Zentralblatt für Arbeitsmedizin, Arbeitsschutz und Ergonomie Originalien Zbl Arbeitsmed https://doi.org/10.1007/s40664-019-0337-6 © Springer Medizin Verlag GmbH, ein Teil von Springer Nature 2019 Igor Zavgorodnij1 · Beatrice Thielmann2 · Walerij Kapustnik3 · Ruslan Batschinskij4 · J. Batschinskaja5 · Irina Böckelmann2 1 Lehrstuhl für Hygiene und Ökologie№ 2, Charkower Nationale Medizinische Universität, Charkow, Ukraine 2 Bereich Arbeitsmedizin, Medizinische Fakultät, Otto-von-Guericke-UniversitätMagdeburg, Magdeburg, Deutschland 3 Lehrstuhl für Innere- und Berufskrankheiten, Charkower NationaleMedizinische Universität, Charkow, Ukraine 4 Lehrstuhl für biologische Chemie, Charkower NationaleMedizinische Universität, Charkow, Ukraine 5 Lehrstuhl des Marketings und der Handelsunternehmer, Charkower Handels- undWirtschaftsinstitut KNUHW, Charkow, Ukraine Toxizität von Methyl-tert- butylether auf innere Organe von Versuchstieren unter Kältebedingungen Hinführung zum Thema Methyl-tert-butylether(MTBE)findetei- nebreiteAnwendunginProduktionsstät- tenderChemie-undBauindustrie.Dabei könnte die gleichzeitige Einwirkung von toxischer Substanz undKälte eine höhere Belastung bedeuten. Histologische Un- tersuchungen innerer Rattenorgane er- gaben eine toxischeWirkung vonMTBE, die durch Kälte deutlich verstärkt wur- de. Dies ist arbeitstoxikologisch relevant, da eine Übertragbarkeit auf Menschen denkbar ist. Der Mensch ist verschiedenen Um- weltfaktoren ausgesetzt. Dazu gehören z.B. Xenobiotika. Diese chemischenVer- bindungen sind dem Organismus oder dem betroffenen Ökosystem fremd und können auch in Kombination mit phy- sischen Faktoren (z.B. Kälte, Hitze) wir- ken [1, 2]. Die multifaktorielle Wirkung verschiedener Einflussfaktoren physika- lischer und/oder chemischer Herkunft auf den Organismus ist bedeutender als ein alleiniger Einfluss, weil die Kombina- tionsexposition addierende oder poten- zierende Effekte hervorrufen kann. Die gleichzeitige Wirkung von chemischen Die Autoren I. Zavgorodnij und B. Thielmann habenzugleichenTeilenderArbeitbeigetragen. Verbindungen sowieHitze oderKälte auf den Organismus ist bis jetzt wenig er- forscht. Besonders ungünstig wirken auf die menschliche Gesundheit die nega- tiven Folgen chemischer und physikali- scher Faktoren wie z.B. von Nitrobenzol und Methyl-tert-butylether unter Kälte- bedingungen, was in arbeitstoxikologi- schen Studien untersucht wurde [3–6]. Der physikalische Belastungsfaktor Käl- te kommt nicht nur in der häuslichen Umwelt, sondern auch an verschiedenen Arbeitsplätzen vor. Die multifaktorielle Wirkung von chemischen Faktoren und Kälte ergibt sich somit wider Erwarten häufiger als andere Kombinationsexpo- sitionen [7]. Hinsichtlich der Fragestellungen zu toxischen Wirkungen von Substanzen oder derenMetabolite auf Organsysteme besteht nach wie vor ein hohes arbeits- toxikologisches/-medizinisches Interes- se. So erlauben die Ergebnisse experi- menteller arbeitstoxikologischer Studien Rückschlüsse auf die Früherkennung arbeitsbedingter Gesundheitsstörungen und Erkrankungen im Einzelnen und auf die arbeitsmedizinische Praxis im Ganzen. Es besteht ein hoher Bedarf an Erkenntnissen aus zunächst tierexperi- menteller Forschung. Dabei geht es um Fragen,wiederKörperunterbestimmten klimatischen Bedingungen auf chemi- sche Verbindungen reagiert und welche Besonderheiten daraus resultieren. In der hier vorgelegten Studie wer- den die kombinierten Wirkungen des Methyl-tert-butylethers unter Kältebe- dingungen betrachtet. Das Methyl-tert-butylether (MTBE) oder C5H12O ist ein vom Methanol ab- geleiteter tertiärer Butylalkohol aus der Stoffgruppe der Etherverbindungen und gehört zu den flüchtigen Kohlenwasser- stoffen. MTBE wird als Kraftstoffzusatz zur Reduzierung der toxischen Emissio- nen eingesetzt. Die ökologischen Anfor- derungen für die Verbrennungsgase der Automotoren führten zur Entwicklung umweltverträglicherer Benzine. Da das MTBE für die Umwelt als gefährlich erkannt wurde, wird in ei- nigen Ländern (USA, Kanada, Japan, Westeuropa) die Nutzung des Ethyl- tert-butylethers sowie des Ethanols und anderer alternativer