weit bis zur nächsten Praxis ersetzen sind. Heute besteht nach fahren. Die Ursache für dieses »Zahn- dieser traditionellen Therapie so gut ärztesterben« ist vermutlich der Erfolg wie keine Nachfrage mehr. Selbst von Zahnpasten der neuen Generation kosmetische Behandlungen, etwa das wie LoveSmile, die seit mittlerweile Weißen von Zähnen, sind kaum mehr 15 Jahren auf dem Markt sind. Außer notwendig.« Substanzen, die für ein strahlendes Den erstklassigen Zustand ihres Weiß des Zahnschmelzes sorgen, Gebisses verdanken die jungen Euroenthalten diese Pasten Nanopartikel, päer den modernen, seit 2010 angebodie in Löcher eindringen und sie von tenen Zahncremes. Diese enthalten innen her quasi zuwachsen lassen. neben Putzkörpern und Fluorid ZusätDas Bohren und Plombieren gehört ze, die Schäden am Zahnschmelz damit der Vergangenheit an. bereits in der Entstehungsphase repa»Zahnärzte beschäftigen sich rieren, wie Hydroxylapatitheutzutage vorwiegend mit der AnNanoteilchen. (Hydroxylapatit ist der passung von Zahnspangen, hin und Stoff, aus dem der natürliche Zahnwieder auch mit der Versorgung abschmelz besteht.) Ein weiterer Ingebrochener Zähne«, sagt ein führen- haltsstoff ist ein Bleichmittel, das der Professor für Zahnheilkunde aus Verfärbungen des Schmelzes vor-

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beugt, ohne ihn anzugreifen, wie man es bei früheren Zahnweißern in Kauf nehmen musste. Seite 3 … Hersteller von Füllma-

terialien für Zähne warnen: Inhaltsstoffe moderner Zahncremes verursachen im Alter Knochenkrebs.

Eine Zahncreme namens LoveSmile kann man (noch) nicht im Laden kaufen (jedenfalls hat eine Internetrecherche keine zutage gefördert). Was der Artikel oben andeuten soll, ist Folgendes: Kinder, die heute geboren werden, bekommen einen Zahnarzt wahrscheinlich nur noch ziemlich selten zu Gesicht – anders als die bereits Erwachsenen, die ihr Gebiss nur durch regelmäßige Praxisbesuche in gutem Zustand erhalten können. Neuartige Inhaltsstoffe mit Funktionen, wie sie der Beitrag erwähnt, gibt es bereits. Weiter hinten in diesem Kapitel werden wir uns damit befassen. Ansonsten geht es im Folgenden um Schönheit, genauer gesagt um Chemikalien, die das Äußere reizvoller erscheinen lassen, wie Haarfärbe- und Haarwuchsmittel, Zahnweißer, Kontaktlinsen und künstliche Fingernägel. Beginnen wir ganz oben, beim Haar, das viele Menschen als ihren schönsten Schmuck betrachten, dessen Wirkung sich aber durchaus noch steigern lässt …

Farbenfroher Kopfputz Ob pechschwarz, braun, kastanienrot oder aschblond: Die Palette der natürlichen Farben und Schattierungen des Haupthaars ist breit. Verantwortlich dafür sind zwei Pigmente, die in unterschiedlichen Mengenverhältnissen vorliegen. Es handelt sich um leicht verschiedene Abkömmlinge des biologischen ÆPolymers Melanin, nämlich Eumelanin (schwarz) und Phäomelanin (blond). Schwarzes bis braunes Haar enthält überwiegend Eumelanin, helles Haar ist reich an Phäomelanin. Die Pigmente werden in besonderen Zellen, den Melanocyten, gebildet und während des Wachs20

tums des Haars in dieses eingebaut. (Ist die Funktion der Melanocyten gestört, dann wächst farbloses Haar.) Nicht jeder ist mit seiner genetisch bedingten natürlichen Haarfarbe zufrieden. Jüngere und ältere Leute gleichermaßen möchten die Farbe ihrem persönlichen Geschmack entsprechend ändern; viele von ihnen wenden sich dazu an den Friseur ihres Vertrauens, dieser wiederum fragt den Chemiker. Heutzutage kann man Haarfarben auch in jeder Drogerie kaufen und zu Hause selbst ausprobieren. Haarfärbemittel sind, wie wohl niemanden überrascht, ein riesiger, wachsender Markt mit einem Volumen von mehr als sieben Milliarden Dollar jährlich weltweit; ein Viertel davon entfällt allein auf die USA. Die erste wirklich haltbare Haarfarbe wurde 1909 von dem französischen Chemiker Eugène Schueller erfunden; Schueller gründete die »Französische Gesellschaft für harmlose Haarfärbungen«, aus der später die Kosmetikfirma »L’Oreal« wurde, heute der weltgrößte Hersteller von Haarfärbemitteln mit einem Drittel des Gesamtumsatzes dieses Marktes. Es folgen Procter & Gamble (13 %), Henkel (11%), Wella (9 %), Hoyu (6 %). Der Rest, etwa ein Viertel des Gesamtvolumens, verteilt sich auf viele kleinere Firmen. Generell unterscheidet man – nach der Haltbarkeit des Färbeeffekts – drei Arten von Haarfarben: auswaschbare Tönungen, semipermanente Tönungen und permanente Farben (Colorationen). Auswaschbare Tönungen sind sofort wasserlöslich und semipermanente Farben verblassen nach etlichen Haarwäschen, während Colorationen in den Haarschaft eindringen und nur durch Herauswachsen wieder verschwinden. Bedingt ist dieses unterschiedliche Verhalten durch die chemische Natur der Farbstoffe. Am kompliziertesten aufgebaut – und auch am meisten diskutiert – sind die permanenten Farben. Zu den Bedenken kommen wir in Kürze; zunächst schauen wir uns die Vorzüge an. Auswaschbare Farbstoffe bringt man in Form von Spülungen,

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Gelen, Schäumen oder Sprays auf. Sie lagern sich nur auf der Haaroberfläche ab und werden bei der folgenden Haarwäsche weitgehend entfernt. Sinnvoll sind solche Mittel, wenn man die Haare nur für ein bestimmtes Ereignis färben will, etwa für eine Party, zum Fasching oder für ein Theaterkostüm. Ein typischer auswaschbarer Farbstoff ist FD&C Blue Nr. 1 (Brillantblau). Das Molekül ist zu groß, um ins Innere des Haars eindringen zu können; zudem löst es sich durch drei negativ geladene Atomgruppen besonders gut in Wasser. Semipermanente Farben bestehen aus kleineren Molekülen, die zumindest die äußere Schicht des Haars, die Kutikula, durchdringen und vorübergehend in den Haarschaft eingelagert werden. Beim Haarewaschen werden sie allmählich wieder herausgelöst. Die gewünschte Schattierung erreicht man in der Regel durch eine Mischung verschiedener Farbtöne. Eine Liste der gebräuchlichsten Substanzen finden Sie im Glossar. Zur permanenten Färbung verwendet man Moleküle, die sich nach dem Eindringen in den Haarschaft zu größeren Farbmolekülen zusammenlagern und so im Haarkortex »gefangen« bleiben. Zunächst wird die Haaroberfläche aufgeraut: Etwas Ammoniak (NH 3 ) lässt den pH-Wert auf ungefähr 10 ansteigen und den Haarschaft aufquellen, wodurch sich die Schüppchen der Kutikula öffnen. Der Farbstoff zieht ein; während im Inneren des Haars die Reaktion zum großen Molekül stattfindet, schließen sich die Schüppchen durch Einwirkung einer abschließend anzuwendenden Spülung. Permanente Färbemittel werden in zwei Komponenten (Gels) geliefert, die vor dem Auftragen gemischt werden müssen. Ein Gel enthält Wasserstoffperoxid zum Ausbleichen des natürlichen Melanins und zur Aktivierung von PPD (Paraphenylendiamin), welches sich dann mit einem zweiten Molekül, dem so genannten Kuppler, zum eigentlichen Farbstoff zusammenschließt. Manche Farbmischungen enthalten mehrere Kuppler,

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beispielsweise »Havana« von L’Oreal, dessen drei Kuppler 1) eine blass kastanienbraune Schattierung (Bernstein) bewirken. Nun zu den Einwänden: Zur Nachdunkelung von ergrauendem Männerhaar gibt es buchstäblich seit Jahrtausenden ein probates Mittel – Bleiacetat. Lange wurde die Verbindung als ungefährlich betrachtet, weil das an sich zwar giftige Blei nicht über die Haut aufgenommen werden kann. Eine Lösung der Verbindung, auf das Haar aufgebracht, färbt dieses durch eine chemische Reaktion schwarz. Bei jeder Anwendung wird das Haar dunkler, bis alle grauen Strähnen verschwunden sind. Schon im alten Rom griff man auf dieses Wundermittel zurück, indem man Bleikämme in Essig tauchte. Die Säure löste eine kleine Menge des Metalls als Acetat, welches dann in die Haarpracht eingerieben wurde. In den vergangenen rund 200 Jahren brachte man die Acetatlösung der Einfachheit halber direkt auf die Haare auf. Zwar kann man Produkte dieser Art (Grecian) derzeit noch kaufen, demnächst wird die EU sie aber aufgrund der Toxizität des Bleis aus dem Handel nehmen. Schwerer wiegt vermutlich der Verdacht, die Verwendung permanenter Haarfarben führe zu Krebs, sogar mit tödlichem Ausgang. PPD, seit mehr als 30 Jahren Bestandteil der Färbemittel, geriet immer wieder in die Negativschlagzeilen: Manche Leute reagieren darauf allergisch. Inzwischen weiß man zwar, dass diese genetisch bedingte Allergie nur drei von einer Million Frauen betrifft, aber eine Zeit lang war man von ganz anderen Zahlen ausgegangen. Dass ein Prozent der Anwenderinnen auf PPD empfindlich seien, folgerte man allerdings aus Studien, bei denen PPD direkt auf die Haut gegeben und die Stelle mit einem Kunststoffpflaster abgedeckt wurde. Trotzdem wird auf der Verpackung PPD-haltiger Mischungen nach wie vor dringend geraten, vor der Anwendung einen 1

4-Aminophenol, 4-Amino-2-hydroxytoluol und 3-Aminophenol

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Allergietest vorzunehmen. Dazu soll man ein pfenniggroßes Hautstück hinter dem Ohr mit der Farbe einreiben und dies nach dem Trocknen der ersten Schicht wiederholen. Nach 48 Stunden wird die Stelle begutachtet. Beim geringsten Anzeichen einer Hautirritation soll man das Produkt nicht benutzen. Eine Mrs. Narinder Devi aus Birmingham in England verzichtete 2001 auf diese Vorsichtsmaßnahme. Als die Haare gefärbt waren, erlitt sie bedauerlicherweise einen anaphylaktischen Schock, an dem sie starb. Welcher Inhaltsstoff diese sehr seltene heftige Reaktion ausgelöst hatte, wurde nie festgestellt. Noch immer wird hin und wieder von schweren, jedoch in der Regel nicht tödlich endenden allergischen Reaktionen auf Haarfarben berichtet. Sie werden zwar meist öffentlichkeitswirksam publiziert, kommen aber nur vereinzelt vor. (Die Opfer einigen sich stets außergerichtlich mit den Herstellern.) Von den Anwenderinnen, die den Test gewissenhaft ausführen, beobachten rund 2 % leichte Hautreizungen. Der Beipackzettel untersagt in diesen Fällen die Verwendung der Farbe. In den 1970er Jahren wurde verschiedentlich behauptet, Inhaltsstoffe von Haarfarben seien kanzerogen. Man berief sich auf Studien, bei denen die verdächtigen Substanzen in großen Dosen und über lange Zeiträume an Versuchstiere verfüttert worden waren. Auch von Mutationen bei Bakterien war die Rede. Im Ergebnis wurden die betroffenen Stoffe zurückgezogen. PPD wurde nie auf diese Weise in Frage gestellt, trotzdem aber begrenzte die EU den PPD-Gehalt von Färbemitteln auf 6 %. Messungen ergaben, dass eine Frau während einer typischen Haarfärbeprozedur etwas PPD (maximal 36 mg) aufnimmt, aber rasch wieder mit dem Urin ausscheidet. Ungeachtet jahrelanger sorgfältiger Untersuchung kursieren noch immer von Zeit zu Zeit Horrorstories über die Verbindung. PPD wird im großen Maßstab vom US-Chemiekonzern Du Pont hergestellt und vor allem zur Herstellung von Harzen und Polyme-

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ren verwendet. Die relativ geringe für den kosmetischen Gebrauch bestimmte Menge stammt aus einem anderen Prozess, der sicher stellt, dass die Substanz absolut sauber, also frei von jedweden potenziell gefährlichen Nebenprodukten ist. Wenn man also eine negative Wirkung beobachtet, ist sie in jedem Fall auf PPD selbst und nicht auf eine Verunreinigung zurückzuführen. Es gibt eine Alternative zu PPD, nämlich TDS (Toluol-2,5-diaminsulfat); das Molekül ist hautfreundlicher, aber die entstehenden Braunschattierungen tendieren etwas zu sehr zum Rötlichen. Die Langzeitwirkung von Haarfarben wurde im Laufe der Jahrzehnte vielfach diskutiert. ÆEpidemiologische Studien stellten Zusammenhänge mit der Häufigkeit von Blasenkrebs (2001) und von Leukämie (2004) her. Beide Berichte stießen natürlich auf reges Interesse der Medien und werden immer noch zitiert, obwohl in ähnlichen, teilweise sorgfältiger ausgeführten Untersuchungen keine solche Korrelation gefunden wurde. Die Leukämiepanik begann mit einer Arbeit im American Journal of Epidemiology, die 769 Erwachsene mit akuter Leukämie mit 623 gesunden Kontrollpersonen verglich. Es ergab sich ein geringfügig erhöhtes Risiko, an Leukämie zu erkranken, für alle diejenigen, die in den 1980er Jahren permanente Haarfarben der älteren Generation verwendet hatten. (Die Anwendung nichtpermanenter Farben erhöhte das Risiko nicht.) Die Arbeit fand weltweit Beachtung, obwohl sie rein rückblickend angelegt war und sich ausschließlich mit Produkten befasste, die zum Zeitpunkt der Studie seit mehr als 20 Jahren nicht mehr im Handel waren. Wissenschaftler von der School of Medicine der University of Southern California befragten im Jahr 2000 in Los Angeles 1541 Probanden, die an Blasenkrebs litten, und eine 897 Personen starke gesunde Kontrollgruppe. Sie stellten einen Zusammenhang der Tumorhäufigkeit mit der Verwendung von Haarfarben fest, auch nachdem sie ihre Statistik an das ohnehin höhere Krebsrisiko von

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Rauchern angepasst hatten. Personen, die sich monatlich mit permanenten Produkten die Haare gefärbt hatten, erkrankten etwas öfter, insbesondere wenn sich die Anwendung ununterbrochen über mindestens 15 Jahre erstreckt hatte. Für Friseure ergab sich ein noch höheres Risiko. Dieses Ergebnis veranlasste das Wissenschaftliche Komitee für Kosmetik- und Non-FoodProdukte bei der Europäischen Kommission (SCCNFP), im Februar 2002 ein Diskussionspapier zu diesem Thema herauszugeben. Im Dezember darauf wurden alle Hersteller von Haarfärbemitteln angewiesen, bis Juli 2005 die verwendeten Inhaltsstoffe mitzuteilen und Studien zur Toxizität und zum Krebsrisiko vorzulegen. Das Ergebnis dieser Befragung wurde noch nicht veröffentlicht, ist aber im Laufe des Jahres 2007 in Form einer Positivliste zugelassener Substanzen zu erwarten. Forscher der Darthmouth Medical School, Lebanon (New Hampshire, USA), erfassten 2004 in einer epidemiologische Studie 459 Blasenkrebspatienten und 665 gesunde Personen. Ihr Ergebnis lautete, dass Männer, die ihre Haare färben, etwas seltener an diesem Tumor leiden, Frauen mit gefärbten Haaren dagegen häufiger. Statistisch signifikant waren die Zahlen in keinem der beiden Fälle. Eine Untersuchung der American Cancer Society, die über eine halbe Million Frauen einbezog, konnte überhaupt keine Korrelation zwischen Blasenkrebs und Haarfarben belegen. Unter Federführung der Yale School of Public Health befragte ein internationales Team renommierter Fachleute vom Europäischen Institut für Onkologie (Italien), von der McGill University (Kanada) und dem National Cancer Institute der USA 608 Brustkrebspatientinnen und eine 609 Frauen starke Kontrollgruppe. Ein Zusammenhang zwischen der Anwendung auswaschbarer oder permanenter Haarfarben und dem Risiko, an Brustkrebs zu erkranken, wurde dabei nicht gefunden. Die Resultate der Studie sind im European Journal of Cancer (August 2002) nachzulesen.

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Das weltbekannte schwedische Karolinska Institut befasste sich 2003 mit der Häufigkeit aller Arten von Krebs bei einheimischen Friseuren, der Gruppe, die am ehesten gefährdet sein sollte. Dazu wurden die Krankenakten von 38800 Frauen und 6800 Männern über einen Zeitraum von 40 Jahren ausgewertet und festgestellt, dass das Färben der Haare in den 1960er Jahren in der Tat das Krebsrisiko erhöhte, nicht aber in den Folgejahrzehnten. Friseure erkranken nicht häufiger an Blasenkrebs als der Durchschnitt der allgemeinen Bevölkerung. Was sollen wir all diesen Zahlen entnehmen? Man könnte es so zusammenfassen: Moderne Haarfarben tragen nicht zum Krebsrisiko bei, weder bei denen, die beruflich damit umgehen, noch bei den Anwendern selbst. Wenn Sie noch immer nicht von der Ungefâhrlichkeit synthetischer Färbemittel überzeugt sind, aber ihre Haarfarbe trotzdem ändern oder die ersten grauen Strähnen verstecken möchten, greifen Sie vielleicht auf althergebrachte Methoden zurück (siehe Exkurs »›Natürliche‹ Haarfarben«) – wobei Sie feststellen werden, dass auch hier in mancher Packungsbeilage vor Nebenwirkungen gewarnt und ein gewissenhafter Test verlangt wird. »Natürliche« Haarfarben Zu den traditionellen Haarfarben gehört Henna, ein Naturstoff aus der ligusterähnlichen, in Indien, Pakistan und Ägypten beheimateten »HennaPflanze« Lawsonia inermis. Das Farbstoffmolekül »Lawson« mit dem systematischen Namen 2-Hydroxy-1,4naphthochinon, auch als »Natural Orange 6« bekannt, würde für die industrielle Produktion in einer Che-

mieanlage heutzutage niemals zugelassen, denn es ruft allergische Reaktionen und Asthma hervor. Abgesehen davon ist das farbliche Ergebnis der Anwendung uneinheitlich. Diese Nachteile halten die Henna-Vermarkter allerdings nicht davon ab, ihre Farbe als ungefährliche, weil »natürliche« und »grüne« Alternative zu propagieren. Ins Feld geführt werden

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dabei gern andere (nicht belegte und vermutlich auch nicht belegbare) Vorzüge von Henna, etwa die angebliche Wirkung gegen Kopfschuppen, Läuse und Kopfgrind. Andere »grüne« Haarfarben, die im Laufe der vergangenen Jahrhunderte populär waren, sind Indigo (2[1,3-Dihydro-3-oxo-2H-indol-2yliden]-1,2-dihydro-3H-indol-3-on) aus dem Schmetterlingsblütler Indigo-

fera sowie Pyrogallol (1,2,3-Trihydroxybenzol) aus Walnussschalen. Der kosmetische Gebrauch von Pyrogallol wurde 1992 in der EU verboten. Zitronensaft, Safran, Gewürznelken und Tee sind andere Rohstoffe, aus denen Mittel zum Färben der Haare gewonnen werden. Die Wirkung ist nicht zuverlässig und bleibt manchmal ganz aus.

Wald auf kahlen Gipfeln Vorteilhaft gestylte Haare fallen sofort ins Auge – das gilt für Männer und Frauen gleichermaßen. Während aber Frauen ihren schönsten Schmuck in aller Regel bis ins hohe Alter behalten, beginnt bei vielen Männern die Haarpracht um das 30. Lebensjahr herum allmählich zu schwinden. Kahle Stellen senden Signale aus, die dem Träger durchaus nicht gefallen, insbesondere wenn er Wert auf seine sexuelle Attraktivität legt. Den alttestamentarischen Propheten Elias (um 850 v. Chr.) sollte dieser Aspekt zwar nicht beunruhigt haben, trotzdem scheint er überraschend sensibel gewesen zu sein, wenn es um sein Aussehen ging. Auf dem Weg nach Bethel wurde er von Knaben seines kahlen Kopfes wegen verspottet. Darüber war er so erzürnt, dass er die Spötter verfluchte. Da kamen zwei Bären aus dem Wald und zerrissen 42 von den Kindern – so berichtet jedenfalls die Bibel.2 ) Gegen Haarausfall wirkt weder Fluch noch Gebet, aber die 2

2. Buch Könige 2, 23

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Chemie kann helfen, wo der Zahn der Zeit allzu sichtbar nagt. Eine durchschnittliche Kopfhaut beheimatet 100000 Follikel, aus denen mit einer Geschwindigkeit von 0,37 mm pro Tag (14 cm pro Jahr) das Haupthaar wächst. Tagtäglich gehen jedem von uns etwa 50 Haare aus, weil die betreffenden Follikel nach dreijähriger ununterbrochener Tätigkeit eine mehrwöchige Ruhepause einlegen. Das alte Haar fällt ab und ein neues, möglicherweise ganz anders aussehendes beginnt zu wachsen. Vielleicht enthält es kein Melanin – dann ist es weiß –, wird dünner (dann wird nach der nächsten Pause vermutlich ein noch dünneres erscheinen) oder fehlt ganz. Haarzellen teilen sich in der Papille am Boden des Follikels und lagern bei ihrer Wanderung aufwärts eine Schicht ÆKeratin ab, die zu einer röhrchenartigen Struktur heranwächst. Die Zellen teilen sich etwa einmal am Tag, sehr schnell für menschliche Verhältnisse. Tumorzellen teilen sich genauso schnell; Wirkstoffe (Chemotherapeutika), die die Teilung der Krebszellen verhindern sollen, wirken deshalb in gleicher Weise auf die Haarzellen. Wenn sich die Haarzellen nicht teilen, verhält sich das Follikel wie in der Ruhephase und der existierende Haarschaft fällt ab. Bei Männern fallen die Haare zunächst kreisförmig mitten auf dem Kopf und an den Schläfen aus, bis schließlich mehr oder weniger der ganze Kopf kahl ist. Der individuelle Lebensstil beeinflusst diesen Prozess nur sehr wenig, die Rassenzugehörigkeit dagegen sehr: 50 % der weißen Männer, aber nur 22 % der Asiaten und 18 % der Schwarzen sind betroffen. Gleichermaßen wichtig ist die genetische Prädisposition, insbesondere der Haushalt des Hormons Testosteron, das von dem Enzym 5-α-Reduktase in seine aktivere Form, das Dihydrotestosteron3), überführt wird. 3

Wie der Name andeutet ein Testosteronmolekül mit zwei zusätzlichen Wasserstoffatomen.

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Dihydrotestosteron reguliert die Funktion verschiedener Teile des männlichen Körpers, unter anderem der Genitalien, und eben auch den Haarwuchs. Es bewirkt, dass die Anzahl der aktiven Haarfollikel langsam sinkt, die Wachstumsperiode der noch funktionsfähigen Follikel immer kürzer wird und die Stärke der Haarschäfte abnimmt. Ein paradoxer Effekt ist, dass Dihydrotestosteron zwar das Haupthaar dünn und schütter werden lässt, dafür aber den Haarwuchs am Kinn, auf der Brust und in der Leistengegend fördert. Männer mit von Natur aus niedrigem 5-αReduktase-Spiegel haben weniger Körperbehaarung, werden jedoch im Alter kaum kahl. Die Veranlagung zum Haarausfall wird vererbt. Bis vor relativ kurzer Zeit ließ sich dagegen rein gar nichts unternehmen. Erst in den 1980er Jahren wurde plötzlich Seltsames berichtet: Das Haar einiger kahlköpfiger Männer begann wieder zu wachsen … Teure Kuren zur Verhinderung des Haarverlusts oder zur »Wiederbelebung« kahler Köpfe werden von eloquenten Quacksalbern schon seit Jahrtausenden ersonnen und an die Männerwelt gebracht. Lange zeigte keine von ihnen die gewünschte Wirkung. Hippokrates empfahl um 400 v. Chr. eine Packung aus Taubendreck, Meerrettich und Nesseln. Der moderne Mann hingegen profitiert von zwei Zufallsentdeckungen, genauer gesagt von Nebenwirkungen von Medikamenten, die zur Therapie ganz anderer Leiden entwickelt wurden. Männliche Patienten stellten zu ihrer Überraschung fest, dass ihnen wieder Haare wuchsen. Mittlerweile kann man die Präparate überall bekommen. Sie heißen Regaine (Rogaine in den USA) und Propecia. Das Haarwuchsmittel Propecia enthält den ursprünglich zur Behandlung von Prostatavergrößerungen gedachten Wirkstoff Finasterid. (Die Prostata oder Vorsteherdrüse produziert die Samenflüssigkeit.) Schwellungen der Prostata entstehen durch einen zu hohen Dihydrotestosteron-Spiegel und betreffen viele Männer

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im Alter von über 65 Jahren. Finasterid wurde im Pharmaunternehmen Merck Sharp & Dohme entwickelt, die Synthesevorschrift ist im Journal of Medicinal Chemistry (Jahrgang 1986) nachzulesen. Dort wird auch beschrieben, wie das Molekül die 5α-Reduktase durch Anlagerung blockiert und so für ein Absinken des Dihydrotestosteron-Spiegels sorgt. Dass die Vergrößerung der Prostata etwas mit diesem Hormon zu tun hat, weiß man schon seit mehr als 100 Jahren, da man beobachtet hatte, dass kastrierte Männer von diesem Effekt verschont blieben. Die geschwollene Prostata drückt den Harnleiter (die Röhre, die von der Blase nach außen führt) zusammen. Schwierigkeiten beim Wasserlassen und ein ständiger Harndrang sind die Folgen. Außerdem kann Prostatakrebs entstehen, der zwar nicht zu den lebensgefährlichsten Tumoren zählt, aber in jedem Fall unangenehm ist. Das Finasterid-Molekül hat die gleiche Form wie Testosteron (ein Stickstoffatom tritt an die Stelle eines Kohlenstoffatoms) und passt perfekt an die aktive Position der 5-α-Reduktase. Das Enzym hält das vermeintliche Testosteron-Molekül fest und wird damit handlungsunfähig. Finasterid wirkt vor allem in der Genitalregion, aber auch in der Kopfhaut. Die Reaktivierung des Haarwachstums, eine unerwartete Nebenwirkung, führte dazu, dass der Wirkstoff jetzt unter zwei verschiedenen Markennamen verkauft wird, nämlich Proscar (zur Behandlung der Prostatavergrößerung) und Propecia (als Haarwuchsmittel). Innerhalb weniger Jahre brachte Proscar allein in den USA einen Jahresgewinn von 500 Millionen Dollar und Propecia schloss bald auf. Proscar-Tabletten (5 mg Finasterid) sind blau und rund, Propecia (1 mg Finasterid) dagegen braun und achteckig. Patienten, die Finasterid einnehmen, werden in der Packungsbeilage darauf hingewiesen, dass die volle Wirksamkeit erst nach etwa drei Monaten erreicht ist. Lässt Propecia die Haare tatsächlich wieder wachsen? Offenbar ja; während nach der Einnahme eines Placebos nur 7 % der

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Probanden eine Verbesserung der Situation beobachteten, waren nach der Einnahme des echten Mittels 66 % von einer sichtbaren Anregung des Haarwuchses überzeugt. Eigentlich hätte man von einem solchen Eingriff in den männlichen Hormonhaushalt eine weitere Nebenwirkung erwarten sollen, die Herabsetzung des sexuellen Verlangens. Allerdings machten nur rund 2 % der Propecia-Anwender diese Erfahrung. In jedem Fall sollte man während der Therapie auf eine strikte Schwangerschaftsverhütung achten, weil Finasterid bewirken kann, dass männliche Föten weibliche Geschlechtsmerkmale entwickeln. Es versteht sich deshalb von selbst, dass Finasterid nur für Männer zugelassen ist. Für Regaine, das alternative Haarwuchsmittel, gilt das nicht – es eignet sich auch für Frauen. Hinter dem Markennamen Regaine verbirgt sich der vom amerikanischen Unternehmen Upjohn hergestellte und ursprünglich als (nebenbei bemerkt sehr effektiver) Blutdrucksenker gedachte Wirkstoff Minoxidil. Das Wiedereinsetzen des Haarwuchses war auch in diesem Fall eine keineswegs erwartete Nebenwirkung. Obwohl das Patent für Minoxidil bereits 1967 erteilt wurde, unternahm man erst in den 1980er Jahren klinische Versuche hinsichtlich der Therapie des Haarausfalls. Minoxidil wirkt gefäßerweiternd – es entspannt verengte Blutgefäße und lässt das Blut wieder ungehindert durch den Körper fließen. Die verordneten Dosen liegen zwischen 5 und 50 mg täglich, wobei die Menge ausgehend von der niedrigsten Dosis bis zum Einsetzen der Wirkung gesteigert wird. In Form des verschreibungspflichtigen Medikaments Loniten wird Minoxidil zweimal täglich als Tablette eingenommen. Ärzte greifen bevorzugt zu diesem Wirkstoff, wenn andere Blutdrucksenker versagt haben oder der Blutdruck sehr schnell ansteigt. Die Wirkung setzt fast unmittelbar ein. Bereits eine Stunde nach der Einnahme ist der Blutdruck merklich gesunken. Zu den Ne-

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benwirkungen gehört die Ansammlung von Flüssigkeit im Körper, insbesondere an den Knöcheln, weshalb in der Regel gleichzeitig ein Diuretikum zur Anregung der Wasserausscheidung verordnet wird. Ein weiterer unerwünschter, meist nach mehrwöchiger Einnahme einsetzender Effekt ist eine Zunahme der Gesichtsbehaarung, was selbst manche unter schwerem Bluthochdruck leidende Frauen abschreckt. Wenn Minoxidil in den Blutkreislauf gelangt, sendet es ein Entspannungssignal an die Auskleidung der Gefäße. Dieser Prozess besteht aus mehreren Schritten; schließlich werden die Ionenkanäle geöffnet, die den Einstrom von Kalium in die Zellen ermöglichen, und die beabsichtigte Reaktion setzt ein. Zweifellos wirkt Minoxidil auf die Haarfollikel ebenso. Durch die Verbesserung der Blutversorgung wird die Keratinbildung angeregt. Warum anschließend der Haarwuchs wieder einsetzt, ist nicht völlig geklärt, aber es funktioniert. Upjohn bietet den Wirkstoff in Form von 2- und 5 %igen Lösungen (für Männer bzw. Frauen) an.4) Die Lotion muss täglich direkt in die Kopfhaut einmassiert werden. Minoxidil war vor mehr als 20 Jahren der erste Wirkstoff, dem die US-Behörde FDA explizit die Zulassung als Haarwuchsmittel erteilte. Marktführer ist heute Regaine; hinzu kommen Generika wie Alopexil, Lonolox und Prexidil, die allesamt rezeptfrei abgegeben werden. Regaine stoppt offenbar nicht nur den Haarausfall (bei 80 % der Anwender), sondern sorgt in manchen Fällen auch tatsächlich für die Reaktivierung untätiger Follikel. Zweimal täglich angewendet, zeigen die Lotionen nach ungefähr drei (bis zu sechs) Monaten – allerdings längst nicht bei allen Anwendern – eine sichtbare Wirkung. Natürlich bleiben auch die lästigen Nebenwirkungen nicht aus; vor allem wird Juckreiz beobachtet, der aber 4

Minoxidil selbst ist ein weißer, kristalliner, bei 248 °C schmelzender und in Wasser nicht löslicher Feststoff. Sehr gut löst sich die Substanz dagegen in Propylenglycol; so wird sie auch verkauft.

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nach etwa einer Woche vergeht. 1985 wurde Regaine am Glasgow Royal Infirmary von 66 Freiwilligen zwischen 18 und 50 Jahren getestet. Die Hälfte der Probanden erhielt den Wirkstoff, die andere Hälfte ein Placebo jeweils als Einreibung. Zunächst war der Effekt enttäuschend – erst bei täglich zweimaliger Anwendung waren die Studienteilnehmer zufrieden. Widersinniger weise scheinen die Haare bei Beginn der Anwendung von Minoxidil zunächst vermehrt auszufallen. In Wirklichkeit ist das ein Zeichen, dass die ersehnte Wirkung einsetzt: Haarfollikel, die sich bereits zur Ruhe begeben hatten, werden aufgeweckt und stoßen als Erstes die alten Haare ab. Es sollte auch nicht beunruhigen, dass sich das nachwachsende Haar weich und flaumig anfühlt. Bei Fortsetzung der Behandlung wird es allmählich dicker und fester. Wird die Anwendung ausgesetzt, sind allerdings innerhalb weniger Wochen sämtliche Effekte dahin. Weder Minoxidil noch Finasterid kann den Haarausfall dauerhaft unterbinden. Wenigstens bieten die Mittel aber all denjenigen Männern, die bereits in relativ jungen Jahren unter einem kahlen Kopf zu leiden haben, eine Chance, länger jung auszusehen.

Klare Sicht »Brillenschlange, Brillenschlange …« – haben Sie sich das auch anhören müssen? Was taten junge Mädchen mit Sehproblemen früher, wenn sie »auf die Piste« gingen? Klar: Sie ließen die Brille zu Hause, selbst auf die Gefahr hin, dass der eroberte Verehrer sie wieder verlässt, wenn er sie früher oder später doch einmal mit dem Nasenfahrrad erwischt. Besonders akut war diese Sorge in der Nachkriegszeit, als junge Männer auf Freiersfüßen knapp waren und sich deshalb leisten konnten, wählerisch zu sein. Heute ist es genau umgekehrt: Die jungen Frauen sind in der Überzahl, und es sind eher die Männer, die nicht bebrillt gesehen wer34

den wollen. Dabei muss heute eigentlich so gut wie niemand mehr eine Brille tragen, denn es gibt Kontaktlinsen. Wer sich Kontaktlinsen (Ægasdurchlässige Polymere) anschaffen möchte, sieht sich einer riesigen Auswahl von Typen gegenüber: weiche Linsen, harte Linsen, Tag-und-Nacht-Linsen für über einen Monat Tragezeit, Tageslinsen zum Wegwerfen, bifokale Linsen und sogar Linsen zur Korrektur des Astigmatismus (»Stabsichtigkeit« infolge einer Verkrümmung der Hornhaut). All diese Produkte sind das Ergebnis jahrelanger Forschung großer Chemiefirmen wie Novartis, Ciba Vision und Wesley Jessen. Speziell gefärbte Linsen machen blaue Augen noch blauer, und Sportlinsen für Tennisspieler lassen den gelben Ball relativ zur Umgebung stärker auffallen. Die Idee der Kontaktlinse ist ziemlich alt. Leonardo da Vinci machte den Vorschlag 1508 als Erster, konnte ihn aber noch nicht in die Praxis umsetzen. Erst 1888 stellte ein Dr. F. A. Müller aus Wiesbaden die erste Kontaktlinse aus Glas für einen Patienten her, dem die Augenlider fehlten. Dem Mann, der die Linsen angeblich 20 Jahre lang benutzte, blieb dadurch die Sehfähigkeit wenigstens eines Auges erhalten. Im gleichen Jahr stattete ein Dr. Adolph Frick an der Züricher Augenklinik sechs Patienten mit Glaslinsen aus, deren Durchmesser 1,4 cm betrug und die den ganzen sichtbaren Teil des Auges bedeckten. Der Versuch verlief allerdings nicht erfolgreich. Obwohl Dr. Frick Gipsabdrücke der Augäpfel von Leichen und sogar von sich selbst als Muster angefertigt hatte, konnte er die Linsen nicht gut genug anpassen. Das Tragen war einfach zu schmerzhaft. Andere Ärzte versuchten danach, die Form der Linsen zu verbessern. Der wirkliche technologische Durchbruch kam aber erst 50 Jahre später, in den 1920er Jahren, nach der Erfindung des Polymers Poly(methylmethacrylat) (ÆPMMA) in den Labors der deutschen Firma Rohm & Haas. Der neue Stoff wurde Plexiglas

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genannt, blieb aber zunächst ein Exot, weil der Rohstoff Methylmethacrylat sehr teuer war. Die Situation änderte sich, als der Chemiker John Crawford von ICI in England einen Weg fand, PMMA preisgünstig aus Aceton herzustellen. Das Produkt erhielt den Namen Perspex (in den USA Lucite). Das PMMA-Geschäft warf bald beträchtliche Gewinne ab, weil sich der Kunststoff ideal für verschiedenste Gegenstände wie beleuchtete Verkehrszeichen, Brutkästen, Autoscheinwerfer und Flugzeugfenster eignete. 5) Und man kann Kontaktlinsen daraus herstellen. Welche Eigenschaften sollte eine Kontaktlinse haben? Natürlich muss sie durchsichtig sein wie Glas, perfekt auf die Form der Hornhaut passen und kein unangenehmes Tragegefühl bewirken. Damit das Auge keinen Schaden erleidet, dürfen die Linsen nicht von Mikroben besiedelt werden und sollten Sauerstoff durchlassen, um die Versorgung der Hornhaut mit diesem lebenswichtigen Element zu gewährleisten. Die Linsen sollen möglichst tagelang ohne Wechsel tragbar sein; wenn es sich um Wegwerfprodukte handelt, ist auch ein niedriger Preis wichtig. Den Polymerchemikern ist es inzwischen gelungen, einen Kunststoff herzustellen, der (fast) alle diese Eigenschaften in sich vereinigt. Dabei bedeutete die Einführung von PMMA den ersten großen Schritt nach vorn. Der Brechungsindex von PMMA ist ungefähr so groß wie der von Glas – das bedeutet, das Material eignet sich zur Herstellung von sowohl Sammel- als auch Zerstreuungslinsen. Es lässt sich gut in Formen pressen und wird zudem nur widerstrebend von Bakterien besiedelt. 1944 stellte der Amerikaner Newton Wesley die ersten PMMA-Kontaktlinsen her, und zwar für den Eigengebrauch. Er 5

Die Spitfire, ein im Zweiten Weltkrieg eingesetztes Kampfflugzeug, hatte Perspex-Fenster. Als Piloten durch Splitter des Kunststoffs verletzt wurden, stellten die Ärzte fest, dass diese Fremdkörper vom lebenden Gewebe toleriert wurden und deshalb nicht entfernt werden mussten.

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litt an starken Schwellungen des Auges, aber er befand sich in der richtigen Position, um an diesem Problem zu arbeiten: Wesley war Mitglied des Monroe College für Optometrie in Chicago (Illinois) und tat sich dort mit einem pfiffigen Studierenden namens George Jessen zusammen, um die Form seiner Linsen systematisch zu verbessern. Im Keller der Pension, in der Wesley wohnte, bearbeiteten die beiden mit einer Drehbank, die sie aus einer Nähmaschine gebaut hatten, Stückchen von Lucite. Die PMMALinsen sollten das ganze Auge bedecken und wurden tatsächlich ein Erfolg. 1949 begannen Wesley und Jessen, Linsentechniker in der Formung und Optometristen in der Anpassung von Kontaktlinsen zu unterweisen. 1955 lief die Firma Wesley-Jessen schon sehr gut; eine halbe Million Dollar konnte in jenem Jahr allein für Werbung ausgegeben werden. Die Gründer investierten auch in Langzeitstudien und untersuchten 350 Kunden sehr regelmäßig. Inzwischen war Kevin Tuohy auf eine noch simplere Idee gekommen: Im Juni 1960 ließ er eine Kontaktlinse patentieren, die lediglich über der Hornhaut lag. Sie passte besser als ihre Vorgänger, ließ sich angenehmer tragen und behielt verblüffenderweise auch ihre Position, das heißt, sie verrutschte beim Zwinkern nicht auf dem Augapfel. Heute werden Kontaktlinsen nicht mehr aus PMMA hergestellt. Der Grund dafür ist, dass PMMA der Hornhaut Sauerstoff entzieht. Die Hornhaut wird selbst nicht von Blutgefäßen durchzogen und muss ihre Sauerstoffversorgung daher aus der Luft sichern. Reicht der Sauerstoff nicht aus, drohen dauerhafte Schäden. Ersatz kam in Form eines anderen, in den frühen 1950er Jahren in Prag entwickelten transparenten Kunststoffs. Die Polymerchemiker Otto Wichterle und Drahoslav Lim lagerten wasseranziehende Gruppen an die PMMA-Kette an. Aus diesem ÆHEMA (Hydroxyethyl-methyl-methacrylat) wollten Wichterle und Lim ursprünglich künstliche Blutgefäße herstellen. Eines Tages aber be-

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trachtete Wichterle ein Stück HEMA, das sich am Boden eines Reagenzglases verfestigt hatte, und fühlte sich stark an eine Kontaktlinse erinnert. Unabsichtlich hatte er die erste weiche Linse »gegossen«. HEMA ist ein so genanntes Hydrogel, eine Substanz, die Wasser anzieht und innerhalb des Polymergerüstes festhält. Die weiche Konsistenz von HEMA war zweifellos ein Vorteil; die Sauerstoffdurchlässigkeit des Materials war aber noch nicht wesentlich besser als die von PMMA. Trotzdem brachte die Firma Bausch & Lomb 1971 HEMA-Linsen (»Soflens«) auf den Markt und hatte damit großen Erfolg. Nachteilig war, dass die Linsen regelmäßig gereinigt werden mussten, weil sich leicht Bakterien an ihrer Oberfläche festsetzten. Man musste sie allabendlich mit ÆWasserstoffperoxid und einmal pro Woche mit einer Enzymlösung (Papain aus Ananas oder Pancreatin aus Schweinen) behandeln, um Fett- und Proteinreste aus der Tränenflüssigkeit zu beseitigen. Diese Ablagerungen bilden einen idealen Nährboden für Mikroben. Polymerchemiker machten sich nun auch daran, HEMA weiter zu modifizieren. Sie gaben dem Ausgangsstoff andersartige Bausteine hinzu und polymerisierten das Gemisch. Solche Copolymere (ÆPolymere) stellten sie aus verschiedenen Mischungsverhältnissen der Rohstoffe her, bis sie ein Hydrogel mit den gewünschten Eigenschaften erhielten. Besonderen Wert legten sie auf eine negativ geladene Oberfläche des Produkts, damit die Kontaktlinsen gut an dem Tränenfilm haften, der den Augapfel bedeckt. Inzwischen stehen mehrere verbesserte Hydrogele zur Auswahl. Für den Sauerstofftransport sorgt in allen Fällen Wasser; der Wassergehalt mancher Materialien liegt bei 75 %. Linsen, die mehrere Tage bis Wochen lang ununterbrochen im Auge bleiben sollen, müssen besonders viel Wasser enthalten. »Atmungsaktiv« wurden weiche Kontaktlinsen schließlich durch den Einbau von siliciumhaltigen Gruppen in das PMMA-

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Polymer (Ægasdurchlässige Polymere). Silikone lösen Sauerstoff sehr gut; allerdings muss man darauf achten, dass der Silikonanteil nicht zu hoch wird, weil die Oberfläche sonst Wasser abweist. (Für andere Anwendungen, etwa Regenschutzkleidung, wird speziell diese Eigenschaft des Silikons ausgenutzt.) Linsen dieses Typs – so genannte harte, gasdurchlässige Linsen – wurden 1974 patentiert und kamen 1979 auf den Markt. Zugunsten der Verhinderung von Langzeitschäden am Auge hatte man Abstriche am Tragekomfort gemacht; außerdem mussten den Linsen für jeden Träger speziell angepasst werden. Seit 1998 gibt es weichere silikonhaltige Hydrogel-Linsen. Sie sind sehr beliebt, innerhalb von fünf Jahren erzielten die Anbieter einen Umsatz von mehr als 150 Millionen Dollar. Ein Nachteil ist, dass solche Linsen manchmal sehr fest am Augapfel haften bleiben, weil sie Lipidmoleküle aus der Hornhaut anziehen, die wie Klebstoff wirken. Wie ist es den Chemikern von Unternehmen wie Johnson & Johnson gelungen, Bausteine mit offenbar gegensätzlichen Eigenschaften zu einem homogenen Polymer zu vereinigen? HEMA zieht Wasser an, löst aber Sauerstoff nicht gut; Silikon stößt Wasser ab, dafür ist die Sauerstoffaufnahme hervorragend. Bei ersten Versuchen, ein Copolymer herzustellen, erhielt man eine undurchsichtige Substanz. Dieses Problem wurde durch den Einbau von Nanoteilchen gelöst, deren Abmessungen kleiner sind als die Wellenlänge von ÆLicht, wodurch das Material transparent wird. Moderne silikonhaltige Hydrogele enthalten 20-45 % Wasser, nehmen Sauerstoff auf und leiten ihn problemlos zur Hornhaut weiter. 6) Manchen Linsenmaterialien wird zur Verbesserung der Sauerstoffaufnahme ein Fluorether zugesetzt. 6

Nathan Ravi von der Washington School of Medicine in St. Louis (Missouri) entwickelte ein Hydrogel, das ins Auge injiziert werden kann, um eine beschädigte oder gealterte körpereigene Linse zu ersetzen. Die Forschungsarbeiten befinden sich allerdings erst im Frühstadium.

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Silikonhydrogel-Linsen müssen vor dem Schlafengehen nicht entfernt werden. Dafür haben sie andere Nachteile, insbesondere sind sie härter (eine Ausnahme ist die Marke Acuvue Advance, deren Trageeigenschaften sich kaum von denen weicher Linsen unterscheidet). Allerdings empfindet dies nicht jeder als Schwachpunkt, da die Festigkeit auch die Handhabung erleichtert. Bei Johnson & Johnson verminderte man die Steife des Materials durch Herabsetzung des Silikongehalts und gleichzeitiges Aufbringen einer oberflächlichen Schicht Polyvinylpyrrolidon (ÆPVP) als »Benetzungsmittel«. Die PVP-Schicht soll auch das Austrocknen des Auges verhindern, einen der wichtigsten Einwände der Benutzer, von denen immerhin die Hälfte unter Trockenheit und damit verbundenen Reizungen des Auges leidet (und deshalb früher oder später wieder zur Brille greift). Der Austrocknung lässt sich auch entgegenwirken, indem man die Linsen einem Plasma aussetzt; dabei bildet sich aus dem enthaltenen Silikon oberflächlich eine ultradünne Silikatschicht, die Lipide nicht anzieht und gut benetzbar ist. Acuvue-Advance-Linsen blockieren auch Ultraviolettstrahlung (UV, ÆLicht). Sie filtern 90 % des UVA- und 99 % des (für die Augen gefährlicheren) UVB-Anteils aus dem Sonnenlicht heraus. (Die Linsen sind jedoch kein Ersatz für UV-Schutzbrillen, die in manchen Berufen vorgeschrieben sind.) Wegwerflinsen kann man unterschiedlich lange tragen: Acuvue-I-day wandert nach einem Tag in den Müll, FocusI-2-week hält entsprechend länger. Viele potenzielle Anwender haben keine Lust auf die tägliche Reinigungsprozedur. Deshalb gibt es mittlerweile Linsen, die erst nach einer Woche aus dem Auge genommen werden müssen. DreiMonats-Linsen werden derzeit in den Forschungsabteilungen erprobt. Ted Reid vom Health Science Centre der Texas Tech University in Lubbock kam auf die Idee, Oberflächen von Kontaktlinsen mit einer ein Molekül starken Schicht einer Selenver-

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bindung auszurüsten. Diese Schicht bindet chemisch an das Linsenmaterial. Erste Versuche zeigen, dass solche Linsen bis zu zwei Jahre lang (ununterbrochen) getragen werden können, aber die behördliche Zulassung steht noch aus.

Strahlendes Lächeln Ihr Haar glänzt im Wunschfarbton, dank neuer Kontaktlinsen liegt die Brille ganz hinten im Schrank – was könnte noch Ihre Chancen beim anderen Geschlecht mindern? Vielleicht ein Lächeln, das statt strahlend weißer Zähne ein verfärbtes Gebiss offenbart? Keine Sorge – auch hier hilft die Chemie. Auch wenn Sie finden, Ihre Zähne könnten weißer sein: Seien Sie froh, dass Sie heutzutage leben, denn früher hatten die Menschen weitaus mehr Ärger mit ihrem Gebiss, wie man an den erhaltenen sterblichen Überresten sehen kann. Zwar kannten bereits die Ägypter vor 4000 Jahren den Beruf des Dentisten, in den Genuss einer Behandlung aber kamen nur die allerwenigsten. Antike Zahnärzte beschränkten sich in der Regel auf das Ziehen schlechter Zähne. Manchmal wurde das Loch im Kiefer anschließend mit Gold gefüllt und daran ein künstlicher Zahn aus Elfenbein befestigt. Ihre Kenntnisse gaben die ägyptischen Spezialisten an spätere Völker wie die Etrusker und Römer weiter, die die Verfahren weiterentwickelten und verfeinerten. Etruskischen Zahnärzten gelang im 6. Jahrhundert v. Chr. die Anfertigung goldener Brücken, an denen sie nach Extraktionen Ersatzzähne aus Knochen oder Elfenbein anbrachten. Dieser Zahnersatz sah nicht nur gut aus, sondern war offensichtlich auch haltbar genug zum Kauen. Im europäischen Mittelalter (500-1000 n. Chr.) geriet die Zahnheilkunde wie vieles andere weitgehend in Vergessenheit. Erst vom Beginn des 17. Jahrhunderts an wurde das Problem wieder akut, weil billiger Zucker aus den Zuckerrohrplantagen der Neuen 41

Welt Karies und Zahnschmerzen zur Volkskrankheit machten. Bakterien, die im Zahnbelag (der Proteinschicht, die sich an der Zahnoberfläche ansammelt) leben, wandeln Zucker in Säuren um; diese wiederum greifen den Zahnschmelz an und fressen Löcher hinein, in denen sich immer mehr Bakterien ansiedeln. Anfangs konnten Bader und Dentisten noch immer nicht viel mehr, als schlechte und schmerzende Zähne zu ziehen. Allmählich begannen sie, sich nach Ersatzmaterial umzusehen. Manche verwendeten zu diesem Zweck sogar menschliche Zähne. 1781 bot ein Fachmann aus der Gerard Street in London £2 für jeden echten, halbwegs brauchbaren Zahn (auf heutige Verhältnisse umgerechnet immerhin rund 600 €). (Leichenräuber gruben damals frisch bestattete Leichen aus, um sie Chirurgen für anatomische Studien zu verkaufen; so kamen sie auch an gut erhaltene Zähne.) Andere Zahnärzte experimentierten um 1774 mit Ersatz aus Porzellan, allerdings mit wenig Erfolg, weil das Material brüchig war und beim Kauen unangenehm quietschte. Jenseits des Atlantiks trug George Washington ein künstliches Gebiss aus FlusspferdElfenbein. Die Zähne stammten von Eseln und Hunden. Reichlich Nachschub menschlicher Zähne lieferten Plünderer, die sich von Schauplätzen großer Schlachten holten, was noch zu holen war. Zu den ergiebigsten Jagdgründen zählte die Schlacht bei Waterloo am 18. Juni 1815 mit über 50000 Todesopfern, darunter viele junge Männer mit gut erhaltenem Gebiss. Tausende Zähne wurden gezogen und in den Folgejahren von Dentisten verarbeitet; die so genannten »Waterloo-Gebisse« wurden mit Stolz getragen, manche davon fanden ihren Weg bis in die Vereinigten Staaten. Aufgefüllt wurden die Vorräte zum Beispiel während des Krimkriegs (1850er Jahre) und im amerikanischen Bürgerkrieg (1860er Jahre), obwohl sich zu dieser Zeit bereits künstliche Zähne aus einem neuen, festeren, 1837 in London erfundenen Porzellanmaterial durchzusetzen begannen.

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Zu allen Zeiten versuchten die Menschen, ihre Zähne durch regelmäßige Reinigung zu schützen. Bereits im 4. Jahrhundert v. Chr. empfahl Hippokrates zu diesem Zweck pulverisierten Marmor (Calciumcarbonat, das in Form von Kalk noch heute als milder Putzkörper in Zahncremes enthalten ist). Die Zahnbürste, 1498 in China erfunden, kam im 17. Jahrhundert nach Europa: In einem überlieferten Brief wird 1649 ein Sir Ralph Verney gebeten, dem Schreiber eine Zahnbürste aus Paris mitzubringen. Als Putzmittel verwendete man zunächst Zahnpulver, später die bequemer anzuwendende Paste aus Kalk, Seife und Zuckersirup. Zunächst wurde die Mischung in Keramiktöpfchen abgefüllt, später in die zusammendrückbaren Tuben, die der amerikanische Künstler John Rand 1841 als Behälter für Ölfarben eingeführt hatte. Moderne Zahncremes enthalten mehrere Komponenten: ein Scheuermittel (»Putzkörper«), Calciumphosphat oder bei transparenten Zahngelen Siliciumdioxid, und einen Schaumbildner, meist Natriumlaurylsulfat. Dieses Tensid hilft, die Zahncreme durch Aufschäumen gut im Mund zu verteilen und den Zahnbelag zu lösen; es sorgt auch dafür, dass sich von der Zahnoberfläche gelöste Teilchen nicht wieder ablagern. Manche Leute registrieren eine kuriose Nebenwirkung: Zahncreme kann die Rezeptoren für bitteren Geschmack auf der Zunge aktivieren mit dem Ergebnis, dass unmittelbar nach dem Zähneputzen genossene Getränke wie Orangensaft unangenehm bitter schmecken. Ein weiterer Hauptinhaltsstoff ist ein Feuchthaltemittel, das die Creme durch das Festhalten von Wasser (rund ein Drittel des Gewichts der Mischung) geschmeidig macht. Häufig verwendet wird Glycerin oder PEG (Polyethylenglycol). Außerdem enthält eine Zahnpasta folgende Zutaten in kleineren Mengen: • Süßstoffe (künstliche wie Saccharin oder natürliche wie Sorbitol),

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• Verdickungsmittel (Carboxymethylcellulose oder Natriumalginat, ein aus Tang isoliertes Kohlenhydrat), • Natriumbenzoat (als Konservierungsstoff – verhindert das Bakterienwachstum), • Fluorid (macht den Zahnschmelz widerstandsfähig), • Aromastoffe (wie Pfefferminze oder Wintergrünöl). Der Sinn des regelmäßigen Putzens besteht darin, Bakterien zu bekämpfen und die Zähne gut aussehen zu lassen. Verfärbungen entstehen jedoch allmählich und lassen sich nicht unbedingt durch Putzen verhindern. Die äußere Schicht eines Zahnes, der rund 2 mm starke, durchsichtige Zahnschmelz, umgibt eine Schicht aus weißem Zahnbein (Dentin). Im Inneren des Zahns befindet sich die Pulpahöhle mit dem Zahnmark, das unter anderem aus Nervengewebe besteht. Schmelz und Zahnbein bestehen aus Calciumphosphat, einem Mineral, das in mehreren Formen vorkommt. Beim Zahnschmelz handelt es sich um Hydroxylapatit, eines der härtesten natürlich vorkommenden Minerale. Behandelt man dieses Material mit Fluorid, dann entsteht der noch härtere Fluorapatit. Leider sind beide Substanzen ein wenig porös. Deshalb können dunkel gefärbte Substanzen, beispielsweise Polyphenole, aus Kaffee, Tee, Rotwein, Blaubeeren und Zigarettenrauch in die Zahnsubstanz eindringen und unschöne Flecken verursachen. Verfärbungen werden außerdem durch bestimmte Antibiotika (Tetracycline) bewirkt, insbesondere, wenn sie von Kindern während der Zahnentwicklung eingenommen werden. Dieser Prozess lässt sich nicht rückgängig machen; aus diesem Grund verschreibt man Tetracycline nur noch Erwachsenen. Verfärbungen rückt man mit Bleichmitteln zu Leibe. Früher verwendete man dazu Salpetersäure, ein Oxidationsmittel, das zwar die Flecken beseitigte, aber dabei einen Teil des Zahn-

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schmelzes gleich mit auflöste. Heutzutage enthalten Zahnweißer bevorzugt ÆWasserstoffperoxid. Der Umsatz mit solchen Mitteln liegt allein in den USA bei über 1,5 Milliarden Dollar jährlich, und auch im Rest der Welt wird die Nachfrage nach strahlend weißen Zähnen immer lauter, gefördert durch das Erscheinungsbild jugendlicher Fernseh- und Filmstars. Der Zahnarzt trägt zum Bleichen eine Paste auf, die 35 % Wasserstoffperoxid enthält. Unterstützt wird die Behandlung manchmal durch Laserstrahlung, die den Prozess angeblich beschleunigt (was nicht so recht bewiesen ist). Innerhalb einer guten Stunde sind die Flecken verschwunden. Dabei wird das Mittel mehrmals aufgestrichen und wieder abgespült. Peroxidpasten sind der Zahnarztpraxis vorbehalten, weil Wasserstoffperoxid bei unsachgemäßer Anwendung in diesen Konzentrationen die Mundschleimhaut angreifen kann. Alternativ kann der Spezialist eine Schiene anpassen, die man zu Hause mit einer Peroxidpaste füllt und gegen die Zähne drückt. Solche Schienen können für einen besonders schnellen Erfolg auch über Nacht im Mund verbleiben. Ein billigerer Weg zum strahlenden Lächeln führt über Carbamidperoxid (oder ÆHarnstoffperoxid; siehe Formelglossar), eine Chemikalie, die im Gemisch mit Wasser Wasserstoffperoxid freisetzt und in verschiedenen frei verkäuflichen Bleichpasten 7) enthalten ist. Carbamidperoxid wird durch Reaktion von Harnstoff mit Wasserstoffperoxid hergestellt. Harnstoff ist als normales Endprodukt des Stoffwechsels, nämlich zur Entsorgung unerwünschter Stickstoffverbindungen mit dem Urin, für den Menschen völlig ungefährlich. Früher wurde die Substanz sogar medizinisch als Diuretikum angewendet, weil sie die Nierentätigkeit anregt und damit die Ausscheidung von Wasser fördert. Feuchtet 7

Handelsnamen sind Exterol, Hyperol, Perhydrit; siehe Glossar unter Harnstoff.

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man Carbamidperoxid an, entweicht Wasserstoffperoxid, das in der Mundhöhle zum Teil durch Enzyme wieder abgebaut wird, bevor es seine bleichende Wirkung entfalten kann. Aus diesem Grund muss man Carbamidperoxid-Pasten etliche Male anwenden, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Besonders bequem ist es, einen Streifen Polyethylenfolie, der ein Peroxidgel enthält, auf die Zähne zu kleben und 30 Minuten lang dort zu lassen. Wiederholt man diese Prozedur täglich, dann sind die Zähne nach einigen Wochen sichtbar aufgehellt. Wer sich die Zähne bleicht, sollte daran denken, dass alle Bleichmittel den Zahnschmelz angreifen. Systematisch untersucht wurde das zum Beispiel von Michelle Dickinson von der Firma Hysitron, einem Gerätehersteller aus Minneapolis. Wie Frau Dickinson im November 2005 bei einem Treffen der US Materials Research Society in Boston berichtete, hat Hysitron ein Instrument zur Messung des Härteprofils entlang der ZahnschmelzZahnbein-Grenze entwickelt. Dickinson ließ CarbamidperoxidLösung in Form frei verkäuflicher Bleichmittel sowie die von Zahnärzten verwendete konzentriertere Paste sieben Mal je eine Stunde lang auf extrahierte menschliche Zähne einwirken und stellte fest, dass Erstere die Härte des Zahnmaterials um 22 %, Letztere sogar um stolze 82 % herabsetzen. Das Ergebnis ist eine erhöhte Wärme- und Kälteempfindlichkeit des Zahns. Die Beobachtungen müssen zwar noch bestätigt werden, eine Warnung aber sind sie allemal: Man sollte seine Zähne, wenn überhaupt, nicht zu oft bleichen. Wer die Mühe und den Zeitaufwand des Bleichens, aber keine Kosten scheut, um die Vorderzähne zu verschönern, kann sich heute auch für Verblendschalen, so genannte Veneers, entscheiden. Die dünnen Plastik- oder Keramikschalen (Letztere sind doppelt so teuer wie Erstere) werden wie ein Furnier auf den Zahn aufgeklebt. Mit der Zeit können sie sich allerdings auch verfärben.

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Was erwartet uns zukünftig auf diesem Gebiet? Idealerweise entdeckt jemand eine Chemikalie, die den Zahnschmelz widerstandsfähig gegen das Eindringen aller Arten färbender Substanzen macht. Schon in näherer Zukunft könnte ein Kaugummi auf den Markt kommen, der Calcium und Phosphat enthält und damit den Gehalt des Speichels an diesen Substanzen erhöht. Wie im Exkurs »Chemie des Speichels« ausführlicher erklärt ist, gehört es zu den Aufgaben des Speichels, kleinste Zahnschäden zu reparieren. Das beste Mittel zur Stärkung der Zähne ist aber nach wie vor Fluorid. Chemie des Speichels Die Speicheldrüsen in der Mundhöhle sondern durchschnittlich pro Tag einen halben Liter Speichel ab. Das Sekret hält nicht nur die Schleimhäute feucht und hilft bei der Verdauung, sondern es enthält auch eine Reparaturmischung für kleine Zahnschäden, vor allem CalciumIonen (120 mg pro Liter Speichel) und Phosphat (14000 mg pro Liter). Der pH-Wert von Speichel ist nahezu neutral (6,8) und bietet damit ideale Bedingungen für den Wiedereinbau von Calcium und Phosphat in den Zahnschmelz. Sinkt der pH-Wert unter 5,5 (saures Milieu), passiert das Umgekehrte: Calcium- und Phosphat-Ionen gehen aus dem Schmelz in Lösung. Der Speichel beherbergt außerdem Millionen von Bakterien,

die in unserer Mundhöhle zu Hause sind. Mehr als 300 verschiedene Arten wurden identifiziert. Die Zahlen mögen erschreckend klingen, geben aber an sich keinen Anlass zur Beunruhigung: Die meisten Arten sind harmlos, manche üben sogar Schutzfunktionen aus. Schon 1683 wies Anthony van Leeuwenhoek mit dem von ihm erfundenen Mikroskop Bakterien an der Oberfläche von Zähnen nach. Was er sah, beschreibt er wie folgt: »… In besagter Substanz [Plaque] befanden sich viele sehr kleine lebende Tierchen. Im Zahnbelag eines einzelnen Mannes tummeln sich mehr Tiere, als es Menschen im ganzen Königreich gibt – insbesondere bei jenen Männern, die sich die Zäh-

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Die einzige Lösung lautet: Zähne und Zahnfleisch bürsten und spülen – und Kaugummi zur Anregung des Speichelflusses kauen.

ne nie putzen und so aus dem Mund stinken, dass man kaum ertragen kann, sich mit ihnen zu unterhalten ….« Das war vor 300 Jahren. Mundhygiene ist noch immer ein Problem.

Seit mehr als 200 Jahren weiß man, dass Zähne von Natur aus Fluorid enthalten. Inzwischen ist auch bekannt, dass dieses Element den Zahnschmelz stärkt: Fluorapatit widersteht den von der Mundflora produzierten Säuren, außerdem hemmt Fluorid die Vermehrung der Bakterien. Aus diesem Grund setzt man Fluorid Zahnpasten, Speisesalz und in manchen Ländern 8) dem Leitungswasser zu. Mit der normalen Nahrung nehmen wir bis zu 3 mg Fluorid täglich auf. Fluoridreiche Nahrungsmittel sind zum Beispiel Hühnerfleisch, Sardinen, Makrelen, Lachs, Eier, Kartoffeln und schwarzer Tee (bis zu 0,4 mg Fluorid pro Tasse!). Ein Liter Meerwasser enthält 1 mg Fluorid, deshalb trägt die Verwendung von Meersalz auch zur Fluoridversorgung bei. Die erste fluoridhaltige Zahncreme, Crest, wurde 1955 von Procter & Gamble auf den Markt gebracht. Der entscheidende Inhaltsstoff war Zinnfluorid (SnF 2 ), das sich bei Forschungsarbeiten von Joseph Muhler an der University of Indiana in den 1940er Jahren als die wirksamste Verbindung erwiesen hatte. Später fand man mit Natrium-Monofluorphosphat (Na 2 PO 3 F) eine noch bessere Alternative. Zähne und Zahnfleisch schützend wirkt auch das Element Strontium. Die Zahncreme Sensodyne enthält 10 % Strontiumchlorid, das den Aufbau des Zahnschmelzes besonders an der Grenze zum Zahnfleisch fördert. Mit fortschreitendem Alter geht 8

nicht in Deutschland (Anm. d. Übers.)

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das Zahnfleisch zurück und die nicht von einer Schmelzschicht bedeckten Zahnhälse liegen frei. Das Dentin ist von vielen winzigen Röhrchen (Tubuli) durchzogen, in denen sich eine Flüssigkeit befindet, die Temperatur- und Druckschwankungen an den Zahnnerv weiterleitet. Frei liegende Zahnhälse sind deshalb sehr empfindlich und können starke Schmerzen verursachen. Strontium hilft, die Tubuli zu verschließen. In nicht allzu ferner Zeit könnten Zahncremes HydroxylapatitNanopartikel enthalten. 9) Sie bestehen nicht nur aus dem gleichen Material wie der Zahnschmelz, sondern sind überdies so winzig klein, dass sie in Poren eindringen und diese verschließen können. Nicht zu vergessen: Hydroxylapatit ist schön weiß. Ralf Nöhrenberg vom Chemiegiganten BASF berichtete 2003 über diese neue Form des Calciumphosphats. Mittlerweile entwickelte eine Forschergruppe um Kazue Yamagishi am FAP Dental Institute in Tokio auf der Basis solcher Nanoteilchen einen synthetischen Zahnschmelz. Brachten sie diese Substanz gemeinsam mit Wasserstoffperoxid auf einen Zahn auf, dann wuchsen neue Apatitkristalle in die Tubuli hinein. Schon nach nur 15 Minuten hatte sich das Material fest mit der natürlichen Zahnsubstanz verbunden. Dass eines Tages Zahncreme mit Apatit-Nanoteilchen auf den Markt kommen wird, ist mehr als wahrscheinlich.

Festgenagelt Bei der ersten Begegnung pflegen Menschen einander verstohlen zu mustern: Forschende Blicke fallen auf Kleidung, Gesicht, Haare und Zähne. Wie Sie in dieser Hinsicht einen guten Eindruck machen können, haben wir bereits weitgehend besprochen. Ein weiterer Prüfstein ist der Zustand der Hände, insbesondere der 9

Nanopartikel haben Dimensionen von Millionstel Millimetern.

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Fingernägel. Saubere, sorgfältig geschnittene Nägel signalisieren Selbstbewusstsein und Sinn fürs Detail. Weniger schmeichelhaft fällt das Urteil über einen Mann mit langen Fingernägeln aus (sonderbar? unverheiratet?), über ein Gegenüber mit abgeknabberten Nägeln (nervös? angespannt?) oder über Trauerränder (schlampig? unsauber?). Männer interessieren sich gemeinhin wenig für ihre Fingernägel; auch der elegante Herr belässt es bei Sauberkeit und regelmäßigem Schnitt. Frauen hingegen haben das Verschönern der Nägel zu einer Kunstrichtung erhoben. Auch viele Damen beschränken sich bei der Nagelpflege auf gute Pflege, regelmäßiges Nachformen mit Schere oder Feile und vielleicht einen dezenten Lack. Manche allerdings – insbesondere Prominente aus dem Medienumfeld oder Ehefrauen von Sportstars – tragen farbig auffällig gestaltete, künstlich verlängerte und mit kunstvollen Ornamenten gestaltete Fingernägel spazieren. Allenthalben schießen Nagelstudios wie Pilze aus dem Boden. Die Fachleute darin nennen sich »Nagelmodellist(inn)en«. Sogar der alte Marktflecken, in dem ich wohne, verfügt inzwischen über zwei solche Salons. Ihre Kundinnen wissen vermutlich nicht, wie viel die Erfüllung ihrer Dekorationswünsche mit Chemie zu tun hat: Nagellacke und Nagelverlängerungen sind ein durchaus lebendiges Forschungsgebiet. Von Nagellack wünscht man sich eine breite Farb- und Strukturpalette, festes Haften am Nagel und splitterfreie Haltbarkeit. Wasserlöslich darf der Lack natürlich nicht sein, aber mit einem ungefährlichen, Nägel, Haut und Umwelt nicht schädigenden Lösungsmittel sollte er unkompliziert entfernt werden können. Alle diese Anforderungen erfüllen die modernen Gemische aus Farbstoffen, Polymeren, Weichmachern und Lösungsmitteln, die heute in den Regalen der Drogeriemärkte stehen. Nagellacke bestehen aus einem Pigment oder Farbstoff, Nitrocellulose für den Glanz und Butylstearat als Weichmacher, der dafür sorgt, dass

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auch die trockene Lackschicht flexibel bleibt und nicht splittert. Eine höhere Festigkeit der Lackschicht erreicht man durch Zusatz eines Toluolsulfonamid/Formaldehyd-Harzes (TSF). Die Verwendung der leicht entflammbaren und in größeren Mengen explosionsgefährdeten Nitrocellulose würden die Hersteller gern umgehen. Eine Alternative sind derzeit Methacrylat-Polymere. Alle genannten Zutaten werden in einem Gemisch aus Lösungsmitteln wie Aceton, Toluol, Isopropanol und Pentylacetat suspendiert. Das Produkt soll leicht fließen, aber schnell trocknen. Isopropanol hält Partikel wie Glitter in der Suspension. Vor dem Bemalen müssen gegebenenfalls die Nagelhaut entfernt und Reste alter Lackschichten beseitigt werden. Ersteres gelingt mit Kaliumhydroxid (KOH), gelöst in einem Gemisch aus Glycerin (12 %) und Wasser; für Letzteres werden Nagellackentferner angeboten, die neben einem Lösungsmittel (Aceton, Ethylacetat) kleine Mengen pflegender Substanzen (Glycerin, Lanolin) enthalten, die den Nagel befeuchten und rückfettend wirken. Künstliche Nägel aus Kunststoff kennt man seit den 1970er Jahren. Sie ersetzten ältere Modelle aus Keramik, deren wichtigster Nachteil die Brüchigkeit war. Polymernägel lassen sich mit der Schere kürzen und mit der Feile sanft in Form bringen. Nagelverlängerungen, eine technologisch nicht unkomplizierte Angelegenheit, können aus verschiedenen Polymeren bestehen. In der Regel stellt man sie aus Polyacrylat oder dem Copolymer ÆABS, Poly(acrylnitril-butadien-styrol), her, das in Steifigkeit und Flexibilität dem natürlichen Nagelmaterial sehr nahe kommt. Idealerweise bedeckt ein künstlicher Nagel rund die Hälfte des echten Fingernagels, dessen Oberfläche vor dem Aufkleben des Kunststoffscheibchens etwas angeraut werden muss. Wie weit die Verlängerung über die Fingerspitze hinausreicht, ist Sache des Anwenders; da die künstlichen Nägel aber beim Wachstum des natürlichen Nagels immer weiter hinausgeschoben werden, ist

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eine gute Schneid- und Feilbarkeit sehr erwünscht. Als Klebstoff kann man Kolophonium benutzen, ein Harz, das zurückbleibt, wenn man den flüchtigen Anteil von Baumölen abdestilliert. Eine synthetische Alternative ist Methylcyanoacrylat, auch Sekundenkleber genannt. Diese Verbindung beginnt sofort zu polymerisieren, wenn sie die geringste Menge Wasserdampf aus der Umgebungsluft aufgenommen hat. Das dabei entstehende Harz fügt Oberflächen sehr fest und sehr schnell (innerhalb von zehn Sekunden) zusammen. Ebenso gut geeignet sind Ethyl- und Butylcyanoacrylat. Dämpfe von Sekundenklebern riechen unangenehm und reizen in Konzentrationen von mehr als 2 ppm (Millionstel Teilen) die Atemwege, weshalb man die weniger flüchtige Ethylverbindung bevorzugt. Einige unglückliche Anwender vertragen die Substanz allerdings nicht: Der betroffene Nagel zerfällt und an den Fingerspitzen entwickelt sich ein Hautausschlag. 1998 wurden dem Department of Medical Sciences der University of Arkansas drei solche Fälle gemeldet. Das Nationale Institut für Arbeits- und Gesundheitsschutz der USA (NIOSH) gibt einen Leitfaden für Nagelmodellisten heraus. Die wichtigste Empfehlung lautet, speziell belüftete Arbeitstische zu verwenden, die Lösungsmittel- und Chemikaliendämpfe sofort ableiten. Nachdem die Verlängerung sicher angebracht und der Übergang zum echten Nagel geglättet wurde, wird das Ganze mit einer gleichmäßigen Schicht überzogen, um die Grenze zu verbergen. Dazu bringt man eine Paste aus pulverisiertem MethacrylatPolymer auf, die beim Kontakt mit dem Luftsauerstoff aushärtet. Zur Beschleunigung dieses Vorgangs kann man der Paste noch Benzoylperoxid zusetzen oder die Fingerspitze mit UV-Licht bestrahlen; manche Polymere härten sogar am Tageslicht. Bis die Oberfläche des Nagels von der Basis bis zur Spitze gleichmäßig glatt wirkt, müssen mehrere Polymerschichten aufgetragen werden. Abschließend kann der Nagel noch bemalt, verziert oder

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sogar mit winzigen Diamanten beklebt werden. Selbstverständlich wächst das künstliche Gebilde mit der Zeit aus dem Nagelbett heraus, bis es schließlich entfernt werden muss. Dazu verwendet man das Lösungsmittel Acetonitril. 10) Die Prozedur ist dem Fachmann vorbehalten, weil Acetonitril vom Körper über die Haut aufgenommen wird. Synthetische Fingernägel bergen natürlich auch Gefahren. Eine Sorge, die amerikanische Chemiker vor ein paar Jahren beschäftigte und sogar im Journal of Chemical Education besprochen wurde, ist die Entzündlichkeit der Kunststoffe. Junge Chemikerinnen, die mit offenen Flammen (zum Beispiel Bunsenbrennern) umgehen müssen, verbrannten sich ernsthaft die Fingerspitzen. Wie in der Zeitschrift nachzulesen ist, entzündet sich ein künstlicher Nagel innerhalb von weniger als einer Sekunde. Bereits die längst nicht so heiße Kerzenflamme auf einer Geburtstagstorte kann zu Unfällen führen. Hat ein Kunststoffnagel einmal Feuer gefangen, so kräuselt er sich und schrumpelt zusammen, wobei Kügelchen geschmolzenen Materials abtropfen. Noch schlimmer wird die Situation, wenn man den brennenden Finger einer natürlichen Regung folgend schüttelt. Aus diesem Grund wird Studierenden, die in Chemielabors arbeiten, vom Tragen künstlich verlängerter Nägel abgeraten. Wie vermutlich jeder Nagelmodellist aus der Erfahrung mit Kunden bestätigen wird, gibt es aber auch Alltagssituationen, die in dieser Hinsicht gefährlich sind, etwa die Arbeit am Gasherd oder das Anzünden von Streichhölzern. Wesentlich gefährlicher als Feuer sind Mikroorganismen. Vier Fünftel der Mikroben, die auf einer Hand leben, verstecken sich unter den Fingernägeln, und einige von diesen Bakterien, Hefen und Pilzen können ernstlich unangenehm werden. Nagelverlänge10

Formel: CH 3 CN

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rungen verstärken diese Probleme natürlich. Das gilt insbesondere für Ärzte und Angestellte im Gesundheitswesen. Künstliche Fingernägel bieten nicht nur Mikroben einen idealen Unterschlupf, sondern sie durchstechen auch Latexhandschuhe. In den USA ist deshalb Ärzten, Krankenschwestern und Therapeuten das Tragen künstlicher Fingernägel untersagt. Die Centers for Disease Control schreiben diesen Berufsgruppen in einer Anweisung aus dem Jahr 2000 vor, ihre Fingernägel stets bis unterhalb der Fingerspitzen zu kürzen und gut zu reinigen. Künstliche Nägel haben mehrfach zum Ausbruch von Infektionskrankheiten geführt. 2004 infizierten sich Frühgeborene auf einer Intensivstation in den USA mit Klebsiella pneumoniae, die unter den Nagelverlängerungen einer Krankenschwester eingeschleppt worden waren. Einige Jahre zuvor war aus ähnlicher Ursache bereits das Leben von Neugeborenen in einer New Yorker Klinik in Gefahr geraten. Damals handelte es sich um Pseudomonas aeruginosa. Drei frisch am Rückenmark operierte kanadische Patienten litten an einer Candida-Infektion der Bandscheibe. Die Mikroben stammten von einer technischen Angestellten im Operationssaal, die künstliche Fingernägel trug. 16 Patienten einer Intensivstation in Oklahoma City starben an einer Infektion mit Pseudomonas aeruginosa, die auf die Fingernägel zweier Krankenschwestern zurückgeführt wurde. Glücklicherweise sind solche Ereignisse relativ selten. Die Vorliebe für bemalte oder verlängerte Fingernägel ist in aller Regel eine harmlose Angelegenheit. Obwohl es den Trägerinnen selbst nicht bewusst ist, erinnern sie ihre Mitmenschen tagtäglich sanft an die Möglichkeiten der Chemie, unser Selbstwertgefühl zu steigern. »Chemikalien« sehen viele Menschen leider per se als Damoklesschwert. Der abschließende Beitrag in diesem Kapitel mag Sie vielleicht davon überzeugen, dass Kosmetika unsere Gesundheit nahezu überhaupt nicht bedrohen.

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Sind natürliche Inhaltsstoffe in Kosmetika »besser« als synthetische Chemikalien? Auf manchen Kosmetikverpa- ckeln, was aber eher selten vorkommt. ckungen wird der Inhalt als »orga- Ein Beispiel ist PPD, der schon benisch«, »natürlich« oder »rein« ange- sprochene Inhaltsstoff von Haarfärpriesen. Das klingt so, als seien diese bemitteln. Eine weitere Gefahr, die NaturProdukte gesünder, eben besser als Mischungen synthetisch hergestellter stoffe mit sich bringen, ist der MikroKomponenten – was ganz und gar benbefall. Kosmetika sind als Minicht zutrifft, oft schon aus dem ein- schung aus Wasser, Ölen, ÆKohlenfachen Grund, dass die Qualität von hydraten, Mineralstoffen und ProteiNaturstoffen nicht einheitlich ist und nen ideale Nährmedien für Kleinstlesie häufig Verunreinigungen enthal- bewesen aller Art. So mancher Käufer ten, während synthetische Verbindun- von »Naturkosmetik« wird diese Ergen in reiner Form hergestellt werden fahrung bereits auf eigene Kosten können und zudem laufend geprüft gemacht haben. Der harmloseste Efwerden. fekt ist dabei der unangenehme GeNatürliche Beimischungen in In- ruch verdorbener Produkte. Aus diehaltsstoffen können allergische Reak- sem Grund kann man auch bei Naturtionen hervorrufen. Das gilt etwa für stoffen nicht auf antibakterielle ZusätSpuren von Enzymen, großen Mole- ze verzichten, deren Wirkung nachkülen, die für den Ablauf wichtiger gewiesen sein muss – das heißt, es chemischer Reaktionen im Inneren handelt sich normalerweise um synlebender Zellen zuständig sind. Unser thetische Verbindungen. Sehr weit Immunsystem empfindet fremde En- verbreitet und auch sehr wirksam zu zyme manchmal als Bedrohung und diesem Zweck sind die ÆParabene, greift sie an. Juckreiz, Hautrötungen, einfache Moleküle und Abkömmlinge Nesselsucht, Entzündungen, Schnup- einer natürlich vorkommenden 11) fen, Kopfschmerzen oder noch Fruchtsäure. Widersinnigerweise Schlimmeres können die Folge sein. Im Prinzip kann man auch auf synthe- 11 Es handelt sich um die Parabenzoetische Chemikalien Allergien entwi- säure, systematisch 4-Hydroxybenzoesäure, die in Erdbeeren und Trau-

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werden gerade Parabene regelmäßig als »Chemie« verteufelt, allein aus dem Grund, weil sie von der chemischen Industrie hergestellt werden – was natürlich nicht zu bestreiten ist. Mit dem Ideenreichtum der Natur bei der Erfindung neuer Substanzen kann der Chemiker nicht mithalten. Manche Naturstoffe sind tatsächlich pharmazeutisch wirksam (nicht, dass die Natur das »im Sinn« gehabt hätte … ). Oft greifen traditionelle Heilmethoden auf Pflanzenextrakte, Substanzen aus Meerwasser oder Ähnliches zurück. Der Chemiker im Pharmazielabor steht dann vor der Aufgabe, einen solchen Stoff naturgetreu nachzubauen und – falls die Wirksamkeit nachgewiesen ist und schädliche Nebenwirkungen weitestgehend ausgeschlossen werden – einen Prozess für die großtechnische Synthese zu entwickeln. Falls die Nebenwirkungen nicht vertretbar sind, kann der Forscher versuchen, das natürliche Molekül gezielt abzuwandeln, wobei das aktive Zentrum der Verbindung bestehen bleibt, während Teile, die unerwünschte Effekte auslösen, entfernt oder durch Alternativen ersetzt wer-

den. Wenn Sie die Liste der Inhaltsstoffe eines kosmetischen Produkts lesen – lauter mehr oder weniger unverständliche chemische Namen –, dann ist Ihnen vielleicht nicht klar, aus welchem Grund jeder einzelne Stoff in der Mischung enthalten ist, aber Sie können sicher sein, dass alle Komponenten nach Standardvorschriften gereinigt und getestet wurden. Und wenn Sie schon zu »Naturkosmetik« greifen, dann erwarten Sie jedenfalls nicht, dass Sie automatisch ein besser wirksames, verträglicheres oder »gesünderes« Produkt erhalten. Machen Sie sich nicht vor, dass Sie Ihrem Körper generell etwas Gutes tun, wenn Sie »chemiefreie« Kosmetik kaufen. Das stimmt nämlich nicht.

ben enthalten ist.

