Dimethylquecksilber (I) untersuchungen über die verteilung und ausscheidung in ratten

The Science of the Total Environment, 2 (1974) 381-388 © Elsevier ScientificPublishingCompany,Amsterdam- Printed in Belgium

DIMETHYLQUECKSILBER (I) UNTERSUCHUNGEN ~BER DIE VERTEILUNG UND AUSSCHEIDUNG IN RATTEN

A. CABELA, D. TEHERANI und H. ALTMANN Osterreichische Studiengesellschaft fiir Atomenergie GmbH, Lenaugasse 10, A-1082 Wien ( Osterreich)

(Eingegangen am 28. Januar 1974)

SUMMARY Investigations on the distribution and the excretion of mercury in rats after oral intake of dimethyl mercury have been performed. The findings are compared with the results obtained with monomethyl mercury by other authors. Besides a very high concentration of mercury in the blood of the treated animals the greatest accumulation of mercury in hair as well in the kidney, the spleen and the liver has been found. Much less mercury has been detected in samples of CNS. However, observations during a period of 21 days indicate that in samples of CNS the decline of Hg is less rapid than in other tissues. The excretion of mercury by urine and faeces are of the same order of magnitude as in the case of monomethyl mercury.

ZUSAMMENFASSUNG Es wurden Untersuchungen tiber die Verteilung und Ausscheidung von Quecksilber nach oraler Verabreichung von Dimethylquecksilber in Ratten durchgefiJhrt. Prinzipiell kfnnen die erhaltenen Ergebnisse mit Befunden anderer Autoren bei Verteilungsuntersuchungen mit einfach methyliertem Quecksilber verglichen werden. Neben den sehr hohen Quecksilber-Konzentrationen im Blut der Versuchstiere konnte die st/irkste Quecksilber-Anreicherung in den Haaren und bei den untersuchten Organen in Niere, Milz und Leber gefunden werden. Im Verh/iltnis dazu lagen die Quecksilber-Werte in den ZNS-Proben deutlich niedriger. Der Verlauf der w/ihrend der 21-t~igigen Beobachtungszeit festgestellten Quecksilber-Konzentrationen weist allerdings speziell in diesem Gewebe auf eine starke Fixierung von Dimethylquecksilber hin. Die Quecksilber-Exkretion in Harn und Feces korrespondiert gr6ssenordnungsm/issig ebenfalls mit den bis jetzt beschriebenen Beobachtungen bei Versuchen mit Methylquecksilber.