Verbindungen un- tersucht. Dennoch produzieren osteuro- päische Länder und der asiatisch-pazifi- sche RaummehrMTBE als zuvor. Da der Kraftstoffverbrauch zwischen 1995 bis 2016 im deutschen Güterstraßenverkehr um 21% gestiegen war [8], wuchsen auch die Produktion und der Verbrauch von MTBE. Einerseits verringerten die Zentralblatt für Arbeitsmedizin, Arbeitsschutz und Ergonomie https://doi.org/10.1007/s40664-019-0337-6 http://crossmark.crossref.org/dialog/?doi=10.1007/s40664-019-0337-6&domain=pdf Originalien 56% 20% 5% 19% Asiatisch-pazifischer Raum Europa Lateinamerika Andere Regionen Abb. 19 Welt- verbrauch des Methyl-tert- butylethers nach Regionen. (Mod. nach [10]) Industrieländer den Konsum des Me- thyl-tert-butylethers, aber andererseits bestand Nachfrage aufgrund erhöhten Benzinverbrauchs in der asiatisch-pazi- fischen Region, in Lateinamerika und im Nahen Osten. Somit war der Weltmarkt des MTBE in den letzten Jahren stabil. Im Jahr 2004 bestanden in den USA und Kanada 48 Anlagen für die Pro- duktion des Methyl-tert-butylethers. Außerdem werden in Europa 47, in den Ländern des Nahen und Mittleren Ostens 11, in Asien 45 und in Lateiname- rika23Produktionsstättenbetrieben.Die Nutzungskapazität lag damals bei 83,5%. In denUSA nutzten 33 erdölverarbeiten- de Betriebe die eigene Produktion von MTBE, die dieHälfte derNachfrage nach MTBE abdeckte. Dabei wurde hier 2001 die Spitzennachfrage nach Methyl-tert- butylether mit 13,3 Mio. Tonnen regis- triert. Vergleichend betrug der Konsum des MTBE in Europa 4,2 Mio. Tonnen. Seit 2006 ist in den USA die Verwen- dung des MTBE für die Produktion von Benzin verboten. 2009 wurden in den USA noch 2,36 Mio. Tonnen MT- BE produziert und im ganzen Umfang nach Mexiko, Venezuela, Chile und in andere Staaten exportiert. Die Daten der statista-Datenbank zeigen, dass 2009 beim europäischen Vergleich der Pro- duktionskapazitäten von MTBE und Ethyl-tert-butylether (ETBE) Deutsch- land mit 1.386.000 Tonnen ganz vorne liegt, gefolgt von den Niederlanden mit 1.018.000 Tonnen und Frankreich mit 851.000 Tonnen [9]. Ähnliche Zahlen, bezogen nur auf MTBE, präsentierte die Studie der Akademie derKonjunktur der industriellen Märkte (. Abb. 1). Zurzeit liegt die Produktionskapazität für MTBE in Europa (einschließlich der Ukraine) bei fast 2,8 Mio. Tonnen [10]. DasMTBEwird auch in vielen Indus- triezweigen, insbesondere für die Syn- these von Medikamenten sowie als Mo- nomer für die Synthese von Polyethylen, Polypropylen oderPolyvinylchlorid, ver- wendet [11, 12]. Dasbedeutet,dassMTBEzurzeitnicht nur aktiv auf die Verschmutzung der Atmosphäre, Abwässer und Böden Ein- fluss hat, was für die Gesundheit der All- gemeinbevölkerung relevant ist. MTBE kann auch als direkter Belastungsfaktor mit toxikologischerRelevanzamArbeits- platzangesehenwerden.Essindverschie- dene Berufsgruppen wie bspw. Arbeiter vonÖlraffinerienundTankstellen,Kraft- fahrzeugführeroderAutomechanikerso- wie dieAllgemeinbevölkerungdavonbe- troffen [13–18]. Obwohl MTBE keine besonders auf- fälligen toxischen Wirkungen aufweist, ergaben jedoch einige tierexperimentelle Studien potenzielle kanzerogene Wir- kungen von MTBE bei extrem hohen Expositionen [5]. Dieser Stoff wird nach europäischem Gefahrstoffrecht nur als „leichtentzündlich“ und als „reizt die Haut“ bezeichnet [19] und ist von der EU-Kommission als nichtgentoxisches Kanzerogen eingestuft [20]. MTBE wur- de aber von der Senatskommission zur PrüfunggesundheitsschädlicherArbeits- stoffe derDeutschen Forschungsgemein- schaft (DFG) in der MAK- und BAT- Werte-Liste (Maximale Arbeitsplatz- Konzentration und biologische Arbeits- stoff-Toleranzwerte) der Kategorie 3B der krebserzeugenden Arbeitsstoffe zu- geordnet [21]. In Deutschland gilt eine Konzentration für diesen Arbeitsstoff in der Arbeitsluft von 180mg/m3 (50ppm) als Grenzwert, bei deren Einhaltung keine Schädigungen zu erwarten sind [21]. Die LD50 bei oraler Aufnahme liegt im Rahmen von Tierexperimenten bei Ratten bei 4000mg/kg Körperge- wicht [19], wobei diese je nach Region und Land variieren kann (z.B. Ukraine 5000mg/kg; [22]). Eine kanzerogene Wirkung auf