A. Buchter

Disposition of [1,2-14C] vinyl chloride in the rat

Rats were exposed to [1,2-14C] vinyl chloride in a closed system at initial concentrations below 100 ppm. When the system was occupied by 3 rats, a half-life of vinyl chloride in the systems atmosphere of 1.13 ± 0.12 h was observed. The volume of the system was 10.3 l. Calculation of the clearance of vinyl chloride from the system revealed that about 40% of inspired vinyl chloride is absorbed by lung. Therefore, changes in respiration did not influence uptake of vinyl chloride.Uptake of vinyl chloride by the rats was completely blocked by acute pretreatment with potent inhibitors of cytochrome-P-450-dependent microsomal drug metabolism (i.e., by 35 mg/kg 3-bromophenyl-4(5)-imidazole or 50 mg/kg 6-nitro-1,2,3-benzothiadiazole in 0.6 ml/kg DMSO). A weaker inhibition was observed after dosing SKF 525 A or 5,6-dimethyl-1,2,3-benzothiadiazole (50 mg/kg in 0.6 ml/kg DMSO). Metyrapone did not cause inhibition.Uptake of vinyl chloride was increased by pretreatment with DDT and, to a lesser extent, with clotrimazol. No significant stimulation of uptake was observed after pretreatment with phenobarbital, 3-methylcholanthrene, rifampicin, or chronic ethanol treatment.Immediately after exposure, highest radioactivity levels were observed in liver and kidney. The radioactive metabolites of 14C-vinyl chloride were rapidly excreted, largely by the kidneys. Excretion of radioactivity in the urine was 69.4 ± 2.6% within 24 h.ZusammenfassungIn einem geschlossenen System wurden Ratten initialen Konzentrationen an [1,2-14C] Vinylchlorid von unter 100 ppm ausgesetzt. Bei einer Besetzung des Systems durch 3 Ratten wurde in der Atmosphäre eine Halbwertszeit des gasförmigen Vinylchlorid von 1,13 ± 0,12 Std gemessen. Bei einem Volumen des Systems von 10,3 l ergab die Berechnung der Vinylchlorid Clearance, daß nur ca. 40% des von den Ratten eingeatmeten Vinylchlorid resorbiert wurde. Aus diesem Grunde führten Änderungen der Atemtätigkeit nicht zu Änderungen der Aufnahmegeschwindigkeit von Vinylchlorid.Durch sehr wirksame Inhibitoren von Cytochrom-P-450-abhängigen mikrosomalen Oxidationen (3-Bromphenyl-4(5)-imidazol und 6-Nitro-1,2,3-benzothiadiazol) konnte die Aufnahme von Vinylchlorid vollständig verhindert werden. SKF 525 A und 5,6-Dimethyl-1,2,3-benzothiadiazol waren in dieser Hinsicht weit weniger wirksam.Durch Vorbehandlung der Ratten mit DDT und, zum geringeren Maße, mit Clotrimazol wurde die Aufnahme von Vinylchlorid gesteigert. Keine signifikante Steigerung trat auf nach Vorbehandlung mit Phenobarbital, 3-Methylcholanthren, Rifampicin und nach chronischer Alkoholgabe.Unmittelbar nach Beendigung der Exposition wurden die höchsten Radioaktivitätswerte in Leber und Niere festgestellt. Die Metabolite von 14C-Vinylchlorid wurden sehr schnell ausgeschieden. Bereits nach 24 Std wurden im Urin 69,4±2,6% der inkorporierten Radioaktivität gemessen.

Liver microsomal uptake of (14C)vinyl chloride and transformation to protein alkylating metabolites in vitro.

Abstract [1,2- 14 C]Vinyl chloride gas was incubated with rat liver microsomes in an all-glass vacuum system. Microsomal uptake and irreversible protein binding of vinyl chloride radioactivity was determined. Both uptake of vinyl chloride by microsomes and alkylation of proteins by vinyl chloride metabolites were dependent on incubation time, enzymatically active microsomes, NADPH, oxygen, and the partial pressure of vinyl chloride in the atmosphere, and could be inhibited by carbon monoxide. During incubation in presence of NADPH, 10 times more vinyl chloride was taken up by microsomes than in absence of NADPH. Uptake of vinyl chloride by albumin solutions and liposomal suspensions was in a similar range compared to the microsomal uptake without NADPH. Addition of glutathione and cytoplasmic fractions to microsomal incubations with NADPH led to an increase in microsomal uptake of vinyl chloride and to a decrease in protein alkylation by vinyl chloride metabolites. If trichloropropene oxide was present in the microsomal incubation, the protein alkylation reaction by vinyl chloride metabolites was increased twofold, while the microsomal uptake of vinyl chloride was not influenced. Our results are consistent with the view that the microsomal uptake of vinyl chloride radioactivity is due to transformation of vinyl chloride gas to nonvolatile metabolites by microsomal enzymes and that chloroethylene oxide might be the primary microsomal metabolite of vinyl chloride capable of reacting with proteins.

