Wirkung von asbest und asbest-quarz-gemischen im intraperitonealtest an ratten

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    Int Arch Occup Environ Health 42, 169-183 ( 1979) (k ulmthmalanml Envilrrn tlalHealthc: Springer-Verlag 1979

    Wirkung von Asbest und Asbest-Quarz-Gemischen imIntraperitonealtest an Ratten*W Weller

    Medizinische Abteilung des Silikose-Forschungsinstituts der Bergbau-Berufsgenossenschaft (Chef-arzt: Prof Dr W T Ulmer), Hunscheidtstrafe 12, D-4630, Bochum 1, Bundesrepublik Deutschland

    Effects of Asbestos and Asbestos-Quartz-Mixtures in Intraperitoneal Test on Rats

    Summary The effects of chrysotile B and crocidolite as well as of quartz-asbestosdust mixtures were studied in intraperitoneal tests with rats lasting up to 6 months.An assessment was made based on organ weight determinations and pathologicalexaminations.The following results were obtained: The weight of lung lymph nodes, of cranialmesenteric lymph nodes, and most of all the total lymph node weight obtained byaddition of both values show an unequivocal correlation to dust injections Croci-dolite provokes a considerable greater quantitative reaction than chrysotile Ifmixed with quartz chrysotile has an inhibitory effect, whereas for crocidolitealmost an addition of the effects of quartz and asbestos components can beobserved.After an injection of chrysotile and crocidolite the modifications in the momentumare rather scarce; they do not occur in other organs Crocidolite however, causesextensive adhesions of omentum, liver, lien and diaphragm Both asbestos dusts areto be classified as fibrogenic; a progression of modifications does not take place.Ferruginous bodies were only found after a test period of 6 months in the groupwith the highest crocidolite dose As particular pathological modifications in allcrocidolite groups ascites and ovarian cysts were observed There were no indica-tions as to the pathogenesis of these modifications.

    Key words: Asbestos Asbestos-quartz-dust-mixtures Intraperitonealtest -Pathology

    Zusammenfassung Im Intraperitonealtest an Ratten wurde bis zu 6 Monaten Ver-suchszeit die Wirkung von Chrysotil B und Krokydolith sowie Mischungen vonQuarz mit den genannten Asbeststauben gepruft Die Beurteilung erfolgte durchOrgan-Gewichtsbestimmungen und pathologische Untersuchungen.Die Untersuchungen hatten folgendes Ergebnis: Allein die Gewichte der Lungen-lymphknoten und der cranialen Mesenteriallymphknoten sowie vor allem das aus

    * Mit Unterstiitzung des Bundesministeriums fiir Arbeit und Sozialordnung

    0304-0131/79/0042/0169/$ 3 00

  • beiden Werten gebildete Gesamt-Lymphknotengewicht weist eindeutige, inter-pretierbare Beziehungen zu den Staubinjektionen auf Krokydolith ruft einewesentlich gr 6 otere quantitative Reaktion als Chrysotil hervor Im Gemisch mitQuarz hat Chrysotil eine hemmende Wirkung, wahrend sich beim Krokydolithnahezu eine Addition der Wirkung der Komponenten Quarz und Asbest ergibt.Nach Injektion von Chrysotil und Krokydolith sind die Veranderungen im Netzeher sparlich, in anderen Organen gar nicht vorhanden Beim Krokydolith tretenjedoch umfangreiche Verklebungen von Netz, Leber, Milz und Zwerchfell auf.Beide Asbeststaube sind als fibrogen einzustufen, eine Progression der Verande-rungen findet nicht statt.Asbestkorperchen konnten erst nach 6 Monaten Versuchszeit in der Gruppe mitder h 6 chsten Krokydolithdosis festgestellt werden Als besondere pathologischeVeranderungen wurde in allen Krokydolith-Gruppen das Auftreten von Aszitesund Ovarialzysten beobachtet Hinweise auf die Pathogenese dieser Verranderun-gen haben sich nicht ergeben.

    Schliisselworter: Asbest Asbest-Quarz-Gemisch Intraperitonealtest Patho-logie

    Die pathogenen Eigenschaften von Asbeststauben sind einmal die Induktion einerFibrose und zum anderen die Kanzerogenitat Tierexperimentell sind die unterschied-lichen Asbestarten in zahlreichen Untersuchungen gepruift worden (u a Pott et al ,1976 ; Engelbrecht und Burger, 1973 ; Obersicht: Bohlig und Otto, 1975).

