Metabolism and Biological Monitoring of Organic Acid Anhydrides

Abstract

The aim of this thesis was to describe the metabolism and to develope methods for biological monitoring for two organic acid anhydrides (OAAs), namely hexahydrophthalic anhydride (HHPA) and methylhexa-hydrophthalic anhydride (MHHPA). The OAAs are reactive, low molecular weight chemicals used in vast quantities in the industry. Many OAAs, including HHPA and MHHPA, are potent IgE sensitisers inducing asthma, rhinitis, and conjunctivitis. Analytical methods for analyses of hexahydrophthalic acid (HHP acid) and methylhexahydrophthalic (MHHP acid; metabolites of HHPA and MHHPA) in plasma and urine and the hemoglobin (Hb) adducts of HHPA and MHHPA in erythrocytes were developed using pentaflourobenzyl bromide derivatisation and gas chromatography mass spectrometry (GC-MS). The kinetics of MHHP acid and protein adducts were investigated and the Hb adducts briefly characterised by means of gel filtration, reversed-phase liquid chromatography, and GC-MS. The levels of the acids in plasma and urine and of the Hb adducts from workers were correlated to their exposure of HHPA and MHHPA. Further, the distribution of tritium-labelled HHPA was investigated in an animals study using autoradiography and gel filtration/ scintillation. The analyses of HHP and MHHP acid in urine and plasma had high precision and accuracy. The analysis of HHPA and MHHPA adducts had a good precision. All methods had a detection limit sufficiently low for application in exposed workers. The major adduct-forming protein in human erythrocytes seemed to be Hb and the major HHPA-binding amino acid was lysine. Strong correlations were found between MHHP acid levels in plasma and urine and MHHPA in air and between levels of Hb-adducts of HHPA and MHHPA and long term or short term exposure, as determined by biomonitoring using HHP or MHHP acid in urine or plasma. Thus, the methods are applicable for biological monitoring of exposure. A fast elimination of MHHP acid in urine show that MHHP acid in plasma and urine reflect one day of exposure. The Hb adducts seemed to be stable in vivo and thus reflecting the exposure during months. In the animal study, tissue-bound HHPA/metabolites mainly occurred in the upper respiratory airways, alimentary tract, whereas no bound radioactivity was observed in the lung. A low selective binding was also observed in kidney of rats. The presented methods and results can be used for exposure assessment of OAAs and for studies of mechanisms behind allegies.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

I vårt dagliga liv kommer vi i kontakt med en rad produkter som tillverkas av arbetare som riskerar att drabbas av sjukdomar till följd av sin arbetsmiljö. De organiska syraanhydriderna är industriellt vanligt förekommande kemikalier. Två av dessa anhydrider har studerats i denna avhandling, nämligen hexahydroftalsyra anhydrid (HHPA) och methylhexahydroftalsyra anhydrid (MHHPA). Dessa är bland de mest allergiframkallande substanser man överhuvudtaget känner till och en stor del av arbetarna som hanterar HHPA och MHHPA riskerar att drabbas. Framför allt ger anhydriderna upphov till symtom från de övre luftvägarna och ögonen men även astma förekommer. Mekanismerna bakom den starka allergena effekten av anhydriderna är dock tämligen okänd men en trolig del i mekanismen är att anhydriderna binder till kroppsegna proteiner och bildar så kallade proteinaddukter. Som ett led i att få bättre förståelse för de mekanismer som ligger bakom allergier har inbindningen av HHPA och MHHPA till olika kroppsegna proteiner studerats i denna avhandling. I de röda blodkropparna hos exponerade arbetare verkar framför allt anhydriderna binda till aminosyran lysin i proteinet hemoglobin. De bildade anhydrid-hemoglobin addukterna verkar vara stabila i kroppen. Ytterligare studier av inbindningen av anhydriderna till proteiner gjordes med hjälp av djurförsök. Dessa utfördes genom att råttor och marsvin fick inandas HHPA som hade märkts med en radioaktiv isotop. Efter avlivning skivades djuren i tunna skivor som lades på en film där den radioaktiva strålningen svärtade filmen och det gick därmed att se var i kroppen anhydriden bundit. Det visade sig att det framför allt fanns bunden HHPA i de övre luftvägarna men mycket lite i lungan. Detta är intressant eftersom symtom från näsan är vanliga hos exponerade arbetare medan symtom från de nedre luftvägarna är mer sällsynta. I denna avhandling har även tre olika metoder för att mäta exponeringen för HHPA och MHHPA utvecklats. Principen för två av dessa är att mäta halterna av nedbrytningsprodukterna av HHPA och MHHPA i blodplasma eller urin. En annan metod går ut på att mäta halterna av anhydrid som bundit till hemoglobin. Det har visats att dessa halter kan användas som ett mått på exponeringen för HHPA och MHHPA. Halterna av nedbrytningsprodukter i plasma och urin visar exponeringen under en arbetsdag medan halterna av anhydrid som bundit till hemoglobin speglar exponeringen under flera månader. Det är viktigt att det finns bra metoder för att mäta exponering för dessa ämnen. Dessa metoder behövs dels för att bestämma vilka halter som ger sjukdom och dels för att övervaka de halter som arbetare utsätts för. Det är även viktigt att vi får en bättre förståelse för de mekanismer som ligger bakom utveckling av allergier då dessa är starkt ökande sjukdomar i vårt samhälle. Vi kan genom ökade kunskaper om utveckling av allergier få bättre möjligheter att förebygga uppkomsten av dessa sjukdomar.

• author: Lindh, Christian
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Törnqvist, Margareta
• organization: Division of Occupational and Environmental Medicine, Lund University
• publishing date: 1998
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Environmental Health and Occupational Health
• keywords: rats, human, distribution, analysis, biological monitoring, autoradiography, adducts, hemoglobin, plasma, urine, Hexahydrophthalic anhydride, methyltetrahydrophthalic anhydride, guinea pigs, Occupational health, industrial medicine, Yrkesmedicin, arbetsmiljömedicin
• pages: 105 pages
• defense location: Föreläsningsal 5
• defense date: 1998-03-27 10:15:00
• external identifiers: other:ISRN: LUMEDW/MEOC-1021-SE
• ISBN: 91-628-2910-6
• language: English
• LU publication?: yes
• id: 61bde899-3702-4029-a53d-3c0d8c166d4d (old id 38460)
• date added to LUP: 2016-04-04 13:42:04
• date last changed: 2019-03-08 03:25:28