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EINLEITUNG Die bis jetzt vorliegenden Arbeiten tiber die Aufnahme, Anreicherung und Ausscheidung anorganischer und organischer Hg-Verbindungen in Tierversuchen weisen meist recht unterschiedliche, zum Teil sogar widersprechende Resultate auf. Diese Differenzen lassen vermuten, dass die ermittelten Werte in hohem Grade yon den jeweiligen Versuchsbedingungen (Species der Versuchstiere, Wahl der applizierten Hg-Verbindung, Art der Verabreichung und Versuchsdauer) abh/ingig sindl. Zwei Ph~inomene k6nnen allerdings auf Grund zahlreicher/ihnlicher Befunde mit einiger Sicherheit als Tatsache angesehen werden : (1) Bevorzugte Anreicherung yon Hg in Organen mit besonders hoher Blutdurchflutung wie Leber, Herz, Niere, Milz und Gehirn 2"3. Es ist allerdings zu bemerken, dass die relative Verteilung von Hg in den erw/ihnten Organen bei verschiedenen Species stark unterschiedlich sein kann. W/ihrend z.B. nach Verabreichung von Methylquecksilber an Affen die Hg-Anreicherung im Gehirn h6her ist als in allen iibrigen Organen 3, ist bei ~ihnlichen Versuchen mit Ratten nur ein geringes Ansteigen des Hg-Gehaltes im Gehirn - - verglichen mit den anderen Organen - - festzustellen4. (2) St~irkere Resorption yon organischen Hg-Verbindungen (speziell yon alkylierten Hg-Verbindungen) als yon anorganischem Hg 4, wobei die Exkretionsrate alkylierter Hg-Verbindungen gegeniiber Phenylquecksilber und anorganischen Salzen deutlich vermindert ist 5-8. Neuere massenspektrometrischen Untersuchungen deuten darauf hin, dass die C-Hg-Bindung des organischen Hg im K6rper von Vertebraten nicht gespalten werden kann, dass also die Toxit/it direkt auf der Wirkung dieser Verbindungen beruht und nicht auf freiwerdendes Hg zuriickzufiihren ist 9. Fiir Dimethylquecksilber sind allerdings dahingehend noch keine Untersuchungen bekannt. Die Anreicherung von organisch gebundenem Hg im Gehirn von Versuchstieren, die speziell fiir die weiteren Untersuchungen 10 yon Interesse ist, wird zus~itzlich durch den lipophilen Charakter der alkylierten Hg-Verbindungen beeinflusst. Ihre erh6hte Affinit/it zum Nervengewebe versetzt sie in die Lage, die Bluthirnschranke zu passieren und auf das ZNS direkt einzuwirken 1. Den Nachweis fiir diese Tatsache lieferten Fridberg und Mitarb. 11, die nach experimentellen Vergiftungen yon Kaninchen mit Methylquecksilber im ZNS eine 10-real h6here Hg-Konzentration als nach Verabreichung von Sublimat fanden. ~ber eine bevorzugte Anreicherung yon Hg in bestimmten Hirnteilen ist noch wenig bekannt. An Hand von Autoradiographien konnte eine deutliche Konzentration in gewissen Neuronen des Cerebellum und der Medulla oblongata nach Verabreichung yon 2°3Hg beobachtet werden ~2. Fiir organische Hg-Verbindungen wird auf Grund einer bevorzugten Sch/idigung der Kleinhirnrinde und der Sehrinde auf eine erh6hte Hg-Konzentration in dieser Gehirnregion geschiossen 13. Da fiber die Verteilung und Ausscheidung yon Hg nach oraler Applikation yon Dimethylquecksilber in Ratten noch nichts bekannt ist, wurde diese Frage in der vorliegenden Arbeit nil.her untersucht und mit den Ergebnissen yon Verteilungsuntersuchungen, die mit einfach methyliertem Hg durchgefiihrt wurden, verglichen.

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MATERIAL UND METHODE Als Versuchstiere wurden 70 Tage alte, durchschnittlich 297 g (282-313 g) schwere, m~innliche Sprague-Dawly-Ratten aus der eigenen Zucht verwendet. FOr die Versuchsreihe wurden 15 Tieren Dimethylquecksilber entsprechend 8 mg Hg/kg K6rpergewicht oral appliziert, 3 Ratten dienten als Kontrolle. Das Dimethylquecksilber wurde in Oliven61 gel6st (5 mg Hg/ml) und mit Hilfe einer Schlundsonde verabreicht. Die Kontrolltiere erhielten eine ad~iquate Menge reines OlivenOl. Die Ratten wurden in 3 Gruppen zuje 6 Tieren (5 behandelte + 1 Kontrolltier) geteilt, wobei die Tiere der 1. Gruppe sofort nach Applikation, die der 2. Gruppe 7 Tage und die der 3. Gruppe 14 Tage danach einzeln in Stoffwechselkfifige gesetzt wurden. Nachdem yon den Tieren jeder Gruppe 1 Woche hindurch t~iglich Harn und Kot getrennt gesammelt worden waren, wurden sie for die anschliessenden Organuntersuchungen get6tet. Auf Grund dieser Versuchsanordnung konnten die in den Exkrementen ausgeschiedenen Hg-Mengen bis zum 21. Tag und die Verteilung in den einzelnen Organen jeweils am 7., 14. und 21. Tag nach Verabreichung yon Dimethylquecksilber bestimmt werden. FOr die Untersuchung der Verteilung von Dimethylquecksilber im Organismus der Ratten wurden Gewebsproben folgender Organe herangezogen: Blut, Leber, Niere, Milz, willkiirliche quergestreifte Muskulatur (M. quadricepsfem.), Herzmuskel, ROckenmark und Gehirn. Um ein m6glichst differenziertes Bild der Hg-Verteilung im Zentralnervensystem zu erhalten, wurde das Gehirn in Cerebellum, Medulla oblongata und das restliche Him (Telen-, Mesen- und Diencephalon) geteilt. Die Ausscheidung von Quecksilber wurde t/iglich sowohl in Harn und Kot als auch in den Haaren (Nackenhaare) Oberpr0ft. Die quantitative Bestimmung des Quecksilbers wurde mit Hilfe der Neutronenaktivierungsanalyse durchgefOhrt. Als Standard wurde Quecksiiberacetat verwendet (10 lag Hg/Standard). ERGEBNISSE

