Arznei- und Schadstoffe

Bariumsulfat als Röntgenkontrastmittel

Warum schwerlösliches Bariumsulfat den Magen-Darm-Trakt im Röntgenbild sichtbar macht und lösliche Barium- und Schwermetallsalze dafür nicht taugen.

Prüfungsrelevanz: relevant ✓ gelesen
Das Wichtigste in Kürze5 Punkte
  • Ein Röntgenkontrastmittel ist ein Diagnostikum, das Strahlung anders absorbiert als das Gewebe. \(\ce{BaSO4}\) wird peroral für den Magen-Darm-Trakt eingesetzt.
  • Die Röntgenabsorption steigt etwa mit \(Z^3\) bis \(Z^4\). Den Kontrast liefert das schwere Bariumatom (\(Z\) = 56).
  • Verwendbar ist \(\ce{BaSO4}\), weil es in Wasser und Säuren schwer löslich ist. Es wirkt nicht über gelöste Ionen.
  • Wasserlösliche Bariumsalze wie \(\ce{BaCl2}\) sind giftig, weil freies \(\ce{Ba^2+}\) resorbiert wird.
  • \(\ce{BaCO3}\) löst sich in Magensäure zu \(\ce{BaCl2}\) und ist als orales Kontrastmittel ungeeignet. Auch \(\ce{Pb(OAc)2}\), \(\ce{CuSO4}\), \(\ce{HgCl2}\) und \(\ce{SrCO3}\) dienen nicht als Kontrastmittel.

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Worum es geht

Weichgewebe ist im Röntgenbild kaum zu unterscheiden. Ein geschluckter Bariumsulfat-Brei macht Speiseröhre, Magen und Darm sichtbar. Die Eignung lässt sich aus zwei Eigenschaften ableiten: einem schweren Atom und extremer Schwerlöslichkeit.

Prinzip der Röntgenkontrastierung

Röntgenstrahlung wird umso stärker absorbiert, je höher die Ordnungszahl \(Z\) der durchstrahlten Atome ist. Die Absorption pro Atom steigt etwa mit \(Z^3\) bis \(Z^4\). Weichgewebe besteht fast nur aus leichten Elementen wie H, C und O. Es lässt die Strahlung weitgehend durch und erscheint dunkel.

Diagramm mit Balken für Wasserstoff, Kohlenstoff, Sauerstoff, Calcium, Iod und Barium, deren Höhe mit der Ordnungszahl stark zunimmt.

Die Röntgenabsorption steigt steil mit der Ordnungszahl: Barium schwächt Strahlung um Größenordnungen stärker als die leichten Elemente des Weichgewebes.

Wie die Abbildung zeigt, liegt Barium (\(Z\) = 56) weit über Calcium und sogar knapp über Iod. Ein Stoff mit vielen Bariumatomen hebt ein Hohlorgan deshalb hell vom Umgebungsgewebe ab.

📖 Definition: Röntgenkontrastmittel

Ein Röntgenkontrastmittel ist ein Diagnostikum, das Strahlung deutlich stärker oder schwächer absorbiert als das umgebende Gewebe und so Organe im Röntgenbild sichtbar macht.

Ein orales Kontrastmittel muss also schwere Atome enthalten. Es darf aber auf dem Weg durch den Verdauungstrakt nicht resorbiert werden. Das gilt auch im sauren Magen bei pH 1 bis 2.

Eignung von Bariumsulfat

Bariumsulfat, \(\ce{BaSO4}\), wird peroral als Suspension gegeben und dient als Röntgenkontrastmittel für den Magen-Darm-Trakt. Den Kontrast erzeugt das große Bariumatom mit seiner hohen Elektronenzahl. Ob Barium gelöst oder im Kristall gebunden vorliegt, spielt für die Absorption keine Rolle.

Die Verwendung ist nur möglich, weil \(\ce{BaSO4}\) in Wasser und in Säuren schwer löslich ist. Sein Löslichkeitsprodukt liegt bei etwa \(10^{-10}\) mol²/L². Sulfat ist das Anion einer starken Säure und damit eine sehr schwache Base. Die Magensäure kann es deshalb kaum protonieren und das Salz nicht auflösen. Das Pulver passiert den Darm unverändert und wird ausgeschieden. Mehr zur Löslichkeit der Erdalkalisulfate steht an anderer Stelle.