    Im vorliegenden Versuch sollte die Kombinationswirkung von Chrysotil und Kroky-dolith mit Quarz untersucht werden Die Untersuchung von Kombinationswirkungenist auch von grower praktischer Bedeutung So sind Asbest und Quarz z B im Asbest-zement und im Talkum gleichzeitig vorhanden Der angewendete Intraperitonealtestist nicht nur fuir die Quarzstaub-Injektion, sondern auch fuir die Asbeststaub-Appli-kation eine gut untersuchte Methode (Pott et al , 1976 ; Weller, 1977) Die Unter-suchung wurde mit insgesamt 6 Monaten Versuchszeit als relativer Langzeitversuchdurchgefihrt Dies ist sicher ausreichend fir die Erkennung von fibrogenen Eigen-schaften, im allgemeinen jedoch nicht ftir die Ermittlung der Kanzerogenitat NachPott et al ( 1976), deren Untersuchungen nach der Methode von Tumorversuchendurchgefiihrt wurden, sind hierzu, selbst bei relativ hoher Asbeststaubdosis, minde-stens 9 bis 12 Monate Versuchszeit erforderlich Andererseits besteht bei der in unserenUntersuchungen angewendeten Methodik die M 6 glichkeit der Erkennung von Friih-veranderungen Besonderer Wert wurde bei der Versuchsauswertung auf die Ermittlungquantitativer Parameter gelegt.

    Methodik

    Die Untersuchungen wurden an insgesamt 197 weiblichen SPF-Sprague-Dawley-Ratten, ZuchtWIGA, in sauberer Haltung durchgefiihrt.

    Eine detaillierte Aufstellung der Versuchsgruppen, der Art und Menge der injizierten Staubesowie der Tierzahlen je Gruppe gibt Tabelle 1 Die Tiere hatten bei Versuchsbeginn ein Alter von12 Monaten.

    170 W Weller

  • Wirkung von Asbest und Asbest-Quarz-Gemischen

    Tabelle 1 Versuchsschema

    Gruppen Gruppe Behandlung Tierzahlbezeichnung Asbest Quarz untersucht Verluste

    (mg) (mg) 0 Mon 3 Mon 6 Mon.

    Normalkontrolle 1 5 5 6 1

    Chrysotil 2 a 5 5 6 1Kontrolle b 10 5 7 -

    c 15 5 7

    Krokydolith 3 a 5 5 7Kontrolle b 10 5 7 -

    c 15 5 6 1

    Quarz 4 a 5 5 7 -Kontrolle b 10 5 5 2

    c 15 5 7 -

    Chrysotil 5 a 5 15 5 7+ Quarz b 10 10 5 7

    c 15 5 5 7

    Krokydolith 6 a 5 15 5 7+ Quarz b 10 10 5 7 -

    c 15 5 5 6 1

    171

    Bei den Asbestst Luben handelt es sich um UICC-Standardstlube Krokydolith und Chrysotil B 1 ,als Quarzstaub wurde D 6 rentruper Quarz Nr 120 verwendet Der Staub wurde ohne Hilfsmittel inphysiologischer Na CI-L 6 sung suspendiert, jedes Tier erhielt eine intraperitoneale Injektion von 1 mlmit der in Tab 1 angegebenen Staubmenge Nach 3 und 6 Monaten Versuchszeit wurde aus jederVersuchsgruppe ein Teil der Tiere mit Ather betlubt und durch Entbluten aus der Vena jugularisund der Arteria carotis get 6 tet Nach Bestimmung des Tiergewichtes wurden folgende Organe ent-nommen und gewogen: Leber, Milz, Netz, Lungenlymphknoten, craniale und caudale Mesenterial-lymphknoten Je nach Befund wurden auch aul Serhalb des Netzes gelegene Veranderungen, Ovarien,Peritonealfliissigkeit und Tumoren entnommen Von dem entnommenen Material wurden histo-logische Schnitte bzw Ausstriche angefertigt.

    Ergebnisse

    a) Allgemeines

    Aus Tabelle 1 geht hervor, da 3 wihrend der Versuchszeit 6 von 197 Tieren gestorbensind Mit 0,5 % verendeten Tieren/Monat liegt dieser Wert au Berordentlich niedrig.Sechs Wochen post injectionem starb je ein Tier aus den Gruppen 3 und 6, den Kroky-dolith-Gruppen Die Sektion ergab bei beiden Tieren einen ausgepragten Aszites Dievier anderen Tiere hatten ublicherweise auftretende Todesursachen: Abmagerungen in-folge Hochwachsen der Zihne, Enteritis sowie zwei verendete Tiere ohne besonderenBefund.

