Untersuchungen zum Humanmetabolismus des Bismuts mittels massenspektrometrischer Kopplungstechniken

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Die Biomethylierung und die Hydridbildung von Metall(oid)en sind ubiquitäre Prozesse in der Umwelt, die zur Bildung von chemischen Spezies mit erhöhter Mobilität und Toxizität führen können. Während viel über die Wechselwirkung von Metall(oid)en mit Mikroorganismen unter Umweltbedingungen ermittelt wurde, sind bisher nur wenige Informationen über vergleichbare Prozesse im Menschen vorhanden. Diese Arbeit stellt einen Beitrag zur Biotransformation und Eliminierung von Bismut im Menschen dar, die in zwei Probandenstudien mit massenspektrometrischen Kopplungstechniken (GC/ICP-MS, GC/EI-MS/ICP-MS, GC/MS und ICP-MS) untersucht wurden. Weiterhin wurden humane Hepatozyten (HepG2) mit Bismut-haltigen Reagenzien (CBS, Bismutcystein und Bismutglutathion) inkubiert, um durch die Detektion der Metaboliten in vitro Hinweise auf die Beteiligung der humanen Leber an der Biomethylierung des Bismuts zu erhalten. Bei der ersten Probandenstudie wurde 20 männlichen Probanden eine Dosis von 215 mg Bismut in Form von Bismutsubcitrat oral verabreicht und die Biotransformation und Eliminierung des Bismut beobachtet. Die sehr geringe Bismut-Resorption im Magen und im oberen Darmsegment wurde über die geringe renal eliminierte Bismutmenge nachgewiesen. Nach der Bismutgabe stiegen die Bismut-Konzentrationen im Blut sehr schnell innerhalb der ersten Stunde bis zu einem Maximum an. Der überwiedende Teil des Bismuts wurde fäkal eliminiert. Zudem wurden Spuren des Metaboliten Trimethylbismut ((CH3)3Bi) via LT-GC/ICPMS in Blut- und Atemproben detektiert. Bis zu 2,50 pg/ml (Blut) und 458 ng/m3 (Atemluft) wurden mit großer interindividueller Variation bestimmt. Die Eliminationspfade waren die Atemluft (bis zu 0,03 ‰), der Urin (0,03-1,2 %) und die Fäzes. In einer weiteren Probandenstudie wurde die Biotransformation und Eliminierung des Bismuts mit einer größeren Zeitauflösung beobachtet. Hierzu wurde in drei Teilstudien dem jeweils gleichen männlichen Probanden zweimal je 215 mg und einmal 430 mg Bismut in Form von Bismutsubcitrat verabreicht. Neben der grundsätzlichen Bestätigung der Ergebnisse aus der ersten Studie wurden durch das modifizierte Studiendesign mehrere charakteristische (CH3)3Bi-Konzentrationsmaxima in der Atemluft detektiert, welche stets nach der Nahrungsaufnahme beobachtet wurden. Diese Beobachtung deutet auf die Beteiligung von Enzymen bei der Methylierung des Bismuts hin, die durch die Nahrungsaufnahme aktiviert werden. Weiterhin wurde (CH3)3Bi in Fäzesproben nachgewiesen und (CH3)3Bi- Maximalkonzentrationen von 1738 ng/kg bis 5679 ng/kg bestimmt. Bei den In-vitro-Experimenten mit HepG2-Zellkulturen wurde nach der 24-stündigen Inkubation mit Bismut-haltigen Reagenzien kein (CH3)3Bi im Headspace der Zellkultur nachgewiesen. Nach der Ethylierung des Zelllysats mit Natriumtetraethylborat bei pH 7 wurde Monomethyldiethylbismut nur in den Zellkulturen nachgewiesen, die mit Bismutsubcitrat und Bismutcystein inkubiert wurden; der gleiche Versuch mit Bismutglutathion war negativ. Diese Ergebnisse zeigen, dass humane Leberzellen das Potenzial zur Bismutmethylierung haben und das die permethylierte Spezies nicht im Beobachtungszeitraum gebildet wird. Die Methylierung des Bismutgluthations wurde möglicherweise aufgrund der geringen Aufnahme des Bismutglutathions durch die humanen Leberzellen nicht nachgewiesen. Letztendlich wurde in dieser Arbeit gezeigt, dass Bismut im humanen Organismus methyliert wird. Durch die hier präsentierten Ergebnisse erscheint es so, dass die intestinale Mikroflora und die humane Leber an dieser Biotransformation beteiligt sind.
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Dokumententyp:
Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Fakultät / Institut:
Fakultät für Chemie
Dewey Dezimal-Klassifikation:
500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie
Stichwörter:
Bismut, bismuth, Metabolismus, metabolism
Beitragende:
Prof. Dr. rer. nat. Hirner, Alfred V. [Betreuer(in), Doktorvater]
Prof. Dr. med. Rettenmeier, Albert W. [Gutachter(in), Rezensent(in)]
Sprache:
Deutsch
Kollektion / Status:
Dissertationen / Dokument veröffentlicht
Datum der Promotion:
04.12.2008
Dokument erstellt am:
22.12.2008
Promotionsantrag am:
25.08.2008
Dateien geändert am:
07.08.2013
Medientyp:
Text