🎯 Examensrelevant: Begründung der Eignung

Wird im Examen gerne gefragt: Die Kontrastwirkung kommt vom schweren Bariumatom, die Verwendbarkeit von der Schwerlöslichkeit in Wasser und Säuren. Die Eignung beruht gerade nicht auf einer Dissoziation in Ionen, denn gelöstes \(\ce{Ba^2+}\) wäre giftig.

Ungeeignete Salze

Wasserlösliche Bariumsalze sind giftig. Freies \(\ce{Ba^2+}\) wird resorbiert, blockiert Kaliumkanäle und führt zu Hypokaliämie, Muskellähmung und Herzrhythmusstörungen. Bariumchlorid scheidet daher als Diagnostikum aus.

Tückischer ist Bariumcarbonat. In Wasser ist es wie \(\ce{BaSO4}\) schwer löslich. Carbonat ist aber eine Base, und die Salzsäure des Magens löst es unter Gasentwicklung:

\[\ce{BaCO3 + 2 HCl -> BaCl2 + H2O + CO2 ^}\]

Zwei mal zwei Reagenzgläser: Bariumsulfat und Bariumcarbonat jeweils in Wasser und in Salzsäure; nur Bariumcarbonat in Salzsäure löst sich unter Gasblasen.

In Wasser sind beide schwer löslich, in Magensäure trennt sich ihr Schicksal: Bariumcarbonat setzt giftiges Ba²⁺ frei, Bariumsulfat bleibt ungelöst.
⚠️ Achtung: Sulfat statt Carbonat

Die Namen klingen ähnlich, die Wirkung ist gegensätzlich. Bariumcarbonat setzt im Magen giftiges \(\ce{Ba^2+}\) frei und ist als perorales Kontrastmittel ungeeignet.

Auch andere Salze werden nicht oral als Kontrastmittel oder Diagnostikum verwendet. Sie sind entweder löslich und giftig oder lösen sich in Säure.

Salz Grund der Untauglichkeit
\(\ce{BaCl2}\) gut wasserlöslich, giftiges \(\ce{Ba^2+}\)
\(\ce{BaCrO4}\) säurelöslich, \(\ce{Ba^2+}\) und Chromat toxisch
\(\ce{Pb(OAc)2}\) lösliches Bleisalz, Schwermetallgift
\(\ce{CuSO4}\) lösliches Kupfersalz, Brechmittel und Gift
\(\ce{HgCl2}\) lösliches Quecksilbersalz, stark giftig
\(\ce{SrCO3}\) löst sich in Magensäure, Strontium leichter als Barium

Bei Vergiftungen mit löslichen Bariumsalzen gibt man übrigens Natrium- oder Magnesiumsulfat. Es fällt das Barium als unlösliches \(\ce{BaSO4}\) aus.

Quiz

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Aussage 1

Bariumsulfat ist sowohl in Wasser als auch in Säuren schwer löslich und kann deshalb peroral als Röntgenkontrastmittel gegeben werden.

Die Schwerlöslichkeit auch in Magensäure verhindert die Resorption von giftigem \(\ce{Ba^2+}\).

Aussage 2

Bariumcarbonat ist wie Bariumsulfat in Wasser schwer löslich und deshalb ebenfalls als orales Röntgenkontrastmittel geeignet.

\(\ce{BaCO3}\) löst sich in der Salzsäure des Magens unter \(\ce{CO2}\)-Entwicklung zu giftigem \(\ce{BaCl2}\) und ist daher ungeeignet.

Aussage 3

Die Kontrastwirkung von Bariumsulfat beruht darauf, dass es im Magen in \(\ce{Ba^2+}\)- und \(\ce{SO4^2-}\)-Ionen dissoziiert.

Den Kontrast erzeugt das schwere Bariumatom im ungelösten Feststoff. Gelöstes \(\ce{Ba^2+}\) wäre giftig, verwendbar ist \(\ce{BaSO4}\) gerade wegen seiner Schwerlöslichkeit.

Aussage 4

Wasserlösliche Bariumsalze wie Bariumchlorid sind giftig.

Freies \(\ce{Ba^2+}\) wird resorbiert und blockiert unter anderem Kaliumkanäle.

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