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Neues aus der Apotheke

Innovative Medikamente, Betäubungsmittel und Nahrungsergänzungsmittel BrazilChem, der Hersteller der Skandalöse SchleichwerCreme, gab an, Husseins Agent habe bung bei Misswahl das Unternehmen kontaktiert, nachDie Organisatoren der diesjährigen dem seine Klientin die Runde der Wahl zur Miss World reagierten beletzten zehn Bewerberinnen erreicht troffen darauf, dass die Siegerin der hatte. Der Agent habe mitgeteilt, Konkurrenz, Heidi Hussein (Deutsch- Hussein, die als Teenager unter land), während der Live-Übertragung schwerer Akne gelitten und diese der Show am vergangenen Samstag erfolgreich mit AxAcne behandelt eine Tube Hautcreme der Marke habe, sei der Meinung, ihren MarkterAxAcne in die Kameras hielt. Diese folg BrazilChem zu verdanken. von mehr als drei Milliarden Fernseh»Wir beabsichtigen, viele der zuschauern weltweit miterlebte Akti- Events zu sponsern, bei denen Frau on verhalf dem Hersteller des AntiHussein im Laufe des kommenden Akne-Mittels zu einer Publicity, die Jahres auftreten wird«, sagte die Unim Rahmen einer regulären Produktternehmenssprecherin Dr. Tracey werbekampagne mehr als fünf Millio- Schmidt, »und wir wissen nicht, was nen Euro gekostet haben dürfte. Wedaran verkehrt sein soll. Bekannterder Heidi Hussein noch Miss World maßen litten im Laufe der JahrhunderProductions verriet, wie viel Geld für te Millionen Jugendlicher an Akne diesen »korrupten Werbegag« (so ein und ihrer dauerhaften Folge, einem Kommentator) geflossen war. vernarbten Teint. Diese Probleme Global Times News, 21 März 2025

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gehören der Vergangenheit an, seitdem vor zehn Jahren in den Laboratorien des Dermatologischen Forschungszentrums von Brasilia die Wirksamkeit des GammaHydroxypentyl-chloresters entdeckt

wurde.« Seite 2 … Miss Germany vor und nach der Behandlung mit AxAcne Seite 3 … Bekannter Schönheitschirurg warnt: AxAcne verursacht Hautkrebs

Im ersten Kapitel (»Spieglein, Spieglein an der Wand …«) haben wir gesehen, welche Möglichkeiten uns die Chemie bietet, unser Äußeres attraktiver erscheinen zu lassen. In manchen Situationen aber können Kosmetika wenig ausrichten, weil das Problem viel tiefer liegt. Damit sind wir beim ersten Thema dieses Kapitels, den Hautkrankheiten. Erkrankungen der Haut sind in aller Regel nicht lebensbedrohlich, aber sie können die seelische Lage des Patienten nachhaltig beeinflussen. Warum ausgerechnet ich, fragen sich viele, die an unübersehbaren Ausschlägen oder lästig juckenden Ekzemen leiden. Manche Betroffenen schämen sich so, dass sie sich vor der Welt verstecken oder gar versuchen, ihrem Leben ein vorzeitiges Ende zu setzen. Im hinteren Teil des Kapitels werden wir erleben, dass man Menschen, die mit Altersleiden zu kämpfen haben, heute in verschiedener Weise Erleichterung verschaffen kann, und dass ÆKohlenhydrate nicht nur Nahrungsmittel sind, sondern unseren Körper auch vor bestimmten Gefahren schützen. Anschließend lernen wir betäubende Moleküle in Form moderner Anästhetika kennen und beschäftigen uns zum Schluss mit der sichersten Medizin überhaupt: der Homöopathie. Wirkt sie oder nicht? Die Antwort auf diese Frage wird Sie vielleicht überraschen.

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Hautkrankheiten: Akne, Ekzeme, Schuppenflechte Nur wenig untergräbt das Selbstbewusstsein eines Menschen so nachhaltig wie eine Hauterkrankung – insbesondere, wenn das Gesicht betroffen ist. Akne überfällt uns im Teenageralter, in einer Zeit besonderer seelischer Verletzlichkeit; Ekzeme sind nicht weniger belastend, denn sie verursachen Juckreiz, Narbenbildung und Schlaflosigkeit; Schuppenflechte ist zwar nicht immer sichtbar, kann das Leben aber stark beeinträchtigen, weil die Patienten vermeiden, erkrankte Hautstellen in der Öffentlichkeit zu zeigen. Entstellend wirkt auch die Vitiligo oder Weißfleckenkrankheit, eine Pigmentstörung in Form weißer, pigmentfreier Hautflecken. Westeuropäer sind seltener betroffen, während das Leiden beispielsweise in Indien häufig auftritt. Vitiligo findet Erwähnung im Atharvaveda, einer heiligen, vor etwa 3400 Jahren geschriebenen Textsammlung der Hindus, und wird auch als »weiße Lepra« bezeichnet. In der traditionellen Medizin wurde zur Behandlung der Saft der Bawachi-Pflanze (Psoralea corylifolia) verwendet. 12) Schon damals wussten die Ärzte, dass die weißen Hautflecken nach dem Einreiben mit dem Saft der Sonne ausgesetzt werden mussten. Heute therapiert man Vitiligo unter anderem mit Methoxsalen, einem Wirkstoff, der vom natürlichen BawachiExtrakt abgeleitet ist und ebenfalls nur unter Einwirkung intensiver Lichtstrahlung einen Effekt zeigt. Unsere Haut ist nicht einfach nur die »Verpackung« des Körpers, sondern ein eigenständiges und sehr komplexes Organ – und mit zwei Quadratmetern Fläche das größte noch dazu. Haut kann dünn sein (Augenlid) oder dick (Fußsohle). Sie wächst unablässig 12

Wirksam ist auch ein Extrakt aus dem Großen Ammei (Ammi majus).

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von innen her nach und wird außen abgestoßen. In Form winzigster Schüppchen verlieren wir tagtäglich etwa 2 g Hautzellen. Die äußere Hautschicht heißt Epidermis; unmittelbar darunter folgt die Dermis. Die wasserdichte Deckschicht der Epidermis ist zugleich die vorderste Verteidigungslinie des Organismus; in der tieferen Epidermis, der Basalschicht, werden die Hautzellen gebildet. Zu den Aufgaben der Basalschicht gehört die Wundheilung, an der außerdem weiße Blutzellen beteiligt sind. Daneben enthält sie so genannte Wachstumsfaktoren, die die Zellteilung fördern, und Melanocyten, die den Körper durch die Bildung der dunkel gefärbten Substanz Melanin vor dem Eindringen schädlicher ultravioletter Strahlung schützen. In der Dermis befinden sich außer dem schützenden, gleichzeitig festen und flexiblen Faserprotein Collagen Sinneszellen für die Empfindung von Wärme, Kälte, Schwingungen, Druck und Schmerz. Wie im nächsten Kapitel (»Stimmt die Chemie?«) ausführlich zur Sprache kommen wird, ist die Haut mit apokrinen und ekkrinen Schweißdrüsen ausgestattet. Hinzu kommen Talgdrüsen, die eng mit den Haarfollikeln zusammenhängen und Talg (Sebum), das feste Hautfett, produzieren. Wenn diese Drüsen verstopfen, entstehen Mitesser (nicht entzündliche Komedonen), die sich bei Luftkontakt durch Oxidation schwarz verfärben (schwarze Mitesser). Komedonen sind relativ harmlos und leicht zu behandeln. Wesentlich schwieriger ist es, mit Erkrankungen der Hautstruktur (Akne, Ekzem, Schuppenflechte) fertig zu werden. Akne betrifft die Haarfollikel und Talgdrüsen; einem Ekzem (Dermatitis) mit Entzündungen und Juckreiz liegt oft eine Immunreaktion zugrunde, und die Schuppenflechte (Psoriasis) ist eine Störung der Zellteilung. Obwohl die Ursachen dieser Hauterkrankungen eindeutig verschieden sind, wählt man zur Behandlung teilweise ähnliche Wirkstoffe. Traditionelle Heilmittel für Hautleiden aller Art sind beruhi-

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gende Salben. Lanolin, die Substanz, die Schafwolle gegen das Eindringen von Wasser schützt, bringt eine gewisse Erleichterung durch den Ersatz oder die Ergänzung hauteigener Fette. Ein wirksameres Mittel fand sich, als im 19. Jahrhundert die Gasbeleuchtung eingeführt wurde: Als Nebenprodukte der Gaswerke, in denen Kohle zur Freisetzung des Gases erhitzt wurde, fiel eine ganze Palette von Chemikalien an, unter anderem der Kohlenteer. Dieser enthält tatsächlich eine Substanz, mit der sich Hautkrankheiten behandeln lassen. Als Medikament gegen Schuppenflechte fand Dr. Balmanno Squire 1876 das Goapulver, gewonnen aus dem in Brasilien beheimateten Araroba-Baum. Die chemische Analyse zeigte später, dass die wirksame Komponente – ein Abkömmling des Anthracens 13) – auch im Kohlenteer vorkommt. Bedeutende Fortschritte bei der Therapie von Hautkrankheiten gelangen dann in den 1930er Jahren im Zuge der Erforschung der Hormone, körpereigener Chemikalien, die von verschiedenen Drüsen wie der Nebenniere ausgeschüttet werden. Studien zeigten, dass der Hormonhaushalt den Zustand der Haut maßgeblich beeinflusst. Steroidwirkstoffe, die aus diesen Forschungsarbeiten hervorgingen, werden noch heute zur Behandlung von Dermatitis und Schuppenflechte angewendet. In den 1980er Jahren entdeckte man, dass dem Vitamin D verwandte Substanzen das Hautbild verbessern können. In diesem Zusammenhang wurden die Wirkstoffe Calcipotriol, Calcitriol und Tacalcitol entwickelt. Seit den 1990er Jahren liegt der Schwerpunkt weniger auf der Therapie der Symptome als auf der Heilung der Krankheit selbst, da mittlerweile immer genauer bekannt ist, welche Prozesse die Haut in Mitleidenschaft ziehen. Auch gegenwärtig, zu Beginn des 21. Jahrhunderts, befinden sich Dutzende potenzielle Medikamente 13

Anthracen besteht aus drei miteinander verbundenen Benzolringen. Die Summenformel lautet C 14 H 10 .

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in verschiedenen Stadien des ÆZulassungsverfahrens. Mit etwas Glück steht der eine oder andere Wirkstoff in einigen Jahren auch dem Patienten zur Verfügung. Akne

Die häufigste Störung des Hautbildes ist die Akne. Sie betrifft in der Regel Teenager; neun von zehn Menschen leiden im Laufe des Erwachsenwerdens mehr oder weniger lange und intensiv an dieser Hauterkrankung, die sich durch Pickel, Mitesser, Bläschen oder sogar Zysten äußert. In schweren Fällen bleiben dauerhaft entstellende Narben zurück. Normalerweise bessert sich die Situation, sobald der Patient das 20. Lebensjahr erreicht hat; einer von 200 Betroffenen aber nimmt die Akne mit ins Erwachsenenalter. Akne kann sehr entstellend wirken. Die Ursache der Akne sind verschiedene Veränderungen der Hautstruktur, insbesondere ein übermäßiger Anstieg der Talgproduktion infolge einer gesteigerten Ausschüttung von Sexualhormonen in der Pubertät. Der überschüssige Talg bildet einen idealen Nährboden für Bakterien wie Propionibacterium acnes. Diese Mikroben sondern reizende Substanzen ab, die in die Haut eindringen und die Talgdrüsen zum Anschwellen oder gar zum Platzen bringen. In diesem Fall eilen weiße Blutkörperchen zu Hilfe, um eindringende Mikroorganismen zu bekämpfen, und die Aknetypischen eitergefüllten »Pickel« entstehen. Da die Gesichtshaut besonders reich an Talgdrüsen ist, macht sich eine Akne meist zunächst hier bemerkbar. In einzelnen Fällen kann sie auf Hals, Schultern, oberen Rücken und Dekolleté übergreifen. Akne betrifft nicht nur Teenager, sondern tritt auch als Berufskrankheit auf. Diese von chlorierten Ölen ausgelöste Chlorakne ist durch strenge Arbeitsschutzbestimmungen selten geworden. Außerdem ist Akne eine Nebenwirkung mancher Steroidwirkstof-

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fe, die die Produktion von Sexualhormonen ankurbeln. Schließlich kann auch eine Überempfindlichkeit auf bestimmte Kosmetika (»Kontaktakne«) oder eine häufige Berührung sensibilisierender Flächen (Geigenkinnhalter) zu akneähnlichen Erscheinungsbildern führen. Zur medikamentösen Behandlung von Akne gibt es mehrere Strategien. Es gibt Mittel, die die Talgproduktion hemmen und so ein Verstopfen der Poren verhindern; andere töten das Bakterium Propionibacterium acnes und bekämpfen damit die Entzündung. Am einfachsten ist es, die Haut regelmäßig mit einem der käuflichen Gesichtswässer zu betupfen, zum Beispiel mit Clearasil. 14) Zu den Inhaltsstoffen solcher rezeptfreien Mittel gehören antibakteriell wirksame Substanzen wie Triclosan, Benzoylperoxid oder Salicylsäure, Stoffe, die den Talgpfropf aus den Poren lösen, sowie Entzündungshemmer wie Nicotinamid. Bleibt die Behandlung erfolglos, kann man sich vom Arzt spezielle Präparate verschreiben lassen. In schweren Fällen müssen Aknepatienten Medikamente einnehmen. Es handelt sich um stärkere Antibiotika, kombiniert mit Hormonen. Häufig eingesetzt werden Tetracyclin und Erythromycin. Die Therapie dauert mehrere Wochen. In letzter Zeit mehren sich allerdings die Hinweise auf Resistenzen der Bakterien gegen die genannten Antibiotika. Schlagen sie nicht an, so müssen sie nach drei Monaten abgesetzt werden. Manchmal greift der Arzt dann zu einer noch stärker wirksamen Alternative. Junge Frauen mit schwerer Akne werden oft mit Gegenspielern der natürlichen Hormone behandelt, wodurch die Talgproduktion abnimmt; außerdem wirken diese Präparate empfängnisverhütend. Seit 1982 gibt es ÆIsotretinoin (siehe Formelglossar), einen 14

Unter diesem 1959 in den USA geprägten Markennamen werden unterschiedlich zusammengesetzte Präparate verkauft.

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Wirkstoff, der nach rund einem Monat Behandlungsdauer die Talgproduktion drastisch hemmt und bei manchen Formen der Akne durchschlagend wirkt. Isotretinoin muss in der Regel unter Beobachtung eines klinischen Dermatologen eingenommen werden, weil die hohe Wirksamkeit auch starke Nebenwirkungen mit sich bringt wie Hauttrockenheit, aufgesprungene Lippen, Entzündungen der Augen und Nasenbluten. Isotretinoin hebt den Fettund Cholesterinspiegel des Blutes an. Manche Forscher befürchten deshalb Langzeitfolgen der Therapie. 15) Ungeachtet dieser offensichtlichen Nachteile hat Isotretinoin schon vielen Patienten geholfen, deren Leben durch eine schwere Akne beeinträchtigt war. Das Mittel wird gern verschrieben, insbesondere wenn der Patient bereits eine Behandlung mit Antibiotika hinter sich hat, unter starkem emotionalen Stress leidet oder eine Bildung dauerhafter Narben zu befürchten ist. Allerdings ist der Wirkstoff bei Patientinnen im gebärfähigen Alter kontraindiziert, weil er Missbildungen auslösen kann. Ausnahmen sind nur dann zulässig, wenn die Betreffende wirklich sicher verhütet. Auch nach Ende der etwa zwölfwöchigen Therapie sollten Frauen einen Monat lang nicht schwanger werden. Wie sind die Erfolgsaussichten einer Isotretinoinbehandlung? 40 % der Patienten werden dauerhaft geheilt, 20 % benötigen einen zweiten Therapiezyklus, aber auch bei fast allen anderen stellt sich eine sichtbare Besserung ein. Das Präparat muss mit einem fetthaltigen Nahrungsmittel eingenommen werden, weil der fettlösliche Wirkstoff dann besser vom Körper aufgenommen werden kann. Zu trauriger Berühmtheit kam Isotretinoin vorübergehend, als ein Abgeordneter des amerikanischen Kongresses während der Behandlung Selbstmord beging. Eine generell er15

Alternativ kann Isotretinoin auch in Form einer Creme direkt auf die betroffenen Hautpartien aufgetragen werden.

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höhte Suizidrate von Isotretinoin-Patienten im Vergleich zu Anwendern anderer Aknemittel wurde jedoch nicht nachgewiesen. Isotretinoin ist ein sehr wirksames Mittel. Wer unter schwerer Akne leidet, kann sich heutzutage begründete Hoffnung auf Heilung machen – aber eine Garantie gibt es leider nicht. Ekzem (Dermatitis)

Der Name dieser Hautkrankheit geht auf das griechische Wort für »überkochen« zurück, denn im Akutstadium bilden sich Bläschen auf der Haut, als ob sich der Patient mit kochendem Wasser verbrüht hätte. Normalerweise beobachtet man mildere Formen mit schuppigen, juckenden Hautstellen. Die Versuchung zu kratzen ist (besonders bei kleinen Kindern) groß, wodurch die Gefahr für sekundäre Hautschäden durch Infektionen zunimmt. Die Ursache einer Dermatitis ist oft nicht zweifelsfrei festzustellen. In der Regel beginnt die Erkrankung noch vor Vollendung des ersten Lebensjahres. Immerhin 10 % aller Babys sind betroffen. Ein erstes Symptom ist ein eher harmlos wirkender Hautausschlag im Gesicht, im Laufe des zweiten Lebensjahres bricht die Erkrankung dann vor allem an den Handgelenken, in Ellenbeugen und Kniekehlen aus. Eine Dermatitis kann die ganze Kindheit über quälen, aber in den meisten Fällen verschwindet sie kurz nach der Pubertät. Manchmal flackert sie im Laufe des Lebens wieder auf. Eine Form der Dermatitis, das seborrhoische Ekzem, befällt die mit vielen Talgdrüsen ausgestatteten Regionen von Gesicht, Kopfhaut und Brust. Sie ist an sich eher harmlos, kann aber zur Plage werden, wenn eine Infektion mit Bakterien oder Hefepilzen wie Candida hinzukommt. Zur Behandlung gibt es medizinische Seifen und Shampoos. Die andere weit verbreitete Form ist das so genannte atopische Ekzem (Neurodermitis). Der Auslöser ist meist nicht exakt bekannt, aber der Verdacht fällt oft auf Milch,

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Hausstaubmilben, Wolle, Haustiere, Zigarettenrauch und Duftstoffe in Kosmetika. Nicht wenige Leute reagieren empfindlich auf Nickel, eine Komponente von Edelstahl, aus dem Ohrschmuck, Uhrarmbänder und Verschlüsse von Kleindungsstücken hergestellt werden. Bei einer Kontaktdermatitis schwellen die Blutgefäße in der Haut an, austretende Flüssigkeit lässt das umgebende Gewebe aufquellen und entzündete Zellen können nachgewiesen werden. Hervorgerufen wird dieses Ekzem durch Reizstoffe, die die Haut schädigen und dann in tiefere Schichten vordringen, wo sie eine Vermehrung der ÆT-Zellen auslösen und eine Ausschüttung weiterer entzündungsfördernder Moleküle bewirken. Bei älteren Leuten kann eine Dermatitis als Begleiterscheinung ganz anderer Krankheiten auftreten. Komplikationen entstehen durch Infektionen mit Bakterien (Staphylococcus, Streptococcus) oder Viren (Herpes simplex). Mildere Formen der Dermatitis muss man nicht mit Medikamenten behandeln. Es genügt, auf bekannte Reizmittel zu verzichten, die Haut mit einer Feuchtigkeitscreme zu schützen und Entzündungen vorzubeugen. Viele geeignete Mittel gibt es rezeptfrei in der Apotheke, deren Basis, Kohlenwasserstoffe wie Paraffinöl oder weißes Paraffin, aus Erdöl gewonnen werden und die Haut nicht reizen. Ein Handelsname für flüssiges Paraffin (Mineralöl) ist Nujol, weißes Paraffin ist bekannt als Vaseline. Mischungen von weißem Paraffin und Paraffinöl (mit Zusatz von Emulgatoren) sind sehr hautfreundlich. Wirksam ist oft die Behandlung mit Steroiden. Hydrocortison zum Beispiel ist enthalten in Soventol oder Fenistil Hydrocort (auch rezeptfrei); nur auf Rezept gibt es Cremes mit Betamethason-estern wie das bereits vor 40 Jahren entwickelte Betnovate. Schlägt auch dieses Mittel nicht an, kommt der Wirkstoff Clobetasol-propionat (Dermovate-Creme) und einige ähnliche Substanzen in Frage. Nur in seltenen Fällen spricht eine Dermatitis auf

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keines der genannten Präparate an. Meist wird eine dauerhafte Heilung erreicht. Ist das Ekzem infiziert, verabreicht der Arzt Antibiotika, antivirale Wirkstoffe oder Antimykotika (Mittel gegen Pilze). Bei starkem Juckreiz helfen Antihistaminika. Im Extremfall kann der Dermatologe zu Wirkstoffen greifen, die das überaktive Immunsystem unterdrücken (Cyclosporin, Azathioprin). Einen großen Fortschritt bei der Behandlung von Ekzemen bedeutete die Einführung des Wirkstoffs Tacrolimus, der seit vielen Jahren verwendet wurde, um die Gewebeabstoßung nach Transplantationen zu verhindern. Tacrolimus blockiert die T-Zellen und hilft dadurch auch bei schweren Hautausschlägen. Seit 2003 wird außerdem Pimecrolimus verwendet, eine ähnlich wirkende Substanz, die speziell zur Anwendung direkt auf der Haut entwickelt wurde, Entzündungen, Rötungen und Juckreiz beseitigt und auch von kleinen Kindern vertragen wird. Schuppenflechte (Psoriasis)

Schuppenflechte erkennt man an geröteten, schuppigen Hautarealen. Die Erkrankung kann ein Leben lang bestehen bleiben; normalerweise erleben Patienten jedoch einen ersten Schub während und kurz nach der Pubertät, worauf eine längere Ruhepause folgt, bevor es im Alter erneut zum Aufflackern der Symptome kommt. Rund jeder Fünfzigste ist im Laufe des Lebens von der Schuppenflechte betroffen, deren Auslöser nicht bekannt sind. Der Prozess der Hauterneuerung in den unteren Schichten der Epidermis ist stark beschleunigt. Während eine Hautzelle eines gesunden Menschen im Laufe von vier Wochen reift, die Oberfläche der Haut erreicht und schließlich abgestoßen ist, dauert dieser Vorgang bei einem Psoriasis-Patienten nur zwei Tage. Die abgestorbenen Zellen lagern sich an der Hautoberfläche schichtförmig ab.

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In den betroffenen Hautarealen ist die Epidermis verdickt, stark von Blutgefäßen durchzogen und enthält Immunzellcluster. Die häufigste Form, die Plaque-Psoriasis, befällt Knie, Ellbogen, Kopfhaut und die unteren Rückenpartien. Schon seit längerem bekannt und nach wie vor verbreitet – und mit gewissem Erfolg – im Einsatz sind Heilmittel auf Teerbasis. Inzwischen ist bekannt, dass die Wirkung auf der Hemmung der DNA-Synthese in den Hautzellen beruht; die Zellen können sich dann nicht mehr vermehren. Teercremes und -lotionen wirken entzündungshemmend und beugen Hautrissen vor. Zu den älteren Präparaten gehört auch Dithranol, das bevorzugt stationär verabreicht wird. Das Mittel lindert die Beschwerden, ist allerdings bei den Patienten aufgrund seiner intensiven purpurnen Farbe nicht besonders beliebt. Es wird spätestens 30 Minuten nach dem Auftragen wieder abgewaschen, färbt aber umgebende Hautbereiche und Kleidung nachhaltig. Mehrere andere Substanzen wurden mit sehr begrenztem Erfolg erprobt. Ein Teil der Patienten spricht auf Steroide wie Hydrocortison an, zu bedenken sind hier aber die Nebenwirkungen (besonders auf lange Sicht). Mittlerweile werden sie nicht mehr so bereitwillig verschrieben. Tazarotene gehört ebenfalls zu den Präparaten, mit dem sich eine milde PlaquePsoriasis zumindest zeitweise unter Kontrolle bringen lässt. Prinzipiell wirksam sind Abkömmlinge des Vitamins D. Die ersten derartigen Substanzen verursachten allerdings unerwünschte Störungen des Calciumhaushalts. Über 1500 verschiedene Verbindungen wurden auf der Suche nach einem Wirkstoff synthetisiert, der gegen Psoriasis hilft, aber den Calciumspiegel des Blutes nicht in schädlichem Ausmaß ansteigen lässt. Als am besten geeignet erwies sich die mittlerweile verbreitet verwendete Substanz Calcipotriol. 1975 fand man mit Etretinat eine ebenso wirksame Alternative, die durch Acitretin ersetzt wurde, nachdem sich herausgestellt hatte, dass Etretinat im Körper in das eigent-

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lich wirksame Acitretin umgewandelt wird. Acitretin gehört heute zu den Mitteln der Wahl. Immerhin drei Viertel der Patienten berichten nach der Behandlung von einer merklichen Besserung, rund ein Drittel sogar von einer völligen Heilung. Mit einigem Erfolg wurde Psoriatikern auch Methoxsalen verabreicht, gefolgt von einer UV-Bestrahlung der betroffenen Areale. Vieles weist darauf hin, dass Stress zu den Auslösern eines Psoriasis-Schubs gehört. Deshalb wird den Patienten zu einer psychologischen Behandlung geraten. Tiefenatmung, Meditation oder auch nur das Anhören entspannender Musik können dazu beitragen, eine positive Einstellung zur eigenen Erkrankung zu entwickeln. Die eigentliche Ursache der Psoriasis vermuten die Forscher heute in der Aussendung von chemischen Signalstoffen, so genannten Cytokinen, die in vielerlei Gestalt daherkommen und unter anderem die Zellvermehrung, die abnorme Zellentwicklung und Entzündungsprozesse auslösen oder steuern. Um die Wirkmechanismen verstehen zu können, musste man die Cytokine einzeln identifizieren. Dann konnte man beginnen, spezifische Medikamente zu entwickeln, die die Aktionen der Cytokine verhindern. Schwere Psoriasis behandelt man mit Immunsuppressiva, die aufgrund ihrer starken Nebenwirkungen nur mit größter Vorsicht und unter sorgfältiger Beobachtung verabreicht werden dürfen. Zu einer neuen Klasse von Wirkstoffen, die in das Immunsystem eingreifen, gehören Alefacept und Etanercept (zugelassen 2003), eine Kombination aus zwei menschlichen Proteinen. Alefacept blockiert die Rezeptoren überaktiver T-Zellen, während Etanercept den Tumornekrosefaktor (TNF) deaktiviert, von dem man weiß, dass er die Psoriasis fördert. Die Forschungsarbeiten zu TNF wurden in den 1990er Jahren von Ravinder Maini und Marc Feldman vom Kennedy Institute for Rheumatology in London ausgeführt. Gemeinsam erhielten Feldman und Maini

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dafür den von der Schwedischen Akademie der Wissenschaften ausgelobten, mit 500000 Dollar (plus Goldmedaillen) dotierten Crafoord-Preis. (Der Preis wird in Disziplinen vergeben, für die ein Nobelpreis nicht in Frage kommt.) Etliche – zum Zeitpunkt der Niederschrift dieses Buches mehr als fünfzig – Wirkstoffe zur Behandlung von Akne, Dermatitis und Psoriasis warten in den Pipelines der Pharmakonzerne auf klinische Studien und die eventuelle Zulassung. Hoffnung für Dermatitis-Patienten könnte eine Desensibilisierung der Haut durch Injektion von Enzymen und Allergenen bedeuten. Auf dem Gebiet der Psoriasis-Forschung besteht ein neuer Ansatz in der Unterbindung des Wachstums (durch Hemmung der Wachstumsfaktoren) von Blutgefäßen in den betroffenen Gebieten. In diesem Zusammenhang wirksam sind offenbar auch einige Naturstoffe. Es könnte durchaus sein, dass wir nicht mehr bis 2025 (wie eingangs dieses Kapitels angedeutet) warten müssen, bis ein durchschlagendes Heilmittel für quälende Hautkrankheiten gefunden ist.

Fit bis ins hohe Alter – oder gebrechlich? »Arthritis« bedeutet schlicht und einfach Gelenkentzündung, ein Gebrechen, das seit Jahrtausenden bekannt ist. Schon um 1000 v. Chr. berichteten indische Hindus in ihren Schriften davon; im antiken Griechenland hielt Hippokrates das Krankheitsbild für die Folge einer Vergiftung und empfahl zur Behandlung den Aderlass. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts vermuteten die Mediziner die Ursache in einer Infektion; folglich bemühten sie sich, Entzündungsherde wie Zähne, Mandeln und Blinddarm aus dem Körper zu entfernen. Heutzutage wird die Arthritis als Autoimmunkrankheit betrachtet – das bedeutet, ein fehlgeleitetes Immunsystem wendet sich gegen den Organismus selbst. 70

In der ersten Hälfte des vergangenen Jahrhunderts behandelte man die Arthritis vor allem mit Aspirin, und zwar nicht völlig ohne Erfolg, denn der Wirkstoff wirkt schmerzstillend und entzündungshemmend. Gelegentlich bemerkte man, dass sich Medikamente, die zu ganz anderen Zwecken verabreicht wurden, auch positiv auf die Symptome der Arthritis auswirkten. Ein Beispiel dafür sind goldhaltige Präparate. Bakteriologen hatten bereits 1890 beobachtet, dass Goldcyanid die Vermehrung von Tuberkelbakterien unterdrückt. Erst in den 1920er Jahren jedoch versuchte man, die Tuberkulose tatsächlich mit Goldnatriumthiomalat (besser bekannt als Myocrisin) zu behandeln. Zwar blieb die beabsichtigte Wirkung aus, aber Jacques Forestier, der Leiter der Studie, stellte einen positiven Effekt auf die rheumatoide Arthritis fest. 1935 veröffentlichte Forestier Ergebnisse einer sechs Jahre lang verfolgten Untersuchung: Myocrisin, das tief in den Muskel gespritzt werden musste, verlangsamte tatsächlich das Fortschreiten der Krankheit. Die Behandlung begann man mit einer Dosis von 50 mg; vertrug der Patient das Mittel, folgten wöchentliche Injektionen, bis eine deutliche Besserung der Symptome eintrat. Einer von je zwanzig so behandelten Patienten litt unter schweren Nebenwirkungen, es kam sogar zu mehreren Todesfällen. Mitte der 1980er Jahre wurde Auranofin (Handelsname Ridaura) als zweiter goldhaltiger Wirkstoff nach erfolgreichen Studien an 4000 Patienten in der Arthritistherapie eingeführt. Auranofin kann eingenommen werden; zeigt sich nach sechs Monaten keine Wirkung, muss die Behandlung abgebrochen werden. Damit die Goldatome vom Körper aufgenommen werden können, sind sie über Schwefelatome an ein Kohlenhydrat gebunden. In dieser Form können sie durch die Magenwände in den Blutkreislauf gelangen. Im Stoffwechsel werden sie in das eigentlich wirksame Goldcyanid umgewandelt, das die Immunantwort unterdrückt.

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(Das dazu erforderliche Cyanid hat jeder Mensch in winzigsten Mengen im Körper.) Außerdem bindet Goldcyanid an das Albumin im Blut; Arthritispatienten leiden unter einem erhöhten Serumalbuminspiegel. Inzwischen ist die Goldtherapie ein fester Bestandteil des Waffenarsenals im Kampf gegen die Arthritis. Sie hat sogar einen eigenen Namen bekommen, Chrysotherapie (von griech. chrysos, Gold). Mit Gold behandelt man Patienten, bei denen alle anderen Wirkstoffe versagten. Ein Nachteil der Substanzen ist, dass der Effekt erst allmählich (bis zu zehn Wochen nach Beginn der Einnahme) einsetzt; dagegen steht der unbestreitbare Vorteil einer nachhaltigen, oft bis zu einem Jahr nach Beendigung der Therapie noch merklichen Besserung. In jedem Fall aber dürfen Goldverbindungen nur wenige Jahre lang eingenommen werden. Sonst besteht die Gefahr der Bildung von Goldablagerungen im Körper mit unangenehmen Folgen wie Durchfall und Hautreizungen. Auch ansonsten ist die Goldtherapie keineswegs harmlos. Rund ein Drittel der Patienten berichtet über schwer wiegende Nebenwirkungen, insbesondere juckende Hautausschläge, die so quälend sein können, dass sie den Nutzen der Therapie aufwiegen. Von der rheumatoiden Arthritis unterscheidet man die Osteoarthritis oder Arthrose; während sich Letztere schleichend und oft im höheren Lebensalter entwickelt, trifft Erstere in der Regel Menschen zwischen 35 und 45 Jahren und kann auch sehr schnell ausbrechen – bei 10 % der Betroffenen innerhalb von Tagen, bei weiteren 20 % innerhalb weniger Wochen. Rund 1 % der Bevölkerung leidet an rheumatoider Arthritis (Arthrose tritt dreimal so häufig auf). Die Krankheit verkürzt die Lebenszeit um durchschnittlich fünf Jahre. Die meisten Arthritispatienten können ein relativ wenig beeinträchtigtes Leben führen und benötigen lediglich eine konventionelle Behandlung mit Sport, Physiotherapie, lokaler Wärmeanwendung, Infrarotbestrahlung, Ultraschall oder

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Hydrotherapie im warmen Wasser. Lediglich ein Siebtel ist auf eine Medikamentengabe angewiesen. Die Arthritis beginnt mit dem Anschwellen der Gelenkschleimhäute (vor allem Finger, Handgelenk, Ellbogen, Schultern, Füße, Zehen, Knie und Hüften), greift auf die Knorpelkissen zwischen den Knochen über und beginnt schließlich, die Enden der Knochen zu zerstören. Es kommt zu einer schmerzhaften Entzündung. Knorpelgewebe geht schnell zugrunde, ist aber schwer zu regenerieren, weil es nicht von Blutgefäßen durchzogen ist und deshalb keine Selbstheilungskräfte besitzt. Einige Symptome der Arthritis treten auch bei anderen Erkrankungen auf. Zur sicheren Diagnose hat die American Arthritis Association daher einen Leitfaden herausgegeben. Zu den frühen Warnzeichen gehört eine morgendliche Gelenksteifigkeit, die bis zu eine Stunde nach dem Aufstehen anhält. Ernst zu nehmende Hinweise sind Schwellungen an mindestens drei Fingern, insbesondere an den Mittelfingergelenken, und das symmetrische Auftreten der Schäden an beiden Körperhälften. Labortests können die Diagnose bestätigen. So haben 85 % der Patienten bestimmte Antikörper im Blut (5 % der vollkommen Gesunden allerdings auch). Dauerhafte Gelenkschäden sieht man im Röntgenbild. Es gibt Hinweise auf eine familiäre Häufung der Arthritis, was eine genetische Komponente nahe legt. Ein gewisser Zusammenhang mit einem Gen namens HLA-DR4 wurde festgestellt, aber dieses Gen ist bei einem Viertel der Bevölkerung vorhanden und die überwiegende Mehrheit der Träger hat niemals mit Arthritis zu kämpfen. Als Auslöser vermutet man Viren oder Bakterien; bewiesen ist vorläufig nichts. Was auch immer die Ursache sein mag, hinlänglich aufgeklärt ist der Verlauf der Krankheit: Flüssigkeit lässt die Gelenke anschwellen, und der Körper reagiert durch eine Ausschüttung so genannter Prostaglandine. Das Immunsystem wird aktiviert, und es kommt zur Entzündung. Ziel einer Immunreaktion

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ist normalerweise die Bekämpfung von außen eingedrungener Mikroben oder außer Kontrolle geratener Zellen (etwa Krebszellen); sobald die Gefahr gebannt ist, begibt sich das Immunsystem wieder zur Ruhe. Im Fall der Arthritis wehrt sich das Immunsystem fortgesetzt gegen einen vermeintlichen Feind, wodurch sich die Situation immer weiter verschlechtert. Ursächlich behandeln kann man die Arthritis noch nicht, aber die Symptome lassen sich lindern. Die einfachste Therapie sind Schmerzmittel wie Paracetamol, Ibuprofen und Codein; besonders wirksam (bis zu sechs Stunden je Tablette) ist eine Kombination aus Ibuprofen und etwas Codein. Spätestens wenn diese Mittel nicht mehr helfen, ist ärztlicher Rat angesagt. Nachdem die Diagnose gestellt wurde, verschreibt der Arzt in der Regel ein nichtsteroidales Antiphlogistikum (entzündungshemmendes Mittel), abgekürzt NSAID, um den Prostaglandinspiegel zu senken. Solche Wirkstoffe kann man auch in Form von Salben direkt auf die entzündeten Gelenke auftragen, wobei der Effekt aber nicht lange anhält und nach durchschnittlich einem Monat der Anwendung überhaupt nicht mehr eintritt. Letzteres stellte Weiya Zhang von der University of Nottingham in England 2004 durch eine Studie fest. Für welches Präparat sich der Arzt letztendlich entscheidet, hängt davon ab, wie gut der Patient anspricht und welche Nebenwirkungen (Magengeschwüre, Magenbluten bis hin zur Perforation der Magenwand) auftreten. Rund 12000 Patienten werden jährlich allein in Großbritannien stationär aufgenommen, um diese Nebenwirkungen unter Kontrolle zu bringen. Ganz ohne Prostaglandin kommt der Organismus natürlich auch nicht aus. Während einer NSAID-Therapie wird deshalb vornehmlich älteren und schwachen Patienten, bei denen ein Absetzen des Antiphlogistikums nicht in Frage kommt, Misoproston verschrieben. Dieses synthetische Prostaglandin-Analogon fördert das Abheilen von Geschwüren des Magens und Zwölffingerdarms.

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Wenn die Arthritis auf immer mehr Gelenke übergreift, ist die Gabe eines langfristig krankheitsmodifizierenden Medikaments (DMARD von engl, disease-modifying anti-rheumatic drug), etwa eines der oben beschriebenen goldhaltigen Präparate, angezeigt. Bringt auch dies keinen Erfolg, kann man die am stärksten betroffenen Gelenke operativ ersetzen. Der Einsatz künstlicher Gelenke kann das Leben etwa eines Arthrosepatienten völlig verändern. Mittlerweile wagt man sich sogar an Fingergelenke heran. Für die Zukunft hofft man natürlich, die Krankheit schon von dem Erreichen dieses Stadiums von Grund auf heilen zu können. Potenzielle Wirkstoffe werden derzeit erforscht. Bis es soweit ist, bringen einige bemerkenswerte, erst in jüngster Zeit entdeckte Moleküle zumindest etwas Erleichterung. Eine der ersten Substanzen dieser Art schaffte den Sprung in die Apotheken nur durch die Hingabe eines Mannes, der an das glaubte, was er tat – ungeachtet der Anweisungen seiner Vorgesetzten (siehe Exkurs »Die Unbeirrbarkeit des Arthur Nobile«). DMARDs wie Auranofin können nur vom Spezialisten verschrieben werden. Alternativen sind zum Beispiel Chloroquin, Methotrexat, Penicillamin und Sulfasalazin. Chloroquin ist eigentlich ein Malariamittel. Methotrexat wirkt auf das Immunsystem und wurde besonders in den 1990er Jahren gern gegeben, weil es auch für eine Langzeittherapie in Frage kommt. Penicillamin wirkt recht gut, muss aber monatelang eingenommen werden, bevor sich ein Effekt zeigt. Sulfasalazin wurde speziell als Antirheumatikum entwickelt und in den 1940er Jahren erstmals verwendet. Viele Patienten erhalten Kombinationen aus NSAIDs und DMARDs, sobald die Diagnose feststeht. Auch wenn die gewünschte Wirkung eintritt und die Beschwerden verschwinden, rät man den Patienten, die Therapie fortzusetzen, um einen Rückfall zu verhindern.

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Die Unbeirrbarkeit des Arthur Nobile Über 40 Jahre lang wurde die rheumatoide Arthritis erfolgreich mit Prednisolon behandelt. Das Mittel, 1954 patentiert, wurde von Arthur Nobile entwickelt, einem Mitarbeiter des Pharmaunternehmens Schering. Nobile begann das Projekt in den 1940er Jahren selbstständig; Anweisungen seiner Vorgesetzten, die Arbeiten abzubrechen, ignorierte er einfach. 1954 stellte Schering den Antibiotika-Spezialisten Fernando Carvajal ein, der bald erkannte, dass Nobile bahnbrechende Resultate aufzuweisen hatte. Die beiden Forscher taten sich zusammen, und wenig später lief die Prednisolon-Synthese bei

Schering an. Bereits 1974 wurde der Wirkstoff als einer der wesentlichen Fortschritte bei der Behandlung von Arthritis im Laufe von 20 Jahren gefeiert. Prednisolon unterdrückt die Prostaglandin-Ausschüttung, hemmt die Gelenkentzündung sehr effektiv und erwies sich auch bei der Therapie von Augeninfektionen und chronischentzündlichen Darmerkrankungen (IBD) als hilfreich. Wie andere systemische Steroide auch darf Prednisolon aufgrund der drastischen Nebenwirkungen (unter anderem ein Eingreifen in die Funktion der weißen Blutzellen) heute nur noch begrenzt eingesetzt werden.

Die Wirkung der NSAIDs beruht auf der Blockierung von Enzymen, so genannten Cyclooxygenasen (COX), die Schmerzempfindungen auslösen und Entzündungen hervorrufen. Wie eine Forschergruppe um Daniel Simmons an der Brigham Young University in Provo, Utah, zu Beginn der 1990er Jahre herausfand, lassen sich zwei Typen der Cyclooxygenasen unterscheiden: COX1, die stets im Körper vorhanden sind, und COX-2, die sich normalerweise im Ruhezustand befinden und erst aktiviert werden, wenn sie ein Signal einer angegriffenen Zelle empfangen. Enzyme vom Typ COX-1 haben mehrere Aufgaben. Dazu gehört die Produktion des Schleims, der die Magenwände vor dem Angriff der sauren Verdauungssäfte schützt. COX-2-Enzyme steuern die lokale Ausschüttung von Prostaglandinen; diese wiederum stei76

gern die Empfindlichkeit der umliegenden Schmerzrezeptoren und erweitern die Blutgefäße, um das Anströmen hilfreicher Blutbestandteile zu erleichtern. Die Aufklärung dieser Zusammenhänge dauerte insgesamt drei Jahrzehnte und begann mit den Arbeiten von John Vane (1927-2004), einem der bedeutendsten Forscher auf diesem Gebiet in den 1970er Jahren. 1982 teilte sich Vane den Nobelpreis für Medizin mit Sune Bergström und Bengt Samuelsson. Zu seinen großen Leistungen gehört der Nachweis, dass es sich bei Prostaglandinen um körpereigene chemische Substanzen handelt, die der Organismus am Ort eines Angriffs ausschüttet, um ein Problem zu signalisieren. Die Steuerung der Prostaglandinsynthese eröffnete einen Weg, um Schmerzen und Entzündungsreaktionen unter Kontrolle zu bringen und auf diese Weise Krankheiten symptomatisch zu behandeln. Unspezifische NSAIDs wie Aspirin blockieren die Bildung beider COX-Typen und führen deshalb auch zu einer Schädigung der Magenschleimhaut, die mit Geschwüren und Blutungen einhergeht. Aus diesem Grund suchte man nach einem spezifischen COX-2-Hemmer. 1992 begannen Forscher des Pharmakonzerns Merck mit intensiven Arbeiten auf diesem Gebiet; damals waren bereits einige Wirkstoffe bekannt, die den gewünschten Effekt zu haben schienen, darunter eine Organofluorverbindung von Schering (Flosulide). Die Chemiker bei Merck entdeckten mit Rofecoxib eine besonders wirksame Substanz, besser bekannt unter ihrem Handelsnamen Vioxx. 1994 fanden klinische Studien (ÆZulassungsverfahren) mit Freiwilligen in Belgien statt. Das Medikament wurde gut vertragen, und die Wirkung auf die COX2-Enzyme hielt im Schnitt 24 Stunden an. In Texas testete man Rofecoxib an Patienten, denen Backenzähne gezogen worden waren; es erwies sich als gutes Schmerzmittel, das nach 45 Minuten zu wirken begann. Mehrere weitere Studien stützten diese Anfangsergebnisse, und jahrelange Versuche mit 25000 Patienten

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im Durchschnittsalter von 62 Jahren bestätigten die Hoffnungen. 160 Probanden nahmen sogar das Zehnfache der empfohlenen Dosis ein und ließen anschließend die Magenwände endoskopisch untersuchen. Dabei zeigte sich in keinem Fall eine Schädigung, wie man sie von Aspirin kennt. Im Jahr 2000 wurden die Resultate einer Studie mit 8000 Freiwilligen im angesehenen New England Journal of Medicine veröffentlicht. Die Schlussfolgerung dieser Arbeit lautete, dass Vioxx anderen NSAIDs deutlich überlegen sei. Im März 1999 kam Vioxx auf den Markt. Schon nach kurzer Zeit nahmen die Verschreibungszahlen schneller zu als die aller anderen Arthritismittel. Aber der Erfolg sollte nicht von Dauer sein. Langzeiteffekte des Medikaments wurden in Doppelblindstudien untersucht. Dabei traten Besorgnis erregende Befunde zutage: Vioxx war zwar gut verträglich, verstärkte aber (im Vergleich zu einem Placebo) nach einer Einnahmedauer von rund 18 Monaten die Neigung zu Herzinfarkten und Schlaganfällen. Blut enthält eine Substanz namens Thromboxan, die die Gerinnung bewirkt und von einem COX-1-Enzym gesteuert wird. Durch die Hemmung von COX-1 kann man deshalb die Bildung von Blutgerinnseln, den Auslösern von Infarkten, unterbinden. Zu eben diesem Zweck nehmen Millionen Patienten Aspirin als Blutverdünnungsmittel ein. Wirkstoffe, die nur COX-2 hemmen, bringen diesen zusätzlichen Nutzen nicht – das Infarktrisiko steigt. Ungeachtet dieser Resultate urteilte die Arthritis-Beratungskommission der US-Zulassungsbehörde FDA zu Beginn des Jahres 2005, dass der Nutzen der COX-2-Hemmer grundsätzlich das Risiko überwiege. Die Kommission fand keinen Grund, Vioxx zu verbieten; allerdings sollte das Mittel bei erhöhtem Infarktrisiko (Raucher, Diabetiker) nicht verschrieben und überdies grundsätzlich auf die Nebenwirkung hingewiesen werden. Bereits 2001 hatte das britische National Institute for Clinical Excellence als

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Überwachungsbehörde pharmazeutischer Wirkstoffe empfohlen, COX-2-Hemmer nicht als Routinemedikation zu geben, sondern für Patienten mit erhöhter Anfälligkeit auf Magenbluten zu reservieren. Im September 2004 reagierte Merck auf die Langzeitstudien und nahm Vioxx vom Markt. Es folgte eine Flut von Warnungen vor den Gefahren des Mittels und von Vorwürfen an den vermeintlich Schuldigen – Merck. Unternehmensinterne Dokumente und E-Mails drangen an die Öffentlichkeit, die nahe legten, dass die schädlichen Nebenwirkungen den Forschern bereits im Jahr 2000 bekannt gewesen sein mussten. Peter Kim, Präsident von Merck Research Laboratories, wies diese wilden Anschuldigungen mit einem Hinweis auf das Urteil der FDA zurück, die Vioxx im April 1999 und im Februar 2001 für sicher erklärt hatte. Zum damaligen Zeitpunkt habe kein Anlass für die Herausgabe von Warnungen bestanden. Neue Studien mit mehr als 30000 Probanden bestätigten erst nach zwei bis drei Jahren das erhöhte Infarktrisiko, allerdings nur bei Patienten, die das Mittel mindestens 18 Monate lang eingenommen hatten; statistisch signifikant waren die Zahlen erst bei Einnahmezeiträumen von mehr als 30 Monaten. In der Septemberwoche 2004, als Vioxx vom Markt verschwand, fielen die Merck-Aktien von 55 auf 32 Dollar; einen Monat später standen sie bei nur noch 27 Dollar. Am bedrohlichsten für das Unternehmen waren Prozesse, die Ehepartner von Patienten anstrengten, die unter der Einnahme von Vioxx gestorben waren. Ermutigt wurden die Kläger durch einige spektakuläre Urteile. So musste Merck der Witwe eines Mannes, der einen tödlichen Herzanfall erlitten hatte, unglaubliche 253 Millionen Dollar Schadenersatz zahlen. Ein anderes Gericht sprach den Hinterbliebenen des 71 Jahre alten Lionel Garza nur magere 32 Millionen Dollar zu – wahrscheinlich hatten die Geschworenen in

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Rechnung gestellt, dass der Mann, ein lebenslanger Raucher, immerhin schon über einen vierfachen Bypass verfügte, der einige Jahre zuvor nach einem Herzinfarkt gelegt worden war. Trotzdem wurde Vioxx als Todesursache festgestellt. In einem dritten Fall hingegen fühlte sich ein Gericht nicht in der Lage zu entscheiden, ob die tödliche Herzattacke von Vioxx befördert worden war – verständlicherweise, denn der Patient hatte das Mittel erst einen Monat lang eingenommen. Über zehntausend derartige Prozesse sind allein in den USA noch immer anhängig. Nicht immer allerdings läuft alles nach den Wünschen der unersättlichen Anwälte. Im November 2005 gewann Merck einen Prozess gegen einen Mann, der nach Vioxx-Einnahme einen Herzinfarkt erlitten hatte. Vioxx mag vom Markt genommen worden sein – die wissenschaftlichen Grundlagen des Wirkstoffs hingegen sind unanfechtbar und sinnvoll. Andere Medikamente werden seine Stelle einnehmen, beispielsweise Prexige, nach Angaben der Entwickler bei Novartis an 34000 Patienten getestet, ohne dass ein gegenüber herkömmlichen Schmerzmitteln wie Ibuprofen erhöhtes Infarktrisiko festgestellt worden sei. Auch die Arthritisforschung ist zwischenzeitlich natürlich nicht stehen geblieben. Wie man inzwischen weiß, hängt das zerstörerische Stadium der Krankheit mit Immunzellen zusammen, die Cytokine und Wachstumsfaktoren in den Blutkreislauf ausschütten. So wird die Gelenkschleimhaut angeregt, das Gelenk selbst anzugreifen. Was die Immunreaktion letztlich auslöst, bleibt vorerst ungeklärt. In einigen Pharmaunternehmen arbeitet man an Substanzen, die die Bildung der Cytokine unterdrücken. Mehrere Wirkstoffe haben schon das Stadium der klinischen Erprobung erreicht. Eines der wichtigsten Mitglieder der CytokinFamilie ist der Tumornekrosefaktor (TNF). Dem von weißen Blutzellen gebildeten TNF kommt eine Schlüsselrolle bei der

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Infektionsabwehr zu, und auch am Angriff auf beschädigtes Knorpelgewebe ist der Faktor beteiligt. Im Blut von Arthritispatienten ist TNF ständig nachweisbar. Inzwischen hat man zwei TNF-Antagonisten synthetisiert, Infliximab (Handelsname Remicade) und Etanercept (Enbrel). Sie binden an TNF und entfernen den Faktor aus dem Blutstrom. Ein sehr wirksamer TNF-Blocker ist auch der monoklonale Antikörper Adalimumab (Handelsname Humira), den Abbott Laboratories in Zusammenarbeit mit der Biotechnologiefirma Cambridge Antibody Technology entwickelt hat. Der Umsatz von Humira lag 2005 über einer Milliarde Dollar. Je älter die Bevölkerung in den Industrieländern wird, desto wichtiger wird es, die Arthritis zu beherrschen. Höchstwahrscheinlich wird die Ursache der Krankheit im Laufe der nächsten zehn Jahre gefunden werden; die Chemiker in den Forschungslabors der pharmazeutischen Industrie beginnen dann umgehend, ein Mittel zu suchen, das das Leiden bereits im Frühstadium stoppt oder den Ausbruch überhaupt verhindert. In der Zwischenzeit bleibt allen, die einer Arthritis von vornherein vorbeugen wollen, der hoffnungsvolle Griff zu einem Naturstoff: Millionen Menschen weltweit setzen auf Glucosamin. Glucosamin (siehe Formelglossar), ein Bestandteil menschlichen Knorpelgewebes, findet sich auch in den Zellen der Gelenke. Viele Arthritispatienten und besonders bewusste Gesunde nehmen die Substanz als Nahrungsergänzungsmittel ein – und sie scheint zu helfen. Voraussetzung ist, dass man sich das Mittel leisten kann, denn die Hersteller lassen sich den Nutzen gut bezahlen. Die Handelsspanne der Substanz, die es von den Abfalltonnen der Lebensmittelindustrie bis in die Regale der Apotheken geschafft hat, ist so beeindruckend, dass man eine Philosophie dahinter vermuten muss. Weltweit werden jährlich über 5000 Tonnen Glucosamin hergestellt und verbraucht. Vor allem in

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China gewinnt man den Stoff aus dem natürlichen Polymer ÆChitin, das in Form der Schalen von Shrimps und anderen Krustentieren reichlich anfällt. (Chitin ist nach Cellulose das zweithäufigste Biopolymer. Früher landeten die Schalenabfälle auf Deponien oder wurde im Meer verklappt.) Behandelt man Chitin mit starken Säuren wie Schwefel- oder Salzsäure, dann wird das Polymer in die Glucosamin-Bausteine gespalten. Im Großgebinde kostet ein Kilogramm Glucosamin 7 € – das bedeutet, die Welt Jahresproduktion ist rund 37 Millionen Euro wert –, aber der Kunde bezahlt in der Apotheke oder im Reformhaus selbstverständlich ein Vielfaches (bis über 70 € pro Kilogramm). Dass Glucosamin ein Naturstoff ist, bedeutet nicht, dass man schädliche Nebenwirkungen völlig ausschließen kann. Mehr über Chitin erfahren Sie im folgenden Abschnitt. Vielleicht überrascht es Sie, dass es sich chemisch um einen Kohlenhydrat-Abkömmling 16) handelt. Dies bringt uns zum nächsten Thema.

Heilsame Kohlenhydrate Den meisten Leuten sind ÆKohlenhydrate als Nahrungsmittelbestandteile ein Begriff – reine Energielieferanten, die der Körper mithilfe von Enzymen verdaut. Viele wissen auch, dass manche Kohlenhydrate nicht von den Enzymen angegriffen, sondern unverdaut wieder ausgeschieden werden. Das beste Beispiel für ein verdauliches Kohlenhydrat ist Zucker. Zu den unverdaulichen Kohlenhydraten zählt die Cellulose; sie besteht zwar aus langen Glucoseketten, passiert unseren Verdauungstrakt aber unverändert in Form stabiler »Fasern«. Trotzdem ist sie nützlich, denn sie 16

Glucosamin mit der Summenformel C 6 H 13 NO 5 ist ein Glucosemolekül mit einer Aminogruppe (NH 2 ) an einem der Kohlenstoffatome. Die Substanz wird oft als Gemisch mit einem anderen Aminozucker verkauft, dem in der Gelenkschmiere enthaltenen Chondroitin.

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regt die Darmbewegung an und verhindert damit Verstopfungen. Kohlenhydrate in der Nahrung besprechen wir im Kapitel »Nektar und Ambrosia«; für den Moment wenden wir uns den Perspektiven dieser Stoffe in der medizinischen Therapie zu. Durch Forschungsarbeiten gerade auf diesem Gebiet erreicht die medizinische Chemie derzeit ein neues Niveau – Krankheiten, die lange Zeit als unheilbar galten, können zukünftig behandelt werden. Die Natur erdenkt und verwendet Kohlenhydrate zu Zwecken, die wir erst langsam erkennen (aber noch längst nicht verstanden haben). Kohlenhydrate sind offenbar an den verschiedenartigsten Leiden bis hin zu Asthma und Krebs beteiligt. Eine Forschergruppe um Jack Elias von der Yale University in Connecticut gelangte zu der Überzeugung, dass Chitin der Entwicklung von Asthma zugrunde liegt: In den Lungen von Asthmapatienten fanden sich große Mengen des Enzyms Chitinase, das für die Spaltung des Kohlenhydrats Chitin zuständig ist. Chitin kommt im menschlichen Körper normalerweise nicht vor; es ist das Material der Schalen und Panzer von Insekten, Schalen- und Krustentieren und findet sich auch in Pilzen. Alle diese Lebewesen können Allergien auslösen. Im menschlichen Stoffwechsel ist die Chitinase eigentlich nutzlos. Möglicherweise sucht sie sich selbst eine Aufgabe, indem sie das Immunsystem zu einer Reaktion auf die kleinen Mengen Chitin anregt, mit denen es in Kontakt kommt. Dabei wird ein Asthmaanfall ausgelöst. Falls sich diese Theorie als richtig herausstellt, könnte man Asthma behandeln, indem man die Chitinase unschädlich macht. Daan van Aalten von der University of Dundee in Schottland begann den Vorrat bekannter Wirkstoffe nach einem Molekül zu durchsuchen, das dazu in der Lage ist. Fündig wurde er zu seiner Überraschung bei Coffein – so ließe sich möglicherweise erklären, warum dieser Naturstoff schon so lange in der Asthmatherapie (zur Entspannung der

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Bronchialnerven) erfolgreich ist. Pentoxifyllin, ein chemischer Verwandter des Coffeins, erwies sich als noch wirksamerer Chitinase-Blocker. Eigentlich dient diese Substanz zur Erweichung von Blutgerinnseln, um die Hirndurchblutung zu verbessern. Kohlenhydrate machen rund drei Viertel der Trockenmasse der Pflanzen aus und bilden damit die auf dem Planeten am häufigsten vorkommende Klasse biologischer Chemikalien. In der Vergangenheit wurden sie von der medizinischen Chemie etwas vernachlässigt. Zwei Ereignisse aus jüngerer Zeit änderten jedoch die Situation: Erstens erkannte man, dass Kohlenhydrate eine Schlüsselrolle für die Zellfunktion spielen, und zweitens entdeckte man für diese Stoffe neue Synthesewege. Jahrhundertelang dienten Kohlenhydrate in der Pharmazie nur einem Zweck: Der Medizin wurde Zucker zugesetzt, damit sie besser schmeckte. In den 1930er Jahren begann man dann, Heparin (aus Schweinen) zur Hemmung der Blutgerinnung einzusetzen. Heparin ist ein kettenförmiges, aus fünf Kohlenhydrat-Einheiten bestehendes Molekül und kann inzwischen (dank der Forschungsarbeit des Unternehmens Alchemia aus Brisbane in Australien) synthetisch hergestellt werden. Die Substanz deaktiviert Blutgerinnungsfaktoren und wird zur Vorbeugung von Thrombosen oft nach Operationen (etwa am Hüftgelenk oder im Bauchraum) verabreicht. Dass Kohlenhydrate wichtig für die Funktion der Zellen von Pflanzen und Mikroben sind, weiß man schon länger. Inzwischen hat man aber erkannt, dass dies für alle lebenden Zellen gilt – auch für die des menschlichen Körpers. Zum Beispiel treten Kohlenhydrate in Aktion, wenn eine Samenzelle auf eine Eizelle trifft: Das Spermium erkennt die Eizelle an einem spezifischen Kohlenhydrat auf ihrer Außenhülle, an das es sofort bindet. Dadurch werden Calcium-Ionen aktiviert, die ihrerseits ein Enzym anschalten, das für die Freisetzung von Wasserstoffperoxid zur Vernetzung der langkettigen Membranmoleküle sorgt. Auf diese

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Weise wird die Membran für alle später eintreffenden Spermien undurchdringlich. Der Biologe Gary Wessel von der Brown University beobachtete diesen Vorgang 2004 an Seeigeleiern. Höchstwahrscheinlich passiert bei der Befruchtung eines menschlichen Eies nichts anderes. Kohlenhydrate ziehen Wassermoleküle an. Deshalb befinden sie sich wohl an der Außenseite der Zellmembranen. Diese Wasserverträglichkeit ist allerdings nicht die wichtigste Rolle dieser Moleküle. Manche Kohlenhydrate leiten Botschaften von Zelle zu Zelle weiter; andere Kohlenhydrate sind an der Zelloberfläche an Proteine gebunden, die sie vor dem Angriff bestimmter Enzyme schützen. Nicht zuletzt lässt sich dieser Spieß auch umdrehen: Viren und bakterielle Toxine können sich Kohlenhydrate zunutze machen, um sich Zugang zu den Zellen zu verschaffen. Der Naturstoff Ricin, Bestandteil der Rizinussamen, ist tödlich giftig. Ein Molekül genügt, um eine Zelle umzubringen. Trifft Ricin auf eine lebende Zelle, so bindet es an ein Kohlenhydrat der Oberfläche und wartet ab, bis die Zelle »beschließt«, den Fremdling näher zu untersuchen, und das Molekül hereinlässt. Damit ist ihr Schicksal besiegelt – Ricin bindet an die Position der Zelle, wo die Proteine synthetisiert werden und blockiert sie. Daran stirbt die Zelle. Mit einem ähnlichen Trick dringt das Toxin des Bakterienstamms E. coli O 157 :H 7 durch die Zellmembran. Zu den Viren, die an Kohlenhydrate der Zellmembran andocken, gehört zum Beispiel das Influenzavirus. Was die Natur aber fertigbringt, kann der Mensch auch lernen. Mechanismen dieser Art lassen sich zur gezielten Abwehr natürlicher Feinde ausnutzen. Kohlenhydrate könnten die Basis zukünftiger Impfstoffe bilden. Impfstoffe regen das Immunsystem zur Produktion von Antikörpern gegen eindringende krankmachende Keime an. Hergestellt werden sie aus abgeschwächten oder toten Mikroben oder Bestandteilen von ihnen (Proteine). Im Prinzip kann man sich

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auch Impfstoffe vorstellen, die die komplexen Kohlenhydrate an der Oberfläche der mikrobiellen Angreifer erkennen und entsprechende Abwehrmechanismen starten. Solche Kohlenhydrate wurden bereits identifiziert, aber sie lassen sich nur schwer im Chemielabor kopieren: Die entsprechenden Synthesewege sind bis zu 40 oder mehr Schritte lang, die Ausbeuten sind winzig und zunächst versprach der Ansatz deshalb nicht viel. Die Verknüpfung zweier Kohlenhydrate ist seit jeher problematisch – rein technisch sind die Reaktionen nicht schwierig, aber es gibt sehr viele Möglichkeiten der Verbindung und daher eine ganze Palette von Produkten, von denen nur eines erwünscht ist. Bereits die Identifikation eines speziellen Kohlenhydrats ist kompliziert; das Molekül im Labor nachzubauen, scheint manchmal ein fast aussichtsloses Unternehmen zu sein. Die Kohlenhydratchemie ist wahrhaft unübersichtlich. Um das zu verdeutlichen, denken wir an ein einfaches Glucosemolekül, einen Ring aus einem Sauerstoff- und fünf Kohlenstoffatomen mit fünf reaktiven Hydroxylgruppen, über die sich zwei Glucosemoleküle koppeln lassen. 17) Dafür gibt es insgesamt elf Möglichkeiten. Kommt ein drittes Glucosemolekül hinzu, haben wir für die Kette aus drei Ringen schon 176 Kombinationen zur Auswahl. Bei vier Ringen sind es 1056 und bei fünf Ringen unglaubliche 2144640 Varianten. Vielleicht ahnen Sie jetzt, welch gewaltige Aufgabe es ist, aus dieser Vielfalt ein ganz bestimmtes Molekül zu synthetisieren. Scheinbar mühelos gelingt dies den Enzymen in den Zellen, selbst wenn sie (wie häufig der Fall) Ketten aus zehn oder mehr Bausteinen zusammenzufügen haben. In den letzten zehn Jahren haben die Forscher raffinierte Methoden gefunden, um dieser Probleme Herr zu werden. Pioniere 17

Mehr über die Verknüpfung von Glucosemolekülen erfahren Sie im Kapitel »Nektar und Ambrosia«.

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auf diesem Gebiet waren die Chemiker einer Gruppe um Steve Ley von der Cambridge University in England, denen es gelang, gewünschte Kohlenhydrate mit bis zu elf Bausteinen in einer einzigen Reaktion herzustellen. Ihr Trick bestand in der Anlagerung so genannter Schutzgruppen an diejenigen aktiven Positionen der einzelnen Zuckermoleküle, die bei der gegebenen Synthese gerade nicht reagieren sollten. Ein anderer Ansatz stammt von David MacMillan und Alan Northrup vom California Institute of Technology: Sie stellten fest, dass die Aminosäure Prolin die Kohlenhydratsynthese katalysiert, wodurch die Reaktionen bei Raumtemperatur ablaufen können. Auf diese Weise haben sie Produkte, die man vormals nur mit 44 Schritten erreichen konnte, in zwei Reaktionsstufen hergestellt. Hinzu kommen neue Verfahren zur Synthese einfacher Kohlenhydratbausteine. Dank dieser Entdeckungen lassen sich heute sogar Kohlenhydrate gewinnen, die uns die großzügige Mutter Natur nicht fertig vor die Füße gelegt hat. Sie könnten die Grundlage ganz neuer Wirkstoffe werden. Die größte Hoffnung der Kohlenhydratchemiker ist es, eines Tages einen Impfstoff gegen Krebs zu finden. Aus der Oberfläche von Krebszellen ragen Kohlenhydratmoleküle heraus, die bei gesunden Zellen dort nicht vorkommen. Wenn sich eine Tumorzelle durch den Organismus bewegt, lagert sie sich über diese Kohlenhydrate an andere Organe an. So entstehen Tochtergeschwülste, die Metastasen. Man könnte sich vorstellen, Krebszellen an ihren fremdartigen Kohlenhydraten zu erkennen. Wenn das gelingt, ist auch eine Impfung gegen diese Zellen denkbar. Ein solches Kohlenhydrat, Globo-H, wurde an Brust-, Prostata- und Dickdarmkrebszellen gefunden. Injiziert man Mäusen Globo-H, dann produzieren sie Antikörper, die anschließend die Tumorzellen als fremd identifizieren. Eine alternative Angriffsmethode zielt auf die Enzyme ab, die notwendig sind, um die von der Norm abweichenden Kohlenhydrate zu synthetisieren. Bei Mäu-

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sen konnte man durch Hemmung dieser Enzyme die Größe von Melanomen um 99 % reduzieren. 2003 wurde von Dextra Laboratories und Glycomed Sciences in Großbritannien ein kompliziertes Kohlenhydrat mit der bemerkenswerten Fähigkeit entwickelt, Hautkrebsgeschwülste aufzulösen. Der erste synthetische Impfstoff auf der Grundlage von Kohlenhydraten wurde im November 2003 in Kuba zugelassen. Quimi-Hib schützt vor Haemophilus influenzae Typ b (Hib), einem Bakterienstamm, der vor allem bei Babys und Kleinkindern Lungen- und Hirnhautentzündungen auslöst. Entwickelt wurde die Substanz von Vicente Verez-Bencomo und Violeta FernándezSantana von der Universität Havanna. Die Hib-PneumonieVakzine schützt inzwischen eine Viertelmillion kubanischer Kinder vor der Ansteckung. Vor der Einführung der Impfung gab es in Kuba jährlich hunderte Neuerkrankungen an Pneumonie, 2005 waren es nur noch zwei Fälle. Kuba gehört zu den weltgrößten Zuckerproduzenten. Deshalb interessieren sich die Wissenschaftler dort brennend für Wege, diesen natürlichen Rohstoff innovativ zu nutzen. Der im Überfluss verfügbare Zucker wird in wenigen Jahren mit ziemlicher Sicherheit zu den bedeutendsten nachwachsenden Ressourcen der chemischen Industrie gehören. Ein Rohr- oder Rübenzuckermolekül (Saccharose, siehe Formelglossar) besteht aus zwei Bausteinen, Glucose (Traubenzucker) und Fructose (Fruchtzucker). Die Bindung dazwischen lässt sich mithilfe von Säuren leicht spalten; anschließend können die beiden Zuckerarten getrennt werden. Für die pharmazeutische Industrie ist die Glucose von größerer Bedeutung. Sie kann auch durch Spaltung von Cellulose (unter Mitwirkung von Katalysatoren und Säuren) erhalten werden, aber dieser Weg ist weitaus mühsamer als der Aufschluss von Saccharose. Auch die ersten Schritte auf dem Weg zu einem MalariaImpfstoff, dessen Wirkung auf der Erkennung von Kohlenhydra-

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ten beruht, wurden bereits getan. Zunächst musste das toxische, von dem Parasiten stammende Kohlenhydrat, der Auslöser der Erkrankung, identifiziert werden. Anschließend versuchte man, diese Substanz im Labor zu synthetisieren. Beim ersten Anlauf (1995) benötigten fünf Leute über zwei Jahre, um nur wenige Milligramm der Verbindung zu erhalten. Inzwischen wurden Methoden entwickelt, mit denen sich die tausendfache Menge schneller herstellen lässt. Andere Forschergruppen befassen sich mit Kohlenhydrat-Impfstoffen gegen Pilzinfektionen und infektiöse Magen-Darm-Erkrankungen wie Cholera und Typhus. Vielleicht gelingt es eines Tages sogar, mehrere komplexe Kohlenhydrate in einem Molekül zu vereinen, sodass ein einziger Impfstoff Schutz gegen mehrere Krankheiten bietet. Kohlenhydrate spielen nicht nur für die Vorbeugung, sondern auch für die Heilung eine Rolle. Oft müssen höhere Dosen eines Wirkstoffs verabreicht werden als für eine Therapie eigentlich notwendig ist, weil sich nur ein kleiner Teil des Medikaments im Blut löst. Abhilfe schaffen kann folgende Methode: Man packt die aktive Substanz in ein gut lösliches Transportmolekül ein und lässt ihn so zum Ort der gewünschten Wirkung befördern. Ein solches Verpackungsmittel ist Cyclodextrin (siehe Formelglossar), bestehend aus sechs oder acht Glucoseeinheiten, die zu einem großen Ring verknüpft sind wie die Glieder eines Armbands. Die Außenseite des Cyclodextrinsystems ist wasserfreundlich, die Innenseite hingegen nicht – so bietet der Ring einen angenehmen Aufenthaltsort für Moleküle, die wasserunlöslich oder sogar wasserempfindlich sind, und bringt sie sicher zum Ziel. Auch in manch anderer Hinsicht bringen Kohlenhydrate – insbesondere solche, die von Bakterien hergestellt werden – unserem Organismus Nutzen. Mehr darüber lesen Sie im Exkurs »Bakterielle Kohlenhydrate«.

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Bakterielle Kohlenhydrate Bakterien stellen Kohlenhydrate her, weil sie – wie Pflanzen – Cellulose zur Stabilisierung der Zelle benötigen. Die Mikrobe spinnt das Polymer zu Fäden, die sich selbst zu Bändern verweben. Bakterielle Cellulose ist gewissermaßen der Rolls Royce unter den Cellulosearten: Sie ist wesentlich fester als pflanzliche Cellulose und kann Wasser speichern. Diese Kombination von Eigenschaften erregte das Interesse des Chemikers Dieter Klemm und des Chirurgen Dieter Schumann von der Friedrich-SchillerUniversität Jena. Gemeinsam entwickelten Klemm und Schumann daraus ein Material für künstliche Blutgefäße, das in der Mikrochirurgie eingesetzt werden kann.

Mit bakterieller Cellulose behandelt man neuerdings auch Druckgeschwüre – große offene Stellen, die bei bettlägerigen Patienten durch eine schlechte Durchblutung entstehen und oft jahrelang nicht verheilen. Xylos, ein kleines Unternehmen aus Langhorne in Pennsylvania, vertreibt ein spezielles Verbandmaterial, das die betroffenen Areale nicht nur kleiner werden, sondern auch die tiefer liegenden Hautschichten abheilen lässt. Ausgedehnte Brandwunden schließen sich wesentlich schneller mit einer Membran aus bakterieller Cellulose, die polnische Forscher an der Technischen Universität Lodz entwickelten.

Betäubungsmittel Als es noch keine Betäubungsmittel (ÆAnästhetika) 18) gab, mussten die Chirurgen schnell arbeiten. Manche konnten innerhalb von 18

Der Begriff »Anästhesie« (griech.: anaesthesia) wurde von Oliver Wendell Holmes in einem Brief an den Chirurgen William Morton vom 21. November 1846 geprägt. – Anmerkung der Übersetzerin: Wer sich für die Geschichte der Anästhesiologie interessiert, sei an das Horst-Stoeckel-Museum in Bonn verwiesen ([email protected]), die umfangreichste Sammlung zu diesem Thema auf dem europäischen Kontinent.

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weniger als 30 Sekunden ein Bein abnehmen. Andere Operationen, etwa die Entfernung von Steinen aus inneren Organen, dauerten ein bisschen länger. Der unglückliche Patient war dazu verurteilt, sich – festgeschnallt am Operationstisch oder festgehalten von kräftigen Assistenten – in Höllenqualen zu winden. Es gab einige simple Schmerzmittel wie Alkohol und Opium; manche Patienten wurden, so lesen wir in medizinischen Chroniken, vor dem Eingriff durch einen gezielten Kinnhaken bewusstlos geschlagen. Die Idee, einen Patienten im Tiefschlaf zu operieren, ließ sich jedoch erst in die Tat umsetzen, als man Chemikalien herstellen konnte, die auch den Schmerz vergessen machten. In den Überlieferungen finden sich Hinweise darauf, dass bereits 1540 der große Pharmazeut Paracelsus (1493-1541) Vögel mit Ether 19) (siehe Formelglossar) vorübergehend einschläferte. Offensichtlich verfolgte er diese Experimente aber nicht weiter. Mehr als 200 Jahre sollten vergehen, bis der nächste Schritt getan wurde – die Entdeckung des Distickstoffoxids (N 2 O) durch Joseph Priestley 1772. Das Einatmen dieses Gases hatte eine unterhaltsame Wirkung; so wurde der Name »Lachgas« geprägt, unter dem die Substanz der Öffentlichkeit bekannt wurde. Am 26. Dezember 1799 unternahm Humphry Davy einen Selbstversuch: Er setzte sich in eine geschlossene Kiste, in die 20 Quart (rund 20 Liter) Lachgas eingeleitet wurden. Sein Erlebnis beschrieb er hernach so: »Ich verlor völlig die Verbindung zur Außenwelt. Lebhafte Bilder zogen unablässig an meinem Geist vorbei, und sie verbanden sich mit Wörtern in einer Weise, die völlig neue Empfindungen erregte. Nichts existiert außer den Gedanken! Das 19

Gemeint ist der allgemein als »Äther« bekannte Diethylether, H 3 C-CH 2 -OCH 2 -CH 3 . (Anm. d. Ü.)

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Universum besteht aus Eindrücken, Einfällen, Freude und Schmerz.« Kein Wunder, dass die Inhalation von Lachgas zur Volksbelustigung wurde – besonders in Studentenkreisen. Davy erfreute sich nicht nur der von N 2 O bewirkten Hochstimmung, sondern äußerte auch die Idee, Patienten mit dem Gas in einen Zustand schmerzunempfindlicher Bewusstlosigkeit zu versetzen. Offenbar hatte kein Chirurg Lust, den Vorschlag in die Tat umzusetzen. Viele weitere Jahre mussten vergehen, bis die ersten einfachen Chemikalien zu diesem Zweck an Menschen getestet wurden. In den 1820er Jahren experimentierte der englische Chirurg Henry Hill Hickman mit Kohlendioxid, womit er Tiere in den Tiefschlaf versetzen konnte; er versuchte aber nicht, die Methode auf Menschen zu übertragen. Am 30. März 1842 nahm der Amerikaner Crawford Williamson Long die erste Operation unter Ethernarkose vor. Er entfernte dem Patienten erfolgreich eine Zyste. Mehrere weitere Versuche folgten, aber der Kühnheit wurde ein jähes Ende gesetzt, als sich Long der Zauberei verdächtigt und von der Lynchjustiz bedroht sah und daraufhin (verständlicherweise) schleunigst zu den althergebrachten Verfahren zurückkehrte. Andere ließen sich nicht so leicht abschrecken. Der Zahnarzt Horace Wells ließ sich 1844 unter Ethereinfluss selbst einen Zahn ziehen. Ungefähr zur gleichen Zeit betäubte William Morton am Massachusetts General Hospital einen Patienten für eine größere Tumoroperation. 1847 zeigte James Simpson, dass sich Chloroform ebenso gut als Anästhetikum verwenden ließ, und John Snow verwendete dieses Mittel 1853, als Königin Viktoria den Prinzen Leopold zur Welt brachte. Die dankbare Monarchin verlieh Chloroform das königliche Gütesiegel und sicherte damit die Zukunft der Anästhesiologie.