Leydig-Zellen nach oral verabreichtem MTBE konnte bei Rat- ten bei oraler Exposition> 250mg/kg (NOEL, „No Observed Effect Level“) gefunden werden [23]. Das Ziel der vorliegenden tierexperi- mentellen Studie war eine vergleichende histologischeUntersuchungderWirkung von MTBE unter Kältebedingungen auf innereOrgane (Leber,Niere,Lungen,Ne- benniere, Milz und Schilddrüse). Material und Methoden Das subakute Laborexperiment erfolg- te an geschlechtsreifen Rattenmännchen (Gewicht im Mittel 200g) des Stammes WAG(WistarAlbinoGlaxo) unddauerte 30 Tage lang. Die Tiere wurden vorher 14 Tage einer Quarantäne unterzogen. DieHaltungderRattenfolgteStandardvi- variumbedingungen mit freiem Zugang zu Trinkwasser. Die Versuchstiere teilte man auf 4 Gruppen mit je 6 Einzeltieren auf: 4 Gruppe 4: Kontrollgruppe als Ver- gleichsgruppe zur Gruppe 3 sowie Behaglichkeit von 25± 2°C, 4 Gruppe 3: MTBE und Behaglichkeit von 25± 2°C, 4 Gruppe 2: Kontrollgruppe als Ver- gleichsgruppe zur Gruppe 1 sowie Kälte von 4± 2°C, 4 Gruppe 1: MTBE und Kälte von 4± 2°C. Die Kontrollgruppen 4 und 2 sind iden- tisch mit den Kontrollgruppen 4 und 2 der Experimentenreihe mit Nitrobenzol (s. [3]), um die Anzahl der Tiere in Ex- perimenten nicht unnötig zu erhöhen. Die Tiere erhielten 30-mal eine In- stillation von MTBE in den Magen in der Dosis von 500mg/kg. Die Expositi- on der Tiere in zwei verschiedenen ther- mischen Regimes erfolgte 4h lang 5-mal pro Woche. MTBE wurde mithilfe einer speziellen Sonde alsWasserlösung in den Zentralblatt für Arbeitsmedizin, Arbeitsschutz und Ergonomie Zusammenfassung · Abstract Zbl Arbeitsmed https://doi.org/10.1007/s40664-019-0337-6 © Springer Medizin Verlag GmbH, ein Teil von Springer Nature 2019 I. Zavgorodnij · B. Thielmann · W. Kapustnik · R. Batschinskij · J. Batschinskaja · I. Böckelmann Toxizität vonMethyl-tert-butylether auf innere Organe von Versuchstieren unter Kältebedingungen Zusammenfassung Hintergrund. Die Nutzung von Methyl-tert- butylether (MTBE) ist häufig. MTBE kann eine Verschmutzung der Umwelt bewirken und stellt an Arbeitsplätzen einen Belastungs- faktor mit potenziellem Gesundheitsrisiko dar. Durch die gleichzeitige kombinierte Exposition gegen einen chemischen und physikalischen Belastungsfaktor (MTBE und Kälte) kann sich die Wirkung von MTBE ändern. Kältearbeitsplätze kommen vor allem in Produktionsstätten z.B. der Chemie- oder Bauindustrie häufig vor. Ziel der Arbeit war die histologische Untersuchung der inneren Organe von Ratten sowohl unter thermischer Behaglichkeit als auch unter Kälte. Material und Methoden. Es wurden 4 Gruppen mit je 6 geschlechtsreifen Ratten- männchen gebildet. Den beiden Testgruppen wurde 30-mal MTBE mit der Dosis 1/10 LD50 (500mg/kg des Tiergewichts) in den Magen appliziert. Die beiden Kontrollgruppen erhielten destilliertesWasser. Anschließend wurden die Gruppen für 4h Temperaturen der thermischen Behaglichkeit (25± 2 °C) oder Kälte (4± 2 °C) ausgesetzt. Am 30. Tag erfolgten Gewebeproben und histologische Untersuchungen. Ergebnisse. Die pathologischen Verän- derungen waren unter Kälteexposition deutlich verstärkt. Insgesamt fanden sich in den Organen Entzündungsreaktionen (z. B. Glomerulonephritis), Emphyseme in der Lunge und Zytolysezeichen der Hepatozyten. Die Schilddrüse war hypothyreot. Eine reaktive Hyperplasie war in der Milz nachweisbar. Die Grenzzonen der Nebennieren waren kaum abgrenzbar bei Abnahme der funktionellen Aktivität der Kerne endokriner Zellen. Diskussion. Unsere histologischen Un- tersuchungen ergaben ein ausgeprägtes toxisches Potenzial von MTBE, welches durch Kältebedingungen deutlich verstärkt wurde. Eine Übertragbarkeit auf den Menschen ist denkbar, da MTBE bei Menschen einen ähnlichen Abbauprozess hat wie bei Ratten. Daher sollte auf Schutzmaßnahmen am Arbeitsplatz besonders geachtet werden. Schlüsselwörter MTBE · Kälte · Kombinationswirkung · Tierexperiment · Toxizität Toxicity of methyl tert-butyl ether on internal organs of experimental animals under cold conditions Abstract Background. The use of methyl tert-butyl ether (MTBE) is frequent. It can produce pollution of the environment