Methanolkonzentrationen im Serum nach dem Verzehr von Birnen

Im Zusammenhang mit dem Führen eines Kraftfahrzeugs unter dem fraglichen Einfluss von Alkohol erfolgt nicht selten die Einlassung, dass alkoholische Getränke erst nach dem Ereignis (Trunkenheitsfahrt, ggf. Verkehrsunfall) aufgenommen wurden („Nachtrunkbehauptung“). Zusätzlich zu der rechnerischen Alkoholbilanzierung unter Verwendung der bereits 1932 von Widmark entwickelten Formel [29] kann eine Analyse von Begleitalkoholen in Blut- bzw. Serumproben ein geeignetes Werkzeug für eine Plausibilitätsprüfung solcher Behauptungen darstellen. Der Vergleich des qualitativen Begleitalkoholmusters und der Vergleich von quantitativ im Serum bestimmten Begleitalkoholkonzentrationen mit theoretischen Erwartungswerten auf Grundlage der von Bonte entwickelten Tabellen und Formeln [3] ist in dieser Hinsicht oft hilfreich. Die Konzentration von Methanol im Serum kann aufgrund der im Folgenden beschriebenen Zusammenhänge zudem Rückschlüsse auf die Dauer der Phase einer relevanten Alkoholisierung zulassen.

Begleitalkohole wie Methanol werden im menschlichen Körper, analog zu Trinkalkohol (Ethanol), hauptsächlich im Darm resorbiert, in das Körperwasser verteilt und ganz überwiegend in der Leber verstoffwechselt. Im Gegensatz zu anderen Begleitalkoholen wird Methanol nicht nur exogen aufgenommen: Geringe Mengen an Methanol werden endogen im menschlichen Körper gebildet, woraus eine individuelle physiologische Blut- bzw. Serumkonzentration resultiert. Bereits 1963 wurde der Nachweis von Methanol in der Atemluft ethanolnüchterner, gesunder Menschen beschrieben, wobei die Autoren eine stoffwechselbedingte Entstehung des Methanols als deutlich wahrscheinlicher einschätzten als eine bakteriologische Bildung [6].

Ebenso wie Ethanol stellt Methanol ein Substrat für die hepatische Alkoholdehydrogenase (ADH) dar, wobei die Elimination von Methanol grundsätzlich einer Kinetik erster Ordnung mit einer Halbwertzeit von 1,2 bis 3,3 h folgt [12]. Die ADH weist jedoch eine etwa 10fach niedrigere Affinität zu Methanol im Vergleich mit Ethanol auf [21]. Dies hat zur Folge, dass unter Ethanolbelastungen oberhalb von etwa 0,2 ‰ die ADH vollständig mit dem bevorzugt metabolisierten Substrat Ethanol gesättigt ist und Methanol nicht mehr relevant verstoffwechselt werden kann [13].

Methanol kommt unter den Begleitalkoholen insofern eine besondere Bedeutung zu, da unter relevanter Belastung mit Ethanol die Serummethanolkonzentration durch die endogene Bildung auch dann ansteigt, wenn keine alkoholischen Getränke mehr konsumiert werden [15]. Aufgrund der oben genannten, deutlich niedrigeren Affinität der ADH zu Methanol steigt die Serummethanolkonzentration auch nach der Beendigung der Aufnahme alkoholischer Getränke noch an, solange eine Ethanolbelastung oberhalb von 0,2 ‰ gegeben ist. Dies kann zum einen eine Einschätzung der zeitlichen Dauer der Trinkphase ermöglichen und zum anderen als deutliches Indiz hinsichtlich der Ausprägung einer Alkoholgewöhnung dienen. Nach Iffland et al. [16] können Methanolblutkonzentrationen von 10 mg/l und darüber nur entstehen, wenn eine Ethanolbelastung ab 0,2 ‰ über einen Zeitraum von 30–40 h vorgelegen hat, weshalb die Methanolkonzentration im Blut einen nützlichen biochemischen Indikator für eine chronische Ethanolaufnahme im Sinne eines Alkoholabusus darstellen kann [14]. Gilg et al. stellten einen kontinuierlichen, linearen Anstieg der Methanolserumkonzentration von endogen ca. 0,5 mg/l bis auf 4 mg/l über einen Zeitraum von 10 h bei beständiger Belastung mit methanolfreiem Ethanol oberhalb von 0,3 ‰ und unter Ausschluss einer nutritiven Methanolbelastung fest [8].