    Wir danken Herrn Dr Robock fiir die Beschaffung der Asbeststaube

  • 172

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  • Wirkung von Asbest und Asbest-Quarz-Gemischen

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    b) Tier und Organgewichte

    In Tabelle 2 sind die Tiergewichte aufgefuhrt sowie diejenigen Organgewichte, bei de-nen angesichts geringer Staubmengen und absolut hoher Organgewichte nur geringeVeranderungen zu erwarten waren.

    Veranderungen und Unterschiede variieren ohne offensichtlichen Zusammenhangmit der Hohe der Staubdosis Bei den Milzgewichten ist lediglich in der reinen Quarz-gruppe ein Anstieg mit zunehmender Staubdosis zu beobachten Groi 6 ere Unterschiedewaren allenfalls beim Netzgewicht zu erwarten Wie beim Milzgewicht steht nur beider reinen Quarzgruppe das Netzgewicht in einem Zusammenhang mit der Staubdosis.

    173

  • Gesamtymphknoten( mg )

    Inn_ _Cwr 2 ~~~~~~l K Lkv A~ 1th

    200-

    100-

    0

    Abb 1 Gesamt-Lymphknotenge-" uar 2 Chrysoti L wicht nach 3 Monaten Versuchs-

    , Krrydotklh zeit in Abhangigkeit von der Staub-dosis (Gesamt-Lymphknotenge-

    -Ktontrotte wicht = Gewicht der Lungenlymph-knoten und der cranialen Mesente-riallymphknoten)

    Emzestxbe: 5 10 15 9 urr r bz ArsbstSt-aubgmisch * 15 -10 * 5 mg Asbet

    In alien anderen Gruppen weist das Netzgewicht keinen gerichteten Zusammenhangmit der Hohe der Staubdosis und der Staubart auf.

    In Tabelle 3 sind die Gewichte der verschiedenen Lymphknotengruppen zusam-mengefafit Aus vielfachen Erfahrungen mit Quarzstauben und Kohle-Quarz-Gemi-schen im Intraperitonealtest wurden die Gewichte der Lungenlymphknoten und dercranialen Mesenteriallymphknoten zum Gesamt-Lymphknotengewicht zusammenge-fak 3 t.

    Auger dem Gewicht der caudalen Mesenteriallymphknoten zeigen alle anderenLymphknotengewichte gerichtete, dosisabhangige Beziehungen Eine bessere Uber-sicht als die tabellarische Aufstellung der Lymphknotengewichte gibt die folgendegraphische Darstellung, beruhend auf den Ergebnissen nach 3 Monaten Versuchszeit(Abb 1).

    Quarz zeigt die typische dosisabhangige Erh 6 hung des Gesamt-Lymphknotenge-wichtes Es ist eindeutig zu sehen, da 1 f Krokydolith eine bedeutend groi 3 ere quantita-tive Wirkung hat als Chrysotil.

    Ein uberraschendes Verhalten zeigen die Asbest-Quarz-Gemische Die quantita-tive Quarzwirkung wird durch Zumischung von Chrysotil dosisabhlngig herabgesetzt.Bei Zumischung von Krokydolith resultiert, ebenfalls wieder dosisabhangig, eineSteigerung der quantitativen Quarzwirkung.

    Dieses interessante Verhalten soil in der Tabelle 4 an Hand der Organgewichtszu-wachsraten (= Nettogewichte, d h tatsachliches Organgewicht minus Organgewichtder Kontrollgruppe) niher untersucht werden.

    Als Sollwert ist das ermittelte Nettogewicht nach Injektion der Einzelstiube an-gegeben Der Istwert ist das ermittelte Nettogewicht des identischen Staub-Gemisches.Beim Chrysotil zeigt sich fr alle gepriiften Mischungsverhaltnisse, sowohl nach 3Monaten als auch nach 6 Monaten Versuchszeit, eine starke Verminderung der Quarz-reaktion Im Mittel betragt, nach 3 Monaten Versuchszeit, der ermittelte Wert desStaub-Gemisches nur etwa 35 % der zu erwartenden Wirkung, unter Annahme eineradditiven Wirkung der Einzelstaube Nach 6 Monaten Versuchszeit steigt dieser Wertauf 43 %, bedingt durch eine progressive Entwicklung nach reiner Quarzinjektion BeimKrokydolith werden dagegen nach 3 Monaten Versuchszeit im Mittel 90 % der zu er-wartenden quantitativen Reaktion erreicht Hier ergibt sich, insbesondere bei hohenAsbest-Zumischungen, eine fast additive Wirkung der Reaktion beider Einzelstaube.

