The widely used chemical acrylamide (AA) has been classified as a probable human carcinogen. This classification was based on positive results in rodent carcinogenicity studies as well as on a number of in vitro mutagenicity assays. In 2002, AA was discovered to be formed during the preparation of starch-containing foods. According to the latest FDA exposure assessment (2006), the average daily intake has been estimated from AA levels in foodstuffs and from nutritional habits to be around 0.4 µg/kg b.w. with a 90th percentile of 0.95 µg/kg b.w.. In children and adolescents however, the daily AA intake is about 1.5 times higher, due to lower body weight and differing consumption patterns. Apart from the diet, humans may be exposed to AA during the production or handling of monomeric AA, from AA residues in polyacrylamides, and from cigarette smoke. After oral administration, AA is readily absorbed and distributed throughout the organism. AA is metabolized to the reactive epoxide glycidamide (GA) via the CYP 450 isoenzyme CYP 2E1. Both, AA and GA are conjugated with glutathione. After enzymatic processing, the mercapturic acids N-Acetyl-S-(2-carbamoylethyl)-L-cysteine (AAMA) as well as the regioisomers N-Acetyl-S-(2-carbamoyl-2-hydroxyethyl)-L-cysteine (GAMA) and N-Acetyl-S-(1-carbamoyl-2-hydroxy-ethyl)-L-cysteine (iso-GAMA) are excreted with urine. An additional pathway for the metabolic conversion of GA is the epoxide hydrolase mediated hydrolysis to the diol compound glyceramide. Following administration of AA at doses exceeding the daily dietary intake by a factor of 1000 - 6000 to human subjects, a new urinary metabolite was found, which could be identified as the S-oxide of AAMA (AAMA-sulfoxide). In general, data from animal studies are used for risk assessment of (potential) human carcinogens. However, inter-species differences in toxicodynamics or toxicokinetics, e.g. in biotransformation may lead to under- or overestimation of human risk. The objective of this work was to establish a highly specific and sensitive analytical method to quantify the major urinary metabolites of AA. Other aims apart from measurements concerning the human background exposure were the evaluation of biotransformation and toxicokinetics of AA in humans and rats after oral administration of 13C3-AA. The obtained data was intended to help avoid linear extrapolation from animal models for future risk assessments of AA carcinogenicity. / Die weitverbreitete Chemikalie Acrylamid (AA) wurde als möglicherweise krebserregend im Menschen eingestuft. Diese Klassifizierung beruhte auf positiven Ergebnissen aus Kanzerogenitätsstudien in Nagern sowie einer Reihe von in vitro Mutagenitätstests. Im Jahr 2002 wurde entdeckt, dass AA während der Zubereitung von stärkehaltigen Nahrungsmitteln entsteht. Nach den neuesten Expositionsabschätzungen der FDA (2006) wurde auf der Basis von AA-Gehalten in Lebensmitteln und Ernährungsgewohnheiten eine tägliche Aufnahme von etwa 0.4 µg/kg KG (Körpergewicht) errechnet. Die 90. Percentile lag bei 0.95 µg/kg KG. In Kindern und Heranwachsenden ist die tägliche AA Aufnahme jedoch um etwa Faktor 1.5 höher. Dies beruht auf einem vergleichsweise geringeren Körpergewicht und anderen Ernährungsvorlieben (175). Außer über die Nahrung können Menschen während der Produktion oder Verarbeitung von monomerem AA, über Rückstände in Polyacrylamiden und über Zigarettenrauch gegenüber AA exponiert sein. Nach oraler Gabe wird AA schnell resorbiert und im ganzen Organismus verteilt . AA wird über das Cytochrom P450 Isoenzym CYP 2E1 in das reaktive Epoxid Glycidamid (GA) umgewandelt. Sowohl AA als auch GA binden an Glutathion. Nach enzymatischer Verstoffwechslung werden die Mercaptursäuren N-Acetyl-S-(2-carbamoylethyl)-L-cystein (AAMA) sowie die Regioisomere N-Acetyl-S-(2-carbamoyl-2-hydroxyethyl)-L-cystein (GAMA) und N-Acetyl-S-(1-carbamoyl-2-hydroxyethyl)-L-cystein (iso-GAMA) mit dem Urin ausgeschieden. Ein weiterer Weg für die metabolische Umwandlung von GA ist die durch Epoxidhydrolase katalysierte Hydrolyse zum Diol Glyceramid. Nach der Verabreichung von AA an Menschen in Dosen, die die tägliche Aufnahme über die Nahrung um das 1000 bis 6000-fache überschritten, wurde ein neuer Metabolit im Urin entdeckt, der als das S-oxid von AAMA identifiziert werden konnte. Im Allgemeinen werden Daten aus Tierstudien für die Risikobewertung von (möglichen) Kanzerogenen im Menschen verwendet. Spezies-Unterschiede bezüglich der Biotransformation können demzufolge zu Unter- oder Überbewertung des Risikos für den Menschen führen. Das Ziel dieser Arbeit war es, eine hochspezifische und empfindliche analytische Methode für die Quantifizierung der wichtigsten Metaboliten von AA im Urin zu entwickeln. Neben Messungen bezüglich der Hintergrundbelastung im Menschen sollten Biotransformation und Toxikokinetik von AA in Menschen und Ratten nach oraler Gabe von 13C3-AA bestimmt werden. Die gewonnenen Daten sollten dazu beitragen, lineare Extrapolation ausgehend von Tiermodellen für zukünftige Risikoabschätzungen zu vermeiden.