In Gerichtsverfahren, bei denen es um die Beurteilung der Plausibilität von Nachtrunkbehauptungen und insbesondere um die Dauer der Trinkphase geht, erfolgt gelegentlich die Einlassung, dass Methanolserumkonzentrationen im Bereich von 10 mg/l auf den Verzehr großer Mengen an Früchten zurückzuführen wären. Ferner kann die Methanolkonzentration im Serum auch relevant hinsichtlich der Beurteilung eines fraglichen Alkoholmissbrauchs sein.

Grüner und Bilzer beschrieben bereits 1983 die Bedeutung des Methanolgehalts in Frucht- und Obstsäften im Hinblick auf die Auswertung einer Begleitstoffanalyse. Sie stellten fest, dass der Genuss von Fruchtsäften insbesondere deshalb von Bedeutung ist, weil von Säften oft höhere Volumina, gelegentlich gemischt mit alkoholischen Getränken, getrunken werden. Erhöhte bis sehr hohe Blutmethanolkonzentrationen können u. U. durch Fruchtsaft-Methanol (mit-)bedingt sein. Dabei spielen die Besonderheiten beim Methanolabbau im menschlichen Organismus eine wesentliche Rolle [9]. Im Rahmen ihrer Untersuchungen bestimmten Urban et al. [27] einen Gehalt von 105 mg/l Methanol in Birnensaft und konnten auch nach der Aufnahme von 1,4–2 l Saft (n = 10) ohne eine Belastung mit Ethanol einen geringen Anstieg der Methanolkonzentration von im Durchschnitt 0,5 mg/l feststellen, wobei hier Vollblutproben analysiert wurden. In 1997 bzw. 1994 veröffentlichten Studien wurde ein Anstieg der Methanolkonzentration in der Atemluft [18] bzw. im Blut [10] nach dem Verzehr von Früchten bzw. der Aufnahme von reinem Pektin beschrieben. Vermutlich entsteht das Methanol infolge eines bakteriellen Abbaus im Darm, so konnte ein Pektinabbau mit Freisetzung von Methanol durch Darmbakterien in vitro dargestellt werden [23]. In Einzelfällen wurde beschrieben, dass nach dem Verzehr von 750 g Birnen und 750 g Bananen bei ethanolnüchternen Personen Methanolkonzentrationen oberhalb von 10 mg/l erreicht wurden, wobei dieser Publikation wenig Details hinsichtlich des Probandenkollektivs und von konkreten Messwerten zu entnehmen sind [24].

In Rahmen der hier dargestellten Studie sollte daher unter standardisierten Bedingungen an einem – zunächst kleinen – Probandenkollektiv überprüft werden, welche maximalen Methanolkonzentrationen im Blut nach dem Verzehr von 1 kg Früchten (Birnen) erreicht werden, und zu welchem Zeitpunkt maximale Konzentrationen zu erwarten sind.

An dem Versuch nahmen 2 männliche Versuchspersonen teil (P1: 29 Jahre, Körpergewicht (KG) 80 kg, Körperlänge 186 cm, Body-Mass-Index (BMI) 23; P2: 55 Jahre, KG 83 kg, Körperlänge 178 cm, BMI 26).

Im Rahmen der Versuchsdurchführung wurde durch beide Probanden jeweils eine Menge von 1000 g nichtgeschälter Birnen (Kerngehäuse und Stiele wurden entfernt) innerhalb von 15 min verzehrt. Vor Versuchsbeginn bestand am Studientag Nahrungskarenz. Mindestens 72 h vor Versuchsbeginn wurden keine alkoholischen Getränke aufgenommen.

