Nitrous oxide

Distickstoffmonoxid, auch als Distickstoffoxid oder Lachgas bekannt, ist ein Stickoxid mit der chemischen Formel N₂O. Bei Raumtemperatur ist es ein farbloses, nicht brennbares Gas mit einem leicht süßlichen Geruch und Geschmack. Beim Erhitzen wird es zu einem starken Oxidationsmittel, ähnlich wie molekularer Sauerstoff. Medizinisch wird es als Anästhetikum und Schmerzmittel eingesetzt, insbesondere in der Chirurgie und Zahnmedizin, und ist in der Liste der unentbehrlichen Arzneimittel der Weltgesundheitsorganisation aufgeführt. Sein Spitzname „Lachgas“ wurde von Humphry Davy geprägt und bezieht sich auf den euphorischen, kurzen Rausch, den es beim Einatmen hervorruft, was es auch zu einer Freizeitdroge mit dissoziativen Wirkungen macht. Chronischer Missbrauch kann durch Inaktivierung von Vitamin B12 zu neurologischen Schäden führen. Über die Medizin hinaus dient Distickstoffmonoxid als Oxidationsmittel in Raketentreibstoffen und Motorsportkraftstoffen sowie als Treibmittel für Schlagsahne. Umwelttechnisch ist es ein Schadstoff: Im Jahr 2020 erreichten die atmosphärischen Konzentrationen 333 Teile pro Milliarde, mit einem jährlichen Anstieg von etwa 1 ppb. Es ist ein bedeutender Zerstörer der stratosphärischen Ozonschicht, vergleichbar mit FCKW, und das drittwichtigste Treibhausgas, das erheblich zur globalen Erwärmung beiträgt. Etwa 40 % der vom Menschen verursachten Emissionen stammen aus der Landwirtschaft, wo Bodenmikroben Stickstoffdünger in Distickstoffmonoxid umwandeln. Die Reduzierung dieser Emissionen ist ein zentrales Ziel der Klimapolitik.

Das Gas wurde erstmals 1772 von dem englischen Naturphilosophen und Chemiker Joseph Priestley synthetisiert, der es als „dephlogistierte salpetrige Luft“ oder „entzündliche salpetrige Luft“ bezeichnete. Er beschrieb seine Herstellung – durch Erhitzen von mit Salpetersäure befeuchteten Eisenfeilspänen – in seinem Buch „Experiments and Observations on Different Kinds of Air“ von 1775. Die erste bedeutende medizinische Anwendung erfolgte durch Thomas Beddoes und James Watt, die gemeinsam „Considerations on the Medical Use and on the Production of Factitious Airs“ (1794) verfassten. Dieses Werk war aus zwei Gründen bedeutsam: Watt hatte eine Maschine zur Herstellung „künstlicher Luftarten“ (einschließlich Distickstoffmonoxid) und einen Atemapparat zu deren Inhalation erfunden, und Beddoes schlug vor, dass Tuberkulose und andere Lungenerkrankungen durch das Einatmen dieser Gase behandelt werden könnten. Die Maschine bestand aus drei Teilen: einem Ofen zum Verbrennen von Material, einem Wasserbehälter mit einer Spirale zur Reinigung des Gases von Verunreinigungen und einem mit einem Gasometer ausgestatteten Zylinder, von dem aus das Gas in tragbare, luftdichte Seidenbeutel überführt werden konnte. Der Atemapparat verband einen dieser Beutel über einen Schlauch mit einem Mundstück. Bis 1794 war diese Ausrüstung fertig und ebnete den Weg für klinische Studien. Diese begannen 1798, als Beddoes in Hotwells, Bristol, die Pneumatische Anstalt gründete. Im Keller produzierte eine groß angelegte Maschine unter der Aufsicht des jungen Humphry Davy Gase, der ermutigt wurde, mit neuen Gasen für Patienten zu experimentieren. Davys erste große Arbeit war die Untersuchung von Distickstoffmonoxid, veröffentlicht in „Researches, Chemical and Philosophical“ (1800). In diesem Buch vermerkte er die schmerzlindernde Wirkung des Gases (Seite 465) und sein Potenzial für den chirurgischen Einsatz (Seite 556). Er prägte auch den Namen „Lachgas“. Trotz Davys Entdeckung, dass das Einatmen von Distickstoffmonoxid Schmerzen bei wachen Menschen lindern konnte, vergingen weitere 44 Jahre, bevor Ärzte es als Anästhetikum ausprobierten. In der Zwischenzeit wurde ab 1799 der Freizeitkonsum bei „Lachgaspartys“ der britischen Oberschicht populär. Das Gas versetzt die Benutzer typischerweise in einen benommenen, verträumten und sedierten Zustand, obwohl manche Euphorie und unkontrolliertes Lachen erleben. Einer der ersten kommerziellen Produzenten in den USA war George Poe, ein Cousin des Dichters Edgar Allan Poe, der das Gas auch erstmals verflüssigte. Die erste Anwendung von Distickstoffmonoxid als Anästhetikum bei einem Patienten erfolgte am 11. Dezember 1844, als der Zahnarzt Horace Wells mit Hilfe von Gardner Quincy Colton und John Mankey Riggs die Schmerzunempfindlichkeit während einer Zahnextraktion demonstrierte. In den folgenden Wochen behandelte Wells 12 bis 15 Patienten in Hartford, Connecticut, und scheiterte nur in zwei Fällen. Trotz der Meldung dieser Ergebnisse an die medizinische Gesellschaft von Boston im Dezember 1844 wurde die Methode nicht sofort übernommen – wahrscheinlich weil Wells‘ erste öffentliche Demonstration im Januar 1845 teilweise erfolglos blieb, was Kollegen zweifeln ließ. Es kam erst 1863 in allgemeinen Gebrauch, als Colton es in seinen „Colton Dental Association“-Kliniken in New Haven und New York City einzusetzen begann. In den folgenden drei Jahren verabreichten Colton und seine Mitarbeiter es erfolgreich an mehr als 25.000 Patienten. Heute wird Distickstoffmonoxid in der Zahnmedizin als Anxiolytikum und Ergänzung zur Lokalanästhesie verwendet. Es wurde nicht als stark genug für größere Operationen in Krankenhäusern befunden, wo Diethylether zum bevorzugten Mittel wurde.