7.19.2.1 Chloroform (Trichloormethaan)

Chloroform wordt gebruikt als industrieel oplosmiddel en als tussenproduct bij de vervaardiging van polymere materialen. Het belangrijkste gebruik van chloroform vandaag is in de productie van het koelmiddel R-22, algemeen gebruikt in de airconditioningsindustrie. Rapporten van verschillende laboratoria hebben aangetoond dat de acute nefrotoxiciteit van chloroform afhankelijk is van soorten, stammen en geslacht (Eschenbrenner en Miller 1945; Hill et al. 1975; Larson et al. 1993, 1994; Pohl et al., 1984; Smith et al. 1983, 1984; Torkelson et al. 1976), en dat mannelijke muizen gevoeliger zijn dan ratten, konijnen of honden, terwijl vrouwelijke muizen resistent zijn. Tubulaire zwelling, necrose en afgietsels, voornamelijk gelokaliseerd in de proximale tubuli, zijn de belangrijkste histopathologische veranderingen in de nier na blootstelling van proefdieren aan chloroform. Chloroform-geïnduceerde nefrotoxiciteit wordt ook geassocieerd met verhoogde bloedureumstikstofconcentraties, proteïnurie en glucosurie., In vitro opname van organische anionen en kationen door renale corticale plakjes wordt ook geremd door in vivo behandeling met chloroform (Kluwe en Hook 1978). Hoewel de menselijke blootstelling aan chloroform in verband is gebracht met oligurie, proteïnurie, toename van bloedureumstikstof en renale tubulaire necrose, is de drempeldosis voor acute chloroform niertoxiciteit bij mensen onbekend. De lokalisatie van de menselijke nierlaesie aan de proximale tubuli suggereert een gemeenschappelijk mechanisme van chloroform nefrotoxiciteit in de meeste zoogdiersoorten.,

zowel oxidatieve als reductieve routes van chloroformmetabolisme zijn beschreven, hoewel de gegevens in vivo beperkt zijn. Kooldioxide is de belangrijkste metaboliet van chloroform die wordt gegenereerd door de oxidatieve metabolisatieroute in vivo. De oxidatieve route genereert ook reactieve metabolieten, waaronder fosgeen (Pohl en Krishna 1978; Pohl et al. 1977), die in vitro werd bepaald met fenobarbital inductie (Testai and Vittozzi 1986; Tomasi et al. 1985; Wolf et al., 1977), terwijl de reductieve Route de dichloormethylcarbeen vrije radicalen genereert (bepaald in vitro en in vivo, zowel met als zonder fenobarbital inductie). Oxidatief en reductief metabolisme verlopen beide via een cytochroom P450 (CYP)-afhankelijke enzymatische activeringsstap. De balans tussen oxidatieve en reductieve wegen hangt af van species, Weefsel, dosis, en zuurstofspanning (Ammann et al. 1998; Testai en Vittozzi 1986). Bij intacte zoogdieren sluit oxidatieve spanning waarschijnlijk elk significant metabolisme door de reductieve weg uit (Mansuy et al. 1977; Pohl et al. 1977)., Fosgeen wordt geproduceerd door oxidatieve dechlorering van chloroform tot trichloormethaan, dat spontaan onthydrochlorineert. Dehydrochlorering van trichloormethanol produceert één molecuul zoutzuur, en hydrolyse van fosgeen produceert nog twee moleculen, zodat drie moleculen zoutzuur worden geproduceerd bij de omzetting van chloroform in kooldioxide (Pohl et al. 1980).

De elektrofiele metaboliet fosgeen bindt covalent aan nucleofiele componenten van weefseleiwitten (Uehleke and Werner 1975; Vittozzi et al. 1991)., Het interageert ook met andere cellulaire nucleofielen en bindt tot op zekere hoogte aan de polaire hoofden van fosfolipiden (Brown et al. 1974; Fry et al. 1972). Als alternatief reageert fosgeen met water om kooldioxide en zoutzuur vrij te geven (Ahmed et al. 1977; Anders et al. 1978; Pohl et al. 1981). De interactie van fosgeen met glutathion (GSH) resulteert in de vorming van s-chloorcarbonyl GSH, die ofwel met een extra GSH kan interageren om diglutathionyl dithiocarbonaat te vormen of GSH disulfide en koolmonoxide kan vormen (Smith and Hook 1984)., Incubatie van renale microsomen van muizen met GSH verhoogt de productie van deze metabolieten uit chloroform en vermindert de irreversibele binding aan eiwitten en verder metabolisme tot kooldioxide (Vittozzi et al. 1991). Verminderde GSH is in staat om vrijwel alle chloroformmetabolieten die in incubaties met de microsomen van de muizenlever worden geproduceerd op te vangen wanneer chloroformconcentraties niet te hoog zijn. Het relatieve belang van de minder belangrijke routes van fosgeen metabolisme hangt af van de beschikbaarheid van GSH, andere thiolen en andere nucleofiele verbindingen, zoals histidine en cysteïne (figuur 1).,

figuur 1. Mogelijke metabole routes van chloroform in de nieren.