    174 W Weller

  • Wirkung von Asbest und Asbest-Quarz-Gemischen

    Tabelle 4 Darstellung der von den Einzelstauben und den entsprechenden Staub-Gemischen be-wirkten Organgewichtsverinderung

    Organgewichtszuwachs (in mg)Gesamtlymphknoten (Lungenlymphknoten + cran Mesenteriallymphknoten)

    Chrysotil KrokydolithStaub 3 Mon 6 Mon 3 Mon 6 Mon.

    5 mg Asbest 12 2 35 2915 mg Quarz 241 279 241 279

    Soil: Summe der Einzelstaube 253 281 276 308Ist: Staubgemisch ( 5 mg Asbest + 15 mg Quarz) 80 131 242 246

    % Istwert vom Sollwert 32 % 47 % 88 % 80 %

    10 mg Asbest 17 6 52 3710 mg Quarz 179 182 179 182

    Soil: Summe der Einzelstaube 196 188 231 219Ist: Staubgemisch ( 10 mg Asbest + 10 mg Quarz) 53 81 203 185

    % Istwert vom Sollwert 27 % 43 % 88 % 84 %

    15 mg Asbest 11 7 61 555 mg Quarz 87 126 87 126

    Soll: Summe der Einzelstiube 98 133 147 181Ist: Staubgemisch ( 15 mg Asbest + 5 mg Quarz) 46 38 140 156

    % Istwert vom Sollwert 47 % 29 % 95 % 86 %

    Abb 2 Darstellung der von den Asbest-stauben bewirkten Nettogewichtzunahmedes Gesamt-Lymphknotengewichts in Ab-hingigkeit von Versuchszeit und Staubdosis

    Gesamt Lymphknoten

    Organgevichtszuwachsinmg

    80-

    60 3 Mn d

    40 -

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    .5 10 4-6 m on A Cbt5 10 15 mg Asbest

    Zur Frage der quantitativen Progression der Veranderungen ergibt sich folgende

    Situation: Entsprechend dem bekannten typischen Verhalten steigen die Netto-Organ-gewichte nach Quarzinjektion vom 3 bis zum 6 Versuchsmonat an Damit durftefur den verwendeten Dosisbereich das Maximum der quantitativen Reaktion erreicht

    sein (Weller, 1977).Ober das Verhalten der Asbeststaube gibt die nachfolgende Abbildung Auskunft

    (Abb 2).Aus diesen Werten geht hervor, da B sowohl Chrysotil als auch Krokydolith kein

    progressives, sondern in allen Dosierungen ein regressives Verhalten zeigen Aui~erdem

    wird nochmal die sehr unterschiedliche quantitative Wirkung der beiden Asbeststaubeevident, die beim Krokydolith zudem eine dosisabhangige Beziehung aufweist.

    Zusammenfassend ist festzustellen, da allein die Gewichte der Lungenlymph-knoten und der cranialen Mesenteriallymphknoten sowie vor allem das aus beiden

    175

  • Werten gebildete Gesamt-Lymphknotengewicht eindeutige interpretierbare Beziehungenaufweist Krokydolith ruft eine wesentlich groi 6 ere quantitative Reaktion als Chrysotilhervor Im Gemisch mit Quarz hat Chrysotil eine hemmende Wirkung, wahrend sichbeim Krokydolith nahezu eine Addition der Wirkung der Komponenten Quarz undAsbest ergibt.

    c) Makroskopische Pathologie

    Zunachst sollen die makroskopisch sichtbaren Veranderungen bei Er 6 ffnung der Bauch-hohle nach 3 Monaten Versuchszeit dargestellt werden Nach Injektion von 5 mgChrysotil sind lediglich helle Puinktchen am Netz zu sehen Bei h 6 herer Dosierung sinddaneben aukerhalb des Netzes am Peritoneum sowie auf der Leber geringe Ablagerungenvorhanden In der Krokydolith-Gruppe sind ahnliche grau-gruiine Ablagerungen vor-handen Es handelt sich eher um flache, schlierig verlaufende Ablagerunge...