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In systematischen Versuchen stellte sich heraus, dass eine 1:2:3-Mischung der Dämpfe von Alkohol, Chloroform und Ether, bekannt als »ACE«, am besten wirkt. Obwohl keineswegs frei von Risiken, blieb ACE über hundert Jahre lang das Narkosemittel der Wahl. Ether ist extrem feuergefährlich; zwar kam es nur bei statistisch jeder 100000. Operation zu einem Unfall, dann jedoch waren die Etherbrände und Explosionen verheerend. Chloroform ist zwar nicht brennbar, aber manche Menschen vertragen es nicht; immer wieder starb ein Patient innerhalb von Minuten, oder es blieben nach der Narkose schwere Leberschäden zurück. (Lachgas ist wesentlich ungefährlicher – man verwendet es selbst heute noch –, aber die Narkose ist weit weniger tief.) Die bis hierher beschriebenen frühen Narkosemittel wurden eher durch Zufall entdeckt. Konnten die Chemiker durch systematische Forschungsarbeit kein besseres Anästhetikum aufspüren? Fast ein Jahrhundert lang lautete die Antwort nein, obwohl ab und an narkotisierende Substanzen gefunden wurden. Ob Ethylchlorid, Trichlorethylen, Cyclopropan oder Vinylchlorid – jede Verbindung hatte ihre Nachteile, sei es die Feuergefährlichkeit oder im Experiment festgestellte toxische Nebenwirkungen. Das Problem war, dass niemand wusste, warum die ChloroformNarkose in der beobachteten Weise funktionierte. Zweifellos musste ein Anästhetikum flüchtig sein, damit der Patient es einatmen konnte; es musste von der Lunge leicht aufgenommen und durch den Blutkreislauf weiter zum Hirn geleitet werden. Die Moleküle mussten genau die richtige Größe besitzen, um die Kanäle der Zellmembranen zu blockieren, durch die Natriumatome befördert werden, denn der Natriumtransport liegt der Weiterleitung elektrischer Impulse in den Nervenfasern zugrunde. Membranen sind fettähnliche Substanzen; je besser sich also das Anästhetikum in Lösungsmitteln löste, die auch Fett lösen, desto besser sollte es wirken. Das ideale Narkosemittel sollte darüber hin-

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aus ungiftig und chemisch inert sein, aber lange haltbar und nicht zu teuer; es durfte kein wichtiges Organ schädigen und nicht entzündlich sein; die Wirkung sollte schnell eintreten und lästige Nebenwirkungen wie Übelkeit sollten möglichst nicht auftreten. Sowohl Ether als auch Chloroform erfüllen einen Teil dieser Forderungen. Eigentlich war nichts weiter zu tun, als Ether weniger feuergefährlich zu machen oder Chloroform weniger toxisch. Chloroform ist flüchtig, unbrennbar und verträgt sich mit Fettgewebe. Die meisten Menschen tragen nach der Behandlung keinen Schaden davon. Tauscht man die Chloratome in einer organischen Verbindung gegen Fluor aus, so ist das Produkt allgemein weniger giftig und gleichzeitig flüchtiger. Diese Überlegung führte zu einer neuen Generation von Narkosemitteln. Die Forschungsarbeiten fanden in den Labors der Imperial Chemical Industries in Widnes, Lancashire, unter der Leitung von Charles Suckling statt. Seine Gruppe stellte zahlreiche gasförmige oder flüchtige Verbindungen her, die Fluor-, Chlor- und Bromatome enthielten, denn die Entflammbarkeit sinkt mit der Anzahl der Wasserstoffatome im Molekül, während gleichzeitig die Flüchtigkeit zunimmt. Dadurch ist gesichert, dass die Konzentration der Dämpfe hoch genug ist, um den Patienten einschlafen zu lassen. Sucklings Gruppe fand allmählich auch heraus, wie ein Molekül beschaffen sein musste, damit es in ausreichender Menge ins Hirn gelangte, ohne in größeren Mengen in andere Organe einzudringen, wo es möglicherweise zu schädlichen Stoffen abgebaut werden konnte. 1958 wurde Halothan (siehe Formelglossar) patentiert, das sich als großer Erfolg erwies. Bald wurde das Mittel verbreitet eingesetzt, obwohl sich mit der Zeit Hinweise auf Nebenwirkungen häuften. Bei manchen Patienten zeigten sich Schäden der Leber, wo Halothan in Trifiuoressigsäure, eine giftige ÆCarbonsäure, umgewandelt wird. In den 1980er Jahren kamen die nächsten viel versprechenden

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Anästhetika auf den Markt, Enfluran und Isofluran (siehe Formelglossar). Sie werden ebenfalls in der Leber abgebaut, und zwar zu 2 % (Enfluran) bzw. nur 0,2 % (Isofluran). Enfluran wurde von 1981 an klinisch verwendet; Isofluran hielt man noch einige Jahre zurück, weil mehrere Studien darauf hindeuteten, dass das Mittel bei Mäusen zu Leberkrebs führt. Die Arbeiten hielten einer genauen Prüfung nicht stand, und von 1984 an landete auch Isofluran in den Operationssälen – seinem widerlichen Geruch zum Trotz, der seine Beliebtheit beim medizinischen Personal nicht eben steigerte. Und wie stand es mit Gesundheitsschäden durch die neuen Anästhetika? In einer statistischen Analyse wurden die Nebenwirkungen, von denen 17201 mit Enfluran oder Isofluran behandelte Patienten berichteten, den unerwünschten Effekten bei einer gleichen Anzahl Halothan-Patienten gegenübergestellt. Das Sterblichkeitsrisiko aller Mittel war vergleichbar; Herzanfälle traten bei den neuen Mitteln häufiger auf, insbesondere berichteten mehr IsofluranPatienten von Herzklopfen. Isofluran wurde, speziell in der Kinderheilkunde, mittlerweile durch Sevofluran ersetzt. Das in den 1970er Jahren erstmals synthetisierte Anästhetikum wirkt stark und schnell. Besonders verbreitet ist die Anwendung in Japan. Zu den neueren Narkosemitteln gehört auch Desfluran. Die beiden letztgenannten Substanzen lösen sich so gut wie nicht im Gewebe, weshalb sie kaum in andere Teile des Organismus vordringen. Die Aufwachzeit wird kürzer, und es treten weniger Probleme mit Gedächtnisverlust auf. Desfluran ist das Mittel der Wahl in der ambulanten Chirurgie. Lachgas ist aufgrund seiner schnellen Wirkung noch immer im Einsatz. Häufig wird es anderen Anästhetika in geringen Mengen zugesetzt, um Narkosezwischenfällen einer besonderen Art vorzubeugen: Es kann vorkommen, dass während einer Operation die Zufuhr des Narkosegases unterbrochen wird (wenn beispielsweise die Vorratsflasche leer ist), ohne dass es der Anästhesist

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bemerkt. Der Patient beginnt, das Bewusstsein wiederzuerlangen, empfindet extreme Schmerzen und wird schwer traumatisiert. Hohe Schadensersatzforderungen an das betreffende Krankenhaus sind die logische Folge. Lachgas sorgt dafür, dass der Patient in solchen Situationen nicht mitbekommt, was vorgeht. Das ungefährlichste Anästhetikum ist sicherlich Xenon, ein gasförmiges Element, das in Form einzelner, chemisch nahezu völlig unreaktiver Atome vorkommt. Seit mehr als 50 Jahren ist die Eignung von Xenon für den Operationssaal bekannt. Auf den Markt kam das Gas zu diesem Zwecke trotzdem nicht – es ist einfach zu selten und deshalb zu teuer. Die Erdatmosphäre besteht nur zu zwei Billionsteln aus Xenon. Das sind insgesamt zwar zwei Millarden Tonnen, von denen jährlich jedoch nur eine Tonne in Luftverflüssigungsanlagen abgeschieden wird. Warum Xenon nicht häufiger vorkommt, ist eine unbeantwortete Frage. Vielleicht ist der größte Teil des Gases in Form von Gashydraten oder in Gesteinen in der Erdkruste eingeschlossen. In sehr speziellen Fällen könnte Xenon trotzdem den Weg in die Krankenhäuser finden: Nach Eingriffen an den Herzkranzgefäßen bilden sich oft Mikroblutgerinnsel, deshalb leiden die meisten Patienten an mehr oder weniger deutlichen Verlusten der geistigen Fähigkeiten. Eine gemeinschaftliche Studie des Imperial College London und des Medical Center der Duke University in North Carolina zeigte 2003, dass nach einer Xenon-Narkose die Häufigkeit von Hirnschädigungen abnimmt. 20) Der weltweite Arzneimittelmarkt hat ein Jahresvolumen von 20

Xenon könnte eine medizinische Zukunft auch in der Kernspintomographie (MRI) haben: Lungengewebe kann man im normalen MRI nicht sehen. Sichtbar machen kann man es, wenn man Xenon in die Lunge gibt. Verantwortlich dafür ist das Isotop Xenon-129 (27 % des natürlichen Xenons), das dazu mit polarisiertem Licht aus einem Rubidiumlaser mit extrem hoher Leistung angeregt werden muss.

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mehr als 500 Milliarden Dollar. Davon entfallen 45 % auf die USA, 11 % auf Japan, 6 % auf Deutschland, 5 % auf Frankreich, 4 % auf Großbritannien und nur 2 % auf das bevölkerungsreichste Land der Erde, China. Am meisten verschrieben werden Cholesterinsenker (6 % des Umsatzes), Medikamente zur Kontrolle der Magensäureproduktion (5 %) und Antidepressiva (4 %). Die verbleibenden 85 % verteilen sich auf die verschiedensten Leiden vom Muskelkater bis zum heimtückischen Tumor. Ungeachtet der Erleichterung, die die Pharmaforschung unzähligen Patienten brachte, und des unbestreitbaren Nutzens der modernen Arzneimittel gibt es nicht wenige Menschen, die die Motive der Pharmaindustrie anzweifeln, ihren Produkten misstrauen und sich alternativen Heilverfahren zuwenden. Einer der populärsten Ansätze ist zweifellos die Homöopathie. Homöopathische Mittel: Wirken sie – oder wirken sie nicht? Die Antwort mag Sie überraschen: Anhänger der Methode davon aus, Ja, homöopathischen Mitteln ist eine dass das Mittel umso wirksamer ist, je gewisse Wirkung nicht abzusprechen, stärker man es verdünnt. Die Wirkung obwohl sie nichts als Wasser enthal- soll dabei durch eine bestimmte Art ten. Die Herstellung eines flüssigen des Schüttelns entstehen, die so gehomöopathischen Arzneimittels be- nannte Sukkussion. Samuel Hahneginnt mit einer Lösung einer aktiven mann, der Vater der Homöopathie, Substanz (ein Salz, ein pflanzlicher schrieb vor, das Gefäß mit der Lösung Stoff), die mit 99 % Wasser verdünnt 150-mal gegen ein in Leder gebundewird. Mit einem Tropfen dieser Lö- nes Buch zu schlagen. Heutzutage sung verfährt man ebenso – und so übernehmen Maschinen diese Aufgaweiter, 12-mal, 30mal oder noch öfter. be. Man kann berechnen, dass die Lösung Wie kann es sein, dass eine derart am Ende dieser Prozedur nicht ein verdünnte Lösung irgendeine Wireinziges Molekül der Wirksubstanz kung zeigt? Die Antwort liegt nicht in enthält. Seltsamerweise gehen die dem Mittel selbst, sondern in den

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ausführlichen Sitzungen im Gespräch mit einem mitfühlenden Homöopathen, die der Behandlung vorausgehen. Diese Psychotherapie hilft dem besorgten Patienten. Das heißt, der Wirkmechanismus ist der gleiche wie bei Placebos – den Effekt der Letzteren kann man bei klinischen Studien in großem Maßstab, den Doppelblindversuchen, gut beobachten. Placebos enthalten stets unwirksame, harmlose Substanzen wie Cellulose, trotzdem bringen sie rund 30 % der einnehmenden Probanden die gewünschte Erleichterung. Aus diesem Grund wirken bei vielen Menschen auch homöopathische Mittel. Für Ungläubige wie mich selbst, die davon überzeugt sind, nichts als reines Wasser zu sich zu nehmen, bedeuten sie schlicht einen Verlust von Zeit und Geld. Manche Homöopathen behaupten, das Wasser in ihren Lösungen verfüge über eine Art »Gedächtnis« und habe die Erinnerung an den aktiven Inhaltsstoff, der zu Beginn in konzentrierterer Form vorlag, bewahrt. Selbst in seriösen Fachblättern erschienen Arbeiten, die vorgeblich bewiesen, dass das Wasser selbst nach zahlreichen Verdünnungsschritten noch in der

Lage sei, Zellen zu beeinflussen. Keine dieser Arbeiten hielt einer Prüfung stand; in den speziellen Homöopathie-Zeitschriften allerdings wird man nie auch nur den leisesten Zweifel an dieser Überzeugung finden. Könnten die Nachfolger Hahnemanns nachweisen, dass Wasser quasi einen Abdruck einer Substanz bewahren kann, die einmal darin enthalten war, dann könnten sie zumindest den Vorwurf der Skeptiker, die Lösung enthalte keinerlei Wirkstoff, entkräften. In diesem Fall müsste man allerdings davon ausgehen, dass Wasser die Erinnerung an sämtliche Dinge bewahrt, die darin gelöst waren, nicht nur an die nützlichen … Es wurde tatsächlich berechnet, dass das Londoner Trinkwasser vorwiegend aus der Themse stammt und durch unzählige Rohre und Abwasserkanäle geflossen ist, bis es in einer Kaffeekanne landet. Man mag sich gar nicht vorstellen, an welche Moleküle sich dieses Wasser noch erinnern könnte. Die Wirksamkeit alternativer oder ergänzender Therapien ist gar nicht so leicht zu bewerten. Wer von den wissenschaftlich hinterlegten Behandlungsmethoden überzeugt ist, wie ich sie in diesem Kapitel beschrieben

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habe, ist schnell geneigt, die alternative Medizin als Quacksalberei abzutun. Aber manchen Leuten hilft sie eben. Sehr gut beschrieben werden die Zusammenhänge in dem 2005 erschienenen Buch The Whole Story: Alternative Medicine on Trial? von

Toby Murcott. Murcott zieht den Schluss, dass die Streitfrage nach der Wirkung alternativer Medizin nur beantwortet werden kann, wenn beide Seiten mit einem gerüttelt Maß an Demut in die Diskussion gehen.

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Stimmt die Chemie?

Allerlei Hilfsmittel für romantische Stunden Global Times News, 21 März 2025 Romantik unter den Achseln Ein Deodorant, das die anrüchigen Dünste, die Bakterien unter den Achselhöhlen produzieren, in erotisierende Moleküle umwandelt, wurde jetzt vom weltführenden Chemiekonzern ChinaChem auf den Markt gebracht. Gestern wurde »Love Chemistry« in den internationalen Modezentren – Hongkong, Mumbai, Rio de Janeiro und Tokio – sowie auf einem Mitternachtsball in New York vorgestellt. Wie Carlos Mao Tung, der Chef von ChinaChem, berichtete, geht das Produkt nach insgesamt sechs Jahren Entwicklungsarbeit an den Start: Drei Jahre dauerte die intensive Forschung in den Labors von Shanghai, drei weitere Jahre vergingen mit Sicherheitstests und Verbraucherstudien. »Love Chemistry veränderte offensichtlich das Leben etlicher Probanden. Die Rückmeldungen klangen enthusiastisch«, sagt Mao Tung. »Das

Deodorant lässt, wie wir entdeckt haben, den Serotoninspiegel im Hirn steigen. Dadurch verbessert sich das Selbstwertgefühl, der Anwender bekommt Lust auf Sex und hat mehr Freude daran.« Auf die Frage nach dem drohenden Verbot des Produkts in der Europäischen Union aufgrund der enthaltenen Chemikalien drückt Mao Tung sein Bedauern aus. Zwar bleibe den EUBürgern offiziell versagt, von diesem Fortschritt der Forschung zu profitieren; Love Chemistry werde aber in EU-Anrainerstaaten wie der Schweiz und Norwegen in die Parfümerien kommen. Seite 5 … Filmstar berichtet von Experimenten mit Love Chemistry und zwei männlichen Hauptdarstellern Seite 6 … Pariser Parfumeur: Love Chemistry führt bei jungen Frauen zur Unfruchtbarkeit

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Die Bemerkung, zwischen zwei Liebenden stimme »die Chemie«, zielt auf eine starke gegenseitige sexuelle Anziehungskraft ab. Selbstverständlich aber braucht es auch verschiedenste Hilfsmittel aus dem Bereich der »gewöhnlichen« Chemie, um die romantische Begegnung gut vorzubereiten. Mit ihnen beschäftigt sich dieses Kapitel. Zunächst sprechen wir darüber, wie man verhindert, einen potenziellen Partner durch einen üblen Körpergeruch abzuschrecken; anschließend sehen wir, welche Chemikalien das sexuelle Erlebnis angenehm und erfolgreich werden lassen, und schließlich geht es noch um die ewige Frage nach der Verhinderung des von der Natur eigentlich vorgesehenen Ergebnisses eines jeden Sexualakts – aus der trauten Zweisamkeit wird eine Dreisamkeit … Auch hier kann die Chemie Auswege eröffnen. Thema der Streitfrage am Schluss des Kapitels sind Chemikalien, mit deren Hilfe ein sexueller Kontakt gewaltsam erzwungen wird, die so genannten »Date Rape Drugs«.

Anrüchiges Von allen Sinnen am meisten kommt es beim Sex offenbar auf den Geruchssinn an. Vertraut und animalisch zugleich, kann er tiefste Empfindungen wecken. Leider wissen wir über unser Riechvermögen weniger als über die anderen vier Sinne, zudem ist es beim Menschen weitaus schlechter entwickelt als bei vielen anderen Arten. Trotzdem können wir sehr viele Geruchsnuancen ziemlich gut wahrnehmen. Der Geruchssinn ist der chemische Sinn schlechthin. Damit unterscheiden wir einzelne Moleküle; die analytischen Fähigkeiten unserer Nase sind bemerkenswert. Vier Quadratzentimeter der Innenfläche unserer Nasenhöhle sind mit Millionen von Nervenfasern wie mit einem mikroskopisch feinen Flaum überzogen. Die Oberfläche der Härchen ist von einem Schleimfilm bedeckt, der Moleküle aus der Atemluft vorübergehend festhält. Die 101

Partikel werden entweder sofort erkannt oder – wenn es sich um etwas Unbekanntes handelt – in Kategorien (angenehm, übel usw.) einsortiert. Die Geruchsrezeptoren sind außerordentlich empfindlich. Sie können sogar zwischen der links- und der rechtshändigen Form, also den beiden spiegelbildlichen Varianten, eines Æchiralen Moleküls unterscheiden: Linkshändiges Limonen riecht nach Kiefernnadeln, rechtshändiges nach Orangen. Um die Empfindlichkeit unseres Riechorgans in Zahlen zu erfassen, wollen wir uns ansehen, in welchen Mengen wir verschiedene Substanzen noch wahrnehmen. Ammoniakgas zum Beispiel riecht abstoßend; wir registrieren seine Moleküle bis hinab zu Konzentrationen von fünf Millionstel (ppm) oder 5000 Milliardstel (ppb) Teilen der Atemluft. Das »Aroma« fauler Eier, Schwefelwasserstoff, riechen wir noch in Konzentrationen von 100 ppb, Mundgeruch (Dimethylsulfid) bei 1 ppb und den Kotgestank von Skatol (siehe Formelglossar) gar noch bei 0,4 ppb. 21) Der Umgang mit der Maßeinheit ppb ist Ihnen vielleicht nicht geläufig. Zur Veranschaulichung übertragen wir die Einheit auf die Zeit: 1 ppb entspricht einer Sekunde in 30 Jahren; 0,4 ppb ist dann eine Sekunde in einem ganzen Leben von 75 Jahren. Als besonders übel riechend empfinden wir im Allgemeinen Amine, ÆCarbonsäuren und ÆSchwefelverbindungen; allerdings kommt es auch auf die Situation an, in der wir mit dem Geruch konfrontiert werden. Betrachten wir etwa die Carbonsäuren: Essigsäure ist unangenehm, wenn man an einer Weinflasche riecht, denn sie weist darauf hin, dass der Inhalt verdorben ist; an einer 21

Skatol ist zwar am charakteristischen Geruch menschlicher Exkremente schuld, wird aber – in allerwinzigsten Mengen – auch Aroma- und Duftstoffen zugesetzt. In sehr niedrigen Konzentrationen riecht Skatol angenehm süßlich. Enthalten ist die Substanz mit der Summenformel C 9 H 9 N zum Beispiel im Duft der Calla.

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Salatmarinade dagegen ist der Essiggeruch durchaus erwünscht. Mit zunehmender Länge der Kohlenstoffkette, an die die Carboxylgruppe gebunden ist, verändert sich der Geruch der Carbonsäure. Vier Kohlenstoffatome – Butansäure – bewirken den Gestank ranziger Butter, sechs Kohlenstoffatome – Capronsäure – lassen die Verbindung nach caper, lateinisch für Ziege, riechen. Während Capronsäure den Liebhabern von Ziegenkäse willkommen sein mag (auf dem Teller jedenfalls), verbindet sich damit auch eine Ahnung von Schweißfüßen. Unser Organismus produziert Duftstoffe, die offenbar abstoßend wirken sollen. Frischer Schweiß riecht harmlos, eher sogar anziehend; bald aber stürzen sich darauf Bakterien, die ihn durch die Produktion von Säuren ranzig werden lassen. Dazu gehört beispielsweise die auch in Kuhmilchkäse enthaltene 3-Methylbutansäure. Auch Urin beleidigt die Nase noch nicht, wenn er den Körper gerade verlässt (der Duft wird sogar von den Herznoten mancher Parfums nachgeahmt), er beginnt erst penetrant zu stinken, wenn sich darin Bakterien vermehren, die Amine erzeugen. Ähnlich ist es mit dem Mundgeruch: Er geht auf das Konto von Bakterien, die Proteine in Essenresten verdauen, wobei Schwefelverbindungen wie Methylmercaptan und Dimethylsulfid gebildet werden. Methylmercaptan registriert unsere Nase in Konzentrationen von 0,2 ppb. Allerfeinste Spuren davon sind in Trüffeln enthalten, einem seltenen Pilz, der unter der Erde wächst, aber von Hunden und Schweinen »erschnüffelt« werden kann. Die Anzahl der Schwefelatome in einem Molekül steht im Zusammenhang mit der Intensität des Geruchs. Die Titanenwurz, ein Aronstabgewächs (Amorphophallus titanum) 22) blüht nur sehr selten – so selten, dass ein solches Ereignis Schlagzeilen in den 22

Die auf Sumatra heimische, in der Landessprache Aas- oder Leichenblume genannte Pflanze wird bis zu drei Metern hoch.

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Zeitungen macht. In Kalifornien wurde das Schauspiel im Juni 2003 von über 1000 Besuchern bestaunt, ebenso 2005 im englischen Kew Gardens. Eine besondere Rarität war im Mai 2006 im botanischen Garten der Universität Bonn zu beobachten: Die dortige Titanenwurz entwickelte gleich mehrere Blütenstände auf einmal. Der »Duft« der Blume wurde als der von verdorbenen Eiern beschrieben, gelegt von einem verfaulten Huhn in einem verstopften Abwasserrohr. Noch einen Kilometer von der Blüte entfernt lässt sich der Aasgeruch wahrnehmen. Glücklicherweise ist die Sensation nach zwei Tagen vorbei. Die exklusiven Aromastoffe der Titanenwurz sind Dimethyl-disulfid (zwei Schwefelatome in der Mitte des Moleküls) und Dimethyl-trisulfid (mit drei Schwefelatomen). 23) Normalerweise locken diese Verbindungen Fliegen zu einem Kadaver. Amorphophallus leitet die Insekten zu ihrer Blüte um und hält sie dort einen ganzen Tag fest, bevor sie sie wieder freilässt – nur, damit sie von anderen solchen Blüten gefangen werden, die sie dann befruchten. Weibliche Goldhamster benutzen auch Dimethyl-disulfid als Lockstoff. Allerdings erregen sie damit nur die Aufmerksamkeit des Männchens, nicht seinen Sexualtrieb. Damit der Angebetete sie besteigt, muss die Hamsterin einen weiteren Stoff ausschütten, diesmal ein kleines Proteinmolekül. Im Tierreich ist das Anlocken von Partnern durch Geruchsstoffe sehr weit verbreitet. Das männliche Nachtpfauenauge kann die Anwesenheit eines fünf Kilometer entfernten Weibchens registrieren. Können Sie sich vorstellen, wie wenige einzelne Moleküle dem Tier dazu offenbar ausreichen? Der wissenschaftliche Name für Sexuallockstoffe lautet »Pheromone«. Im Labor versucht man, Pheromone synthetisch herzustellen, um Schädlinge anlocken und vernichten zu können. Dabei ist aber zu bedenken, dass 23

Die Formeln lauten CH 3 SSCH 3 bzw. CH 3 SSSCH 3 .

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man so nur die männlichen Individuen erreicht – und ein einziges Männchen, das sich erfolgreich paart, genügt, um eine Unzahl von Nachkommen zu erzeugen. (Ich habe selbst versucht, dem Apfelwickler in meinem Obstgarten mit einer Pheromonfalle zu Leibe zu rücken. Zwar habe ich Dutzende von Männchen gefangen, aber wirklich aus der Welt schaffen konnte ich das Problem damit nicht.) Nicht in allen Fällen geben die Männchen das Pheromon ab. Der Moschusochse lockt weibliche Artgenossen mit Muscon an, einer Chemikalie, die er aus einer speziellen Drüse absondert; Eber sorgen bei den Sauen mithilfe von Androstenon für Paarungsbereitschaft. Dieses Molekül entsteht auch unter den Achselhöhlen von Menschen, insbesondere Männern, die deshalb leicht nach Moschus riechen können. Fühlen sich Frauen davon angezogen? Manche Männer scheinen davon überzeugt zu sein, denn man kann die Substanz als Spray in Sexshops kaufen. Wissenschaftlich ist nicht bewiesen, dass die Verbindung auf Menschen sexuell erregend wirkt. Allerdings gibt es Hinweise darauf, dass wir Stoffe wahrnehmen und darauf reagieren, auch wenn die Geruchsrezeptoren nicht ansprechen. Der Pheromondetektor in unserer Nase wurde überflüssig, als die Menschen dazu übergingen, das andere Geschlecht optisch auf sich aufmerksam zu machen. Man vermutet, dass unsere Ahnen unter den Primaten genau dann das Interesse an Pheromonen zu verlieren begannen, als sie (vor 23 Millionen Jahren) das Farbsehen entwickelten. Der aufrechte Gang trug zu dieser Entwicklung bei: Die optische Wahrnehmung der Umgebung wird stark verbessert, aber die Nase entfernt sich von der Region, wo sie am nützlichsten ist – direkt über dem Boden. Manche Forscher meinen, die Fähigkeit, auf Pheromone zu reagieren, sei nicht vollständig verschwunden. So konnte man zeigen, dass das Verhalten von Frauen von geruchlosen Molekülen beeinflusst werden kann,

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die ein Mann ausströmt. George Preti und Charles Wysocki vom Monell Chemical Senses Center in Philadelphia berichteten 2003, dass geruchsfreie Moleküle, die unter den (sauberen) Achselhöhlen eines Mannes abgewischt wurden, einige weibliche Probanden beruhigten und bei anderen gar den Spiegel der Hormone veränderten, die den Eisprung steuern. 24 ) Verantwortlich dafür ist vermutlich Androsta-4,16-dien-3-on, das wichtigste Androstenon der männlichen Achselbehaarung; es ist auch in Samenflüssigkeit enthalten. Hirnuntersuchungen an Frauen zeigten, dass die Substanz den Glucosespiegel beeinflusst. Was das bedeutet, ist noch nicht geklärt. Die größte Studie zur Beurteilung der Riechfunktion fand 1986 mit 1,5 Millionen Probanden aus aller Welt statt. Die Teilnehmer erhielten eine Kollektion auf Karton aufgebrachter Duftstoffe (so genannte Scratch-and-Sniff-Karten) mit einem Fragebogen. Getestet wurden Adrostenon, Isoamylacetat (Banane), Glaxolide (synthetischer Moschus), Eugenol (Gewürznelken), Rosenöl und ein Mercaptan (der Stoff, der Erdgas zugesetzt wird, um es »riechbar« zu machen). Die Hälfte aller Probanden konnte alle sechs Gerüche richtig zuordnen, nur 1 % schaffte es in keinem Fall. Frauen schnitten besser ab als Männer. Am seltensten erkannt wurde Androstenon. Sollte es sich dabei tatsächlich um ein menschliches Pheromon handeln, dann besteht die Wirkung jedenfalls nicht in einem unwiderstehlichen Duft. Bereits vor 300 Jahren entdeckten Anatomen an beiden Innenseiten der Nasenhöhle, etwa einen Zentimeter oberhalb der Na24

Frauen könnten ebenfalls Moleküle abgeben, die auf ihre Mitmenschen wirken – besonders auf andere Frauen. Das könnte erklären, warum sich bei gemeinsam lebenden Frauen der Menstruationszyklus allmählich synchronisiert. Welche Moleküle dafür verantwortlich sind, hat noch niemand herausgefunden. Studien an der University of Chicago in den 1990er Jahren deuten zumindest darauf hin, dass sie aus den Achselhöhlen stammen.

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senlöcher, zwei kleine Schläuche – das Vomeronasalorgan (VNO), auch Jacobson’sches Organ genannt nach dem Mann, der es 1811 bei Tieren erstmals genau beschrieb. Lange Zeit wurde dem menschlichen VNO keine Beachtung geschenkt, da zwischen ihm und dem Hirn keine Nervenverbindung besteht; man hielt es für den Überrest eines ehemals funktionsfähigen Organs, das im Laufe der Evolution seine Bedeutung verloren hatte. Für andere Arten gilt dies nicht; bei Mäusen zum Beispiel scheint es sehr wichtig zu sein. Als man ihnen einen Teil der Proteinstruktur des Organs entfernte, verhielten sie sich beim Wettstreit um Sexualpartner viel weniger aggressiv, gleichzeitig ließ die Fürsorglichkeit bei der Pflege des Nachwuchses nach. David Berliner – ein früherer Anatomieprofessor, der ins Unternehmerlager wechselte – beobachtete 1997, dass sich männliche Probanden entspannten, wenn er winzige Mengen eines Steroids auf das VNO brachte; Puls und Atemfrequenz sanken. Offensichtlich ist das VNO nicht so inaktiv, wie bislang angenommen wurde. Genomforscher von der Rockefeller University in New York fanden im Jahr 2000 heraus, dass wir noch immer über fünf potenziell funktionsfähige Gene verfügen, die für VNORezeptoren wie die von Mäusen codieren. Vielleicht erleben wir also doch noch die Entwicklung eines menschlichen Sexuallockstoffs – und das eher, als wir denken, denn die Sexualchemie ist ein durchaus lebendiges Forschungsgebiet (siehe Exkurs »Chemie, die uns anmacht«). Chemie, die uns anmacht Im Juni 2004 berichtete James Pfaus von der Concordia University in Montreal in einer Arbeit, die in der Online-Ausgabe der Proceedings of the National Academy of Science USA

erschien, ein Proteinmolekül mit dem Codenamen PT-141 habe Erektionen bei männlichen und sexuelle Erregungszustände bei weiblichen Ratten bewirkt. Nach der Verabreichung des

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Mittels hätten sich die weiblichen Nager ausgelassen verhalten und mit verschiedenen Tricks versucht, die Männchen auf sich aufmerksam zu machen und schließlich zur Paarung zu veranlassen. Ob Weibchen der Art

Mensch ebenso reagieren, wurde noch nicht getestet. PT-141 ist ein hormonähnliches Molekül. Der zugehörige Rezeptor im Hirn, Melanocortin, ist bekanntermaßen an der Regulierung des sexuellen Verlangens beteiligt.

Vorläufig aber müssen wir uns auf die herkömmlichen Methoden beschränken, um unseren Körpergeruch zu beeinflussen – und die größte Sorge dabei besteht darin, nicht abstoßend zu riechen. Wie andere Leute unseren Körpergeruch empfinden, können wir nicht wissen. Deshalb versuchen wir einfach, die Haut sauber zu halten und Regionen, die säuerlich riechen können, entsprechend zu behandeln. In den folgenden Abschnitten beschäftigen wir uns zunächst mit reinigenden Kosmetika; es folgen schweißhemmende Mittel (Antitranspirants) und geruchsneutralisierende Substanzen (Deodorants).

Wasch mir alle Sorgen ab Wer nicht unangenehm riechen will, tut gut daran, sich regelmäßig zu waschen. Am einfachsten ist es, unter die Dusche zu gehen. In den Regalen der Drogerieabteilungen finden wir Hunderte von Duschbädern, die nicht nur Sauberkeit, sondern auch Wohlgefühl für die Haut versprechen. Unsere Haut ist von einer Fettschicht geschützt, dem Talg (Sebum). Beim Baden oder Duschen waschen wir gemeinsam mit dem Talg abgestorbene Hautzellen, Schmutz und die darin lebenden Bakterien ab. Seifenmoleküle eignen sich von ihrer chemischen Zusammensetzung her für die Entfernung von fettigem Schmutz. Sie haben aber einen gravierenden Nachteil, auf den wir im Kapitel »Alles blitzt und blinkt« näher eingehen werden, nämlich die Bildung 108

unlöslicher Seifenränder mit den im Wasser enthaltenen Mineralien (»Wasserhärte«). Bei synthetischen Tensiden hat man dieses Problem zwar nicht, dafür aber wirken sie viel stärker als Seifen und beseitigen neben dem Fettschmutz gleich auch noch den Schutzmantel aus Hautfett. Die Haut wird dann spröde und juckt. Aus diesem Grund ließ sich das erste kommerziell erfolgreiche synthetische Tensid, Natriumalkylbenzolsulfonat, gar nicht in Kosmetika verwenden. Eine Modifikation des Moleküls brachte Abhilfe: Ersetzt man die Benzylgruppe durch eine zwölfgliedrige Kohlenstoffkette, dann entsteht ein viel milderes Reinigungsmittel, das sich gut für Haut und Haar eignet. Die Kohlenstoffkette heißt ÆLaurylrest. Auch Natriumlaurylsulfat (siehe Formelglossar) ist nicht völlig frei von Nachteilen. Die Verbindung löst sich in kalten Wasser ziemlich schlecht, und die trüben Flüssigkeiten, die man so erhält, sehen in durchsichtigen Flaschen nicht sehr attraktiv aus (bei Zahnpasta und Rasiercreme stört das allerdings wenig). Einen Ausweg fand man durch den Einbau einer Polyoxyethyleneinheit in direkter Nachbarschaft zur Sulfatgruppe. Das Produkt, Natriumlaurethsulfat (siehe Formelglossar), bildet klare wässrige Lösungen und ist inzwischen in vielen Shampoos enthalten. Ungeachtet der nachgewiesenen Ungefährlichkeit dieser milden Waschsubstanzen finden sich immer wieder Leute, die vehement dagegen zu Felde ziehen – siehe Exkurs »Mit schmutzigen Tricks gegen ein sauberes Mittel«. Mit schmutzigen Tricks gegen ein sauberes Mittel Gegen Ende der 1990er Jahre und Natriumlaurethsulfat Stellung tauchten im Internet plötzlich zahlrei- nahmen. Die Chemikalien, so wurde che Verbrauchergruppen auf, deren behauptet, führen zu Haarausfall, Homepages zur vermeintlichen Ge- lassen Babys erblinden und (natürlich) fährlichkeit von Natriumlaurylsulfat erregen Krebs. Als eigentliche Verur-

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sacher dieser Schäden wurden Nitrosamine ausgemacht oder Dioxin. Keiner der Vorwürfe ließ sich belegen. Der Hinweis auf Dioxin gar kam durch mangelndes chemisches Fachwissen zustande: Bei der Herstellung von Kosmetika wird das Lösungsmittel Dioxan verwendet – das klingt zwar so ähnlich wie Dioxin (eine zugegebenermaßen höchst giftige

Substanzklasse), ist aber ein vollkommen anderes Molekül. Dioxan riecht angenehm, die Dämpfe sollte man allerdings nicht einatmen. Besucher dieser Homepages, von den Meldungen in Alarmstimmung versetzt, wurden direkt zu Vertreibern von (definitionsgemäß ungefährlichen) »Naturprodukten« umgeleitet.

Tenside – eine Stoffklasse, die wir im Kapitel »Alles blitzt und blinkt« unter die Lupe nehmen werden – teilt man in vier Kategorien ein. Ihnen gemeinsam sind zwei Strukturmerkmale, eine Kohlenwasserstoffkette und eine wasserlösliche Endgruppe. Nach der Art dieser Endgruppe – positiv, negativ, positiv und negativ (»amphoter«) oder überhaupt nicht geladen (»nichtionisch«) – richtet sich die Klassifikation. In Kosmetika verwendet man Tenside der beiden zuletzt genannten Kategorien. Amphotere Tenside schäumen sehr stark und brennen nicht in den Augen, deshalb eignen sie sich zum Beispiel für Babyshampoos. Nichtionische Tenside sind besonders mild. Man findet sie in Kosmetikprodukten aller Art. Ein Tensid für ein Schaumbad sollte völlig durchsichtig sein und auch verdünnt im Badewasser so bleiben. Diese Anforderung erfüllen nichtionische Tenside, die Duftöle in der Suspension halten, bis sie schließlich unmittelbar auf der Haut des Badenden freigesetzt werden. Duschgele enthalten oft Natriumlaurylsulfat, zunehmend aber auch neuere Tenside wie die so genannten Alkylglykoside, die man aus nachwachsenden Rohstoffen wie Zucker und Pflanzenölen gewinnt. Alkylglykoside sind sanft zur Haut und bilden außerdem einen angenehm cremigen, vom 110

Verbraucher geschätzten Schaum. Zudem lassen sie sich zu transparenten Mischungen verarbeiten – eine glasklare Substanz, verkauft in einer ebensolchen Flasche, macht auf potenzielle Käufer einen sauberen, reinen Eindruck. Weitere Inhaltsstoffe von Reinigungsprodukten sind Natriumchlorid (Salz), das die Tensidmoleküle zusammenhält und so als Verdickungsmittel wirkt, und ein Säureregulationssystem aus einer milden Säure (wie Milchsäure, eine Carbonsäure), die den pH-Wert absenkt, und ihrem Natriumsalz (Natriumlactat), das diesen niedrigen pH-Wert konstant hält. Die Besiedlung des Gels mit Bakterien verhindert man durch Zusatz eines Konservierungsmittels, in der Regel eines ÆParabens. Auch Parabene standen übrigens bereits im Kreuzfeuer der Umweltaktivisten. Schließlich gehören in ein Dusch- oder Schaumbad natürlich noch Duftöle, vielleicht sogar Teebaumöl, das ein prickelndes Gefühl auf der Haut hinterlässt. Sie haben geduscht, sie fühlen sich sauber – und ziehen aus, um die Welt zu erobern. Was aber, wenn es draußen (oder dort, wo Ihr Date stattfindet) heiß, feucht und stickig ist? Dann fangen Sie an zu schwitzen, und alle Anstrengungen, attraktiv zu wirken, werden von nassen Flecken auf Haut und Hemd zunichte gemacht. An manchen Stellen, besonders in den Achselhöhlen, beginnen Bakterien, ihr lästiges Werk zu tun – unangenehme Gerüche verbreiten sich, die Ihre Mitmenschen mit mangelnder Hygiene in Verbindung bringen. All dies gemeinsam ergibt natürlich nicht gerade das Annäherungssignal, das Sie eigentlich aussenden wollten. Nun könnten Sie es halten wie die Menschen in vergangenen Jahrhunderten – Sie könnten die abstoßenden Körpergerüche durch reichlich Parfum überdecken (was dann an sich schon verdächtig ist). Viel besser wäre es, dafür zu sorgen, dass die üblen Abbauprodukte gar nicht erst entstehen. Greifen Sie also zu Deodorants oder Antitranspirants. Woraus sie bestehen, erfahren Sie jetzt.

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Aluminium unter der Achsel Acht von zehn Männern in den westlichen Industrieländern, heißt es, behandeln ihre Achselhöhlen täglich mit Chemie gegen Nässe und Geruch. Die Frauen haben schon vor mehr als hundert Jahren damit angefangen, aber die ersten Produkte, die zu diesem Zweck auf dem Markt erschienen, erforderten Geschicklichkeit bei der Anwendung, hinterließen eine klebrige Schicht auf der Haut und Ränder auf der Kleidung. Moderne schweißhemmende Mittel lassen sich einfach auftragen, fühlen sich auf der Haut angenehm trocken an und lassen keine weißen Spuren zurück – nicht einmal auf schwarzen Blusen. Besonders schnell ist man mit Sprays: Zwei Sekunden, und schon ist das Produkt großflächig und gleichmäßig verteilt. Roll-ons brauchen Zeit zum Trocknen; Stifte sind sparsam und trocknen schneller als Roll-ons, aber so manche(r) streicht sie nicht gern über trockene, behaarte Haut. Die Wirkstoffe der Schweißhemmer sind Aluminium- und Zirkoniumverbindungen. Damit sie keinen weißen Rückstand auf Hemden und T-Shirts hinterlassen, setzt man sie in Form winzigster und deswegen nahezu unsichtbarer Partikel zu. Alle diese Substanzen sind absolut ungefährlich und durch die Behörden (FDA in den USA, Kosmetikrichtlinien 1976 und 1995 in der EU) zugelassen. Natürlich gibt es auch in diesem Fall Gegenwind von vermeintlichen Verbraucherschützern – Näheres dazu später –, aber wesentlich mehr Aufruhr stiftete ein anderer Inhaltsstoff solcherart Produkte. Als Treibgas von Deosprays wurden in den 1960er bis 1990er Jahren fast ausschließlich Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKWs) verwendet. Als sich in den 1980er Jahren herausstellte, dass diese Gase die Hochatmosphäre schädigen (genauer gesagt die Ozonschicht vermindern, die die Erdoberfläche vor dem Einfall gefährlicher Ultraviolettstrahlung der Sonne schützt), fielen die FCKWs zu Recht in Ungnade. Inzwischen 112

sind die Hersteller von Sprays auf andere Treibgase umgestiegen. Trotzdem hat die Spraydose ihre Vormachtstellung im Deoregal dauerhaft verloren, denn auch die Alternativen (Propan und Butan) sind nicht ganz harmlos: Sie wirken als Treibhausgase und sind außerdem sehr leicht entflammbar. Es ist deshalb kein Wunder, dass die Kundschaft heute lieber zu festen Deostiften oder flüssigen Rollons greift. Unsere Haut ist an den meisten Stellen mit Schweißdrüsen ausgestattet, besonders reichlich an Stirn, Handflächen und Fußsohlen, unter den Achseln und in der Leistengegend. Die Absonderung von Schweiß wird durch Hitze oder starke Emotionen ausgelöst. Unerklärlicherweise schwitzen wir links stärker als rechts. Den insgesamt etwa drei Millionen Schweißdrüsen können am Tag im Extremfall bis zu fünf Liter Wasser entströmen. Man unterscheidet ekkrine und apokrine Schweißdrüsen. Die ekkrinen Drüsen sondern eine ungefähr 1 %ige Lösung von Natrium- und Kaliumsalzen und einigen anderen Substanzen ab; dieser Schweiß »duftet« nicht und dient dazu, den Körper durch Verdampfung zu kühlen. Die apokrinen Drüsen hingegen, die erst mit der Pubertät anfangen zu arbeiten, befinden sich in den Achselhöhlen 25), in der Schamgegend und an den Fußsohlen. Ihr Schweiß ist viel komplizierter zusammengesetzt. Er enthält Proteine und Fette, unter anderem Steroide und Cholesterin, und bildet damit ein ideales Nährmedium für Mikroben. Die Abbauprodukte des Bakterienstoffwechsels sind für den charakteristischen Schweißgeruch verantwortlich, wobei insbesondere die (Carbonsäuren hervorstechen. Die Flora der unerwünschten Gäste unter unseren Achseln besteht vor allem aus Corynebacterium xerosis und Micrococcus luteus, hinzu kommen Staphylococcus epidermis und Staphylo25

Auf jeder Seite sind es rund 25000 Schweißdrüsen.

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coccus aureus. Auf einem Quadratzentimeter Achselhöhlenhaut findet man bis zu zehn Millionen Bakterien – auf der gleichen Fläche am Unterarm sind es nur etwa 1000 –, und das gilt für Männer und Frauen gleichermaßen. Trotzdem »riechen« Frauen anders als Männer. Der Grund dafür ist die Zusammensetzung des Achselschweißes, der bei Männern drei charakteristische Geruchskomponenten enthält: eine säuerliche (kurz- bis mittelkettige Säuren), eine moschusartige (steroidartige Moleküle, insbesondere Androstenon) und eine stechende (schwefelhaltige Substanzen). Der römische Dichter Catull (84 - 54 v. Chr.) machte sich über Männer lustig, die wie Ziegenböcke stanken. Die Ärmsten dünsteten 4-Ethyloctansäure aus, eine Verbindung, mit der sich Böcke bei brünstigen Ziegen beliebt machen. Weibliche Menschen teilen diese Vorliebe nicht, im Gegenteil, ein Geruch nach Bock (den sie schon in Konzentrationen von 2 ppb in der Luft wahrnehmen) stößt sie ab. Eine der Substanzen, die den Körpergeruch prägen, ist 3-Methyl-2-hexensäure; bei manchen Männern kommt noch die ebenfalls widerlich riechende Isovaleriansäure hinzu. Im Schweiß enthalten sind auch Steroide, vor allem Androstenon und Androstenol; Letzteres riecht in reiner Form angeblich üppig nach abgestandenem Urin. Schwefelhaltige Moleküle findet man unter den Achseln eher selten. 2004 identifizierte eine Forschergruppe des schweizerischen Riechstoffherstellers Firmenich unter der Leitung von Anthony Clark in Männerschweiß insgesamt acht schwefelhaltige Alkohole. Einer davon, 3-Methyl-3-sulfanylhexan-1-ol, roch besonders abstoßend nach Zwiebeln. Als Erzeuger wurden Bakterien der Arten Corynebacterium und Staphylococcus ausgemacht. Zur wirksamen Bekämpfung der Mikroflora im Achselbereich bieten sich drei Strategien an: Man kann den Mikroben das Nährmedium entziehen, man kann sie allesamt umbringen – oder

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man kann verhindern, dass sie Schweiß in kleine, stinkende Moleküle verwandeln. Beim letzten Ansatz geht es darum, Enzyme zu blockieren, die einzelne Stoffwechselwege steuern. Manche Metalle, zum Beispiel Zink, können das recht gut; sie sind auch in einzelnen Produkten enthalten. Wirklich effektiv sind aber nur die beiden erstgenannten Methoden: Antitranspirants hungern die Bakterien aus, Deodorants töten sie ab. Beide Produktgruppen haben ihre Vor- und Nachteile, wie wir gleich sehen werden. Einigen Unglücklichen kann auf diese Weise leider überhaupt nicht geholfen werden – siehe Exkurs »Das Fischgeruch-Syndrom«. Das Fischgeruch-Syndrom In Shakespeares Stück »The Tempest« (»Der Sturm«) beschreibt Trinculo, der Narr, den Sklaven Caliban so: Ha! – was gibt’s hier? Mensch oder Fisch? Tot oder lebendig? Es ist ein Fisch. Es riecht wie ein Fisch, ein verflucht moosiger fischmäßiger Geruch … Das indische Epos Mahabharata (400 n. Chr.) berichtet von der wunderschönen Satayavi, die nach Fisch roch, deshalb von der Gesellschaft ausgestoßen wurde und eine Fähre bedienen musste. Eines Tages aber verliebte sich ein heiliger Mann in sie, der ihr den abstoßenden Geruch nahm und ihren Körper stattdessen betörend duften ließ. Und wenn sie nicht gestorben sind … – soweit die Legende.

Tatsächlich litten Caliban und Satayavati unter einem genetischen Defekt, der seine Träger (auch heute noch) sofort nach verfaultem Fisch stinken lässt, wenn sie eiweißreiche Nahrung aufgenommen haben und danach schwitzen. Eine der geruchsintensivsten Chemikalien, mit denen sich der menschliche Körper abgeben muss, ist Trimethylamin. Wir registrieren die flüchtige Verbindung bereits in Konzentrationen von 1 ppb. Trimethylamin entsteht aus Cholin, einer Komponente der Zellmembranen. Cholinreiche Lebensmittel wie Fisch dünsten Trimethylamin aus, wenn sie zu verderben beginnen; in gleicher Weise entsteht die Substanz in unserem Verdauungssystem. Der Körper

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schafft das Trimethylamin zur Leber. Dort wird von einem Enzym, der Monoaminoxidase, ein Sauerstoffatom angehängt und die nun geruchlose Verbindung verlässt den Körper mit dem Urin. Eine kleine Menge wird auch mit dem Schweiß ausgeschieden. Einigen Bedauernswerten fehlt die Monoaminoxidase. Wegen ihres Fischgeruchs führen sie oft ein einsames Leben: Bei der geringsten körperlichen Anstrengung oder bei warmem Wetter beginnen sie zu schwitzen, und die Mitmenschen in der näheren Umgebung ergreifen die Flucht. Bezie-

hungen zerbrechen, die Betroffenen fühlen sich isoliert, versuchen, menschlichen Kontakt zu meiden und arbeiten bevorzugt zu Hause. Der verantwortliche Gendefekt, 1999 von Ian Smith und seinen Mitarbeitern am Queen Mary College in London entdeckt, tritt bei einem von zehntausend Menschen auf. Smith rät allen Patienten, den Verzehr von Fisch, rotem Fleisch, Eiern und Soja konsequent zu meiden und sich vorwiegend von Hühnerfleisch und Salaten zu ernähren, den Lebensmitteln, bei deren Verdauung besonders wenig Trimethylamin gebildet wird.

Antitranspirants

Wer will seinen Mitmenschen schon mit nassen Flecken unter den Achseln oder gar verdächtig riechend nahe kommen? Den Absonderungen der apokrinen Schweißdrüsen rückt man am besten mit einem Antitranspirant zu Leibe. Produkte dieser Art können sogar einen unerwarteten Nutzen haben: In einer Studie wurde ein schweißhemmendes Mittel Rekruten einer US-Militärakademie verabreicht, die täglich 20-km-Märsche absolvieren mussten. Die jungen Männer litten deutlich seltener nicht nur unter Fußgeruch, sondern auch unter Blasen. Die Wirkstoffe der Antitranspirants sind, wie weiter oben schon bemerkt, Aluminium- und Zirconiumverbindungen. Sie verstopfen die Schweißdrüsen, indem sie beim Kontakt mit Was-

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ser ein klebriges Gel aus Aluminium- bzw. Zirconiumhydroxid bilden. Dass die Mittel tatsächlich in dieser Weise in Aktion treten, weiß man aus direkten Beobachtungen mit Transmissionselektronenmikroskopen. In den USA ist zum Beispiel vorgeschrieben, dass Antitranspirants die Schweißabsonderungen bei mindestens 20 % aller Probanden um mindestens 50 % reduzieren – eine Vorgabe, die mit Leichtigkeit eingehalten wird. Das erste schweißhemmende Mittel kam 1902 unter dem Namen Everdry auf den Markt. Man tupfte es mit Baumwollwatte unter die Achselhöhlen; es fühlte sich kalt an und reagierte sauer, reizte deshalb die Haut und verdarb Kleidungsstücke. Aber es war doch besser als nichts! Everdry enthielt ÆAluminiumchlorid-Hexahydrat, später wurde noch ÆHarnstoff zugesetzt, um die saure Reaktion zu mildern. 1934 entwickelte John H. Wallace, ein Chemiker aus Princeton und Angestellter bei Carter Medicine, Arid Cream, ein Mittel auf der Grundlage des weniger sauren Aluminiumsulfats. 1947 experimentierten die Chemiker T. Gorett und M. G. deNavarre mit dem so genannten basischen Aluminiumchlorid – das, wie der Name sagt, nicht sauer reagiert, weil die meisten Chloridreste durch Hydroxylgruppen (-OH) ersetzt sind. Diese neuen Chlorhydrat-Produkte reduzierten die Schweißbildung um 40 %. Auch heute noch werden sie verbreitet eingesetzt. 1978 fand Dr. Nathan Brown in Untersuchungen für Unilever im englischen Forschungszentrum Port Sunlight eine Methode, sehr viel kleinere und aktivere AluminiumchlorhydratPartikel herzustellen. Sie bildeten die Basis des ein Jahr später auf den Markt gebrachten Mittels Sure. 1950 wurden dem Chemiker H. L. van Mater Patente für neue Antitranspirants erteilt, die anstelle von Aluminiumchlorhydrat die analoge Zirconiumverbindung enthielten. Sie waren zwar teurer, aber auch besser als die aluminiumhaltigen Vorgänger. Trotzdem schien das Interesse an diesen Substanzen zunächst

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nicht besonders groß zu sein. Schlagartig änderte sich das, als Aluminium in Zusammenhang mit der Alzheimer-Krankheit gebracht wurde. Bereits in den 1970er Jahren hatte man nachgewiesen, dass Aluminium die Ursache der so genannten DialyseDemenz ist: Patienten, die an älteren Dialysegeräten behandelt wurden, begannen unzusammenhängend zu reden, wurden vergesslich und waren verwirrt. Aus den Geräten herausgelöstes Aluminium lagerte sich im Hirn der Betroffenen ab. Dann schien man auch im Hirn von Patienten, die an Alzheimer gestorben waren, ohne jemals mit Dialysegeräten in Berührung gekommen zu sein, erhöhte Aluminiumspiegel gefunden zu haben. Schnell war das Metall als Ursache der Alzheimer-Krankheit ausgemacht, und eine Anti-Alu- Kampagne auf breiter Front nahm ihren Lauf. Dabei ist es gar nicht so einfach, Aluminium weitgehend aus dem täglichen Leben zu entfernen, denn es ist schier allgegenwärtig – von der Küchenfolie bis zur Verdauungstablette. (Ich habe damals – aus Besorgnis um die Gesundheit meiner Familie – einen vollkommen funktionstüchtigen Druckkochtopf aus Aluminium weggeworfen und dafür einen aus Edelstahl gekauft.) Sogar Trinkwasser enthielt zu dieser Zeit Aluminiumspuren, weil es in Kläranlagen im großen Maßstab mit Aluminiumsulfat gereinigt wurde. Dem ließ sich nicht so leicht abhelfen. Einfacher war dies bei eher persönlichen Angelegenheiten, zum Beispiel Antitranspirants. Einige Verbraucherschützer dachten offenbar, das darin enthaltene Aluminium könne in den Stoffwechsel gelangen (was nicht stimmt). Man suchte folglich nach neuen Wirkstoffen und stieß auf die bereits bekannten Zirconiumverbindungen. Als die Hersteller gerade im Begriff waren, ihre Produktionslinien umzustellen, kamen in den 1990er Jahren neue Analysen der Hirnproben von Alzheimer-Opfern, in denen überhaupt kein Aluminium nachgewiesen worden war. 20 Jahre Panik – nur durch falsche Messwer-

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te! Die in Oxford 1992 ausgeführte Studie wurde 1999 in Singapore bestätigt, die Resultate wurden in der hoch angesehenen Wissenschaftszeitschrift Nature veröffentlicht. Der Zusammenhang zwischen Aluminium und Alzheimer ist damit widerlegt. Die Anti-Aluminium-Lobby reagierte auf diese Erkenntnisse mit Bestürzung und begann sich endgültig aufzulösen, nachdem im Jahr 2000 vierzig freiwillige Probanden täglich hohe Dosen Aluminiumhydroxid eingenommen hatten. Im Urin der Testpersonen beobachtete man zwar eine 10- bis sogar 20-fach höhere Aluminiumausscheidung als im normalen Fall, aber das Immunsystem ließ sich nicht beeindrucken. Allgemein wird das Metall vom Körper gut vertragen – kein Wunder bei der natürlichen Häufigkeit des Elements, einem der Hauptbestandteile von Ton und Erdreich. Zirconium, der klare Verlierer der Aluminiumschlacht, verschwand trotzdem nicht vollständig aus dem Markt der Antitranspirants, weil seine Verbindungen einfach besser wirken. Es gibt heute Produkte, die Mischungen beider Metallsalze enthalten, vor allem Formulierungen mit 10 % Zirconium und 90 % Aluminium, aber auch Mittel mit Zirconiumanteilen von bis zu 30 %. Aluminium- und Zirconiumsalze werden in Pulverform hergestellt. Alternativ lassen sich große, sphärische Partikel gewinnen, die Propylenglykol enthalten, sich gut auflösen und zudem klare Lösungen ergeben. Ein transparentes Roll-on erhält man durch Auflösung von Aluminium-Zirconium-Chlorid in einem Gemisch aus Wasser, Alkohol und Propylenglykol. Ein Zusatz von Silikonen macht das Produkt dickflüssig. Feste Antitranspirants (Stifte) enthalten rund 25 % des Wirkstoffs in einer Mixtur aus Silikon und einem Wachs (etwa Stearylalkohol). Neue Nahrung erhielten die Gegner von Antitranspirantien durch Berichte über ein angeblich erhöhtes Brustkrebsrisiko bei Anwendern dieser Mittel, die im Internet auftauchten. Eine Arbeit

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im Journal of the National Cancer Institute entkräftete diese Vorwürfe 2002; es ließ sich nicht belegen, dass Brustkrebspatientinnen häufiger zu Antitranspirants und Deodorants gegriffen hatten als in dieser Hinsicht gesunde Vergleichspersonen. In der von Dana Mirrick und seinen Mitarbeitern am Fred Hutchinson Cancer Research Center in Seattle ausgeführten Studie wurden 813 Krebspatientinnen mit einer 793 Probandinnen starken Kontrollgruppe verglichen. Bei der Auswahl der Testpersonen legte man besonderen Wert auf einen Abgleich der Altersstruktur und anderer möglicher Einflussfaktoren. Es gibt keinen wissenschaftlich fundierten Beweis dafür, dass Aluminium oder Zirconium aus einem Deo überhaupt in den Stoffwechsel gelangen kann. Endstation für die Metallsalze sind die Schweißdrüsen an der Hautoberfläche. Angriffe auf Antitranspirants und Deos kamen aber auch aus anderen Richtungen. Zur Zielscheibe von Verbraucherschützern wurden besonders die zur Konservierung zugesetzten Parabene, weil sich Spuren davon im Gewebe von Brusttumoren fanden. Dass die Substanzen dort nachgewiesen wurden, bedeutet ohnehin noch lange nicht, dass sie den Krebs verursachen (sie tun es nicht) – viel schwerer aber wiegt ein anderer Fehler, den sich die Planer diesbezüglicher Studien leisteten: Sie vergaßen, den Parabengehalt von gesundem Gewebe zu untersuchen. Stoffe, die man unter den Achselhöhlen auf die Haut aufbringt, können das Brustgewebe aus physiologischen Gründen nicht erreichen. Das Nationale Krebsforschungsinstitut der USA zeigte sich nicht überzeugt von der Korrelation zwischen Deodorants und Brustkrebs. (Die Zulassungsbehörde FDA ging noch einen Schritt weiter, indem sie bezweifelte, das ein Zusammenhang mit Krebs irgendeiner Art besteht.) In jüngerer Zeit tauchte auch eine Studie auf, in der 437 Brustkrebspatientinnen befragt wurden, in welchem Lebensalter sie begonnen hatten, sich unter den Achseln zu

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rasieren und ein Deo aufzutragen. Das Resultat lautete: Je eher man mit der Anwendung desodorierender oder schweißhemmender Produkte beginnt, desto eher erkrankt man an Brustkrebs. Es ist nicht sehr wahrscheinlich, dass es gelingen wird, dieses Ergebnis in einer unabhängigen Arbeit zu bestätigen. Deodorants

Wenn man sich unter den Achseln gründlich wäscht, entfernt man bis zu 99 % der vorhandenen Bakterienflora. Das überlebende Prozent aber beginnt sich sofort wieder rapide zu vermehren; innerhalb weniger Stunden ist die Population auf Millionenstärke angewachsen, wobei die Mikroben fleißig die Inhaltsstoffe des Schweißes in übelriechende Substanzen verwandeln. Eine Strategie, diese Situation zu beherrschen, ist die Anwendung eines bakteriziden Mittels wie ÆTriclosan (siehe Formelglossar), das in einem Anteil von meist 0,5 % in typischen Deos enthalten ist. 1888 kam Mum als erstes Deo auf den amerikanischen Markt. Es enthielt Zinkoxid als Wirkstoff in einer Lanolincreme. Mum beherrschte den Markt bis in die 1960er Jahre, als Gillette das erste Deospray einführte, Right Guard, das neben einer Zinkverbindung (Zinkphenolsulfonat) das kräftige antibakterielle Mittel Hexachlorophen 26) enthielt. Hexachlorophen ist giftig und wurde in den 1970er Jahren verboten. Ausgelöst wurde dieser Schritt durch ein französisches Unternehmen, das 1972 einen Babypuder mit 6 % Hexachlorophen anbot; 30 Babys starben daran. Auf der Suche nach einem absolut ungefährlichen Bakterizid stieß man auf Triclosan. Diese Substanz lässt sich in Nanopartikel einbauen, woraus sie verzögert freigesetzt wird. So verlängert sich erstens die Wirkung, zweitens wird die Wahrscheinlichkeit von Hautreizun26

2,2-Methylenbis(3,4,6-trichlorphenol) mit der Summenformel C I3 H 6 Cl 6 O 2

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gen vermindert. Triclosan findet man heute in Zahnpasten, Waschlotionen für die Hände und eben in Deodorants – und es wirkt äußerst zuverlässig. Wie nicht anders zu erwarten, werden auch gegen Triclosan Einwände erhoben, vor allem im Internet. Viele Quellen im World Wide Web sind alles andere als wissenschaftlich seriös oder gar objektiv; am besten ignoriert man sie. Ernster zu nehmen war dagegen ein Bericht des World Wildlife Fund (WWF) im Juli 2005 über die Umwandlung von Triclosan aus Geschirrspülmitteln in »signifikante« Mengen Chloroform. (Unter »signifikant« verstanden die Verfasser der Studie Konzentrationen im Abwasser im ppb-(Milliardstel-)Bereich. Laut Angaben des WWF gehört Chloroform zu den vermutlichen Auslösern von Blasenkrebs und Fehlgeburten.) Diesen Schluss zogen die Autoren aus einer Arbeit von Krista Rule, Virginia Ebbett und Peter Vikesland vom Virginia Polytechnic, die 2005 in der Zeitschrift Environmental Science and Technology erschienen war. Leider kamen die WWF-Leute zur falschen Schlussfolgerung: Die Arbeit von Rule et al. sagte aus, dass Chloroform weder aus Triclosan noch aus dem in Kläranlagen eingesetzten Hypochlorit (HOCl-), sondern nur aus dem in kaum nachweisbaren Spuren vorhandenen freien Chlor (Cl 2 ) entsteht. Christopher McNeill und William Arnold von der University of Minnesota beobachteten die Bildung von Dioxinen aus Triclosan unter Einfluss von Sonnenlicht. Nachzulesen ist die Arbeit in Environmental Toxicological Chemistry (2003). Auch hier aber waren die Mengen der – zweifelsfrei gefährlichen – Produkte so winzig, dass niemand einen Schaden befürchten muss, der ein antibakterielles Geschirrspülmittel benutzt oder in einem Pool badet, dessen Wasser Spuren von Triclosan (aus den Deodorants der anderen Badegäste) enthält. Umweltschützer haben es auf Triclosan vor allem deshalb abgesehen, weil die Substanz als

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Organochlorverbindung (Molekül mit direkter KohlenstoffChlor-Bindung) per se »unnatürlich« und damit verdächtig ist. Ja, einige Organochlorverbindungen sind krebserregend; aber nein, nicht jede Organochlorverbindung ist automatisch karzinogen. In der Tat ist inzwischen bekannt, dass mehr als 4000 Vertreter dieser Stoffklasse in der Natur vorkommen. Manche werden sogar vom menschlichen Körper selbst produziert. In den Kosmetikunternehmen wird nach wie vor eifrig an neuen, besseren Deodorants geforscht. Einige Erkenntnisse sind in letzter Zeit bekannt geworden. So kann man den Achselgeruch auch durch Anwendung von Milchsäurederivaten reduzieren, insbesondere solchen mit Ketten aus 12 oder 13 Kohlenstoffatomen. Das Wirkprinzip dieser Substanzen ist noch nicht geklärt. Es könnte zum Beispiel sein, dass die Bakterien die angebotenen Milchsäureabkömmlinge gegenüber den natürliche Körperfetten bevorzugen, wobei geruchlose Stoffwechselprodukte entstehen.

Noch einen Wunsch fürs Wochenende, der Herr? Dass »Mann« verschämt beim Friseur oder Drogisten nach einem Kondom fragen musste, ist noch gar nicht so lange her. Auch der Apotheker zog die verdächtigen Päckchen nur auf direkte Anfrage unter dem Ladentisch hervor. Für die Gummis, nur zum »medizinischen Gebrauch« vorgesehen, durfte auch in Deutschland noch Ende der 1920er Jahre nicht öffentlich geworben werden – es sei denn, sie wurden als »Mittel, welche zur Verhütung von Geschlechtskrankheiten dienen, ausgestellt und angepriesen«. 27) Inzwischen hat sich die Situation geändert: Kondome, die überall – nicht zuletzt an anonymen Automaten – offen verkauft werden, 27

Zitat aus »Fromms« von Götz Aly und Michael Sontheimer, S. Fischer, Frankfurt 2007; Interessenten für die Kulturgeschichte des Kondoms sei dieses Buch empfohlen. (Anm. d. Übers.)

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gehören zu den unentbehrlichen Ausrüstungsgegenständen »für unterwegs«, die Männer in Brieftaschen und Frauen in Handtäschchen mit sich herumtragen, um immer für den »Fall des Falles« gerüstet zu sein. Oft geht es dabei weniger um die Schwangerschaftsverhütung als um die Übertragung von Krankheiten wie HIV und Syphilis. Die Kulturgeschichte des Präservativs ist lang. 28) Sogar in einer ägyptischen Inschrift meinen Altertumsforscher einen Mann mit Kondom ausgemacht zu haben, dessen Penis allerdings nicht erigiert ist, weshalb in dieser Frage keine Einigkeit herrscht. Das gilt auch für eine Höhlenmalerei im französischen Combarelles, die wohl aus der Antike stammt. Als Erfinder des ersten »echten« Kondoms gilt Gabrielle Fallopius (1523 - 1572), Professor für Anatomie an der Universität Padua. Fallopius hatte sich auf die Untersuchung der weiblichen Genitale spezialisiert, er prägte auch den Begriff »Vagina«. Seine Überlegungen zum Kondom wurden erst nach seinem Tode veröffentlicht. Offenbar dachte Fallopius nicht an eine Hülle, sondern an eine Art Kappe, die von der Vorhaut an Ort und Stelle gehalten wurde und vor allem vor der Syphilis schützen sollte, der damals seit kurzem in Europa wütenden und in diesen frühen Jahren besonders ansteckenden Geschlechtskrankheit. Das Stück bestand aus dicht gewebtem Leinenstoff und sollte mit verschiedenen, die Infektionsgefahr mindernden Flüssigkeiten bestrichen werden. Fallopius’ Notizen belegen, dass er mehr als 1000 Männern die Benutzung des Kondoms erklärt hatte – trotzdem konnte es sich nicht durchsetzen. Weitere Experimente mit Präservativen sind aus den darauf folgenden 100 Jahren nicht schriftlich überliefert. Erst 1655 findet man eine Beschreibung in L’École de Filles [Mädchenschu28

Die mit 1947 verschiedenen Einzelstücken weltgrößte Kondomsammlung wurde laut Guinness-Buch der Rekorde 2003 von dem Italiener Amatore Bolzoni zusammengetragen.

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le], einem Buch von einem anonymen Verfasser, das in Paris die Runde machte. Es handelte sich um einen Schutzüberzug aus Leinen mit dem Ziel der Schwangerschaftsverhütung. Die französische Oberschicht überließ die Kontrazeption damals, zur Zeit König Ludwigs XIV., in der Regel den Frauen, die vor dem Geschlechtsverkehr einen Schwamm in die Vagina einführten. 29) Inzwischen hatten die Briten mit der Herstellung von Kondomen aus Tierdärmen begonnen. Fünf Stück fanden Archäologen 1986 bei Ausgrabungen in einer Latrine von Dudley Castle in Staffordshire, einer royalistischen Festung aus dem Bürgerkrieg, die 1644 von den Commenwealth-Truppen eingenommen wurde. Die Sieger zerstörten das Gebäude, aber die Kondome blieben in ihrer feuchten Umgebung 342 Jahre lang unversehrt erhalten. Ohne Zweifel wurden im 18. Jahrhundert Kondome dieser Art benutzt. Auch der berüchtigte französische Liebhaber Casanova besaß (mindestens) eins, das er in seinen Memoiren als »capote anglaise« (»englischer Überzieher«) bezeichnet. Die Engländer ihrerseits nannten das Verhüterli »french letter« – dieser Begriff war noch Mitte des vergangenen Jahrhunderts verbreitet in Gebrauch (und in Deutschland kennt man den »Pariser«). Die zur mehrmaligen Anwendung bestimmten Kondome bestanden aus Schafsdarm. In den 1690er Jahren lebte in London eine Mrs. Phillips, die solche Stücke öffentlich anpries und verkaufte. Einen Hinweis darauf findet man in einer Komödie mit dem Titel The Ladie’s Visiting Day, in der einer Lady Lovetoy unterstellt wird, mit Mrs. Phillips Umgang zu pflegen. Mrs. Phillips und andere Händler boten ihre Ware tagsüber im Londoner St.-JamesPark an, wo der Adel spazieren ging; abends drehten sie ihre Runden durch die Schauplätze der diversen Vergnügungen. 29

Wenn dieser Schwamm mit Essig getränkt war, wird die Methode sicherlich funktioniert haben, denn Säuren töten Spermien ab.

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Zum Ursprung des Wortes »Kondom« gibt es verschiedene Theorien. Vermutlich stand Colonel Quondam, ein englischer Militärarzt, Pate, der seinen Männern das Produkt zur Vorbeugung gegen Geschlechtskrankheiten empfahl. (Zugegebenermaßen ist Quondams Existenz nicht verlässlich belegt.) Die Kondome des 17. und 18. Jahrhunderts bestanden aus einem blind endenden Teil des Schafsdarms. Sie mussten feucht gehalten oder wenigstens vor dem Gebrauch in Wasser getränkt werden, um flexibel zu bleiben. Ein rosa Gummi am unteren Ende sollte das Abrutschen vom Penis verhindern. Wegen der Gefahr des Reißens empfahl zum Beispiel das »Cundum Warehouse« in der St. Martin’s Lane den Kunden, vorsorglich zwei Verhüter übereinander zu ziehen. Im 19. Jahrhundert – nachdem Charles Goodyear entdeckt hatte, dass man natürliches ÆLatex durch Zugabe von Schwefel zur Schmelze (Vulkanisieren) fester und dehnfähiger machen kann – kamen Gegenstände aller Art aus Gummi auf den Markt, darunter auch Kondome. Sogar die New York Times warb 1861 für »Dr. Power’s French Preventatives«. Die ebenso rechtschaffenen wie verklemmten Leser der Zeitung fühlten sich unangenehm berührt, und 1873 wurde in den USA jede Art der Werbung für Mittel zur Geburtenkontrolle durch das Comstock Law verboten. In Großbritannien war die Regelung nicht so strikt, nichtsdestoweniger wurden Kondome von respektablen Leuten als etwas unsäglich Schmutziges betrachtet. Der Vertrieb konnte nur über diskrete Kanäle erfolgen. Bis 1972 tauchte das Stichwort »Kondom« im Oxford English Dictionary nicht auf – so sehr fürchteten die Herausgeber, ihr Publikum zu verärgern. Die Kondome der viktorianischen Zeit bestanden aus verhältnismäßig dickem Gummi und waren zur Wiederverwendung vorgesehen. 1919 erfand der Amerikaner Frederick Killian ein viel dünneres Kondom aus Naturlatex mit einem Reservoir an der

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Spitze. Allein in den USA wurden Mitte der 1930er Jahre schon 500 Millionen Stück jährlich hergestellt. Die Verhüter waren mit Talkum eingepudert, manche waren sogar gebrauchsfertig aufgerollt, aber sie litten noch an vielen Kinderkrankheiten – sie rissen leicht, rochen nach Gummi, töteten jegliche Empfindung des Mannes ab, durften nicht mit Öl gleitfähig gemacht werden (weil sie dann noch schneller kaputt gingen), alterten bei der Lagerung und lösten bei nicht wenigen empfindlichen Anwendern Latexallergien mit äußerst unangenehmen Folgen aus. Ein kleiner Schritt in die richtige Richtung kam 1957 mit der Einführung des Feuchtkondoms durch die britische Firma Durex. Das Gleitmittel bestand aus chemisch modifizierter Cellulose auf Wasserbasis. (Mittel auf Ölbasis wie Babyöl und Handcreme dürfen mit Naturlatex-Kondomen möglichst nicht in Berührung kommen.) Latexallergiker können auch heute noch auf Kondome aus anderen Naturmaterialien zurückgreifen. Das Produkt mit dem Markennamen Naturalamb kommt aus Neuseeland und ist vor allem in Amerika und Italien beliebt. Es besteht (wie vor 300 Jahren Mrs. Philipps’ Ware) aus einer sackartigen, in der Nähe der Dickdarmöffnung gelegenen Ausstülpung des Schafsdarms namens Caecum. Selbstverständlich ist das Rohstoffangebot auf ein Stück je geschlachtetes Tier begrenzt; dazu kommt, dass das Schaf weder zu jung noch zu alt gewesen sein darf, damit die Darmwand weder zu dünn noch zu dick ist. Kondome dieser Art haben den Vorteil, dass sie den Penis nicht auf der ganzen Länge einengen; nur ganz unten werden sie von einem elastischen Bändchen gehalten. Außerdem dürfen sie auch mit ölhaltigen Mitteln gleitfähig gemacht werden. 1991 kamen Kondome aus einem Material auf den Markt, das die Vorzüge von Latex und Schafsdarm in sich vereinigt: Polyurethan. Dieses äußerst vielseitige Polymer kann man in Sorten produzieren, die sich für Stoßdämpfer oder Isolierungen, für

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Einweggläser oder eben für Kondome eignen. Aus Polyurethan werden Implantate hergestellt und chirurgische Verbände, unter denen die Wunde atmen kann, ohne auszutrocknen. Allergische Reaktionen auf das Material sind nicht bekannt. Die weltweite Polyurethanproduktion beläuft sich derzeit auf über 12 Millionen Tonnen jährlich; natürlich kommt davon nur ein winziger Anteil in Form von Kondomen beim Verbraucher an. Polyurethan ist zwar nicht ganz so elastisch wie Latexgummi, aber für »normalen« Sex reicht die Flexibilität durchaus. Die Kondome sind durchsichtig, gefühlsecht und nicht allergen, unempfindlich auf Gleitmittel und bilden zudem eine sehr wirksame Barriere gegen Spermien und Erreger von Geschlechtskrankheiten. Kondome müssen dehnfähig sein. Dass Polyurethan diese Anforderung erfüllt, erweist sich schon seit Jahrzehnten in vielfältigen Anwendungsbereichen. 1959 entwickelte Joseph Shivers, Chemiker beim US-Konzern DuPont, eine elastische Polyurethanfaser namens »Fiber K«, die als Spandex auf den Markt kam. Spandex eignet sich ideal für Korsetts und Hüfthalter, damals selbstverständliche Bestandteile der Damenunterwäsche. Besser bekannt wurde das Material in den 1980er Jahren als Lycra. Gemischt mit anderen Fasern findet sich Lycra in StretchTextilien, deren Eigenschaften von Schweiß, Bodylotionen und Waschmitteln nicht beeinträchtigt werden; in dieser Hinsicht ist Lycra dem Naturlatex weit überlegen. Es dauerte nicht lange, bis Badeanzüge, Skibekleidung, Strumpfhosen und Ballettanzüge aus Lycra sowie Jeans aus Baumwolle mit Lycra-Anteil in die Läden kamen. Auch der Erfolg von Lycra war allerdings nicht ganz ungetrübt – siehe Exkurs »Das Geheimnis bleibt gewahrt«. Das Geheimnis bleibt gewahrt Fünf Angestellte der Lycra-Anlage 1989, das Unternehmen durch den von DuPont in Argentinien versuchten Diebstahl geheimer Unterlagen über

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den technologischen Prozess des Polyurethan-Elastomers um 10 Millionen Dollar zu erpressen. Aus Argentinien flohen die Männer nach Wilmington in Delaware, wo sich die Hauptniederlassung von DuPont befindet, und begannen zu verhandeln. Sie reisten weiter nach Mailand und dann in die Schweiz, wo die Rückgabe der Dokumente an einen Firmen-

vertreter im Austausch gegen einen Scheck stattfinden sollte. (Die Erpresser dachten offenbar, jede Bank werde ein solches Papier ohne Nachfrage akzeptieren.) DuPont bereitete einen gefälschten Scheck vor, aber die Übergabe ging schief. Später wurden die fünf auf einem Parkplatz in Genf gefasst.

Polyurethan ist der Schlafzimmer-Kunststoff schlechthin als Material von Matratzen, Reizwäsche und Kondomen. Letztere wurden von der London International Group unter dem Markennamen Avanti auf den Markt gebracht. (Apex Medical Technology hatte der Zulassungsbehörde FDA zuvor bereits das PolyurethanKondom Sensation vorgelegt, das 1989 auch zugelassen, aber nie verkauft worden war.) Avanti besteht aus Duron, einem besonders festen, dehnbaren Polyurethan. Anfangs war das Material ultradünn (0,04 mm), als sich aber die Klagen über »Versager« (5 %) häuften, ging man zu etwas dickerem Kunststoff (0,06 mm) über, und der Anteil der Risse fiel auf weniger als 1 %. Avanti liegt nicht so fest wie ein Latex-Kondom am Penis an und ist dadurch während des Verkehrs weniger spürbar. In Befragungen gaben 80 % der Anwender an, Polyurethan-Kondome aus Gründen der Gefühlsechtheit gegenüber Latex-Präservativen zu bevorzugen. Andere Unternehmen stellen Kondome aus dem Polymer Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol (SEBS) her, das noch flexibler ist als Polyurethan und deshalb besonders selten reißt. Es gibt Kondome, die mit einem Gemisch aus Silikonöl und ÆNonoxynol-9 als Gleitmittel versehen sind. Nonoxynol-9, das auch als Tensid in 129

Kosmetika enthalten ist, wirkt Spermizid, denn es greift die Membran des Akrosoms, der Kopfkappe des Spermiums, an und macht dieses bewegungsunfähig. Mit Nonoxynol-9 behandelt man nicht nur Kondome, sondern insbesondere auch Diaphragmen. Einen zusätzlichen Schutz vor Krankheiten wie HIV bietet die Substanz jedoch nicht. Einwände gegen Kondome sind religiös, moralisch oder (im Fall von Latex) auch gesundheitlich begründet: Weder Gott noch die Propheten geben dem »Gummi« ihren Segen; manche befürchten, die Verfügbarkeit des Verhüterlis befördere einen häufigen Wechsel des Geschlechtspartners – und selbstverständlich gibt es auch wieder Panikmacher, die Spuren von Nitrosaminen, bekanntermaßen karzinogenen Substanzen, in Kondomen gefunden haben wollen. Die Nitrosamine entstehen angeblich aus Phenylendiamin, einer Verbindung, die Latex zum Schutz vor Oxidationsschäden und teilweise auch zur Verbesserung der Elastizität zugesetzt wird. Im Mai 2004 gab das Chemische und Veterinäruntersuchungsamt (CVUA) Stuttgart eine Meldung an die Presse, in der (ohne Nennung der einzelnen Marken) von potenziell schädlichen Nitrosaminkonzentrationen in 29 der 32 getesteten Kondome berichtet wurde. Im Juni 2006 hat die Stiftung Warentest diese Studie nachgeprüft und den krebserregenden Stoff tatsächlich in mehreren Präservativen gefunden, allerdings in sehr geringen Mengen (unterhalb der Höchstgrenze, die für BabySchnuller gilt). 30) Die Kondomhersteller zweifelten die Resultate des CVUA umgehend an, wobei auf eine 2001 an der Universität Kiel durchgeführte Studie verwiesen wurde, die keinen Zusammenhang zwischen der Anwendung von Kondomen und der Häufigkeit von Krebserkrankungen belegen konnte.

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Anmerkung der Übersetzerin; nachzulesen bei www.help.orf.at.