oxidatief metabolisme, waarbij CYP2E1 (een ethanol-induceerbaar mono-oxygenase-ISO-enzymsysteem dat aanwezig is in de lever van zoogdieren, inclusief de mens) een sleutelrol speelt, is waarschijnlijk de enige significante in vivo route bij lage blootstellingen, en de beschikbare gegevens wijzen erop dat oxidatief metabolisme een belangrijke rol speelt bij toxiciteit (Brady et al. 1989; Constan et al. 1999; Guengerich et al. 1991; Nakajima et al., 1995). De dominante rol van CYP2E1 bij het metaboliseren van chloroform tot toxische metabolieten is aangetoond in studies waarbij dieren werden behandeld met enzyminductoren of-remmers, alsook in studies bij muizen waarbij CYP2E1 ontbreekt (Brady et al. 1989). Immunoinhibitiestudies met monoklonaal anti-CYP2E1-eiwit hebben aangetoond dat CYP2E1 verantwoordelijk is voor 81% van het metabolisme dat bij een lage chloroformconcentratie (0,5 mmol l−1) in levermicrosomen van acetongeïnduceerde ratten (Ammann et al. 1998)., Toxiciteit voor rat en muis hepatocyten geïncubeerd in vitro met chloroform tot 5 mmol l-1 werd voorkomen door toevoeging van een CYP2E1-remmer of door verminderde zuurstofspanning, wat het belang van oxidatief metabolisme in toxiciteit onderstreept (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). De regionale distributie van leverlaesies bij ratten en muizen correleert goed met de leverdistributie van CYP2E1 en GSH.,

CYP2B1 kan ook een rol spelen in het metabolisme van chloroform, hoewel dit waarschijnlijk slechts gering is bij lage chloroformconcentraties in weefsel (Nakajima et al. 1995). Bij hoge weefselconcentraties (bijv. als gevolg van een orale dosis van 0,5 ml kg−1) werd hepatotoxiciteit door chloroform echter dramatisch versterkt bij Wistar-ratten die werden behandeld met fenobarbital (een CYP2B1-inductor), maar niet bij ratten die werden behandeld met n-hexaan (een CYP2E1-inductor), vergeleken met niet-geïnduceerde controles (Lofberg en Tjalve 1986)., Een studie waarin ratten werden blootgesteld aan chloroform toonde aan dat metabolisme het meest actief was in de lever, gevolgd door de neus en de nieren. Metabole activiteit was gecorreleerd met accumulatie van metabolieten.

hoewel chloroform bioactivatie tot nefrotoxische metabolieten mogelijk zowel in de lever als in de nieren kan voorkomen, hebben verscheidene studies aangetoond dat door chloroform geïnduceerde hepatotoxiciteit en nefrotoxiciteit verschillend kunnen worden gemoduleerd door verschillende geneesmiddelen, chemische of hormonale behandelingen, hetgeen erop wijst dat chloroform bioactiveert door onafhankelijke mechanismen in de lever en de nieren (Bailie et al., 1984). Het renale metabolisme van chloroform door P450-enzymen correleert goed met chloroform-geïnduceerde nefrotoxiciteit (Ahmadizadeh et al. 1981; Pohl et al. 1984; Smith et al. 1983). Het vermogen van humaan CYP2E1 om chloroform in vitro te metaboliseren is aangetoond (Gonzalez en Gelboin 1994)., Aldus, de bevindingen dat het niveau van dit enzym in de mannelijke muisnier beduidend hoger is dan in de vrouwelijke muisnier en dat de behandeling van vrouwtjesmuizen met testosteron, die chloroform nefrotoxiciteit in vrouwtjesmuizen versterkt, dit enzym in de vrouwelijke muisnier significant verhoogt (Hu et al. 1993) suggereren een rol voor renale CYP2E1 in door chloroform geïnduceerde nefrotoxiciteit. De mate van CYP2E1-expressie in de menselijke nier en de regulering ervan door verschillende genetische, voedings-en omgevingsfactoren moet nog worden bepaald., CYP-enzymen, anders dan CYP2E1, kunnen ook chloroform metaboliseren. De beschikbaarheid van verscheidene menselijke CYP-tot expressie gebrachte CYP ‘ s moet het mogelijk maken aanvullende CYP-isovormen te identificeren die betrokken kunnen zijn bij de bioactivatie van chloroform. Deze studies kunnen helpen bepalen welke diersoorten een geschikt model kunnen zijn om het risico voor de mens te beoordelen. Bovendien, omdat macromoleculen doelwitten zijn van phosgene alkylatie, kan identificatie van kritische doelwitten een beter begrip mogelijk maken van hoe covalente modificatie van renale macromoleculen door phosgeen kan leiden tot celnecrose (Anand et al. 2006; Philip et al., 2006). Recente studies hebben aangetoond dat subchronische chloroform priming muizen beschermt tegen een later toegediende dodelijke dosis chloroform. De auteurs toonden aan dat initiële priming renale celdeling en weefselherstel stimuleerde. Dit nierherstel hield aan, zelfs na toediening van een volgende letale dosis chloroform.