and is a stress factor with potential health risks in workplaces. The simultaneous combined influence of a chemical and a physical stressor (MTBE and cold) can amplify the effects of MTBE. Workplaces with cold conditions are used in factories (e.g. chemical or construction industry). The aim of the work was the histological examination of the internal organs of rats under conditions of thermal comfort and in the cold. Material and methods. This toxicological study was carried out on 4 groups of 6 male rats. The 2 test groups were given 30 times MTBE in the stomach at a dose of 1/10 LD50 (500mg/kg of animal weight). The two control groups received distilled water. The groups were exposed to thermal comfort temperatures (25± 2 °C) or cold (4± 2 °C) for 4h. Tissue sampleswere taken andhistological examinationswere made on day 30. Results. The pathological changes were significantly increased under exposure to cold conditions. Inflammatory reactions (e.g. glomerulonephritis), pulmonary emphysema and cytolytic signs of hepatocytes were found in the organs. The thyroid gland was hypothyroid. Reactive hyperplasia was detectable in the spleen. The adrenal border zones were barely definable and indicated a decreased functional activity of the nuclei of endocrine cells. Discussion. The histological studies showed a pronounced toxic potential of MTBE, which was significantly enhanced by cold conditions. Transferability to humans seems possible becauseMTBE in humans undergoes a similar degradation process as in rats. Therefore, special attention should be paid to protective measures at the workplace. Keywords MTBE · Cold · Combination effect · Animal experiment · Toxicity Magen eingeführt. Aus der Literatur ist bekannt, dass die Löslichkeit von MTBE in Wasser 42–54,3g/l bei den im Expe- riment genutzten Temperaturen beträgt. Somit überschritt das injizierte Flüssig- keitsvolumen in den Magen von Ratten 2ml nicht [24, 25]. Die Tiere der Kon- trollgruppe erhielten bei gleichen Unter- suchungsbedingungen eine äquivalente Menge von Aqua destillata. Der Kältestress erfolgte unter den Bedingungen der 200-Liter-Verbrauchs- kammer mit zusätzlich ausgestatteten Zellen für eine isolierte freie Unterbrin- gung der Tiere. Zur Abkühlung der Tem- peratur auf 4± 2 °C verfügte die Kammer über einen thermoelektrischen Kühler des „Luft-Luft“-Typs (Modell 180-24- AA, Fa. „Krioterm“, Sankt Petersburg, Russland; [26]). Die Untersuchungen wurden an der Nationalen Medizinischen Universität in Charkow 2012 beendet. Es lag ein positives Votum (Protokoll Nr. 9 vom 05.12.2011) der Kommission für Fragen der Ethik und Bioethik der Charkower Nationalen Medizinischen Universität vor. Ebenfalls wurden die nationalen Standards der Pflege und Fütterung ein- gehalten. Diese Standards entsprachen den damals noch gültigen Grundsätzen des „Europäischen Übereinkommens zum Schutz der für Versuche und andere wissenschaftliche Zwecke verwendeten Wirbeltiere“ (Straßburg, 1986; [27]) und den Vorschriften des ersten Nationalen Kongresses für Bioethik [28]. Die ex- perimentellen Untersuchungen wurden vormittags unter Berücksichtigung der zirkadianen Rhythmen ausgeführt [29]. Nach der Kontrolle der Versuchstie- re am 30. Tag der Untersuchungsserie Zentralblatt für Arbeitsmedizin, Arbeitsschutz und Ergonomie https://doi.org/10.1007/s40664-019-0337-6 Originalien Abb. 29 Histologische Ergebnisse der Gruppe 4 (Kontrollgruppe unter thermischer Behaglich- keit [t= 25± 2 °C]). Teile der Ergebnisse (a, b, d–f) der Kontrollgruppe sind in [3] publiziert. (Mit freundlicher Genehmi- gung des SpringerMedizin Verlags). a Leber:Die lo- buläre Struktur der Leber, blutgefüllte Zentralve- nen und Lebersinusoide sind sichtbar. Hämatoxy- lin-Eosin(HE)-Färbung. Vergr.: 1:200.bNiere: In der Nierenrinde sind die durch einenQuerschnitt der proximalen Tubuli umgebenenGlomeruli von einheitlicher Größer. HE-Färbung. Vergr.: 1:200. c Bronchien:Abgerundete große Bronchien;mittlere und kleine Bronchien sind sternförmigmit einzelnen abgeschälten Epithelio- zyten. HE-Färbung. Vergr.: 1:200.dNiere:Milde vio- lette Farbintensität des