Pharmacokinetics of vinyl chloride in the rat

When rats are exposed to [14C]vinyl chloride in a closed system, the vinyl chloride present in the atmosphere equilibrates with the animals organism within 15 min. The course of equilibration could be determined using rats which had been given 6-nitro-1,2,3-benzothiadiazole. This compound completely blocks metabolism of vinyl chloride. The enzymes responsible for metabolism of vinyl chloride are saturated at an atmospheric concentration of vinyl chloride of 250 ppm. Pharmacokinetic analysis shows that no significant cumulation of vinyl chloride or its major metabolites is to be expected on repeated administration of vinyl chlorides. This may be consistent with the theory that a reactive, shortly living, metabolite which occurs in low concentration only, may be responsible for the toxic effects of vinyl chloride.

Incubation of 14C-trichloroethylene vapor with rat liver microsomes: uptake of radioactivity and covalent protein binding of metabolites.

SummaryMicrosomal uptake irreversible protein binding of labelled trichloroethylene was measured following incubation with rat liver microsomes in an all-glass vacuum system.If the cofactor for oxidative metabolism, NADPH, is not added, the gaseous trichloroethylene rapidly equilibrates with the microsomal suspension. Addition of NADPH results in a further uptake of 14C-trichloroethylene from the gas phase, linearly with time, which is due to enzymic metabolism. This part of uptake is inhibited by some arylimidazoles and 1.2.3-benzothiadiazoles. The compounds of greatest inhibitory potency were 6-chloro-1.2.3-benzothiadiazole and 5,6-dimethyl-1.2.3-benzothiadiazole. Part of.the metabolites of 14C-trichloroethylene formed by rat liver microsomes were irreversibly bound to microsomal protein, amounting up to 1 nmol per mg microsomal protein per hour. Model experiments on uptake of 14C-trichloroethylene from the gas phase by albumin solutions and liposomal suspensions (from lecithin) showed a rapid equilibration of trichloroethylene also with these systems. Comparison with previous analogous data on vinyl chloride revealed an about 10 times higher affinity of trichloroethylene to albumin and lipid, consistent with the behaviour of both compounds in the rat liver microsomal system.

Pharmacokinetics of vinyl chloride in the rhesus monkey

The metabolic elimination of vinyl chloride in Rhesus monkeys is a dose-dependent, satruable process, as in rats. Below 200-300 ppm of vinyl chloride (VC) in atmosphere, elimination obeys a first-order law; the clearance rate is much closer to that found in man than the values for rats, mice and gerbils. The maximal velocity of metabolic elimination of VC at high concentrations in Rhesus monkeys is only about half that of rats when related to kg body weight. It s suggested that Rhesus monkeys mimic the quantitative aspects of VC metabolism better than rats or mice.

N-Acetyl-cystein als Antidot bei akzidenteller Acrylnitril-Intoxikation

Acute acrylonitrile intoxications are followed by loss of consciousness, convulsions, respiratory arrest, and may end fatally. Common cyanide antidotes have not proved to be effective. In previous animal experiments we could demonstrate that the cyanide antidotes show some protective effect only after oral acrylonitrile application. Only a minimal amount of inhaled acrylonitrile will be transformed into cyanide, in contrast to pharmacokinetics after oral intake. After acrylonitrile inhalation the toxic effect of the whole molecule ( cyanethylation ) is important, and sulfhydryl compounds show antidotal effects. Further animal experiments demonstrate the superior antidotal effects of N-acetyl-cysteine after acrylonitrile inhalation. Intravenous injection of N-acetyl-cysteine in high doses is recommended according to the treatment of paracetamol poisoning.SummaryAcute acrylonitrile intoxications are followed by loss of consciousness, convulsions, respiratory arrest, and may end fatally. Common cyanide antidotes have not proved to be effective. In previous animal experiments we could demonstrate that the cyanide antidotes show some protective effect only after oral acrylonitrile application. Only a minimal amount of inhaled acrylonitrile will be transformed into cyanide, in contrast to pharmacokinetics after oral intake. After acrylonitrile inhalation the toxic effect of the whole molecule (cyanethylation) is important, and sulfhydryl compounds show antidotal effects. Further animal experiments demonstrate the superior antidotal effects of N-acetyl-cysteine after acrylonitrile inhalation. Intravenous injection of N-acetyl-cysteine in high doses is recommended according to the treatment of paracetamol poisoning.ZusammenfassungAkute Acrylnitril-Intoxikationen können mit Bewußtlosigkeit, Krämpfen und Atemstillstand zum Tode führen. Die gebräuchlichen Cyanid-Antidote haben sich hierbei als nicht ausreichend effektiv erwiesen. In früheren Tierversuchen konnten wir zeigen, daß die Cyanid-Antidote nur bei der oralen Acrylnitril-Intoxikation einen therapeutischen Wert haben. Die Cyanid-Abspaltung ist bei der inhalativen Acrylnitril-Vergiftung nur gering, im Gegensatz zur oralen Intoxikation. Bei der Acrylnitril Inhalation steht die toxische Wirkung des Gesamtmoleküls (Cyanethylierung) im Vordergrund. Als Antidote haben sich hier thiolhaltige Substanzen als effektiv erwiesen. In weiteren Tierversuchen wird gezeigt, daß N-Acetyl-Cystein das überlegene Antidot bei der inhalativen Acrylnitril-Intoxikation ist. Aufgrund der Erfahrungen mit der Injektion von hohen Dosen N-Acetyl-Cystein bei der Paracetamol-Intoxikation wird ein entsprechendes Therapieschema empfohlen.