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Wir konnten uns nicht beherrschen, Mama! Wie viele Mütter mögen diesen schicksalsträchtigen Satz schon von ihren jugendlichen Töchtern gehört oder zumindest ständig befürchtet haben? Wie viele mehrfachen, überreichlich ausgelasteten Mütter mussten zu ihrem Schrecken feststellen, schon wieder guter Hoffnung zu sein? Für eine reife Frau, die ungewollt schwanger wird, weil sie (oder ihr Partner oder beide) es einfach darauf ankommen lässt, gibt es wohl keine Entschuldigung. Anders ist die Situation junger Frauen ohne festen Partner, deren Schwangerschaft das unerwünschte Ergebnis erster sexueller Erfahrungen ist. Früher war das eine Katastrophe; »gefallene Mädchen« waren lebenslang gebrandmarkt und hatten wenig Chancen, eine glückliche Familie zu gründen. Den Unglücklichen blieb damals nur, sich an »weise Frauen« zu wenden, die Abtreibungen vornahmen oder natürliche Mittel verabreichten, um eine Fehlgeburt auszulösen. Mit heißem Wasser stellten sie zum Beispiel einen Auszug aus den Blättern der Polei-Minze her, der dank der enthaltenen Wirkstoffe Menthon und Pulegon seinen Zweck erfüllte. Von unerfahrenen Händen gebraut, konnte der Aufguss tödlich sein. Wer keine »weise Frau« kannte und sonst keine Hilfe fand, versuchte es mit einem heißen Bad und einer halben Flasche Gin. Prostituierte im alten Rom verließen sich der Überlieferung zufolge auf sapa, einen Süßstoff, der sowohl schwangerschaftsverhütend wirkt als auch schon bestehende Schwangerschaften beendet – beides sind die Symptome einer Bleivergiftung. Zur Gewinnung von sapa kochte man sauren Wein in Bleipfannen zu einem intensiv süß schmeckenden Sirup ein. Mit dem Produkt, der Verbindung Bleiacetat, wurde gekocht und Wein haltbar gemacht. Aller Vermutung nach führte diese Praxis zu einer ganzen Reihe von Leiden, einschließlich Fehlgeburten. Nachdem sapa 131

gemeinsam mit dem Römischen Reich aus der Geschichte verschwunden war, kam ein anderes bleihaltiges Mittel in Gebrauch, das sogar bis in die Neuzeit hinein benutzt wurde: Menecrates, Leibarzt des römischen Kaisers Tiberius (Regierungszeit: 14 - 37 n. Chr.), erfand das Diachylon-Pflaster zur Behandlung von Hauterkrankungen wie Frostbeulen, offenen Beinen und Furunkeln. Der Wirkstoff war Bleioxid, mit Olivenöl zu einer Paste verrieben. Diachylon-Pflaster verursachten noch in den 1890er Jahren eine Welle von Vergiftungen unter Frauen in Birmingham, die die Paste von den Pflastern gekratzt und eingenommen hatten, um ungewollte Kinder abzutreiben. Der biologische Zweck des Geschlechtsverkehrs besteht darin, eine Schwangerschaft zu bewirken. Nachdem sich ein männliches Spermium und eine reife Eizelle vereinigt haben, muss sich der befruchtete Keim in der Gebärmutterwand einnisten. Bis das geschehen ist, können mehrere Tage vergehen. In diesem Zeitfenster kann man eine nicht erwünschte Leibesfrucht abtreiben, bevor die Schwangerschaft richtig begonnen hat. Die so genannte »Pille danach« auf Hormonbasis enthält in der Regel eine ÖstrogenProgesteron-Kombination, also Hormone, die auch natürlicherweise für die Auslösung der Menstruation zuständig sind. Insgesamt muss man vier Tabletten einnehmen, zwei sofort und zwei 12 Stunden später; jede enthält 50 Mikrogramm Ethinylestradiol 31) als Östrogen und 250 Mikrogramm Norgestrel 32) als Progesteron. Die Tabletten verhindern die Einnistung des Keims. Als Nebenwirkung kann Übelkeit und Erbrechen auftreten. Anwenderinnen, die sich nach Einnahme der ersten Tabletten übergeben müssen, sollten sich vom Arzt sofort eine neue Dosis und dazu ein Mittel gegen Übelkeit verschreiben lassen. 31 32

Ein Wirkstoff von Antibabypillen mit verschiedenen Markennamen. Auch als Levonorgestrel bezeichnet.

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Oft mit der »Pille danach« verwechselt wird das als Abtreibungspille bekannt gewordene Präparat Mifegyne (RU-486) mit dem Wirkstoff Mifepristone 33). Die Einnahme zum Schwangerschaftsabbruch ist bis zum 49. Tag nach Beginn der letzten Menstruation erlaubt (Ausnahme: medizinische Indikation); im Prinzip ist Mifepriston aber während der gesamten Schwangerschaft wirksam. Mifepriston bindet an Progesteron-Rezeptoren, von denen es das Hormon verdrängt und damit dessen biologische Wirkungen aufhebt. Progesteron ist für die Einbettung und Sicherung der Überlebensfähigkeit des Embryos in der Gebärmutter zuständig, entspannt die Gebärmuttermuskulatur und festigt den Gebärmutterhals. Nach der Einnahme von Mifepriston stirbt der Embryo, der Gebärmutterhals wird dehnbarer, die Gebärmutterschleimhaut löst sich ab und innerhalb von ungefähr 48 Stunden kommt es zu einer künstlichen Fehlgeburt, die durch zusätzliche Gabe eines Prostaglandin-Präparats (Misoprostol) mit nahezu hundertprozentiger Sicherheit ausgelöst wird. Jugendliche Unerfahrenheit muss heute nicht mehr zu unerwünschten Schwangerschaften und zerbrochenen Lebensläufen führen – dafür hat die chemische Forschung gesorgt. Das gilt auch, wenn es um die Begrenzung des rein körperlichen Schadens geht, den mithilfe von Chemikalien erzwungener Geschlechtsverkehr anrichtet. (Leider bekommt man die emotionalen Nachwirkungen nicht so leicht, wenn überhaupt jemals, in den Griff.) Damit sind wir beim letzten Thema dieses Kapitels angelangt, unserer Streitfrage: Gibt es k.o.-Tropfen, die so genannten Date Rape Drugs, wirklich und werden sie häufig eingesetzt? 33

Im Gegensatz zu manchen anderen westlichen Ländern kann man Mifegyne in Deutschland weder ab 16 Jahren rezeptfrei (wie zum Beispiel seit 2001 in Großbritannien) noch überhaupt in Apotheken bekommen, sondern das Medikament wird nur direkt in Einrichtungen ausgegeben, in denen Schwangerschaftsabbrüche vorgenommen werden. (Anm. d. Übers.)

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Sexualverbrechen mit k.o.-Tropfen – eine »beliebte« Methode? Wissen Sie, wer »Mickey Finn« ist? Schlaflosigkeit verschrieben wurde Der legendäre Ire und Wirt des Lone und noch wird. Kein Wunder, dass Star Saloon an der Whiskey Row in sich zwielichtige Gestalten von diesen Chicago, Ende des 19. Jahrhunderts, »k.o.-Tropfen« angezogen fühlten; zu schenkte seinen Gästen – so wird erzählt groß war die Versuchung, ein Opfer – oft mehr aus, als sie bestellt hatten: Ein zu betäuben und dann bequem zu paar Tropfen Chloralhydrat, in den berauben. (In Großbritannien ist dies Drink geschmuggelt, sorgten dafür, dass schon seit 1861 als eigener Straftatbedas Opfer willig einer weiblichen Ange- stand im Gesetz, dem Offence Against stellten ins Hinterzimmer folgte. Dort the Person Act, verzeichnet.) brach der Ärmste bewusstlos zusammen, Heute greifen Kriminelle eher zu wurde in aller Ruhe ausgezogen, sämtli- moderneren Drogen, den so genanncher Wertgegenstände beraubt und ten Date Rape Drugs. Viele Leute schließlich durch die Hintertür hinaus- halten diese Art des Verbrechens für geworfen. Diese Geschichte wurde von sehr weit verbreitet, aber das ist ein den Drehbüchern einiger Melodramen Irrtum, wie die klinische Analyse des der Stummfilmzeit aufgegriffen; ganz Urins von Frauen beweist, die besicher hatte sie einen wahren Kern. haupteten, absichtlich und unfreiwillig Chloralhydrat wurde 1832 von unter Drogen gesetzt worden zu sein. Justus von Liebig entdeckt, der Chlor- Die allermeisten Kandidatinnen waren gas durch Ethanol (Alkohol) leitete bewusstlos geworden, weil sie einfach und die Bildung eines öligen Produkts zu viel getrunken hatten. 2005 berichbeobachtete. Mit Wasser reagiert teten Michael Scott-Ham und Fiona diese Verbindung zu Chloralhydrat, Burton vom Forensic Sciences Servidas sich in Form farbloser Kristalle ce, London, im Journal of Clinical aus der Lösung abscheidet. Die Kris- Forensic Medicine über die Ergebnistalle sind hervorragend wasserlöslich. se einer Dreijahresstudie. Scott-Ham Nur wenige Tropfen der Flüssigkeit und Burton hatten 1014 Fälle vorgebversetzen innerhalb von Minuten in licher Verabreichung von k.o.ein Schlafkoma, weshalb die Substanz Tropfen untersucht; der Vorwurf als stark wirksames Mittel gegen bestätigte sich in ganzen 21 Fällen

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(2 %). In Deutschland melden sich jährlich einige hundert Frauen, die den Verdacht haben, Opfer solcher Mittel geworden zu sein, bei der Polizei; in Großbritannien sind es 5000, in den USA 250000. Über die Höhe der Dunkelziffer kann man nur spekulieren. Die britische Studie zeigte jedoch, dass die meisten betroffenen Frauen durch den Alkoholgenuss ohnmächtig geworden waren. Viele von ihnen hatten außerdem Entspannungsdrogen wie Cannabis, Kokain oder Ecstasy genommen. Im Blut einer Teilnehmerin der Studie fand man Spuren von gleich vier verschiedenen Rauschgiften. Besonderer Beliebtheit bei den Tätern erfreuen sich die ÆGammaHydroxybuttersäure (GHB) 34), ein Muskelrelaxans, das Betäubungsmittel Ketamin 35), und Flunitrazepam 36), ein unter dem Markennamen Rohypnol bekanntes Antidepressivum. Alle diese Mittel haben Szenenamen im Slang der Drogenhändler und konsumenten: Benzos, Ro(s)chies (nach dem Hersteller La Roche), Flu-

nies, Rippen, Ropse für das Benzodiazepin Rohypnol, Kitty, Special K oder K’s für Ketamin und G-Juice, Liquid Ecstasy oder LXTC für GHB; Bezeichnungen wie »Forget-me-Pill« spielen eher auf den Zustand an, den die Einnahme bewirkt. Die drei genannten Chemikalien bewirken Benommenheit und schließlich Bewusstlosigkeit. Wer nach vielen Stunden wieder zu sich kommt, hat keinerlei Erinnerung an die vorangegangenen Ereignisse. Diese Amnesie scheint permanent zu sein. Manche Opfer berichten von Flashbacks in den Tagen nach der Tat. Kleine Mengen GHB finden sich von Natur aus im Körper. In den 1980er Jahren schluckten Bodybuilder die damals noch im Reformhaus erhältliche Substanz als Nahrungsergänzungsmittel zur Förderung des Muskelaufbaus. Nachdem schwere Nebenwirkungen wie Krampfanfälle bis hin zum Koma aufgetreten waren, wurde das Mittel für die Allgemeinheit verboten. 37) In den letzten Jahren wurde GHB als Freizeitdroge immer

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Systematischer Name: 4-Hydroxy- 37 In Deutschland darf GHB seit 2002 butansäure; Summenformel: C 4 H8O 3 . nur noch auf speziellen Betäubungs35 Summenformel: C 13 H 16 ClNO. mittelrezepten verschrieben werden. 36 Summenformel: C 16 H 12 FN 3 O 3 (Anm. d. Übers.)

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beliebter; es erzeugt ein Gefühl von Zufriedenheit und Hochstimmung und lindert die Entzugserscheinungen anderer Entspannungsdrogen. Jede Frau, die den Verdacht hat, Opfer eines Date-Rape-Verbrechens geworden zu sein, sollte so schnell wie möglich die Polizei verständigen, um eine gerichtsmedizinische Untersuchung von Blut und Urin in die Wege zu leiten, weil die genannten Drogen – insbesondere GHB – vom Körper nach kurzer Zeit wieder ausgeschieden werden. Die Substanzen lassen sich in Spurenkonzentrationen bis zum Billionstel Teil (Nanogramm pro Milliliter) nachweisen. Rohypnol zum Beispiel kann man sogar noch nach einer Woche finden. Obwohl der Name dieses Präparats sehr oft im Zusammenhang mit Warnungen vor Date-Rape fällt (etwa auf einschlägigen Internetseiten), wurde Rohypnol bei keinem der Probanden der oben erwähnten Scott-Ham-Studie gefunden. Der Grund dafür ist zweifellos die seit 1999 übliche Beimischung eines chemischen Markers, wodurch sich Lösungen des Medikaments leuchtend blau färben. In Europa und etlichen anderen Ländern wie Mexiko kann Rohypnol

legal erworben werden. In den USA dagegen gilt das Mittel als illegale Droge (Einstufung als so genannter »Schedule III«-Wirkstoff 38) – zum medizinischen Gebrauch zugelassen, Missbrauch möglich, aber nicht suchterzeugend), was möglicherweise Jugendliche besonders anzog. Zumindest legt das die Ausbeute mehrerer Großrazzien in den Südstaaten in den 1990er Jahren nahe, die sich auf Zehntausende Rohypnol-Tabletten belief. Verbrecher, die ihren Mitmenschen in böser Absicht Chemikalien der einen oder anderen Sorte verabreichen, gibt es – und wird es immer geben. Trotzdem ist festzustellen, dass die Angst vor Date-Rape-Drogen weit größer ist, als durch die Zahl der tatsächlich nachgewiesenen Fälle erklärt werden kann.

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»Schedule I«: nicht zum medizinischen Gebrauch zugelassen, sehr hohes Suchtpotenzial; »Schedule II«: zum medizinischen Gebrauch zugelassen, bekanntes Suchtpotenzial.

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Die Chance, selbst Opfer einer solchen Straftat zu werden, können Sie durch Befolgung einiger einfacher Verhaltensmaßregeln gering halten: Trinken Sie Alkohol nur in Gesellschaft von Freunden; trinken Sie nicht auf leeren Magen; nehmen Sie nie einen Drink an, den Ihnen ein Fremder spendieren will. Wachen Sie nach einem Gelage unvermittelt an einem

seltsamen Ort aus einer Ohnmacht auf, dann suchen Sie sich sofort Hilfe und verkneifen Sie sich möglichst, auf die Toilette zu gehen, bis Sie unter polizeilicher Aufsicht eine Urinprobe abgeben können. Auf diese Weise können Sie helfen, infame Verbrecher dieser Art für lange Zeit hinter Gitter zu bringen und ihnen so das Handwerk zu legen.

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Nektar und Ambrosia

Moleküle in Nährstoffen und Gewürzen Global Times News, 21 März. 2025 Der Natur zurückgegeben Dank steigender Ausbeuten an Ammoniumnitrat von selbsterhaltenden NitroFix-Anlagen kann der Natur auch dieses Jahr wieder eine Million Hektar Fläche zurückgegeben werden, die zuvor landwirtschaftlich genutzt wurde. Ein Bericht der Vereinten Nationen warnte im Jahr 2010 vor einer nachhaltigen Schädigung der Ökologie unseres Planeten durch den organischen Landbau: Die niedrigen Erträge dieser Art der Bewirtschaftung zogen immer neue Rodungen tropischer Regenwaldareale nach sich, die zunehmende Verarmung der Böden an Stickstoff senkte die Erträge noch weiter und zudem mussten die so produzierten Nahrungsmittel tausende Kilometer bis zu den europäischen und amerikanischen Supermärkten zurücklegen.

Die Veröffentlichung des Berichts ließ die weltweite Nachfrage nach Ammoniumnitrat in die Höhe schnellen. Daraufhin wurden kleine Anlagen zur Fixierung von Luftstickstoff entwickelt, deren Energieversorgung dezentral durch eigene Wind- oder Wasserkraftanlagen gesichert wird. Mittlerweile decken die NitroFix-Einheiten einen Großteil des weltweiten Stickstoffdüngerbedarfs – und das praktisch ohne negative Auswirkung auf die Umwelt. Hinzu kommt, dass landwirtschaftliche Kulturen jetzt nicht mehr mit Abwasser gedüngt werden müssen; die stickstoffreichen Endprodukte von Klärwerken sind ausschließlich der Düngung von Wäldern oder Energiepflanzen und dem Betrieb von Methangeneratoren vorbehalten. »Wir haben hier eine Win-WinSituation«, sagte die Sekretärin der Vereinten Nationen bei der Eröffnung

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der zehntausendsten NitroFix-Anlage in Kenia, bevor sie zur Besichtigung des erneut vergrößerten Reservats aufbrach.

Seite 8 … Führender Kompostanbieter behauptet: Organische Nahrungsmittel beugen Krebs vor

Im Laufe des zurückliegenden Jahrhunderts gelang es mithilfe der Chemie, die weltweite Nahrungsmittelproduktion zu steigern: Der Einsatz von Kunstdüngern verdoppelte und verdreifachte die Erträge, verbesserte Pestizide verhinderten Ernteausfälle durch Schädlings- und Krankheitsbefall der Kulturen. Weitere signifikante Fortschritte können wir in diesem Jahrhundert durch die Einführung genetisch modifizierter Pflanzen erwarten, aber diese Entwicklung kann zwei Probleme nicht lösen: die Verarmung des Bodens an Nährstoffen, insbesondere Stickstoff, und den Bedarf nach Pflanzenschutzmitteln. Der organische Landbau behandelt beide Problemkreise stiefmütterlich. Wäre man bei der Ernährung der Weltbevölkerung auf die niedrigen organisch erzielten Erträge angewiesen, dann müsste man jedes Fleckchen Boden in landwirtschaftliche Nutzfläche umwandeln – und das wäre eine ökologische Katastrophe. Auf die Dauer kann die Menschheit nur dann nachhaltig ernährt werden, wenn eines Tages Lösungsstrategien wie die oben in den »Global Times News« beschriebene gefunden werden. In den westlichen Industrieländern wird immer mehr gegessen, aber wir zerbrechen uns pausenlos den Kopf über unsere Nahrungsmittel. Was sollen wir essen, was sollen wir meiden? Kommen die Ratschläge von ausgebildeten Ernährungsfachleuten, sind sie oft durchaus sinnvoll; gelegentlich aber haben wir es mit Unterstellungen oder schlicht Panikmache zu tun. Auf den Verpackungen steht »ohne Zuckerzusatz«, »wenig Salz«, »ohne künstliche Farbstoffe, Aromastoffe und Konservierungsmittel«. Mindestens zwei dieser vermeintlich gefährlichen Inhaltsstoffe

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können Sie in jedem Supermarkt in reiner Form kaufen, nämlich Zucker und Salz. Was die Zusatzstoffe betrifft, so wird meist mit Akribie zwischen den »künstlichen« (chemischen, also bedenklichen) und den »natürlichen« (harmlosen) Suppenwürfeln, Gewürzen, Kräutern oder Sojasauce unterschieden wie zwischen Schwarz und Weiß. Oft wird der Eindruck vermittelt, die Hersteller von Nahrungsmitteln hätten nichts weiter im Kopf, als Stoffe aller Art in unser Essen zu schmuggeln, um ohne jede Rücksicht auf die Gesundheit der Verbraucher ihren Geldbeutel zu füllen. In manchen Fällen mag das zutreffen; die große Mehrheit der verantwortungsbewussten Unternehmer aber beschäftigt Lebensmittelchemiker und Analytiker, die dafür sorgen, dass wir ihre Produkte nicht nur unbeschadet verzehren können (und zwar jederzeit bis zum aufgedruckten Verbrauchsdatum), sondern sie zudem gern kaufen, weil sie in Aussehen, Geruch, Geschmack und Nährstoffgehalt unseren Erwartungen entsprechen. Die Debatte um Nahrungsmittel wird von manchen mit einem wahrhaft religiösen Eifer geführt und die Ratschläge werden medienwirksam präsentiert, um ein möglichst großes Publikum zu erreichen. Genießen Sie Meldungen dieser Art mit Vorsicht. Was wir täglich in den Zeitschriften lesen und im Fernsehen sehen, handelt immer wieder vom Essen: Promi-Köche verraten ihre Lieblingsrezepte und Diätberater verraten uns dann, wie wir die Pfunde möglichst schnell wieder loswerden. Essen ist ein zentraler Bestandteil unseres Lebens – schließlich nehmen wir tagtäglich mehrere Mahlzeiten zu uns –, und deswegen ist es kein Wunder, dass dieses Thema in allen Variationen auf Interesse stößt. Der Schwerpunkt dieses Kapitels liegt tiefer, auf molekularer Ebene. Sie werden lernen, dass Kohlenhydrate zu einer gesunden Ernährung gehören, dass ein bestimmtes Kohlenhydrat Millionen Menschenleben retten kann, dass ein Zusatzstoff zum Kochsalz das Leben vieler Menschen verbessert, wie »Functional Food« unsere

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körpereigene Flora pflegt und damit zu unserer Gesundheit beiträgt und warum wir bestimmte Gewürze als wärmend empfinden, auch wenn sie in kalten Speisen enthalten sind. Kleine Exkurse führen uns außerdem zur Muttermilch und zum Gelée Royale.

Kohlenhydrate Der Begriff »Kohlenhydrat« bezeichnet eine sehr umfangreiche Substanzklasse. Wie Sie vielleicht schon wissen, gibt es ganz verschiedene ÆKohlenhydrate – vom einfachen Trauben- oder Fruchtzucker (Glucose bzw. Fructose) bis zu großen, komplizierten Molekülen wie Stärke, Glykogen und Cellulose. Der wissenschaftliche Name für den gewöhnlichen Kristallzucker ist Saccharose; ein Saccharosemolekül besteht aus einem Glucose- und einem Fructosebaustein (siehe Formelglossar). Stärke- und auch Cellulosemoleküle sind lange Ketten aus hunderten bis tausenden Glucoseeinheiten, die in bestimmter Weise miteinander verknüpft sind. Unser Organismus verfügt über Enzyme, die Stärke in einzelne Glucosemoleküle zerlegen und so der Verdauung zugänglich machen können. Cellulose hingegen kann der Körper nicht abbauen; in Form unverdaulicher Ballaststoffe hilft sie aber bei der Regulierung der Darmtätigkeit. Dass Kohlenhydrate für das Leben eine zentrale Rolle spielen, zeigt sich sehr eindrucksvoll in der Zusammensetzung von Gelée Royale. Dieser Weiselfuttersaft ist ein Komplettnahrungsmittel – zumindest für den Nachwuchs von Bienenvölkern (die Weisel ist die Königin bei den Honigbienen). Von den Arbeiterinnen abgesondert, dient er der Ernährung der Larven und auch der Königin selbst, wobei die Larven nur in den ersten drei Lebenstagen in den Genuss der Köstlichkeit kommen, die Königin hingegen ein Leben (bis über fünf Jahre) lang. (Die anderen Bienen, Arbeiterinnen und Drohnen, ernähren 141

sich von Honig und Blütenpollen und sterben nach einigen Monaten.) Manche Leute meinen, die Inhaltsstoffe von Gelée Royale würden nicht nur der Weisel, sondern auch Menschen Fruchtbarkeit und langes Leben bringen, und nehmen die Substanz deshalb als Nahrungsergänzung ein. Der Saft, ein Cocktail aus Wasser (65 %), Kohlenhydraten (18 %), Proteinen (12 %), Fetten (4 %), Vitaminen und Mineralstoffen (1 %), enthält fast alles, was auch der Mensch zum Leben braucht. Besonders hoch ist der Gehalt an den Vitaminen der B-Gruppe (B 1 , B 2 , B 3 , B 6 , B 12 ). Der pH-Wert liegt bei 4 (also im leicht sauren Bereich); außerdem wirkt das Gemisch schwach antiseptisch. Die sagenumwobenen lebensverlängernden Bestandteile wurden bislang noch nicht identifiziert. Sicher haben Sie aber bemerkt, dass Kohlenhydrate den Löwenanteil unter den Nährstoffen in Gelée Royale ausmachen. Eine reine Kohlenhydrat-Diät führt zum Tod; eine vollständig kohlenhydratfreie Ernährung wahrscheinlich ebenso. Letzteres scheint der verbreiteten Ansicht zu widersprechen, Kohlenhydrate an sich seien eine Bedrohung für die Gesundheit, weil sie (genauer gesagt, ein Zuviel davon) Übergewicht verursachen. Noch 1991 waren nur rund 12 % der Amerikaner übergewichtig, 1998 schon 18 % und 2004 26 % – und der Lebensstil der Amerikaner wirkt ansteckend, zumindest auf die Bevölkerung der Industrieländer. Die Sünde der Völlerei wird mit Fettleibigkeit bestraft, aber schon naht die vermeintliche Rettung in Form kohlenhydratfreier Diäten. Die Idee ist nicht neu. Schon in den 1950er und 1960er Jahren wurde Abnehmwilligen empfohlen, auf Zucker, Brot, Nudeln und Kartoffeln (also kohlenhydratreiche Nahrungsmittel) zu verzichten. In den 1970er und 1980er Jahren galt Zucker bei manchen sogar als gefährliche, ja giftige Substanz – mit fast schon fanatischer Inbrunst vertrat zum Beispiel der inzwischen verstorbene Ernährungswissenschaftler John Yodkin diesen Standpunkt (man lasse sich den Titel seines bekannten Werkes Pure, white and

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deadly auf der Zunge zergehen). Den Verzicht auf Kohlenhydrate predigte auch Dr. Atkins in den 1990er Jahren. Ganz so weit geht die gegenwärtig propagierte Glyx-Diät nicht. »Glyx« steht für den glykämischen Index, ein Maß für die Wirkung eines Nahrungsmittels auf den Blutzuckerspiegel. Werden die Kohlenhydrate erst allmählich aus der Nahrung freigesetzt, dann schwankt der Blutzuckerspiegel weniger stark; den entsprechenden Speisen wird ein niedriger glykämischer Index zugeordnet, und sie sollen bevorzugt werden. Umgekehrt lassen leicht verdauliche Kohlenhydrate den Blutzuckerspiegel kurzfristig in die Höhe schnellen, weshalb man sie vermeiden soll. Diäten mit sehr geringem Kohlenhydratgehalt sind falsch. Ernährungsberater raten davon ab mit Hinweis auf die ideale Nährstoffzusammensetzung unserer Speisen (60 % Kohlenhydrate, 20 % Proteine, 20 % Fett – Gelée Royale kommt mit einem Verhältnis von 55/35/10 dieser Mischung übrigens ziemlich nahe, aber der Proteingehalt ist im Vergleich zum Fettanteil zu hoch). »Schlechte« Kohlenhydrate gibt es nicht, schädlich ist nur eine einseitige Ernährung, insbesondere wenn sie (wie so häufig) zu viel Zucker enthält, das Kohlenhydrat, auf das wir am ehesten verzichten könnten. (Der Durchschnittsamerikaner aß im Jahr 2000 insgesamt 75 kg raffinierten Zucker – das sind 30 % des gesamten Kalorienbedarfs!) Wer sich völlig kohlenhydratfrei ernährt, nimmt schnell und leicht ab. Aber ist das auch gesund? Bevor Sie eine Entscheidung darüber treffen, sollten Sie sich genauer über die Biochemie der Kohlenhydrate informieren. Eines unserer Organe ist auf eine ständige Versorgung mit Glucose (täglich etwa 140 g) angewiesen, und zwar das Gehirn. Wird keinerlei Kohlenhydrat mit der Nahrung aufgenommen, dann muss der Stoffwechsel als Ersatz für die Glucose andere Chemikalien, Ketone, bereitstellen. Auch rote Blutzellen und die Nieren können nicht völlig auf Kohlen-

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hydrate verzichten. Versiegt der Nachschub, dann kann unser Körper sogar aus Fetten Kohlenhydrate synthetisieren. Wie oben bereits angedeutet, gibt es eine Unmenge verschiedener Kohlenhydratmoleküle in allen Größen und Formen. Das Leben auf der Erde fußt letztlich auf der Fähigkeit der Grünpflanzen, Kohlendioxid aus der Luft in Kohlenhydrate umzuwandeln. (Bei diesem Prozess wird zudem freier Sauerstoff gebildet.) Daher ist es nicht überraschend, dass die Grundnahrungsmittel der Menschheit auf der ganzen Welt reich an Kohlenhydraten sind – Reis, Kartoffeln, Mais, Getreidekörner, Mehl und Kichererbsen. Man kann sich eine ganze Weile ausschließlich von Kartoffeln ernähren, ohne Schaden zu nehmen, wie ein 25 Jahre alter Mann und eine 28 Jahre alte Frau bereits in den 1920er Jahren gezeigt haben: Beide aßen sechs Monate lang nichts als Kartoffeln, blieben durchaus gesund39) und wurden auch nicht dick, obwohl Kartoffeln zu 80 % aus Kohlenhydraten bestehen. In einigen Teilen der Welt, etwa in China oder Japan, kann man sich eine Mahlzeit ohne Reis gar nicht vorstellen. Die Chinesen bezeichnen »Reis« und »Nahrung« sogar mit demselben Wort. Dass eine kohlenhydratreiche Ernährung nicht zwangsläufig der Gesundheit schadet, sieht man an den Japanern, einem der längstlebigen Völker überhaupt. Die häufigsten Kohlenhydrate in der Natur sind Glucose und Fructose. Wird je ein Molekül von beiden verknüpft, entsteht der gewöhnliche Zucker, Saccharose (siehe Formelglossar). Zwei Glucoseeinheiten lassen sich in verschiedener Weise miteinander verbinden; die Produkte heißen Trehalose, Maltose, Isomaltose, Cellobiose oder Gentobiose. Die Unterschiede zwischen den Strukturen liegen im Punkt der Verknüpfung oder auch nur in der gegenseitigen Orientierung der Bausteine. 39

Für lange Zeiträume ist eine solche Diät allerdings nicht geeignet, weil ihr einige lebensnotwendige Stoffe fehlen.

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Unter den komplexen Kohlenhydraten von besonderer Bedeutung ist das Glykogen. In dieser Form speichern unsere Zellen Glucose: Glykogen ist eine Kette aus Hunderten Glucosemolekülen mit Seitenketten, die ebenfalls aus Glucose bestehen. Das Ganze ist platzsparend aufgewickelt. Auch einige andere Kohlenhydrate spielen eine Schlüsselrolle für den Stoffwechsel. Der Körper kann alle diese Stoffe selbst herstellen, wir sind nicht auf eine Aufnahme bestimmter Kohlenhydrate mit der Nahrung angewiesen. Manche Substanzen, zum Beispiel Mannose, scheint der Organismus allerdings effektiver nutzen zu können, wenn sie selbst in den Speisen enthalten sind. Bei freiwilligen Probanden, die in einer Studie radioaktiv markierte Mannose zu sich genommen hatten, fand man diese in der Leber und im Magen-Darm-Trakt wieder. Einige Kohlenhydrate sind für die Weitergabe von Botschaften von Zelle zu Zelle notwendig. An den Zellen angelagerte Kohlenhydrate signalisieren, dass die Zelle gesund ist oder ein Problem hat. Acht verschiedene Kohlenhydrate sind an der Zellerkennung beteiligt und bestimmen die Blutgruppen: Ein Galactosemolekül, das Blut der Gruppe B aufweist, liegt bei Gruppe A in modifizierter Form (ein Stickstoffatom enthaltend) vor. Der Unterschied scheint chemisch unbedeutend zu sein – eine Transfusion mit der falschen Blutgruppe aber ist lebensbedrohlich. Wie ich im Kapitel »Neues aus der Apotheke« bereits erklärt habe, machen sich Viren bestimmte Kohlenhydrate an der Außenseite der Zellwand zunutze, um in eine Zelle eindringen zu können. Nicht weniger wichtig sind Kohlenhydrate, die die Antikörperproduktion anregen und damit für eine Abwehr des Angriffs sorgen. Niemand kann also behaupten, wir könnten ohne Kohlenhydrate auskommen! Der Aufschluss von Kohlenhydraten findet schrittweise entlang des gesamten Verdauungstrakts statt – von der Mundhöhle bis zum Dickdarm. Wenn Sie ein Stück Brot ein Weilchen kauen, beginnt es süß zu schmecken: Enzyme im Speichel spalten die

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Stärke in die einzelnen Glucosebausteine. Ballaststoffe sind Kohlenhydrate, die wir nicht verdauen können, vor allem Cellulose. Durch unsere Verdauungsenzyme ebenfalls nicht abbaubar ist die so genannte resistente Stärke. Sie entsteht insbesondere durch Veränderungen der Stärkestruktur (also der Verknüpfung der Glucosebausteine) beim Erhitzen und Abkühlen entsprechender Lebensmittel (Kartoffelbrei, gekochte Nudeln). Im Dickdarm wartet eine üppige Bakterienflora auf Delikatessen wie zum Beispiel komplexe Kohlenhydrate, die in kurzkettige ÆCarbonsäuren aufgetrennt werden: Essigsäure (kann durch Reaktion mit Sauerstoff zur Energiegewinnung genutzt werden), Propionsäure (ist zu nichts nütze und wird mit dem Urin ausgeschieden) und Buttersäure (wird von den Zellen der Dickdarmschleimhaut aufgenommen, wirkt dort wachstumsregulierend und vielleicht vorbeugend gegen Krebs). In Tabelle 1 sind die wichtigsten Kohlenhydrate aus der Nahrung und ihre Folgeprodukte im Stoffwechsel zusammengefasst. Tab. 1 Kohlenhydrate in der Nahrung und ihre Verdauung. Art einfache Zucker Stärke Ballaststoffe resistente Stärke

Chemische Vor allem enthal- Ort der Ver- GeschwindigBezeichnung ten in dauung keit der Verdauung Saccharose, Süßigkeiten, Ku- Magen sehr schnell Fructose, chen, Kekse, SoftGlucose drinks, Obst, Honig, Marmelade Amylose, Getreideprodukte, Dünndarm langsamer Amylopektin Reis, Kartoffeln, Nudeln Cellulose, Vollkorngetreide, unverdaulich Pektin Obst, Kleie, Bohnen aus Amylose; wiedererhitzte stär- nur teilweise sehr langsam, siehe Text kehaltige Speisen verdaulich wenn überhaupt wie Kartoffeln, Reis; Cornflakes

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Stärke findet sich in Samen, Knollen und Wurzeln von Pflanzen. Die wichtigsten chemischen Bestandteile sind Amylose und Amylopektin. Das Polymer Amylose besteht aus verknüpften Glucoseeinheiten, typischerweise etwa 2500 je Kette. Amylopektin-Ketten sind noch länger und außerdem verzweigt; deshalb lässt sich die Substanz gut als Verdickungsmittel gebrauchen, etwa für Suppen und Soßen. Durch Erhitzen oder Behandeln mit geeigneten Chemikalien modifizierte Stärke sorgt, in Joghurt, Mayonnaise oder ähnliche Zubereitungen gegeben, für ein »cremiges« Gefühl im Mund, das ansonsten nur durch einen höheren Fettgehalt zu erreichen wäre (siehe dazu den Exkurs »Neuartige Stärke«). Aus diesem Grund findet man modifizierte Stärke auf den Zutatenlisten von Light-Produkten.

Neuartige Stärke Chemiker des holländischen Kartoffelstärkeproduzenten Avebe haben in Zusammenarbeit mit Forschern der niederländischen Organisation für angewandte Naturwissenschaft, TNO (Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek), eine spezielle modifizierte Stärke synthetisiert, die ähnliche Eigenschaften zeigt wie Gelatine: Sie verflüssigt sich beim Erhitzen und erstarrt beim Abkühlen. Der Schlüssel

zu dieser Entdeckung war ein Enzym des hitzetolarenten Bakteriums Thermus thermophilus, das Amylose mit Amylopektin verknüpfen kann. Das Produkt ist mehr oder weniger geschmacksfrei (wie Kartoffelstärke) und soll in Joghurts, Brotaufstrichen, Puddings und vegetarischem Käseersatz verwendet werden. Außerdem eignet es sich als Zutat von Klebstoffen und fotografischen Schichten.

Die Leber sorgt dafür, dass der Blutzuckerspiegel weitgehend konstant bleibt: Einen Zuckerüberschuss speichert sie in Form von Glykogen, bei Zuckermangel wird Glykogen zurück in Glucose verwandelt und freigesetzt. Bei aktiver körperlicher Betäti147

gung braucht der Organismus viel Energie und greift bei Bedarf auf den Glykogenspeicher zurück, der innerhalb kürzester Zeit bis zu einem Kilogramm (entsprechend 4000 kcal) Glykogen bereitstellen kann. Ist auch diese Reserve verbraucht (ungefähr nach einer Stunde intensivem Sport), rufen die Muskeln nach Ruhe – bekommen sie keine, muss der Körper andere Wege der Energiegewinnung finden. Stattdessen kann der Sportler natürlich auch eines der zuckerhaltigen, für diesen Zweck gedachten Getränke zu sich nehmen. Ein Marathonläufer, der die 40-km-Strecke in drei Stunden hinter sich bringt, verbraucht so viel Energie wie ein elektrisches Heizgerät (1000 W) in einer Stunde. Dabei produziert der Stoffwechsel eine Menge Wärme. Um eine Überhitzung zu verhindern, sondert der Körper dabei rund zwei Liter Wasser in Form von Schweiß ab. Dabei verliert er auch Elektrolyte – bis zu 4 g Natrium und bis zu 0,5 g Kalium. Aus diesem Grund enthält ein typisches Sportgetränk nicht nur Wasser und die im Magen direkt resorbierbare Glucose, sondern auch Salze. Die Glucosemenge darf dabei nicht zu groß sein, weil sich sonst die Aufnahme des dringend benötigten Wassers verzögert. 40) Eine typische Zusammensetzung eines so genannten »isotonischen« Getränks lautet 50 g Glucose und 1,25 g Kochsalz (entspricht 0,5 g Natrium) pro Liter. Dazu kommen meist noch andere Inhaltsstoffe. Es dürfte Sie nun nicht mehr überraschen, dass ein Sportgetränk die Leistungsfähigkeit eines durstigen Athleten deutlich mehr steigert als Wasser pur. Als Erste erkannten das in den 1980er Jahren die Japaner: Ein Herr Pocari brachte ein Getränk mit dem einleuchtenden Namen Pocari Sweat auf den Markt und verkaufte davon seitdem über 200 Millionen Flaschen. Ein 40

Ist die Zuckerkonzentration eines Getränks zu hoch, dann muss der Mageninhalt verdünnt werden, bevor der Zucker aufgenommen wird. Zum Zweck dieser Verdünnung wird dem Körper Wasser entzogen.

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ähnliches Getränk ist Gatorade. 41) Ein Liter Gatorade enthält 56 g Kohlenhydrate, 4,5 g Natrium und 120 mg Kalium. Ein ganz bestimmtes Kohlenhydrat hat in letzter Zeit von sich reden gemacht, weil es einen einzigartigen Nutzen verspricht und zudem schon im Alten Testament erwähnt wird. Manna

… ist das ÆKohlenhydrat Trehalose (siehe Formelglossar). Das Molekül besteht, wie weiter oben bereits erwähnt, aus zwei verknüpften Glucoseeinheiten. Trehalose schmeckt süß, kommt in der Natur verbreitet vor und dient vielen Lebewesen (Bakterien, Pilzen, Insekten, Pflanzen und Wirbellosen) als Energiequelle. Nach der Aufnahme mit der Nahrung wird Trehalose im Dünndarm von dem Enzym Trehalase in die Glucosebausteine gespalten. Die Süßkraft von Trehalose ist nur halb so groß wie die von gewöhnlichem Zucker, dafür aber hält die Empfindung länger an. Geringste Mengen Trehalose finden sich zum Beispiel in Honig, Brot, Bier und Pilzen, insbesondere in Shiitake-Pilzen (bis zu 20 %) und im Fliegenpilz Amanita muscaria. Mikroben wie Bakterien und Hefen produzieren reichlich Trehalose, aber nur wenige Pflanzen sind dazu in der Lage. Diese wenigen Arten jedoch benötigen den speziellen Zucker unbedingt zum Überleben in extremer Trockenheit. Solche so genannten Auferstehungspflanzen konservieren mit Trehalose wesentliche Teile der Zellstruktur, bevor sie fast völlig austrocknen. Der Wassergehalt kann auf bis zu 5 % des normalen Niveaus absinken. Regnet es dann wieder, erwachen diese hydrolabilen Stadien wunderbarerweise wieder zum Leben. Trehalose schützt lebende Zellen auch vor Hitze- und Kälteschäden. 41

Benannt nach den »Gators«, dem Football-Team der University of Florida, das am Test des Getränks in den 1960er Jahren beteiligt war.

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Die Menschheit kennt Trehalose seit Tausenden von Jahren. Nichts anderes war wahrscheinlich das Manna, das Gott für die Kinder Israels vom Himmel regnen ließ, um sie während des 40 Jahre währenden Irrwegs durch die Einöde des Sinai am Leben zu erhalten: Da sprach der Herr zu Mose: Ich lasse Brot vom Himmel für euch regnen! Die Israeliten sollen morgens losgehen und so viel einsammeln, wie sie für den Tag brauchen. (2. Mose 16, 4) Die Israeliten nannten die Körner »Manna«. Sie waren weiß wie Koriandersamen und schmeckten gebacken wie Honigkuchen. (2. Mose 16, 31) Jeder wurde angewiesen, ein »Omer« 42) Manna zu sammeln, was offenbar nicht schwer fiel. Dem Bibeltext können wir als exakte Angaben nur entnehmen, dass Manna aus kleinen, weißen, süß schmeckenden Stückchen bestand. Der Encyclopedia Britannica zufolge stammt die Bezeichnung vom hebräischen »man hu?« (»Was ist das?«) ab – das war sicherlich die Reaktion der Israeliten, als sie die kleinen, wohlschmeckenden Kügelchen fanden. Gott ließ Manna auch anderen Stämmen zuteil werden, zum Beispiel Beduinen, die es in diesem Gebiet der Erde noch bis ins 20. Jahrhundert hinein als Delikatesse sammelten. Was ist Manna für eine Substanz? Sein süßer Geschmack und das Vorkommen in einem staubtrockenen Landstrich sprechen für einen hohen Gehalt an Trehalose. In diesem Fall kommen mehre42

Dieses Hohlmaß ist nicht mehr gebräuchlich; Angaben zur Umrechnung schwanken zwischen 2,2 und 4,5 Litern.

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re Quellen in Frage: Kokons eines parasitisch lebenden Käfers (Trehala mana, Trehalosegehalt 25 %), an der Luft eingetrockneter Saft der so genannten Manna-Esche (Fraxinus ornus) – bis heute geerntet und gehandelt – oder die in der Trockenheit zu Kugeln zusammengeballte Flechte Lecanora; die Kugeln werden vom Wind davongetragen und können zu einer Art Brot und Pudding verarbeitet werden. Vielleicht handelt es sich sogar um die Ausscheidungen von Blattläusen, den so genannten Honigtau, der sich auf der Blattoberfläche ansammelt und die Hauptnahrungsquelle für Stechmücken bildet. Wie der Name andeutet, schmeckt auch Honigtau süß und wird gelegentlich von Menschen verzehrt. In den 1980er Jahren kam John Crowe von der University of California in Davis auf die Idee, Trehalose können das geheime Mittel von Pflanzen sein, Perioden extremer Trockenheit zu überdauern. 2002 veränderte eine Gruppe an der Cornell University (USA) Reis aus der Indica-Gruppe genetisch so, dass er Trehalose produziert. (90 % des weltweit angebauten Reises gehört zur Indica-Gruppe, unter anderem Basmatireis und andere langkörnige Sorten.) Sie erreichten dies durch Einführung zweier geeigneter Enzyme von Escherichia coli. Thomas Owen, der Leiter der Gruppe, hofft, dass diese Strategie auch bei anderen Getreidesorten wie Mais, Weizen und Hirse zum Erfolg führt. Durch ihre höhere Widerstandskraft gegen Hitze und Wassermangel können so veränderte Pflanzen auch in Trockengebieten wachsen. Trehalose ist chemisch sehr stabil. Die Substanz löst sich in Wasser (bis zu 700 g pro Liter bei Zimmertemperatur) und zerfällt beim Kochen nicht; sogar das Erhitzen auf 120 °C übersteht sie mehr als eine Stunde lang unbeschadet. Das Molekül hat eine besondere Affinität zu Wasser: Es lagert zwei Wassermoleküle so fest an, dass sie nur äußerst schwer wieder abgelöst werden können. Dieser Cluster ist extrem stabil und starr; er ist es, der biologische Strukturen bei Hitze vor Wasserverlust schützt.

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Nahrungsmittelproduzenten wurden auf Trehalose aufmerksam, weil sie andere Inhaltsstoffe wie Stärke, Fett und Proteine stabilisiert; allerdings kann die Süße auch unangenehme Geruchsund Geschmacksveränderungen überdecken, wie sie etwa beim Ranzigwerden von Fetten durch Oxidation an der Luft entstehen. Trehalose konserviert den Geschmack getrockneter Speisen und könnte sogar dem Trockenei, dem aus Kriegs- und Nachkriegszeiten ein eher zweifelhafter Ruf anhaftet, zur Renaissance verhelfen. Die Behandlung von Lebensmitteln mit Trehalose und anschließende Trocknung an der Luft ist – bei ähnlichem Ergebnis – deutlich billiger als die Vakuumtrocknung. Taucht man geschnittenes Obst oder Gemüse vor dem Trocknen in Trehaloselösung, dann verfärbt es sich nicht (Apfelscheiben zum Beispiel werden nicht braun), Aroma und Textur bleiben weit gehend erhalten. Trehalose verbessert auch die Qualität von Süßwaren wie Karamell, Toffee, Schokolade und Kaugummi. Große Mengen Trehalose synthetisiert man heute in einem enzymatischen Prozess, den sich Takanobu Hayashibara vom Amase-Institut im japanischen Okayama patentieren ließ. Der Forscher berichtete 2002 über das aus einem Bakterium isolierte Enzymsystem, das Stärke mit hoher Ausbeute in Trehalose verwandelt. Der Prozess kostet nur noch 1 % der Summe, die für die Extraktion des Zuckers aus natürlichen Quellen wie Hefe aufzuwenden war. Hayashibara beobachtete auch, dass Trehalose Körpergerüche neutralisiert, insbesondere 2-Nonenal und 2-Octenal 43) – Verbindungen, die vor allem von alten Menschen über die Haut ausgedünstet werden. Die abgegebene Menge reduziert sich um fast drei Viertel, wenn die Haut mit einer trehalosehaltigen Lotion eingerieben wird. Vielleicht entdeckt die Kosmetikin43

Die Summenformeln lauten C 8 H 15 CHO bzw. C 7 H 13 CHO; in beiden Fällen ist der Aldehydgruppe (CHO) eine Doppelbindung benachbart.

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dustrie diesen Effekt eines Tages für neue Körperpflegelinien. Die Werbung dafür könnte dann so aussehen: The Senior Citizen Courier 2025 [Anzeige]

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Wie Sie sicherlich wissen, erstarrt geschmolzener Zucker zu einer glasartigen Substanz. (Daraus besteht übrigens das »Fensterglas«, das Schauspieler zertrümmern können, ohne sich dabei zu verletzen.) Auch Trehalose hat diese Eigenschaft. Das durchsichtige Material könnte man zum Beispiel benutzen, um Antikörper zu konservieren, wie Dr. Bruce Roser 44) 1985 vorschlug. Er gab Trehalose zu einer Antikörperlösung und ließ das Wasser bei 37 °C verdampfen. Als man das getrocknete Produkt später wieder anfeuchtete, waren die Antikörper noch aktiv, was sich bei einer Trocknung ohne Trehalose nicht erreichen lässt. Selbst nach jahrelanger Lagerung bei Zimmertemperatur lassen sich mit Trehalose konservierte Antikörper problemlos reaktivieren. Gleiches gilt für Enzyme und Impfstoffe. Auf Anfrage der Weltgesundheitsorganisation (WHO) entwi44

Roser ist inzwischen (2005) Chef des wissenschaftlichen Beraterteams von Cambridge Biostability.

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ckelte Roser eine Technologie für die Lagerung von Impfstoffen ohne Kühlung. Diese Methode senkt die Kosten für Impfkampagnen besonders in der Dritten Welt erheblich. Über die Hälfte der weltweit hergestellten Impfstoffe müssen verworfen werden, weil sie zu starken Temperaturschwankungen ausgesetzt waren. In heißen Ländern müssen die Substanzen zwingend im Kühlschrank aufbewahrt werden – sobald der Verdacht besteht, dass die Kühlkette unterbrochen war, ist der Impfstoff nicht mehr verwendungsfähig. Von den jährlich 130 Millionen Neugeborenen werden 100 Millionen gegen wichtige Erreger geimpft; von den ungeschützten 30 Millionen stirbt eine Million an vermeidbaren Krankheiten. Nach der Mischung mit einer Trehalose-Lösung werden die Impfstoffe sprühgetrocknet. Dabei entstehen mikroskopisch kleine, glasartige Kügelchen, die in einer inerten Flüssigkeit suspendiert werden. So ist der Wirkstoff stabil. Erst nach der Injektion in den Körper wird die Trehalose in Wasser gelöst und der eigentliche Impfstoff freigesetzt. Mithilfe von Rosers Verfahren kann man pulverisierte Impfstoffe als Gemisch lagern und sogar in dieser Form injizieren, ohne dass die Substanzen miteinander reagieren können.

Iod macht klug Weniger prägnant ausgedrückt: Ein bisschen Iodid im Kochsalz schützt vor Kretinismus, einer lebenslang anhaltenden Störung der körperlichen und geistigen Entwicklung durch dauerhafte Schädigung des Hirns. Den Iodbedarf der Weltbevölkerung zu sichern, ist nicht einmal besonders teuer: Wenn jeder der 6,5 Milliarden Erdenbürger am Tag die empfohlenen 70 Mikrogramm Iod bekommt, sind das insgesamt jährlich 166 Tonnen – weniger als 2 % der Weltjahresproduktion –, die sich zudem nachhaltig 154

aus Tang isolieren ließen. (Seetang war früher tatsächlich der wichtigste Rohstoff für die Iodgewinnung.) Wenn es um Nahrungszusätze geht, spricht man manchmal von Iod, manchmal von Iodid. Die Begriffe bezeichnen aber durchaus unterschiedliche Substanzen. Iod ist das chemische Element. Es kommt molekular vor (I 2 ) und wurde in dieser Form zur Wunddesinfektion benutzt. In der Natur findet man Iod nicht elementar, sondern als negativ geladenes Iodid-Ion I- in Salzen, die außerdem ein positiv geladenes Metall-Ion (etwa Kalium, K+) enthalten. Unser Organismus wandelt Iodid in einer Reihe von Reaktionen in die benötigten Moleküle um. Bereits 1960 erfasste die WHO die weltweite Häufigkeit des Kropfes. Diese starke Schwellung im Halsbereich ist ein auffälliges äußeres Zeichen für Iodmangel, aber nicht besonders zuverlässig: An Iodmangel leiden meist Kinder im Schulalter – sie entwickeln keinen Kropf; eine bestehende Erkrankung hingegen bessert sich auch bei deutlicher Steigerung der Iodzufuhr nur langsam. Heutzutage zieht man zur Bewertung des Iodstatus Urinproben heran. Iodkonzentrationen von weniger als 50 mg pro Liter werden als Mangel bewertet. 1990 litten in den Entwicklungsländern schätzungsweise 750 Millionen Menschen einen mehr oder weniger ausgeprägten Mangel an Iod. Bei zehn Millionen von ihnen kam es zu Wachstumsverzögerungen und geistiger Zurückgebliebenheit. 1993 veröffentlichte die WHO eine Datenbank zur Iodversorgung, die auf der Anzahl an Kropfpatienten in 121 Ländern mit potenziellem Iodmangel basierte. Weil Iodid sehr gut wasserlöslich ist und deshalb leicht aus dem Boden ausgespült wird, sind die Menschen in Gebieten mit häufigem Starkregen oder Vergletscherung des Bodens – etwa Indien und China – besonders in Gefahr. Die WHO drängte die Regierungen in 110 Staaten, die Verwendung von iodiertem Speisesalz verbindlich vorzuschreiben.

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Bis 2004 waren 56 Staaten dieser Aufforderung gefolgt; die meisten anderen waren dazu bereit, nur in 14 Ländern bewegte sich nichts. Die UN-Vollversammlung beschloss 2002 in einer Sondersitzung zum Thema Kinder die Einrichtung einer IodmangelDatenbank und die Unterstützung der Mitgliedsstaaten bei der Bereitstellung von Iodsalz. Dazu arbeitete die UN mit speziellen Behörden wie dem International Council for Iodine Deficiency Disorders (ICIDD) zusammen. Iodmangel wirkt sich besonders stark auf Babys im Mutterleib und in den ersten drei Lebensmonaten aus. In diesem für die Hirnentwicklung kritischen Zeitraum führt ein Zuwenig an Iod zu dauerhaften Schäden; der IQ liegt dann durchschnittlich bei 85 (der statistische Normwert ist 100). In manchen Gebieten der Erde ist jedes siebente Kind betroffen. Während der Schwangerschaft und Stillzeit sollten Mütter doppelt so viel Iod (140 Mikrogramm täglich) zu sich nehmen, wie allen anderen empfohlen wird, um die ungestörte Entwicklung von Hirn und Nervensystem zu ermöglichen. Es gibt mehrere Möglichkeiten, akuten Iodmangel zu beheben. Die einfachste ist die Einnahme einer Lösung von 5 g Iod und 10 g Kaliumiodid in 100 ml Wasser (Dosierung: zweimal täglich 1 ml). Nach der Aufnahme wird das Iod sofort in die Schilddrüse transportiert und dort bis zur Umwandlung in die benötigten iodhaltigen Hormone gespeichert. Als effektiver erwies sich die intramuskuläre Injektion eines iodierten Öls. Entsprechende Aktionen brachten in Papua-Neuguinea und später in China, Lateinamerika und Afrika deutliche Erfolge. 1967 erhielt in einer großangelegten Studie die Hälfte von 8000 Probandinnen aus Neuguinea solche Injektionen. Vier Jahre später hatten rund 1000 der Teilnehmerinnen ein Kind zur Welt gebracht. Hirnschädigungen durch Iodmangel wurden bei 7 Kindern der behandelten, aber bei 26 Kindern der unbehandelten Gruppe festgestellt. Heute verfährt

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man in dieser Weise nur noch im Akutfall. Ansonsten genügt eine langfristige Sicherung der Iodversorgung durch die Iodierung von Speisesalz mit Kaliumiodid (KI, in gemäßigten Breiten) oder Kaliumiodat (KIO 3 , vor allem in tropischen Gebieten); das Iodat ist in feuchtwarmem Klima stabiler als das Iodid. Die Konzentration sollte bei mindestens 15 Millionstel Teilen (ppm) liegen, typisch sind 20 bis 40 ppm. Im Mittel essen wir am Tag etwa 5 bis 10 g Salz. Der Körper eines durchschnittlichen Erwachsenen enthält 10 20 mg Iod, vor allem in der Schilddrüse in Form der Hormone Thyroxin 45) und Liothyronin 46), die vier bzw. drei Iodatome enthalten. Diese Hormone regeln verschiedene Stoffwechselfunktionen, insbesondere die Körpertemperatur, und werden lebenslang benötigt. Iod spielt außerdem eine Rolle für Wachstum und Entwicklung des Organismus. Neben dem Kropf als äußerem Zeichen zieht Iodmangel eine Schilddrüsenunterfunktion nach sich, die sich als ständige Antriebslosigkeit und Kältegefühl bemerkbar macht. 47 ) In den Industrieländern ist es normalerweise kein Problem, den täglichen Iodbedarf mit der Nahrung zu decken. Eine wichtige Iodquelle ist Kuhmilch, insbesondere seitdem man dem Futter von Weidetieren Iod gezielt zusetzt. Eine Zeit lang war es außerdem üblich, das Euter vor dem Melken mit Iodlösung zu desinfizieren, wodurch der Iodgehalt der Milch unbeabsichtigterweise noch ein wenig anstieg. (Mittlerweile geht man allerdings dazu über, das Euter erst nach dem Melken zu behandeln.) Reich an Jod sind Fisch – Makrele, Kabeljau und besonders Schellfisch, der etwa 300 Mikrogramm des Spurenelements pro 150-g-Portion 45

Summenformel C 15 H 11 I 4 NO 4 Summenformel C 15 H 12 I 3 NO 4 47 Eine Überfunktion der Schilddrüse kommt auch vor. Ihre Merkmale sind Ruhelosigkeit und übermäßige Aktivität. 46

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enthält –, Joghurt und Sonnenblumenkerne, in der Gemüseabteilung vor allem Pilze, Kohlsorten und Zwiebeln (mit Gehalten von bis zu 10 ppm in der Trockenmasse). Einige andere Lebensmittel hingegen können die Iodaufnahme durch den Organismus hemmen. Dazu gehört Maniok, Mais, Bambus und Süßkartoffeln, Speisen also, die gern in Regionen verzehrt werden, wo die Iodversorgung ohnehin problematisch ist. Dass ein Kropf Zeichen von Iodmangel ist, weiß man schon seit fast 200 Jahren. Erste Behandlungsversuche waren jedoch nicht von Erfolg gekrönt. Der französische Arzt Jean-François Coindet (1774 - 1834) war 1820 der Erste, der Kropfpatienten das fehlende Element in Form alkoholischer Iod-KaliumiodidLösungen verabreichte. Coindet kannte ein traditionelles Heilmittel für die krankhafte Schwellung des Halses, Asche von Seetang, und wusste, dass Tang viel Iod enthält. So zog er den richtigen Schluss auf den aktiven Inhaltsstoff der Asche. Coindets Tinktur hatte leider schwere Nebenwirkungen in Form von Magenreizungen und Bauchschmerzen, weshalb das Experiment alsbald abgebrochen wurde. Karriere machte das Mittel allerdings trotzdem – als Wunddesinfektionsmittel, das über hundert Jahre lang in Gebrauch war, bis die gefürchtete Iodtinktur schließlich von mehr oder weniger schmerzfreien Alternativen abgelöst wurde. Dass die Schilddrüse Iod enthält, konnte 1895 ein Dr. Baumann schlüssig beweisen: Er beobachtete das Aufsteigen violetter Ioddämpfe, als er konzentrierte Salpetersäure auf eine Probe Schilddrüsengewebe tropfte. 48 ) 1916 schließlich zeigte der amerikanische Biologe David Marine aus Ohio, dass sich der Kropf nicht nur mit Iod behandeln, sondern durch regelmäßige Einnahme von Iodpräparaten auch verhindern lässt. Marine kam auf die Idee, Kochsalz zu iodieren. Schon in den 1920er Jahren 48

Der Name Iod leitet sich vom griechischen iodes, »violett«, ab.

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konnte man in den USA und der Schweiz iodiertes Speisesalz kaufen, was zu einem fast völligen Verschwinden von Kropferkrankungen führte. Leider mussten weitere 70 Jahre vergehen, bis das einfache Heilmittel auch die Gegenden der Erde erreicht hatte, wo es am dringendsten gebraucht wird. Die Weltjahresproduktion an Iod liegt gegenwärtig bei 13000 Tonnen. Die wichtigsten Erzeugerländer sind Chile und Japan; die heute bekannten, leicht zugänglichen Iodreserven umfassen weltweit etwa zwei Millionen Tonnen. Von den 1820er bis in die 1950er Jahre gewann man Iod aus getrocknetem Tang; im Interesse eines nachhaltigen Wirtschaftens kommt man sicherlich irgendwann darauf zurück. Kelp (eine große Seetangart, die zu den Braunalgen gehört) enthält 0,45% Iod in der Trockenmasse, die Asche sogar 1,5%. Aus einer Tonne Asche erhält man folglich 15 kg Iod. Die Iodkonzentration in Meerwasser beträgt nur 0,06 ppm (Kelp reichert das Element also an), der Durchschnittswert im Boden liegt dagegen bei 3 ppm. Spitzenkonzentrationen findet man in der russischen Baraba-Steppe (300 ppm) und an den Küsten von Japan und Wales (150 ppm). In der Natur beobachtet man einen Iod-Kreislauf: Tausende Tonnen Iod verlassen jährlich die Ozeane mit der Gischt oder in Form iodhaltiger, von Meeresorganismen gebildeter Moleküle. Algen geben flüchtige Iodverbindungen wie Iodmethan (CH 3 I) und Diiodmethan (CH 2 I 2 ) an die Atmosphäre ab, die vielleicht sogar eine wichtige Rolle für das Klima spielen, denn sie fördern die Wolkenbildung. Ein Teil des Iods wird an Land abgelagert und geht dort in den biologischen Kreislauf ein. Unlängst hat man nachgewiesen, dass auch Reispflanzen Iodmethan abgeben und damit für immerhin 4% der Gesamtmenge dieser Verbindung in der Lufthülle verantwortlich sind. In der Natur kommt nur ein einziges Iod-Isotop vor, das nicht radioaktive Iod-127. Bei Kernreaktionen in Kraftwerken entsteht

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das schwerere, gefährliche Isotop Iod-131, das in großen Mengen während des Reaktorunfalls von Tschernobyl 1986 freigesetzt wurde. Die Halbwertszeit von Iod-131 beträgt zwar nur acht Tage, aber das Element landet so schnell in der Nahrungskette des Menschen – vor allem über die Milch von Weidetieren oder das Trinkwasser –, dass die Gefahr ernst genommen werden muss. Als Gegenmittel wird Kaliumiodid in Tablettenform verabreicht; durch das Überangebot an Iod verhindert man, dass größere Mengen des radioaktiven Isotops in der Schilddrüse eingelagert werden, und minimiert so die gefürchteten Folgeschäden. Eigentlich müsste auf der Welt niemand mehr an einem Kropf oder an Iodmangel-Kretinismus leiden, wenn in den Regionen, wo es nötig ist, das Speisesalz konsequent iodiert würde. Dabei ist nicht etwa nur von Entwicklungsländern die Rede – auch in den Industriestaaten wird mit dem Thema eher nachlässig umgegangen. In Großbritannien etwa stehen in den Salzregalen der Supermärkte nur 2% iodiertes Salz, und in manchen Landesteilen ist der Iodmangel schon so groß, dass ungeborene Kinder gefährdet sind. Was auch immer Sie hin und wieder in der Zeitung lesen – ein bisschen Salz am Essen schadet niemandem, es sei denn natürlich, Ihr Arzt rät Ihnen ausdrücklich, den Salzkonsum aufgrund von Bluthochdruck oder Herzkrankheiten stark einzuschränken. (Jedenfalls ist das Risiko, die genannten Erkrankungen zu entwickeln, bei Personen höher, die sich salzreich ernähren.) Manche so genannten Ernährungsberater reden über Salz, als sei es an sich schon lebensbedrohlich und habe die Schuld an zehntausenden Todesfällen jährlich. In den Industrieländern ist es wohl nicht ungesund, den Salzkonsum unter Kontrolle zu behalten. Im Rest der Welt aber steigt bei salzarmer Ernährung das Risiko, an Iodmangelkrankheiten zu leiden.

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Functional Food Unter »Functional Food« (funktionellen Nahrungsmitteln) versteht man Lebensmittel, die über ihren eigentlichen Nährwert hinaus einen bestimmten Nutzen bringen sollen. Um gesund zu bleiben und zu gedeihen, braucht der Mensch sechserlei: ÆKohlenhydrate, Proteine, Fette, Mineralstoffe, Vitamine und Wasser. Eine sinnvoll gemischte Ernährung enthält genug von alledem. Ein funktionelles Nahrungsmittel enthält nicht einfach mehr von einer dieser Komponenten, sondern Stoffe, die ganz andere Effekte bewirken. Es genügt also nicht, ein Produkt mit Calcium, Vitamin C oder Eisenpulver (wie Kellogg’s Special K) anzureichern, um von Functional Food sprechen zu können. Die Idee der funktionellen Nahrungsmittel stammt aus Japan. In den 1980er Jahren begann dort die Lebensmittelindustrie, sich auf eine alternde und zugleich wohlhabende Kundschaft einzustellen, die gewillt war, viel Geld für Produkte auszugeben, die ein längeres, gesünderes Leben versprachen. Auf andere Industrieländer – besonders die USA und Westeuropa – schwappte diese Welle zu Beginn der 1990er Jahre über. Um die Jahrtausendwende lag der Jahresumsatz mit Functional Food weltweit schon über einer Milliarde Dollar. Stephen Defelice, Direktor der amerikanischen Foundation for Innovation in Medicine (New Jersey), prägte die alternative Bezeichnung »Nutraceuticals« (zusammengezogen aus nutrient, Nährstoff, und pharmaceutical, Arzneimittel), die allerdings von 60% der befragten Kunden abgelehnt wurde und sich ebenso wenig durchsetzte wie die wohlklingenden Kunstwörter Foodiceuticals, Phytonutrients, Designer Food, Pharmafood und so weiter. In der Zwischenzeit erschienen die verschiedensten Produkte

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auf dem Markt, emsig beworben 49) in Fernsehen, Zeitungen und Zeitschriften. Das Thema schien sogar akademisch hoffähig zu werden: Die University of Illinois setzte einen Studiengang »Functional Food for Health« mit eigenem Webserver auf. Der interessierte Surfer muss allerdings feststellen, dass dieser Anlauf bereits 2004 endete, weil die Finanzierung nicht gesichert war. Das bedeutet nicht, dass Functional Food eine reine Modeerscheinung ist – nur für die Untersuchung des Themas auf akademischem Niveau scheint kein Geld vorhanden gewesen zu sein. Im Grundsatz ist die Idee nicht schlecht; Functional Food wird im Laufe dieses Jahrhunderts mit Sicherheit noch von sich reden machen. Zu den erfolgreichen, von großangelegten Werbekampagnen propagierten funktionellen Lebensmitteln gehört die Margarine Benecol, 1995 von der finnischen Firma Raisio auf den Markt gebracht. Der aktive Inhaltsstoff in diesem aus Rapsöl hergestellten Brotaufstrich heißt Sitostanolester. Studien an Kaninchen zeigten 1981, dass diese Substanz den Cholesterinspiegel senken kann. Sitostanol wird aus Tallöl extrahiert, einem Nebenprodukt der Zellstoffindustrie, das aus der Baumrinde stammt. In die Benecol-Produktion fließen jährlich etliche Tonnen der Verbindung, die sich aufgrund ihrer schlechten Mischbarkeit selbst nicht zur Verwendung in Nahrungsmitteln eignet: Nicht einmal eine fetthaltige Basis wie Margarine nimmt so viel davon auf, dass die Wirkung auf den Cholesterinspiegel deutlich zu bemerken wäre. Aus diesem Grund wandelt man Sitostanol in den wesentlich besser löslichen Ester um; Benecol enthält immerhin 10% Sitostanolester. Versuche in Finnland ergaben, dass drei Portionen (30 g) Be49

Hersteller und Anbieter von Functional Food dürfen in der Werbung allerdings nicht versprechen, dass ihr Produkt eine bestimmte Krankheit heilt; es darf nur von allgemeinem gesundheitlichen Nutzen die Rede sein.

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necol täglich ausreichen, um den Cholesterinspiegel im Blut um durchschnittlich 10% zu senken; aus einigen Studien ging hervor, dass der Effekt auf das »schlechte« Cholesterin, LDL (Low Density Lipoprotein), bis zu 14% beträgt. Der LDL-Spiegel steht in direktem Zusammenhang mit dem Risiko einer Herzerkrankung. Cholesterin wird in der Leber gebildet und im Gallengang gespeichert; von dort aus wird es bei Bedarf zur Unterstützung der Fettverdauung freigesetzt. Zum großen Teil wird es vom Organismus danach – gemeinsam mit dem Cholesterin aus der Nahrung – wieder aufgenommen. Sitostanol ist dem Cholesterin chemisch sehr ähnlich und blockiert deshalb diese Wiederaufnahme. Functional Food ist offenbar ein durchaus einträgliches Geschäft. Nicht wenige Nahrungsmittel aber sind von Natur aus »funktionell«, insbesondere viele Obst- und Gemüsesorten. Sie enthalten Verbindungen, die auf den ersten Blick nahrhaft, auf den zweiten Blick aber auch gesundheitsfördernd sind. Kraut, Rüben und Rosenkohl zum Beispiel enthalten Cyanohydroxybuten und Sulforaphan, denen eine vorbeugende Wirkung gegen Herzkrankheiten zugeschrieben wird. Die vier wichtigsten Klassen funktioneller Inhaltsstoffe von Pflanzen sind Carotinoide, Flavonoide, Isoflavone und Phytosterole (wie Sitostanol) – allesamt vermutlich antioxidativ, cholesterinsenkend, herzschützend und krebsvorbeugend. Carotinoide sind fettlösliche Vorläufermoleküle von Vitamin A. Sie schützen vor chronischen Abbauerscheinungen und Funktionsverlust, indem sie freie Radikale unschädlich machen. Die leuchtend gelben, orangefarbenen und roten Substanzen geben Tomaten, Möhren und Apfelsinen ihre Farbe. Tomaten enthalten insbesondere das Carotinoid Lycopin, das möglicherweise vor Brust-, Gebärmutterhals-, Blasen-, Haut- und Prostatakrebs schützt.

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Flavonoide sind Polyphenole und wirken als solche antioxidativ; außerdem regen sie den Kreislauf an und senken den Cholesterinspiegel. Enthalten sind sie in Obst, Gemüse, Wein, Bier und Tee. In Tee findet man verschiedene, teils krebsvorbeugend wirkende Polyphenole; Rotwein, genauer gesagt das Polyphenol Resveratrol, senkt die Wahrscheinlichkeit von Herz-KreislaufErkrankungen (jedenfalls bei Männern mittleren Alters mit mittlerem Einkommen). Auch Flavonoide senken angeblich das Krebs- und Allergierisiko – Letzteres zumindest darf bezweifelt werden. Isoflavone, Substanzen aus der Klasse der Phenole, kommen nahezu ausschließlich in Sojabohnen vor. Weil sie dem Hormon Östrogen ähneln, sagt man ihnen eine Schutzwirkung gegen Brust-, Magen- und Prostatakrebs nach; außerdem sollen sie Wechseljahresbeschwerden lindern. Sojamehl enthält übrigens noch eine ganze Reihe weiterer Chemikalien, die sonst nirgends zu finden sind. Die US-Zulassungsbehörde FDA gestattet, dass bei Produkten mit einem Mindestgehalt von 6,25 g Sojaprotein pro Portion folgender Hinweis auf der Verpackung angebracht wird: »25 g Sojaprotein täglich können im Rahmen einer Diät, die arm an Cholesterin und gesättigten Fettsäuren ist, das Risiko für Herzerkrankungen senken.« Es ist schon viel getan, wenn man regelmäßig viele verschiedene Obst- und Gemüsesorten isst. Abgesehen davon, dass man damit den Bedarf an Vitaminen und Mineralstoffen mit großer Wahrscheinlichkeit deckt, nimmt man so auch eine ganze Reihe interessanter, einzigartiger und vielleicht nützlicher Chemikalien zu sich. Ausschließlich in Möhren zum Beispiel findet sich Falcarinol, ein natürliches Pestizid, das die Pflanzen vor Pilzbefall und vermutlich (durch Studien an Ratten belegt) den Menschen vor Dickdarmkrebs schützt. Cranberry-Saft enthält Benzoesäure, die bei Harnwegsinfekten Erleichterung bringt. Alliin und Allicin aus

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Knoblauch und Zwiebeln könnten ebenfalls vor Krebs schützen und verringern das Risiko von Herzerkrankungen durch eine Senkung des Blutdrucks und des Cholesterinspiegels. Granatapfelsaft soll Fettablagerungen in den Arterien abbauen. Auch tierische Nahrungsmittel bringen funktionelle Inhaltsstoffe auf unseren Tisch. Konjugierte Linolsäure (CLA) aus Vollmilch, Butter und Lammfleisch schützt vor Brustkrebs. Fischöle sind reich an mehrfach ungesättigten Omega-3Fettsäuren, deren günstige Wirkung auf das Herz in jüngster Zeit allerdings durch eine Studie an der University of East Anglia in England in Zweifel gezogen wurde. In der Arbeit, die im März 2006 im British Medical Journal erschien, berichten die Forscher um Lee Hooper, keine im Vergleich zur Kontrollgruppe signifikante Verringerung des Risikos für tödlich ausgehende Herzerkrankungen bei Probanden gefunden zu haben, die regelmäßig Omega-3-Fettsäuren als Nahrungsergänzung zu sich nahmen. Dabei spielte es keine Rolle, ob die Substanz aus Leinsamen oder Fischöl gewonnen worden war – alle Präparate waren gleich unwirksam. Von solchen etwas enttäuschenden Ergebnissen einmal abgesehen, hat der Siegeszug der funktionellen Nahrungsmittel eben erst begonnen. Mit Sicherheit entdeckt man unter den vielen Tausend natürlichen und essbaren Inhaltsstoffen von Pflanzen und Tieren mit der Zeit einige, die der Gesundheit wirklich dienlich sind. Bis es soweit ist, bietet sich mindestens ein weiterer Weg zu einem besseren Allgemeinstatus des Organismus an: die Anregung der »freundlichen« Darmflora.

Die Speisung der fünfzig Milliarden Zwei Arten funktioneller Lebensmittel enthalten Stoffe, die nicht zur Ernährung des Menschen selbst, sondern zur Pflege seiner 165

mikroskopisch kleinen Untermieter bestimmt sind. Probiotische Nahrungsmittel bringen nützliche Bakterien mit, die den Verdauungstrakt besiedeln sollen; prebiotische Nahrungsmittel sorgen für eine optimale Ernährung der schon vorhandenen Flora. Die »guten« Bakterien sollen sich vermehren und die »schlechten«, unerwünschten Keime zurückdrängen. Ihr Wirt profitiert davon in verschiedenerlei Hinsicht. Im Darm eines Menschen leben ungefähr 100 Billionen Mikroorganismen. Das bedeutet, der Magen-Darm-Trakt hat mehr Bewohner als der ganze Körper Zellen (Letztere zählen nur rund 10 Billionen). Die Darmflora wiegt immerhin etwa ein Kilogramm. Sie hilft nicht nur bei der Verdauung, sondern regt auch das Immunsystem an. Je weiter man in das Verdauungssystem hinabsteigt, desto dichter wird die Besiedelung: Ein Milliliter Magenflüssigkeit enthält gerade einmal 1000 Bakterien, ein Milliliter Dünndarminhalt schon zehn Millionen und ein Milliliter Kot im Dickdarm bis zu zehn Billionen. Die Flora ist bemerkenswert artenreich. Einige der 400 Arten sind nützlich (zum Beispiel Bifidobacter und Lactobacillus), andere schädlich (Enterobacteriaceae und Clostridium). Die Besiedelung des Darms beginnt, wenn ein Baby nach der Geburt den Mund zum ersten Schrei öffnet. Dass unser Verdauungssystem nicht nur gutartige Bakterien beherbergt, überlegte als Erster der Nobelpreisträger Ilja Metschnikow (1845 - 1916). In seinem 1907 erschienenen Buch The Prolongation of Life brachte er die Theorie vor, die Langlebigkeit der Bulgaren liege am reichlichen Konsum von Lactobacillus enthaltendem Joghurt. Einige Jahre lang erfreute sich diese Idee großer Popularität; als sich das lange Leben der Bulgaren allmählich als modernes Märchen erwies, verschwand sie aber – zumindest im Westen – wieder in der Versenkung. Auf fruchtbareren Boden fiel die Theorie in Japan, wo sie der medizinische

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Mikrobiologe Minora Shirota von der Universität Kyoto in den 1930er Jahren weiterentwickelte. Der Forscher suchte nach »guten« Bakterien, die widerstandfähig genug sind, um die ätzende Säure und die Verdauungsenzyme im Magen und den Angriff des Gallensafts im Zwölffingerdarm zu überstehen und unbeschadet im Dünndarm zu landen, um dort ihr nützliches Werk zu tun. Auf diese Weise sollte ein geschädigter Darm von gesunden Bakterienkolonien neu besiedelt werden. Shirota fand die gesuchten Mikroben, als er Kulturen von menschlichem Kot anlegte. Mithilfe der nach ihm benannten Art Lactobacillus casei Shirota stellte er aus Milch ein Getränk namens Yakult her, das mittlerweile auf der ganzen Welt verkauft wird. In jeder 50-ml-Flasche Yakult befinden sich sechs Millionen Individuen L. casei Shirota. Der Inhalt unseres Darms ist zwar kein Tischgespräch, nichtsdestoweniger aber interessant, wichtig für die Gesundheit und der wissenschaftlichen Erforschung würdig. In den 1990er Jahren konnte Tomotari Mitsuoka von der Universität Azabu in Japan zeigen, wie sich die Zusammensetzung der Darmflora mit dem Alter ändert und warum es sinnvoll ist, die Population »guter« Bakterien von Zeit zu Zeit wieder aufzustocken. Durch die Neubesiedelung des Darms lässt sich möglicherweise eine Reihe von Krankheiten bekämpfen – Milchzuckerunverträglichkeit (Milch enthält große Mengen des Kohlenhydrats Lactose), entzündliche Prozesse und Geschwüre des Verdauungstrakts. Nützen kann eine solche Behandlung auch bei Durchfall nach der Einnahme von Antibiotika und vielleicht sogar bei Magen- und Darmkrebs. Zu den populären probiotischen Getränken gehört auch Actimel von Danone. Die aktive Kultur ist hier Lactobacillus casei immunitas. Ähnlich ist Gaio von der englischen Firma MD Foods, das die Kultur Causido enthält, benannt nach den ebenfalls im Ruf der Langlebigkeit stehenden Einwohnern des Kaukasus in der Ukraine, aus deren Kot die Art gewonnen wurde. Ver-

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suche mit Gaio deuteten an, dass das Getränk sogar den Cholesterinspiegel im Blut senkt; eine Bestätigung dieser Ergebnisse steht allerdings noch aus. Die Bezeichnung »probiotisch« für Produkte wie Actimel und Yakult wurde 1989 von Roy Fuller geprägt, der sich selbst als »Berater für die Mikroökologie des Verdauungstrakts« bezeichnet und vom englischen Reading aus agiert. Gemeinsam mit Jos Huis in’t Veld und Robert Havenaar vom TNO predigt er die Vorzüge probiotischer Nahrungsmittel. Das Trio isolierte und identifizierte in menschlichem Kot neben Lactobacillus casei Shirota weitere nützliche Arten wie Lactobacillus acidophilus, L. delbrueckii bulgaricus, L. GG, L. johnsonii sowie die Bifidobakterien B. animalis, B. bifidum, B. brevis, B. infantis und B. lactis. Alle genannten Arten können Magen und Dünndarm passieren, ohne Schaden zu nehmen. Durch regelmäßigen Verzehr probiotischer Nahrungsmittel lässt sich die Zusammensetzung der Darmflora tatsächlich verändern. Allerdings hält diese Veränderung nur so lange an, wie man die guten Bakterien von außen zuführt. Nebeneffekte der Neubesiedlung sind eine stärkere Ansäuerung des Magen-Darm-Inhalts, die Krankheitskeimen wie Salmonella, Listeria und Escherichia nicht gut bekommt, und eine Hemmung der Vermehrung von Heliobacter pylori, dem Verursacher von Verdauungsbeschwerden und Magengeschwüren. Selbst wenn Probiotika Krankheiten nicht völlig verhindern können, begünstigen sie doch die Genesung nach Magen-Darm-Erkrankungen etwa durch Rotaviren, eine Infektion, die jährlich eine halbe Million Todesopfer unter Säuglingen und Kleinkindern fordert. Eine Gruppe unter der Leitung von Erika Isolauri am Universitätskrankenhaus im finnischen Tampere konnte diesen Zusammenhang durch die Behandlung von Kindern nach einem Rotaviren-Durchfall mit Lactobacillus GG nachweisen.

