7.19.2.1 Chloroform (Trichlormethan)

Chloroform wird als industrielles Lösungsmittel und als Zwischenprodukt bei der Herstellung polymerer Materialien eingesetzt. Die Hauptanwendung von Chloroform ist heute in der Herstellung des Kältemittels R-22, das üblicherweise im Klimaanlagengeschäft verwendet wird. Berichte aus mehreren Labors haben gezeigt, dass die akute Nephrotoxizität von Chloroform spezies -, stamm-und geschlechtsabhängig ist (Eschenbrenner und Miller 1945; Hill et al. 1975; Larson et al. 1993, 1994; Pohl et al., 1984; Smith et al. 1983, 1984; Torkelson et al. 1976), und dass männliche Mäuse anfälliger sind als Ratten, Kaninchen oder Hunde, während weibliche Mäuse resistent sind. Tubuläre Schwellungen, Nekrosen und Abgüsse, die hauptsächlich in den proximalen Tubuli lokalisiert sind, sind die wichtigsten histopathologischen Veränderungen in der Niere nach Exposition von Versuchstieren gegenüber Chloroform. Chloroform-induzierte Nephrotoxizität ist auch mit erhöhten Blutharnstoffstickstoffkonzentrationen, Proteinurie und Glucosurie verbunden., Die In-vitro-Aufnahme von organischen Anionen und Kationen durch nierenkortikale Scheiben wird auch durch In-vivo-Behandlung mit Chloroform gehemmt (Kluwe und Hook 1978). Während die Exposition des Menschen gegenüber Chloroform mit Oligurie, Proteinurie, Erhöhung des Harnstoffstickstoffs im Blut und tubulärer Nierennekrose in Verbindung gebracht wurde, ist die Schwellendosis für akute Chloroform-Nierentoxizität beim Menschen unbekannt. Die Lokalisation der menschlichen Nierenläsion an den proximalen Tubuli deutet auf einen gemeinsamen Mechanismus der chloroformen Nephrotoxizität bei den meisten Säugetierarten hin.,

Es wurden sowohl oxidative als auch reduktive Wege des Chloroformstoffwechsels beschrieben, obwohl die Daten in vivo begrenzt sind. Kohlendioxid ist der Hauptmetabolit von Chloroform, der durch den oxidativen Stoffwechselweg in vivo erzeugt wird. Der oxidative Weg erzeugt auch reaktive Metaboliten, einschließlich Phosgen (Pohl und Krishna 1978; Pohl et al. 1977), die in vitro mit Phenobarbitalinduktion bestimmt wurde (Testai und Vittozzi 1986; Tomasi et al. 1985; Wolf et al., 1977), während der reduktive Weg das freie Radikal Dichlormethylcarbin erzeugt (bestimmt in vitro und in vivo, sowohl mit als auch ohne Phenobarbitalinduktion). Oxidativer und reduktiver Metabolismus gehen beide durch einen Cytochrom P450 (CYP)-abhängigen enzymatischen Aktivierungsschritt. Das Gleichgewicht zwischen oxidativen und reduktiven Wegen hängt von Spezies, Gewebe, Dosis und Sauerstoffspannung ab (Ammann et al. 1998; Testai und Vittozzi 1986). Bei intakten Säugetieren schließt oxidative Spannung wahrscheinlich einen signifikanten Metabolismus durch den reduktiven Weg aus (Mansuy et al. 1977; Pohl et al. 1977)., Phosgen wird durch oxidative Entchlorung von Chloroform zu Trichlormethanol hergestellt, das spontan dehydrochloriert. Die Dehydrochlorierung von Trichlormethanol erzeugt ein Molekül Salzsäure, und die Hydrolyse von Phosgen erzeugt zwei weitere Moleküle, so dass drei Moleküle Salzsäure bei der Umwandlung von Chloroform in Kohlendioxid hergestellt werden (Pohl et al. 1980).

Der elektrophile Metabolit Phosgen bindet kovalent an nukleophile Bestandteile von Gewebeproteinen (Uehleke und Werner 1975; Vittozzi et al. 1991)., Es interagiert auch mit anderen zellulären Nukleophilen und bindet in gewissem Maße an die polaren Köpfe von Phospholipiden (Brown et al. 1974; Fry et al. 1972). Alternativ reagiert Phosgen mit Wasser, um Kohlendioxid und Salzsäure freizusetzen (Ahmed et al. 1977; Anders et al. 1978; Pohl et al. 1981). Die Wechselwirkung von Phosgen mit Glutathion (GSH) führt zur Bildung von S-Chlorcarbonyl-GSH, das entweder mit einem zusätzlichen GSH zu Diglutathionyldithiocarbonat oder zu GSH-Disulfid und Kohlenmonoxid interagieren kann (Smith und Hook 1984)., Die Inkubation von Mausnierenmikrosomen mit GSH erhöht die Produktion dieser Metaboliten aus Chloroform und verringert die irreversible Bindung an Proteine und den weiteren Stoffwechsel an Kohlendioxid (Vittozzi et al. 1991). Reduziertes GSH ist in der Lage, im Wesentlichen alle Chloroformmetaboliten abzufangen, die in Inkubationen mit Mauslebermikrosomen produziert werden, wenn die Chloroformkonzentrationen nicht zu hoch sind. Die relative Bedeutung der Nebenwege des Phosgenstoffwechsels hängt von der Verfügbarkeit von GSH, anderen Thiolen und anderen nukleophilen Verbindungen wie Histidin und Cystein ab (Abbildung 1).,

Abbildung 1. Mögliche Stoffwechselwege von Chloroform in der Niere.