Nierenepithels. DNA-Nach- weis nach Feulgen und Rossenbeck. Vergr.: 1:200. eMilz: In den dargestellten Milzfollikeln sind vorzugs- weise T-Zonen erkennbar. HE-Färbung. Vergr.: 1:200. f Schilddrüse: Follikel sind dicht zueinander benach- bart, wenig Bindegewebe. Elastica-Färbung nach van Gieson. Vergr.: 1:200 wurden bei diesen unter Narkose Gewe- beproben von Leber, Milz, Nieren, Ne- bennieren, Lunge und Schilddrüse ent- nommen.DaszuuntersuchendeMaterial wurde in10%-wässrigerLösungausneu- tralem Formalin fixiert. Nach Abschluss der weiteren Arbeitsschritte mit Alko- holpräparation wurde das Material mit Paraffin verarbeitet und davon Serien- schnitte (4–5× 10–6m dick) hergestellt. Die mit Hämatoxylin und Eosin (HE) gefärbten Präparate fanden Verwendung für eine allgemeine Gewebebewertung und für die histologische Untersuchung. Die Färbung mit der Pikrofuchsin-Lö- sung nach van Gieson in Kombination mit Weigerts Eisenhämatoxylin wurde für die Darstellung und Differenzierung kollagenen Bindegewebes genutzt. Für den Nachweis von DNA und RNA sowie der Bewertung der funktionellen Aktivi- tät von Strukturkomponenten der Orga- ne kamen verschiedene histochemische Techniken zur Anwendung. DNA wur- de nach Feulgen und Rossenbeck (Kon- trolle mittels Hydrolyse mit HCl) auf- gezeigt. RNA wurde nach Brachet-Fär- bung (Kontrolle mittels kristalliner Ri- bonuklease) dargestellt. Neutrale Muko- polysaccharidewurdenmithilfe der PAS- Reaktion („Periodic Acid Schiff“ Reak- tion; Kontrolle mittels Amylase) nach- gewiesen. Die histologischen Techniken wurden nach den in den Leitlinien für histologische und histochemische Tech- nik festgelegten Vorschriften durchge- führt [30–33]. Die verwendeten Metho- den entsprechen nach wie vor dem ak- tuellen Stand der Technik im Zeitraum derUntersuchungen. DieMikropräpara- te wurden mit dem Mikroskop „Olym- pus“ BX-41 untersucht und dann durch Videomikroskopie fotografiert. Zentralblatt für Arbeitsmedizin, Arbeitsschutz und Ergonomie Abb. 39 Histologische Er- gebnisse der Gruppe 3 (un- ter der subakutenWirkung vonMethyl-tert-butylether unter thermischer Be- haglichkeit [t=25± 2 °C]). aLunge:Verdicktealveolare Septenmit Lymphozyten, Makrophagen undneu- trophilenGranulozyten als Entzündungsreak- tion. Siderophagen im Lumender Alveolen und in Alveolarsepten. Häma- toxylin-Eosin(HE)-Färbung. Vergr.: 1:200.b Leber: Auflockerung der Leber- bälkchen. Hydropische Veränderungen im Zyto- plasma der Hepatozyten. HE-Färbung. Vergr.: 1:200. c Leber:Hepatozyten.Mo- derate Ablagerung von Glykogen. PAS-Reaktion („PeriodicAcidSchiff“Reak- tion). Vergr.: 1:200.d Leber: Bindegewebe der Portal- bahnen der Leber istmäßig fuchsinophil. Elastica-Fär- bung nach vanGieson. Vergr.: 1:200. e Leber: In- tralobuläre entzündliche Infiltration. HE-Färbung. Vergr.: 1:400. fNiere: Fokale exsudativ-proliferative intrakapillare Glomeru- lonephritis. HE-Färbung. Vergr.: 1:200 Ergebnisse Kontrollgruppe 4 (unter thermischer Behaglichkeit bei 25± 2 °C) Die mikroskopischen Untersuchungen der Organe in dieser Kontrollgruppe ergaben eine unregelmäßige Blutstase, eine hohe Aktivität aller Funktionskom- ponenten, ein ausreichendes Maß an Stoffwechsel- und Syntheseprozessen und regenerative Vorgänge. Die histolo- gische Darstellung der einzelnen Organe ist in der . Abb. 2 gegenübergestellt. Versuchsgruppe 3 (MTBE unter thermischer Behaglichkeit bei 25± 2 °C) Die histologischenErgebnisse der einzel- nen Organe der exponierten Gruppe 3 (MTBEunter thermischerBehaglichkeit) sind in der . Abb. 3 dargestellt. Im Lungengewebe fanden sich ent- zündliche Veränderungen der Bronchi- en. Es zeigten sich rheologische Stö- rungen aufgrund von Bronchospasmus, Dystelektasen und Blutgefäßhyperämie des Lungenparenchyms und des Intersti- tiums, Nachweis poröserVeränderungen der Gefäßwand durchDiapedeseblutung und Hämosiderose. Das lymphoide Ge- webe der Bronchialschleimhaut bot eine hämosideroseartigeHyperplasie alsWir- kung einer Antigenreaktion. Die Leberuntersuchungen ergaben ei- ne Auflockerung der Leberbalken. Das ZytoplasmaderHepatozytenwar eosino- phil, körnig undmit hyalinen Tröpfchen. Zudem fanden