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Vielleicht können Sie sich mit dem Gedanken, lebende Bakterien aufzuessen, nicht recht anfreunden. Was halten Sie dann davon, die bereits angesiedelten guten Bakterien gezielt zu füttern, damit sie sich stark vermehren? Dafür gibt es die von Professor Glenn Gibson, School of Food Science an der University of Reading in England, 1995 »Prebiotika« genannten Lebensmittel. Eine wissenschaftlich exaktere Bezeichnung ist Oligosaccharide. Diese unverdaulichen ÆKohlenhydrate gelangen unbeschadet durch Magen und Dünndarm in den Dickdarm als Delikatesse für die dort beheimateten Nützlinge. Prebiotische Kohlenhydrate sind Lactulose (siehe Formelglossar), Fructo-Oligosaccharide (FOS) und Galacto-Oligosaccharide (GOS). FOS sind Ketten aus bis zu 60 Fructose-Einheiten mit je einem Glucosemolekül an beiden Enden, GOS besteht aus zwei Galactose- und einem Glucosering und Lactulose entsteht durch Verknüpfung eines Galactose- und eines Fructosemoleküls. Prebiotische Kohlenhydrate lassen sich Lebensmitteln aller Art zusetzen, etwa Getreideerzeugnissen, Keksen und Kuchen oder speziellen Getränken. Man kann sie aus Pflanzenteilen (zum Beispiel Zichorienwurzeln) extrahieren oder mithilfe spezifischer Enzyme aus gewöhnlichem Zucker herstellen. Geringe Mengen FOS finden sich in Bananen, Porree (Lauch) und Weizen; auch die anderen prebiotischen Kohlenhydrate kommen in der Natur vor, aber nirgends in genügend großen Mengen, um die Zufuhr der für die Darmgesundheit empfohlenen 5 g täglich zu sichern. (Im Schnitt nimmt man 2 g Oligosaccharide am Tag auf.) Auch Muttermilch enthält verschiedene prebiotische Kohlenhydrate, die vom Baby nicht verdaut werden, sondern die Bakterienflora ernähren. Je mehr Bifidobakterien im Darm wachsen, desto niedriger ist das Risiko einer Magen-Darm-Infektion mit Campylobacter, Salmonella, Clostridium und anderen unangenehmen Arten, die sich im Darm von Säuglingen, die mit Baby-

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nahrung gefüttert werden, in weitaus größerer Menge finden lassen als bei gestillten Babys. Ein Liter Muttermilch enthält 3 - 15 g Oligosaccharide, die von den Bakterien in kurzkettige organische Säuren wie Essig- und Buttersäure gespalten werden. Dadurch sinkt zum einen der pH-Wert des Darminhalts, wodurch unerwünschte Mikroben abgetötet werden, zum anderen gedeihen die Zellen der Darmwand besser – die Schleimschicht, mit der die Innenwand des Darms ausgekleidet ist, wird dicker und ist damit besser geschützt. Rund zwei Drittel des Immunsystems des Menschen befindet sich in der Darmschleimhaut. Moderne Babymilchpulver enthalten heute auch GOS und FOS (im Verhältnis 90:10). Der pH-Wert des Darminhalts von Flaschenbabys ist seitdem ähnlich demjenigen gestillter Säuglinge – ein Anzeichen für eine gesünder zusammengesetzte Darmflora. Außer Oligosacchariden enthält Muttermilch auch andere wertvolle Stoffe zum Schutz des Babys. Lactoferrin zum Beispiel ist ein Protein, das fest an Eisenatome bindet, die dadurch schädlichen Mikroben wie Bakterien, Pilzen und Viren nicht mehr zur Verfügung stehen. Mehrfach ungesättigte Fettsäuren sind für den Aufbau der Zellmembranen notwendig; sowohl Docosahexaensäure (DHA, Omega-3; siehe Formelglossar) als auch Arachidonsäure (AA, Omega-6) findet sich in der Muttermilch. DHA spielt vermutlich eine Rolle für die Entwicklung von Augen und Hirn und die Gesunderhaltung des Herzens. DHA und AA sind so genannte essenzielle Fettsäuren – das bedeutet, jeder Mensch muss sie mit der Nahrung aufnehmen. In größeren Mengen enthalten sind sie in fetten Fischsorten, aber inzwischen gibt es auch Methoden, um sie in großem Maßstab in der Industrie herzustellen. Wichtigster Produzent von Arachidonsäure (durch einen Fermentationsprozess mit dem Pilz Mortierella alpine) ist das holländische Chemieunternehmen DSM. DHA wird von Algen syntheti-

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siert (deshalb ist die Verbindung auch in Fischöl enthalten). In manchen Geflügelfarmen wird das Futter der Hennen mit DHA angereichert – das macht sich dann im DHA-Gehalt der Eier bemerkbar. Schon seit längerer Zeit weiß man, dass eine Verfütterung von Leinsamen oder Fischöl die DHA-Konzentration in den Eiern steigen lässt, die dann zum Beispiel in Großbritannien (mit dem Namen »Ei des Kolumbus«) als Functional Food zu einem höheren Preis verkauft werden dürfen. In den 1990er Jahren begann das japanische Unternehmen Yamazaki Baking, DHAangereichertes Brot zu verkaufen. Auch einem DHA- und/oder AA-Zusatz zu Milch steht prinzipiell nichts im Wege. Rinde mitessen! Baguettebrot besteht im Wesentlichen aus Rinde. In Frankreich ist es üblich, die weiche Krume liegen zu lassen – und das ist vielleicht die gesündeste Art, Brot zu essen. Zumindest folgt das aus den Resultaten einer Studie von Thomas Hofmann, Universität Münster. Hofmann berichtete 2002, dass die Rinde das antioxidativ wirkende Pronyl-Lysin enthält, eine Verbindung, die sich beim Backen aus Stärke und der Aminosäure Lysin bildet – allerdings nur direkt unter der Oberfläche des Brotes. Damit Pronyl-Lysin entsteht, muss die Temperatur 100 °C deutlich übersteigen. Die Rinde wird im Ofen ungefähr 250°C heiß, während der Was-

sergehalt im Inneren dafür sorgt, dass 100 °C nicht überschritten werden. Vorläufige Versuche zeigten, dass Pronyl-Lysin die Konzentration der Enzyme, die wahrscheinlich der Entstehung von Krebs im Verdauungstrakt entgegenwirken, um 40% anhebt. Bis zu welchem Grad man dann tatsächlich vor Krebs geschützt ist, bleibt noch offen. In England versuchen Eltern ihre Kinder zu überreden, die Rinde mitzuessen, indem sie versprechen, dass man davon Locken bekommt. Streng wissenschaftlich begründet ist das zwar nicht, aber es geht zumindest in die richtige Richtung!

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Manche mögen’s heiß Das Hohelied Salomos im Alten Testament zählt die wichtigsten Gewürze auf (Hld. 4, Vers 14): … Narde und Safran, Kalmus und Zimt, mit allerlei Weihrauchsträuchern, Myrrhe und Aloe, mit allen feinen Gewürzen … Safran ist die getrocknete Narbe des Echten Safrankrokus (Crocus sativus) aus der Familie der Herbstkrokusse. Das leuchtend orangefarbene Pulver wurde früher in der Textilfärberei und als Naturmedizin verwendet. Für ein Kilogramm Safran benötigt man ungefähr 150000 Blüten – kein Wunder, dass die Substanz kostbar und teuer ist. Der wichtigste Safranerzeuger für den europäischen Markt ist heute Spanien. In früheren Zeiten wurde der Safrankrokus erstaunlicherweise auch in Großbritannien, in East Anglia, angebaut; der Name der Stadt »Saffron Waiden« erinnert noch daran. Der Ertrag landete allerdings nicht im Kochtopf, sondern in der örtlichen blühenden Textilindustrie. Solange Safran verwendet und geschätzt wird, hat man auch mit Fälschungen (etwa durch Blütenteile des gewöhnlichen Krokus) zu kämpfen, obwohl die Missetäter drakonisch bestraft wurden. Jobst Findeker aus Nürnberg endete 1444 für eben dieses Verbrechen auf dem Scheiterhaufen. Mit Safran werden Speisen gefärbt und aromatisiert. Zu den berühmten Safrangerichten zählen die Paella und die Bouillabaisse, eine französische Fischsuppe. In den Balkanländern und in Skandinavien kennt man Safranbrot, in Cornwall Safrankuchen. Für die besonderen Eigenschaften des Safrans sind zwei chemische Verbindungen verantwortlich, das Crocin (gelbe Farbe) und das Safranal (Aroma). 172

Das intensivste Gewürz überhaupt – Chili – kommt im Hohelied Salomos nicht vor, vermutlich, weil Chilipfeffer zu Lebzeiten des Königs nur von den Ureinwohnern Südamerikas angebaut wurde; so weit erstreckte sich nicht einmal der Einfluss dieses großen Herrschers. Heute ist Chili auf der ganzen Welt bekannt und in manchen Ländern sehr beliebt, besonders in Indien. Curry ist in der indischen Landesküche das Gewürz (besser gesagt die Gewürzmischung) schlechthin – und Curry ist immer scharf, wenn auch in unterschiedlichem Maß. Currypulver enthält vor allem Kurkuma (Gelbwurz) und dazu je nach Sorte wechselnde Mengen Paprika, Ingwer, Koriander, Kardamom, Nelken, Piment, Zimt, Zucker, Salz und natürlich Chilipulver. Paprika und Ingwer erzeugen ein leichtes Wärmegefühl, aber von Chili wird einem unweigerlich heiß. Schuld daran ist eine Chemikalie namens Capsaicin. Chilischoten sind die Früchte der in Bolivien heimischen Pflanze Capsicum frutescens, die bereits 7000 Jahre lang angebaut wurde, bevor sie nach Europa kam (zunächst ohne große Begeisterungsstürme auszulösen) und von dort nach Indien (wo sie deutlich besser aufgenommen wurde). Chili ist übrigens ernährungsphysiologisch wertvoll: reich an den Vitaminen A, C, E und Folsäure sowie an Kalium, außerdem kalorien- und natriumarm. Natürlich verwendet man die Schoten aber nicht zur Deckung des Nährstoffbedarfs, sondern zum Würzen, besser gesagt zum Schärfen von Speisen. Überlegungen zur Bewertung des Schärfegrads von Chilischoten stellte 1912 der amerikanische Chemiker Wilbur Scoville (1865 - 1942) an. Scoville verrührte Chilipulver mit einer Zuckerlösung und gab das Ganze Probanden zu trinken. Die Lösungen verdünnte er immer weiter, bis die Schärfe nicht mehr spürbar war. Die Anzahl der dazu erforderlichen Verdünnungsschritte benutzte er als Maß (»Scoville-Einheit«) für die Schärfe der ursprünglichen Schoten.

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Das »milde Ende« der Skala bildet der Gemüsepaprika (»Paprikaschote«) mit der Maßzahl 1; Chili aus New Mexico rangiert um 1000, Jalapeno-Pfeffer bei 5000, Tabasco- und Cayennepfeffer bei bereits eindrucksvollen 30000 bis 50000. Unangefochten am »scharfen Ende« ordnen sich Red Savina Habaneros mit 577000 Scoville-Einheiten ein; allerdings wird in Assam, einem nordöstlichen Bundesstaat Indiens, behauptet, der dort beheimatete NagaJolakie-Pfeffer sei mit 855000 Einheiten noch wesentlich schärfer. Reines Capsaicin steht bei schier astronomischen 15 Millionen Scoville-Einheiten. Auf Menschen wirkt die Substanz besonders intensiv; auch andere Säugetiere empfinden die Schärfe (mit wenigen Ausnahmen, zu denen manche Mäusearten gehören), während Vögel auch die schärfste Habanero-Schote unbeschadet picken. Damit sorgen sie auch für die Ausbreitung der Samen der Pflanze, deren Schärfe die meisten Säugetiere abschreckt. Das Capsaicin-Molekül besteht aus einer neungliedrigen Kette aus Kohlenstoffatomen, die über ein Stickstoffatom mit einem Benzolring verknüpft sind (siehe Formelglossar). (Prinzipiell ähnlich aufgebaut sind die aktiven Moleküle in Ingwer und Paprika, wobei die Länge der Kohlenstoffkette und die Art der daran gebundenen Atomgruppen variiert.) Der Molekülstruktur sieht man auf den ersten Blick nicht an, warum sie so intensiv mit den Geschmacksrezeptoren auf der Zunge in Wechselwirkung tritt. Capsaicin löst sich nicht in Wasser, aber (aufgrund fettähnlicher Eigenschaften) in Öl, außerdem in Alkohol und organischen Lösungsmitteln. Mit Letzteren extrahiert man die reine Verbindung aus dem natürlich gewachsenen Rohmaterial. Auf der Zunge empfinden wir eine Speise oder ein Getränk sofort als heiß oder kalt. Zuständig dafür sind zwei Arten von Rezeptoren. Dass Chilipulver sich beim Essen »heiß« anfühlt, liegt daran, dass Capsaicin den gleichen Rezeptor aktiviert wie Wärme, nämlich VR1 (Vanilloid sensitive receptor type 1). Capsaicin

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bindet an einen Rezeptor, der Kanäle für den Ausstrom von Calcium öffnet; die Calcium-Ionen wiederum sorgen dafür, dass Nozizeptoren (Schmerzmelder) einen Neurotransmitter freisetzen, der seinerseits das Schmerzsignal auslöst. Dabei ist die Bindung an den Rezeptor ziemlich hartnäckig, sodass die Calciumkanäle eine ganze Weile offen bleiben, bis das Molekül schließlich wieder verdrängt wird. Der gleiche Effekt tritt auf, wenn man etwas in den Mund steckt, das wärmer als +43 °C ist; erst, wenn sich die Speise abgekühlt hat, schließen sich die Kanäle wieder. Ein ähnliches Phänomen beobachtet man bei Substanzen, die wir im Mund als kalt empfinden. Chemische Verbindungen wie Menthol und Eucalyptol sprechen ebenso wie kalte Speisen die CMR1-Rezeptoren (Cold and Menthol sensitive receptor type 1) an; auch hier kommt es zum Ausstrom von Calcium und zur Aktivierung von Nozizeptoren, diesmal aber solchen, die Kälte signalisieren. CMR1 ist ein Membranprotein mit Kanälen, durch die Metall-Ionen ein- und ausströmen können. Zur Öffnung der Ventile sind aber nur bestimmte physikalische Reize (Kälte) und »kühl schmeckende« chemische Verbindungen in der Lage. Der Wärmedetektor VR1 funktioniert ähnlich, aber seine Proteinstruktur ist noch nicht aufgeklärt. Gemeinsam bilden CMR1 und VR1 ein körpereigenes, im Temperaturbereich von 8 bis 60 °C funktionsfähiges Thermometer. Eine übermäßige Stimulation der Schmerzrezeptoren zieht schließlich die Ausschüttung schmerzstillender Moleküle, so genannter Endorphine, nach sich. Werden VR1-Rezeptoren ständig Capsaicin ausgesetzt, dann nimmt ihre Empfindlichkeit allmählich ab. Deshalb kann man sich an den Verzehr scharf gewürzter Speisen gewöhnen und Capsaicin sogar als langfristig wirksames Schmerzmittel einsetzen. Trägt man eine capsaicinhaltige Salbe regelmäßig auf ein schmerzendes Gelenk auf, so nimmt die Sensibilität der Nerven ab, der Schmerz wird geringer und das Gelenk

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wird beweglicher. Krebspatienten, die sich einer Chemotherapie unterziehen müssen, leiden häufig an Schmerzen im Mund. Das Lutschen chiligewürzter Bonbons kann hier Erleichterung bringen. Capsaicin lindert nicht nur Schmerzen, sondern beschleunigt auch den Stoffwechsel, senkt den Cholesterinspiegel und wirkt antibakteriell. Der regelmäßige Verzehr von Chili könnte deswegen durch Abtötung des Verursachers Heliobacter pylori helfen, Magengeschwüren vorzubeugen. In heißen Ländern ist Chili wohl auch wegen seiner konservierenden Eigenschaften beliebt – es bekämpft Bakterien, die Lebensmittel verderben lassen. Gestützt wird die These von der Beobachtung, dass stark gewürzte Speisen in den wärmsten Regionen der Erde (Thailand, Philippinen, Indien, Malaysia) bevorzugt werden, schwach gewürzte Gerichte dagegen im kühlen Skandinavien auf den Tisch kommen. Pfefferspray Capsaicin ist der aktive Inhaltsstoff von Pfefferspray, das von der Polizei eingesetzt wird, um Straftäter handlungsunfähig zu machen. In die Augen gesprüht, bewirkt das Mittel ein unerträgliches Brennen, das allerdings nach rund 30 Minuten verschwindet, ohne einen dauerhaften

Schaden zu hinterlassen. Auch Pflanzenschutzmittel für den Obst-, Gemüse- und Weinbau enthalten Capsaicin. Als Zusatz zu Farben für Unterwasseranstriche verhindert die Verbindung, dass sich Entenmuscheln an Schiffsrümpfen festsetzen.

Hinsichtlich der antibakteriellen Wirkung gibt es Gewürze, die dem Chilipfeffer noch überlegen sind. Knoblauch, Gewürznelken und Zimt enthalten Substanzen, die den tödlichen Stamm Escherichia coli O157:H7 bekämpfen, nämlich Diallylthiosulfinat, Eugenol bzw. Zimtaldehyd. Die antimikrobiell wirksamsten Kräuter und Gewürze sind (in dieser Reihenfolge) Knoblauch, Zwiebel, Piment, Oregano, Thymian, Zimt, Estragon, Kreuzkümmel, Nel176

ken und Zitronengras. Kaum keimtötend wirken dagegen Petersilie, Kardamom, Pfeffer und Ingwer. Auch andere Gewürze können mehr, als Speisen Duft und Aroma zu verleihen. Curcumin ist die leuchtend gelbe Substanz, die Kurkuma (Gelbwurz), der Basis von Curry, zu Farbe und Namen verhilft. Nachweislich hemmt Curcumin das Enzym Aminopeptidase N (APN), das unter anderem die Blutversorgung von Tumoren sichert. Das zinkhaltige APN spaltet Proteine an der Zelloberfläche, wodurch Krebszellen benachbarte gesunde Zellen verdrängen können. Professor Ho Jeong Kwon von der Sejong-Universität in Seoul untersuchte 3000 verschiedene Moleküle auf ihre Fähigkeit, die Aktivität von APN zu unterdrücken, bis er schließlich auf Curcumin stieß. Inzwischen wird die Substanz, die sich zudem mühelos oral verabreichen lässt und keine Nebenwirkungen zu haben scheint, bereits im klinischen Versuchsstadium gezielt auf ihre Wirksamkeit gegen Dickdarmkrebs getestet. Forscher von der Medical School der University of Michigan haben gemeinsam mit Kollegen vom Indian Institute of Science in Bangalore gezeigt, dass Curcumin auch in der Lage ist, anderweitig nicht medikamentös behandelbare Formen der Malaria zu lindern. Im Journal of Biological Chemistry, Ausgabe 12/2004, berichtet die Gruppe von Mäusen, die mit dem Nagermalaria auslösenden Erreger Plasmodium falciparum infiziert und anschließend mit Curcumin gefüttert wurden. Die Zahl der Parasiten im Blut der Tiere sank daraufhin um mehr als 90%; über ein Viertel der behandelten Mäuse war vollständig geheilt. Ob sich diese Therapie auch für Menschen eignet, muss noch untersucht werden. Jedermann interessiert sich für das, was er (oder sie) isst; nur wenige aber wissen Bescheid über die chemische Zusammensetzung der Nahrung, obwohl hier der Schlüssel zum Verständnis des Nutzens oder Schadens der einzelnen Inhaltsstoffe liegt. Die

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Lebensmittelchemie ist eine wichtige Disziplin: Viele Unternehmen beschäftigen Lebensmittelchemiker, um sicherzustellen, dass unsere Nahrung alle benötigten Nährstoffe enthält und keine unerwünschten Nebeneffekte auslöst. Weil aber nicht vielen Leuten klar ist, was Lebensmittelchemiker tun, wird oft vermutet, sie würden allem voran unsere Nahrungsmittel »panschen«, um den Profit der Hersteller zu maximieren. Entsprechend verdächtig ist dieser Berufsstand der Allgemeinheit. »Chemikalien« in Lebensmitteln machen regelmäßig Schlagzeilen. Dabei kommt es allerdings auch vor, dass die schuldigen Stoffe nicht von der chemischen Industrie erfunden wurden, sondern in den eigenen Töpfen und Pfannen entstehen, wie das folgende Beispiel zeigt. Wie kommt das giftige Acrylamid in unsere Nahrung? Acrylamid 50) (siehe Formelglos- Nervengift. Leute, die ständig mit den sar) wird seit den 1950er Jahren in- fraglichen Dichtmassen in Berührung dustriell hergestellt und zur Herstel- kamen, waren daher potenziell gelung von allerlei Endprodukten wie fährdet. (2002 wurde das Verbot zuFarbstoffe, Kleber und wasserfesten rückgezogen, nachdem bessere Dichtmassen benötigt, die selbst in Schutzkleidung auf den Markt geder Regel kein freies Acrylamid mehr kommen war.) enthalten. Spuren wurden allerdings 1997 verzögerte sich der Bau eines in Dichtungsmitteln für Abwasserroh- Eisenbahntunnels in Südschweden re und Kanaldeckel gefunden; darauf- durch einen Wassereinbruch. Zur hin verbot zum Beispiel die US- Stabilisierung des Bauwerks wurden Umweltbehörde EPA diese Art der die Wände mit großen Mengen acrylVerwendung, weil Acrylamid durch amidhaltiger Masse ausgekleidet. die Haut in den Körper gelangen und Bald darauf allerdings fand sich Acsogar Gummihandschuhe durchdrin- rylamid im Grundwasser. In umliegen kann. Die Substanz an sich ist ein genden Gewässern entdeckte man geschädigte Lachse, und einige Arbei50 ter entwickelten Symptome wie Summenformel CH =CHCONH 2

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Taubheit in Händen und Füßen, Kopfschmerzen und Benommenheit. Blutproben der Betroffenen wurden zur Untersuchung an die Universität Stockholm geschickt; es stellte sich heraus, dass sie Acrylamid enthielten. Da Acrylamid nicht zu den Substanzen gehört, die normalerweise im Blut gesucht werden, musste eine Kontrollgruppe aus Probanden gebildet werden, die nicht von Berufs wegen mit der Chemikalie in Kontakt kommen. Zur großen Überraschung der Labormediziner fanden sich in allen Proben messbare Mengen Acrylamid. Bei Rauchern konnte man sich das noch erklären – die Substanz ist ein Bestandteil von Zigarettenrauch –, aber der Acrylamidspiegel von Nichtrauchern stellte die Forscher vor ein Rätsel. Immer mehr Blutproben wurden gesammelt, zunächst aus Schweden, dann auch aus dem Ausland. Das Ergebnis war überall gleich. Die schwedische Behörde für Lebensmittelsicherheit trat auf den Plan und folgerte, das Acrylamid könne nur mit der Nahrung aufgenommen worden sein. Aber wie? Wie sich herausstellte, stammt das Acrylamid nicht als Umweltschadstoff aus der chemischen Industrie,

sondern es entsteht bei der Zubereitung bestimmter Speisen, insbesondere gebratener Kartoffeln aller Art. Je mehr Chips, Pommes und Bratkartoffeln man verzehrt, desto höher ist der Acrylamidgehalt des Blutes. In Einzelfällen wurden in Kartoffelchips bis zu 12000 ppb nachgewiesen. Informationen zum Acrylamidgehalt einzelner Lebensmittel findet man zum Beispiel auf der Website des Bundesverbandes der Lebensmittelkontrolleure Deutschlands, www.lebensmittelkontrolle.de. Für Kartoffelchips wird ein Bereich von 130 bis 3680 ppb angegeben, für Pommes frites liegt der Schwankungsbereich bei 20 bis 3920 ppb. Zu den stärker belasteten Produkten gehören unter anderem Knäckebrot und Kekse; in Cornflakes liegt der mittlere Gehalt bei 170 ppb. Brot enthält nur etwa 20 ppb Acrylamid, durch das Toasten schnellt der Wert allerdings auf bis zu 200 ppb in die Höhe. Auf welche Weise bildet sich Acrylamid in diesen Lebensmitteln? Die Antwort fanden Bronislaw Wedzicha und Donald Mottram von der Reading University in Großbritannien. Wie die beiden Forscher nachwiesen, entsteht die Verbindung beim Erhit-

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zen der Aminosäure Asparagin mit ÆKohlenhydraten. Diese so genannte Maillard-Reaktion sorgt auch für die Bräunung beim Backen und Braten. Je länger und je intensiver eine Speise erhitzt wird, umso mehr Acrylamid wird gebildet. In Kartoffeln, bei denen der Anteil des Asparagins am gesamten Aminosäuregehalt besonders hoch ist, entsteht die größte Menge Acrylamid bei Brattemperaturen von 185 °C. 2002 trat die schwedische Behörde für Lebensmittelsicherheit mit diesen Erkenntnissen an die Öffentlichkeit. Natürlich sorgte die Meldung für Unruhe, insbesondere die Aussage eines führenden Mitarbeiters der Einrichtung, es könne durchaus »davon ausgegangen werden, dass mehrere hundert der jährlichen KrebsNeuerkrankungen in Schweden Acrylamid zuzuschreiben« seien. Hunderte Fälle in Schweden – das bedeutete hunderttausende weltweit. Dass Acrylamid bei Laborratten Krebs erregt, war bereits bekannt. Allerdings handelte es sich um Tiere, die auf eine besonders hohe Anfälligkeit für Tumorerkrankungen hin gezüchtet wurden, weshalb es generell fraglich ist, ob Versuche mit solchen Ratten auf

Menschen übertragbar sind; meist sind sie es nicht. Eine 2003 im British Journal of Cancer veröffentlichte Studie konnte keinen Zusammenhang zwischen der beim Essen aufgenommenen Menge Acrylamid und der Häufigkeit von Magen-, Nieren- und Blasenkrebs herstellen. (Diese Organe sollten am wahrscheinlichsten betroffen sein.) Dazu tat sich ein zweites Problem auf: Die im Blut nachgewiesene Acrylamid-Konzentration hängt offenbar stark vom analytischen Verfahren ab – eine narrensichere Methode gibt es wohl nicht, wie die Lektüre der führenden Fachzeitschrift Analyst beweist. Die langsame Lösungsmittelextraktion, wie sie auch in Schweden angewendet worden war, scheint siebenfach höhere Werte zu liefern als die allgemein üblichere schnelle Extraktion. Mit dem ersten Verfahren fand man in einer bestimmten Probe Kartoffelchips unglaubliche 14000 ppb Acrylamid, mit dem zweiten nur mäßige 2000 ppb. Analytiker aus Kanada, Großbritannien, den USA und Japan kritisierten, die langsame Methode sei unzuverlässig, weil Acrylamid während der Analyse entstehen könne.

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Der inzwischen akzeptierte Grenzwert für die tägliche Aufnahme von Acrylamid liegt bei 14 Mikrogramm. Schätzungen der WHO zufolge isst ein durchschnittlicher Westeuropäer oder Amerikaner jedoch Tag für Tag etwa 70 Mikrogramm. Sollten wir uns deshalb Sorgen machen? Wahrscheinlich nicht; unser körpereigenes Entgiftungssystem würde vermutlich noch

mit dem Mehrfachen dieser Menge problemlos fertig. Essen Sie also weiterhin mit Genuss Bratkartoffeln oder Pommes frites – und wenn Sie auf Nummer Sicher gehen wollen, essen Sie etwas Eiweißreiches dazu, weil Proteine Acrylamid binden und damit die Aufnahme in die Körperzellen verhindern.

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Kleine Menge – große Wirkung

Seltene Metalle mit interessanten Einsatzgebieten Global Times News, 21 März 2025 Wohnanlage ohne Stromrechnung Dolphin, die neue SeniorenresiIn der Residenz Dolphin wird gedenz in Gomera auf den Kanarischen nügend Strom erzeugt, um alle GeInseln, wurde gestern vom Umweltbäude und darüber hinaus eine minister eröffnet. In seiner Ansprache Meerwasserentsalzungsanlage zu hob der Minister besonders die vollversorgen, die wöchentlich zwei ständig autonome Energieversorgung Millionen Liter Wasser aufbereitet. der Anlage hervor, wobei sämtliche Das Wasser reicht aus zum Waschen Appartements mit Einbauküchen, und Reinigen, für die ToilettenspüUnterhaltungselektronik und Klimalungen sowie zum Beregnen der anlagen komfortabel ausgestattet sind. Gärten und Obstbäume (vornehmlich Möglich wurde dies durch den Einsatz Orangen und Avocados auf den bis von SuperGlass-Fenstern und zum Atlantik abfallenden TerrassenDächern. anlagen). Selbstverständlich verfügt SuperGlass passt seine Eigenschaf- die Residenz über eigene Cafés, ten an die Intensität des einfallenden Bars, ein beheiztes Schwimmbad, Sonnenlichts an. Bei kühlem Wetter ist einen Freizeitklub, Läden, ein Gedas Material für Licht und Wärme sundheitszentrum und einen Golfpardurchlässig, bei Hitze hingegen absor- cours. biert es die Strahlung und wandelt sie Seite 7 … Umweltgruppe behaupin Elektroenergie zum Betrieb der tet: Recycling von SuperGlass ist Klimaanlage um. Außerdem ist die unerschwinglich teuer. Oberfläche selbstreinigend.

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Die meisten chemischen Elemente sind Metalle, und die meisten Metalle finden kaum Verwendung. Manche von ihnen sind extrem selten und nur deshalb überhaupt noch auf der Erde zu finden, weil sie von Menschenhand hergestellt werden. Das gilt nicht bloß für die radioaktiven Elemente jenseits des Urans (Ordnungszahl 92 im Periodensystem), sondern auch für die leichteren Metalle Technetium (Element 43) und Promethium (Element 61). Selbst für solche Exoten aber hat der Mensch im Laufe der Zeit die eine oder andere Anwendung entdeckt. Technetium wird in der medizinischen Diagnostik eingesetzt, Promethium findet sich in winzigen Batterien für Herzschrittmacher. Glücklich ist, wer mit beiden Elementen nie in Kontakt kommt. Andere radioaktive Metalle sollten durchaus zum täglichen Leben gehören. Americium (Element 95) zum Beispiel ist der entscheidende Bestandteil von Rauchmeldern: Treffen die Alphastrahlen, die das Isotop beim Zerfall aussendet, auf Hindernisse in Form von Rauchpartikeln, wird der Alarm ausgelöst. 51) Die Metalle, um die es in diesem Kapitel geht, begegnen uns normalerweise nicht in reiner Form, sondern als Verbindungen. Vielleicht kennen Sie nicht einmal ihre Namen – und wenn, ist Ihnen möglicherweise nicht klar, dass es sich um metallische Substanzen handelt. In der Wirtschaft unterteilt man Metalle in vier Kategorien: Nichtedelmetalle (so genannte Basismetalle), Edelmetalle, seltene Metalle und seltene Erden. Wir beschäftigen uns hier mit fünf Vertretern der immer wichtiger werdenden Gruppe der seltenen Metalle. In der eigens für Handel und Verwertung solcher Elemente gegründeten Minor Metals Trade Association haben sich Unternehmen zusammengeschlossen, die innovative Anwendungsfelder erschließen. Manche der in Frage 51

Für den Menschen sind Alphastrahlen ungefährlich, weil sie nicht einmal ein Blatt Papier durchdringen können und in Luft eine extrem geringe Reichweite haben.

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kommenden Produkte sind uns schon vertraut: Handys, Solarzellen, Radarschirme, intelligente Fensterscheiben und Verkehrsampeln. Die Hauptakteure unseres Kapitels sind die Elemente Gallium, Indium, Titan, Ruthenium und Cadmium.

Solarzellen liefern Elektroenergie Die vielseitigste Energieform sind Elektronen, die durch Drähte fließen. Um einen solchen elektrischen Strom zu erzeugen und dorthin zu bringen, wo er benötigt wird, müssen jedoch in der Regel große Mengen nicht erneuerbarer Brennstoffe verheizt werden; ein Drittel der Leistung geht zudem beim Transport des Stroms verloren. Idealerweise sollte die Menschheit Elektrizität aus erneuerbaren Ressourcen gewinnen, und zwar möglichst unmittelbar dort, wo sie auch verbraucht wird. Solarzellen erfüllen beide Forderungen. Sonnenlicht zu »ernten«, um damit Elektronen in Bewegung zu setzen, haben die Grünpflanzen schon vor langer Zeit gelernt. Ihr Farbstoff Chlorophyll fängt Photonen ein und startet damit die Photosynthese als eine Kette von Reaktionen, mit denen die Blätter verschiedenste Substanzen herstellen, die die Pflanze zum Leben braucht. Was die Natur beherrscht, kann der Mensch nachvollziehen. Eine Solarzelle aus einem geeigneten Werkstoff kann ebenfalls Photonen auffangen, die Elektronen anschieben. Ist die Menge der bewegten Ladungsträger groß genug, entsteht ein elektrischer Strom, mit dem sich etwas anfangen lässt. Das geeignete Material zu finden, ist allerdings nicht ganz einfach. Man braucht einen Halbleiter, in dem sich unter Einwirkung von Sonnenlicht negativ geladene ungebundene Elektronen und positiv geladene Löcher bilden. Diese Ladungsträger müssen weit genug voneinander entfernt werden, damit sie in verschiedene Richtungen fließen können. Dazu ist ein elektrisches Feld nötig, das durch den so genannten pn-Übergang er184

zeugt wird. Ein solches Bauelement nennt man eine photovoltaische Zelle (PVZ). Solarzellen der ersten Generation, mit denen heute noch der Hauptteil des Solarstroms gewonnen wird, bestehen aus kristallinem Silicium. Ihr Wirkungsgrad – die Effizienz der Umwandlung von Licht in Elektrizität – liegt bei weniger als 20%. Auch nicht wesentlich effektiver arbeiten die Zellen der zweiten Generation, aber sie enthalten deutlich weniger Silicium oder auch alternative Materialien wie CIS (Kupfer-Indium-Diselenid). In Zellen der dritten Generation werden verschiedene Halbleiter kombiniert. Ein Beispiel sind die Mehrschicht- oder Tandemzellen, die aus einer Deckschicht (Gallium-Indium-Phosphid, GaIP), einer Mittelschicht (Galliumarsenid, GaAs) und einer Basisschicht (Germanium, Ge) zusammengesetzt werden. Sie können einen größeren Teil des Sonnenspektrums ausnutzen als die älteren Modelle. Spectrolab, eine im kalifornischen Sylmar niedergelassene Tochtergesellschaft von Boeing, gab im Juni 2005 für Zellen dieses Typs Wirkungsgrade von bis zu 39% an. Diese beeindruckenden Werte wurden mit so genannten Konzentratorzellen erreicht, die das Sonnenlicht gebündelt aufnehmen. In tausenden Kraftwerken weltweit wird jeden Tag unglaublich viel ÆElektroenergie erzeugt – aber selbst die Gesamtmenge verblasst im Vergleich zur Sonnenenergie, die die Erde erreicht. In einer Stunde fällt genug Licht auf unseren Planeten, um den Weltenergiebedarf eines ganzen Jahres zu decken. Solarkraftanlagen stellen gegenwärtig gerade einmal 0,25% der insgesamt benötigten 4000 GW zur Verfügung. Ein Greenpeace-Report von 2005 peilt für das Jahr 2040 optimistisch einen Anteil von 20% an. Was dem (und auch realistischeren Zielen, etwa 5%) im Weg stehen könnte, sind die begrenzten Vorräte an den Elementen, die man zur Herstellung von Photovoltaikzellen braucht. Unter anderem betrifft das die weniger bekannten Metalle Gallium und Indi-

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um. (Mit dem drohenden Indiummangel werde ich mich am Schluss dieses Kapitel gesondert beschäftigen.) Dass die scheinbar kostenlose Sonnenenergie nicht viel vehementer nutzbar gemacht wird, liegt paradoxerweise an den hohen Kosten dieses Unterfangens – Solarstrom kostet das Mehrfache der auf anderen Wegen gewonnenen Elektrizität. Trotzdem wird auf diesem Gebiet investiert. 2005 erzeugten Solarzellen weltweit immerhin schon 5 GW elektrische Leistung. Das Nahziel – für 2010 – wird mit 15 GW beziffert; allerdings wird der Weltenergieverbrauch bis dahin vermutlich auf 4500 GW angewachsen sein. (Die Energieinformationsbehörde der US-Regierung nennt Hochrechnungen von 5000 GW für 2015 und 6000 GW für 2025.) Die meisten Photovoltaikzellen stehen in Deutschland, Japan und den USA. Gemeinsam erzeugen diese drei Länder ein Fünftel des Gesamtaufkommens an Solarstrom. Insbesondere in Deutschland wurden 2005 mehr PV-Elemente installiert als im Rest der Welt zusammengenommen. Hauptproduzent von Solaranlagen ist gegenwärtig Japan. Das Land hat sich vorgenommen, bis zum Jahr 2030 die Hälfte der gesamten Energie aus der Sonnenstrahlung zu gewinnen, nicht zum geringen Teil aus dezentralen Anlagen auf den Hausdächern. In Japan beheimatet ist auch der weltgrößte Solarzellenproduzent, Sharp. Die 2005 von Sharp ausgelieferte Photovoltaiktechnik erzeugt allein 0,43 GW Leistung. Auf der Rangliste folgen die japanischen Unternehmen Kyocera (0,14 GW), Sanyo (0,13 GW) und Mitsubishi (0,10 GW), dazu die deutschen Firmen Q-Cells (0,16 GW), Schott Solar (0,10 GW) und BP Solar (0,09 GW). Zu den wichtigen Investoren in Solaranlagen zählen außer den bereits genannten Staaten Spanien (Installation von 0,10 GW jährlich), China, Griechenland und Italien. Natürlich hängt die Effizienz einer Solaranlage stark von der örtlichen Wetterlage ab. Auf den oft wolkenverhangenen, in vergleichsweise hohen nördlichen Breiten gelegenen britischen

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Inseln bringt man es jährlich auf nicht mehr als 0,006 GW elektrischer Leistung aus der Sonne. Wie wir aber noch sehen werden, zeichnet sich für dieses Problem bereits Abhilfe ab. Auch im Norden ist die Sonnenenergie auf dem Vormarsch; zwei englische Hersteller von Solarmodulen beweisen es. Solaranlagen mögen teuer sein – für manche Städte sind sie überlebenswichtig. Im September 2001 wurden mehr als 150 Siedlungen in abgelegenen Gebieten der Philippinen mit solarbetriebenen Generatoren ausgerüstet, die inzwischen Wohnungen, Schulen, Krankenhäuser, Wasseraufbereitungsanlagen und sogar Christbaumbeleuchtungen mit Strom versorgen. Das Projekt entstand in einer Zusammenarbeit der philippinischen Regierung mit Spanien und kostete 50 Millionen Dollar. Ein Vorreiter bei der Nutzung der Solarenergie ist auch das sonnenverwöhnte Kalifornien. So wurden 1000 Parkhausdächer auf dem Gelände der California State Fair mit Solarmodulen ausgerüstet – das Sonnenlicht heizt jetzt nicht mehr die abgestellten Autos, sondern wird in 0,5 MW Elektroenergie umgewandelt. 52) Vom Dach des Toyota Building in Torrance stammen ebenfalls 0,5 MW Leistung. Die öffentlichen Versorgungsbetriebe Kaliforniens starteten im Januar 2006 eine großangelegte Kampagne zur Förderung der Photovoltaik: Jährlich sollen bis 2015 Anlagen mit einem Äquivalent von 500 MW installiert werden, gefördert mit insgesamt 3,2 Milliarden Dollar. Wie alle anderen Arten der Energieerzeugung auch, ist die Solartechnik nicht vollkommen zuverlässig und störungsfrei. 1994 wurde nahe der spanischen Stadt La Puebla de Montalbán ein Array von Solarzellen in Betrieb genommen, das 1 MW Leistung in das Versorgungsnetz einspeisen sollte. Erzielt wurden nur 0,85 52

Ironie des Schicksals: Ausgerechnet durch die Beschattung von Autos, den wohl größten Energieverschwendern überhaupt, wird saubere Sonnenenergie gewonnen.

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MW. Auf dem Feld wurde mit drei Zelltypen experimentiert, zwei fest installierten und einem beweglichen, der die Bahn der Sonne verfolgt. Die meisten photovoltaischen Zellen sind Flachbettanlagen; sie nehmen große Flächen ein und sind statisch, abgesehen von einer Neigung entsprechend dem Sonnenstand. Die schweren Module dazu noch zu drehen, um den Einfallswinkel der Strahlung den ganzen Tag über optimal zu halten, kostet nicht wenig Energie und wird deswegen vermieden. Während des zehn Jahre dauernden Versuchs in Spanien entstanden Verluste durch Fehler in den Schaltungen, durchgebrannte Sicherungen, das Verschmutzen der Eintrittsfenster für das Licht und die Zerstörung einiger Module; außerdem wurden ein paar Zellen gestohlen. Hinzu kommt, dass Silicium, das Grundmaterial der Zellen, im Laufe der Zeit selbst zerfällt (der Abbau liegt bei 1% jährlich) – andere photovoltaische Werkstoffe haben diesen Nachteil nicht. Insgesamt aber wurden im gesamten Versuchszeitraum nur 50 der 80000 Solarzellen (weniger als 1%) völlig funktionsunfähig – ein Ergebnis, das im Hinblick auf die Zukunftsaussichten der Technologie durchaus beruhigt. Als Entdecker des photovoltaischen Effekts gilt der damals erst 19 Jahre alte französische Physiker Alexandre-Edmond Becquerel (1820 - 1891). Ein Jahrhundert lang wurde das Phänomen mehr oder weniger als physikalische Kuriosität betrachtet. Dass die Anwendungen so lange auf sich warten ließen, liegt einerseits an den hohen Kosten der möglichen Materialien, andererseits am niedrigen Wirkungsgrad des Prozesses. In den 1950er Jahren wurden die ersten Solarzellen gebaut. Man rüstete damit Satelliten aus, die in eine Erdumlaufbahn geschossen wurden. Die frühen Zellen bestanden aus reinem, polykristallinem Silicium, einem sehr teuren Werkstoff; der Wirkungsgrad lag bei bescheidenen 4%. Wie bereits angedeutet, ist Silicium nach wie vor das wichtigste Material für Photovoltaikzellen, wobei sich die Effi-

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zienz mittlerweile um immerhin 15% bewegt. Silicium absorbiert ÆLicht im ganzen sichtbaren Spektralbereich – zwischen Violett und nahem Infrarot –, aber nicht bei allen Wellenlängen gleichmäßig gut und insgesamt wenig effektiv. Die Leistung von Siliciumzellen genügt für viele Anwendungen. Wenn die Sonne aber eines Tages einen deutlichen Anteil des Weltenergiebedarfs decken soll, muss entweder der Wirkungsgrad kräftig steigen, oder die Kosten für die Module müssen durch den Einsatz innovativer Werkstoffe entsprechen sinken. Der weltweite Mangel an Silicium bremst gegenwärtig die Produktion von Solarzellen, obwohl unermüdlich versucht wird, das Rohstoffangebot auf dem Weltmarkt zu verbessern und zumindest das vorhandene Silicium durch Herstellung immer dünnerer Schichten sparsamer zu verwenden. 95% des für die Solartechnik hinreichend reinen Siliciums werden in Japan gewonnen. Der Grund für diese Monopolstellung ist die Förderung, die die japanische Regierung der Solarenergie als Reaktion auf die Ölkrise in den frühen 1970er Jahren zuteil werden ließ. Solarzellen bestehen im Prinzip aus zwei Schichten – einer elektronenarmen und einer elektronenreichen –, an deren Grenzfläche (Kontakt) ein elektrisches Feld aufgebaut wird. Die elektronenreiche Schicht (die negative oder n-Schicht) besteht aus Silicium, das mit einer geringen Menge Phosphor dotiert ist. Die Phosphoratome bringen überschüssige Elektronen mit. Für das Elektronendefizit der zweiten Schicht (der positiven oder pSchicht) sorgt die Dotierung des Grundmaterials Silicium mit Boratomen. Die Ladungsträger der n-Schicht sind Elektronen, die der p-Schicht so genannte Löcher (fehlende Elektronen). Am Kontakt zwischen der n- und der p-Schicht kommt es zunächst (auch ohne Licht) zur Ladungsdiffusion: Elektronen treten in die p-Schicht über und Löcher in der n-Schicht, sodass der nHalbleiter an der Grenzfläche positiv ist und der p-Halbleiter ne-

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gativ. Beim Einfall von Photonen aus der Sonnenstrahlung werden weitere Elektronen angeregt, die dabei Löcher zurücklassen (Elektronen-Loch-Paarbildung). Die negativen Elektronen bewegen sich nun in den (zuvor positiven) n-Halbleiter, die positiven Löcher in den (zuvor negativen) p-Halbleiter, und es wird eine Photospannung aufgebaut mit dem n-Halbleiter als Minuspol und dem p-Halbleiter als Pluspol. Für die praktische Anwendung schaltet man mehrere solche Zellen in Reihe. Die abgegebene Gleichspannung kann bei Bedarf in eine Wechselspannung umgewandelt werden. 53) Über die Hälfte der Kosten einer Solarzelle entfallen allein auf das benötigte Silicium. 54) Ist Silicium aber nicht das (nach Sauerstoff) zweithäufigste Element auf der Erde überhaupt? Warum ist es dann so teuer? Der Grund lautet: Die Halbleiterindustrie kann nur mit ultrareinem Silicium etwas anfangen. Das Halbmetall muss daher unter »klinischen« Bedingungen gewonnen und von allen denkbaren Verunreinigungen befreit werden. In den Jahren 2004 und 2005 war das Angebot an polykristallinem Silicium für die Solartechnik auf dem Weltmarkt stark beschränkt – in der Folge wurden deutlich weniger Module installiert. Der Preis für ein Kilogramm reines Silicium schnellte von neun Dollar (2000) auf 200 Dollar (2006) in die Höhe. (Erneute Marktverschiebungen sind zu erwarten, wenn China gegen Ende des Jahrzehnts neue, große Produktionsanlagen in Betrieb nimmt.) Bevor das Rohsilicium in Barren zu je 240 Kilogramm gegossen wird, erfolgt noch die Dotierung mit ebenfalls hochreinem Phosphor oder Bor. Die Barren werden in Blöcke (125 x 125 mm groß) geschnit53

Die Erzeugung der Gleichspannung ist zwar effizienter, aber die Technik der modernen Gesellschaft ist nahezu vollkommen auf Wechselspannungen abgestellt. 54 Andere Materialien schlagen mit 20% zu Buche, Zinsen für Betriebskapital mit 15% und die Arbeitskraft mit lediglich 5%.

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ten, diese wiederum mit einem feinen Draht in 400 jeweils 250 µm dicke Scheiben, so genannte Wafers, aufgetrennt. Jeder Barren liefert 10000 Wafers. Falls das Ziel, die Solartechnik bis zum Jahr 2010 auf eine Leistung von 5 GW auszubauen, tatsächlich erreicht werden soll, sind dazu 30000 Tonnen hochreinen Siliciums jährlich nötig; idealerweise sollten die Materialkosten 35 Dollar pro Kilogramm nicht übersteigen. Natürlich versucht man auch, die Dicke der Wafers immer weiter abzusenken. 100 - 130 µm erscheinen bereits realistisch; in diesem Fall könnte das verfügbare Rohmaterial ausreichen. Zudem hofft die Industrie, den Wirkungsgrad massenproduzierter Zellen auf Siliciumbasis bis 2010 auf 17% steigern zu können. 55) Intensiv geforscht wird nach alternativen Materialien für Photozellen. In Frage kommen entweder Elemente, deren Wirkungsgrad höher ist als der von Silicium – die Kandidaten sind allerdings noch teurer –, oder die zwar billigen, aber vorläufig auch mit äußerst bescheidenen Wirkungsgraden aufwartenden organischen Halbleiter und Kohlenstoff-Nanostrukturen. Jeder Ansatz hat seine Vorzüge und Nachteile. Metallische Halbleiter wie Galliumarsenid (GaAs), Indiumphosphid (InP) und Cadmiumtellurid (CdTe) sind deutlich effizienter als Silicium, weil sie größere Anteile des Sonnenlichts absorbieren können. Lediglich CdTeZellen konnten sich bereits ansatzweise auf dem Solarmarkt behaupten. 2004 wurden damit immerhin 0,013 GW Leistung gewonnen, aber der magische Grenzwirkungsgrad von 10% wurde von Modulen dieses Typs auch erst 2002 überschritten. Wirtschaftlich ist die Nutzung von Cadmium durchaus sinnvoll, weil 55

Bei der Charakterisierung photovoltaischer Materialien unterscheidet man den Quantenwirkungsgrad und den Leistungswirkungsgrad. Ersterer ist die Effizienz der Umwandlung einfallender Photonen in Elektron-Loch-Paare, Letzterer ist die (deutlich geringere) Effizienz der tatsächlichen Erzeugung von elektrischem Strom.

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das Metall als unerwünschtes Nebenprodukt der Zinnverhüttung anfällt. Einwände kommen dagegen von Seiten des Umweltschutzes: Cadmium ist ein tückisches Gift und wurde bereits nach Möglichkeit aus Industrieprozessen (etwa der Galvanisierung von Eisen) verbannt. Man muss allerdings bedenken, dass zur Produktion von Solarzellen nur ein geringer Anteil des in der Zinnhütte verfügbaren Cadmiums benötigt würde und diese Verwendung auch kaum gesundheitliche Risiken birgt. Überholt wird CdTe sehr wahrscheinlich von Kupfer-IndiumDiselenid (chemisch CuInSe 2 , oft abgekürzt mit CIS). Auf diesem Gebiet engagiert sich besonders der Ölgigant Shell. Entwickelt werden bei Shell vor allem CIS-Dünnschicht-Photozellen. Das Modul ST40 kann eine Maximalleistung von 40 W bei 16 V liefern und soll auf dem Land und in der Industrie zur Anwendung kommen. Eine 10-Jahres-Garantie für diese Solarpacks spricht für das große Vertrauen, das das Unternehmen selbst in sein Produkt setzt. ST40 arbeitet, so gibt der Hersteller an, auch bei wenig Licht, toleriert große Temperaturschwankungen, seine Oberfläche ist wetterfest und sogar hagelbeständig. Eine am US National Renewable Energy Laboratory in Golden (Colorado) konstruierte CIS-Zelle hat einen Wirkungsgrad von fast 20% erreicht – sehr viel mehr als die 6%, die in den 1970er Jahren an der University of Maine bei ersten Versuchen mit CIS erreicht wurden. Ersetzt man in CIS außerdem rund ein Viertel des Indiums durch das deutlich billigere Gallium, senkt man nicht nur die Rohstoffkosten, sondern erhält zudem eine leichter zu verarbeitende Legierung (Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid, CIGS), deren Wirkungsgrad zumindest nicht unter dem von CIS zu liegen scheint. Eine weitere halbleitende Cadmiumverbindung ist Cadmiumsulfid (CdS). Sie wird in geringen Mengen hergestellt und in Spezialmodulen verarbeitet, die einen Quadratmeter groß sind

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und mit einem Wirkungsgrad von 11% Leistungen von 91 W liefern. Diese Zellen bestehen aus 3,2 mm dickem, normalem Glas, nacheinander beschichtet mit Indium-Zinn-Oxid, CdS und CdTe (p-Typ). Viel verspricht man sich von der Dünnschicht-Photovoltaik, die mit amorphem anstelle von kristallinem Silicium auskommt. Amorphes Silicium muss nicht in Rohlinge gegossen werden und lässt sich auf Glas oder, noch besser, ein flexibles, an alle denkbaren Oberflächenformen anpassbares Substrat aufbringen. Die Herstellung in größerem Maßstab läuft gerade an. Dünnschichtmodule können selbstklebend ausgerüstet werden, sodass man sie ohne großen Aufwand zum Beispiel auf Dächer (etwa jenes der U-Bahn-Station Stillwell Avenue in Brooklyn) montieren kann. Die Forschung auf dem Gebiet der Dünnschicht-Solarzellen wird momentan vor allem aus dem Verteidigungshaushalt bezahlt, weil das Militär in den Anlagen eine Alternative zu den schweren Batterien sieht, die überall hin mitgeführt werden müssen, um den Betrieb der komplizierten technischen Ausrüstung zu ermöglichen. Auf dem Markt sind bereits Rucksäcke, die mit Solarfolien ausgerüstet sind, um Handys und andere elektronische Kleingeräte von Wanderern nachzuladen. Die zweite oben genannte Gruppe von Alternativmaterialien für Silicium sind organische Halbleiter. Momentan erreichen sie mit Mühe (wenn überhaupt) Wirkungsgrade um 5%, allerdings findet man in der Fachliteratur bereits Hinweise auf Polymere mit siliciumähnlichen Kenndaten. Abgesehen davon beruht die Leitung von Elektronen und Löchern in Polymeren auf Ketten von Doppelbindungen, die generell oxidationsanfällig sind und vor dem Kontakt etwa mit Luftsauerstoff geschützt werden müssen. So steckt die Solarindustrie in einem Dilemma – hier die Zellen auf Metallbasis, leidlich effizient, aber teuer, dort die organischen Polymere, billig, aber mit geringem Wirkungsgrad. Wofür

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soll man sich entscheiden? Ein Mittelweg ist die Kombination beider Prinzipien zu effizienten und gleichzeitig billigen Hybridmaterialien. Dass dies möglich ist, zeigte Paul Alivastos von der chemischen Fakultät der University of California in Berkeley. Alivastos’ Solarzellenwerkstoff besteht zu 20% aus Cadmiumselenid (CdSe) in Form von Nanopartikeln und zu 80% aus leitfähigen Polymerfasern (P 3 HT). 56) Die Zellen haben einen Wirkungsgrad von etwa 2%. Man experimentiert auch mit dichteren Packungen von Polymerketten, um die Elektronenleitfähigkeit zu verbessern. Ein Ansatz ist die Kombination von P 3 HT als elektronenreicher Schicht mit einem Derivat des photovoltaisch ebenfalls aktiven Käfigmoleküls C 60 als elektronenarmer Schicht. Einer der entscheidenden Nachteile organischer Photozellen war bisher die geringe Mobilität der Elektronen und Löcher. Verbesserungen bringt hier die Verwendung von Kohlenstoffnanoröhren, insbesondere als Komposit mit geeigneten Polymeren. Solange die Sonne scheint, ist alles schön und gut. Wo bleibt aber der Solarstrom, wenn der Himmel bedeckt ist? In den nördlichen Breiten lässt sich die Sonne manchmal tagelang nicht blicken, und im Winter sind die Tage ohnehin kürzer – in vielen nordeuropäischen Großstädten liegen zwischen Sonnenauf- und Untergang dann gerade einmal acht Stunden. Eine Lösung des Problems ist die so genannte Grätzel-Zelle, erfunden 1991 von Michael Grätzel an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne. Die Zelle begnügt sich auch mit diffusem Tageslicht. Die Schlüsselkomponente ist ein Farbstoff – in Grätzels Originalvariante eine Verbindung des seltenen Elements Ruthenium –, der durch den Einfang eines Photons angeregt wird und ein Elektron auf eine kristalline Titandioxid-Schicht überträgt. (GrätzelZellen werden auch farbstoffsensibilisierte Solarzellen, DSSC, 56

P 3 HT ist die Abkürzung von Poly(3-hexyl-thiophen).

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genannt.) Der gute Wirkungsgrad von Grätzel-Zellen kommt dadurch zustande, dass sie Licht erstens aus allen Richtungen und zweitens besonders gut im blauen Spektralbereich absorbieren, der auch bei bedecktem Himmel an der Erdoberfläche ankommt. Ein Nachteil der farbstoffsensibilisierten Solarzellen sind die für den Ladungstransport benötigten organischen Lösungsmittel – sie sind nicht gut haltbar und/oder haben geringe Leitfähigkeiten. Besser geeignet sind ionische Flüssigkristalle, die sich selbstorganisierend zu Leitungsbahnen zusammenlagern können, wie Shozo Yanagida von der Universität Osaka entdeckte. GrätzelZellen sind viel billiger als die normalen Solarzellen auf Siliciumbasis, aber sie sind auch weniger effizient (Wirkungsgrade unter 10%). Ein neuer von Grätzel entwickelter RutheniumFarbstoff (»K-19«) verliert im Gegensatz zu seinen Vorgängern weder Stabilität noch Wirksamkeit, wenn er stark erhitzt wird. Temperaturen von 80 °C über 1000 Stunden führten zu einem Verlust der Leistungsfähigkeit von nur 8%. Um wirtschaftlich sinnvoll eingesetzt werden zu können, müssen DSSCs mindestens 20 Jahre lang unter freiem Himmel funktionsfähig bleiben. Das bedeutet, jedes einzelne Farbstoffmolekül wird mindestens 100 Millionen Mal angeregt. Die schweizerische Firma Solaronix am Genfer See entwickelt Farbstoffzellen nach dem Grätzel-Prinzip und behauptet, ihre Produkte könnten Elektronenergie um ein Drittel günstiger liefern als herkömmliche Siliciummodule. Bereits in den 1970er Jahren wurde die KonzentratorPhotovoltaik-Technologie (CPV) erfunden. CPV-Module können Wirkungsgrade von mehr als 30% erreichen; der von ihnen gelieferte Strom ist, verglichen mit konventionellen Flachkollektoren 57), um die Hälfte billiger. Das Prinzip der Konzentrator57

Die Kosten liegen in diesem Fall bei 9 Dollar/Watt in Vollinstallation, 6 Dollar/Watt entfallen auf die Platten selbst.

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Photovoltaik besteht in der Fokussierung des Sonnenlichts auf sehr kleine (deshalb wenig materialintensive) Photozellen. Dazu verwendet man so genannte Fresnel-Linsen, Glasplatten mit ringförmig eingeschliffenen Stufen, die deutlich leichter als herkömmliche optische Linsen sind und auch aus Kunststoff hergestellt werden können. Licht, das auf 100 cm2 Fläche fällt, kann so auf eine Solarzelle mit einem Eintrittsfenster von 1 cm2 Fläche gebündelt werden. Ein kleiner Nachteil der Linsensysteme ist, dass sie nicht 100% des Sonnenlichts durchlassen (aber immerhin etwa 85%). Gravierender wirkt sich jedoch aus, dass eine CPVZelle nicht mit diffusem Tageslicht arbeiten kann und zudem exakt dem Sonnenstand nachgeführt werden muss, damit der Brennpunkt der Linse stets auf die aktive Zone der Solarzelle trifft. Um höchstmögliche Wirkungsgrade zu erreichen, darf die Abweichung nicht mehr als ein Grad betragen. Ein dritter Schwachpunkt besteht darin, dass die Linsen natürlich nicht nur das sichtbare Licht, sondern auch die Wärmestrahlung fokussieren. Je heißer eine Solarzelle aber wird, desto weniger effektiv arbeitet sie. Man ist deshalb gezwungen, das Modul auf einen guten Wärmeleiter, zum Beispiel Kupferblech, zu montieren. Ein Vorteil der CPV-Technologie ist in jedem Fall ihre Sparsamkeit hinsichtlich des photovoltaischen Materials: Weil die Zellen selbst klein sein dürfen, kann man zu teureren (und effektiveren) Halbleitern wie GaAs greifen. Die Freiburger Concentrix Solar GmbH, eine Ausgründung aus dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme, entwickelte die so genannten FlatconModule, deren aus Glas bestehende Fresnel-Linsen das Sonnenlicht 500fach konzentrieren und auf die an der Unterseite angebrachten, auf Wärmesenken aus Kupfer montierten Hochleistungszellen von 2 mm2 Fläche lenken. Der maximale Wirkungsgrad solcher Anordnungen lag bei mehr als 25%. Ähnliche Konstruktionen wurden bei Sharp und Diado Steel in Japan entwi-

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ckelt. Die Solarzellen sind dort 7 mm2 groß, bestehen aus GaAs und arbeiten mit einer Effizienz von mehr als 35%. Whitfiled Solar, ein von George Whitfiled (University of Reading in England) gegründetes Unternehmen, widmet sich dem Design siliciumbasierter, mit intelligenten Nachführeinrichtungen ausgestatteter CPV-Systeme unter dem Gesichtspunkt der Kostenoptimierung (minimaler Materialeinsatz, geringer Herstellungsaufwand). Dem Solarstrom wird eine glänzende Zukunft vorhergesagt. Großanlagen gibt es inzwischen schon auf der ganzen Welt, weitere werden gebaut. Girassol (»Sonnenblume«), das bisher größte Solarmodulfeld, entsteht in Portugal, in Moura (südöstlicher Alentejo). Mit seinen 350000 Solarzellen auf 112 Hektar Fläche soll das Kraftwerk 2009 ans Netz gehen und 62 MW Leistung liefern, genug zur Versorgung von 20000 Haushalten. BP Solar baut dazu eine Produktionsanlage für Solarmodule, die 240 Einheimischen Arbeit bringt. Die Gesamtkosten des Projekts werden mit 250 Millionen Euro beziffert. Die bislang größte Photovoltaikanlage der Welt, der Solarpark Bavaria mit 10 MW Kapazität, steht in der Oberpfalz. 57600 Solarstrommodule wurden auf 26 Hektar stillgelegter Landwirtschaftsfläche für insgesamt 50 Millionen Euro in den Gemeinden Mühlhausen, Günching und Minihof errichtet. Die Module stammen von der Firma Power Light, die 1991 von Thomas Dinwoodie gegründet wurde und inzwischen zu Microsoft gehört. Power Light ist auch einer der Hauptproduzenten dezentraler Solarsysteme, die in Form kleiner Platten auf Hausdächer (besonders in Kalifornien) montiert werden und Strom ins lokale Versorgungsnetz einspeisen. Die Grundplatten der Zellen bestehen aus Polystyrol, einem guten Isolator, der seinerseits auch zur Energieeffizienz des Hauses beiträgt. Dass sich durch gemeinsame Bemühungen vieler Kleinsterzeuger durchaus der Energiebedarf ganzer Städte decken lassen könnte, zeigt die Nachricht aus der Zukunft im Exkurs »›Power on‹

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in Sunshine City!«. The Ghana Sun, Juni 2025. »Power on« in Sunshine City! Würdenträger aus dem ganzen afrikanischen Kontinent waren Zeugen, als der Präsident von Ghana in einer feierlichen Zeremonie den Schalter umlegte: Die Solarzellen auf dem Dach des Parlamentsgebäudes in der Hauptstadt Accra gehören jetzt zum Accra Solar Energy Board. Damit ist die Energieversorgung der Stadt ausschließlich mit Solarstrom gesichert. »Accra ist die erste Millionenstadt der Welt, die ihre Energie allein von der Sonne bezieht«, sagte der Präsident. »Eines der weltweit besten Energiespeichersysteme ermöglicht eine Vorratshaltung für bis zu einer Woche. Das Gelingen unserer Projekts wurde zwar allgemein für wenig wahrscheinlich gehalten, aber die gemeinsamen Anstrengungen aller

Bewohner, die Solarzellen auf den Dächern ihrer Häuser und Nebengebäude installieren ließen, führte schließlich zum Ziel. Allen Beteiligten möchte ich danken.« In öffentlichen Einrichtungen, Läden, Fabriken, Kaufhäusern und Bürogebäuden wurden die Fenster ausgetauscht. Sogar Flächen in Nordlage wurden mit Grätzel-Platten ausgerüstet, die auch bei indirekter Belichtung Strom liefern. Zur Finanzierung des Zehn-Jahres-Programms wird eine Steuer auf Kakao- und Palmölexporte, die Grundlage des Wohlstands in Ghana, erhoben. Hauseigentümer können die Kosten für die Solarmodule zu drei Vierteln von der Steuer absetzen.

Dass sich Solarstromanlagen nicht schon viel breiter durchgesetzt haben, ist auf mehrere ungelöste Probleme zurückzuführen. In erster Linie geht es natürlich um die Kosten: Solange die Investitionen für Solarstrom nicht auf ungefähr 1,50 Euro/Watt gesunken sind, halten sich die Geldgeber zurück. Angesichts des niedrigen Wirkungsgrades ist der Flächenbedarf für Solarkraftwerke, die sich lohnen sollen, enorm. Ob der finanzielle Aufwand gerechtfertigt ist, hängt von der Verfügbarkeit alternativer Energie198

quellen und selbstverständlich vom Markt – also von der Entwicklung des Weltenergiebedarfs – ab. Ein Faktor, der das Wachstum des Solarstromsektors beschränkt, könnte auch das Angebot an dem seltenen Element Indium sein. Damit befassen wir uns in der Streitfrage am Ende dieses Kapitels. Sonnenenergie kann nicht nur zur Stromerzeugung, sondern auch zur Bereitung von Warmwasser verwendet werden. Über 40 Millionen Haushalte weltweit sind bereits mit Sonnenkollektoren zu diesem Zweck ausgerüstet. In Ländern wie Ghana ließe sich damit eine Menge Energie sparen, wie es in Zypern, Griechenland und der Türkei bereits der Fall ist: Dort verfügt fast jedes Haus über ein Heißwassermodul. Die Solarthermik ist, im Gegensatz zur öffentlichen Wahrnehmung, sogar wesentlich weiter entwickelt als die Photovoltaik. Allein im Jahr 2004 wuchs die Kapazität solarthermischer Anlagen weltweit um 9 GW. Die meisten Neuinstallationen entfielen auf China, wo die Nachfrage nach Heißwasserbereitern enorm ist. 12% des warmen Wassers wird in China heute schon mit Sonnenwärme gewonnen. Chinesische Sonnenkollektoren sind übrigens auch deutlich billiger als die europäische Konkurrenz. Im Prinzip kann man mit Solarthermik auch Strom erzeugen. Dazu muss man das Wasser nur so stark erhitzen (am besten mit Konzentratormodulen), dass der Dampfdruck zum Betrieb von Turbinen oder Stirling-Maschinen ausreicht. Der Wirkungsgrad liegt um 20%. Das Funktionsprinzip einer Stirling-Maschine, 1816 von dem damals 26 Jahre alten Robert Stirling (1790 1878) erfunden, besteht in der Bewegung eines Kolbens durch die abwechselnde Ausdehnung und Kontraktion eines Arbeitsfluids in einem heißen und einem kalten Bereich eines Zylinders. Stirling-Maschinen arbeiten leise und effizient, sind aber teuer. Zur solarthermischen Stromerzeugung muss man Temperaturen von über 500 °C erreichen. Weltweit sind mehrere Anlagen in Be-

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trieb. Eine Anordnung schüsselförmiger Parabolspiegel aus nur 0,28 mm dicken Leichtstählen kann problemlos 10 kW Leistung abgeben, und zwar zu wesentlich geringeren Kosten als ein Photovoltaikmodul. Die Parabolspiegel müssen dem Sonnenstand nachgeführt werden. Gegen Mitte des Jahrhunderts sollten Solarzellen in Fenstern, wie sie eingangs des Kapitels in der Global Times News beschrieben wurden, bereits mehr oder weniger Standard sein. Solche Fenster müssen natürlich ständig sauber gehalten werden – auch wenn sie an schwer zugänglichen Stellen eingebaut sind. Eine Lösung dieses Problems stelle ich Ihnen im folgenden Abschnitt vor.

Grünes Glas Hier geht es um ein ganz altes Material mit besten Zukunftsaussichten in der Baubranche: Glas. Durch seine Lichtdurchlässigkeit eignet sich Glas ideal als Trägermedium von Solarzellen. Photovoltaik in Fensterscheiben einzubauen, ist ein logischer Schritt, der bereits getan wird. Der innovative Fassaden- und Dachwerkstoff heißt PowerGlaz. Seine Hersteller behaupten, eine Verkleidung sei mit PowerGlaz nicht teurer als mit Marmor oder poliertem Granit. Ein 3,3 x 2,2 m großes Modul besteht aus quadratischen (Kantenlänge 12,5 cm) Solarzellen auf Siliciumbasis, eingebettet in zwei Glasschichten, und kann in der Mittagssonne 900 Watt Leistung abgeben. Produziert werden die Platten von der Firma Romag in Consett (englische Grafschaft Durham), die jährlich 7000 Stück mit einer Gesamtkapazität von 6 MW Solarstrom ausliefern kann. Ein Haus, dessen Dach mit solchen Platten ausgerüstet ist, kann seinen Energiebedarf selbst decken. Den Beweis liefert unter anderem das International Business Centre im nahe gelegenen Ga200

teshead, dessen 36 PowerGlaz-Module 34 kW Leistung liefern – genug für den Betrieb des Hauses, vorausgesetzt, die Sonne scheint. Die Zukunft von PowerGlaz scheint gesichert. Schon die alten Ägypter kannten Glas. Auf die Idee, Fensterscheiben daraus herzustellen, kamen aber erst die Römer. Allerdings findet man bei archäologischen Grabungen nur wenige Glasscherben – das Material war einfach zu kostbar, um auf dem Müll zu landen. Zerbrochene Scheiben und Glasgefäße wurden gesammelt und eingeschmolzen. Die Zutaten für eine Glasschmelze sind überall zu haben: Sand (Siliciumdioxid), Soda (Natriumcarbonat, das in Ägypten natürlich vorkommt), Kalk (Calciumoxid, gewonnen durch Rösten von Kalkstein in Kalköfen) und Pottasche (Kaliumcarbonat, der Hauptbestandteil von Holzasche). Wird ein Gemisch dieser Stoffe stark erhitzt und geschmolzen, dann bildet sich durch eine chemische Reaktion ein Metallsilikat, das bei der Abkühlung auf 600 °C zu einem transparenten Feststoff erstarrt. Eine wissenschaftliche Bezeichnung dafür lautet »unterkühlte Flüssigkeit« – wie in einer Flüssigkeit sind die Atome im Glas nicht geordnet (allerdings sind die Bindungen zwischen ihnen eingefroren), und Licht kann ungehindert hindurchdringen. Problematisch bei der Glasmacherei sind die erforderlichen hohen Temperaturen. Sand schmilzt erst bei 1600 °C – unerreichbar für einen altertümlichen Ofen. Viel einfacher ist es, fertiges Glas zu schmelzen. In den alten Glashütten wurde deshalb eine Schmelze aus Scherben durch Einrühren der anderen Zutaten »verlängert«. Das Ganze klingt ein bisschen wie ein Henne-Ei-Problem; die Lösung besteht darin, zuerst eine Mischung mit relativ wenig Sand zu schmelzen und den fehlenden Sand dann zur Schmelze zu geben. Glas, das Baumaterial der Zukunft, lässt nicht nur Tageslicht ins Zimmer und erzeugt elektrischen Strom, sondern es steuert auch die Wärmemenge, die bei Tag in das Gebäude hinein- und

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nachts wieder herausgelangt. Eine 0,3 Mikrometer dünne Schicht Zinndioxid (SnO 2 ) und Fluorid, durch ein Verfahren namens CVD (chemische Gasphasenepitaxie) an der Oberfläche der Scheibe abgeschieden, sorgt für die Reflexion von Infrarotstrahlung (Wärme), während sichtbares Licht ungehindert durchgelassen wird. Bei Verbundscheiben liegt diese Schicht innen. Die meisten Gebäude verlieren Wärme vor allem durch die Fenster. Durch eine Doppelverglasung dringt nachts nur die Hälfte der Wärme, die eine einfache Scheibe passieren kann; ist das Glas zusätzlich beschichtet, sinken die Verluste auf ein Drittel. Noch besser als Zinndioxid eignet sich Silberdioxid, das allerdings – im Gegensatz zum Zinndioxid – nicht direkt während der Herstellung der Scheibe aufgebracht werden kann, sondern einen zusätzlichen Verfahrensschritt erfordert. Außerdem neigen Silberoxidschichten zum Abblättern. Chemiker am University College London haben eine intelligente Beschichtung für Fensterglas entwickelt, die zwischen der Absorption und Reflexion der Infrarotstrahlung – also zwischen Beheizung und Isolation der Innenräume – hin- und herschalten kann, ohne dass sich die Durchlässigkeit für sichtbares Licht ändert. Dazu wird Vanadiumdioxid (VO 2 ), das sich bei 500 °C in der Gasphase aus Vanadiumtetrachlorid (VCl 4 ) und Wasserdampf bildet, auf der Scheibe abgeschieden. Der »Umschlagpunkt« zwischen Absorption und Reflexion liegt für eine solche Schicht normalerweise bei 70 °C. So heiß wird es natürlich nie. Deshalb setzt man den Punkt durch Zugabe geringer Mengen Wolfram auf sinnvolle 29 °C herab. Der einzige Nachteil solcher Fensterscheiben besteht momentan noch in ihrer unangenehm gelben Tönung. Smarte Fenster, die sich bei Bedarf abdunkeln, enthalten eine Schicht aus Flüssigkristallen. Unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes richten sich die Kristalle in einer Richtung aus und

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das Fenster ist durchsichtig; wird das Feld wieder abgeschaltet, ordnen sich die Kristalle in zufälligen Richtungen an und die Scheibe lässt kein Licht mehr durch. Solche Fenster bestehen aus zwei Glasscheiben, durch eine Indium-Zinn-Oxid-Beschichtung elektrisch leitfähig gemacht, zwischen die ein 20 Mikrometer starker Film einer Flüssigkristalllösung gebracht wird. Solange das Feld ausgeschaltet ist (also auch bei Stromausfall), ist die Scheibe trüb. Ein Vorschlag, die Kabinentüren in öffentlichen Toilettenanlagen mit solchen Scheiben auszurüsten, wurde aus unerfindlichen Gründen bisher noch nicht aufgegriffen. Die Idee besteht darin, dass man durch ein smartes Fenster auch bei geschlossener Tür sofort sehen kann, ob eine Kabine frei ist. Ein »Insasse« betätigt einen Schalter, und schon ist der Einblick versperrt. Ein genereller Nachteil von Glasscheiben ist, dass sie – wie jeder aus der eigenen Wohnung weiß – zum Verschmutzen neigen und regelmäßig geputzt werden müssen, vor allem in der staub- und abgasbelasteten Luft der Innenstädte. Vermutlich wird uns die lästige Pflicht des Fensterputzens aber in näherer Zukunft abgenommen, jedenfalls wenn die Fassaden mit Activ Glas von Pilkington verkleidet sind. Die Oberfläche dieses 2002 auf den Markt gebrachten, selbstreinigenden Materials wird im geschmolzenen Zustand mit Titandioxid (TiO 2 ) beschichtet. (Wie Sie jetzt sicher schon vermuten, bewerkstelligt man das durch eine CVD-Reaktion zwischen Titantetrachlorid, TiCl 4 , und Wasserdampf). Die dauerhafte Schicht ist nur 500 Millionstel Millimeter dick. Activ Glas funktioniert folgendermaßen: Bei Lichteinfall absorbiert die Titandioxidschicht Energie, wodurch Elektronen aktiviert werden, die sich an Sauerstoffmoleküle aus der Luft anlagern. Dabei entstehen freie Superoxid-Radikale •0 2 (der Punkt symbolisiert ein ungepaartes Elektron), die praktisch jede Substanz oxidieren können; insbesondere wandeln sie organische

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Verschmutzungen in Kohlendioxid um, das einfach davongeweht wird. Und was geschieht mit den anorganischen Schmutzteilchen? Hier kommt eine weitere Eigenschaft des Multitalents Titandioxid ins Spiel, nämlich seine ebenfalls durch Sonnenlicht hervorgerufene Anziehungskraft auf Wasser. Verlassen die von der Strahlung aktivierten Elektronen die Oberfläche, bleibt diese positiv geladen zurück und zieht dann die Sauerstoffatome in Wassermolekülen an sich. An einem Wassermolekül bleibt ein weiteres »kleben«, und auf diese Weise ist die Fläche schließlich von einem durchgehenden Wasserfilm bedeckt. An gewöhnlichem Glas perlt Wasser in Tropfen ab. Beim Trocknen hinterlassen diese Tropfen hässliche Flecken. Von TiO 2 -beschichtetem Glas »gleitet« das Wasser herunter. Regenwasser wäscht Activ Glas auf diese Weise sauber. Activ Glas trug seinem Entdecker, Kevin Sanderson, den begehrten »Award of Excellence« der Ehrenwerten Gesellschaft der Glashändler ein, der ältesten (1630 gegründeten) Handelskörperschaft der Glasindustrie. 2004 brachte die Firma Henkel ein neuartiges selbstreinigendes Glas auf den Markt. Die Scheiben sind mit SiliciumdioxidNanopartikeln beschichtet, die sich auf der Oberfläche zu einer unsichtbaren, negativ geladenen und ebenfalls wasseranziehenden Schicht zusammenlagern. In diesem Fall wirkt die Anziehungskraft auf die Wasserstoffatome der Wassermoleküle, aber das Ergebnis ist dasselbe – auf der Fläche bilden sich keine Tropfen, sondern eine gleichmäßig dünne Wasserschicht. Wie Sie gesehen haben, beruht das Zukunftspotenzial von Glas in der Bauindustrie zum nicht geringen Teil auf Titan, einem Metall, das auch in anderer Beziehung beste Aussichten hat.

Titan, das Wundermetall »Schlimm treffen wir bei Mondenlicht, du stolze Titanio!«, sagt 204

Oberon, der Elfenkönig, in Shakespeares »Sommernachtstraum« (2. Aufzug, 1. Szene). Eine Nacht lang tummeln sich Menschen und Geister ausgelassen in einem Wald bei Athen … und Königin Titania verliebt sich in einen Esel. An Titanverbindungen verschiedenster Art herrscht auf der Erde kein Mangel. Das »stolze« und (wie wir noch sehen werden) zuzeiten geheimnisvolle Metall daraus zu befreien, ist aber nicht trivial. Titan steht auf Platz neun der Rangliste der häufigsten Elemente und ist das siebenthäufigste Metall. 58) Die technischen Eigenschaften des Metalls sind beeindruckend. Titan schmilzt bei 1600 °C und hat eine Dichte von 4,5 g/cm3. Vergleichen Sie dies zum Beispiel mit Aluminium (661 °C und 2,7 g/cm3) oder Eisen (1535 °C und 7,9 g/cm3), zwei Metallen, die Titan mit großer Wahrscheinlichkeit noch im Laufe dieses Jahrhunderts in einigen Anwendungen ersetzen wird. Titandioxid hat nahezu magische Eigenschaften, jedenfalls in Kombination mit Glas – wir kommen später dazu. Mit Titandioxid kann man auch Pflastersteine beschichten. Die japanische Mitsubishi Materials Corporation bietet sie unter dem Markennamen »Noxer« an, denn sie sind in der Lage, Stickoxide aus Autoabgasen (»NO x «) unschädlich zu machen. Die 5 mm starke Titandioxid-Schicht auf den Zementquadern wandelt unter Einfluss von Sonnenlicht Sauerstoff in Superoxid-Radikale um, die ihrerseits mit NO x zu Nitrat-Ionen reagieren. Zunächst werden die Nitrat-Ionen an der Oberfläche der Steine festgehalten; mit der Zeit nimmt das Material sie völlig auf, wenn der nächste Regen sie nicht zuvor abgewaschen hat. Noxer-Steine wurden bereits 1997 getestet. Mittlerweile dienen sie in 30 japanischen Städten als Straßenbelag. 58

Die Plätze 1-8 besetzen Sauerstoff, Silicium, Aluminium, Eisen, Calcium, Natrium, Magnesium und Kalium.

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In den 1950er Jahren entdeckten Chirurgen, dass Titan nicht vom menschlichen Körper abgestoßen wird. Damit hatte man ein ideales Material zur Reparatur von Knochen, zum Ersatz kaputter Knie- und Hüftgelenke, für Plattenimplantate zum Schutz des Gehirns nach Schädelbrüchen und sogar zur Befestigung künstlicher Zähne. Titanteile können bis zu dreißig Jahren im Körper bleiben. 59) Vor dem chirurgischen Einsatz werden die Schrauben, Nägel, Platten und Gelenkteile in einem HochtemperaturPlasmabogen von allen anhaftenden Atomen befreit. Dabei wird eine unberührte Materialschicht freigelegt, die sich rasch mit einer dünnen Oxidschicht überzieht. Diese Schicht ist für die Verträglichkeit mit Körpergewebe verantwortlich, aus Gründen, die noch nicht bekannt sind. Als Entdecker des ersten Titanminerals gilt Reverend William Gregor (1761 - 1816), der damals (1791) als Vikar in Westengland angestellt war und zwar begriff, dass sein Fund ein bis dato unbekanntes Metall enthielt, aber nicht in der Lage war, das neue Element in reiner Form darzustellen. Mehreren Nachfolgern erging es nicht viel besser: Die übliche Methode, ein oxidisches Erz zu reduzieren, bestand im Erhitzen der Probe mit Kohlenstoff. Titanoxide reagierten damit aber zu dem äußerst widerspenstigen Titancarbid. Die Forscher fanden zwar Wege, dies zu verhindern, das Ergebnis war jedoch nur eine weitere störrische Substanz, Titannitrid. Einigen Eifrigen gelang es zwar, winzige Mengen des reinen Metalls zu erhalten; durch die Verunreinigung mit Carbiden oder Nitriden waren diese Produkte aber spröde und nicht zu bearbeiten. Dabei blieb es bis 1910, als M. A. Hunter vom Rensselaer Polytechnic Institute (Troy, New York) in Zusammenarbeit mit dem Unternehmen General Electric das reine Metall durch 59

Prinz Charles’ Ellbogen zum Beispiel wurde nach einem Bruch mit einem Titanteil stabilisiert.