Oxidativer Metabolismus, wobei CYP2E1 (ein Ethanol-induzierbares Monooxygenase-Isoenzymsystem, das in der Leber von Säugetieren, einschließlich Menschen, vorhanden ist) eine Schlüsselrolle spielt, ist wahrscheinlich der einzige signifikante In-vivo-Weg bei geringer Exposition, und die verfügbaren Daten zeigen, dass der oxidative Metabolismus eine wichtige Rolle bei der Toxizität spielt (Brady et al. 1989; konstanter et al. 1999; Guengerich et al. 1991; Nakajima et al., 1995). Die dominante Rolle von CYP2E1 bei der Metabolisierung von Chloroform zu toxischen Metaboliten wurde in Studien zur Behandlung von Tieren mit Enzyminduktoren oder-inhibitoren sowie in Studien an Mäusen ohne CYP2E1 nachgewiesen (Brady et al. 1989). Immuninhibitionsstudien mit monoklonalem Anti-CYP2E1-Protein haben gezeigt, dass CYP2E1 für 81% des Metabolismus verantwortlich ist, der bei einer niedrigen Chloroformkonzentration (0,5 mmol l−1) in Lebermikrosomen von acetoninduzierten Ratten (Ammann et al. 1998)., Die Toxizität gegenüber Ratten – und Maushepatozyten, die in vitro mit Chloroform bis zu 5 mmol l−1 inkubiert wurden, wurde durch Zugabe eines CYP2E1-Inhibitors oder durch verminderte Sauerstoffspannung verhindert, was die Bedeutung des oxidativen Stoffwechsels für die Toxizität unterstreicht (Dicker et al. 1991; Ingelman-Sundberg et al. 1988; Johansson et al. 1990; Nakajima et al. 1995; Smith et al. 1979; Tsutsumi et al. 1989). Die regionale Verteilung von Leberläsionen bei Ratten und Mäusen korreliert gut mit der Leberverteilung von CYP2E1 und GSH.,

CYP2B1 kann auch eine Rolle im Chloroformstoffwechsel spielen, obwohl dies bei niedrigen Chloroformkonzentrationen im Gewebe wahrscheinlich nur geringfügig ist (Nakajima et al. 1995). Bei hohen Gewebekonzentrationen (z. B. infolge einer oralen Dosis von 0,5 ml kg−1) wurde die Chloroform-Hepatotoxizität bei Wistar-Ratten, die mit Phenobarbital (einem CYP2B1-Induktor) behandelt wurden, jedoch im Vergleich zu nichtinduzierten Kontrollen (Lofberg und Tjalve 1986) dramatisch potenziert 1986)., Eine Studie, in der Ratten Chloroform ausgesetzt waren, zeigte, dass der Stoffwechsel in der Leber am aktivsten war, gefolgt von Nase und Niere. Die metabolische Aktivität korrelierte mit der Akkumulation von Metaboliten.

Obwohl Chloroform-Bioaktivierung zu nephrotoxischen Metaboliten möglicherweise sowohl in der Leber als auch in der Niere auftreten kann, haben mehrere Studien gezeigt, dass Chloroform-induzierte Hepatotoxizität und Nephrotoxizität durch verschiedene medikamentöse, chemische oder hormonelle Behandlungen unterschiedlich moduliert werden können, was darauf hindeutet, dass Chloroform durch unabhängige Mechanismen in Leber und Niere bioaktiviert wird (Bailie et al., 1984). Der Nierenstoffwechsel von Chloroform durch P450-Enzyme korreliert gut mit Chloroform-induzierter Nephrotoxizität (Ahmadizadeh et al. 1981; Pohl et al. 1984; Smith et al. 1983). Die Fähigkeit von humanem CYP2E1, Chloroform in vitro zu metabolisieren, wurde nachgewiesen (Gonzalez und Gelboin 1994)., Die Ergebnisse, dass der Gehalt dieses Enzyms in der männlichen Mausniere signifikant höher ist als in der weiblichen Mausniere und dass die Behandlung weiblicher Mäuse mit Testosteron, was die Chloroform-Nephrotoxizität bei weiblichen Mäusen potenziert, dieses Enzym in der weiblichen Mausniere signifikant erhöht (Hu et al. 1993) schlagen Sie eine Rolle für Nieren-CYP2E1 bei Chloroform-induzierter Nephrotoxizität vor. Das Ausmaß der CYP2E1-Expression in der menschlichen Niere und ihre Regulation durch verschiedene genetische, ernährungsphysiologische und Umweltfaktoren müssen noch bestimmt werden., Andere CYP-Enzyme als CYP2E1 können auch Chloroform metabolisieren. Die Verfügbarkeit mehrerer cDNA-exprimierter humaner CYPs sollte es ermöglichen, zusätzliche CYP-Isoformen zu identifizieren, die an der Chloroform-Bioaktivierung beteiligt sein können. Diese Studien können dazu beitragen, festzustellen, welche Tierarten ein geeignetes Modell zur Risikobewertung für den Menschen sein könnten. Da Makromoleküle Ziele der Phosgenalkylierung sind, kann die Identifizierung kritischer Ziele außerdem ein besseres Verständnis dafür ermöglichen, wie eine kovalente Modifikation von renalen Makromolekülen durch Phosgen zu Zellnekrose führen kann (Anand et al. 2006; Philip et al., 2006). Neuere Studien haben gezeigt, dass die subchronische Chloroform-Grundierung Mäuse vor einer anschließend verabreichten tödlichen Dosis Chloroform schützt. Die Autoren zeigten, dass die anfängliche Grundierung die Nierenzellteilung und die Gewebereparatur stimulierte. Diese Nierenreparatur wurde auch nach der Verabreichung einer anschließenden tödlichen Dosis Chloroform aufrechterhalten.