Die gewebsverteilung von 1,2-14c-vinylchlorid bei der ratte

SummaryRats have been pretieatet with 6-nitro-1.2.3-benzothiadiazole which completely blocks metabolism of vinyl chloride. If the animals are exposed to atmospheric vinyl chloride, formation of an equilibrium between the compound in the gas phase and in the animals orgnism is observed. Unmetabolized vinyl chloride is concentrated in adipose tissue. The distribution pattern of vinyl chloride in different organs of the rat is constant over the concentration range of 25–10,000 ppm of vinyl chloride in the exposure atmosphere. Distribution of metabolites of vinyl chloride contrasts to that of the original compound; metabolites primarily are concentrated in liver and in kidneys.ZusammenfassungWird Vinylchlorid aus der Atmosphere eingeatmet, so stellt sich ein Gleichgewicht zwischen dem Vinylchlorid in der Luft und dem Organismus ein. In erster Linie reichert sich nicht metabolisiertes Vinylchlorid im Fettgewebe an. Für dieses Verteilungsverhalten dürfte die Lipophilie des Vinylchlorid Ausschlag gebend sein. Das Konzentrationsverhältnis von Vinylchlorid in einzelnen Organen bleibt über den gesamten untersuchten Konzentrationsbereich von 25 his 10.000 ppm Vinylchlorid in der Expositionsatmosphäre konstant. Aus dem Gleichgewicht wird Vinylchlorid dem Metabolismus zugeführt. Metabolite reichern sich, im Gegensatz zum unveränderten Vinylchlorid, vor allem in Leber und Niere an.

Untersuchungen zum Stoffwechsel von Vinylchlorid beim Menschen

Vinylchlorid ist ein karzinogener Arbeitsstoff, auf den z.Z. nicht verzichtet werden kann. Fur die Arbeitsmedizin besteht deshalb die Verpflichtung, dazu beizutragen, das Risiko fur die betroffenen Arbeitnehmer moglichst gering zu halten, zumal fruhdiagnostische Methoden fur die Er-kennung eines Hamangioendothelioms der Leber als charakte-ristischen, durch Vinylchlorid bedingten Tumor nicht existieren. Da die fur Vinylchlorid durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft festgesetzten Technischen Richt-konzentrationen Jahresdurchschnittswerte fur eine Arbeit von 8 Stunden pro Tag und 40 Stunden pro Woche bedeuten und da die Vinylchlorid-Konzentrationen am Tag fur eine Stunde als Mittelwert bis zu dem dreifachen Wert an-steigen durfen (7, 29), steht die Frage der Bewertung von kurzfristigen Spitzenkonzentrationen zur Zeit im Vorder-grund der Diskussion (vgl. Kapitel 4.4). Dabei ist von Bedeutung, das eine Technische Richtkonzentration als Jahresmittelwert demnach erheblich hohere, kurzfristige Schadstoffkonzentrationen zulast.

Arbeitsmedizinisch relevante tierexperimentelle Stoffwechseluntersuchungen

In diesem Kapitel werden die wesentlichen Ergebnisse der bisherigen Tierexperimente zum Stoffwechsel von Vinyl-chlorid dargestellt/ die fur die arbeitsmedizinische Risikobeurteilung von Bedeutung sind.

Vergleichende tierexperimentelle Untersuchungen des Vinylchlorid-Stoffwechsels

Die Pharmakokinetik des Vinylchlorid-Stoffwechsels bei der Ratte wurde von unserem Arbeitskreis in fruheren Untersuchungen bereits erarbeitet (13, 14, 17, 18, 19, 25 a). Wir benutzten einen glasernen Exsikkator (Inhalt 10,3 1) als Expositionskammer fur jeweils 3 Ratten (Ab-bildung 2). In die Atmosphare des geschlossenen Expositionssystems wurde radioaktiv markiertes Vinylchlorid als Einzeldosis eingegeben. Durch ein Septum konnten Gasproben mittels einer Injektionsnadel und einer Injektionsspritze entnommen werden zur Messung der Radioakti- vitatsdosis. Entsprechend der Aufnahme von Vinylchlorid in die Ratten sank die Vinylchlorid-Konzentration in der Expositionsatmosphare ab (Abbildung 3).