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Erhitzen von Titantetrachlorid und metallischem Natrium unter Hochdruck in einem geschlossenen Gefäß darstellte. Die Probe war ziemlich sauber (99,8% Reinheit). Hunter hatte die Idee, das Element wegen seines hohen Schmelzpunkts als Glühfaden für Glühbirnen zu verwenden. Entsprechende Versuche schlugen zwar fehl und das Projekt wurde abgebrochen, aber unterdessen hatte Hunter bereits entdeckt, dass »sein« Metall andere interessante Eigenschaften aufwies: Es war leicht zu bearbeiten, unglaublich fest, sogar bei hohen Temperaturen korrosionsbeständig und widerstandsfähig gegen Meerwasser. Die undurchdringliche Oxidschicht, die sich an der Luft sofort bildet, macht das Metall unangreifbar auch in aggressiven Umgebungen. Anfänglich nur 1-2 nm (Milliardstel Meter) stark, wächst die sehr effektive Schutzschicht im Laufe von etwa vier Jahren auf etwa 25 nm Dicke an. Wird sie beschädigt, repariert sie sich in kurzer Zeit selbst. Durch anodische Oxidation kann man die Schicht verstärken. Das Material schillert dann in allen Regenbogenfarben und wird gern für Schmuckstücke, insbesondere Ohrringe, verwendet. Zur Titangewinnung abgebaut wird vor allem das Mineral Ilmenit (auch Titaneisenerz genannt, FeTiO 3 ), das in ergiebigen Lagerstätten in Westaustralien, Kanada und der Ukraine vorkommt. Über große Mengen Rutil (Titandioxid, TiO 2 ) verfügen Nordamerika und Südafrika. Die Weltjahresproduktion des reinen Metalls liegt bei 90000 Tonnen – wenig im Vergleich zu den jährlich 4,3 Millionen Tonnen des Oxids. Die Reserven belaufen sich auf mehr als 600 Millionen Tonnen. Obwohl das Element so häufig vorkommt, ist es aufgrund des immens aufwändigen Gewinnungsprozesses teuer. Wie viele sinnvolle Anwendungen könnten erschlossen werden, wenn der Preis nicht so hoch wäre! In der Industrie stellt man Titan durch Reaktion von Titantetrachlorid mit Magnesiummetall bei 1300 °C her. Das Tetrachlorid, eine kristallklare, flüchtige Flüssigkeit, ist aufgrund seines niedrigen

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Siedepunkts (136 °C) leicht zu reinigen. Erfunden hat den Prozess 1932 William Kroll in Luxemburg, der anstelle von Magnesium allerdings Calcium einsetzte. Seine Ansätze waren klein, aber 1938 verfügte er immerhin über einen Vorrat von 20 kg Titanmetall. Als 1939 der Zweite Weltkrieg begann, emigrierte Kroll in die USA und wurde zunächst bei Union Carbide, später im US Bureau of Mines angestellt. Zwischenzeitlich hatte er noch entdeckt, dass sich Magnesium besser als Calcium zur Freisetzung des Elements aus dem Chlorid eignet und dass die Reaktion genügend Wärme freisetzt, um den gesamten Prozess am Laufen zu halten. (Das Nebenprodukt, geschmolzenes Magnesiumchlorid, wird am Boden des Reaktors abgezogen und elektrolytisch in Magnesium und Chlor zerlegt. Letzteres wird zurück in die Herstellung von Titantetrachlorid geführt.) 1946 begann sich die U.S. Air Force für Titan zu interessieren; die Nachfrage des Militärs nach Titanlegierungen führte zu einer intensiven Entwicklung der Titanraffinerie nicht nur in den USA, sondern auch in der Sowjetunion, Japan und Großbritannien. Je mehr Titan zur Verfügung stand, umso mehr reizvolle Einsatzgebiete fanden sich, etwa in der chemischen Industrie, der Energieerzeugung und Chirurgie. Millionen Meter Titanrohre sind weltweit in Kühlanlagen von Kraftwerken verbaut; es heißt, noch nie hätte eine solche Leitung durch Korrosion ihren Dienst versagt. Titan ist zäh wie Stahl, aber um fast die Hälfte leichter. Deshalb findet man das Metall in Leichtlegierungen für den Flugzeugbau. Außerdem ist Titan äußerst resistent gegen Ermüdung. Die Flügel von Flugzeugturbinen bestehen meist aus einer Legierung, die 90 Teile Titan, 6 Teile Aluminium und 4 Teile Vanadium enthält. 60) Von Meerwasser wird Titan aufgrund der schützenden Oxidschicht nicht angegrif60

In den Turbinen einer Boeing 747 stecken mehr als viereinhalb Tonnen Titan.

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fen. Deshalb kann man daraus Bauteile für Ölbohrinseln auf dem offenen Meer und Außenhüllen von Unterseebooten herstellen. (Eine Titanhaut hat zum Beispiel das U-Boot, das zum Auffinden der Überreste der Titanic auf den Meeresgrund geschickt wurde.) Aus Titan bestehen stark beanspruchte Teile wie Propellerachsen, Gerüste, Feuerlöschpumpen und Rohrleitungen. Ideal geeignet ist das Material auch für Wärmetauscher, insbesondere wenn als Kühlmedium das stark korrodierende Meerwasser oder sogar belastetes Abwasser verwendet wird. Ein wichtiges Anwendungsgebiet sind Meerwasserentsalzungsanlagen. Mit Titanrohren wird Erdöl gefördert; durch seine Leichtigkeit und Flexibilität ist das Material auch in der Tiefsee einsetzbar. Wellen- und Brandungskraftwerke werden, wenn einst in großem Maßstab errichtet, auch nicht ohne größere Mengen Titan auskommen. Ausgangsstoff des Kroll-Prozesses zur Herstellung von Titan ist das Mineral Ilmenit, das mit Chlorgas und Kohlenstoff erhitzt wird. Dabei bildet sich TiCl 4 .61) Das Produkt wird mit Magnesiumblöcken in einen Ofen gegeben, der nach dem Austreiben des Luftsauerstoffs mithilfe von Argongas luftdicht verschweißt wird. Nachdem in dieser Anlage zwei bis drei Tage lang eine Temperatur von 900 °C gehalten wurde, hat sich das Magnesium vollständig zum Chlorid umgesetzt, außerdem ist der so genannte Titanschwamm entstanden. Dieser poröse Festkörper wird gemahlen, nach der Entfernung von Verunreinigungen mit starker Säure unter Argon geschmolzen und zu Barren gegossen. Vom Ilmenit bis zum Titan vergehen alles in allem zwei Wochen. Deshalb ist das Material so teuer – der Weltmarktpreis liegt um 45000 Euro pro Tonne. Produzenten sind Russland (40% des weltweiten Aufkommens), Japan (ebenfalls 40%) und die USA (20%). Vor rund zehn Jahren wurde ein neuartiger Prozess zur Titan61

Der Kohlenstoff bindet den Sauerstoff und entweicht als CO.

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gewinnung entwickelt. Er beruht auf der elektrolytischen Reduktion des oxidischen Erzes in einem Bad aus geschmolzenem Calciumchlorid bei 950 °C und einer Spannung von 3 V. Die Untersuchungen, ausgeführt an der Cambridge University in England von Derek Fray, Tom Farthing und George Chen, führten zur Gründung eines Unternehmes (1998), das um sein Überleben auf dem Markt kämpfen musste. Als Kathode der Elektrolysezelle fungiert die Wanne, als Anode Kohlenstoff und als Elektrolyt das geschmolzene Salz. Unter Einfluss des elektrischen Stroms entsteht aus Titan-Ionen das Metall. Es scheidet sich an der Kathode ab, während sich die Sauerstoff-Ionen zur Anode bewegen und dort in Form von Sauerstoffgas entweichen. Nach den Entdeckern FFC genannt, benötigt dieser Prozess nur 24 Stunden zur Gewinnung der Menge Titan, die beim Kroll-Prozess nach zwei Wochen anfällt. Die Methode, mit der sich auch Titanlegierungen herstellen lassen, könnte die Weltjahresproduktion an Titan von derzeit einigen zehntausend auf über eine Million Tonnen emporschnellen lassen. Als die Entwickler ihren Prozess in der Dezemberausgabe 2000 der Fachzeitschrift Nature vorstellten, wurde das US Office of Naval Research darauf aufmerksam und finanzierte gemeinsam mit dem British Defence Advanced Research Projects Agency eine Pilotanlage in der mittlerweile etablierten Ausgründung British Titanium. Unglücklicherweise mussten die Forscher feststellen, dass die Chemie des Prozesses doch schwerer beherrschbar war als zunächst angenommen. Fast wäre das Projekt gescheitert – aber dann kam eine dritte gute Fee in Form des Unternehmens Norsk Hydro. Im Juni 2005 wurde aus British Titanium Norsk Titanium, die Forschungsabteilung wurde nach Norwegen verlagert … und dort endet die Geschichte, jedenfalls vorläufig. Vielleicht ist Titanmetall eines Tages ähnlich allgegenwärtig wie heute Aluminium. Damit es soweit kommt, muss

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gegebenenfalls die Elfenkönigin Titania noch einmal ihren Zauberstab schwingen. Allmählich hält Titan Einzug in die Bauindustrie, insbesondere als Fassadenmaterial, zu sehen etwa am Guggenheim Museum Bilbao im spanischen Baskenland. Das an einem Fluss gelegene Bauwerk ist mit 33000 Quadratmetern Titanblech verkleidet – garantiert witterungs- und korrosionsbeständig für mindestens die nächsten 100 Jahre. 6500 Quadratmeter Titanblech decken den neuen Hauptbahnhof von Hongkong. Neben dem Element selbst sind vier Verbindungen wirtschaftlich interessant: Titandioxid, Titancarbid, Titannitrid und TitanNickel-Legierungen. Titandioxid ist die moderne und noch dazu ungiftige Alternative zu Bleiweiß. Mehr als die Hälfte des insgesamt hergestellten Oxids fließt in die Farbenindustrie, ein Viertel in die Kunststoffherstellung und der Rest in die Produktion von Papier, Fasern, Keramik, Email, Lebensmittelfarben, Drucktinten und Laminaten. Farbenherstellern fiel die exzellente Deckkraft des Pigments in den 1930er Jahren auf, als sie nach Ersatz für die gefährlichen Bleiverbindungen suchten. Titandioxid ist essbar, verfärbt sich nicht und hat dazu einen hohen Brechungsindex, weshalb die daraus hergestellten Anstriche strahlend weiß wirken. 62) Zur Herstellung von Titandioxid löst man das Erz in Schwefelsäure, fällt das (nasse) Oxid und erhitzt es auf 1000 °C. Moderner ist der Umweg über Titantetrachlorid, das ebenfalls bei 1000°C oxidiert wird. Im Anschluss wird das Oxid bis zur gewünschten Größe der Kristallite vermahlen. Soll eine Suspension hergestellt werden, ist es günstig, die Körnchen zur Verbesserung der Mischbarkeit mit Flüssigkeiten mit Aluminiumoxid zu über62

Der Brechungsindex ist ein Maß für das Lichtstreuvermögen einer Substanz. Titandioxid hat mit 2,7 einen höheren Index als selbst Diamant (2,4).

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ziehen. 2001 berichtete eine Gruppe um Leonid Dubrovinsky vom Institut für Geowissenschaften der Universität Uppsala über eine neue Form von Titandioxid, eines der härtesten jemals hergestellten Materialien und vermutlich nach Diamant der zweithärteste Werkstoff überhaupt. Gewonnen wurde er durch Erhitzen von Rutil mit einem Laser auf 1500 °C bei gleichzeitig sehr hohem Druck (60 GPa, das ist der 600000fache Atmosphärendruck). Man benötigt dazu eine spezielle Reaktionskammer, eine so genannte Ambosszelle. Diese extremen Bedingungen drückten die Titan- und Sauerstoffatome in eine besonders engmaschige Kristallanordnung. Die Festigkeit dieser Titanoxid-Modifikation grenzt ans Überirdische. Titancarbid, TiC, entsteht beim gemeinsamen Erhitzen von Ruß und Titandioxid auf 2000 °C. Nach Wolframcarbid ist er das zweitwichtigste harte metallische Werkstoff- mit dem Härtewert 9 auf der Mohs-Skala (Diamant hat 10) ist TiC das härteste Metallcarbid. In reiner Form ist TiC sehr spröde; Mischungen mit Wolfram-, Tantal- und Niobcarbid lassen sich wesentlich leichter bearbeiten. Zu den magischen Titanwerkstoffen zählt auch die Legierung Nitinol, die sich an eine frühere Form »erinnern« und sie von selbst wieder annehmen kann. Nitinol besteht aus 45% Titan und 55% Nickel anders gesagt, das Atomzahlverhältnis der beiden Metalle ist 1:1. Entwickelt wurde die Legierung in den 1960er Jahren am US-amerikanischen Nickel Titanium Naval Ordnance Laboratory; daher der Name Ni-Ti-NOL. Allgemein bekannt ist Nitinol als Material für biegsame Brillengestelle, die – dank dem Formengedächtnis der Legierung in ihre ursprüngliche Gestalt zurückspringen, sobald der Druck wieder nachlässt. Beim Verbrennen von Titan in einer Stickstoffatmosphäre bildet sich Titannitrid, ein außerordentlich harter, korrosionsbeständiger und zudem elektrisch hervorragend leitfähiger Werk-

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stoff. Schneidwerkzeuge werden durch eine Beschichtung mit Titannitrid besonders verschleißfest. Solche Schichten sind goldfarbig und reflektieren ultraviolettes Licht. Das hübsche Material lässt sich leider nur schwer oberflächlich aufbringen – dazu sind entweder hohe Temperaturen nötig oder eine Spannung von 3000 V.

Das Blau der Zukunft Millionen und Abermillionen Verkehrsampeln sind auf dem Planeten rund um die Uhr in Betrieb – und verbrauchen ÆElektroenergie. Zwar hat der Einsatz von Leuchtdioden (LEDs) inzwischen für ein Sinken der Stromrechnung gesorgt, aber bis in die jüngste Zeit brauchte man zumindest für die grüne Lampe noch die altmodischen, ineffizienten Glühbirnen. Es gab einfach keine Leuchtdiode, die Licht einer geeigneten Wellenlänge emittierte. LEDs, die lange Wellen (Rot) aussenden, sind schon seit vielen Jahren bekannt. Schwieriger war es, Materialien zu finden, mit denen sich kürzerwelliges Licht (Blau) erzeugen ließ. Die Lösung bestand schließlich in Galliumnitrid (GaN). Mit Bauelementen aus Galliumnitrid machen die Hersteller heute Umsätze von mehr als zwei Milliarden Dollar jährlich. Der Ruhm von GaN auf dem Halbleitersektor wird vermutlich bald den von Silicium und Galliumarsenid überstrahlen; abgesehen von einer deutlichen Energieersparnis wird das Material frischen Wind in viele Bereiche des täglichen Lebens bringen. Halbleiter sind die Seele der modernen Technik – ob Handy, Navigationssystem, Gameboy, iPod, PC oder Laptop … Schon in wenigen Jahren werden diese kleinen Arbeitspferde dafür sorgen, dass das Auto effizient fährt, Krankheiten diagnostizieren und die Personenerkennung anhand der Iris übernehmen. Das Herz des Ganzen ist ein III/V-Halbleiter, und zwar vor allem Galliumnit213

rid. Die römischen Zahlen III und V beziehen sich auf eine alte Schreibweise des Periodensystems, das Elemente wie Indium und Gallium in die dritte Hauptgruppe (heute Gruppe 13) und Elemente wie Stickstoff, Phosphor, Arsen und Antimon in die fünfte Hauptgruppe (heute Gruppe 15) einsortierte. Besonders bekannte III/V-Halbleiter sind Galliumarsenid (GaAs), Galliumphosphid (GaP), Indiumphosphid (InP) und Indiumarsenid (InAs). Alle diese Substanzen werden in beleuchteten Displays verwendet, GaAs und InP außerdem zur Erzeugung und Verstärkung von Hochfrequenzstrahlung, GaAs, InAs und InSb zur Herstellung von Laserdioden. Der Halbleiter Galliumarsenid erregte das Interesse der Elektroniker, weil er weniger Wärme produziert als Silicium und sich deshalb nicht nur für Superrechner, sondern auch für banale Handys besser eignet. Silicium und GaAs sind bis heute die meistverwendeten Halbleiterwerkstoffe. Beide haben ihre Grenzen. GaN ist zehnmal leistungsfähiger, leitet mehr Strom und ist zudem deutlich robuster. Die augenfälligste Verwendung dieses neuen Materials ist eine neue Generation von Leuchtdioden, die blaues oder grünes Licht aussenden. Versieht man im Blauen bis zum Ultravioletten emittierende Dioden mit einer geeigneten Leuchtstoffschicht, so wird ein Teil des Lichts durch Fluoreszenz in längerwellige Strahlung umgewandelt. Dadurch ist mehr oder weniger der gesamte sichtbare Bereich abgedeckt, und dem Betrachter erscheint das Licht weiß – bestens geeignet für eine Energie sparende Innenraumbeleuchtung. GaN ist auch ein Arbeitsmedium für blaue Laser, deren Einsatz in CD- und DVD-Geräten die pro Scheibe speicherbare Datenmenge deutlich erhöht. Theoretisch denkbar ist die Ablage von 50 Gigabyte Daten auf einer daumennagelgroßen Fläche. Verantwortlich für alle diese interessanten Anwendungen ist die große Bandlücke des Halbleiters GaN, die die Lichtemission im kurzwelligen Bereich des sichtba-

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ren Spektrums ermöglicht (siehe Exkurs »Die Bandlücke«). Die Bandlücke Ob eine Verbindung ein Halbleiter ist oder nicht, hängt von der Energiemenge ab, die benötigt wird, um ein Elektron vom Valenzband ins Leitungsband zu befördern. Das Valenzband ist mit den Elektronen besetzt, die für die Bindung zwischen den Atomen im Festkörper sorgen. Ist der energetische Abstand zum Leitungsband sehr groß – anders gesagt, ist das Leitungsband für Elektronen aus dem Valenzband nicht erreichbar –, dann wirkt das Material als Isolator. Ein Beispiel ist Diamant mit einer Bandlücke von 5,3 eV. 63) Ist der Abstand zum Leitungsband klein (für viele Metalle liegt er unter 0,1 eV), handelt es sich um einen elektrischen Leiter. Bandlücken zwischen 0,1 und 3 eV können von den Elektronen überwunden werden, wenn man ihnen Energie zuführt. Man spricht dann von Halbleitern. Beispiele sind die in der Mikroelektronik verwendeten Elemente Silicium (Bandlücke von

1,1 eV) und Germanium (0,69 eV) sowie Galliumarsenid, dessen Bandlücke von 1,4 eV die Emission von rotem Licht und damit die Anwendung in der Optoelektronik (CDGeräte u. a.) ermöglicht. Die Bandlücke von GaN, 3 eV, kann gerade noch überbrückt werden. Das emittierte Licht ist dann verhältnismäßig energiereich, also kurzwellig (blau bis ultraviolett), wodurch das Tor zu einer ganzen Reihe neuartiger Anwendungen (unter anderem Diodenlaser im UV-Bereich) geöffnet ist.

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1 eV ist die Energie, die ein Elektron erhält, wenn es durch eine Potenzialdifferenz von 1V beschleunigt wird.

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Die erste im blauen Spektralbereich emittierende Leuchtdiode baute Mitte der 1990er Jahre Shuji Nakamura vom japanischen Unternehmen Nichia. Damit war die Palette der Regenbogenfarben komplett, und es konnte nach Belieben kombiniert werden. Nakamura erschloss die Wunder des Werkstoffs GaN und gilt damit als Vorreiter des blauen Diodenlasers, der unseren Alltag derzeit in Form der Blu-Ray-Technologie, einem hochauflösenden Nachfolgeverfahren für die DVD, erobert (zum Beispiel in der PlayStation 3 von Sony). GaN toleriert hohe Spannungen, ohne seine halbleitenden Eigenschaften zu verlieren: Das Material übersteht unbeschadet das Siebenfache der elektrischen Feldstärken, die GaAs ionisieren. Zu den viel versprechenden Anwendungsbereichen gehören deshalb Schaltvorrichtungen an Hochspannungsleitungen. Spannung und Strom zusammengenommen, ist GaN rund 50-mal leistungsfähiger als GaAs. Selbst Temperaturen oberhalb von 1000 °C, bei denen Silicium längst versagt, machen GaN wenig aus, weshalb GaN-Bauelemente zur Steuerung von Maschinen und Anlagen auch unter extremeren Produktionsbedingungen eingesetzt werden können. Aufgrund der bemerkenswert guten Leitfähigkeit wird man GaN-Elemente in drahtlosen Basisstationen für die Übertragung von Funksignalen verwenden. Der Trend in der Mobilfunktechnik geht, wie die Popularität der Endgeräte der dritten Generation beweist, eindeutig von der Sprach- zur Textübermittlung. Eine Bedingung dafür ist eine höhere Reinheit der Verstärkersignale, die sich mit GaN erreichen lässt. In der Folge kann der Abstand zwischen den einzelnen Basisstationen zehnmal so groß sein wie heute üblich. GaN-Bauelemente lassen sich im Hochfrequenzbereich betreiben und finden deshalb auch einen wichtigen Platz in mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) für die drahtlose Breitbandübertragung. GaN ist außerdem piezoelektrisch (bei Verformung baut sich eine elektrische Spannung

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auf) und eignet sich folglich für Drucksensoren. Eine weitere Anwendung sind Hochfrequenztransistoren, die in HaushaltsMikrowellenöfen die derzeit zur Erzeugung der Mikrowellenstrahlung gebräuchlichen Magnetrons ersetzen könnten. GaN erregte auch das Interesse des Militärs – wo die Kosten gewöhnlich nur eine untergeordnete Rolle spielen –, weil sich damit kompaktere elektronische Waffensysteme bauen lassen. Phasenarray-Radargeräte zum Beispiel haben große Reichweiten, verraten sich nicht durch den rotierenden Scanner und sind auch nach der Einwirkung hoher Strahlendosen (etwa bei einer Kernwaffenexplosion) noch funktionsfähig, weil GaN viel weniger empfindlich auf ionisierende Strahlung reagiert als andere Halbleiter. Es ist nicht sofort einzusehen, warum GaN überhaupt als mikroelektronischer Werkstoff verwendet werden kann. Eigentlich weist das Material dafür viel zu viele Kristallbaufehler auf. Hat ein GaAs-Kristall mehr als 1000 Baufehler pro Quadratzentimeter, ist er als LED-Material ungeeignet. GaN hingegen funktioniert mit mehr als einer Milliarde Fehlern immer noch einwandfrei. Wie kann das sein? Vollständig geklärt ist diese Frage noch nicht, aber man vermutet, dass der Grund an der Grenzfläche zwischen der p- und der n-leitenden Schicht des Halbleiters zu suchen ist. Zur Herstellung von p-leitendem GaN dotiert man die Verbindung mit Elektronenmangel-Atomen wie Magnesium, nGaN entsteht durch Dotierung mit Silicium. Zwischen das p- und das n-leitende Material wird eine dünne Schicht des ebenfalls halbleitenden Indium-Gallium-Nitrids (InGaN) gebracht, die als so genannter Quantengraben fungiert und die unter Einfluss des elektrischen Potenzials wandernden Elektronen und Löcher aufnimmt. Im Quantengraben verbinden sich Elektronen und Löcher zu Excitonen, die ihrerseits Photonen emittieren. Normalerweise bilden sich Excitonen nur in Bereichen, die frei von Baufehlern

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sind. Warum diese Regel von GaN (und übrigens auch InGaN) verletzt wird, bleibt aufzuklären. Die Herstellung von kristallinem GaN ist ziemlich kompliziert, weil es keine ideale Oberfläche für das Aufwachsen der Verbindung aus der Gasphase (CVD) gibt. In den 1990er Jahren experimentierte man mit Siliciumsubstraten, ließ das Material aber fallen, weil die Kristallstruktur von Si nicht hinreichend mit der von GaN übereinstimmt. Eine Alternative ist Saphir, dessen wichtigster Nachteil die schlechte Wärmeleitfähigkeit ist. Dagegen stehen Vorteile wie der geringe Preis und die Transparenz. Das Substrat der Wahl ist häufig auch das gut wärmeleitende Siliciumcarbid. Am besten geeignet wäre selbstverständlich GaN selbst. Zu diesem Zweck hat die japanische Sumitomo Electric Industries Ltd die Züchtung von GaN-Einkristallen entwickelt. Der Ausstoß der Produktionslinie liegt momentan bei 500 Kristallen pro Woche, aus denen sich wiederum 10000 blaue Laserdioden für Blu-Ray-Systeme herstellen lassen. Was ist an Gallium so bemerkenswert? Gallium wurde 1875 von PaulDie Erdkruste enthält mehr GalliÉmile Lecoq de Boisbaudran in Paris um als Blei; einen Mangel an Gallium entdeckt, der bei der spektroskopischen wird es wahrscheinlich nie geben. Untersuchung von Zinksulfiderz aus Allerdings gibt es keine eigentlichen den Pyrenäen eine blasse blauviolette Galliumerze, weshalb man auf die ErLinie beobachtete, die zu keinem be- schließung unkonventioneller Quellen kannten Element gehörte. Die Existenz angewiesen ist. Geringe Beimengunvon Gallium war bereits sechs Jahre gen Gallium findet man in bestimmzuvor von Dimitri Mendelejew, dem ten Erzen, zum Beispiel dem AlumiVater des Periodensystems, vorherge- niummineral Bauxit, aus dem jährlich sagt worden, weil unterhalb von Alu- 200 - 300 Tonnen Gallium extrahiert minium in der 3. Hauptgruppe eine werden. Ein Kilogramm reines GalliLücke geblieben war. um kostete im Jahr 2006 rund 2200

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Euro; für die Halbleiterindustrie muss die Reinheit bei 99,99999% liegen, das bedeutet, auf zehn Millionen Galliumatome darf nur ein Fremdatom kommen. Das silbrigweiße Metall lässt sich mit dem Messer schneiden und wird schon bei Körpertemperatur (30 °C), also auf der Handfläche, flüssig. Dabei nimmt sein Volumen ab; dieser Effekt ist selten, denn die meisten Stoffe dehnen sich beim Erwärmen aus 64) Mit seinem relativ hohen Siedepunkt von 2403 °C ist Gallium die Substanz mit dem größten Flüssigbereich überhaupt.

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Weitere Ausnahmen sind Antimon und Wassereis.

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Die Zukunft von GaN liegt in den so genannten (übrigens im Gegensatz zum Halbleiterwerkstoff von Baufehlern freien) Nanodrähten, die eines Tages in der Nanoelektronik etwa für biochemische Sensoren Verwendung finden dürften. GaN-Nanodrähte wurden erstmals von Peidong Yang am Lawrence Berkeley National Laboratory in Kalifornien hergestellt, der Zinkoxid-Nanodrähte bei 700 °C einer Mischung aus Trimethylgallium und Stickstoff aussetzte. Unter diesen Bedingungen zerfallen die Moleküle; Gallium- und Stickstoffatome verbinden sich dann auf der Zinkoxidoberfläche zu einem GaN-Film. Nachdem das Zinkoxid chemisch entfernt wurde, verbleiben Hohlstrukturen aus GaN. Solche Nanoröhrchen gehören zu den gegenwärtig heißesten Forschungsgebieten. Chemiker versuchen, mit ihrer Hilfe Nanomaschinen zu bauen, die auf atomarer Ebene arbeiten können. Bis es soweit ist, spenden GaN-Dioden immerhin blaues und kürzerwelliges Licht in Geräten, die dafür immer weniger Energie verbrauchen. Dieses Kapitel hat gezeigt, welche Wege die Materialwissenschaft findet, um uns die Segnungen der Gegenwart auch in einer Zukunft zu ermöglichen, in der wir uns nicht mehr auf die scheinbar unerschöpflichen Vorräte nicht erneuerbarer Energieträger verlassen können. Wie Sie gesehen haben, spielen einige der auf unserem Planeten seltener vorkommenden Elemente in diesem Zusammenhang eine Schlüsselrolle. Eben diese Seltenheit könnte sich aber in einem Fall auch als Verhängnis erweisen. Die Rede ist von Indium. Gehen unsere Vorräte an den seltenen Metallen für die Photovoltaik dem Ende entgegen? Der Solarstromhimmel ist nicht durchsichtige, elektrisch leitende völlig wolkenlos: Das hocheffiziente Schicht aus Indium-Zinn-Oxid, mit Photovoltaik-Material Gallium-In- der die Glasoberfläche vieler Solarzeldium-Phosphid enthält ebenso wie die len ausgerüstet ist, das Element Indi-

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um. Mit einem Anteil an der Erdkruste von nur 0,1 Millionsteln liegt Indium in der Rangfolge der Häufigkeit der Elemente erst an Platz 69. IndiumBergwerke gibt es nicht und wird es wohl auch nie geben. Die exklusive Eigenschaft, auf der viele Anwendungen beruhen, ist die Fähigkeit von Indium, wie kein anderes Metall an Glasflächen »festzukleben«. Das industriell verarbeitete Indium stammt aus der Aufarbeitung von Zink- und Bleierzen in China (110 t pro Jahr), Japan (70 t), Kanada (50 t), Belgien (40 t), Frankreich (10 t) und Deutschland (10 t). Weltweit werden jährlich ungefähr 340 Tonnen gereinigtes Indium gewonnen. Fast drei Viertel davon enden als Indium-ZinnOxid, aus weiteren 15% werden Halbleiterwerkstoffe hergestellt. Hinzu kommt eine Palette kleinerer Anwendungen wie niedrigschmelzende Legierungen für Sprinkleranlagen in öffentlichen Gebäuden. Für die Halbleiterindustrie muss die Reinheit mindestens 6N (sechs Neunen, 99,9999%) betragen, in manchen Fällen sogar 7N. Nur wenige Produzenten können diese Anforderungen erfüllen, darunter die US-

amerikanische Indium Corporation, die deutsche Firma PPM, MCP in Großbritannien und Japan Energy. Der Preis von technisch reinem Indium (3N) lag Anfang 2003 noch bei 75 Euro pro Kilogramm – kurz danach verdoppelte er sich, weil neue Anwendungen erschlossen worden waren. Ein Kilogramm 6N-lndium für Solarzellen kostet mehr als 1750 Euro. Wie viel Indium sich tatsächlich aus Blei- und Zinkerzen extrahieren lässt, wird sich zeigen. Fest steht aber, dass die Menge niemals ausreichen kann, um die Energiegewinnung aus Sonnenstrahlung bis zum Ende des Jahrhunderts so auszubauen, wie wir es gern möchten. Was die Welt bei der Suche nach Alternativen braucht, sind die hellen Köpfe junger Chemiker. Zu den ernsthaften Kandidaten gehören Kohlenstoff-Nanoröhren, die bereits in LEDs und Photovoltaikzellen getestet werden. Mehr als 30 seltene Metalle und tausende ihrer Verbindungen warten aber immerhin noch auf das Signal zum Einsatz. Vielleicht findet sich ein Element, das dem Indium sogar noch überlegen ist.

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Alles blitzt und blinkt

Intelligente Waschmittel und raffinierte Lufterfrischer Global Times News, 21 März 2025 Durch und durch grün: Waschmitteltabletten In den Regalen indischer Superdie Verbindung, der einst die Schuld märkte werden bald Packungen mit an der Verschmutzung von Seen und einem Jahresbedarf an WaschmittelFlüssen gegeben wurde, heute keine tabs (100 Stück) der Marke Green Bedenken mehr erregen muss, da sie Clean auftauchen, in deren Herstelnahezu rückstandsfrei aus dem Ablung ausschließlich erneuerbare Roh- wasser entfernt und der chemischen stoffe eingeflossen sind. Chemikern Industrie wieder zugeführt wird. des Unternehmens IndiaChem in Alle anderen Inhaltsstoffe des Bangalore ist es nach zeitintensiven Waschmittels –Tenside, LösevermittForschungsarbeiten gelungen, sämtli- ler, Farbstabilisatoren, Weißmacher, che Inhaltsstoffe »grün« herzustellen. Weichspüler und sogar Bleichmittel – »Die größte Herausforderung bestellt man aus Pflanzenteilen (unter stand darin, eine Chemikalie zur anderem Stroh und Rinde) oder aus Neutralisierung der Wasserhärte zu Mineralien her, die aus dem Meerfinden«, sagte der leitende Chemiker wasser stammen. Donald Patel. »Die Reinigungswirkung von »Schließlich sind wir doch zu Nat- Green Clean entfaltet sich bereits bei rium-tripolyphosphat zurückgekehrt, Zimmertemperatur perfekt. Außerdem das auf der Grundlage von Phosphabraucht man nur ein Minimum an ten aus Abwässern synthetisiert werWaschwasser«, führte Patel weiter aus den kann.« Dr. Patel hob hervor, dass und wies auf eine neuartige Wasch-

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maschine hin, die seit dem vergangenen Jahr auf dem indischen Markt ist und das Spülwasser nach einer Desinfektion für den nächsten Hauptwaschgang speichert. »Umweltfreundlicher kann man Wäsche nicht waschen – das dürfen wir jetzt mit Fug und Recht behaupten«, sagt er. Die Bestandteile des neuen Waschmittels werden einzeln in Mikrokapseln konfektioniert, deren Hülle

die Auflösung der Kapsel zum richtigen Zeitpunkt im Verlauf des Waschgangs garantiert. Für eine bequeme Anwendung ist jede 25-g-Portion von einem wasserlöslichen, ebenfalls aus pflanzlichen Rohstoffen produzierten Polymer (Polyvinylalkohol) umgeben. Seite 7 … Guru behauptet: Waschmitteltabs sind unrein und verursachen Lepra

Hätte die Evolution uns Menschen ein Fell zugedacht, dann könnten wir auf Kleidung verzichten – aber der Spaß, den es machen kann, sich nett anzuziehen, wäre uns dann auch versagt geblieben. Für unser Bedürfnis nach einer schützenden Hülle mussten zu allen Zeiten besonders die Frauen bezahlen, deren Aufgabe das Wäschewaschen war. In den Industrieländern ist diese Pflicht inzwischen körperlich kaum noch belastend – die größere Belastung muss die Umwelt ertragen, denn das Waschen moderner Textilien kostet Energie und erfordert Chemikalien. In diesem Kapitel werden wir sehen, dass im Laufe der Jahrzehnte Waschsubstanzen entwickelt wurden, die nicht nur leistungsfähiger, sondern auch wesentlich umweltfreundlicher sind als früher. Vielleicht könnte die oben abgedruckte Zeitungsmeldung sinngemäß schon deutlich vor 2025 erscheinen. Der erste Abschnitt befasst sich mit den scheinbar banalen Waschmitteln. Wir werden erleben, wie es den Chemikern gelungen ist, die wechselnden Anforderungen von Verbrauchern, Umweltschützern und Juristen zu erfüllen und Produkte zu entwickeln, die unsere Urgroßväter vor Staunen sprachlos gemacht hätten. Ob sich kommende Generationen auch noch an diesen

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Erfindungen erfreuen können, hängt davon ab, inwieweit sich die Waschmittelindustrie auf erneuerbare Rohstoffe umstellen kann – mehr dazu in unserer Streitfrage am Ende des Kapitels. Zuvor werden Sie noch erfahren, warum Tenside das Leben von Frühgeborenen retten, wie man auch mit kalter Lauge hervorragende Waschergebnisse erzielen kann, aus welchem Grund eine falsche Zeitungsmeldung das Waschverhalten eines ganzen Landes auf den Kopf stellte, warum Sauberkeit nicht zwangsläufig mit viel Schaum verbunden ist und wie man unangenehme Gerüche bekämpfen kann. Chemie und Sauberkeit gehen Hand in Hand.

Große Wäsche Zum Wäschewaschen ging man früher zum nächsten Fluss, weichte die Kleidung ein und schlug sie gegen glatte Steine, bis der Schmutz gelöst war. In manchen Ländern hat sich an dieser Prozedur bis heute nichts geändert. In den meisten Teilen der Welt jedoch benutzt man inzwischen Waschmaschinen mit rotierenden Trommeln. Für die Reinigungswirkung aber ist weniger die Bewegung, als das Waschmittel selbst – genau genommen das Tensid – verantwortlich. In den vergangenen 50 Jahren hat sich der Lebensstil stark gewandelt. Die Fasern und Gewebe, aus denen unsere Kleidungsstücke bestehen, sind andere geworden; wir möchten möglichst wenig Wasser, Energie und Waschmittel verbrauchen, aber die Textilien trotzdem wesentlich häufiger waschen als früher, oftmals mehr der Auffrischung als der Reinigung halber. Auch unsere Ansprüche haben sich geändert: Neue Kleidung soll in der Waschmaschine nicht abfärben und auch nach längerem Tragen nicht verwaschen aussehen; nach dem Waschen und Trocknen sollen sich die Stoffe auf der Haut weich anfühlen und empfindliche Gewebe sollen keinen Schaden nehmen. Natürlich soll das 224

Waschmittel trotzdem mühelos Flecken aller Art entfernen, ob Currysauce oder Kaffee, Schlamm oder Motoröl, Gras oder Fett oder die 101 anderen Substanzen, mit denen wir uns im Alltag schmutzig machen. 65) Moderne Waschmittel können das tatsächlich alles. Im Waschmittelregal findet man heute eine breite Palette von Flüssigwaschmitteln, Gels, Pulvern, Säckchen und Tabs mit insgesamt bis zu 30 Inhaltsstoffen. 66) Falls Ihnen der Gedanke Unbehagen bereitet, Kleidung, die Sie auf der Haut tragen, mit so vielen Chemikalien zu behandeln, können Sie neuerdings kleine Keramikscheiben mit der Wäsche in die Maschine stecken, um die mechanische Reinigung zu intensivieren. Angeblich braucht man dann weniger Waschpulver; Labortests haben allerdings gezeigt, dass diese Körper praktisch nutzlos sind. Von einem modernen Markenwaschmittel erwarten Sie, dass die Wäsche sauber wird und unbeschädigt bleibt, die Maschine nicht korrodiert und der Verbrauch an Wasser, Energie und Chemikalien gering ist. Dass unsere Wäsche heute schon bei 20 °C sauber wird, hätten sich unsere Großmütter nicht träumen lassen – sie mussten ihre Textilien noch im Kessel kochen, um die Mehrzahl der Flecken zu entfernen. In den westlichen Ländern ist das Wäschewaschen nicht mehr mit großer Anstrengung verbunden. Maschine füllen, Waschmittel und Weichspüler dosieren, geeignetes Programm einstellen, eine Stunde warten – und sauber ist die Wäsche. Kein Wunder, dass die Waschmaschine in vielen Haushalten täglich in Gebrauch ist. 67) Einmal getragen, ab in die Wäsche: So lautet die Devise. 65

Studien haben gezeigt, dass Dreck, Öl, Kaffee und Wein die häufigsten Verursacher von Flecken sind. 66 In Europa greift man eher zu Pulver und Tabs, in den USA sind flüssige Produkte beliebter. 67 Bei einer Kundenbefragung von Unilever stellte sich 1997 heraus, dass in einer Durchschnittsfamilie fünfmal in der Woche die Waschmaschine läuft.

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Unsere Urahnen hatten viel mehr Mühe, ihre Kleidungsstücke zu reinigen. Aber sie waren experimentierfreudig. Das erste gebräuchliche Waschmittel war der Naturstoff Saponin, enthalten in den Blättern und Wurzeln des Seifenkrauts Saponaria officinalis. Das komplexe Molekül, bestehend aus Kohlenhydrat- und Steroidbausteinen, lässt das Wasser aufschäumen und erleichtert so die Säuberung. (Heutzutage würde die Substanz nie als Waschmittel zugelassen – Saponine sind leicht giftig und greifen die roten Blutzellen an.) Seifenkraut wächst an Flussufern und blüht leuchtend rosafarben. Zum Waschen von Wollgeweben verwendete man Wasser, in dem man zuvor Blätter und Wurzeln der Pflanze ausgekocht hatte. Wozu aber, so fragt man sich, synthetisiert eine Pflanze ein Waschmittel? Die Antwort lautet: Saponine haben eine Schutzfunktion. 1998 entfernten Forscher am John Innes Centre im britischen Norwich aus dem ebenfalls geringe Mengen Saponine enthaltenden Hafer das für die Synthese dieser Substanzen zuständige Gen. Der saponinfreie Hafer verlor damit seine Widerstandfähigkeit gegen Pilzbefall, der in den Feuchtgebieten, wo diese Pflanzen von Natur aus wachsen, häufig auftritt. Besser als Seifenkraut ist Seife (siehe Exkurs »Was ist Seife«), die schon vor rund 4500 Jahren im Mittleren Osten bekannt war. Zunächst diente sie allerdings nicht zum Wäschewaschen, sondern zur Körperhygiene. In der Antike waren in wohlhabenden Haushalten Leute damit beschäftigt, die Wäsche – eingeweicht in Bottichen mit warmem, durch Zusatz von etwas natürlicher Soda (Natriumcarbonat) alkalisiertem Wasser – mit den Füßen zu stampfen. Die ägyptische Hieroglyphe für einen solchen Stampfer ist ein Paar Füße, im Wasser stehend. Auch im antiken Rom war Seife bekannt. Plinius berichtet von sapo, gewonnen aus Ziegentalg und erhältlich in zwei Formen: fest (mit Soda hergestellt) oder flüssig (mit Pottasche, Kaliumcarbonat, hergestellt). Vor rund 1000 Jahren begann man, Seife in größeren Mengen

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zu produzieren und zur Reinigung von Wäsche zu verwenden. Der erste englische Seifenladen wurde 1259 in der Londoner Sopar’s Lane eröffnet. Erst Ende des 18. Jahrhunderts aber fand man einen Weg, Soda in großem Maßstab aus Salz zu gewinnen. Damit begann die Entwicklung der Seifenindustrie, die bald Toilettenseifen für den persönlichen Gebrauch und Haushaltsseifen zur Reinigung von Wäsche und Haus anbot. Ganz sicher wurde die Wäsche nun sauberer als zuvor, aber das Waschen selbst war nach wie vor eine allwöchentliche Plackerei – Einweichen, Schrubben und Reiben, Kochen, Stampfen, Auswringen, Spülen, wieder Auswringen, Aufhängen … und Trocknen. Was ist Seife? Rohstoffe für die Seifenherstellung sind Fette und Öle, Naturstoffe, die aus Glycerin (Summenformel C 3 H 8 O 3 ; siehe Formelglossar) und drei langkettigen Fettsäuren bestehen. Das Molekül sieht ungefähr so aus wie der Großbuchstabe E: Der senkrechte Strich steht für die drei Kohlenstoffatome des Glycerins, die waagerechten Striche sind die Säuren. Zur Seifenherstellung am besten geeignet sind die (ohnehin in der Natur am häufigsten vorkommenden) gesättigten Fettsäuren, vor allem Palmitinsäu-

re (16 Kohlenstoffatome) und Stearinsäure (18 Kohlenstoffatome). Beim Erhitzen eines Fettes oder Öls mit einer Lauge, wie zum Beispiel Soda (Natriumcarbonat), werden die Säuren vom Glycerin abgespalten. Dabei entsteht Natriumstearat, Natriumpalmitat (die Hauptbestandteile von Seife) sowie freies Glycerin. Früher ließ man das Glycerin in der Seife, heute trennt man es ab und führt es als natürlichen Rohstoff der chemischen Industrie zu.

Eine deutliche Erleichterung der Waschtagsmühen brachte 1907 die Erfindung des ersten modernen Waschmittels – Persil. Das Pulver enthielt Seife, Natriumcarbonat, Natriumsilikat und Natriumperborat. In dieser Waschlauge gekocht, wurde die Wäsche 227

richtig sauber. Der nächste wichtige Fortschritt kam 1913, ebenfalls in Deutschland, mit der Einführung enzymhaltiger Vorwaschmittel. Zunächst handelte es sich um Protease-Enzyme zur »Verdauung« eiweißhaltiger Flecken (Blut, Ei, Milch, Fleischsaft). In den späten 1950er Jahren wurden die enzymatischen Waschmittel weiterentwickelt, aber nach wie vor als Vorwaschhilfen gehandelt. In den 1970er Jahren kamen dann Amylasen (Stärke spaltende Enzyme) zur Auflösung stärkehaltiger Verschmutzungen hinzu, in den 1980er Jahren schließlich noch Lipasen zur Fettentfernung. Nun konnte man auch den vormals schwer zu beseitigenden Pflanzenöl-, Butter-, Margarine-, Sahneund Sebumflecken effektiv zu Leibe rücken. (Sebum, ein Gemisch aus abgestorbenen Hautzellen und Hautfett, lagert sich dort auf der Kleidung ab, wo sie besonders intensiv mit Haut in Berührung kommt, vor allem an Kragen und Manschetten.) Im Laufe der Jahre wurde die Zusammensetzung enzymhaltiger Waschmittel so weit verbessert, dass Flecken von Speisen an der Oberbekleidung und Unaussprechlichkeiten in der Unterwäsche eigentlich kein Problem mehr sind. Seit Ende der 1980er Jahre sind Enzyme im Einsatz, denen Bleichmittel auf Peroxidbasis nichts ausmachen; seit ungefähr 2000 kann man sämtliche genannten Waschsubstanzen in ein und demselben Produkt vereinigen. Enzyme sind selbst Eiweißmoleküle; man musste sie deshalb gezielt verändern, damit sie von den Proteasen nicht angegriffen werden. Heute verbraucht allein Europa 30000 Tonnen Enzyme jährlich, vor allem in Form von Waschmitteln. Kurioserweise werden solche Produkte in Großbritannien gemieden – aufgrund unbewiesener, aber nichtsdestoweniger hartnäckig im Gedächtnis der Öffentlichkeit verbliebener Behauptungen (siehe Exkurs »Das Märchen vom nichtbiologischen Waschmittel«).

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Das Märchen vom nichtbiologischen Waschmittel Vor etwa 25 Jahren ließ der briti- sprach sich herum … und bis heute sche Fernsehsender BBC eine Gruppe halten die so genannten »nichtbiologivon Leuten zu Wort kommen, die schen«, also enzymfreien Waschmittel behaupteten, ein neues Waschmittel auf den Britischen Inseln einen (Persil New System) verursache Haut- Marktanteil von rund 30%. Diese rötungen und andere Hautleiden wie Produkte sind ein ausschließlich britiEkzeme. Schuld daran sollten die« sches Phänomen. Die moderne Lebiologischen« Inhaltsstoffe sein, gende von der hautschädigenden Wirsprich, die Enzyme. Wissenschaftli- kung der Waschenzyme ist unleugbar che Beweise für diese Erklärung wur- fest verwurzelt, aber einfach nicht den nicht angeführt (und auch danach wahr. nicht gefunden), aber die Sache

Im vergangenen Jahrhundert übernahm das Waschmittel Schritt für Schritt fast alle Aufgaben im Waschprozess. Neben den Enzymen enthalten moderne Waschpulver und Gels folgende Zutaten: • Tenside – bringen den Schmutz von den Fasern in Lösung; • Schaumregulatoren – verhindern die Bildung von übermäßig viel Schaum und damit das Überlaufen der Waschmaschine; • Builder (Gerüststoffe) – enthärten das Wasser durch Bindung von Calcium und Magnesium; • Vergrauungsinhibitoren – verhindern, dass sich abgelöster Schmutz aus der Waschflotte wieder auf der Wäsche absetzt; • Farbübertragungsinhibitoren – verhindern, dass gelöste Farbstoffe zurück auf die Wäsche übertragen werden; • Bleichmittel (Peroxide) – entfernen bleichbare Flecken wie Tee, Kaffee, Fruchtsaft; • Bleichaktivatoren – sorgen dafür, dass Bleichmittel schon bei niedrigen Temperaturen ihre Wirksamkeit entfalten; • optische Aufheller (Weißmacher) – wandeln absorbierte UV229

Strahlung in blaues Licht um, erzeugen so ein intensiver wahrgenommenes Weiß und wirken Vergilbung entgegen; • Korrosionsschutzmittel – schützen die Metallteile der Waschmaschine; • Duftstoffe – verleihen den frisch gewaschenen Textilien einen angenehmen Duft. Wie Sie sehen, ist eine moderne Waschmaschine ein wahres Chemielabor. Welche Reaktionen dort stattfinden, damit wir unsere Wäsche sauber aus der Trommel holen können, erfahren Sie jetzt. Tenside

Tenside sind etwas vollkommen Natürliches. Mancher Mann wird beim Urinieren schon erstaunt eine deutliche Schaumentwicklung in der Toilette beobachtet haben, als ob der Urin ein Waschmittel enthielte. In der Tat scheidet unser Körper auf diesem Wege überschüssige Tenside aus, die er selbst produziert und die besonders für die Funktionsfähigkeit der Lunge von Bedeutung sind. Viele Frühgeborene starben früher am Atemnotsyndrom (RDS von Respiratory Distress Syndrome), weil ihren unreifen Lungen der oberflächenaktive Stoff fehlte, der die Lungenbläschen (Alveolen) offen hält. Durch die hohe Oberflächenspannung des Wassers können sich die Bläschen weder entfalten noch beim Ausatmen ihre Form erhalten, wenn der Organismus den so genannten Surfactant (von Surface Active Agent), eine aus Fetten und Proteinen bestehende Substanz, noch nicht oder nicht ausreichend produzieren kann. Ohne Surfactant fallen die Alveolen nach der Geburt zunehmend in sich zusammen. Heute verabreicht man Frühchen bei Bedarf eine modifizierte Version des natürlichen Surfactants, bis ihr Körper in der Lage ist, die Stoffe selbst zu synthetisieren. Auf diese Weise wurde die Frühgeborenensterblichkeit in den letzten Jahren halbiert.

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Wenn wir Fett, Staub und Ruß aus den Textilien herauswaschen wollen, müssen wir dafür sorgen, dass Fett und Wasser sich mischen – was sie bekanntlich von selbst nicht tun. Das ist die Aufgabe des Tensids. Tensidmoleküle bestehen aus einem »Kopf« und einem »Schwanz«. Der Kopf, beispielsweise eine Salzgruppe, liebt Wasser, der Schwanz hingegen, eine Kohlenwasserstoffkette, fühlt sich in der Umgebung von Fetten und Ölen wohl. Die Kopfgruppe der meisten Tenside ist negativ geladen, zum Beispiel in Form eines Carboxylats (Seife), eines Sulfats oder Sulfonats 68) (synthetische Tenside) oder eines Phosphats (Surfactant in der menschlichen Lunge). Als Schwanzgruppe kommen verschieden lange (im Allgemeinen 12-20 Kohlenstoffatome) Kohlenwasserstoffketten in Frage. In erster Linie dient ein Tensid dazu, das Wasser nasser zu machen. Das klingt widersinnig, ist aber schnell erklärt. Zunächst sammeln sich die Tensidmoleküle an der Wasseroberfläche; das führt zur Herabsetzung der Oberflächenspannung, und das Wasser kann die Gewebe besser benetzen. Ist an der Oberfläche kein Platz mehr, dann tauchen die Tensidmoleküle unter und lagern sich zu kugelförmigen Gebilden, so genannten Micellen, zusammen. Die wasseranziehenden Köpfe zeigen nach außen und die wasserabstoßenden Kohlenwasserstoffschwänze ragen ins Innere der Micelle. Diese fettfreundliche Umgebung zieht ölige Schmutzteilchen an, die ins Kugelinnere diffundieren und dort gut aufgehoben sind, bis sie mit der Waschflotte weggespült werden. Sobald die obere, fertige Schmutzschicht von den Textilien gewaschen ist, fallen die lockeren Staubpartikel rasch ins Wasser, wo bereits andere Moleküle ungeduldig warten, wie Sie gleich sehen werden. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, einen Molekülteil des 68

Eine Sulfatgruppe ist –SO 4 , eine Sulfonatgruppe ist – RSO 3 mit R als organischem Rest.

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Tensids wasseranziehend zu machen. Nach der Art des Kopfes teil man die oberflächenaktiven Substanzen in vier Klassen ein: • Anionische Tenside haben einen negativ geladenen Kopf. Beispiele sind Natriumalkylbenzolsulfonat (in Industriereinigern), Natriumlaurylsulfat und Natriumlaurylsulfonat (in Haushaltsreinigern und Kosmetika, siehe Kapitel »Stimmt die Chemie«). Zu den anionischen Tensiden gehört auch die Seife. Anionische Tenside eignen sich hervorragend zur Entfernung von Fett und Schmutz. • Kationische Tenside haben einen positiv geladenen Kopf. In diese Klasse gehören Gewebe-Conditioner und sogar antiseptische Wirkstoffe, auf die wir weiter hinten in diesem Kapitel noch zu sprechen kommen. Kationische Tenside lagern sich an die Fasern an und überziehen das Gewebe mit einer nur ein Molekül dicken Schicht, die vor dem Verfilzen schützt. Ein wichtiges Beispiel ist Lauryltrimethylammoniumchlorid, das auch in Pflegespülungen für Haare enthalten ist (bis zu 3%). • Amphotere Tenside tragen sowohl eine positiv als auch eine negativ geladene Atomgruppe am Kopf. Sie sind verhältnismäßig teuer und werden deshalb nicht zum Wäschewaschen verwendet, sondern vor allem Geschirrspülmitteln zugesetzt. Das bekannteste Beispiel sind Cocamide. • Nichtionische Tenside sind, wie der Name sagt, weder positiv noch negativ geladen. Stattdessen befinden sich am Kopf des Moleküls mehrere Sauerstoffatome, meist in Form von zwei oder mehr Oxyethyleneinheiten.69) Nichtionische Tenside schäumen weniger als anionische. Weil sie ihre Reinigungswirkung auch bei niedrigen Temperaturen (30 °C) entfalten, sind sie häufig in Fein- oder Handwaschmitteln enthalten. 69

Die Formel einer solchen Einheit lautet -OCH 2 CH 2 -.

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Die vom Produktionsumfang her wichtigsten Tenside sind die anionischen, es folgen die nichtionischen und kationischen; amphotere Tenside spielen eine untergeordnete Rolle. Von den weltweit jährlich insgesamt hergestellten 9 Millionen Tonnen Tensiden entfällt immerhin noch ein Viertel auf Seife. Tenside braucht man nicht nur zum Reinigen von Wäsche, Körper und Haushalt, sondern auch in der Papier- und Farbstoffindustrie, im Pflanzenschutz und sogar in der Nahrungsmittelindustrie. (Das natürliche – amphotere – Tensid Lecithin zum Beispiel wird Schokolade und Speiseeis als Emulgator zugegeben.) Tenside begegnen uns in Form von Benetzungsmitteln, Emulgatoren, Dispergiermitteln, Lösemitteln, Oberflächenkonditionierern, Bakteriziden, Viskositätsmodifikatoren, Korrosionsschutzmitteln und natürlich Waschmitteln. Für manche Spezialanwendungen wie die Formulierung von Pestiziden oder die Erzeugung von Schaum zum Feuerlöschen ersetzt man den Kohlenwasserstoff-Schwanz des Moleküls durch eine ÆSilikon- bzw. sogar ÆFluorkohlenwasserstoffkette. Schaumregulatoren

Schaum auf dem Waschwasser hat nicht zuletzt eine psychologische Wirkung. Wer Geschirr von Hand abwäscht, versucht anhand der Schaummenge abzuschätzen, wie viel Spülmittel noch aktiv (in der Lage, Fett zu lösen) ist. Aus diesem Grund enthalten diese Produkte meist nichtionische Tenside, bei denen dieser Zusammenhang besonders augenfällig ist. Bei Waschmaschinen und Geschirrspülern hingegen ist der Schaum eine eher lästige Begleiterscheinung. Damit die Maschinen nicht überschäumen, setzt man Mittel zur Schaumunterdrückung ein, beispielsweise Silikonöl (in winzigsten Mengen). Überraschenderweise verschwindet der Schaum auch, wenn Seife zu synthetischen Tensiden gegeben wird. Die Ursache ist wahrscheinlich eine Unterbrechung

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der einheitlichen Schicht von Tensidmolekülen auf dem Wasser, die zur Bildung von Blasen erforderlich ist. Wird die Schicht gestört, platzt die Blase. Builder (Gerüststoffe)

Builder haben die Aufgabe, die Qualität des Waschwassers zu verbessern. Die am längsten gebräuchliche Substanz mit dieser Wirkung ist Waschsoda. Das Pulver löst sich leicht in Wasser und hebt dessen ÆpH-Wert in den alkalischen Bereich an. Dieser Effekt trägt selbst schon zur Waschkraft bei, weil die nun im Wasser vorherrschenden negativ geladenen Hydroxid-Ionen Fettreste in wasserlösliche Verbindungen (Fettsäuren und Glycerin) spalten können. Im Prinzip geht das umso leichter, je höher der pH-Wert ist. Allerdings muss man aufpassen: Stark alkalische Laugen beschädigen die Gewebe. Die wichtigste Funktion der Builder besteht aber in der Bindung von Wasserhärte – Calcium (»Kalk«) und in zweiter Linie auch Magnesium –, um zu verhindern, dass die Ionen mit dem Tensid reagieren. Als Builder verwendet werden Natriumtripolyphosphat, Citronensäure und Zeolithe; sie alle sind in der Lage, mehr als 100 mg Calcium pro Gramm der Builder-Substanz zu adsorbieren. Aus Gründen der Umweltfreundlichkeit beschränkt man sich heute im Wesentlichen auf die Zeolithe, im Grunde eine Art Sand (Siliciumdioxid) mit feinsten Poren, in die die positiv geladenen Calcium-Ionen hineinwandern und dort an negativ geladenen Sauerstoffatomen festgehalten werden. Auch Natriumsilikat (besser bekannt als Wasserglas) kann Calcium-Ionen bis zu einem gewissen Grad unschädlich machen, vor allem aber schützt es die Metallteile von Waschmaschinen vor Korrosion. Eigentlich ein viel effektiverer Calciumfânger ist Natriumtri-

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polyphosphat (NaTPP). Die Substanz, die außerdem abgelöste Schmutzteilchen in Lösung halten kann, war der Enthärter der Wahl in den 1950er und 1960er Jahren. Der übermäßige Gebrauch des Mittels aber schädigte die Oberflächengewässer: Blaugrüne Algen wucherten in Seen insbesondere in der Nähe von Großstädten (zum Beispiel in den Großen Seen an der Grenze zwischen Kanada und den USA). Das Wasser wurde faulig (»kippte um«) und die Wasseroberfläche war von einem grünen Algenschleim überzogen, der alles Leben darunter erstickte. Als Schuldiger wurde der Pflanzennährstoff Phosphat ausgemacht. In den 1970er und 1980er Jahren standen die Waschmittelhersteller unter starkem Druck, NaTPP durch Alternativen zu ersetzen. Dabei stießen sie auf die heute fast ausschließlich eingesetzten Zeolithe. Geschirrspülmaschinen kommen noch immer nicht ohne NaTPP aus. Die Aufregung darüber hält sich allerdings in Grenzen, seitdem festgestellt wurde, dass nicht nur der Phosphateintrag für die Gewässerverschmutzung verantwortlich ist. Eine Rolle spielte auch das Verschwinden des Zooplanktons, das normalerweise für eine Begrenzung der Algenpopulation sorgt. Nachdem die Kleintiere von Schadstoffen wie Schwermetallen aus der Industrie und Pestiziden aus der Landwirtschaft abgetötet worden waren, konnten sich die Algen ungehindert vermehren. Ob Sie beim Wäschewaschen auf Builder angewiesen sind, hängt von der Zusammensetzung Ihres Leitungswassers ab: Enthält es wenig Calcium und Magnesium (»weiches« Wasser), kommen Sie auch ohne die Substanzen aus. In Japan gibt es fast nur weiches Trinkwasser (92%), ebenfalls in den USA (95%) und in Italien (80%). Eher hart ist das Leitungswasser in Großbritannien (60%), Deutschland (50%) sowie Frankreich und Spanien (jeweils 45%). (Mehr zum Thema Wasserhärte erfahren Sie im Exkurs »Was ist Wasserhärte?«.)

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Was ist Wasserhärte? Wasser nennt man »hart«, wenn die Konzentration der Calcium-Ionen hoch ist. Das mag gut für die Gesundheit sein, beim Wäschewaschen hingegen ist es von Nachteil. Die Messung der Härte scheint auf den ersten Blick kein großes Problem zu sein: Man muss einfach die Menge des gelösten Calciums in einer Probe bestimmen. Wie diese Information allerdings dargestellt wird, variiert aus historischen Gründen von Land zu Land. Neben der Angabe der Menge an Calcium-Ionen pro Liter kann man auch die Menge an Calciumcarbonat pro Liter betrachten (was sicher am sinnvollsten ist, weil das im Wasser gelöste Calcium aus Calciumcarbonatgestein stammt.) Dass die Wasserhärte schon seit vielen Jahren zur Kenntnis genommen und auch gemessen wird, zeigt sich an den zum Teil folkloristisch wirkenden Einheiten. In England misst man Grain Calciumcarbonat pro Liter (die mittelalterliche Masseeinheit Grain entspricht etwa 65 mg). Die USAmerikaner geben gar Grain Calciumcarbonat pro US-Gallon (3,78 L) an. In Deutschland wiederum rechnet man mit Milligramm Calciumoxid

(CaO) pro Liter, obwohl das Wasser überhaupt kein CaO enthält. 70) Die Franzosen berücksichtigen, dass sich im Wasser im Grunde gelöstes Calciumcarbonat (CaCO 3 ) befindet, und gründen ihr System deshalb auf Mol CaCO 3 pro Kubikmeter. Zufällig wiegt ein Mol Calciumcarbonat gerade 100 g. 71) In der Industrie rechnet man ausschließlich im französischen System. Die Härteskala reicht von 0 bis 30 Grad französischer Härte (°fH). Weiches Wasser enthält weniger als 90 mg Calciumcarbonat pro Liter (9 °fH), hartes Wasser mehr als 270 mg(27°fH). 72)

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Das Ergebnis wird in Grad deutscher Härte angegeben; 1 °dH entspricht 10 mg CaO/L (Anm. d. Übers.) 71 Die Molmasse ergibt sich als Summe aus den Atommassen, m(Ca) + m(C) +3 m(O) = 40 + 12 + 48 = 100. 72 Die Fassung des deutschen Waschund Reinigungsmittelgesetzes vom 01.02.2007 gibt drei Härtebereiche an: »weich« (bis 8,4 °dH), »mittel« (8,414 °dH) und »hart« (mehr als 14 °dH). Nur im höchsten Härtebereich wird die Zugabe eines separaten, phosphatfreien Enthärters empfohlen. (Anm. d. Übers.)

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Vergrauungsinhibitoren

Der traditionelle Vergrauungshemmer ist Natriumcarboxymethylcellulose (CMC), eine lösliche Cellulose, in der die meisten Hydroxylgruppen durch Acetateinheiten ersetzt wurden. Bereits ein Gehalt von 0,5% CMC im Waschmittel sorgt durch Bindung an die Cellulosefasern etwa von Baumwoll- oder Leinengeweben dafür, dass sowohl Schmutzteilchen selbst als auch schmutzbesetzte Micellen (siehe Abschnitt »Tenside«) abgestoßen werden. Daneben dient CMC als Verdickungsmittel für Flüssigwaschmittel. Farbübertragungsinhibitoren

Das haben Sie vermutlich auch schon erlebt: Ein neues, leuchtend farbiges T-Shirt landet versehentlich gemeinsam mit weißer Wäsche in der Maschine. Wenn Sie Glück haben, ist Ihre Unterwäsche hinterher auch pastellfarbig noch halbwegs tragbar. Ein anderes Problem hat man mit schwarzer oder dunkel gefärbter Wäsche, die nach (mehr oder weniger) häufigem Waschen verblasst und unansehnlich wird. Eine Lösung besteht natürlich darin, Kleidung vor dem Waschen nach Farben zu sortieren und jeweils spezielle Waschmittel zu verwenden – neben Produkten für Weißes (mit Bleichmitteln) und Buntes (ohne) gibt es auch Spezialmittel für schwarze Textilien. Weil diese Strategie auch nicht immer zu befriedigenden Ergebnissen führt, hat man nach Substanzen geforscht, die das Anlagern von Farbstoffmolekülen aus der Waschflotte an Gewebe verhindern. Erst in den 1990er Jahren wurden man fündig: Das wasserlösliche Polymer ÆPVP, Poly(N-vinylpyrrolidon), hält die farbigen Moleküle mithilfe spezieller chemischer Gruppen im Wasser fest.

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Bleichmittel und Bleichaktivatoren

Wie der Name andeutet, enthielt das ursprüngliche Persil das Bleichmittel Natriumperborat. Diese einfache, durch Reaktion von Borsäure mit ÆWasserstoffperoxid gebildete Verbindung, ein weißes, wasserlösliches Pulver, hat einen Nachteil: Ihre Wirkung entfaltet sich erst bei Temperaturen von mindestens 60 °C – je höher die Temperatur, desto größer ist der Effekt. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts, als Hausfrauen für die große Wäsche noch den Kupferkessel anheizten, störte das wenig. Bis in die 1970er Jahre hinein wusch man vorwiegend heiß. Die Waschmaschinen waren mit Heizelementen ausgerüstet, die hohe Temperaturen erzeugen konnten. Damals enthielt Waschpulver in Europa zwischen 20 und 30% Perborat (andernorts deutlich weniger). Weil das im Waschwasser enthaltene Bor die Klärwerke ungehindert passierte und sich als umweltschädlich (giftig für manche Wasserlebewesen) erwies, ging man dann zu dem ebenfalls festen Stoff Natriumpercarbonat über, der aus Natriumcarbonat und Wasserstoffperoxid hergestellt wird. 73) Die beiden Ölkrisen 1973 und 1979 ließen den Energiepreis in die Höhe schnellen. Die großen Wassermengen, die damalige Waschmaschinen brauchten, auf die gewohnt hohen Temperaturen zu bringen, kostete eine Menge elektrischen Strom. Das Waschen bei 40 °C wurde zwar propagiert, brachte aber kein befriedigendes Ergebnis, weil weder Natriumperborat noch percarbonat – beides Verbindungen, die in der Waschlauge ÆWasserstoffperoxid (H 2 0 2 ) freisetzen – bei dieser Temperatur effektiv arbeitet. Daraufhin suchten die Chemiker nach einer Sub73

Die Hersteller von Wasserstoffperoxid und peroxidhaltigen Bleichmitteln schlossen sich jahrelang zu einem illegalen Kartell zusammen. Die Europäische Kommission verhängte nach dem Auffliegen dieser Absprache 2006 ein Bußgeld von 400 Millionen Euro.

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stanz, die H 2 O 2 aktiviert. Sie fanden zahlreiche Kandidaten, deren gemeinsames Funktionsprinzip in der Umwandlung von H 2 O 2 in Peressigsäure bestand, und entschieden sich schließlich für das erfreulich preisgünstige TAED (Tetraacetylenethylendiamin; siehe Formelglossar). TAED bewirkt bereits bei 40 °C die Reaktion von H 2 O 2 zu Peressigsäure, die dann als eigentliches Bleichmittel wirkt und farbige Flecken von Tee, Kaffee, Rotwein, Cola und Fruchtsaft mit Leichtigkeit aus Kleidungsstücken und Tischdecken entfernt. In den USA und Japan setzte sich ein alternativer Aktivator durch, NOBS (Nonanoyloxybenzolsulfonat). Einen weiteren Forschritt auf dem Gebiet der Niedertemperatur-Bleichsysteme schien zunächst die Entdeckung zu bedeuten, dass manche Manganverbindungen den Bleichprozess katalysieren. Chemiker von Unilever berichteten am 23. Juni 1994 in der Zeitschrift Nature von einem Katalysator, bestehend aus einem Manganatom, das von einem ringförmigen, drei Stickstoffatome enthaltenden Molekül umgeben ist. Leider musste Unilever die hervorragend wirksame Substanz nach wenigen Wochen wieder vom Markt nehmen, denn sie hatte eine Achillesferse, die Sie im Exkurs »Über’s Ziel hinausgeschossen« nachlesen können. Über’s Ziel hinausgeschossen Kleine Mengen bestimmter Manganverbindungen verstärken die Wirkung von Bleichmitteln enorm, denn sie wirken als Katalysator. Schon bei 20 °C werden die meisten Flecken entfernt. Umfangreiche Studien von unabhängigen Labors und mehr als 60000 Verbrauchern bestätigen die überlegene Leistungsfähigkeit des Mittels. Im Mai 1994 brachte Unile-

ver ein manganhaltiges Waschmittel auf den Markt: Persil Power in Großbritannien, OMO Power in Frankreich und Holland, Skip Power in Deutschland. Das Produkt wurde zunächst hervorragend aufgenommen und steigerte den Umsatz gewaltig. Nach einiger Zeit bemerkten die Anwender jedoch seltsame, unerwartete Schäden an Textilien aus Rayon (Kunstseide) –

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nur dort, nicht bei den ebenfalls cellulosehaltigen Leinen- und Baumwollgeweben, und außerdem erst nach rund 20 Waschgängen. Sofort trat Procter&Gamble, der Hauptkonkurrent von Unilever, mit Studien führender Forschungseinrichtungen zu den Gewebeschäden durch Manganverbindungen auf den Plan. Unilever reagierte durch eine Reduktion der Katalysatormenge um 75%, aber das genügte nicht. Nach nur

sechs Monaten wurde das Produkt zurückgezogen. Offenbar setzt der Katalysator das Peroxid aus dem Bleichmittel in Form von Radikalen frei, die nicht nur Flecken, sondern auch Cellulose angreifen. Baumwoll- und Leinenfasern bestehen aus längeren Polymerketten und sind deshalb widerstandsfähiger, während die kurzen Celluloseketten von Rayon angegriffen werden und zerfallen.

Optische Aufheller

Optische Aufheller, auch Weißmacher genannt, sorgen dafür, dass weiße Textilien auch nach längerem Gebrauch noch brillant weiß aussehen. Normalerweise vergilben weiße Stoffe mit der Zeit, vor allem durch das Absetzen winzigster eisenhaltiger Partikel. Schon im 19. Jahrhundert wusste man sich dagegen zu helfen, indem man dem letzten Spülgang einen blauen Farbstoff zusetzte. 74) Heute werden Waschmitteln für Weißwäsche fluoreszierende Substanzen (ca. 0,5%) zugesetzt. Der Werbeslogan, solche Produkte machten die Wäsche »weißer als weiß«, ist tatsächlich in gewisser Hinsicht gerechtfertigt, so absurd er auch klingen mag. Optische Aufheller sind komplexe Moleküle; sie enthalten eine Atomgruppe, die ultraviolettes Licht absorbieren und die überschüssige Energie dann als Strahlung im etwas längerwelli74

Es handelte sich um synthetisches Ultramarin, eine bemerkenswerte Verbindung, die Sie im Kapitel »Echte Farben und falsche Bilder« kennen lernen werden.

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gen (blauen) Bereich abgeben kann. Der unerwünschte gelbliche Farbton wird damit überdeckt. Duftstoffe

In den 1950er Jahren trat die Waschmaschine ihren Eroberungsfeldzug in die Haushalte der westlichen Länder an. Nun kam jedermann mit dem unangenehm speckigen Geruch der Tenside in Kontakt. Als Gegenmittel begannen die Waschmittelhersteller, ihre Produkte zu parfümieren. Ein Nebeneffekt war der frische Duft der gewaschenen Wäsche, der bei den Verbrauchern großen Anklang fand. Geeignet zu diesem Zweck sind alle Riechstoffe, die das Waschen (und möglichst auch Trocknen und Bügeln) unbeschadet überstehen. Nachdem mehrfach Klagen über allergische Reaktionen auf Duftstoffspuren in der Wäsche aufgetreten waren, wurden die vermeintlich schuldigen Substanzen aus dem Verkehr gezogen. Allerdings muss gesagt werden, dass diese Art von Allergien wissenschaftlich nie wirklich belegt wurde. In ÆDoppelblindstudien mit Hautpflastern war keine negative Wirkung der verdächtigten Waschmittel festzustellen. Damit wir mit möglichst wenig Mühe zu sauberer Wäsche kommen, stellt die Industrie im Jahr rund 22 Millionen Tonnen Chemikalien her. In manchen Ländern, beispielsweise Kenia und Nigeria, wäscht man noch überwiegend mit Seife; in den meisten Teilen der Welt – in Europa und Nordamerika nahezu ausschließlich – greift man zu modernen synthetischen Waschsubstanzen. Auf dem indischen Subkontinent steht fast eine Million Tonnen Waschseife jährlich 1,5 Millionen Tonnen synthetischem Waschmittel gegenüber. Würden wir sämtliche Wäsche in kaltem Wasser waschen, wie es die Japaner seit jeher tun, könnten wir sehr viel Energie sparen. In Europa ließen sich auf diese Weise zehn Kraftwerke über-

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flüssig machen; in den USA betrüge die Einsparung rund sechs Milliarden Dollar pro Jahr. Kuschlig weich

Weichspüler sind kationische Tenside, die man dem letzten Spülgang zusetzt, meist über eine spezielle Kammer in der Waschmaschine. Was hat ein Tensid mit Flauschigkeit zu tun? Die Außenseite von Fasern neigt zur elektrischen Aufladung. Zum Waschen verwendet man deshalb am besten die ebenfalls negativ geladenen anionischen Tenside – gleiche Ladungen stoßen einander ab, das bedeutet, das Waschmittel bleibt nicht an der Faser hängen. Kationische Tenside in Form von Weichspülern hingegen haften fest an den Fasern und verhindern, dass diese verfilzen oder »verkleben«. Jede einzelne Faser wird mit einer Schicht überzogen, die nur ein Molekül dick ist und den gleichen Effekt hat wie ein ganz dünner Ölfilm. Kleidung und Bettwäsche fühlen sich glatt und weich an, was durchaus erwünscht ist. Handtücher hingegen sollte man nicht (oder nur bei sehr hartem Wasser) mit Weichspüler in Kontakt bringen, weil ihre Saugfähigkeit darunter leidet. Kationische Tenside sind die Grundlage einiger beliebter antiseptischer Salben und Tinkturen. Das Funktionsprinzip entnehmen Sie dem Exkurs »Kationische Tenside können nicht nur waschen«. Kationische Tenside können nicht nur waschen Kationische Tenside können Bak- Kohlenwasserstoff-Schwanz durchterien auf zweierlei Weise angreifen sticht die Zellwand, der Zellinhalt und zerstören: Der positive Kopf läuft aus und das Bakterium stirbt. lagert sich an die negativ geladene In diesem Zusammenhang am beZellwand der Mikroben an; der lange kanntesten sind die so genannten

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Æquartären Ammoniumsalze (kurz Cetrimid, die in antiseptischen Salben Quats), insbesondere Benzalkonium- zur Behandlung von Hautverletzunchlorid (siehe Formelglossar) und gen enthalten sind.

Waschmittel, die sowohl anionische als auch kationische Tenside enthalten, gibt es nicht; durch ihre gegensätzliche Ladung würden die Moleküle aneinander festkleben und könnten das Gewebe weder reinigen noch konditionieren. Denkbar sind aber Gemische aus nichtionischen Waschsubstanzen und kationischen Weichspülern. In den frühen 1980er Jahren hat die Industrie mit solchen 2in-1-Produkten experimentiert, aber sie verschwanden aufgrund des relativ hohen Preises alsbald vom Markt und die Hersteller kehrten zu den bewährten anionischen Tensiden zurück. In jüngster Zeit sind eher zaghafte neue Anläufe zu beobachten. Eine Alternative ist schon seit mehr als zwanzig Jahren bekannt: Das Tonmineral Bentonit, in Flöckchen fein verteiltes MagnesiumAluminium-Silikat, heftet sich (ohne Wechselwirkung mit den gebräuchlichen Tensiden) an die Fasern und verleiht ihnen ein ähnlich glattweiches Gefühl wie Talkumpuder (das Mineral Talk) den Händen.

Abwasch schon erledigt? Eine moderne Geschirrspülertablette ist fast genauso kompliziert zusammengesetzt wie ein Waschmittel. Manche Inhaltsstoffe findet man in beiden Produktgruppen – schließlich geht es um die Entfernung ähnlicher Substanzen von Töpfen, Tellern und Besteck, wie man sie auch aus Tischtüchern, Servietten und Küchenhandtüchern waschen möchte. Auch dem Problem des harten Wassers müssen sich beide Arten von Reinigungsmitteln stellen. Natürlich gibt es auch diverse Unterschiede: Ein Teller landet im Schnitt viel häufiger in der Spülmaschine als eine Bluse in der 243

Wäsche. Mit der Zeit beobachtet man, wie Löffel (besonders solche aus Silber) sich verfärben und Gläser sich mit einer bläulich irisierenden Schicht überziehen. In den vergangenen Jahren hat sich im Regal für Geschirrspülmittel eine Menge getan: Aus dem vormals einfachen Pulver oder Gel wurden 2-in-1-, dann 3-in-1-, dann 4-in-1- und schließlich (2005) sogar 5-in-1-Produkte. Die allerneueste Generation sind Tabletten, deren drei Schichten separat von dem wasserlöslichen ÆPolymer Poly(vinylalkohol) umhüllt sind. Mit dieser Einzelverpackung verhindert man, dass die verschiedenen Inhaltsstoffe zum unerwünschten Zeitpunkt chemisch miteinander reagieren. Manche Substanzen kann man bedenkenlos zusammengeben (etwa Tenside und Enzyme, wie in Waschpulvern), andere Stoffe wiederum möchte man erst gegen Ende des Spülgangs freisetzen (Klarspüler). Zu den wichtigsten Bestandteilen einer Geschirrspülertablette gehört der Wasserenthärter. Ältere Maschinen enthalten eine separate Enthärtereinheit, die regelmäßig mit Salz nachgefüllt werden muss. Kern dieser Baugruppe ist eine Ionenaustauschersäule, die Calcium- und Magnesium-Ionen des Leitungswassers durch Natrium-Ionen ersetzt (Natrium bildet keine schwer löslichen Rückstände). Neuere All-in-one-Tabletten gehören zu den wenigen verbliebenen Einsatzgebieten des bei den Waschmitteln schon beschriebenen Natriumtripolyphosphats (NaTPP). Eine leicht alkalische Reaktion des Spülwassers erleichtert die Entfernung besonders von angebrannten Speiseresten. Deshalb enthalten die Tabs auch Natriumsilikat und Natriumcarbonat. In alkalischem Wasser nicht besonders gut aufgehoben ist allerdings Glas. Im Gegensatz zu normalem Leitungswasser ätzt eine alkalische Spüllauge die Oberfläche von Glasgefäßen an. Die Folge ist ein milchig irisierender Belag, der zwar die Gebrauchsfähigkeit des Gegenstands nicht einschränkt, aber unschön aus-

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sieht (als ob das Glas nicht sauber wäre). Gläser mit solchen Spülmaschinenschäden werden in der Regel weggeworfen. Um dem langsamen, aber unaufhaltsamen Angriff der Lauge auf die Glasoberfläche entgegenzuwirken, kann man der Geschirrspülertablette ein Zinksalz (Acetat oder Carbonat) zugeben. Wenn nun die Natrium-Ionen im alkalischen Spülwasser in Lösung gehen, treten an ihre Stelle Zink-Ionen und bilden eine Schutzschicht aus unlöslichem Zinksilikat. Dies kann zwar auch nicht verhindern, dass häufig benutzte Gefäße wie Wassergläser nach vielleicht dem zweihundertsten Spülgang leiden, aber für seltener benutzte Blumenvasen oder geschliffene Weingläser zum Beispiel wirkt die Methode allemal. Das Wasser ist weich, die Gläser sind geschützt – jetzt können die eigentlichen Reinigungsmittel in Aktion treten: Tenside zur Entfernung von Fett, Enzyme zum Auflösen von Stärke- und Eiweißresten und Bleichmittel zur Behandlung farbiger Verunreinigungen wie Tee, Kaffee, Wein und Fruchtsaft. Ein Tensid für die Geschirrspültablette auszuwählen, ist gar nicht so einfach, weil es in der Spülmaschine ganz verschiedenen Stoffen begegnet: Porzellan, Glas, Kunststoff und Metall (und gelegentlich sogar Holz). Das beste Reinigungsmittel für Kunststoffe aber eignet sich für Keramik und Glas gar nicht so gut. Letztere tragen negative Ladungen an der Oberfläche; wie Sie bereits wissen, meidet man deshalb kationische Tenside, die an der Fläche »festkleben« würden, statt sie zu reinigen. Kunststoff hingegen ist oberflächlich positiv geladen – hier möchte man auf anionische Tenside verzichten. (Aus diesem Grund lassen sich Plastikbehälter schwer benetzen, wenn sie mit einem anionischen Tensid abgewaschen werden.) Ganz klar – in Frage kommen hier nur nichtionische Tenside. Die Reinigung von Metallen ist weniger problematisch; in diesem Fall kommt es vor allem darauf an, das Material vor unerwünschten chemischen Reaktionen zu schützen. Gegen das

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Anlaufen von Silber wirkt ein Zusatz von Benzotriazol. 75) Diese Moleküle lagern sich vorübergehend an der Silberoberfläche an und verhindern eine Reaktion mit Bleichmitteln. Tenside in Geschirrspülertabs dürfen nicht allzu stark schäumen, weil die Bläschen die Leitungen in der Maschine verstopfen. (Genau das geschieht, wenn Sie ausnahmsweise ein normales Geschirrspülmittel in die Maschine geben, weil die Geschirrspülertabs gerade alle geworden sind.) Nichtionische, schaumarme (sogar nahezu schaumfreie) Tenside sind Fettalkoholethoxylate, insbesondere solche mit 12 bis 14 Kohlenstoffatome langen Schwänzen. Als Bleichmittel enthalten Geschirrspülertabletten Percarbonat. Diese Substanz benötigt, wie oben schon erwähnt, einen Bleichaktivator; in diesem Fall kann man bedenkenlos Metallverbindungen als Katalysatoren einsetzen, weil nicht die Gefahr besteht, Gewebe zu schädigen. Relativ neu auf dem Markt ist das selbstaktivierende Bleichmittel PAP (6-(Phthalimido)peroxyhexansäure), das ohne weiteren Zusatz funktioniert. Das Ende jedes Programms bilden die Spülgänge. Auch hier benötigt man ein Tensid – zwar nicht mehr zur Reinigung, aber zur Verhinderung der Bildung von Kalkflecken auf den getrockneten Oberflächen besonders von Gläsern. Das Tensid setzt die Oberflächenspannung des Wassers herab und sorgt dafür, dass die Flüssigkeit rückstandslos und glatt vom Geschirr abläuft. Kein Zweifel – Spülmaschinen sind eine schöne Sache. Sie erleichtern die tägliche Küchenarbeit ganz erheblich. Vielleicht meinen Sie aber, dass der Preis – Energieverschwendung und Chemikalieneinsatz für diese Arbeitsersparnis zu hoch ist? Im Gegenteil. Eine moderne Geschirrspülmaschine ist deutlich umweltfreundlicher als das Abwaschen von Hand, denn die Maschi75

Summenformel: C 6 H 5 N 3

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ne braucht erheblich weniger Wasser, dessen Erwärmung einen großen Teil der für den Gesamtprozess erforderlichen Energie frisst. Bei einer vergleichenden Gesamtanalyse Energie, Wasser, Chemikalien – von Spülmaschine und Abwaschbecken hat Erstere knapp die Nase vorn. Allerdings darf man nicht den Fehler machen, gewaschenes Geschirr unter fließendem Wasser nachzuspülen, um Reste des Spülmittels zu entfernen. Auf diese Idee kamen die Briten nach alarmierenden Medienberichten, wie Sie im Exkurs »Welch eine Wasserverschwendung!« nachlesen können. Welch eine Wasserverschwendung! Von Hand gewaschenes Geschirr und Besteck lässt man normalerweise ablaufen und reibt es dann mit einem Geschirrtuch trocken. In den 1980er Jahren meldeten britische Medien, Reste des Tensids LAS (»lineares Alkylbenzolsulfonat«) verursachten Magenbeschwerden. Belegt wurde dies mit den Ergebnissen wissenschaftlicher Studien. Daraufhin begannen die Hausfrauen, das bereits abgewaschene Geschirr vor dem Trocknen gründlich mit heißem Wasser zu spülen, um garantiert jede Spur

der verdächtigen Substanz zu entfernen – ungeachtet dessen, dass die Hersteller von Geschirrspülmitteln schon längst auf LAS verzichteten. Wären die eifrigen Reporter ehrlich gewesen, hätten sie der Öffentlichkeit auch mitteilen müssen, worauf die »wissenschaftlichen« Resultate beruhten – nämlich auf Versuchen mit sechs (!) Ratten, die ihr ganzes Leben lang Wasser getrunken hatten, das tausendmal mehr Spülmittel enthielt, als ein Mensch jemals konsumieren kann.