Nach Entnahme einer Blutprobe (Monovette 9 ml; Fa. Sarstedt, Nümbrecht, Deutschland) 15 min (P1) bzw. 10 min (P2) vor dem Birnenverzehr („Nullprobe“) erfolgte die erste Blutprobenentnahme 30 min nach Beginn bzw. 15 min nach Beendigung des Birnenverzehrs bei P1 und 35 min nach Beginn und 20 min nach Beendigung bei P2. Die nächste Blutprobenennahme erfolgte nach weiteren 25 min, die darauf folgenden Entnahmen erfolgten in einem Turnus von 30 min über 3 h und im Abstand von 60 min in einem Gesamtzeitraum von etwa 8 h nach Beendigung des Birnenverzehrs (Tab. 1). Nach Abschluss des Versuchs wurden die Blutproben zentrifugiert und der Serumüberstand abgenommen. Die Serumproben wurden bis zur Analyse gasdicht verschlossen bei −20 °C gelagert. In allen Proben wurde jeweils die Konzentration von Ethanol und Methanol bestimmt.

Die Begleitstoffanalyse erfolgte auf einem Gaschromatographen Clarus 500 Trap (ZB-624 Kapillarsäule (Länge 60 m, ID 0,32 mm, Filmdicke 1,8 μm), Flammenionisationsdetektor (FID), Probengeber TurboMatrix 110 Trap (Fa. Perkin-Elmer, Rodgau, Deutschland)) unter Anwendung des folgenden Temperaturgradienten: 50 °C Plateau über 10 min, anschließend mit 5 °C/min bis 100 °C heizen, 100 °C Plateau über 4 min, mit 20 °C/min bis 200 °C heizen, 200 °C Plateau über 4 min, 2 min Abkühlphase und Equilibrierzeit [28].

Eine Serumprobe (200 µl) wurde mit 50 μl tertiärem Butanol (5 mg/l in Aqua dest., interner Standard) und 0,2 g Na₂SO₄ (wasserfrei) (Fa. Merck, Darmstadt, Deutschland) in ein Head-Space-Röhrchen gegeben und mit einem Septum und einer Aluminiumkappe gasdicht verschlossen. Eine Leerprobe (100 μl Aqua dest., ohne internen Standard) und die Qualitätskontrollproben (Medidrug® BGS Level 5, BGS Level 4 (Fa. Medichem, Steinenbronn, Deutschland)) wurden in analoger Weise vorbereitet.

Für die Kalibration wurden 7 Konzentrationslevel aus einer Stammlösung (Aceton und Methanol 2000 mg/l, Isopropanol 400 mg/l, 2‑Butanon, n‑Propanol, 2‑Butanol, 1‑Butanol, Isobutanol, 2‑Methyl-1-Butanol, 3‑Methyl-1-Butanol und Acetaldehyd jeweils 200 mg/l) hergestellt (tertiär Butanol, Aceton, Butanon (Ethyl-Methyl-Keton), Isopropanol, n‑Propanol, 1‑Butanol, 2‑Butanol, Isobutanol und 3‑Methyl-1-Butanol (zur Analyse), 2‑Methyl-1-Butanol (zur Synthese) (Fa. Merck, Darmstadt, Deutschland), Acetaldehyd (wasserfrei) (zur Analyse) (Fa. Sigma-Aldrich, Darmstadt, Deutschland)). Die unteren Nachweis- und Bestimmungsgrenzen dieser Methode wurden entsprechend den Richtlinien der GTFCh [26] unter Verwendung des Programms Valistat (Valistat Version 2.0, Fa. Arvecon, Walldorf, Deutschland) ermittelt und liegen für Methanol bei 0,025 mg/l bzw. 0,05 mg/l. Die Konzentrationen der Kalibratoren für Methanol lauten wie folgt [mg/l]: 0,5; 1; 2; 5; 10; 20; 40.

Die Bestimmungen der Blutalkoholkonzentration (BAK) wurden auf einem Gaschromatographen AutoSystem (DB‑1 Kapillarsäule (Länge 30 m, ID 0,32 mm, Filmdicke 5 μm), Flammenionisationsdetektor (FID), Probengeber HS 40 (Fa. Perkin-Elmer, Rodgau, Deutschland)), entsprechend einem akkreditierten Verfahren [1] durchgeführt (untere Nachweisgrenze 0,05 ‰, untere Bestimmungsgrenze 0,10 ‰).

Die Auswertung der Resultate erfolgte mittels der Software TotalChrom (Fa. Perkin Elmer, Shelton, CT, USA). Alle bestimmten Konzentrationen wurden auf zwei signifikante Stellen geschnitten.