sich herdförmig hydro- pische Degenerationen und ein geringes Glykogendepot. Die Zellkerne waren hy- pertrophisch mit gut ausgeprägter Dop- pelmembranundscholligerKernplasma- struktur. Daneben gab es Hepatozyten mit Karyo- und Zytolyse. Neben regel- haften Hepatozyten konnten polyploide Zellen im Sinne einer regenerativen Ka- pazität der Leber nachgewiesen werden. Zentralblatt für Arbeitsmedizin, Arbeitsschutz und Ergonomie Originalien Abb. 3 (Fortsetzung)9 gNiere:Dünne und einheit- lich gefärbte Basalmem- branen der Tubuli. PAS-Re- aktion. Vergr.: 1:200.hMilz: Große Lymphfollikel der Milz, in denen breite T-und B-Zonen gefundenwer- den. HE-Färbung. Vergr.: 1:200. iNebenniere:Die glomeruläre Zone ist eng, das Zytoplasma dermeis- ten Zellen ist vakuolisiert. HE-Färbung. Vergr.: 1:200. j Schilddrüse:Mittlere und große Follikel, das Follikel- epithel ist abgeplattet, das Kolloidwird durch homo- gene eosinophileMassen repräsentiert. HE-Färbung. Vergr.: 1:200 Die Zentralvenen und Sinusoide waren blutgefüllt und dieGefäßwände teilweise destrukturiert. Die Anzahl der Kupffer- Zellen war im Vergleich zur Kontroll- gruppe4vergrößert.DiePortalfelder rea- gierten bei van-Gieson-Färbung fuchsi- nophil. Es fanden sich eine lymphozytäre Infiltration sowie neutrophile Granulo- zyten. IndenNierenwarendiemäßigblutge- fülltenNierenglomerulivoneinheitlicher Größe.IndenGlomerulikonnteeinePro- liferation von Mesangiozyten und eine schlecht exprimierte entzündliche Infil- tration gezeigt werden als Zeichen einer fokalen exsudativ-proliferativen intraka- pillärenGlomerulonephritis. Das Lumen der proximalen Tubuli war rund oder oval, also nicht einheitlich. In einigenTu- buli waren homogene eosinophile Mas- sen zu sehen. Das Zytoplasma des Tubu- lusepithels war eosinophil, geschwollen, mit runden Kernen mit klarer Struktur des Karyolemms. Interstitielles und peri- vaskuläres Bindegewebewar nach Elasti- ca-Färbung nach van Gieson leicht fuch- sinophil mit einer geringen Anzahl von zellulärenElementen.DieBlutgefäßewa- ren mäßig gefüllt mit Blut. Bei der PAS- ReaktionwarendieBasalmembranender Tubuli deutlich einheitlich gefärbt. Die Milzkapsel war mäßig fuchsino- phil mit enthaltenen Trabekeln, Arterien undVenen.Die weiße Pulpa derMilz bil- dete große Lymphfollikel, in denen brei- te T- und insbesondere B-Zonen gefun- den wurden als Hinweis einer reaktiven Hyperplasie. Die Zunahme der Zahl der embryonalen Zentren war ein Indika- tor der Entwicklung der Immunantwort nach dem humoralen Typ. In der roten Pulpa konnten Plasmozyten, viele Ma- krophagen und blutgefüllte Sinusoide, in deren Lumen Erythrozyten, neutrophile Granulozyten und Lymphozyten nach- gewiesen werden. In denNebennierenwaren die Grenz- zonen kaum unterscheidbar. Die glome- ruläre Zone war eng. Hier überwogen kleine Zellen mit eosinophilem Zyto- plasma und mit dunklen hyperchro- matischen Kernen, die eine reduzierte Funktion anzeigten. Die Zona fascicula- ris war breit, das Zytoplasma dermeisten Zellen war vakuolisiert. Die Zona re- ticularis war dagegen eng und durch anastomosierende Zellen mit eosino- philem Zytoplasma und hyperchromen Kernen repräsentiert. Das Marklager wurde durch große ovale Zellen und blutgefüllte Kapillaren dargestellt. Das Parenchym der Schilddrüse bein- haltete dicht beieinander liegende Folli- kel, die groß bis mittelgroß waren. Das Kolloid wurde durch homogene eosino- phile PAS-positive Massen repräsentiert. Die Follikelwände wurden vom kubi- schen und abgeplatteten Follikelepithel gebildet. Im Bindegewebe befanden sich Blutgefäße undNervenäste. Diese Struk- tur der Schilddrüse entsprach eher einer hypothyreoten Funktion. Kontrollgruppe 2 (unter Kälteexposition 4± 2 °C) Inder. Abb.4sinddiehistologischenEr- gebnisse der einzelnen Organe der Kon- trollgruppe 2 gegenübergestellt. Die morphologischen Untersuchun- gender innerenOrganederVersuchstiere unter Kälte ergaben eine ungleichmäßi- ge Blutfüllung und -stase (diszirkulato- rische Störung), Veränderungen im Le- berparenchym (z. B „Glykogenablagede- pots“), Zytoplasmakörnigkeit von Leber- zellen und Leberepithel. Die polyploiden Zentralblatt