Im Rahmen dieser Arbeit sollte geprüft werden, welchen Einfluss die Aufnahmewege Wasser und Nahrung auf die Toxikokinetik der 14C-markierten Testsubstanzen Terbutryn und Benzo[a]pyren bei den aquatischen Invertebraten Gammarus fossarum, Asellus aquaticus und Lumbriculus variegatus haben. Es wurden die toxikokinetischen Parameter zur Aufnahme und Elimination von 14C-Terbutryn und 14C-Benzo[a]pyren in Biokonzentrations- und Biomagnifikationsexperimenten untersucht. Die Verwendung der Tracertechnik ermöglichte Untersuchungen zum Metabolismus mittels Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC). Hierzu wurden Extraktionsmethoden und Trennsysteme für den Nachweis der Metabolite in den Organismen, in Blattscheiben und im Hälterungswasser entwickelt. Für 14C-Terbutryn und 14C-B[a]P konnte das Wasser als Hauptaufnahmeweg für die untersuchten Invertebraten identifiziert werden. Die beiden Testsubstanzen wurden bei den untersuchten Invertebraten über die Nahrung aufgenommen. Es fand jedoch keine Anreicherung über die Nahrung statt. Die Aufnahme von 14C-Terbutryn und 14C-B[a]P erfolgte bei den untersuchten Invertebraten über das Wasser schneller als über die Nahrung. Die Elimination von 14C-Terbutryn nach Aufnahme über die Nahrung erfolgte mit Ausnahme von A. aquaticus bei den untersuchten Organismen langsamer als nach Aufnahme über das Wasser. 14C-B[a]P wurde durch die untersuchten Organismen mit Ausnahme von G. fossarum nicht wieder eliminiert. Für die untersuchten aquatischen Invertebraten wurden Korrelationen zwischen dem log Kow und dem log BCF durchgeführt. Dabei zeigte sich, dass es eine lineare Beziehung zwischen log Kow und log BCF gibt. Jedoch bestehen in Abhängigkeit von der Spezies und der Substanz Unterschiede in den Eigenschaften der Regressionsgeraden sowie in der Güte der Anpassung.

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karol. inst., 2003. / Härtill 5 uppsatser.

Im Rahmen dieser Arbeit sollte geprüft werden, welchen Einfluss die Aufnahmewege Wasser und Nahrung auf die Toxikokinetik der 14C-markierten Testsubstanzen Terbutryn und Benzo[a]pyren bei den aquatischen Invertebraten Gammarus fossarum, Asellus aquaticus und Lumbriculus variegatus haben. Es wurden die toxikokinetischen Parameter zur Aufnahme und Elimination von 14C-Terbutryn und 14C-Benzo[a]pyren in Biokonzentrations- und Biomagnifikationsexperimenten untersucht. Die Verwendung der Tracertechnik ermöglichte Untersuchungen zum Metabolismus mittels Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC). Hierzu wurden Extraktionsmethoden und Trennsysteme für den Nachweis der Metabolite in den Organismen, in Blattscheiben und im Hälterungswasser entwickelt. Für 14C-Terbutryn und 14C-B[a]P konnte das Wasser als Hauptaufnahmeweg für die untersuchten Invertebraten identifiziert werden. Die beiden Testsubstanzen wurden bei den untersuchten Invertebraten über die Nahrung aufgenommen. Es fand jedoch keine Anreicherung über die Nahrung statt. Die Aufnahme von 14C-Terbutryn und 14C-B[a]P erfolgte bei den untersuchten Invertebraten über das Wasser schneller als über die Nahrung. Die Elimination von 14C-Terbutryn nach Aufnahme über die Nahrung erfolgte mit Ausnahme von A. aquaticus bei den untersuchten Organismen langsamer als nach Aufnahme über das Wasser. 14C-B[a]P wurde durch die untersuchten Organismen mit Ausnahme von G. fossarum nicht wieder eliminiert. Für die untersuchten aquatischen Invertebraten wurden Korrelationen zwischen dem log Kow und dem log BCF durchgeführt. Dabei zeigte sich, dass es eine lineare Beziehung zwischen log Kow und log BCF gibt. Jedoch bestehen in Abhängigkeit von der Spezies und der Substanz Unterschiede in den Eigenschaften der Regressionsgeraden sowie in der Güte der Anpassung.