Verarbeitet wurden 2300 g handelsüblicher Birnen aus biologischer Erzeugung, davon wurden jeweils 1000 g verzehrt.

Im Blutserum der Probanden wurden in den vor dem Birnenverzehr entnommenen Blutserumproben (Nullproben) Methanolkonzentrationen von 0,8 mg/l (P1) bzw. 0,9 mg/l (P2) bestimmt. Bei beiden Probanden zeigte sich im weiteren Verlauf ein kontinuierlicher Anstieg der Methanolkonzentration bis zum Erreichen eines Maximums in Höhe von 2,5 mg/l 95 min nach dem Ende der Verzehrphase (P1) bzw. von 3,0 mg/l nach 160 min (P2). Während des weiteren Versuchszeitraums kam es zunächst im Trend zu einem Abfall der Konzentrationen bei beiden Probanden. Nach einem Zeitraum von 365 min (P1) bzw. 370 min (P2) war ein erneuter Anstieg der Konzentrationen, welcher den vorherigen Maximalwert jedoch nicht erreichte, zu beobachten. Bei Versuchsteilnehmer P1 kam es in der Schlussphase des Versuchs zwischen Minute 425 und Minute 485 zu einem erneuten Anstieg der Serumkonzentration, während bei Teilnehmer P2 ein kontinuierlicher Abfall ab Minute 365 zu beobachten war (Tab. 1 und Abb. 1). Ethanol konnte in keiner der untersuchten Proben nachgewiesen werden.

Endogene Konzentrationen an Methanol im menschlichen Blutserum wurden bereits Mitte der 1970er-Jahre in der Fachliteratur mit einer Konzentration von etwa 1 mg/l beschrieben [20]. In einer umfangreicheren Studie wurden endogene Methanolkonzentrationen bei nichtalkoholkranken Menschen (n = 230) von 0,86 ± 0,76 mg/kgKG bestimmt; nur bei 5 Personen lag die Konzentration über 2 mg/kgKG [17]. In einer weiteren Studie konnten Methanolkonzentrationen im Serum von 0,95 ± 0,45 mg/l (n = 511) gemessen werden. Hier lagen die Konzentrationen bei 3 Personen mit 6–13,5 mg/l auffallend hoch [7]. Die in dieser Studie in den Nullproben bestimmten endogenen Konzentrationen liegen innerhalb dieser Bereiche.

Der Ursprung des endogenen Methanols im menschlichen Körper ist nicht vollständig geklärt. In dem Science-Artikel von Eriksen und Kulkarni aus dem Jahr 1963 [6] wurde ein „metabolischer Prozess“ als Ursprung für das Vorhandensein von Methanol als wahrscheinlich angesehen, wobei der Ernährungsweise nur ein geringer Einfluss auf die Variation der endogenen Konzentrationen zugeschrieben wurde. Axelrod und Daly beschrieben 1965, dass endogenes Methanol in Säugetieren aus S‑Adenosylmethionin durch ein methanolbildendes Enzym in der Hypophyse gebildet wird [2]. In einer späteren Veröffentlichung wurde die Hypothese eines „Methanolreservoirs“ in sog. tiefen Körperkompartimenten formuliert [11]. Daneben wurde durch andere Autoren ein relevanter Effekt der Darmbakterien auf die Biogenese von Methanol ebenso diskutiert [22, 25], wie der Einfluss von Nahrungsmitteln, insbesondere von Früchten mit einem hohen Gehalt an Pektin [18].

Im Rahmen dieser Studie konnte ein relevanter Einfluss durch den Verzehr pektinhaltiger Früchte beobachtet werden. Der Anstieg der Methanolkonzentrationen im Serum ist deutlich höher, als jener, welcher nach dem Genuss von Fruchtsäften für Vollblut beschrieben wurde [27]. Der zeitliche Verlauf der Methanolserumkonzentrationen entspricht im Wesentlichen dem Verlauf, wie er von Stiller et al. [24] nach dem Verzehr von 750 g Bananen und 750 g Birnen (n = 3) beschrieben wurde. Auch in der Studie von Stiller konnte nach Überschreiten eines „Gipfels“ etwa 2 h nach Verzehrende über einen Zeitraum von 4 h ein deutlicher Abfall der Methanolkonzentrationen festgestellt werden. Bei einer Person seien Werte von mehr als 10 mg/l erreicht worden, konkrete Konzentrationen über den zeitlichen Verlauf sind in der Quelle jedoch nicht angegeben.

