Malorny, G; Rietbrock, N; Schneider, M
Zusammenfassung
Zur Prüfung der Frage, welches Schicksal der Formaldehyd im Organismus erfährt, werden Versuche in vivo (I) an Hunden und Katzen sowie Versuche in vitro (II) mit nativem Hunde- und Menschenblut durchgeführt. Die Befunde werden erörtert (III).
I. Bei i.v. Injektion einer 0,2 m Formaldehydlösung beim Hund bis zur Gesamtdosis von 35 mg/kg steigt die Ameisensäurekonzentration im Plasma steil an und erreicht 2 min nach Absetzen der Infusion ihren Höchstwert von 14,40±2,33 mg-%. Die Elimination der Ameisensäure verläuft exponentiell mit einer Halbwertszeit von 90 min. Ähnliche Gipfelhöhen und Abklingquoten der Ameisensäure im Plasma beobachtet man nach Infusion einer 0,2 m Ameisensäure- und Na-Formiatlösung in äquimolaren Dosen. Diese Versuche erlauben einen Einblick in die Kinetik der Formaldehydoxydation zu Ameisensäure nach i.v. Gabe beim Hund.
Während der Infusion sind im Plasma 0,95 mg-% und in den Erythrocyten 4,06 mg-% Formaldehyd nachweisbar. Nach Absetzen der Infusion sinkt die Formaldehydkonzentration sowohl im Plasma als auch in den Erythrocyten rasch ab; nach 60 min ist im Plasma kein Formaldehyd und in den Erythrocyten noch 0,2 mg-% auffindbar.
Nach enteraler Verabfolgung einer 0,2 m Formaldehydlösung beim Hund wird Formaldehyd rasch in die Blutbahn resorbiert. Im Blutplasma ist aber kein Formaldehyd nachweisbar, lediglich in den Erythrocyten in geringen Mengen (0,33–0,91 mg-%). Hingegen steigt die Ameisensäurekonzentration im Plasma stark an. Nach 20 min findet man 7,11 mg-% (Leerwert 1,70 mg-%) und nach 120 min 12,95 mg-% Ameisensäure. Daraus ergibt sich, daß der Formaldehyd auch nach enteraler Resorption schnell zu Ameisensäure entgiftet wird.
Unter der Formaldehydeinwirkung entwickelt sich im Blut durch Bildung von Ameisensäure und Einstrom von Milchsäure eine reversible metabolische Acidose.
II. Einen Einblick in den Mechanismus der Ameisensäureentstehung im Blut gewähren Versuche in vitro. Setzt man zu nativem Menschenblut Formaldehyd, so wird er sehr rasch von den Erythrocyten adsorbiert und zu Ameisensäure oxydiert. Die Oxydation erfolgt einmal durch die peroxydatische Wirkung der Katalase (Methylenblau-Katalyse in vitro), zum anderen durch eine NAD- sowie NADP-abhängige Formaldehyddehydrogenase der Erythrocyten. Neben der Leber verfügen also besonders die roten Blutzellen über eine wirksamen Entgiftungsmechanismus.
Die Elimination der gebildeten Ameisensäure verläuft auf drei Wegen: a) vollständige Verbrennung zu CO2 und H2O; b) Ausscheidung als Alkalisalze durch die Niere und c) Eintritt in den C1-Stoffwechsel durch enzymatische Koppelung an Tetrahydrofolsäure zur Biosynthese labiler Methylgruppen.
III. Bei der Besprechung der Versuchsergebnisse wird festgestellt, daß der Organismus über hochwirksame Entgiftungs- und Ausscheidungsmechanismen gegenüber dem enteral und parenteral eindringenden Formaldehyd verfügt.
Summary
The metabolic fate of formaldehyde was investigated in vivo in dogs and cats and in vitro by incubation with human and canine blood.
I. Intravenous injection of 0.2 M formaldehyde solutions into dogs causes the rapid appearance of formic acid in blood plasma while only very little formaldehyde can be found. At the end of the infusion of 35 mg/kg of formaldehyde the maximal concentration of formic acid in plasma is 14.4±2.33 mg-%. Similar peak concentrations are observed after infusion of 0.2 M solutions of formic acid itself or its sodium salt in equivalent amounts. The elimination of formic acid is exponential. Its biological half life is 81.5 min and the elimination constant is 0.51, when given as formic acid. After application of sodium formate the respective figures are 77 min and 0.54. Elimination constants and biological half lives for formic acid formed from formaldehyde are 0.46 and 90 min. Thus elimination kinetics of all three substances follow a very similar pattern.
During the formaldehyde infusion 0.95 mg-% formaldehyde is found in plasma and 4.06 mg-% in the erythrocytes. One hour after the end of the infusion plasma contains no formaldehyde and erythrocytes only 0.2 mg-%.
After oral administration of 0.2 M formaldehyde solutions to dogs the aldehyde is easily absorbed by the intestine. But no formaldehyde can be detected in plasma and only little in erythrocytes (0.33–0.91 mg-%).
However, formic acid is found in appreciable amounts in plasma. Plasma contains 7.11 mg-% after 20 min (plasma blank 1.70 mg-%) and 12.95 mg-% after 2 h. This is taken as evidence for a rapid transformation of formaldehyde to formic acid after intestinal absorption. In cats the production of formic acid and influx of lactic acid into the blood stream cause a reversible metabolic acidosis.
II. In vitro experiments with human blood show that formaldehyde is quickly oxidized to formic acid after its adsorption to erythrocytes. This oxidation is carried out by the peroxidative action of catalase as well as by an NAD and NADP dependent formaldehyde dehydrogenase in the erythrocytes. Thus not only liver but also erythrocytes effectively detoxify formaldehyde.
Elimination of formic acid, which is formed subsequent to the ingestion of formaldehyde, can be accomplished by three different means: a) total oxidation to yield CO2 and H2O, b) renal excretion as alkali salts, and c) incorporation into the C1-metabolism after activation by the energy requiring enzymatic reaction with tetrahydrofolic acid.
III. The data suggest that the living organism possesses highly active mechanisms for the detoxification and elimination of orally or parentet rally administered formaldehyde.