für Arbeitsmedizin, Arbeitsschutz und Ergonomie Abb. 48 HistologischeErgebnissederGruppe2(KontrollgruppeunterKälteexpositionbei4±2 °C)TeilederErgebnisse (a–h) der Kontrollgruppe sind in [3] publiziert. (Mit freundlicher Genehmigungdes SpringerMedizin Verlags). a Leber:Die lobuläre Struktur der Lebermit hepatischenTrabekeln, diedurch Sinusoide voneinandergetrennt sind. Blutgefüllte Zentralvenen.Hä- matoxylin-Eosin(HE)-Färbung. Vergr.: 1:200.b Leber:Rotviolette Glykogendepots imZytoplasmaderHepatozyten. PAS-Reak- tion („PeriodicAcidSchiff“Reaktion).Vergr.:1:200.cNiere:DieLuminaderproximalenTubuli sindverengt.DasZytoplasmader epithelialenTubuli ist ödematös, intensiveosinophilundmit ausgeprägtemKerncharakter.HE-Färbung.Vergr.: 1:200.dBron- chien: ImLumenundaufderOberflächedesEpithels ist SchleimmiteinerBeimischungvonabgeschupptenEpithelzellenund neutrophilenGranulozyten ein Hinweis für eine entzündliche Reaktion. HE-Färbung. Vergr.: 1:200 Leberzellen bestätigten das Vorhanden- sein eines regeneratorischen Potenzials im Organ. Unter den Kältestressbedin- gungen entwickelte sich in den Lungen eine Gefäßhyperämie mit Blutstase und Sludge-Phänomen sowie einemukös-eit- rige Endobronchitis. Die Vakuolen im Zytoplasma der Nebennieren boten ei- ne Ausschöpfung der Ausgangsproduk- te für die Synthese der Kortikosteroide. Die Nebennieren wiesen eine geringere Anzahl von Vakuolen im Zellzytoplasma auf. Die retikulären Schichten der Ne- bennieren ließen sich als eine teilweise Erschöpfung der Ausgangsprodukte für die Synthese von Kortikosteroiden deu- ten. Gruppe 1 (MTBE unter Kälteexposition von 4± 2 °C) Die kombinierte Wirkung von Methyl- tert-butylether und Kälte führte in ver- schiedenen Organen zur Potenzierung der pathogenen Wirkung (. Abb. 5), wie z.B. in den Lungen zu den entzündli- chen und destruktiven Veränderungen der Bronchien. Dort wurde eine eit- rig-destruktive Pan- und Peribronchitis bzw. eine peribronchial-eitrige intersti- tielle Pneumonie nachgewiesen. Auch das Lymphgewebe des Bronchialbaumes war durch erhebliche hyperplastische reaktive Zentren von Lymphfollikeln charakterisiert. Im Lungenparenchym wurden Atelektasen, Emphyseme und Bronchospasmen lokalisiert. Sämtliche Gefäße waren blutgefüllt mit einer Blut- stase und Sludge in der Endstrombahn. In Arteriolen und kleinen Arterien gab es fibrinoide Veränderungen. Die kombinierte Wirkung von MT- BE und Kälte führte zu einer stärkeren Destruktion der Lebertrabekel. Das Zy- toplasma der Hepatozyten war ebenfalls körnig, mit hyalinen Tröpfchen und hy- drophilen Umbauvorgängen. Die PAS- Reaktionergab eingeringes, aberdiffuses Glykogendepot. Vermehrt fanden sich apoptotisch veränderteHepatozyten, v. a. mitKaryo-undZytolyse.Diepolyploiden Zellen waren einzeln als regeneratives Potenzial von Leberparenchym erkenn- bar. Die Zentralvenen und Lebersinus- kapillare waren mit Blut gefüllt und ent- hieltenproliferierteKupferzellen.Ebenso war das Portalfeld mit einer ausgepräg- ten lymphozytären Infiltration und Bei- mischung neutrophiler Granulozyten zu beobachten. Das Bindegewebe der Le- ber war bei van-Gieson-Färbung fuchsi- Zentralblatt für Arbeitsmedizin, Arbeitsschutz und Ergonomie Originalien Abb. 4 (Fortsetzung)9 e Bronchien:Gruppen von Plasmazellen im Peribron- chialgewebe. Brachet-Fär- bung. Vergr.: 1:200. fMilz: Große undmittlere Lymph- follikeln derweißenMilz- pulpa haben klar definierte breite T-und B-Zonen. HE- Färbung.Vergr.:1:200.gNe- benniere: Zona reticularis, Zona glomerulosa und Zo- na fascicularismit leicht va- kuolisiertem Zytoplasma. HE-Färbung. Vergr.: 1:200. h Schilddrüse:Das Paren- chymder Schilddrüsenfol- likel hatmittelgroße Folli- kel. In den subkapsulären Abteilungen sindGruppen großer Follikel erkennbar. Esgibteine lobuläreProlife- ration des Follikelepithels. HE-Färbung. Vergr.: 1:20 nophil. Nach Feulgen-und-Rossenbeck- Nachweis wurde eine schwach-violette Färbung von Hepatozytenkernen darge- stellt mit Verringerung der mitotischen Zellaktivität. In den Nieren fand sich eine deut- lich ausgeprägte Gefäßfülle, vor allem im Nierenmarklager. In dermikrozirkulato- rischen Endstrombahn