Kampf dem Mief Es liegt was in der Luft … Der Geruch unserer Umgebung berührt unsere Seele. Üble Gerüche drücken auf die Stimmung, an247

genehme Düfte machen froh und entspannt. Besondere Duftstoffe lassen uns gar romantisch werden – und ein abstoßender Körpergeruch wirkt unfehlbar als Liebestöter, wie wir im Kapitel »Stimmt die Chemie« besprochen haben. Die Eindrücke, die unser Geruchssinn aufnimmt, sind für das allgemeine Wohlbefinden so wichtig, dass man in vielen Wohn- und Arbeitsräumen Lufterfrischer verwendet, die schlechte Gerüche entweder neutralisieren oder durch Parfums überdecken. Um einen abgeschlossenen Raum von einem unangenehmen Geruch zu befreien, gibt es drei Möglichkeiten: Man kann mit einem intensiveren, angenehmeren Riechstoff dagegenhalten, man kann das übel riechende Molekül in einer geeigneten Molekülmischung verstecken oder man kann es entfernen (durch physikalische Mittel oder eine chemische Reaktion). Alle zu diesen Zwecken gedachten Produkte werden unter der Sammelbezeichnung »Lufterfrischer« verkauft. Manche wirken durch schlichte Verdunstung eines Gels oder einer Flüssigkeit an einem Docht; manchmal wird die duftende Substanz durch Erwärmung oder mithilfe eines winzigen Ventilators in der Luft verteilt; außerdem gibt es natürlich jede Menge Raumsprays in Dosen. Fünf verschiedene Duftnoten, die in Haushalten vorkommen, sollen damit vorrangig bekämpft werden: Toilettengerüche, Tabakrauch, Küchengerüche, Gerüche von Haustieren und modriger Schimmel. Gerüche bestehen aus Molekülen, die man identifizieren, im Labor nachbilden und mischen kann. (Gelegentlich ist es für die Riechstoffforscher einfacher, auf den Naturstoff zurückzugreifen, etwa Katzenurin oder Zigarettenrauch.) Schlecht riechende alltägliche Chemikalien lassen sich in einige Gruppen einteilen: Moleküle mit ÆCarbonsäuregruppen, stickstoffhaltige Verbindungen und ganz besonders Moleküle mit einem zweibindigen Schwefelatom (das heißt, einem Schwefelatom, das zwei Bindungen zu Nachbarn, insbesondere Kohlenstoff oder Wasser-

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stoff, ausbildet). Ein berüchtigtes Beispiel für solche ÆSchwefelverbindungen ist Schwefelwasserstoff H 2 S, der Prototyp des Laborgestanks. Wie im Kapitel »Stimmt die Chemie« bereits erklärt wurde, zählen Verbindungen mit zweibindigem Schwefel zu den am übelsten riechenden Chemikalien überhaupt. Toilettengestank – besonders, wenn er von fremden Leuten stammt – trifft einen primitiven Nerv. Wir empfinden ihn als abstoßend und versuchen ihm tunlichst aus dem Weg zu gehen. Verantwortlich dafür sind Moleküle wie Buttersäure und Isovaleriansäure, die in menschlichen Exkrementen enthalten sind und auch von Bakterien produziert werden. Daneben spielen natürlich die vertrauten Schwefelverbindungen und das ebenfalls im Kapitel »Stimmt die Chemie« beschriebene, stickstoffhaltige Molekül Skatol eine Rolle. Skatol ist ein charakteristischer »Leitgeruch« menschlicher Ausscheidungen und wird deshalb zur Simulation im Riechstofflabor verwendet. Will man einen widerlichen Geruch loswerden, dann kann man ihn unter einem angenehmen, intensiven Duft verstecken, bis er sich von selbst verzogen hat. Eine geschicktere Methode besteht darin, den Gestank als eine Art Basisnote in ein Parfum einzubauen. Mischt ein Parfumeur einen neuen Duftstoff, dann stellt er eine Kopfnote (frisch duftende Substanzen wie Zitrone oder Gras), eine Herznote (berauschende Blumendüfte wie Iris oder Orchidee) und eine Basis zusammen. Die Basis ist in der Regel eine schwere, animalische Note wie Leder oder sogar Körperflüssigkeiten wie Urin oder Samen. Dazu gehört auch der Moschusduft, den man als Mensch in reiner Form abstoßend findet; ohne eine Spur dieser Basis fehlt einem Parfum aber die Tiefe, und die Kunst des Parfumeurs besteht eben darin, die Ingredienzien so zu wählen, dass sie sich – gemeinsam auf der Haut verdunstend – zu einem angenehmen Dufterlebnis mischen. Hat der Parfumeur daneben gegriffen, dann duftet man vielleicht zu Beginn des

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Abends angenehm frisch, wird aber gegen Mitternacht von den anderen Partygästen gemieden. Manche Lufterfrischer empfinden die Mischung eines Parfums nach; der Gesamteindruck beleidigt die Nase dann nicht mehr. Ein idealer Geruchsvertilger sollte das schuldige Molekül vollständig entfernen. Inzwischen haben die Riechstoffforscher einige Chemikalien gefunden, die diese Aufgabe ziemlich gut erfüllen. Triethylenglykol 76), abgekürzt TEG (siehe Formelglossar), zum Beispiel zieht übel riechende Moleküle an sich und hält sie fest. Dieser Effekt ist schon seit 1966 bekannt, und entsprechend lange wird TEG in der Industrie zur Geruchsbekämpfung benutzt. In Haushaltschemikalien findet sich die Verbindung erst seit relativ kurzer Zeit. 5% TEG in einem Raumspray absorbieren die Geruchsmoleküle und nehmen sie mit, wenn sie in winzigen Tröpfchen auf den Boden fallen. 1980 wurde von der USUmweltschutzbehörde EPA ein Spray dieser Art zugelassen, das sogar Bakterien aus der Luft entfernt und sich deshalb besonders für den Einsatz in Krankenhäusern eignet. Die EPA empfiehlt, dass der TEG-Gehalt zu diesem speziellen Zweck oberhalb von 5% liegen sollte. TEG löst Moleküle mit »geruchsverdächtigen« Strukturbausteinen wie zweibindigem Schwefel und aromatischen Ringen 77) besonders gut und wird deshalb zur Vertilgung von Haustier-, Toiletten- und Zigarettengeruch verwendet; Schimmel- und Modergeruch kann man damit weniger gut bekämpfen. Um den Geruch der Moleküle zu überdecken, die TEG nicht einfängt, verbreiten solche Sprays den Duft von bunten Blumengärten, farnbestandenen Waldwiesen oder einfach frischer Luft. Cyclodextrine bekämpfen Gestank, indem sie die verantwort76

Summenformel C 6 H 14 O 4 Das sind ebene Ringstrukturen mit Mehrfachbindungen; Skatol enthält zwei solche Ringe. 77

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lichen Moleküle in ihren winzigen Hohlräumen einsperren. Die wasserlöslichen Substanzen sind als Wirkstoff in Sprays wie Febrèze enthalten, mit denen man anrüchige Gegenstände wie Hundekörbe, Turnschuhe oder Sofas (nach »Unfällen« der besonderen Art) einsprüht. Das Material soll dabei richtig nass werden. Beim Trocknen überzieht sich die Oberfläche mit einer Cyclodextrinschicht, die verhindert, dass die Geruchsmoleküle nach außen dringen. Cyclodextrine sind ringförmige Polymere aus sechs, sieben oder acht Glucoseeinheiten, die durch Einwirkung des Enzyms Bacillus-macerans-Amylase auf Stärke entstehen. Ihre Struktur erinnert an ein Armband. Kleine, riechende Moleküle, die des Weges kommen, werden umschlungen und festgehalten. Die aufgesprühte Cyclodextrinschicht wird allmählich wieder abgerieben und kann – falls sich der störende Geruch in der Zwischenzeit nicht von selbst verflüchtigt hat – beliebig oft erneuert werden. Zu den effektiven Geruchsvertilgern zählt auch Zinkricinoleat. Die Substanz bindet sich an die Schwefel- und Stickstoffatome von Gerüchen; die Verbindungen verlieren ihre Flüchtigkeit und gelangen nicht mehr in die Umgebungsluft. Zinkricinoleat wird Haushalts- und Körperpflegeprodukten ebenso zugesetzt wie Waschmitteln. Saure Geruchsstoffe lassen sich gut mit Natriumbicarbonat 78) neutralisieren, das in manchen Raumsprays enthalten ist. Wer regelmäßig putzt und lüftet, kommt – natürlich – im Grunde auch ohne Lufterfrischer aus. Vielleicht halten Sie diese Produkte für eine Belastung der Atmosphäre, und vielleicht meinen Sie auch, auf den einen oder anderen Inhaltsstoff empfindlich zu reagieren (obwohl sämtliche zugelassenen Mischungen im Prinzip daraufhin getestet werden). Führen Sie sich in diesem 78

Korrekt Natriumhydrogencarbonat, NaHCO 3 .

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Zusammenhang vor Augen, dass nur ein sehr geringer Anteil der flüchtigen Moleküle, die in unserer Luft herumfliegen, im Chemielabor entstanden ist. Abgesehen davon werden Lufterfrischer wie auch Naturstoffe an der Luft bald oxidiert und mit dem nächsten Regen aus der Atmosphäre ausgewaschen. Die Produkte, die ich Ihnen in diesem Kapitel vorgestellt haben, machen uns den Alltag leichter und angenehmer. Wer mag sich in der westlichen Welt noch wünschen, ohne Waschmaschine und Geschirrspüler auskommen zu müssen? Die Herausforderung für die nächsten Generationen besteht darin, möglichst alle diese kleinen, unentbehrlichen Helfer aus erneuerbaren Rohstoffen herzustellen. Werden unsere Kinder und Enkel auf Reinigungsmittel verzichten müssen? Eines nicht allzu fernen Tages Speiseplan werden diese beiden Nahwird der Strom der fossilen Ressour- rungsmittel eher missbilligend beäugt cen versiegen. Kann man die in die- – Zucker begünstigt Karies, das gesätsem Kapitel besprochenen Reini- tigte Kokosfett schadet dem Herzgungsmittel dann auch aus nachwach- Kreislauf-System und beide machen senden Rohstoffen herstellen – mög- dick. Diese Rohstoffe zu Waschmittel lichst ohne jegliche Umweltver- und Duschbad zu verarbeiten, wäre schmutzung? Die Antwort auf beide eine durchaus akzeptable Alternative. Teilfragen lautet ja, sogar für den Eine kleine Palette aus Pflanzenmineralischen Inhaltsstoff Phosphat. Stoffen hergestellter Tenside ist beIn vielen Ländern wird Phosphat reits kommerziell verfügbar. Dazu heute schon aus Abwasser zurückge- gehören Saccharoseester und Alwonnen; damit ist die Nachhaltigkeit kylglykoside. 79) Letztere bestehen aus garantiert. Tenside lassen sich aus einer Kohlenwasserstoffkette als waspflanzlichen Ausgangsstoffen synthetisieren, beispielsweise aus Zucker 79 Auch als Alkylpolyglycoside, APG, und Ölen wie Kokosfett. Im täglichen bezeichnet.

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serliebendem Kopf und einem (je nach Anwendungsgebiet) 10 bis 18 Kohlenstoffatome langem Fettsäureschwanz. Besonders gern verwendet man sie in Produkten, die unmittelbar in Kontakt mit der Haut kommen. Solche Tenside sind völlig ungiftig, ja sogar essbar: Saccharosestearat, bestehend aus einer ungesättigten 18-CKette und einem Zuckerbaustein, wird in der Lebensmittelindustrie als Emulgator eingesetzt. Vielleicht mögen Sie diese Produkte jetzt nicht mehr … aber seien Sie beruhigt: Die Emulgatoren werden nur in ganz geringen Mengen zugegeben. Saccharoseester können auf verschiedene Einsatzgebiete zugeschnitten werden, indem man die Anzahl der am Zuckerbaustein befestigten Kohlenwasserstoffketten variiert. So entstehen farblose, geruchlose und geschmacksfreie Tenside, die sich für die Nahrungsmittelherstellung geradezu anbieten. Fettarme Brotaufstriche beispielsweise enthalten viel Wasser; damit Fett- und Wasseranteil stabil gemischt bleiben, braucht man einen Saccharoseester mit drei Fettsäuregruppen. Als Bestandteile von Schokolade verhindern die Ester das unappetitliche Ausblühen von Kakao-

butter nach längerer Lagerung. In allen EU-Ländern wurden Saccharoseester nach lebensmittelchemischer Prüfung unter der E-Nummer E473 als Nahrungsmittelzusatzstoff zugelassen. Für den Waschmittelsektor benötigt man natürlich viel, viel größere Mengen von Tensiden. Alkylglykoside werden bereits im Jahresumfang von 100000 Tonnen produziert. Den Kohlenhydratbaustein gewinnt man aus Mais-, Weizen- oder Kartoffelstärke. In der Regel werden Alkylglykoside im Gemisch mit anderen Tensiden eingesetzt. Dabei wird eine Synergie (gegenseitige Verstärkung der Wirkung) beobachtet – im Effekt braucht man insgesamt weniger Tensid, um das gleiche Reinigungsergebnis zu erzielen. Lauryldiglykosid (ein 12-C-Schwanz mit zwei Glucosemolekülen als Kopf) ist besonders sanft zur Haut und eignet sich deshalb besonders für Geschirrspülmittel und flüssige Feinwaschmittel. Es ist durchaus denkbar, dass die heutigen überwiegend fossilen Rohstoffe für die Waschmittelproduktion innerhalb nur einer Generation völlig durch pflanzliche Ressourcen ersetzt werden. Vermutlich werden die Che-

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miker weitere interessante Kombinationen aus Kohlenhydraten und Fettsäuren entdecken, die sogar besser wirksam sind als die heute gebräuchlichen Tenside. Damit wird der Wasch-

mittelverbrauch sinken. Falls diese Mittel dann noch im Kaltwaschgang angewendet werden können, lässt sich zudem viel Energie sparen.

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Echte Farben und falsche Bilder Chemikalien, mit denen man malen kann, und Methoden, mit denen man Fälschungen erkennt Global Times News, 21 März 2025 Diebesgut in schlechtem Zustand gefunden In einem abgelegenen irischen sind feucht, stockfleckig und verLandhaus, das von einem wohlhaben- schimmelt, aber wir sind überzeugt, den Einsiedler bewohnt wurde, hat die sie restaurieren zu können. Die großen Polizei mehr als 20 berühmte Gemäl- wissenschaftlichen Fortschritte, die im de entdeckt, die in den 1990er Jahren Laufe des vergangenen Jahrhunderts aus Museen gestohlen worden waren. auf dem Gebiet der GemälderestauraVerwandte aus Kanada informierten tion gelungen sind, sprechen dafür, die Behörden, nachdem der Hausbedass die Bilder zu retten sind. Vollsitzer, Professor Declan O’Brien, auf kommen zerstörte Teile werden sogar wiederholte Anrufe nicht reagiert rekonstruiert, wobei die erneuerten hatte. Die bereits stark verwest aufge- Stellen nicht vom Rest des Gemäldes fundene Leiche des allein lebenden zu unterscheiden sein dürften.« Mannes war von den Meisterwerken Ein finanzkräftiger Sponsor – der umgeben, die sich ebenfalls in einem Vermutung nach ein Hersteller von sehr schlechten Zustand befanden. Ein Glückwunschkarten der gehobenen Polizeisprecher sagte, man gehe daPreisklasse – soll der irischen Regievon aus, dass O’Brien Kriminelle mit rung fünf Millionen Euro für die Wieden Diebstählen beauftragt und sie derherstellung der Kunstwerke zur dafür bezahlt habe. Offenbar hatte er Verfügung gestellt haben. es besonders auf Ölgemälde aus dem Seite 5 … Umweltaktivisten be16. und 17. Jahrhundert abgesehen. haupten: Alte Gemälde enthalten »Die Stücke sind schwer beschägiftige Bleipigmente und sollten desdigt«, äußert sich der Direktor der halb in dicht verschlossenen Tresoren Dublin Art Gallery zu dem Fall. »Sie aufbewahrt werden.

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In diesem letzten Kapitel geht es noch einmal ums Aussehen – nicht um die Verschönerung des eigenen Spiegelbildes, sondern um Kunstwerke, deren frühere Pracht wiederhergestellt werden soll. Außerdem wollen wir einen Blick unter die Oberfläche der Meisterstücke wagen und uns mit der Frage beschäftigen, ob und woran man erkennen kann, ob ein Gemälde »echt« ist. Mit den modernen analytisch-chemischen Verfahren kann man herausfinden, welche Materialien der Schöpfer eines Originals verwendet hat und wie er dabei vorgegangen ist. Dabei treten unter der Deckschicht manchmal frühere Entwürfe zutage, die der Meister danach übermalt hat; man kann auch erkennen, ob ein späterer Kollege das Bild retuschiert oder verändert hat – oder ob es sich überhaupt um eine Fälschung handelt. Für bestimmte Analysen muss man kleine Stückchen Farbe von dem Bild abkratzen. Die heutigen Verfahren sind aber so empfindlich, dass sich der Schaden kaum mit bloßem Auge feststellen lässt. Gelegentlich kann man auch auf Teile der Leinwand zurückgreifen, die vom Rahmen verdeckt werden. Noch schonender gehen die zerstörungsfreien Techniken mit dem Gemälde um. Galerien und Museen fordern Chemiker nicht nur für Analysen an, sondern auch, wenn es sich um die Wiederherstellung des Originalzustands eines Gemäldes handelt (wobei stets die Frage zu beantworten ist, ob die Spuren der Zeit nicht auch einen Teil der Wirkung des Kunstwerks ausmachen). Die Bedeutung der Chemie für die Restauration von Kunstwerken wurde mir bewusst, als ich 2003 mit der Royal Society of Chemistry in London »Der Traum der Jungfrau«, ein Bild des italienischen Meisters Simone di Filippo Benvenuti da Bologna (1330 - 1399) begutachtete, das auf ungefähr 1370 datiert wird. Das 1938 im Bologneser Bahnhofshotel aufgefundene und der Society of Antiquaries of London übergebene Stück hatte 60 Jahre in einem Speicher zugebracht. Große Teile waren dunkelbraun

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übermalt; an manchen Stellen war Blattgold zu erkennen, und die ganze Fläche war mit mehreren Schichten Firnis versehen worden. Erst beim Röntgen war als Hintergrund eine Landschaft zu erkennen. Bei weiteren Analysen stellte man fest, dass der Mantel der Heiligen Jungfrau mit dem seltenen, kostbaren Pigment Ultramarin gemalt worden war und dass Benvenuti seine Farben mit Eigelb angemischt hatte, wie es im 14. Jahrhundert allgemein üblich war. Mit einem Skalpell und einem speziellen Lösungsmittelgemisch 80) entfernten die Restauratoren die Firnisschichten und die braune Übermalung. Als das Werk der Öffentlichkeit wieder zugänglich gemacht wurde, offenbarte es seine überwältigende Schönheit. Das mag als Beispiel für die Verdienste gelten, die sich engagierte Chemiker um die bildende Kunst erwerben können. Ein Gemälde wandelt sich vom Tag seiner Fertigstellung an. Zu Lebzeiten des Künstlers und seines Gönners mögen die winzigen Veränderungen noch nicht auffallen; könnte aber ein mittelalterlicher Maler eines seiner Werke im heutigen Zustand sehen, wäre er vermutlich sehr erschrocken über die Verwüstungen, die der Zahn der Zeit daran bewirkt hat. Die Farben sind unter dem Einfluss von Wärme, Licht, Staub und Atmosphärengasen verblasst oder nachgedunkelt; der Firnis hat sich dunkelbraun verfärbt; Risse durchziehen die Oberfläche. Solche Risse und Sprünge entstehen entweder beim langsamen Austrocknen der Öle, mit denen die Farben angerührt wurden, oder durch das unablässige Ausdehnen und Zusammenziehen des Untergrunds durch Wechsel der Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Malereien auf Papier leiden zudem unter dem so genannten Säurefraß, dem Abbau der Cellulose durch den natürlichen Säuregehalt des Mate80

Es enthielt Aceton, Xylol und N-Methylpyrrolidon. (Für die Information dankt der Autor Alan Phenix.)

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rials. Manche, aber nicht alle genannten Veränderungen lassen sich rückgängig machen. In diesem Kapitel befassen wir uns vorrangig mit Werken alter Meister, die mit Ölfarben auf Holz oder Leinwand gemalt haben. Die Chemie spielt für vier Bereiche der Restaurationskunst eine Rolle: für Farben und Pigmente, zur Analyse, bei der Wiederherstellung von Kunstwerken und beim Entlarven von Fälschungen.

Farben Sieben Farben hat der Regenbogen – rot, orange, gelb, grün, blau, indigo und violett. Das weiß zwar fast jedes Kind, aber bei der Betrachtung eines wirklichen Regenbogens sehen die meisten Menschen nur sechs Farben. Auch ich muss bekennen, Violett und Indigo nicht auseinander halten zu können, sondern nur als Schattierungen derselben Farbe wahrzunehmen. Die Farbrezeptoren im menschlichen Auge erkennen Rot, Grün und Blau. Durch einen cleveren Trick des Gehirns unterscheiden wir trotzdem vier Grundfarben, nämlich Rot, Blau, Grün und Gelb. Außerdem sehen wir natürlich Tausende von Abstufungen und Schattierungen. Die Künstler früherer Jahrhunderte mussten versuchen, diese vielen Töne durch Übereinandermalen oder Mischen von Farben nachzuempfinden. Heute kann man eine große Palette fertiger Farbmischungen kaufen. Sie sind zum großen Teil das Ergebnis der Arbeit von Chemikern des 19. und 20. Jahrhunderts, die ganze Gruppen neuartiger farbiger Moleküle entdeckten. Besonders willkommen waren den Künstlern die modernen Grüntöne, nachdem sich ihre Vorgänger gern um die Farbe Grün herumgedrückt hatten: Es gibt kein natürliches grünes Mineral, das fein vermahlen seinen Farbton beibehält, und man vermied das Aufbringen grüner Farben, weil man sich des Ergebnisses nie sicher sein konnte. 258

Von Wandgemälden, die bei archäologischen Ausgrabungen entdeckt werden, ist oft wenig mehr als ein paar Putzfragmente erhalten. Sie verraten zwar nicht, wie das Originalkunstwerk einmal ausgesehen hat, wenigstens aber geben sie Aufschluss über die Materialien, die in seiner Entstehungszeit in Gebrauch waren. Die Wandmalereien der römischen Villen in England sind weitestgehend zerstört; wir kennen jedoch die verwendeten Pigmente, darunter Vermillon, Ockerrot, Ockergelb, Veroneser Grün (Grünerde), Holzkohle, Ruß, Bleirot (Mennige), Ägyptisch Blau und Auripigment (Opperment). In weniger feuchten Gebieten der Erde, zum Beispiel rund ums Mittelmeer, kamen größere Teile antiker Malereien zum Vorschein, etwa in den minoischen Palästen auf Kreta oder in ägyptischen Grabanlagen. Die Farbpalette ist mit der englischen Variante im Großen und Ganzen identisch. Mittelalterliche Künstler griffen auch zu so genannten »Lacken«, organischen Farbstoffen, die mit Aluminiumhydroxid gemeinsam ausgefällt wurden. Diese Farben waren jedoch deutlich weniger dauerhaft als die mineralische Konkurrenz. Pigmente und Farben sind pflanzlichen, tierischen oder mineralischen Ursprungs. Im Laufe der Jahrhunderte erschlossen die Künstler immer wieder andere Rohstoffquellen. Aus Pflanzen und Insekten gewinnt man farbige organische Moleküle, deren Außenelektronen durch die Absorption von Licht angeregt werden. Welche Farbe wir wahrnehmen, hängt von der Wellenlänge des absorbierten Lichts ab: Ein roter Farbstoff absorbiert im grünen und blauen Spektralbereich, ein grüner Farbstoff (wie zum Beispiel das Chlorophyll der Grünpflanzen) absorbiert im roten und blauen Bereich. Dieser Mechanismus hat den entscheidenden Nachteil, dass eine elektronisch angeregte Verbindung chemisch sehr reaktiv ist. So kann es unter dem Einfluss von UV-Strahlung zur Oxidation (Reaktion mit Luftsauerstoff) kommen, und die Farbe bleicht aus. Mineralische Pigmente, in aller Regel Metall-

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salze, hingegen können ihre leuchtenden Farben jahrtausendelang behalten, weil das für den Farbeindruck verantwortliche MetallIon meist in einem ziemlich stabilen Zustand vorliegt. Anders sieht es mit mineralischen Pigmenten aus, deren Farbigkeit ihre Ursache im nichtmetallischen Teil der Verbindung hat. Ein besonders eindrucksvolles Beispiel dafür ist das anfällige Bleiweiß, dessen Farbe sich durch allmähliche Reaktion mit Schwefelwasserstoff von strahlendem Weiß in tiefstes Schwarz verkehrt. Auf dieses Phänomen kommen wir später noch zurück. Werfen wir zunächst aber einen Blick auf die traditionellen Pigmente und organischen Farbstoffe. Am meisten zu erzählen gibt es über die Blau- und Rottöne. Rot

In den Jahren zwischen 1400 und 1890 standen den Künstlern Rottöne aus Pflanzen (Krapp) und zerquetschten Insekten (Dactylopius coccus, Cochenillelaus) zur Verfügung. Hinzu kam eine ganze Palette mineralischer Pigmente: Zinnober (Quecksilbersulfid, HgS), fein zu Pulver vermahlen (und dann Vermillon genannt) einer der wichtigsten Farbstoffe der Antike; rotes Eisenoxid (Fe 2 O 3 ), das Rot der jungsteinzeitlichen Höhlenmalereien, und Mennige (Bleirot, Pb 3 O 4 ). In den italienischen Stadtstaaten wie Florenz, Sienna und Venedig bevorzugten die Maler Farben aus Insekten; vermutlich blieb ihnen keine andere Wahl, nachdem die Eroberung von Konstantinopel sie 1453 vom Nachschub an dem damals populärsten Rot, dem Ostindischen Rotholz (Sappanholz), abgeschnitten hatte. Albrecht Dürer malte 1497 seinen Vater 81) mit Krapprot. Im 81

Das Gemälde mit dem Titel »Der Vater des Künstlers« wird Dürer zugeschrieben, aber es ist nicht mit Sicherheit zu sagen, ob es wirklich von seiner Hand stammt.

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gleichen Jahr malte Michelangelo die »Jungfrau mit Kind, hl. Johannes und Engeln« 82); das rote Kleid der Heiligen Veronika ist mit dem Extrakt von Kermesschildläusen gefärbt. 1533 verwendete Hans Holbein der Jüngere in »Die Botschafter« eine rote Farbe aus Lackschildläusen, die auch Tintoretto (1518 - 1544) gern benutzte – siehe zum Beispiel das rote Tuch, auf dem die Venus in »Die Entstehung der Milchstraße« sitzt. Im folgenden Jahrhundert setzte sich ein roter Farbstoff auf breiter Front durch: Cochenille aus Dactylopius coccus. Unter der Bezeichnung Karmin verwendete der Holländer Anthonis van Dyck die Farbe für seine »Caritas« (1627), der Spanier Diego Velazquez porträtierte damit 1640 den Erzbischof »Fernando de Valdes«. Im 18. Jahrhundert gehörte Karmin beispielsweise zur Palette von Canaletto, wie das 1740 entstandene Bild »Regatta auf dem Canale Grande« beweist. In der Zwischenzeit hatten auch die Engländer Reynolds (1732 - 1972) und Gainsborough (1727 - 1788) Karmin für sich entdeckt. Mit Krapp (Rubia tinctorium), einer wild wachsenden Schlingpflanze, färbten die Inder schon vor rund 5000 Jahren. Auch im alten Ägypten und im antiken Rom kannte man krapprote Kleidung, wie Ausgrabungsstücke aus Vindolanda am Hadrianswall in Nordengland belegen. Krapp wächst auch im Mittelmeerraum. Nachdem man im mittelalterlichen Europa die Bedeutung der Pflanze erkannt hatte, begann man mit dem Anbau in Nordfrankreich und den Niederlanden. Krapp enthält die intensiv rot gefärbten Moleküle Alizarin 83) und Purpurin 84), die beim Zerstampfen der Wurzeln freigesetzt werden. Ein Großteil des Krapps wurde zum Färben von Textilien verbraucht; kleine Men82

Wenn nicht anders vermerkt, gehören alle im Folgenden erwähnten Bilder der Londoner National Gallery. 83 1,2-Dihydroxyanthrachinon, C 14 H 8 O 4 . 84 1,2,4-Trihydroxyanthrachinon, C 14 H 8 O 5

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gen verkaufte man an Künstler in Form von Krapplack. Solche »Lacke« wurden gewonnen, indem man einer Farblösung erst Alaun (Kaliumaluminiumsulfat) zugab und dann mit Soda (Natriumcarbonat) – also im alkalischen Milieu – Aluminiumhydroxid ausfällte, an das die Farbstoffmoleküle gebunden sind. Der britische Maler Turner arbeitete noch im 19. Jahrhundert mit Krapplack. Lackrot gewinnt man aus den Ausscheidungen der weiblichen Lackschildlaus Kenia lacca, einem in großen Kolonien auf den Zweigen verschiedener Bäume (zum Beispiel der in Indien und Südostasien beheimateten Pappelfeige) lebenden Insekt. Das Sekret, das den roten Farbstoff Erythrolaccain enthält, wird regelmäßig abgekratzt, aufgearbeitet und in den Heimatländern von Kerria lacca bis heute zum Färben verwendet. Den nach der Extraktion des Farbstoffs verbleibenden Rest kann man mit einer Lauge behandeln. So entsteht Schellack, ein früher verbreitet zum Lackieren und Überziehen von Möbeln, Uhren und Gemälden und natürlich zur Herstellung der berühmten Schellack-Platten fürs Grammophon verwendeter Naturstoff. 85) Um ein Kilogramm Schellack zu gewinnen, müssen etwa 100000 Läuse tätig werden. Lackrot wurde schon 1200 v. Chr. in Indien verwendet. Bis ins 17. Jahrhundert hinein importierten die Europäer den besonders in der florentinischen Malerei des 15. Jahrhunderts beliebten Farbstoff. Man findet ihn zum Beispiel auf Gemälden von Michelangelo. Der vielleicht älteste bekannte Farbstoff überhaupt ist Kermesrot, gewonnen aus der Kermesschildlaus Kermes vermillio, die im südlichen und östlichen Mittelmeerraum lebt. Kermes wird bereits in der Bibel erwähnt; aus dem Namen abgeleitet ist unter 85

Schellack-Platten sind schwarz; sie bestehen aus einer Mischung von 25% Schellack mit Cellulose (aus Baumwolle), gemahlenem Schiefer und Wachs.

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anderem der deutsche Begriff »Karmin«. Der für die Farbe verantwortliche Naturstoff ist die Kermessäure 86) (siehe Formelglossar), die 1% der Körpermasse des Krabbeltiers ausmacht. Bei den Römern wurde der Farbe eine so große Bedeutung beigemessen, dass sie als Teil der Tributleistungen an die Besatzerarmee gefordert wurde. Noch im Mittelalter, so heißt es, akzeptierten Grundbesitzer die kostbare Farbe als Pachtzins von ihren Pächtern. Kardinäle der römisch-katholischen Kirche kleideten sich in »Kardinalrot«, um Wohlstand und Ansehen ihres Ranges zur Schau zu tragen. Als das Cochenille aus der Neuen Welt Europa erreichte, begann die Nachfrage nach Kermesrot zu sinken. Bis Mitte des 18. Jahrhunderts ist der Gebrauch in Venedig nachgewiesen. 1995 wurde Kermes vermillio als seltene Art geführt; allerdings entdeckte man im gleichen Jahr einen tunesischen Färber, der die Substanz immer noch nach altem Rezept anwendete. Die Geschichte des Cochenille-Farbstoffs erzählt Amy Butler Greenfield sehr schön in ihrem 2005 erschienenen Buch »A Perfect Red«. Cochenille oder Echtes Karmin, von den Azteken entdeckt, wird von der Schildlaus Dactylopius coccus produziert, die nur auf dem stachligen Feigenkaktus lebt. Der rote Farbstoff, die Karminsäure 87), macht immerhin ein Zehntel der Körpermasse der Laus aus. Es dauerte nicht lange, bis die leuchtend rote Substanz das ältere Kermesrot verdrängt hatte. Nachdem die Spanier Mittelamerika kolonisiert hatten, begannen sie, den Farbstoff nach Europa zu exportieren, wo man ihn teuer bezahlte. Die Eroberer bewachten die wertvolle Quelle gut und redeten ihren europäischen Kunden ein, die Substanz stamme aus Samen. Mancher Abenteurer schmuggelte auf der Suche nach dem großen Ge86

9,10-Dihydro-3,5,6,8-tetrahydroxy-1-methyl-9,10-dioxo-2-anthracensäure, C 16 H 10 O 8 87 7-α-D-Glucopyranosyl-9,10-dihydro-3,5,6,8-tetrahydroxy-1-methyl-9,10dioxo-2-anthracensäure, C 22 H 20 O 13

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schäft Cochenilleläuse aus Mexiko heraus, aber niemandem gelang es, die Tierchen zu züchten. Mit Cochenille wurden die Uniformen der britischen Soldaten, die berühmten Rotröcke, gefärbt. Zunächst rätselhaft war die Entdeckung von Cochenille in dem Gemälde »Johannes der Täufer, Johannes der Evangelist und Jakob«, das Nardo di Cione im 14. Jahrhundert schuf – lange, bevor das mexikanische Rot in Europa angelangt war. Den Schlüssel zur Erklärung lieferte ein Cochenille-Insekt der Alten Welt, das – in Polen beheimatet, gesammelt und verwendet – wie seine amerikanischen Verwandten Karminsäure produziert. Dem Farbstoff fehlt allerdings die besondere Leuchtkraft des mexikanischen Imports. Cochenille wurde 350 Jahre lang eifrig gehandelt, bis deutsche Chemiker im späten 19. Jahrhundert die Teerfarbstoffe erschlossen. Sie waren billiger, boten eine größere Palette von Rottönen und setzten sich schließlich durch. Rote Naturfarben bleichen in der Regel allmählich aus. Unter besonders günstigen Bedingungen gibt es jedoch auch Ausnahmen. 1910 wurden in der schwedischen Stadt Överhogdal über 1000 Jahre alte Wandbehänge entdeckt, die inzwischen als nationales Kulturgut betrachtet und im Jämtsland-läns-Museum in Östersund gezeigt werden. Abgebildet sind Szenen aus der Mythologie der Wikinger, darunter die Weltesche Yggdrasil und Odins achtbeiniges Pferd. Sehr oft in der Stickerei verwendet wurde ein roter Faden, der heute noch dieselbe Leuchtkraft aufweist wie zur Entstehungszeit der Teppiche (gemäß einer Radiocarbondatierung war das zwischen 800 und 1000 n. Chr.). Der Farbstoff wurde identifiziert; es ist Krapp, der wahrscheinlich auf Grund einer günstigen Umgebungssituation (Kühle, Schutz vor Sonneneinstrahlung) so lange unbeschadet überdauern konnte. Mineralische Pigmente verblassen zwar nicht, dafür können sie ihre Farbe aber durch chemische Reaktionen ändern. Das trifft zum Beispiel auf Vermillon zu, das aus bisher unbekanntem

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Grund manchmal schwarz wird. Neben Vermillon benutzten die Künstler die leicht orangestichige Mennige (Minium, rotes Bleioxid, Pb 3 O 4 ), unter anderem für (vermutlich nach der Farbe »Miniaturen« genannte) Buchmalereien. Mennige war in China besonders beliebt. Viktorianische Aquarellisten verwendeten für ihre botanischen Illustrationen gern den im Chemielabor hergestellten Iodzinnober (Quecksilberiodid, HgI 2 . Blau

Von der Farbe Blau waren die Maler schon seit jeher besonders fasziniert: Vieles in der Natur ist blau, aber es gibt nur sehr wenige blaue Pigmente, die ihre Farbigkeit und Leuchtkraft für längere Zeit bewahren. Der Farbstoff des Färberwaids Isatis tinctoria, Indigo, bleicht rasch aus und wurde von europäischen Künstlern wenig geschätzt. Wie hätten die Europäer damals über die Wandgemälde gestaunt, die jenseits des Meeres von den Mayas mit Indigo auf Stein gepinselt worden waren! In den Ruinen von Chichen-Itza kann man noch heute Malereien besichtigen, die eigentlich längst verwittert sein sollten. Das Geheimnis des Maya-Blaus ist die Zugabe des Tonminerals Palygorskit zur Farbstofflösung. Das Mineral verfügt über kleine, käfigartige Hohlräume, in denen die Indigomoleküle dem Angriff von UV-Strahlung und Sauerstoff entzogen waren. Ägyptisch Blau, das älteste künstlich hergestellte Pigment, verleiht der Kopfbedeckung von Königin Nofretete, Gemahlin des Pharaos Echnaton (Regierungszeit 1353 - 1336 v. Chr.), auf der berühmten Büste von Tel El Armana seine leuchtende Farbe. Die Originalrezeptur für das Pigment ging verloren, als die Römer Ägypten eroberten (um 30 v. Chr.). Dank chemischen Analysen weiß man aber inzwischen, dass es sich um Kupfersilikat (CuSiO 3 ) handelte, das aus Sand, Kalk und dem Mineral Mala-

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chit hergestellt wurde. Sauberer weißer Sand wurde in eine Paste aus Kalk und Wasser eingerührt, anschließend gab man Malachitpulver dazu. Im modernen Chemielabor wurde diese Prozedur nachvollzogen; Röntgenuntersuchungen bestätigten dann, dass der so gewonnene Anstrich mit den altägyptischen Farben exakt identisch ist. Zwei weitere intensiv blaue Pigmente mineralischen Ursprungs sind in der Malerei seit langem bekannt: Lapislazuli und Azurit. Azurit ist eine Form des basischen Kupfercarbonats; Lapislazuli, auch Ultramarin genannt, ist ein kompliziert zusammengesetztes Silikatgestein mit wechselndem Gehalt an Aluminium, Natrium, Calcium und Schwefel. Lapislazuli kommt vergesellschaftet mit Marmor vor und entsteht beim Aufheizen von Gestein unter hohem Druck. Lange Zeit befand sich die einzige Lapislazuli-Mine in Badakhshan im Nordosten Afghanistans. 88) In Europa wurde Ultramarin mit Gold aufgewogen. Der Importweg führte über Venedig; viele Leute glaubten, das Pigment werde insgeheim dort hergestellt. Künstler bezahlten viel Geld für die Schönheit und leuchtende Farbkraft. Schon im 9. Jahrhundert n. Chr. verwendeten schottische Mönche Ultramarin zur Verzierung des berühmten Buches von Keils, eines Manuskripts der Evangelien, das heute im Trinity College in Dublin aufbewahrt wird. Das strahlende Blau von Ultramarin wird von der Sonnenstrahlung nicht beeinträchtigt. Die Gewinnung des Pigments erforderte eine umständliche Prozedur: Man erhitzte das Muttergestein und warf es dann in kaltes Wasser, damit es zersprang und sich leichter vermahlen ließ. Schritt für Schritt wurde das rohe Pulver mit Öl gemischt und mit Pottasche versetzt, um alle Verunreinigungen zu beseitigen. Übrig blieben winzige Farbstoffpar88

Im 19. Jahrhundert wurde ein Vorkommen in einer Mine am sibirischen Baikalsee erschlossen; das größere Angebot an Lapislazuli führte zu einem Sinken des Preises.

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tikel, die wiederum vermahlen und zur weiteren Reinigung mit Wachs verknetet wurden. Die chemische Zusammensetzung von Ultramarin wurde bereits 1806 von Charles-Bernard Desormes und Nicolas Clément an der École Polytechnique in Paris aufgeklärt; Klarheit über den inneren Aufbau der Kristalle brachte aber erst 1929 die Röntgenkristallstrukturanalyse. 1824 fand Jean Baptiste Guimet die erste funktionierende Vorschrift zur Gewinnung von synthetischem Ultramarin. Guimet beteiligte sich damit an einem von der Société d’Encouragement pour l’Industrie Nationale veranstalteten Wettbewerb. Er mischte China-Tonerde mit Natriumcarbonat, Spuren von Schwefel sowie kleinen Mengen Kieselerde und Harz oder Pech. Das Ganze erhitzte er langsam auf 750 °C und ließ es dann im dicht verschlossenen Ofen abkühlen. In Abhängigkeit vom exakten Verhältnis der Zutaten wiesen die Produkte eine Palette von Blauschattierungen auf, manche mit leichtem Grünstich, andere mit rötlichem Anflug. Der Preis des synthetischen Pigments betrug nur ein Zehntel dessen der natürlich vorkommenden Alternative. Das wohl berühmteste blaue Pigment ist Preußisch Blau (Berliner Blau, Turnbulls Blau, Pariser Blau). 1704 durch Zufall entdeckt, entsteht der Farbstoff bei der Reaktion beispielsweise von Eisen(III)-chlorid mit Kaliumhexacyanoferrat(III). Heinrich Diesbach, ein Berliner Farbenhersteller, war mit der Produktion eines roten Farblacks beschäftigt, als ihm die Zutat Pottasche (Kaliumcarbonat) ausging. Er borgte sich die Substanz von seinem Kollegen Johann Dippel (einem Alchimisten alter Schule) und verwendete sie mit Erfolg. Als er aber den roten Lack abfiltrierte, passierte mit der überstehenden Lösung etwas Sonderbares: Sie färbte sich tiefblau. Dippels Pottasche war aus kalzinierten Knochen hergestellt, die Cyanid als Zersetzungsprodukt von Proteinen enthielten; dieses Cyanid wiederum hatte sich zu einer blauen Verbindung umgesetzt, die wir als Preußisch Blau ken-

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nen. 89 ) Die Substanz, bald als Pigment hergestellt und gehandelt, erwies sich als sehr erfolgreich. Im 19. Jahrhundert regte die französische Regierung die Chemiker zur Suche nach synthetischen Pigmenten an. Zu den Resultaten dieser Kampagne gehört das 1802 von Guyton de Morveau und Louis Thénard hergestellte Cobaltblau. Die Verbindung, Cobaltaluminiumoxid 90), gilt als das reine Blau überhaupt: Sie weist weder einen grünlichen Stich noch einen Anflug von Indigo auf wie sämtliche zuvor bekannten blauen Farbstoffe. – Unter modernen Künstlern ist das blaue Pigment Kupferphthalocyanin beliebt. Gelb

Ockergelb gehörte schon zur Farbpalette der Höhlenmaler der letzten Eiszeit. Es handelt sich um ein Eisenoxidhydrat 91), das in manchen Gegenden in großen Mengen gefunden wird, zum Beispiel bei Roussillon in Frankreich. 1995 wurden Höhlenmalereien in Vallon-Pont-d’Arc in der Ardèche anhand des Rußes, den die Fackeln der Künstler an den Wänden hinterlassen hatten, datiert. Drei unabhängige Laboratorien bestätigten, dass die Kunstwerke zwischen 30000 und 33000 Jahren alt sind. Spätere Maler, beispielsweise die alten Ägypter, bevorzugten das natürliche gelbe Mineral Opperment (Arsensulfid, As 2 S 3 ) 92 ), während ihre Kollegen im Mittelalter das leuchtend farbige Bleizinngelb 93) (Canarigelb) verwendeten, einen in einer geheim gehaltenen Prozedur aus Blei- und Zinnoxid gewonnenen Stoff. Wie wir noch sehen 89

Die chemische Formel lautet Fe 4 [Fe(CN) 6 )] Formel: CoAlO 3 . 91 Das Mineral heißt Goethit und hat die Formel FeO(OH). 92 Das orangefarbene Pigment Realgar ist ebenfalls ein Arsensulfid, As 4 S 4 . 93 Formel: Pb 2 SnO 4 . 90

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werden, erwies sich dieser Farbstoff als Zeitbombe für alle damit angefertigten Gemälde. Ein weiteres synthetisches Gelbpigment ist das einst sehr populäre Cadmiumgelb (Cadmiumsulfid, CdS). Es wird heute nicht mehr verwendet, weil sich das giftige Schwermetall Cadmium allmählich im Organismus anreichert. Gleich doppelt giftig ist Chromgelb (Kölner Gelb, Königsgelb – Bleichromat mit der Formel PbCrO 4 ), das neben Chrom auch noch Blei enthält. Bleichromat kommt natürlich vor. Zur Verwendung als Pigment stellte man es in aller Regel synthetisch her. Seltener war Zitronengelb (Strontiumchromat, SrCrO 4 ). Gelbe Pflanzenfarben wie Curcumin und Berberin sind deutlich weniger intensiv. Das führte vor rund 100 Jahren zu einem dramatischen Missverständnis, wie Sie im Exkurs »Gelb muss kein Zeichen von Alterung sein« nachlesen können. Gelb muss kein Zeichen von Alterung sein Das 1200 Jahre alte »DiamantSutra« gilt als ältestes Druckerzeugnis der Welt. Die fünf Meter lange Schriftrolle trägt ein Datum, das nach heutigem Kalender dem 11. Mai 868 n. Chr. entspricht. Die Rolle gehörte zu einer großen Schriftsammlung, die in einer irgendwann vor 1025 versiegelten Höhle bei Dunhuang (China) eingelagert war und von einem Taoistenpriester wiederentdeckt wurde, der sich selbst zum Wächter ernannte. 1907 zeigte der Priester seinen Schatz dem britischen Forschungsreisenden Sir Mark Aurel Stein. Er erlaubte ihm,

7000 Rollen herauszunehmen und nach London zu schicken. Das war nur ein Teil des Gesamtbestandes, der heute über die ganze Welt verstreut in Museen gezeigt wird. 10000 Stücke befinden sich zum Beispiel in der Chinesischen Staatsbibliothek in Peking. 1913 kehrte Sir Mark ein drittes Mal zur Fundstelle zurück und nahm wieder 600 Rollen mit, die inzwischen allerdings als Fälschungen betrachtet werden. Offenbar gingen die einheimischen Fälscher äußerst geschickt zu Werke; man vermutet, dass viele der

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weltweit gezeigten »Originale« ihren Werkstätten entstammen. Das Diamant-Sutra selbst ist ohne Zweifel echt. Als es 1909 im British Museum eintraf, zerschnitt man es in Einzelblätter, die man auf Papier klebte. Das Titelblatt behandelte man dann mit einem Bleichmittel, um den gelblichen Farbton als vermeintliches Zeichen der Alterung zu entfernen. Das Gelb verschwand tatsächlich, aber glücklicherweise verfuhr man mit den restlichen Blättern nicht genauso – die

Farbe war nicht durch Vergilbung entstanden, sondern mit Absicht als buddhistisches Symbol der Feierlichkeit aufgebracht worden. Es handelte sich um einen Farbstoff aus dem Korkbaum Phellodendron amurense. 1955 analysierte man das chinesische Originalpapier mit modernen Verfahren und identifizierte dabei auch die verwendeten Farben und Drucktinten. Inzwischen arbeiten Restauratoren daran, den Originalzustand der Schrift wiederherzustellen.

Grün

Mit Grüntönen hatten die mittelalterlichen Künstler stets Probleme. Das leuchtend grüne, in der Natur gar nicht selten vorkommende Mineral Malachit (basisches Kupfercarbonat 94)) wurde beim Vermahlen zum Farbpulver blass. Im 15. Jahrhundert bezogen die Maler das Pigment von den Mönchen von San Giusto alle Mure, die auch eine synthetische Variante herstellten. Die beiden Formen lassen sich – aufgrund von Unterschieden in der Gestalt der Teilchen – auf fertigen Gemälden auseinander halten. Bevor Malachit als Pigment in Gebrauch kam, mischte man Grün aus Blau und Gelb; der Nachfolger von Malachit im 16. Jahrhundert war der besser mit Ölen mischbare Grünspan (Verdigris, basisches Kupferacetat 95)). Zuvor, bei den Florentiner Malern, war Grünspan wegen der schlechten Mischbarkeit mit Eigelb wenig 94 95

Formel: CuCO 3 • Cu(OH) 2 Formel: Cu(CH 3 CO 2 ) 2 • Cu(OH) 2 .

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beliebt gewesen. Zur Herstellung von Grünspan ließ man Essigdämpfe auf metallisches Kupfer einwirken. Leider ist das hellgrüne Pigment chemisch nicht stabil; in Form von Essigsäure kann sich das Acetat abspalten, und die Substanz wird braun. Auch Malachit dunkelt durch die Bildung von Kupfersulfid (CuS) deutlich nach. Späteren Künstlern stand Smaragdgrün (Kupferacetoarsenit) zur Verfügung, heute gibt es grünes Kupferphthalocyanin. Violett

Violette Töne erhielt man durch Mischung eines Purpurlacks mit Schwarz und etwas Weiß. Rubens zum Beispiel ging in dieser Weise vor. Sicher gab es einen natürlichen Purpurfarbstoff, den berühmten lyrischen oder Echten Purpur 96) (auch bekannt als Antiker Purpur; siehe Formelglossar) aus der im Mittelmeerraum heimischen Purpurschnecke Murex brandaris, aber zum Malen war diese Substanz viel zu teuer. Im Römischen Reich war der Königspurpur den Gewändern des Imperators vorbehalten, weshalb das »Tragen des Purpurs« als Synonym für die Kaiserwürde galt. Gewöhnliche Sterbliche mit einer Vorliebe für diesen Farbton mussten sich bis in die zweite Hälfte des 19. Jahrhunderts gedulden. 1856 fand der damals 18 Jahre alte Laborant William Perkins eher zufällig – im eigenen Labor im Londoner Osten auf der Suche nach einem Malariamittel – den ersten Anilinfarbstoff, Mauvein oder Anilinpurpur. (Ausführlich erzählt hat diese Geschichte zum Beispiel Simon Garfield in seinem Buch »Mauve«.) In der Folgezeit wurden alle Violettschattierungen, Pink, Magenta und so weiter, enorm populär. Mittlerweile gibt es weitere Purpurpigmente, zum Beispiel Cobaltviolett. 96

Für die Farbe verantwortlich sind die Moleküle 6-Bromindigo und 6,6’Dibromindigo.

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Braun

Brauntöne mischte man früher aus Pigmenten aus der gelb-roten Ecke der Farbpalette. Tonerden, gebrannt oder nicht, lieferten die wichtigsten braunen Farbstoffe: Ocker und das dunklere Umbra. Mehrere berühmte Maler schworen auch auf braune Farben, die sie aus pulverisierten ägyptischen Mumien angemischt hatten. Ein synthetisches Braun stellte man im 19. Jahrhundert durch starkes Erhitzen einer Mischung aus Kiefernharz, Mastix und Bienenwachs her. Nach dem Abkühlen wurde die pechartige Masse zu braunen Pigmenten vermahlen. Im Verlauf des 19. Jahrhunderts wurden braune Teerfarbstoffe erfunden. Schwarz

Als schwarzes Pigment dient in der Regel Lampenschwarz. Das ist der Ruß, der sich beim Abbrennen von Öl, Teer, Pech oder Harz in einem beschränkten Luftvolumen bildet. Weiß

Zweitausend Jahre lang diente Künstlern, Anstreichern und Dekorateuren als weißes Pigment das unglaublich gut deckende basische Bleicarbonat, auch Bleiweiß genannt. Die Römer bezogen die Substanz von der Insel Rhodos. Dort stellte man das Pigment her, indem man dünne Bleistreifen monatelang zwischen Wannen mit Essig liegen ließ, bis sie sich mit einer weißen Salzschicht überzogen hatten, die man abkratzte und zu einem feinen Pulver vermahlte. Die Bildung von Bleiweiß erfolgt in zwei Schritten: Zunächst reagiert das Blei mit den Essigdämpfen zu Bleiacetat, dann setzt sich dieses mit Kohlendioxid und Wasserdampf aus

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der Luft zum basischen Carbonat um. 97) In dieser Weise verfuhr man viele Jahrhunderte lang, bis die Holländer auf die Idee kamen, den Prozess zu beschleunigen: Neben den Essigwannen und Bleistreifen lagerten sie Misthaufen; der Verschlag, in dem sich das Ganze befand, wurde dann fest verschlossen und 90 Tage lang nicht angerührt. Beim Zersetzen gibt der Dung Wärme und reichlich Kohlendioxid ab, weshalb sich das Metall in diesem Zeitraum vollständig in das weiße Salz verwandelte. Welche Alternative Künstler und Handwerker im Laufe der Jahrhunderte auch ausprobierten – Kalk, Knochenmehl, Austernschalen, sogar gemahlene Perlen –, kein Pigment kam der Deckkraft und Brillanz von Bleiweiß auch nur nahe. Inzwischen wissen wir aber, wie giftig Blei ist. Deshalb ist Bleiweiß heute Restauratoren und Denkmalpflegern vorbehalten, und schließlich wurde mit Titandioxid auch ein gleichwertiger, aber ungefährlicher Ersatz gefunden. Öle und Firnisse

In der Kunst, Farben zu bereiten, wurde jeder Malerlehrling beizeiten unterwiesen. Im Wesentlichen musste man ein Pigment mit einem organischen Bindemittel, entweder einem Öl oder Eigelb (ein Gemisch aus Proteinen und Fetten), anrühren. Die Vertreter der Italienischen Schule verwendeten im frühen 15. Jahrhundert vorwiegend Eigelb, gingen allmählich aber zu trocknenden Ölen (oder einer Mischung aus beiden Komponenten) über. Ausnahmen waren Grundierungen oder Flächen, auf denen man ein kühles Weiß benötigte (Hautfarbe, blassblauer Himmel); dort blieb man bei Ei. Die Bezeichnung »trocknend« führt in die Irre, weil sie auf einen Verdampfungsprozess hinweist, der hier nicht statt97

Die Formel lautet 2PbCO 3 • Pb(OH) 2 .

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findet. Eine treffendere Beschreibung wäre »härtend«. Wie schnell ein Öl aushärtet, hängt auch vom Pigment ab. Im 16. und 17. Jahrhundert gebräuchlich waren Leinöl, Walnussöl und Mohnöl, wobei Letzteres zwar deutlich langsamer härtet als die anderen beiden, dafür aber auch kaum vergilbt. Damit eine Ölfarbe aushärtet, müssen die Doppelbindungen in den Fettsäureketten des Bindemittels durch Sauerstoff oxidiert werden und sich dann zusammenschließen. In den Rezepturen, die Theodore Turquet de Mayerne zwischen 1620 und 1646 sammelte und aufzeichnete, wird Mohnöl mehrfach erwähnt. Das fast farblose Öl eignete sich vermutlich sehr gut zum Anmischen zarter Farbtöne. Identifiziert wurde Mohnöl zum Beispiel in dem weißen Hermelinkragen, den Philippe de Champaigne um 1637 seinem »Kardinal Richelieu« malte. Einige Künstler hegten eine Vorliebe für ein ganz spezielles Öl. So hat man herausgefunden, dass Leonardo da Vinci alle Farben, die er 1508 für die »Jungfrau auf dem Felsen« benutzte, mit Walnussöl anrieb. Andere wiederum verwendeten zwei Öle: Nicolas Poussin beschränkte sich auf Leinöl oder Walnussöl; beides findet man in seinen Gemälden »Landschaft in der römischen Campagna mit wasserschöpfendem Mann« (1638) und »Landschaft mit Mann, die Füße in einem Brunnen badend« (1648). Turner hingegen hatte sich nicht spezialisiert; er griff nicht nur zu den verschiedensten Ölen, sondern auch zu Firnis aus Bienenwachs und Walrat (Spermaceti). Fast immer überzogen die alten Meister ein fertiges Kunstwerk mit einem Schlussfirnis, der einerseits die Leuchtkraft der Farben (die Farbsättigung) steigern und andererseits das Gemälde vor zerstörerischem Rauch und Abgas der offenen Kamine und Öfen schützen sollte. Mit modernen analytischen Methoden findet man heraus, welchen Firnis ein Künstler benutzt hat. Wichtig ist das insbesondere, wenn es um die Restaurierung von Gemälden geht.

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Analyse Wie empfindlich die chemische Analyse heute ist, wurde 1999 bei der Untersuchung eines Miniaturporträts von Königin Elisabeth I. eindrucksvoll demonstriert. Die Königin hatte das später als »Armada Jewel« bekannt gewordene Stück im Jahr 1600 Sir Thomas Heneage geschenkt. Der Laserstrahl eines RamanSpektrometers wurde durch die Glasscheibe des Medaillons hindurch auf verschiedene Stellen des Gemäldes gerichtet. Die Energie und damit die Wellenlänge der zurückgestreuten Strahlung hängt von den charakteristischen Schwingungen der Pigmentmoleküle in den Farben ab. Auf diese Weise fand man heraus, dass für das Perlenhalsband Bleiweiß und ein wenig Opperment (für die Ränder) verwendet worden war; die roten Blumen bestanden aus Vermillon, ihre Blätter aus Malachitgrün und den blauen Hintergrund hatte der Künstler mit einem Gemisch aus Azurit und Ultramarin gestaltet. Sehr aufschlussreich ist ein Querschnitt durch ein Ölgemälde. Auf den Untergrund, in der Regel Holz oder Leinwand, wird zunächst eine Grundierung aufgebracht, die aus Kalk (Calciumcarbonat, CaCO 3 ), Gips oder Kreide (Calciumsulfat, CaSO 4 ) besteht. 98) Mit Kohle fertigt der Künstler auf dieser weißen Fläche ein Skizze des Bildes, das ihm vorschwebt, an. Dann folgt das eigentliche Gemälde, normalerweise in mehreren Farbschichten, und schließlich ein Schlussfirnis zum Schutz der Oberfläche und zur Steigerung der Farbtiefe. Wie man bei der Analyse der einzelnen Schichten vorgehen kann, beschrieb 1956 Joyce Plesters: Stecknadelkopfgroße, 5 - 10 mg schwere Stückchen des Gemäl98

Auch Wandmalereien werden mit einer Grundierung aus Calciumsulfat (in diesem Fall dem Dihydrat, CaSO 4 • 2H 2 O) begonnen. Auf die noch feuchte Gipsschicht trägt man die Farbe auf, die sich beim Trocknen fest mit dem Untergrund verbindet. Das Ergebnis bezeichnet man als Fresko.

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des werden von der Kante des Werks oder aus der Umgebung eines Schadens entnommen, in Polyesterharz eingebettet und dann in einem Winkel angeschnitten, der die Untersuchung der Struktur unter dem Mikroskop ermöglicht. Das geübte Auge eines Restaurators kann manche Pigmente bereits an der Kristallstruktur erkennen. Die Pigmente moderner Ölfarben werden allerdings industriell gemahlen – nicht, wie früher, vom Künstler selbst mit Mörser und Pistill zerrieben –, wodurch man kleinere Kristalle erhält, denen die charakteristischen Merkmale verloren gegangen sind. Die chemische Analyse eines Gemäldes ist erforderlich, wenn Unklarheiten über die Herkunft oder gar Zweifel an der Echtheit des Stückes bestehen. Oft möchte man auch herausfinden, mit welchen Materialien ein bestimmter Künstler gearbeitet und wie er sie eingesetzt hat. Analysen können etwas über die Entstehungsgeschichte – spätere Übermalungen, Korrekturen oder auch schon Restaurierungsarbeiten – aussagen, und sie können natürlich helfen, wenn Art und Grad einer Beschädigung festgestellt werden soll. Dem Analytiker stehen mehrere geeignete Verfahren zur Verfügung. Manche setzen eine (wenn auch noch so geringfügige) Zerstörung des Werks, also die Entnahme einer Probe, voraus. Andere wiederum liefern ihre Ergebnisse zerstörungsfrei wie zum Beispiel die oben erwähnte Raman-Spektroskopie. Aus offensichtlichem Grund bevorzugt man die zerstörungsfreie Analyse. Kommt man nicht umhin, eine Probe zu entnehmen, so beschränkt man sich nach Möglichkeit auf Ränder, die unter dem Rahmen versteckt sind. Schon aus einem winzigen Splitter eines Kunstwerks – für etliche Methoden werden nur Tausendstel bis Millionstel Gramm benötigt – können die Instrumente eines modernen Analysenlabors unglaublich viele Daten gewinnen. Besonders nützlich ist in diesem Zusammenhang das so genannte Tandemverfahren Gaschromatographie plus Massenspektrometrie

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(GC-MS), mit dem man die Bestandteile einer Probe erst auftrennen und dann einzeln identifizieren kann. In einem Massenspektrometer werden gasförmige Teilchen ionisiert, in einem elektrischen Feld beschleunigt und durch ein Magnetfeld von ihren Bahnen abgelenkt. Das Ausmaß der Ablenkung hängt mit dem Masse/Ladungs-Verhältnis der Teilchen zusammen und erlaubt deshalb Rückschlüsse auf die Atommasse (also auch auf die Art) der anwesenden Teilchen und die Struktur der Moleküle. Zur Trennung und Identifizierung der chemischen Bestandteile eines Farbstoffs dient auch die Flüssigkeitschromatographie (LC), gefolgt von einer spektroskopischen Analyse. Der deutsche Farbenchemiker Helmut Schweppe publizierte 1980 ein dünnschichtchromatographisches Verfahren für Separation und Nachweis einer Vielzahl von Naturfarben. Heute bevorzugt man die Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie (HPLC), weil sie sich mit einem UV-Spektrometer koppeln lässt, das jeden Bestandteil nach der Abtrennung sofort analysiert und dazu Wellenlängen im gesamten sichtbaren Bereich (zwischen 250 und 750 nm) abtasten kann. Genauer, aber aufwändiger ist die Kopplung HPLC-MS. Das erste zerstörungsfreie Verfahren zur Untersuchung von Gemälden war das Röntgen. Damit kann man zwar nicht die verwendeten Materialien analysieren, aber man kann feststellen, ob sich unter dem sichtbaren Bild übermalte Fassungen verbergen. Manchmal wurde eine Malerei vom Künstler nicht nur nachträglich verändert, sondern vollkommen verworfen und als Unterlage für ein völlig neues Kunstwerk benutzt. Die meisten Aufschlüsse liefert der Bleianteil in Bleiweiß: Je mehr Bleiweiß einer Farbe zugemischt wurde, desto weniger durchlässig ist die entstehende Schicht für Röntgenstrahlung. Moderne Röntgenmethoden können jedoch mehr, als nur das Skelett eines Gemäldes abzubilden. Als zerstörungsfreies Verfahren etabliert hat sich besonders die

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Röntgenfluoreszenzanalyse (XRF, deutsch meist RFA), für die tragbare Geräte zur Verfügung stehen. Mit RFA kann man anhand eines charakteristischen Energiemusters einzelne Elemente auch in winzigen Proben bestimmen. Das Verfahren erwies sich bei der Enttarnung einiger genialer Fälschungen (siehe Exkurs »Ein später Papst«) als äußerst nützlich. Ein später Papst Die National Gallery of Art in Washington D.C. kaufte eine Bronzebüste von Papst Paul III. (mit bürgerlichem Namen Alessandro Farnese, geboren 1468) an, die Guglielmo della Porta zugeschrieben wurde, einem Schüler Michelangelos. Das Museum besaß bereits eine Reihe ähnlicher Stücke vom selben Meister. Nachdem Gerüchte aufgekommen waren, es handele sich samt und sonders um Fälschungen, wurde die Restauratorin Lisha Glinsman mit der Klärung des Falls beauftragt. Mithilfe der Röntgenfluoreszenzspektroskopie stellte Glinsman fest, dass die fraglichen Büsten aus Messing (Kupfer-ZinkLegierung) bestanden und nicht wie angenommen aus Bronze (Kupfer mit

Zinn). Dieses Resultat war an sich unverdächtig, denn beide Materialien waren im Mittelalter gebräuchlich. Wesentlich aufschlussreicher allerdings war, was Glinsman nicht fand: Zur Zeit von Papst Paul III., der von 1534 bis 1549 auf dem Heiligen Stuhl saß, lieferten die Kupferhütten ein Metall mit zahlreichen charakteristischen Verunreinigungen. Diese waren in den Messingbüsten nicht enthalten – ihr Schöpfer hatte elektrolytisch raffiniertes Kupfer verwendet, das erst seit dem 19. Jahrhundert erhältlich und nahezu frei von Beimischungen ist. Damit stand fest: Das Bildnis von Paul III. war im späten 19. oder frühen 20. Jahrhundert entstanden.

Infrarotlicht ist zwar weit weniger durchdringend als Röntgenstrahlung, kann aber ebenfalls zur Aufklärung der chemischen Zusammensetzung einer Probe eingesetzt werden. Mit einer geeigneten Kamera lässt sich auf diese Weise sogar ein unter der 278

Ölfarbe verborgener Entwurf sichtbar machen, insbesondere, wenn er mit Holzkohle, einem Graphitstift oder schwarzer Tinte – also einem kohlenstoffhaltigen Mittel – ausgeführt wurde. Mit der Infrarotreflektographie kann man nicht nur zwischen Original und Fälschung unterscheiden, sondern sogar zwischen Kopien, die aus ein und derselben Werkstatt stammen. Beispielsweise hängen in der National Gallery in London und im Pariser Louvre zwei identische Bilder, »Zwei Steuereinnehmer« von Marinus van Reymerswalde. Gezeigt sind zwei Männer, die der Maler – der Art und Weise der Darstellung nach zu urteilen – offenbar tief verabscheute. Nur eines der beiden Exemplare kann das Original sein. Die Entscheidung fiel anhand der Ergebnisse einer Untersuchung mit Infrarotstrahlung: Die Vorlage für die Londoner Kopie wurde minutiös von einer Vorlage abgepaust, während der Entwurf des Pariser Originals sehr viel freier gezeichnet ist. Bei der Infrarotspektroskopie beleuchtet man die Probe mit Licht aus dem ganzen IR-Bereich und registriert, welche Wellenlängen absorbiert werden. Die Absorption charakteristischer Infrarotfrequenzen regt die Moleküle zu Bewegungen (insbesondere Schwingungen) an. Es genügt auch hier ein winziger Splitter des Kunstwerks. Das erhaltene Spektrum vergleicht man dann mit Spektren bekannter Substanzen, die in Bibliotheken gesammelt werden, und identifiziert so das fragliche Molekül. Ebenfalls auf der Grundlage der Anregung von Molekülschwingungen funktioniert die Raman-Spektroskopie, die zur Identifizierung von Pigmenten herangezogen wird. Mit mikroskopisch kleinen Materialproben kommt die laserinduzierte Breakdown-Spektroskopie (LIBS) zur Untersuchung einzelner Farbschichten aus. Ultrakurze Laserpulse (im Nanosekundenbereich) verdampfen winzigste Farbmengen (ungefähr 50 Milliardstel Gramm – mit bloßem Auge nicht mehr sichtbar) von der Oberfläche des Gemäldes. Der Dampf wird zwischen zwei

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Hochspannungselektroden hindurchgeleitet; dabei werden die Atome angeregt und senden dann Licht aus, anhand dessen Energiemuster sie identifiziert werden können. Vielschichtige russische Ikonen wurden bereits mit einer Kombination aus LIBS und Raman-Spektroskopie untersucht.

Konservierung Restauratoren versuchen heutzutage, ein Gemälde mit den geringstmöglichen Eingriffen im gegenwärtigen Zustand haltbar zu machen und neuen Beschädigungen vorzubeugen. Nie wieder kann ein Kunstwerk so aussehen, wie sein Schöpfer es unmittelbar nach der Fertigstellung erblickte, weil ultraviolette Strahlung, Temperaturwechsel, Feuchtigkeit und Atmosphärengase dauerhafte chemische Veränderungen in den Farben bewirken. Hinzu kommen Schäden, die dem Bild in der Vergangenheit zum Teil in bester Absicht zugefügt wurden: Hier trug man »zum Schutz« eine zusätzliche Firnisschicht auf, dort besserte man eine schadhafte Stelle aus. Ein Gemälde bewusst altern zu lassen, kann durchaus angebracht sein. Nicht hinnehmen wollen wir aber den Schmutz und Staub, der sich im Laufe der Jahrzehnte ablagert, und die Ergebnisse plumper Restaurierungsversuche durch gewöhnliche Sterbliche vorangegangener Generationen. Nun stellt sich natürlich die Frage, ob und wie sich diese unerwünschten, sichtbaren Veränderungen entfernen lassen und in welchem Umfang Restauratoren oder Konservatoren Hand anlegen müssen. In chemischen Methoden ausgebildete Restauratoren können Gemälde heute nahezu wieder in den Originalzustand versetzen. Bevor die Arbeiten in Angriff genommen werden, ist zu diskutieren, ob es überhaupt wünschenswert ist, das Bild wieder so zu sehen, wie der Künstler es erdacht hat, oder ob nicht vielmehr das Alter und seine Begleiterscheinungen zum künstlerischen Wert 280

des Stückes beitragen. Beide Positionen müssen sorgfältig gegeneinander abgewogen werden. Ein typisches Beispiel war die Instandsetzung des Deckengemäldes der Sixtinischen Kapelle in Rom durch die Konservatoren des Vatikan. Nach der Reinigung leuchteten die Farben so lebhaft, wie man es seit der Erschaffung des Kunstwerks nicht mehr gesehen hatte. Manche Kritiker waren daraufhin der Meinung, Michelangelos Meisterwerk ähnele einer Szene aus einem Disney-Trickfilm, andere hingegen sprachen von der gewaltigsten Offenbarung der Moderne. Um die Spuren der Jahrhunderte zu beseitigen, hatten die Konservatoren ein Reinigungsverfahren angewendet, das eigentlich für Marmorflächen entwickelt wurde. Das chemische Mittel namens AB57 bestand aus Natrium- und Ammoniumhydrogencarbonat, suspendiert in einem Cellulosegel. Nachgewaschen wurde mit Wasser. Michelangelos Farben bestanden die Probe der Zeit; Werke anderer alter Meister aber erlitten dauerhafte Schäden, weil sich die verwendeten Pigmente durch chemische Reaktionen irreparabel verändert haben. Auf niederländischen Kunstwerken des 17. Jahrhundert sieht man nicht selten blaue Blätter, die ursprünglich natürlich in Grün gemalt wurden. Die Künstler verwendeten dazu aber kein grünes Pigment wie Malachit, sondern mischten stattdessen ein mineralisches Blau (zum Beispiel Azurit) mit einem gelben Farblack pflanzlichen Ursprungs (aus Färberwau, Färberdistel oder Faulbaum), der im Laufe der Jahrhunderte ausblich. Zurück blieben blaue Pflanzenteile wie in der »Jagdszene« von Pynacker. 99) Aus demselben Grund sieht man auf Greuzes »Mädchen mit totem Kanarienvogel« (National Galleries of Scotland) einen weißen anstelle eines gelben Vogels in einem blaublättrigen Kranz. Einige rote Sonnenuntergänge von van Gogh sind zu ei99

Das Bild hängt in der Dulwich Picture Gallery in London.

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nem matten Grau verblasst, weil der Maler ein synthetisches Alizarin benutzte. Das in der Londoner Tate Gallery hängende Stück »Am Ufer der Oise bei Auvers« zeigte ursprünglich einen rosaroten Himmel – man weiß das nach einer Untersuchung des bemalten, aber unter dem Rahmen vor dem Licht geschützten Randes der Leinwand. Bevor die Photographie erfunden wurde, ließen sich die Reichen und Wichtigen porträtieren, um sich unsterblich zu machen oder zumindest der Nachwelt ihr Abbild zu hinterlassen. Tausende und Abertausende solcher Bildnisse zieren die Ahnengalerien von Schlössern und die Wände der Kunstgalerien; künstlerisch sind sie nicht immer wertvoll, interessant für den Chemiker sind sie allemal. Der bedeutendste britische Porträtmaler war Sir Joshua Reynolds. Warum aber haben viele seiner Modelle eine so ungesund bleiche Gesichtsfarbe? Zweifellos litten nicht wenige britische Adlige im 18. Jahrhundert an Blutarmut – ihre Speisen enthielten nachweislich zu viel Blei, ein Schwermetall, das Anämie hervorruft –, außerdem war eine blasse Haut damals in der Oberschicht modern. Möglicherweise sind aber gar nicht diese beiden Faktoren für den Eindruck verantwortlich, sondern Reynolds’ Methode, Hauttöne zu mischen. Er verwendete Krapprot, dessen Farbträger, das Molekül Alizarin, mit der Zeit zu einem farblosen Produkt reagiert. Erst spät in seiner Karriere ließ sich Reynolds bewegen, auf das mineralische und deshalb oxidationsbeständigere Rot Vermillon umzusteigen. Nicht alle Farben verblassen einfach nur. Manche verwandeln sich auch in vollkommen anders gefärbte Verbindungen. Ein besonders augenfälliges Beispiel ist das sehr häufig verwendete Bleiweiß. Hingen Bilder, auf denen der Künstler mit Bleiweiß gemalt hatte, in kohlebeheizten Räumen, dann reagierte das Pigment mit den schwefelhaltigen Verbrennungsgasen allmählich zum schwarzen Bleisulfid (PbS). In vielen alten Manuskripten

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kann man pechschwarze Gesichter sehen; ursprünglich waren sie blassrosa. Im Prinzip kann man PbS in basisches Bleicarbonat zurückverwandeln, aber der Prozess ist kompliziert – zu kompliziert für Restauratoren bis in die jüngere Vergangenheit. Bereits seit Ende des 18. Jahrhunderts war ein Ausweg bekannt, nämlich die Reaktion des Sulfids zum ebenfalls weißen Bleisulfat mit Wasserstoffperoxid, das damals gerade verbreitet in Gebrauch kam. Gelegentlich funktionierte diese Methode nicht, weil sich anstelle von Bleisulfid unter dem Einfluss von Licht und Sauerstoff das schwarze Bleioxid (PbO 2 ) gebildet hatte. Dieses muss man mit einer Mischung aus Essigsäure und Wasserstoffperoxid behandeln, um Bleiacetat zu erhalten, das sich durch Aufnahme von Kohlendioxid und Wasser aus der Luft langsam von selbst wieder in das basische Carbonat umsetzt. Blei stellt mit alten Ölgemälden noch mehr Seltsames an. Auf vielen Bildern kann man, oft nur mit dem Vergrößerungsglas, winzige weiße Pusteln sehen. Diese Schönheitsflecken wurden zuerst von Leopold Kockaert, einem belgischen Konservatoren, untersucht, der sie für Eiweiß aus der Eikomponente des Bindemittels hielt. Kockaert ging davon aus, dass selbst Künstler, die eigentlich Öle verwendeten, ein wenig Eigelb untermischten. Wie Catherine Higgitt und ihre Mitarbeiter von der Londoner National Gallery 2003 berichteten, hatte Kockaert Unrecht: Die weißen Flecken entstehen durch Reaktion von Fettsäuren, Zerfallsprodukten der Öle selbst, mit Blei aus den Pigmenten zu Bleisalzen von ÆCarbonsäuren, vor allem Stearin-, Palmitin- und Azelainsäure; Letztere ist ein Abbauprodukt mehrfach ungesättigter Fettsäuren. Bei der Alterung von Eitemperafarben entsteht Azelainsäure nicht, weil Eigelb keine mehrfach ungesättigten Fettsäuren enthält. Die Bleisalze wurde mithilfe der Infrarotmikroskopie identifiziert. Dazu presste man Proben mit Durchmessern in der Größenordnung von zehn Mikrometern zwischen zwei Diamant-

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fenstern in ultradünne Filme, die vom Infrarotlicht durchstrahlt wurden. Für die Flecken ist allerdings nicht Bleiweiß verantwortlich, sondern die wesentlich reaktiveren Pigmente Bleirot und Bleizinngelb. Müssen wir nun befürchten, dass sich alle Ölgemälde allmählich zersetzen? Nein, lautet die Antwort; Experten vermuten, dass ein gewisses Ausmaß der Fleckenbildung zwar nicht vermieden werden kann, dass der Prozess sich aber selbst begrenzt, bevor der Anblick des Werks ernsthaft darunter leidet.