Der genaue Pektingehalt der im gegenständlichen Versuchsverlauf verzehrten Birnen wurde nicht bestimmt. Nach Date und Hansen [4] weisen Birnen, je nach Sorte und Reifegrad, einen Pektingehalt von 0,41–0,78 % des Frischgewichts auf, entsprechend wären mit 1000 g Birnen durch die Probanden jeweils minimal etwa 4,1 g und maximal 7,8 g Pektin aufgenommen worden. Unter Berücksichtigung des jeweiligen Körpergewichtes entspricht dies einer „Belastung“ mit Pektin von 0,051–0,097 g/kgKG (P1) bzw. von 0,049–0,093 g/kgKG (P2). Eine gewisse Unschärfe bei der Kalkulation des Pektingehalts ergibt sich durch das Entfernen der Kerngehäuse und der Stiele der Birnen. Die oben genannten, sehr ähnlichen Werte bezüglich der körpergewichtsbezogenen Pektinbelastung würden grundsätzlich einen ähnlichen Verlauf der resultierenden Methanolkonzentrationen im Blut erwarten lassen – wie auch experimentell festgestellt werden konnte.

Auffällig ist in der durchgeführten Studie, dass trotz einer geringfügig höheren Belastung bei P1 geringere maximale Methanolkonzentrationen im Serum erreicht wurden, welche nicht alleine durch die unterschiedlich hohen Konzentrationen in der Nullprobe erklärlich sind. Zudem kam es bei P1 in der Endphase des Untersuchungszeitraums zu einem erneuten Anstieg der Methanolkonzentration (Abb. 1). Dies deutet auf einen nicht zu vernachlässigen Einfluss interindividueller Faktoren, wie beispielsweise Mikrobiom, Alter und Körperfettanteil, hin.

Grüner et al. [10] beschreiben Methanolkonzentrationen von 4,01–22,0 mg/kgKG im Blutserum nach der Aufnahme von 40 g Pektin an einem Tag (durchschnittliche Konzentration 10,21 mg/kgKG, n = 21) und Konzentrationen von 7,40–21,73 mg/kgKG nach der täglichen Aufnahme von je 40 g Pektin über 2 Tage (n = 5). Unter Berücksichtigung des oben genannten maximalen Pektingehalts von 0,78 % würde diese tägliche Pektinaufnahme umgerechnet einem Verzehr von mindestens etwa 5 kg Birnen entsprechen, was als unrealistisch anzusehen ist.

Die im gegenständlichen Versuch erhobenen Daten weisen darauf hin, dass es nach dem Verzehr realistisch hoher Mengen an pektinhaltigem Obst bei bestehender Ethanolnüchternheit zu einem relevanten Anstieg der Serummethanolkonzentration kommt. Hinweise darauf, dass Werte, welche mit einem chronischen Alkoholabusus assoziiert sind, erreicht werden könnten, ergeben sich aus dieser Studie nicht. Resultate eines von uns vor der beschriebenen Studie durchgeführten Vorabexperiments unterstützen diese These, da nach dem Verzehr von 700 g bzw. 850 g Birnen innerhalb eines Versuchszeitraumes von 3,5 h maximale Methanolkonzentrationen von 1,2 mg/l bzw. 2,9 mg/l bestimmt wurden (n = 2, [19]).

Eine Studie mit geringen Fallzahlen kann grundsätzlich nur einen hinweisgebenden Charakter haben. Dennoch sind die hier dargestellten Ergebnisse, insbesondere unter Berücksichtigung der wenigen vorhandenen, thematisch ähnlich gelagerten Publikationen, von großer Bedeutung für die forensisch-toxikologische Beurteilung von Einlassungen, wonach hohe Methanolkonzentrationen im Blut auf den Verzehr von Früchten zurückzuführen wären. Um interindividuelle Unterschiede besser erfassen zu können, bedingt z. B. durch Geschlecht, Alter, Konstitution und Ernährungsgewohnheiten, wären Studien mit einem größeren und heterogenen Probandenpool anzustreben.