Die in den Abb. 1-13 dargestellten Ergebnisse sind als Mittelwerte von je 5 Versuchstieren mit der statistischen Abweichung errechnet. Die ermittelten HgWerte sind bei den Ausscheidungen a|s lag ausgeschiedenes Hg/Tag, beim Vollblut als lag Hg/ml Blut und bei den fibrigen Organproben als ppm (rag Hg/kg Feuchtgewicht) angegeben. Die Ausscheidung im Harn (Abb. l) steigt bis etwa zum 10. Tag nach der Applikation auf 25 lag/Tag an, nimmt in der Folge langsam ab und erreicht 3 Wochen nach Versuchsbeginn mit l0 lag Hg/Tag denselben Weft wie nach dem 1. Tag. Die Hg-Ausscheidung im Kot (Abb. 2) zeigt eine /ihnliche Tendenz, die Parallelwerte streuen allerdings auf Grund der unterschiedlichen Stoffwechselt/itigkeit der Versuchstiere zum Teil erheblich. Wie aus Abb. 4 ersichtlich ist, wird ein verh/iltnism~issig grosset Teil des Hg in den Haaren abgelagert. Bereits 7 Tage nach Applikation werden Werte fiber 40 ppm Hg gefunden, die bis zum 21. Tag auf 120 ppm ansteigen. 383

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Abb. 1. Hg-Ausscheidungim Harn. ~g HglTag 30

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Tage 21

Abb. 2. Hg-Ausscheidungim Kot. Sehr hohe Hg-Konzentrationen wurden erwartungsgem~iss auch im Vollblut registriert (Abb. 3). Die am 7. Tag ermittelten Werte erreichen um 140 lag Hg/ml. Die Hg-Konzentration nimmt bis zum 14. Tag rasch ab und bleibt bis zum 21. Tag auf einem Wert von ca. 25 lag konstant. Eine ebenfalls sehr starke Hg-Anreicherung ist in der Niere mit etwa 25 ppm bis zum 14. Tag nach Versuchsbeginn zu beobachten (Abb. 7). Bis zum 21. Tag sinkt dieser Wert auf 15 ppm ab. Schon deutlich niedriger liegen die 7-Tage-Werte bei der Milz (7 ppm) und bei der Leber mit 5.5 ppm (Abb. 5 und 9) und erreichen am 21. Tag weniger als die H~ilfte der am 7. Tag festgestellten Hg-Mengen. Die untersuchten Gewebsproben von Muskel (M. quadriceps fern.) und Herz (Abb. 7 und 8) zeigen am 7. Tag nach Applikation Hg-Werte zwischen 2 und 3 ppm, die bis zum 14. Tag nahezu konstant bleiben und am 21. Tag auf rund 1.5 ppm absinken. Die Abb. 10-13 stellen die Ergebnisse der untersuchten ZNS-Proben dar. Die Hg-Mengen liegen im Vergleich zu den iibrigen Organen mit 0.7-2 ppm relativ niedrig, wobei allerdings speziell bei Grosshirn und Med. spinalis nur eine sehr geringe Konzentrationsabnahme des inkorporierten Hg bis zum 21. Versuchstag festzustellen ist. 384

DI SKU SSION

Auf Grund der zum Teil stark unterschiedlichen Versuchsbedingungen ist eine vergleichende Betrachtung der vorliegenden Resultate mit den Versuchsergebnissen anderer Autoren nur beschr~inkt m6glich. Dabei ist noch weiters zu beri~cksichtigen, dass die bis jetzt bekannten Studien iiber die Verteilung alkylierter Hg-Verbindungen zum Grossteil mit einfach methyliertem Hg durchgefiihrt wurden. Entsprechende Untersuchungen mit Dimethylquecksilber sind in der Literatur noch nicht beschrie-

I4.gHg/ml 200

ppm 200

150

150

100

100

50

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TQge

A b b . 3. Hg-Konzentration im B l u t . A b b . 4. Hg-Konzentration in den Haaren. A b b . 5. Hg-Konzentration in der Leber. A b b . 6. Hg-Konzentration in der Niere.