Restaurierung In der Gemälderestaurierung arbeitet man heute mit Spezialfarben, die eine ganze Reihe von Anforderungen erfüllen müssen. Während sie den optischen Eigenschaften des originalen Materials möglichst nahe kommen und in dieser Form stabil sein sollen, müssen sie sich doch deutlich von den historischen Farben unterscheiden, damit man auch in fernerer Zukunft Original und Nacharbeit problemlos unterscheiden kann. Außerdem sollen sich die neuen Farben leicht wieder entfernen lassen, falls sie sich später als ungeeignet erweisen oder man noch ausgefeiltere Restaurierungsverfahren entwickelt. Konservatoren und Restauratoren beziehen ihre Materialien von spezialisierten Herstellern wie der Gamblin Artist Color Company in Portland (Oregon), die ihre Palette von 33 Farbtönen auf der Grundlage von Arbeiten eines Fachmanns entwickelte: René de la Rie war damals an der National Gallery of Art in Washington, DC beschäftigt und zuvor am New Yorker Metropolitan Museum of Art auf der Suche nach einem Firnis gewesen, der die bei der Restaurierung entfernte Schutzschicht ersetzen konnte. Auf diesen Anstrich warteten viele seiner Kollegen sehnsüchtig. Bei der Ablösung einer gealterten, verfärbten Firnisschicht können bemerkenswerte Details und leuchtende Farben zutage 284

treten. Chemikalien, in denen sich der Firnis löst, gibt es viele; nur wenige aber eignen sich für diesen speziellen Zweck, denn dem darunterliegenden Gemälde darf kein Schaden zugefügt werden. Anders ausgedrückt: Das Lösungsmittel soll den Firnis, aber nicht die Farbstoffe angreifen. Alan Phenix vom Fetty Conservation Institute in Kalifornien untersuchte mehr als 40 in Frage kommende Lösungsmittel und stellte die relevanten Eigenschaften in Tabellen zusammen. Richard Wolbers von der University of Delaware in Newark entwickelte eine Methode auf der Basis von Wasser, dem Hilfsstoffe wie Tenside und Enzyme zugesetzt werden, um die Deckschicht gemeinsam mit dem Schmutz zu entfernen. Ist das Gemälde gereinigt und ausgebessert, muss frischer Schlussfirnis aufgetragen werden. Die chemische Industrie bietet dazu einige moderne Substanzen an, beispielsweise Poly(vinylacetat) und Poly(n-butylmethacrylat). Manche Konservatoren haben diese Überzüge schon verwendet, bevor geklärt war, wie sie das Kunstwerk auch auf längere Sicht beeinflussen. Ein Teil der durchsichtigen Materialien erfüllte seine Aufgabe zunächst zwar recht gut; unter Einwirkung des Luftsauerstoffs jedoch vernetzten sich allmählich die Polymerketten, was dazu führt, dass die Firnisschicht praktisch unablösbar am Untergrund haftet. Glücklicherweise trifft das auf Poly(vinylacetat) nicht zu. René de la Rie fand zwei Substanztypen mit allen gewünschten Eigenschaften: hydrierte Kohlenwasserstoffharze und Harnstoffaldehydharze. Diese Polymere bleiben auf Dauer transparent und glänzend; sie steigern also in erwünschter Weise die Leuchtkraft der Farben, reißen beim Altern nicht und lassen sich mit einfachen Kohlenwasserstoffen wieder ablösen. Bei der Reparatur von Fresken muss man anders vorgehen. Tausende solcher Wandgemälde finden sich in Mittelitalien, vor allem um Florenz. Viele von ihnen befinden sich in einem sehr

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schlechten Zustand. Ein Fresko sachgerecht zu restaurieren, ist durchaus nicht einfach. Das zentrale Problem ist hier die Ablösung der Grundierung (Gips) vom Trägermaterial (Wand). Freskenmaler trugen auf die Unterlage zunächst eine Calciumverbindung (Gips zum Beispiel ist Calciumsulfat) in Form einer glatten Paste auf. Während diese Grundierung noch feucht war, wurde sie bemalt. In der darauffolgenden Woche nahm die Oberfläche Kohlendioxid aus der Luft auf; es bildete sich Calciumcarbonat, das die Pigmente und Farbteilchen einschloss und konservierte – für immer, oder doch wenigstens für einige hundert Jahre. Der größte Feind eines Freskos ist die Luftverschmutzung. Der gasförmige Schadstoff Schwefeldioxid wandelt Calciumcarbonat allmählich in Calciumsulfat um, dessen Kristalle deutlich größer sind. Das Wandgemälde beginnt auszublühen: Die Grundierung löst sich in Pulverform ab, und beim Abbürsten des Pulvers von der Wand geht auch die Farbschicht mit verloren. In den 1970er Jahren wurde Piero Baglioni, Professor für Chemie an der Universität Florenz, in dieser Sache um Hilfe gebeten. Gemeinsam mit dem Restauratoren Dino Dini fand er eine Methode zur Wiederherstellung zerfallender Fresken. Eine Lösung von Ammoniumcarbonat, oberflächlich aufgetragen, reagiert mit dem unerwünschten Calciumsulfat zum löslichen (und im Anschluss an die Prozedur einfach abwaschbaren) Ammoniumsulfat – zurück bleibt eine erneuerte Schicht des unlöslichen Calciumcarbonats. Anschließend wird die Fläche noch mit Bariumhydroxid behandelt. Dabei bildet sich aus eventuell verbliebenem Calciumsulfat das der ursprünglichen Struktur ähnlichere und das Kunstwerk auch bis zu einem gewissen Grad vor weiteren Schäden schützende Bariumsulfat. Im Jahr 2000 kündigte Baglioni – mittlerweile Chef einer Gruppe von Oberflächenchemikern von sechs italienischen Universitäten, die sich auf verschiedene Aspekte der Restaurierung

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von Fresken spezialisiert haben – ein neues Konservierungsverfahren an. Nach der Anwendung der Ammoniumcarbonatlösung (siehe oben) folgt jetzt das Aufbringen einer kolloiden Lösung von Calciumhydroxid in 1-Propanol 100). Dieses Mittel dringt besser in das Fresko ein und reagiert dann langsam mit dem Kohlendioxid aus der Luft zu Calciumcarbonat. Mit dieser Technik lassen sich auch Malereien retten, die die Restauratoren zuvor bereits aufgegeben hatten. Leider sind manche Fresken so schlecht erhalten, dass selbst die modernste Methode nicht mehr helfen kann. Eines der großartigsten Wandgemälde überhaupt ist das »Abendmahl« von Leonardo da Vinci in der Dominikanerkirche Santa Maria delle Grazie in Mailand. Wunderbarerweise überstand das Fresko seit seiner Entstehung (1495 - 1497) mehr oder weniger versierte Eingriffe verschiedener Restauratoren, Schäden durch Umweltschadstoffe und einen Luftangriff 1943, bei dem das Refektorium, auf dessen Wand der Künstler das Bild malte, unmittelbar getroffen wurde. Im eigentlichen – technischen – Sinne handelt es sich nicht um ein Fresko, weil da Vinci nicht auf die feuchte Grundierung malte (was eine ununterbrochene, schnelle Arbeit erfordert hätte), sondern den Gips zuvor mit einer Farbschicht versiegelte. So konnte der Meister zwar in gemächlicherem Tempo arbeiten, aber unter der Farbe konnte die trocknende Grundierung nicht atmen und die von außen eindringende Feuchtigkeit war eingeschlossen. Das Resultat war, dass das Meisterstück bereits nach zwanzig Jahren zu zerfallen begann. Im 18. Jahrhundert richteten einige zeitgenössische Künstler noch größeren Schaden mit dem Versuch an, die abblätternden Stellen auszubessern. 1726 trug man einen Firnis auf, der das Bild recht wirksam vor weiteren Schäden schützte. Als nicht be100

Formel: CH 3 CH 2 CH 2 OH.

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sonders hilfreich erwies sich hingegen die Entfernung dieser Firnisschicht gegen Ende des 18. Jahrhunderts mit einem Spachtel. Im 19. Jahrhundert wollte man das Gemälde gern aus dem feuchten Refektorium an einen besser geeigneten Ort verlagern, aber das Experiment wurde bald aufgegeben. Zu Ende des Zweiten Weltkrieges verpackte man das Werk unter wasserdichtem Filz und vernagelte das Ganze mit Brettern. Drei Jahre später, als der Wiederaufbau des Refektoriums begann, fand man das Bild schmutzig, nachgedunkelt, stockfleckig und aufgequollen vor. In den 1960er und 1970er Jahren hielt die Chemie allmählich Einzug in die Restaurierung; an die Stelle des mehr oder weniger planlosen Ausprobierens trat eine wissenschaftlich-systematische Herangehensweise. Dank finanzieller Unterstützung der italienischen Chemieindustrie erstrahlt das »Abendmahl« heute wieder so, wie es zur Entstehungszeit ausgesehen haben könnte. Fehlende Teile wurden geschickt und mit modernsten Methoden der Restaurierung ergänzt. Jahr für Jahr strömen viele tausend Besucher in die Kirche, um das rätselhafte, durch Dan Browns Roman »Sakrileg« noch berühmter gewordene Bild anzusehen und mit eigenen Augen zu beurteilen, ob an der Theorie, das Fresko verrate verstörende Geheimnisse aus dem Privatleben von Jesus Christus, wohl etwas Wahres sein könnte.

Fälschung und Betrug Ein noch nicht bekannt gewesenes Gemälde mit dem Titel »Lesende im Wald« wurde einmal der französischen Impressionistin Eva Gonzalès zugeschrieben. (Ein echtes Bild dieses Namens von der Hand der Künstlerin hängt im Rose Art Museum in Waltham, Massachusetts.) Sowohl die Röntgenfluoreszenzanalyse an der Harvard University als auch die Raman-Mikroskopie am University College London bestätigten, dass Pigmente verwendet wor288

den waren, wie sie im angegebenen Entstehungsjahr des Werkes üblich waren. Gefälscht war allerdings die Signatur: Gonzalès’ Sohn Jean hatte das eigentlich von Edmond-Louis Dupain, ebenfalls einem Impressionisten, angefertigte Stück an einen Händler verkauft, der es mit Gonzalès Namen signierte, um seinen Wert zu erhöhen. Gelegentlich werden Bilder übermalt, um sie besser verkäuflich zu machen. Ein berühmter solcher Fall war ein vermeintliches Porträt Martin Luthers, gemalt von dem sehr geschätzten protestantischen Künstler Hans Holbein dem Jüngeren – so gibt es jedenfalls ein Reiseführer von 1797 auf der Liste der Kunstschätze im Landsitz der Marquise von Buckingham an. Heute weiß man, dass es sich um das »Bildnis des Alexander Mornauer« handelt, datiert auf etwa 1470. Was die Konservatoren von der Londoner National Gallery, die das Bild 1991 mit der Röntgenfluoreszenzanalyse untersuchten, besonders irritierte, war der blaue Hintergrund: Das verwendete Pigment Preußisch Blau war zur angegebenen Entstehungszeit des Stückes noch gar nicht in Gebrauch. Offensichtlich war das Werk mindestens einmal übermalt worden. Unter der blauen Fläche fand sich eine Firnisschicht und darunter ein brauner Hintergrund. Die braune Farbe der Originalversion war mit Leinöl angerieben worden, wie es Ende des 15. Jahrhunderts üblich war, während man später das blaue Pigment mit Mohnöl gemischt hatte. Die National Gallery beschloss, den Originalzustand des Bildes wiederherzustellen. Dabei stellte man fest, dass der blaue Hintergrund nicht aufgebracht worden war, um Schäden zu verdecken, denn die braune Fläche erwies sich als unversehrt. Aus unbekanntem Grund war das Bild offenbar am oberen Rand um etliche Zentimeter verkürzt worden. Dadurch aber wurde das Ebenmaß der Komposition gestört: Der Hut des sitzenden Mannes fiel zu groß aus, weswegen seine obere Hälfte beseitigt wur-

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de. Hinzugefügt wurde außerdem eine Inschrift auf dem Papier, das der Abgebildete in der Hand hält und das jetzt an ihn selbst adressiert ist (»Dem ehrenwerten und weisen Alexander Mornauer, Stadtschreiber in Landshut, meinem gütigen Gönner«). Schließlich trat noch ein Ring am rechten Daumen zutage, der einen Mohrenkopf zeigt und wohl ein Wortspiel mit dem Namen »Mornauer« verkörpern soll. Ein Bürger namens Alexander Mornauer war in der Tat 24 Jahre lang, von 1464 bis 1488, Stadtschreiber im bayerischen Landshut. Das Bildnis stammt wohl nicht von Holbein, sondern von einem unbekannten Meister (dem so genannten »Meister des Mornauer-Bildnisses«), vermutlich aus Tirol. Irgendwann im 18. Jahrhundert beschloss ein findiger Händler, das Bild ein wenig abzuwandeln und als eines der raren Porträts von Martin Luther zu verkaufen. Dabei blieb es 200 Jahre lang. Manche Künstler sind so berühmt, dass sich nur die sehr Reichen ihre Werke leisten können. Dies bringt geschickte Kollegen auf die Idee, Bilder zu kopieren. Geübte Fälscher sind handwerklich so versiert, dass ihre Produkte oft auch Experten täuschen. Nicht so leicht übers Ohr zu hauen sind natürlich die Chemiker und Analytiker, deren Dienste in Kunstkreisen zunehmend in Anspruch genommen werden. Sie arbeiten in den Hinterzimmern der großen Galerien und in forensischen Laboratorien, und von Zeit zu Zeit bekommen sie Gelegenheit, ihre Fachkenntnis bei der Entlarvung spektakulärer Fälschungen unter Beweis zu stellen. Als die Naturwissenschaft noch nicht so weit entwickelt war, hatten Betrüger es bedeutend leichter. 1937 behauptete der Kunsthändler Han van Meegeren, in einem vergessenen Speicher in einem holländischen Schloss ein altes Gemälde entdeckt zu haben, das wohl von dem berühmten Künstler Johannes Vermeer (1632 - 1675) stamme. Experten bejubelten den Fund als frühes Werk des Meisters, und ein Museum

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in Rotterdam kaufte »Christus und die Jünger in Emmaus« für rund eine Viertelmillion Dollar an. Dann kam der Zweite Weltkrieg, nach dessen Beendigung die Alliierten Zutritt zu der in einem Salzbergwerk eingelagerten Kunstsammlung Hermann Görings erhielten. Unter den angehäuften Schätzen fand sich ein weiterer früher Vermeer, den der Reichsmarschall ebenfalls von van Meegeren erworben hatte. Den Händler hatte man zwischenzeitlich verhaftet und des Landesverrats (in Form von Verkauf nationaler Kulturgüter an den Feind) beschuldigt. Angesichts der drohenden Todesstrafe gestand er in der Haft, den in Görings Lager entdeckten Vermeer neben einigen ähnlichen Werken gefälscht zu haben. Die Justiz ließ sich allerdings nicht so leicht überzeugen – man nahm an, van Meegeren versuche nur mit allen Mitteln der Strafe zu entgehen. Während des Prozesses gab van Meegeren, um die Wahrheit seiner Aussage zu beweisen, im Gerichtssaal eine Probe seines Könnens und erklärte, wie er es geschafft hatte, seine Fälschungen alt aussehen zu lassen. Dazu hatte er sich unbedeutende Stücke aus dem 17. Jahrhundert beschafft, die Motive entfernt und seine »Vermeers« mit den Pigmenten und Ölen gemalt, die auch zur damaligen Zeit in Gebrauch gewesen waren. Die fertigen Bilder ließ er in einem Ofen aushärten, wobei sie sich mit dem charakteristischen Netz von Rissen überzogen. Daraufhin wurde die Anklage wegen Hochverrats fallen gelassen und ein neues Verfahren wegen Kunstfälschung eröffnet. Nach dem Schuldspruch konnte van Meegeren seine Haftstrafe jedoch nicht mehr antreten, weil er 1947 verstarb. Bernard Keisch von den Brookhaven National Laboratories datierte die gefälschten Vermeers 1968 auf die 1930er und 1940er Jahre. Dazu untersuchte er die Radioaktivität der Materialien und konnte zeigen, dass das Blei in van Meegerens Pigmenten relativ neu war. Blei enthält kleine Mengen radioaktives Uran-238, zu

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dessen Zerfallsreihe auch Radium-226 gehört. Altes Bleiweiß enthält geringe Spuren verschiedener Isotope, die sich anhand der charakteristischen radioaktiven Strahlung identifizieren lassen. Bei den modernen Prozessen der Bleiverhüttung wird das Radium-226 entfernt. So ließ sich die Fälschung des Pigments schließlich hieb- und stichfest beweisen. Nicht ganz so geschickt wie van Meegeren gingen Fälscher vor, die sechs ägyptische Papyri verkaufen wollten; eins davon sollte um 1200 v. Chr., die anderen jedenfalls vor 100 v. Chr. angefertigt worden sein. Die zerbrechlichen Stücke waren unter Glas montiert, und die Kaufinteressenten waren nicht im geringsten scharf darauf, diesen Schutz zu entfernen. Das war auch gar nicht nötig, weil Raman-Spektren durchaus von Proben aufgenommen werden können, die sich unter Glas befinden. Die mit der Analyse beauftragten Chemiker fanden Pigmente wie Eisenoxid, Kalk und Ultramarin, die selbstverständlich schon Illustratoren der Antike bekannt gewesen sind, außerdem aber Preußisch Blau – welches die ägyptischen Künstler vor 3000 Jahren dann auf eigene Faust hätten entdeckt haben müssen – und überdies zwei Phthalocyanin-Farbstoffe, einen gelben und einen blauen, die leider erst in den 1930er Jahren in Schottland erstmals hergestellt wurden. Zur Gilde der Kunstfälscher des frühen 20. Jahrhunderts gehörte auch Icilio Federico Joni, der sich auf italienische Malerei des 15. Jahrhunderts spezialisiert hatte. Seine Stücke hätten, 500 Jahre früher angefertigt, zweifellos als Meisterwerke gelten können. Nachdem die zerstörungsfreien Analysenverfahren entwickelt worden waren, konnte man die Fälschungen entlarven, denn Joni hatte Pigmente wie Cadmiumgelb, Chromgelb, Kobaltblau und Viridiangrün verwendet, die es im 15. Jahrhundert noch nicht gab. Um seine Bilder künstlich altern zu lassen, brachte Joni eine Schicht aus Schellackharz, gemischt mit etwas Kiefernharz, auf,

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bevor er den Schlussfirnis auftrug. Beim Härten zieht sich Schellackharz zusammen; so entstanden Risse in der Oberfläche, wie sie auch mittelalterliche Gemälde aufweisen. Auch der Schellack trug letztendlich dazu bei, den Betrüger zu überführen, denn er war im mittelalterlichen Europa noch nicht erhältlich. In Kunst- und insbesondere Restauratorenkreisen sind Chemiker mittlerweile respektiert: Sie können das äußere Erscheinungsbild eines Kunstwerks verbessern und Betrüger (frühere und moderne) entlarven. Ihre Analyse der verwendeten Pigmente mag auch dazu beitragen, das seltsame Verhalten mancher Künstler zu erklären, die nicht selten unter nicht diagnostizierten Geistesstörungen litten. Wie die folgende Streitfrage zeigt, ist es durchaus vorstellbar, dass gesundheitsschädlichen Materialien die Schuld an diesen Krankheiten zugewiesen werden kann. Wurden die großen Künstler von ihren Farben krank? Sehr wahrscheinlich lautet die seln lutschte. Seine UnberechenbarAntwort auf diese Frage ja. Einerseits keit und geistige Verwirrtheit passen sind viele große Meister vergangener gut zu den Symptomen einer BleiverJahrhunderte für ihre Launenhaftig- giftung. Am stärksten unter diesem keit und ihren labilen Gesundheitszu- Metall litt aber wohl der Spanier stand bekannt; andererseits enthalten, Goya. 1746 in der aragonesischen wie wir gesehen haben, nicht wenige Stadt Fuendetodos geboren, erhielt Pigmente giftige Schwermetalle wie Goya dort auch seine künstlerische Quecksilber, Blei und Arsen. Bereits Ausbildung. 1775 stellte ihn die Kö1713 spekulierte der Arzt Bernardino nigliche Teppichmanufaktur als EntRamazzini, dass Corregio und Rapha- wurfszeichner ein. In den 17 Jahren, el einer schleichenden Bleivergiftung die er dort zubrachte, war er hohen zum Opfer gefallen sein könnten. Konzentrationen von Bleiweiß ausgeZu den Betroffenen gehört unter setzt: Mit diesem Pigment, das er auf anderem van Gogh, der gern die – ge- eigenen Wunsch (um Geld zu sparen) wiss bleihaltige – Farbe von den Pin- selbst zerrieb, wurde die Grundierung

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für die Entwürfe gemalt. In den 1780er Jahren verdiente er sein Geld als konventioneller, viel gefragter Porträtmaler. 1792 wurde er schwer krank. Seine Symptome waren die einer Bleivergiftung: Koliken, Verstopfung, Blässe, Zittern, Ertaubung, zeitweise Blindheit, Krampfanfälle und psychische Beeinträchtigungen wie Verfolgungswahn. Zwei Monate lang war der Meister ans Bett gefesselt. Glücklicherweise erholte er sich wieder, aber er blieb gehörlos und seine Bilder wurden düsterer. Insbesondere für dieses Spätwerk ist er heute bekannt; ein berühmtes Beispiel ist »Die Erschießung der Aufständischen am 3. Mai 1808«, das im Museo delo Prado in Madrid hängt. Bleiweiß war nicht die einzige Gefahr, der sich die Künstler aussetzten. Daneben gab es das ebenfalls bleihaltige Chromgelb, Blei-Zinn-Gelb und Bleirot, die alle bis weit ins 20. Jahrhundert hinein verwendet wurden. Auguste Renoir (1841 - 1919) war starker Raucher und rollte seine Zigaretten überdies selbst. Auf diese Weise könnte er regelmäßig in allzu engen Kontakt mit quecksilberhaltigen Pigmenten gekommen sein, schrieben

Lisbet Pedersen und Henrik Permin vom Universitätskrankenhaus Kopenhagen 1988 in der Fachzeitschrift »The Lancet«. Zumindest wäre das eine Erklärung für den deutlichen Qualitätsabfall seiner späten Werke. Geht die Überspanntheit vieler großartiger Maler auf das Konto toxischer Metalle? Chronische Blei- und Quecksilbervergiftungen schädigen bekanntermaßen das Gehirn. Forensiker mit ihren modernen Analysenverfahren könnten die Frage eines Tages vielleicht beantworten, vorausgesetzt, es lässt sich eine Haarsträhne oder irgendein anderer Überrest des Künstlers auffinden. Dann erhebt sich aber sofort die nächste Frage: Wollen wir überhaupt wissen, ob die geistige Verfassung dieser Exzentriker auf das Konto ihrer Arbeitsmaterialien ging? Ein Fund von Blei oder Quecksilber könnte das Lebenswerk eines Künstlers entzaubern. Gut möglich, dass diese Einmischung des Chemikers in die Geheimnisse künstlerischen Schaffens einfach zu weit ginge.

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Glossar ABS ist (unter anderem) die Abkürzung für das Copolymer Poly(acrylnitril-butadien-styrol). Copolymere stellt man aus einer Mischung verschiedener monomerer Bausteine her, die dem Endprodukt jeweils charakteristische, erwünschte Eigenschaften verleihen. Aus ABS bestehen zum Beispiel Armaturenbretter, künstliche Fingernägel und Kinderspielzeug. Acrylnitril, Butadien und Styrol können auch für sich genommen polymerisiert werden. Die weichen Polyacrylnitril-Fasern (PAN, Orlon, Dralon) werden zu Kleidungsstücken verarbeitet, Polybutadien kennt man als Synthesekautschuk (Gummi) und Polystyrol ist ein hervorragender Isolierwerkstoff (SchaumPolystyrol, Styropor). Aluminiumchlorid ist ein Salz, das wasserfrei oder als Hexahydrat vorliegen kann. Wasserfreies Aluminiumchlorid, Al 2 Cl 6 , reagiert heftig mit Wasser unter Wärmeentwicklung und ist deshalb mit Vorsicht zu handhaben; AluminiumchloridHexahydrat, A1 2 C1 6 • 6H 2 O, ist weniger gefährlich, verhält sich in wässriger Lösung aber immerhin wie eine schwache Säure. Wurde ein Teil der Chloratome gegen Hydroxylgruppen (-OH) ausgetauscht, dann hat man die basischen Chloride, von denen zwei allgemein gebräuchlich sind: Al 2 (OH) 5 Cl und Al 2 (OH) 4 Cl 2 . Die unter der Bezeichnung Aluminiumchlorhydrat bekannten Verbindungen sind weder gefährlich, noch reagieren sie sauer. Folgende Anästhetika werden in diesem Buch erwähnt: Anästhetikum

Formel

Siedepunkt (°C)*

Chloroform Desfluran

CHCl 3 CF 3 CHFOCHF 2

61 25

295

Diethylether (»Äther«) Enfluran Halothan Isofluran Distickstoffmonoxid (Lachgas) Sevofluran

CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 CHF 2 OCF 2 CHFCl CF 3 CHClBr CF 3 CHClOCHF 2 N2O

35 56,5 50 58,5 -88

(CF 3 ) 2 CHOCH 2 CH 2 F

58,5

*

Je niedriger die Siedetemperatur, umso höher ist der Dampfdruck bei Raumtemperatur.

Als Carbonsäuren bezeichnet man organische Verbindungen, die mindestens eine Carboxylgruppe (-COOH) enthalten; in dieser Gruppe sind die beiden Sauerstoffatome direkt an das Kohlenstoffatom gebunden, eines von ihnen trägt den aciden Wasserstoff. Ameisensäure, HCOOH, mit dem systematischen Namen Methansäure ist die einfachste Carbonsäure. In der Tabelle sind einige häufig vorkommende Carbonsäuren aufgeführt, alphabetisch geordnet nach ihrem Trivialnamen. Trivialname

Chemischer Name Formel

Vorkommen

»Achselduft« 3 – Methyl-2 -hexensäure Ameisensäu- Methansäure re Arachidon- Eicosatetraensäure säure Azelainsäure Nonandisäure

CH 3 CH 2 CH 2 C(CH 3 )= CHCO 2 H HCO 2 H

Achselhöhlen

C 19 H 31 CO 2 H * H0 2 C(CH 2 ) 7 CO 2 H

essenzielle Fettsäure ranzige Öle

Benzoesäure Benzoesäure

C 6 H 5 CO 2 H

Beerenfrüchte

*

Ameisen

Arachidonsäure hat 4, DHA hat 6 Doppelbindungen in der Kohlenwasserstoffkette.

296

Buttersäure

Butansäure

Capronsäure Hexansäure DHA Essigsäure

CH 3 CH 2 CH 2 CO 2 H

Schweiß

CH 3 (CH 2 ) 4 CO 2 H

Ziegenkäse

Docosahexaensäu- C 21 H 31 CO 2 H re Ethansäure CH 3 CO 2 H

Isovaleriansäure Milchsäure

Fischöle (Omega-3) Essig

3-Methylbutan(CH 3 ) 2 CHCH 2 CO 2 H säure 2–Hydroxypropan- CH 3 CH(OH)CO 2 H säure Ölsäure 9-Octadecensäure CH 3 (CH 2 ) 7 =CH(CH 2 ) 7 CO 2 H Palmitinsäu- Hexadecansäure CH 3 (CH 2 ) 14 CO 2 H re Paraben 4-Hydroxybenzoe- HOC 6 H 4 CO 2 H säure Salicylsäure 2-HydroxybenC 6 H 4 (OH)CO 2 H zoesäure Stearinsäure 9-Octadecansäure CH 3 (CH 2 ) 16 CO 2 H

Hopfen, Tabak

Trifluoressigsäure

Chemielabor

Trifluorethansäure CF 3 CO 2 H

Milch Olivenöl Öle und Fette Erdbeeren, Trauben Wintergrünblätter Öle und Fette

Chiralität: Ein chirales Molekül lässt sich nicht mit seinem Spiegelbild zur Deckung bringen. In der Wirkstoffforschung steht man nicht selten vor dem Problem, dass nur eine der beiden spiegelbildlichen Formen (Enantiomere) einer Verbindung aktiv ist, also mit dem Enzym in Wechselwirkung tritt, dessen Fehlsteuerung die Krankheit verursacht. (Die andere Form kann unerwünschte Nebenwirkungen hervorrufen.) Heutzutage versucht 297

man, die aktive Form selektiv zu synthetisieren; weil das nicht ganz einfach ist, gibt es Firmen, die sich auf diese Aufgabe spezialisieren. Das Biopolymer Chitin besteht aus vernetzten Ketten ringförmiger Kohlenhydratmoleküle und ähnelt der Cellulose, enthält aber anstelle der Hydroxylgruppen (-OH) Acetylaminogruppen (NHCOCH 3 ). Chitin ist wie Cellulose nicht wasserlöslich. Entfernt man den Acetylteil der funktionellen Gruppe, sodass nur eine Aminogruppe übrig bleibt, erhält man ein modifiziertes Chitin, das zur Klärung von Bier und Fruchtsäften verwendet oder zu dünnen Folien verarbeitet werden kann (wie Zellophan aus Cellulose). Mit solchen Folien überzieht man Kapseln, die einen enthaltenen Wirkstoff verzögert freisetzen sollen; aufgrund ihrer antimikrobiellen Wirkung eignen sie sich auch zur Verpackung und gleichzeitigen Konservierung von Lebensmitteln. In Doppelblindstudien wird die Wirksamkeit von Medikamenten im Vergleich zu einem Placebo an einer Gruppe von Probanden getestet, wobei weder der Empfänger des Wirkstoffs noch der verabreichende Mitarbeiter der Studie weiß, ob im Einzelfall das Medikament oder das Placebo verabreicht wurde. Elektroenergie wird in Joule (J) oder auch Kilowattstunden (kWh) gemessen; es ist 1 kWh = 3,6 Millionen J. Auf Elektrogeräten wird die aufgenommene Leistung (Energie pro Zeit) angegeben, gemessen in Watt. Eine Energiesparlampe nimmt etwa 10 W auf, ein Heizlüfter 2000 W (2 kW). Eine Million Watt ist ein Megawatt (MW), eine Milliarde Watt heißt auch Gigawatt (GW). Die Epidemiologie betrachtet Populationen (große Menschengruppen) auf der Suche nach Faktoren (vor allem den nicht so offensichtlichen), die beeinflussen, nach welchem Muster eine 298

Krankheit auftritt oder sich verbreitet. Zu diesem Zweck werden in der Regel zwei mindestens 1000 Probanden umfassende Gruppen verglichen – eine ist von der fraglichen Krankheit betroffen, die andere nicht, davon abgesehen aber sollten die Gruppen in ihrer Struktur (Rasse, Alters- und Geschlechterverteilung, soziale Schicht, Wohnort, Ernährungsweise, Trink- und Rauchgewohnheiten usw.) möglichst gut übereinstimmen. Epidemiologische Studien sind ein akzeptiertes Mittel der wissenschaftlichen Forschung, wenn sie von Fachleuten geplant und geleitet werden. Leider kommt es häufig vor, dass Amateure sich epidemiologisch betätigen; dabei fördern sie wenig mehr zutage als »Beweismittel« in Anekdotenform oder moderne Legenden, finden aber – wen wird es überraschen – häufig genau das, worauf sie gehofft hatten. Eine große Gefahr besteht darin, nicht alle versteckten Einflussfaktoren zu berücksichtigen. Dann gelangt man zu falschen Schlussfolgerungen. Zu diesen so genannten Störfaktoren gehört auch die Annahme, dass die Probanden ein unfehlbares Gedächtnis haben und stets die Wahrheit sagen. Zum Färben von Lebensmitteln sind in der EU gegenwärtig mehr als 40 Farbstoffe zugelassen (mit E-Nummern im Bereich E100E180). Darunter sind 12 synthetische Verbindungen, die die Tabelle zusammenfasst. Festgelegt sind die erlaubten Farben in der EU-Richtlinie »über Farbstoffe, die in Lebensmitteln verwendet werden dürfen«. Die Verwendung von Farbstoffen in Kosmetika regelt die Kosmetikverordnung. In der Liste der Inhaltsstoffe findet man Farben mit ihrer CI-Nummer. Wichtige Farbstoffe in semipermanenten Haarfarben sind 2-Nitro-1,4-diaminobenzol (orangerot), 2Amino-4-nitrophenol (gelb), 1,4-Diaminoanthrachinon (violett) und 1,4,5,8-Tetraaminoanthrachinon (blau; zur Strukturformel von Anthrachinon siehe Formelglossar), die zum gewünschten Farbton abgemischt werden. 299

E-Nummer CINummer* E102 19140 E104** 47005 E110 15985 E122** 14720 E123** 16185 E124**

16255

E127

45430

E129 E131** E132 E133 E151**

16035 42051 73015 42090 28440

Bezeichnung

Farbton

Bemerkung

Tartrazin*** Chinolingelb Gelborange Azorubin Amaranth

zitronengelb gelb orange rot rot nur Spirituosen und Kaviar Cochenillerot A rot alternativer Name »Ponceau 4R« Erythrosin kirschrot nur kandierte Kirschen Allurarot orangerot Patentblau V blau Indigotin königsblau Brillantblau FCF hellblau Brillantschwarz schwarz

* CI: Color Index (für die Angabe der Inhaltsstoffe von Kosmetika) ** In den USA (gemäß FD&C) nicht für Lebensmittel zugelassen. *** Behauptungen, Tartrazin verursache Hyperaktivität bei Kindern, erwiesen sich als wissenschaftlich nicht haltbar. Die Angaben entsprechen der EU-Richtlinie vom 30. Juni 1994.

Fluorkohlenwasserstoffe leiten sich von Kohlenwasserstoffen ab, wobei ein oder mehrere Wasserstoffatom(e) durch ein Fluoratom ersetzt werden. Beispielsweise wird aus der Methylgruppe CH die Trifluormethylgruppe -CF. Dieser Austausch beeinflusst die Eigenschaften der Substanz grundlegend; so sind fluorierte Kohlenwasserstoffe nicht entflammbar. Gamma-Hydroxybutyrat (GHB) leitet sich von der Gamma300

Hydroxybuttersäure ab, einem Neurotransmitter mit der Formel CH 2 (OH)CH 2 CH 2 CO 2 H, und ist als Natriumsalz erhältlich. GHB wirkt in niedrigen bis mäßigen Dosen enthemmend und angstlösend durch Entspannung des Zentralnervensystems. In der Leber wird GHB relativ schnell zu Kohlendioxid und Wasser abgebaut. Höhere Dosen (bis zu 5 g) wirken stark einschläfernd und werden deshalb zur Behandlung der Narkolepsie eingesetzt. Gasdurchlässige Polymere, zum Beispiel für Kontaktlinsen, werden durch Modifikation des ÆPolymers Poly(methylmethacrylat) gewonnen. Durch Anlagerung siliciumhaltiger Gruppen erhält man Polymere, die »atmen«, also Sauerstoff aus der Luft aufnehmen können. Harnstoff mit der Formel (NH 2 ) 2 CO ist auch unter seinem älteren Namen »Carbamid« oder, etwa in der Kosmetikbranche, unter seinem englischen Namen »Urea« bekannt. In der Industrie stellt man Harnstoff aus Ammoniak (NH 3 ) und Kohlendioxid (CO 2 ) her. Das wichtigste Anwendungsgebiet ist die Landwirtschaft (Düngemittel). Harnstoff ist außerdem ein Zusatz zu Tierfutter (um den Stickstoffgehalt zu steigern) und Ausgangsstoff für Harze, Kunststoffe und pharmazeutische Wirkstoffe. Harnstoffperoxid (Carbamidperoxid, »festes Wasserstoffperoxid«, siehe Formelglossar) ist ein weißes, kristallines, leidlich stabiles Addukt aus Harnstoff und Wasserstoffperoxid (H 2 N-CONH 2 • H 2 O 2 , nicht unbedingt im Verhältnis 1:1) und wird gern als bequeme H 2 O 2 -Quelle benutzt (zum Beispiel in Zahnbleichmitteln). HEMA ist das Polymer von 2-Hydroxyethyl-methacrylat mit der chemischen Formel CH 2 =C(CH 3 )(CO 2 CH 2 CH 2 OH).

301

Isotretinoin ist eine Variante der so genannten Vitamin-A-Säure (Tretinoin) mit dem systematischen Namen 3,7-Dimethyl-9(2,6,6,-trimethyl-1-cyclohexen-1-yl)-2,4,6,8-nonatetraensäure. Ein Strukturmotiv dieser Verbindung ist eine neungliedrige Kohlenstoffkette mit alternierenden Einfach- und Doppelbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen. In Tretinoin liegen diese Doppelbindungen in trans-Anordnung vor – das Molekül sieht dann aus wie eine Zickzackkette. Isotretinoin dagegen hat cisDoppelbindungen, wodurch eine unregelmäßigere Gestalt entsteht. Keratin ist ein biologisches ÆPolymer. Es besteht aus Aminosäureketten mit einem überproportionalen Anteil an den schwefelhaltigen Aminosäuren Cystein und Methionin. Keratin ist das Material von Haaren und Nägeln. Aufgrund der Schwefelatome bindet Keratin bereitwillig Schwermetalle wie Arsen, Quecksilber und Blei. Deshalb gehört die Haaranalyse zu den wichtigsten Methoden der gerichtsmedizinischen Untersuchung von Vergiftungsfällen. Man kann sogar feststellen, ob und in welchem Maße längst verstorbene Berühmtheiten – vorausgesetzt, es ist eine Haarsträhne erhalten geblieben – zu Lebzeiten den genannten Giften ausgesetzt waren. Die Bezeichnung Kohlenhydrate wurde von zwei Franzosen, Joseph Gay-Lussac (1778 - 1850) und Louis Thénard (1777 1875), durch ein Missverständnis geprägt: Die allgemeine Summenformel eines Kohlenhydrats lautet C 6 H 12 O 6 , was man auch in der Form 6C + 6H 2 O, also als Kombination von Kohlenstoff mit Wasser, aufschreiben könnte. Dies entspricht allerdings in keiner Weise dem chemischen Verhalten der Substanzen dieser Klasse. Ein alternativer Name für Kohlenhydrate ist Saccharide (von lat. saccharum, süß). In vielen Fällen findet man auch die Vorsilbe »glyko« (von griech. glukus, süß). Unter einem »Glykoprotein« versteht man demzufolge ein Kohlenhydrat, das mit 302

einem Protein verknüpft ist; ein »Glykolipid« ist eine Verbindung aus Kohlenhydrat und Fettmolekül (Lipid). In der Natur kommt am häufigsten das Kohlenhydrat Glucose (Traubenzucker) vor, ein Monosaccharid (Einfachzucker) mit der Summenformel C 6 H 12 O 6 . Andere wichtige Monosaccharide sind Fructose (Fruchtzucker) und Galactose. Zwei Monosaccharide schließen sich zu einem Disaccharid (C 12 H 22 O 11 ) zusammen; bekannte Beispiele sind die Saccharose (Rohr- oder Rübenzucker) aus Glucose und Fructose (siehe Formelglossar), die Lactose (Milchzucker) aus Glucose und Galactose sowie die Maltose (Malzzucker) aus zwei Glucosebausteinen. Oligosaccharide sind Ketten aus einigen (mindestens drei) Monosacchariden; lange Ketten aus mehreren hundert Bausteinen (Cellulose und Stärke) heißen Polysaccharide. Latex ist ein biologisches ÆPolymer aus dem Milchsaft von Gummibäumen, der das Monomer Isopren enthält. Der Milchsaft ist ein nachwachsender Rohstoff; der Ertrag (gegenwärtig rund 8 Millionen Tonnen jährlich) kann durch die Gabe synthetischer Pflanzenhormone gesteigert werden. Isopren (C 5 H 8 ) selbst ist eine flüchtige, bei 34 °C siedende Flüssigkeit. Das Molekül besteht aus einer viergliedrigen Kohlenstoffkette; die beiden äußeren C-C-Bindungen sind Doppelbindungen, die innere ist eine Einfachbindung. Mit einem der mittleren C-Atome ist eine Methlygruppe (-CH 3 ) verknüpft: CH 2 =C(CH 3 )-CH=CH 2 . Wie alle ähnlichen, Doppelbindungen enthaltenden Moleküle polymerisiert Isopren in Anwesenheit eines Katalysators. In der Natur wird der Prozess durch Sauerstoffmoleküle aus der Luft katalysiert. Latex selbst besteht aus langen Kohlenstoffketten, die noch Doppelbindungen enthalten und deshalb in regelmäßigen Abständen abknicken. Durch Strecken werden die Ketten begradigt; hört die Kraft auf zu wirken, dann ziehen sie sich wieder in den ursprünglichen Zustand zusammen. Natürliches Latex ist sehr 303

weich. Zum Härten (Vulkanisieren) vernetzt man die einzelnen Ketten über Schwefelbrücken. Lauryl ist ein älterer Name für eine zwölfgliedrige Kohlenstoffkette; heute spricht man von Dodecyl (do = 2, decyl = 10). Das häufig verwendete Tensid Natriumlaurylsulfat wird aus Laurylalkohol hergestellt, der seinerseits aus Kokos- oder Palmkernöl gewonnen wird. Sichtbares Licht ist ein Teil der elektromagnetischen Strahlung der Sonne, die die Erdoberfläche erreicht (wir empfangen auch unsichtbare Strahlung im Infrarot- und UV-Bereich). Die Tabelle zeigt den zugehörigen Ausschnitt aus dem elektromagnetischen Spektrum. Wellenlänge (nm)* 200-285 320-390 390-445 445-500 500-575 575-585 585-620 620-740 über 740

Farbe

Wirkung

UV-C** Ultraviolettstrahlung, unsichtbar, zeilschädigend UV-A** Ultraviolettstrahlung, unsichtbar, lebenswichtig Violett (regt die Bildung von Vitamin D in der Haut an) sichtbar Blau sichtbar Grün sichtbar Gelb sichtbar Orange sichtbar Rot sichtbar Infrarot unsichtbar, als Wärme empfunden

Die in der Chemie verwendeten Masseeinheiten überstreichen einen großen Bereich – vom Atom bis zum Erz. Die wichtigsten finden Sie in der Tabelle.

304

Einheit

Symbol

Umrechnung Gramm

in

Größe (ca.)

Nanogramm

ng

10-9 g (ein Milliardstel Gramm)

unsichtbar

Mikrogramm

µg

10-6 g (ein Millionstel Gramm)

Staubpartikel

Milligramm

mg

10-3 g (ein Tausendstel Gramm)

Sandkorn

Gramm

g

1 g (ein Gramm)

Erdnusskern

Kilogramm

kg

103 g (eintausend Gramm)

Literflasche voll Wasser

Tonne

t

106 g (eine Million Gramm)

Kubikmetertank Wasser

voll

Das Tensid Nonoxynol-9 gehört zu den Nonylphenolethoxylaten und besteht aus einem Benzolring, verknüpft mit einer Kohlenwasserstoffkette (-C 9 H 19 ) und einer Kette aus neun verknüpften Ethylenoxygruppen (-(OCH 2 CH 2 ) 9 -), welche mit einer Hydroxylgruppe (-OH) endet, also CH 3 (CH 2 ) 8 C 6 H 4 (OCH 2 CH 2 ) 9 OH. Handelsnamen der Substanz sind unter anderem C-Film, Encare, Intercept und Ortho-Creme. Parabene ist eine Sammelbezeichnung für Abkömmlinge der paraHydroxybenzoesäure (chemisch exakter 4-Hydroxybenzoesäure) mit der Formel HOC6 H 4 CO 2 H. Die Säure wird nicht selbst, sondern nur in Form ihrer Ester verwendet; dazu tritt ein organischer Rest an die Stelle des aciden Wasserstoffs der Carboxylgruppe (CO 2 H). Es entsteht zum Beispiel der Benzyl-, Isobutyl-, Butyl-, nPropyl-, Ethyl- oder Methylester; der Name lautet Benzylparaben, Isobutylparaben usw. Parabene werden Kosmetika als Bakterizide (Konservierungsstoffe) zugesetzt. Die para-Hydroxybenzoesäure kommt in Erdbeeren und Trauben natürlich vor.

305

Mit dem pH-Wert beschreibt man die saure oder basische Reaktion einer wässrigen Lösung. Der pH-Wert ist ein Maß für die Konzentration des Molekül-Ions H 3 O+ (oft verkürzt mit H+ bezeichnet), der aktiven Spezies, die Säuren bei der Auflösung in Wasser bilden. Weil die Konzentration von H 3 O+ über viele Zehnerpotenzen hinweg variiert, verwendet man für den pH-Wert eine logarithmische Skala. In neutralem Wasser beispielsweise finden sich relativ wenige H 3 O+-Ionen, nämlich10-7 mol/Liter (1 mol entspricht ca. 600 Trilliarden Teilchen). Der pH-Wert ist dann gleich dem negativen dekadischen Logarithmus dieser Zahl, also gleich 7. Er nimmt mit der Säurestärke ab; in der Regel bewegt er sich zwischen 1 (sehr starke Säuren; pH=0 ist auch möglich) und 7 (Neutralbereich). Da die Skala logarithmisch geteilt ist, enthält eine Säure mit einem pH-Wert von 1 eine Million mal mehr H 3 O+ als neutrales Wasser. pH-Werte zwischen 7 und 14 gehören zu alkalischen Lösungen, in denen nicht H 3 O+, sondern HO- dominiert. Die Gesamtspanne zwischen pH=1 und pH=14 überstreicht einen Zahlenwertbereich für die H 3 O+-Konzentration von einer Million Millionen. Bemerkenswerterweise begegnen wir im (mehr oder weniger) alltäglichen Leben Substanzen aus allen Regionen dieser Skala, wie die Tabelle zeigt. pH

Typisches Beispiel

Aktive chemische Verbindung

chemisches Reagens Magensäure Zitronensaft Essig Tomatensaft Bier, Regenwasser Milch

konzentrierte Schwefelsäure verdünnte Salzsäure Zitronensäure Essigsäure Ascorbinsäure (Vitamin C) Kohlensäure (H 2 CO 3 ) Milchsäure

0 1 2 3 4 5 6

sauer

7

neutral Blut

306

8 basisch Meerwasser 9 Bicarbonat 10 Magnesiamilch 11 Ammoniak für Haushaltszwecke 12 Kalk für den Rasen 13 Rohrreiniger 14 Ätznatron

Calciumcarbonat Natriumhydrogencarbonat Magnesiumhydroxid Ammoniak (NH 3 ) Calciumhydroxid Natriumhydroxid konzentriertes Natriumhydroxid

PMMA ist das ÆPolymer, das sich aus Methacrylsäuremethylester (Methylmethacrylat) mit der Formel CH 2 =C(CH 3 )(CO 2 CH 3 ) bildet. Ein Polymer ist ein langkettiges Molekül, wobei sich ein Strukturmotiv (Anordnung und Abfolge der Atome) ständig wiederholt; dieses Motiv ist das Monomer (griech. mono, eins; poly, viele). Man unterscheidet die (natürlich vorkommenden) Biopolymere und die synthetischen Polymere. Typische Biopolymere sind ÆKeratin, das Material unserer Haare (Kette von Aminosäuren), Papier (Cellulose, Kette von Glucosemolekülen) und Naturkautschuk (Polymer des Kohlenwasserstoffs Isopren; ÆLatex). Biopolymere werden zu speziellen Zwecken nach wie vor eingesetzt. Wesentlich häufiger begegnen uns im Alltag jedoch die synthetischen Polymere. Zu den wichtigsten Monomeren zählen das Ethylen (CH 2 =CH 2 ) und seine Abkömmlinge. Entscheidend für die Fähigkeit zur Polymerisation ist das Vorhandensein mindestens einer Mehrfachbindung, die sich öffnet und die Kettenglieder verknüpft. Bei der Polymerisation von Ethylen entsteht auf diese Weise eine Polyethylenkette aus CH 2 -Einheiten (-CH 2 -CH 2 CH 2 -CH 2 -), die Millionen von Gliedern lang sein kann. Ein ande-

307

res verbreitet verwendetes Polymer ist Polyvinylchlorid (PVC) aus Vinylchlorid (CH 2 =CHCl); siehe außerdem ÆHEMA und ÆPMMA. Copolymere stellt man aus einer Mischung verschiedener monomerer Bausteine her, die dem Endprodukt jeweils charakteristische, erwünschte Eigenschaften verleihen. In der Tabelle sind einige oft verwendete Polymere zusammengefasst. Ganz oben stehen das Polyethylen und seine Verwandten. Polymer

Akronym Einsatzgebiete

Polyethylen PE hoher Dichte (»high density«) PE geringer Dichte (»low density«) Poly(methylmethacrylat)

PE HDPE

abhängig von der Dichte: Folien, Tüten, Beschichtungen für Papier

LDPE

Polypropylen

PP

Polystyrol

PS

Poly(vinylchlorid)

PVC

formgepresste Produkte, Behälter, Getränkekästen beleuchtete Zeichen, Brutkästen, Autoscheinwerfer Folie, Teppiche, Flaschen, Thermokleidung Verpackungen, Spielzeug, Essbesteck, Trinkgläser Fensterrahmen, Bodenbeläge, Rohre, Leitungen Flaschen, Lebensmittelverpackungen, Bettfüllungen Reifen, Tennisbälle Reifen, Schuhe, formgepresste Produkte, Bitumen Reifen, Schuhe, formgepresste Produkte, Anstriche Schäume, Oberflächen, Elastomere Dämmstoff; extrudierte und formge-

PMMA

Poly(ethylenterephthalat) PET Polybutadien Styrol-ButadienCopolymer Isopren-Kautschuk

BR SBR

Polyurethan Polyketon

PUR PK

IR

308

Epoxidharze

EP

Poly(vinylpyrrolidon)

PVP

presste Teile Oberflächenbeschichtungen, Klebstoffe, Komposite Körperpflegeprodukte

PVP ist die Abkürzung Poly(vinylpyrrolidon), ein Polymer, das Wassermoleküle besonders fest bindet und deshalb Wasser (bis zu 15% seiner Eigenmasse) aus der Umgebungsluft aufnehmen kann. PVP ist in Körperpflegeprodukten wie Shampoos und Zahncremes enthalten und ersetzt den Hautleim tierischer Herkunft für die Gummierung von Briefumschlägen und Briefmarken. Quartäre Ammoniumverbindungen, kurz »Quats«, sind Abkömmlinge des Ammonium-Ions NH 4 + (Ammoniak, NH 3 , plus Wasserstoff-Ion, H+), wobei die Wasserstoffatome durch organische Reste ersetzt sind. Als Gegenion kommt zum Beispiel Chlorid (Cl-) in Frage. Theoretisch gibt es unendlich viele Quats, aber nur einige von ihnen werden bislang wirtschaftlich genutzt. Sind drei der Reste Methylgruppen, der vierte hingegen das negativ geladene Säurerest-Ion einer organischen Säure, dann ist die Verbindung insgesamt elektrisch neutral und wird Betain genannt (beispielsweise (CH ) N+CH 2 CO 2 -). Auch einige Betaine werden kommerziell verwertet. Anwendungsbereiche von Quats sind Reinigungsmittel (Tenside, Weichspüler) und Desinfektionsmittel. Schwefelverbindungen, in denen der Schwefel direkt an Kohlenstoff- oder Wasserstoffatome gebunden ist, sind für ihren üblen Geruch berühmt. In diesem Buch werden die folgenden derartigen Verbindungen erwähnt:

309

Name

Formel

Natürliches Vorkommen

Schwefelwasserstoff Methanthiol Dimethylsulfid Dimethyldisulfid 3-Methyl-3mercaptohexan-1-ol

H2S

Zersetzung von Proteinen u. a. Mundgeruch Trüffel Titanenwurz Bakterien in den Achselhöhlen

CH 3 SH CH 3 SCH 3 CH 3 SSCH 3 CH 3 CH 2 CH 2 C(CH3)(SH)CH 2 CH 2 OH

Silikone bestehen aus Ketten oder Ringen, in denen Sauerstoffund Siliciumatome einander abwechseln. Besonders verbreitet verwendet werden Silikone, an deren Siliciumatome jeweils zwei Methylgruppen gebunden sind; der Baustein ist dann Si(CH 3 ) 2 O-. Silikone sind wasserabweisend und werden deshalb vor allem als wasserfeste Beschichtungen oder Versiegelungen verwendet. Triclosan ist ein chloriertes Phenol, 5-Chlor-2-(2,4-dichlorphenoxy)phenol mit der Summenformel C 12 H 7 Cl 3 O 2 . Phenol selbst ist ein Benzolring, an den eine Hydroxylgruppe gebunden ist (C 6 H 5 OH); Triclosan enthält zwei Phenol-Grundkörper. Die T-Zellen (T-Lymphocyten) gehören zu den weißen Blutkörperchen und spielen eine Schlüsselrolle im Immunsystem. Sie werden im Knochenmark gebildet, in Lymphknoten und Milz gespeichert und können bis zu vier Jahre alt werden. In Wasserstoffperoxid, H 2 O 2 , sind die beiden Sauerstoffatome miteinander verbunden und tragen je ein Wasserstoffatom. Wasserstoffperoxid wird als kräftiges Oxidationsmittel zum Bleichen verwendet. Siehe auch ÆHarnstoff.

310

Bevor ein neu entdeckter Wirkstoff in Form eines Medikaments in die Apotheken gelangt, muss er ein aufwändiges Zulassungsverfahren durchlaufen. Zunächst wird an Versuchstieren (zum Beispiel Ratten) getestet, ob die Substanz giftig ist und ob sie tatsächlich gegen die Krankheit wirkt, gegen die sie verschrieben werden soll. Es folgen Versuche am Menschen, die in vier Phasen ablaufen: In Phase I wird an einer kleinen Gruppe gesunder Freiwilliger nach unvertretbaren Nebenwirkungen gesucht. In Phase II überprüft man an einer etwas größeren Gruppe von 100 - 200 Personen, die an der fraglichen Krankheit leiden, ob die Behandlung Erfolge zeigt. Substanzen, die beide Phasen erfolgreich überstanden haben, werden in Phase III unter ärztlicher Kontrolle an eine große Patientengruppe (etwa 3000 Probanden) ausgegeben. Sind alle diese Phasen ohne Beanstandungen absolviert worden, beginnt Phase IV: Der Wirkstoff wird zugelassen und zum Verschreiben freigegeben, aber noch engmaschig überwacht, um auch seltener auftretenden Nebenwirkungen auf die Spur zu kommen.

311

Formelglossar

Acrylamid

Anthrachinon

Benzalkoniumchlorid

Capsaicin

Carbamidperoxid

α-Cyclodextrin

312

Diethylether (Äther, Ether)

Docosahexaensäure

Glucosamin

Glycerin

Halothan

Isofluran

Isotretinoin

Kermessäure

313

Lactulose

Laurethsulfat

Laurylsulfat

Purpur (Antiker Purpur)

Saccharose

Skatol

TAED

TEG

314

Trehalose

Triclosan

315

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323

Register

a

5-α-Reduktase 17 f. Abendmahl 220 ABS 227 Abtreibung 97 ff. – mit Bleisalzen 97 ACE (Narkosemittel) 66 Acetonitril 35 Acitretin 48 Acrylamid 134 ff., 241 – Entstehung 135 Acrylamidgehalt 13 Actimel 126 Adrostenon 77 Ägyptisch Blau 203 Akne 40, 42 ff. – Therapie 43 Alefacept 48 Alizarin 200 Alkylbenzolsulfonat 188 Alkylglykoside 81, 193 Allergie 12, 37 –Haarfärbemittel 12 –Latex 94 –Naturkosmetik 37 Haarfärbemittel 12

– Gefahren 12 ff. Allicin 123 Alliin 123 Aluminium und Alzheimer 87 Aluminiumchlorhydrat 227 Aluminiumchlorid 86,227 – basisches 86 Aluminiumhydroxid 86,198 Alzheimer und Aluminium 87 Americium 138 Ammoniumverbindungen 237 amphotere Tenside 177 Amylase 173 Amylopektin 109 f. Amylose 109 f. Anästhetika, siehe Narkosemittel Androstenol 84 Androstenon 84 Anilinpurpur 208 Anthrachinon 241 antibakterielle Gewürze 133 Antibiotika 43 – gegen Akne 44 Antitranspirant 85, 88 Arachidonsäure 128, 228 Armada Jewel 210 Arthritis 49 ff.

324

– – – –

Operation 52 Symptome 51 Therapie mit DMARD 52 Therapie mit Glucosamin 57 – Therapie mit Gold 50 – Therapie mit NSAID 52 Arthrose 50 Arzneimittelmarkt 69 Aspirin 49, 54 – gegen Arthritis 49 Asthma 59 Atemnotsyndrom 175 Äther 228, 241 Atkins-Diät 106 Auferstehungspflanzen 112 Aufheller (Weißmacher) 175 Auge 25 – Trockenheit 25 Auranofin 50 Auripigment 198 Autoimmunkrankheit 49 Azelainsäure 217

Benecol 121 Bentonit 185 Benzalkoniumchlorid 241 Benzoesäure 123 Benzotriazol 187 Berberin 206 Berliner Blau 204 Berliner David 78 Betain 238 Betäubungsmittel 65 ff. Bifidobakterien 126 Bindemittel 209 Biopolymere 236 Blasenkrebs 13 f. Bleiacetat 12 Bleicarbonat 208 Bleichaktivator 174, 182 Bleichmittel 29, 173 f., 181 – für Zähne 29 Bleichromat 206 Bleivergiftung 97, 225 Bleiweiß 208, 212, 216 – Schwärzung 216 Bleizinngelb 205 b Blu-Ray-Technologie 163 Blutdrucksenker 19 bakterielle Kohlenhydrate 64 Blutgefäße 64 Ballaststoffe 109 – künstliche 64 Bandlücke 162 Blutgruppen 108 Basalschicht 41 Brillantblau 11 Bawachi-Extrakt 40 Brustkrebs 15, 88 Becquerel, Alexandre-Edmond Builder (Gerüststoffe) 174, 178 142 Buttersäure 190 325

c

Cadmiumgelb 205 Cadmiumsulfid 145 Cadmiumtellurid 144 Calcipotriol 42, 48 Calcitriol 42 Calciumphosphat 28 Calciumsulfat 219 – auf alten Fresken 219 Capsaicin 130 ff, 241 – als Schmerzmittel 132 – in Pflanzenschutz 133 Carbamid 232 Carbamidperoxid 30, 232, 241 Carbonsäure 228 Carboxylgruppe 228 Carboxymethylcellulose 180 Caritas 199 Carotinoide 122 Cellobiose 108 Cellulose 109 Champaigne, Philippe de 210 Chili 130 ff. Chiralität 229 Chitin 58 Chitinase 59 Chlorakne 43 Chloralhydrat 99 Chloroform 66 f., 228 Chlorophyll 138 Chloroquin 53 Cholesterinsenker 122,126, 132

– in Margarine 122 Cholesterinspiegel 122, 126,132 Chromgelb 206 Chrysotherapie 50 CI-Nummer 230 Clearasil 43 Clément, Nicolas 204 CMRI (Geschmacksrezeptor) 132 Cobaltblau 205 Cocamide 177 Cochenille 201 Coffein 59 – als Chitinase-Blocker 59 Coindet, Jean-François 118 Collagen 41 Conditioner 176 Copolymer 24, 227 Corynebacterium 84 – xerosis 83 COX-Enzyme 54 Cranberry-Saft 123 Curcumin 133, 206 – gegen Malaria 133 Curry 130 Cyclodextrine 64, 191, 241 – als Geruchsvertilger 191 – Arzneimitteltransport 64 Cyclooxygenasen 54 Cytokine 48

326

DMARD 52 Docosahexaensäure 128, 228, da Vinci, Leonardo 21, 210, 242 220 Doppelblindstudie 229 Darm 125 Duftstoffe in Waschmitteln 183 Darmflora 124 f. Dünnschicht-Photozelle 145 – Regeneration 125 Durchfall 125 Date Rape Drug 99 Dürer, Albrecht 199 Davy, Humphry 65 Duron 95 de la Rie, René 218 Duschbad 79 Dentin 29 Deodorants 89 ff. Deospray 89 e Deostifte 88 Dermatitis 45 ff. Eigelb 209 Desfluran 68, 228 Einwände 96 Desormes, Charles-Bernard 204 Eisenoxid 199 DHA, siehe Docosahexaensäu- Ekzem 40, 45 ff. re – atopisches 45 Diachylon-Pflaster 97 – seborrhoisches 45 Dialyse-Demenz 87 elektromagnetisches Spektrum Diamant-Sutra 206 234 Diät 107 Elektronen-Loch-Paarbildung Diesbach, Heinrich 204 143 Diethylether 228, 241 Empfängnisverhütung 97 ff. Dihydrotestosteron 17 Enantiomer 229 Dimethyl-disulfid 76 Enfluran 68, 228 Dimethyl-trisulfid 76 Enthärter 186 Dioxin 90 – Spülmaschine 186 – aus Triclosan 90 Enthärtereinheit 186 Disaccharid 233 E-Nummer 230 Distickstoffoxid 65 Enzyme 173 Dithranol 47 – im Waschmittel 173 d

327

Epidemiologie 229 Epidermis 41 Ernährung 107, 120 Energie 188 Ersatz 23 Ersatzmaterial 27 Erythrolaccain 200 Erythrosin 231 Etanercept 48, 57 Ethernarkose 66 Ethinylestradiol 98 Ethylen 236 Eumelanin 10

Färberwaid 203 Farbrezeptoren 197 Farbübertragungsinhibitoren 174, 181 Farbveränderung bei Gemälden 215 FCKW 82 Feldman, Marc 48 Fenster 153 Fernando de Valdes 199 Fettsäuren 128 – essenzielle 128 Feuchthaltemittel 28 Finasterid 18 f Firnis 218, 220 – Ablösung 218 Falcarinol 123 – moderner 218 Fallopius, Gabrielle 91 Fischgeruch-Syndrom 85 Fälschung 213, 221 Fischöle 123 – von Kunstwerken 213 Flavonoide 122 f. Farben (Kosmetika) 230 Flunitrazepam 100 Farben (Lebensmittel) 230 Fluorapatit 29, 31 Farben (Malerei) 197 ff, 203, Fluoreszenz 183 205, 207 f., 225 Fluorether 25 – Blau 203 Fluorid 28, 32 – Braun 208 – in Zahncreme 32 – Gelb 205 Fluorkohlenwasserstoffe 231 – Giftigkeit 225 Flüssigkeitschromatographie – Grün 207 212 – Rot 199 Flüssigkristalle 147, 153 – Schwarz 208 – in Fensterscheiben 153 – Violett 207 – in Solarzellen 147 – Weiß 208 Formgedächtnis 160 328

Fresko 211, 219 – Konservierung 219 – Restaurierung 219 Fresnel-Linsen 147 Fructo-Oligosaccharide 127 Fructose (Fruchtzucker) 108 f., 233 Fuller, Roy 126 Functional Food 120

217 Gentobiose 108 Geruch 189 Geruchsvertilger 189 f. Geruchssinn 74 Geschirrspüler 185,188 – Umweltaspekte 188 Geschirrspülmittel 186 – Zusammensetzung 186 GHB, siehe Gammag Hydroxybuttersäure Gibson, Glenn 127 Galacto-Oligosaccharide 127 Glas 151 ff. Galactose 233 – Durchlässigkeit für Wärme Gallium 165 152 Galliumarsenid 144, 162 – Herstellung 151 Galliumnitrid (GaN) 161 ff. – selbst abdunkelndes 153 – Baufehler 164 – selbst reinigendes 153 – Eigenschaften 163 Glasgefäße 186 – Herstellung 164 Glaskorrosion 186 – Nanodrähte 165 Globo-H 62 Glucosamin 57, Gamma-Hydroxybuttersäure 242 100 Glucose (Traubenzucker) 61, Gamma-Hydroxybutyrat 231 108 f. Gaschromatographie plus Mas- Glycerin 28, 242 senspektrometrie 212 glykämischer Index 106 Gasdurchlässige Polymere 231 Glykogen 108, 110 Gatorade in Gelée Royale 105 Glykoprotein 233 Gemälde 196 f. Glyx-Diät 106 – Alterung 197 Goapulver 42 – chemische Analyse 196 Goldcyanid 49 Gemälde, siehe Ölgemälde Gonzales, Eva 221 Gemälderestaurierung 213, Goya, Francisco de 225 329

Granatapfelsaft 123 Grätzel-Zelle 146 Gregor, William 156 Grundfarben 197 grüne Chemie 192 Grünspan 207 Guimet, Jean Baptiste 204 h

Haaranalyse 232 Haarausfall 16 f. – Ursachen 17 Haarfarbe 11 Haarfärbemittel 10 ff., 16 – »natürliche« 16 Haarfollikel 17 Haartönung 11 – auswaschbare 11 – semipermanente 11 Haarwuchsmittel 18 – historische 18 – moderne 18 ff. Habaneros 131 Haemophilus influenza 63 Hahenmann, Samuel 70 Halbleiter 143, 146,161 – organische 146 Halbleiterkontakt 143 Halothan 68, 228, 242 Harnstoff 232 Harnstoffperoxid 30, 232 harte, gasdurchlässige Linsen

24 hartes Wasser 180 Haut 41 – Aufbau 41 Hautkrankheiten 40 ff., 46 Heilmittel 41 – Therapie 41 ff. – Therapie mit Cortison 46 Heliobacter pylori 126 HEMA 23 Henna 16 Heparin 60 Herz-Kreislauf-Erkrankung 123 – Vorbeugung 123 Hexachlorophen 89 Höhlenmalerei 205 Holbein, Hans 199, 221 Homöopathie 70 f. Hormone 42 Hunter, M. A. 156 Hydrocortison 46 f. Hydrogel 24 Hydroxylapatit 29 Hydroxylapatit-Nanopartikel 32 i

Ilmenit 156 Impfstoff 63, 115 – auf Kohlehydratbasis 63 Konservierung mit Trehalose 115

330

Indigo 16, 203 Indium 167 Indiumphosphid 144 Infliximab 57 Infrarotreflektographie 213 Infrarotspektroskopie 214 Iod 115 ff. – in Nahrungsmitteln 118 – Produktion 119 Iodat in Speisesalz 117 Iodbedarf der Weltbevölkerung 116 Iodid 116 Iodid in Speisesalz 116 Iod-Isotope 119 f. Iodkreislauf 119 Iodmangel 117 Iodmangelkrankheit 115 ff. Iodtinktur 118 Iodzinnober 202 Ionenaustauscher 186 Isoflavone 122 f. Isofluran 68, 228, 242 Isomaltose 108 Isopren 233 isotonisches Getränk in Isotretinoin 44, 232, 242 Isovaleriansäure 190 j

Jessen, George 23 Joni, Icilio Federico 224

k

Kalk im Wasser 180 Kalorie 5 kanzerogen 13 Kardinal Richelieu 210 Kardinalrot 201 Karies 27 Karmin 199, 201 Karminsäure 201 Kartoffelprodukte 135 – Acrylamidgehalt 135 kationische Tenside 176, 184 Kaugummi 31 – zur Zahnpflege 31 Keils, Buch von 204 Keratin 17, 232 Kermesrot 199, 201 Kermessäure 201, 242 Kermesschildläuse 199 Ketamin 100 Klarspüler 188 Klemm, Dieter 64 Knoblauch 123, 133 kohlenhydratarme Diät 107 Kohlenhydratchemie 61 Kohlenhydrate 58 ff, 64,105 ff, 127, 233 – als Impfstoffe 61 – bakterielle 64 – Biochemie 107 – biologische Funktionen 60 – Stoffwechsel 109

331

– und Übergewicht 106 – unverdauliche 127 – Verdauung 109 kohlenhydratfreie Diät 106 kohlenhydratreiche Diät 107 Kohlenstoff-Nanostrukturen 144 Kohlenteer 42 Kolophonium 34 Komedonen 41 Kondom 91 ff. 96 – aus Gummi 93 – aus Naturlatex 93 – aus Polyurethan 94 – aus Styrol-EhtylenButylen-Styrol 96 – Gefahren 96 – Kulturgeschichte 91 – Schafsdarm 92, 94 konjugierte Linolsäure 123 Konservierung von Gemälden 214 Konservierungsmittel für Kosmetika 81 Konservierungsstoff 28, 235 – in Zahncreme 28 Kontaktakne 43 Kontaktlinsen 21 ff, 231 – Eigenschaften 22 – Erfindung 21 f. – Ersatz 23 – gasdurchlässige 23 – harte 24

– HEMA 23 – mit Silikon 24 – PMMA 23 – Typen 21 – Wegwerflinsen 26 Konzentrator-Photovoltaik 147 Korkbaum 206 Körpergerüche 114 – alter Menschen 114 Kosmetika 37, 230 – natürliche 37 Kosmetikfarbstoff 230 k.o.-Tropfen 99 Krapp 199 f. Krapplack 200 Krebs 13 ff, 62, 90, 96, 133 – durch Haarfärbemittel 13 ff. – durch Kondome 96 – durch Organochlorverbindungen 90 – Impfung 62 – Therapie mit Curcumin 133 Kretinismus 115 Kricinoleat 191 Kristallblaufehler 164 Kroll-Prozess 15 Kröpf 116 Kunstfälschungen 221 künstlicher Fingernagel 34, 36 Kupfercarbonat 207 Kupfer-Indium-Diselenid 144

332

Kupfer-Indium-GalliumDiselenid 145 Kupferphythalocyanin 205,207 Kupfersilikat 203 Kuren 18 Kwon, Ho Jeong 133

Lebensmittelchemie 134 Lebensmittelfarbstoff 230 Lecanora-Flechte 113 Leinsamen 124 Leuchtdioden (LED) 161 f. – blaue 162 – weiße 162 l Leukämie 13 Ley, Steve 62 Lachgas 65, 68, 228 Licht 234 Lack 198 Liebig, Justus v. 99 Lackrot 200 Lim, Drahoslav 23 Lackschildlaus 200 Linolsäure 123 Lactobacillus 125 – konjugierte 123 Lactoferrin 128 Liothyronin 117 Lactose 233 Lipase 173 Lactulose 127, 242 Loniten 19 Lampenschwarz 208 Lucite 22 Landbau, organischer 104 Lufterfrischer 189 Lanolin 41 Lungen 175 Lapislazuli 203 Lungenreife bei Neugeborenen Laser, blauer 162 175 laserinduzierte Breakdown- Lycopin 123 Spektroskopie 214 Lycra 95 Latex 233 – allergie 94 Laurethsulfat 242 m Lauryldiglykosid 193 Laurylsulfat 243 MacMillan, David 62 Lawson 16 Maini, Ravinder 48 LDL (Low Density Lipoprote- Malachit 207 in) 122 Malaria 133 Lebensmitel 230 – Impfstoff 63

333

Maltose 108, 233 Manganverbindungen 182 – in Waschmitteln 182 Manna in Manna-Esche 113 Mannose 108 Melanin 10 Melanocyten 10, 41 Menecrates 97 Mennige 199, 202 Menthol 132 Methacrylat-Polymere 34 Methotrexat 53 Methoxsalen 40, 48 Methylcyanoacrylat 34 Methylmercaptan 75 Metschnikow, Ilja 125 Micelle 176 Michelangelo 199, 201, 215 Mickey Finn 99 Micrococcus luteus 83 Mifegyne (RU-486) 98 Mifepriston 98 Mikroorganismen 36 Milchzuckerunverträglichkeit 125 Minoxidil 19 f. – Wirkungsmechanismus 20 Mitesser 41 Mitsuoka, Tomotari 125 Monomainoxidase 85 Monomer 236 Monosaccharid 233 Mundgeruch 75

Muscon 77 Muttermilch 127 Myocrisin 50 n

nachwachsende Rohstoffe 192 Nagel, künstlicher 34 f. Nagellack 33 Nagellackentferner 34 Nagelverlängerung 34 f. – Gefahren 35 – Hygiene 36 Nakamura, Shuji 163 Nanodraht 165 Nanopartikel 154 Nanotechnologie 154, 165 Nanoteilchen 32 – in Zahncreme 3 Nardo di Cione 202 Narkolepsie 231 Narkose 65 ff. Narkosemittel 65 ff., 228 – Anforderungen 67 – halogenhaltige 67 Natriumchlorid 81 Natriumlaurethsulfat 80 Natriumlaurylsulfat 28, 80 f., 176, 234 – Gefahren 80 – in Zahncreme 28 Natriumtripolyphosphat 179 Naturkosmetik 37

334

natürliche Haarfarben 16 optische Aufheller 183 natürliche Inhaltsstoffe 37 Organochlorverbindung 90 Neurodermitis 45 – Krebsrisiko 90 Neurotransmitter 231 Osteoarthritis 50 nichtionische Tenside 177, 187 Överhogdal 202 Nickel 45 – Wandbehänge 202 Nickelallergie 45 p Nitinol 160 Nitrocellulose 34 Papyris 223 Nobile, Arthur 53 – gefälschter 223 Nofretete 203 Paraben 37, 81, 88, 228, 235 Nonoxynol-9 235 Paraphenylendiamin, siehe Norgestrel 98 PPD Northrup, Alan 62 Pektin 109 Nozizeptor 131 Penicillamin 53 NSAID 52 Pentoxifyllin 59 Perborat 173, 181 o Percarbonat 181, 187 Oberflächenspannung 176 Perkins, William 208 Ocker 208 Persil 173 Ockergelb 205 Perspex 22 Öl (Malerei) 209 Pfefferspray 133 Ölgemälde 211, 214 f., 217, Pflanzenschutzmittel 133 221 Phäomelanin 10 – Analyse 211 Pheromone 76 f. – Fälschung 221 – beim Menschen 77 – Farbveränderungen 215 Phosphat in Waschmittel 179 – Konservierung 214 Photosynthèse 138 – Restaurierung 217 photovoltaische Zelle 139 Oligosaccharide 127, 233 photovoltaischer Effekt 142 Omega-3-Fettsäuren 124 pH-Wert 235 Opperment 205 Phytosterole 122

335

Pickel 43 Pigmente 198 Pimecrolimus 46 Placebo-Effekt 70 Plaque-Psoriasis 47 Plexiglas 22 PMMA 23 – Kontaktlinsen 23 Poly(methylmethacrylat), siehe PMMA Poly(vinylacetat) 218 Poly(vinylpyrrolidon) 237 Polyacrylnitril 227 Polyethylen 236 Polymer 236 Polystyrol 227 Polyurethan 94 Polyvinylchlorid 236 Polyvinylpyrrolidon 25, 181 Poussin, Nicolas 210 PowerGlaz 151 PPD 12 f. – Herstellung 13 prebiotisch 124, 127 Prednisolon 53 Preti, George 77 Preußisch Blau 204 Prexige 57 Priestly, Joseph 65 probiotisch 124, 126 Progesteron 98 Promethium 137 Pronyl-Lysin 129

Propecia 18 Propionibacterium acnes 43 Proscar 18 Prostaglandine 54 Protease 173 Protease-Enzyme 173 Psoriasis, siehe Schuppenflechte Psychotherapie 70 Purpur in 200 Purpur 207, 243 Purpurschnecke 207 Putzkörper 28 Pyrogallol 16 q

Quecksilbervergiftung 225 Quimi-Hib 63 r

Radikale 122 Radikalfànger 122 Raman-Spektroskopie 214, 223 Rauchmelder 138 Raumspray 189 Regaine 18 f. Reinigungsmittel 192 Renoir, Auguste 225 Restauration 196 Resveratrol 123 Reynolds, Sir Joshua 216

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Ricin 61 Rofecoxib 54 Rohypnol 100 f. Roll-on 88 Römische Villen 198 Röntgenfluoreszenzanalyse 212 Rotaviren 126 Rotholz 199 RU-486 98 Rubens, Peter Paul 207 Ruthenium 146 Rutil 156 s

Saccharose 105, 109, 233, 243 Saccharoseester 193 Safran 129 Salicylsäure 43, 228 Salz, iodiertes 119 Saponin 172 Schadenersatz 56 Schafsdarm 94 Schärfegrad 130 – Bewertung 130 Schaumregulatoren 174, 177 Schellack 200, 224 Schilddrüse 117 f. – Unterfunktion 118 Schlussfirnis 218 Schmerztherapie 54 Schueller, Eugène 10 Schumann, Dieter 64

Schuppenflechte 40, 42, 47 ff. – Therapie 42 – Ursache 48 Schwangerschaftsabbruch (RU-486) 98 Schwefelatome 75 Schwefelverbindungen 75, 238 – Geruch 75 Schweiß 75, 83 f. – Geruch 75 – Zusammensetzung 83 f. Schweißdrüsen 41, 83 Schweißhemmer 82 Schweppe, Helmut 212 Scoville, Wilbur 130 Scoville-Einheit 131 Scratch-and-Sniff-Karten 78 Sebum 41, 79,173 Seife 79, 172 f. – in der Antike 172 Seifenkraut 172 Sensodyne 32 Sevofluran 68, 228 Sexuallockstoffe 76 Shirota, Minora 125 Silicium 142 ff. – amorphes 145 – Solarzellen 142 – ultrareines 143 Siliciumdioxid 28 Silikone 24, 238 Silikonöl 178 Sitostanolester 122

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Sixtinische Kapelle 215 Skatol 75, 190, 243 Smaragdgrün 207 Soda 172 Soja 123 Sojabohne 123 Solarenergie 150 – Kosten 150 Solarkraftanlagen 139, 141, 148 – Beispiele 141, 148 – Zuverlässigkeit 141 Solarstrom 150 Solarthermik 150 Solarzelle 138 ff, 142, 146 – Aufbau 142 – für diffuses Licht 146 –Wirkungsgrad 139, 142 Sonnenkollektoren 150 Spandex 95 Speichelzusammensetzung 31 Sportgetränk in Spülgänge 188 Squire, Balmanno 42 Staphylococcus 84 Stärke 109 Stirling-Maschine 150 Strontium 32 Strontiumchromat 206 Styrol-Ehtylen-Butylen-Styrol 96 Suckling, Charles 67 Sulfasalazin 53 Surfactant 175

Süßstoffe in Zahncreme 28 Synthesekautschuk 227 synthetischen Zahnschmelz 32 t

Tacalcitol 42 Tacrolimus 46 TAED 182, 243 Talgdrüsen 41 Tartrazin 231 Technetium 137 Teebaumöl 81 Teercremes 47 Teerfarbstoffe 208 TEG 243 Temperatur 181 Tenside 80 f., 174 ff, 185,187 f., 192 – amphotere 81 – anionische 176 – antibakterielle Wirkung 185 – Aufbau 175 – aus Pflanzenstoffen 192 – Bleichmittel 187 f. – für Kosmetika 80 f. – in Geschirrspülmittel 187 – natürliche 175 – nichtionische 81 – schaumarme 187 – selbstaktivierende 188 – Verwendung 177

338

Testosteron 17 Thénard, Louis 205 Thermometer 132 – körpereigenes 132 Thyroxin 117 Titan 154 ff. – als Baumaterial 159 – Eigenschaften 155, 157 f. – Gewinnung 156 f., 158 f. – in der Chirurgie 155 – Industrieprozess 157 ff. Titancarbid 156, 160 Titandioxid 153, 155, 159 f., 209 – auf Fensterglas 153 – Herstellung 160 – Verwendung 159 Titanenwurz 75 Titannitrid 156, 161 TNF-Blocker 57 Trehalose 108, 111 ff., 114 f., 243 – in der Pharmaindustrie 115 – in Kosmetika 114 – Lebensmitteltechnologie 113 f. – Treibgas 82 Triclosan 43, 89 f., 238, 243 – Gefahren 90 Triethylenglykol 190, 243 Trimethylamin 85 Trockenei 114 Trockenheit 113

– Widerstand gegen 113 Trüffel 75 Tubuli 32 Tumor 133 Tumornekrosefaktor 48, 57 Turquet de Mayerne, Theodore 209 T-Zellen 46, 238

u

Übergewicht 106 Ultramarin 196, 203 f. – synthetisches 204 Umbra 208 Urea 232 Urin 75 v

van Dyck, Anthonis 199 van Gogh, Vincent 225 van Meegeren, Han 222 van Reymerswalde, Marinus 213 Vane, John 54 Velaquez, Diego 199 Veneers 31 Verdickungsmittel 28 Verfärbung 29 Vergrauungsinhibitoren 174, 180

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Vermeer, Johannes 222 Vermillon 198 f., 202 Vioxx 54 ff. – Nebenwirkungen 55 – Schadensersatzklagen 56 Vitamin A 122 Vitamin D 42, 47 – gegen Schuppenflechte 48 Vitamin-A-Säure 232 Vitiligo 40 Vomeronasalorgan 78 VRI (Geschmacksrezeptor) 131 Vulkanisieren 234

– in Haarfarben 11 – in Zahnweißer 29 – Kontaktlinsenreiniger 24 Wasserverschmutzung 179 Waterloo-Gebisse 27 Wegwerflinsen 26 weiches Wasser 180 Weichspüler 184 Weißmacher 183 Wesley, Newton 23 Wessel, Gary 60 Wichterle, Otto 23 Williamson, Crawford 66 Wirkungsgrad 139 Wysocki, Charles 77

w

Wafers 143 Wandgemälde 198 Wärmemenge 152 Warmwasser 150 – bereitung 150 Waschmittel 171, 174, 192 – aus nachwachsenden Rohstoffen 192 – Inhaltsstoffe 174 Waschtemperatur 181 Wasserhärte 79, 178, 180 – Entkalker 178 – Builder 174 Wasserstoffperoxid 11, 24, 29, 182, 232, 239 – im Waschmittel 182

x

Xenon 69 – als Narkosemittel 69 y

Yakult 125 z

Zahnbürste 28 Zahncreme 28 Zähne 29 – Bleichen 29 – Verfärbung 29

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Zahnersatz 27 Zahnmedizin 26 – Geschichte 26 Zahnpulver 28 Zahnschmelz 29, 32 – synthetischer 32 Zahnweißer 29 f. – Risiken 30 – Zellerkennung 108 Zeolithe 178 f. – in Waschmitteln 178 f. Zinkoxid 89

Zinksalze 186 – im Geschirrspülmittel 186 Zinnober 199 Zirconiumhydroxid 86 Zitronengelb 206 Zucker, siehe. Saccharose, Glucose Zulassungsverfahren für Medikamente 239 Zusatzstoffe (Lebensmittel) 104 Zwiebel 123, 133

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