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ben. Trotz dieser Umst/inde sind die Ergebnisse prinzipiell mit Beobachtungen anderer Forschungsgruppen gut korrelierbara: In s/imtlichen Arbeiten wurden die h6chsten Hg-Konzentrationen im Blut der Versuchstiere nachgewiesen, die, wie auch unsere Versuche zeigen, in den ersten 2 Wochen nach Applikation stark abnehmen. Bei den untersuchten Organen wurde allgemein die st/irkste Hg-Anreicherung in den Nieren festgestellt, was sich mit der relativ starken Hg-Ausscheidung fiber dieses Organ erkl/iren l/isst. Der Anstieg der Hg-Konzentration bis zum 14. Tag nach Applikation deckt sich ebenfalls mit Ergebnissen anderer Autoren, die yon einer maximalen Hg-Anreicherung in der Niere in diesem Versuchsstadium berichten ~4. Auch die von uns gefundenen Hg-Konzentrationen im Gehirn der Ratten liegen korrespondierend mit Ergebnissen von Verteilungsuntersuchungen mit Methylquecksilber zwischen 0.2 und 4 ppm in derselben Gr6ssenordnung. Das l~isst darauf schliessen, ppm

ppm

4

ppm 8

I

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I

1

0

14

7

21 Tage

0

21 Toge

Abb. 7. Hg-Konzentration im Muskel. Abb. 8. Hg-Konzentration im Herz. Abb. 9. Hg-Konzentration in der Milz.

pore 4

ppm 4

3

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21 Toge

Abb. 10. Hg-Konzentration in der Med. oblongata. Abb. 11. Hg-Konzentration im Cerebellum.

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!4

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ppm 4

---

E I I

I

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J 14

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A b b . 12. H g - K o n z e n t r a t i o n

im Grosshirn.

A b b . 13. H g - K o n z e n t r a t i o n

in d e r

21 Tage

Med. spinalis.

dass das Dimethylquecksilber die Bluthirnschranke in gleichem Masse zu passieren vermag, wie dies bei einfach methyliertem Hg der Fall ist. Allerdings bleibt die Frage often, ob und inwieweit das eingesetzte Dimethylquecksilber im Organismus der Versuchstiere etwa in einfach methyliertes Hg metabolisiert werden kann. Besonders bemerkenswert erscheint die Tatsache, dass bei den meisten untersuchten ZNS-Proben die Abnahme der Hg-Konzentrationen im Verlauf der 21-t~igigen Beobachtungszeit gegenfiber den anderen Organen bedeutend geringer ist. Dieser Effekt konnte ebenfalls yon anderen Autoren beobachtet werden 4 und weist auf eine starke Fixierung methylierter Hg-Verbindungen in diesem Gewebe hin. Wie die von Folsom und Fishbein 15 unter ~ihnlichen Versuchsbedingungen durchgeffihrten Arbeiten fiber die Verteilung yon oral verabreichtem Methylquecksilber in Ratten zeigen, liegen die dabei gefundenen Hg-Konzentrationen in Milz, Niere und Muskel mit den von uns gefundenen Werten nach Applikation von Dimethylquecksilber in derselben Gr6ssenordnung. Nach schwedischen Berichten16 kommt es bei Methylquecksilber-vergiftetem Wild zu einer starken Anreicherung von Hg in den Haaren bzw. Federn der Tiere. Dahingehende Untersuchungen in vorliegender Arbeit zeigen fibereinstimmend damit ebenfalls einen relativ hohen Hg-Anreicherungsfaktor in den Haaren der Versuchstiere. Die Hg-Exkretion in Feces korrespondieren gr6ssenordnungsm~issig ebenfalls mit den bis jetzt beschriebenen Beobachtungen bei Versuchen mit Methylquecksilber. Im Gegensatz zu unseren Ergebnissen, die etwa dieselben Hg-Werte in Harn und Feces fiber die gesamte Versuchsperiode zeigen, ist allerdings zu bemerken, dass nach Verabreichung von Methylquecksilber fiber eine st~irkere Hg-Exkretion im Kot gegenfiber dem Harn berichtet wird 4'17'ts. Ohne eine genauere Untersuchung fiber die Metabolisierung von Dimethylquecksilber, die allerdings nicht das Ziel der vorliegenden Arbeit war, ist eine exakte Deutung dieses unterschiedlichen Verhaltens nicht mSglich. 387

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