fanden sich Blut- stase, Sludge-Phänomen und eine intra- vaskuläre Hämolyse. ImNierenglomeru- lus zeigte sich das Bild der mesangiopro- liferativen Glomerulonephritis. Die ge- wundenen Tubuli boten eine granuläre undhydropischeDystrophiedesEpithels. Es war eine fokale Tubulonekrose nach- weisbar. Das Lumen der Tubuli war un- gleichmäßig, manchmal durch Epithel- schwellungverengt.Es ließensichCluster von Proteinmassen und abgeschuppten Epithelzellendarstellen. Im interstitiellen Gewebe gab es eine kleine Anzahl von zellulären Elementen. Die weiße Milzpulpa war hyperpla- siert. IndenFollikelnwarenbreiteT- und B-Zonen ausgeprägt. Die rote Pulpa war mäßig blutgefüllt mit Plasmozyten und Makrophagen. Im Lumen der blutgefüll- ten Sinusoiden waren neutrophile Gra- nulozyten und Lymphozyten nachweis- bar. Die Zona glomerulosa war verengt mit kleinen Zellen. Das Zytoplasma der meisten Zellen in dieser Zone war schwach vakuolisiert. Die Zona reticu- laris war ebenfalls verengt und durch Zellenmit eosinophilemZytoplasmaund hyperchromen Kernen gekennzeichnet. Das Marklager war breit mit einem ent- wickelten Netzwerk von Kapillaren. Bei demDNA-Nachweis nach Feulgen-und- Rossenbeck-Färbung wurde eine leich- te Verfärbung festgestellt, was auf eine Abnahme der funktionellen Aktivität der Kerne von endokrinen Zellen der Nebennieren hindeutet. Die morphologische Untersuchung der Schilddrüse zeigte ähnliche mor- phologische Veränderungen wie unter thermischer Behaglichkeit. Es ließen sich mittelgroße bis große Schilddrü- senfollikel nachweisen. Daneben bot sich ein homogenes eosinophiles Kol- loid. Die Follikelwände bestanden aus kubischen und abgeplatteten Follikel- epithelien. Im Bindegewebe befanden sich Blutgefäße und Nervenäste. Diese Struktur der Schilddrüse entsprach eher einer hypothyreoten Funktion. Diskussion Betrachtet man die mikroskopischen Untersuchungen zunächst nur unter Kältebedingungen, bildeten die histo- logischen Veränderungen der inneren Organe einen Zustand funktionellen Stresses ab, der als Kältereaktion des Körpers gedeutet werden kann und eine reversible Zustandsänderung bietet. Die toxischeWirkung vonMTBE sowohl bei Temperaturen der Behaglichkeit als auch unterKälte verstärkte die pathologischen Veränderungen. Unter dem Einfluss von MTBE un- ter thermischer Behaglichkeit traten in den Lungen entzündliche Veränderun- gen,ZerstörungderBlutgefäßwändeund Hämosiderose auf, d.h. es gab eine Stö- rung aller Komponenten der Lungen. In der Leber wurden dystrophische, fokale nekrotische und entzündliche Verände- rungen identifiziert, die als Manifestati- on chronischer persistierender und zum Teil aktiver Hepatitis gewertet werden können. In diesem Fall blieb das rege- nerative Potenzial der Leber erhalten, da polyploideHepatozytennachweisbarwa- ren. In den Nieren wurde eine toxische Glomerulonephritis festgestellt. In Milz Zentralblatt für Arbeitsmedizin, Arbeitsschutz und Ergonomie Abb. 59 Histologische Ergebnisse der Gruppe 1 (unter der subakuten Wirkung vonMethyl-ter- t-butylether unter Kälte [t= 4± 2 °C]). a Bronchien: Hyperplasie des lympha- tischenGewebes. Bildung von Lymphfollikelnmit reaktiven Zentren. Häma- toxylin-Eosin(HE)-Färbung. Vergr.: 1:200.b Leber: Destruktion von Leber- bälkchen. Zytoplasmamit Zeichen der Degeneration. HE-Färbung. Vergr.: 1:200. c Leber: Intralobuläre ent- zündliche Infiltration in denHepatozyten. HE-Fär- bung. Vergr.: 1:200.d Leber: Schwache violette Färbung vonHepatozytenker- nen. DNA-Nachweis nach Feulgen undRossenbeck. Vergr.:1:200.eNiere:Gefäß- fülle des Nierenmarks. In dermikrozirkulatorischen Endstrombahn ist die Er- scheinung der Blutstase, des Sludge-Phänomens undder intravaskulären Hämolyse sichtbar. HE- Färbung. Vergr.: 1:200. fNiere: Tubuli mit kör- niger undhydrophiler Epitheldystrophie undmit fokaler Tubulonekrose. PAS-Reaktion („Periodic Acid Schiff“ Reaktion). Vergr.: 1:200 und Lymphgewebe war eine mäßige Hy- perplasie festzustellen, die eine Reaktion auf die Antigenwirkung ist. Histologi- sche Veränderungen in der Nebenniere wiesen auf eine Hyperproduktion von Kortikosteroiden als Reaktion auf eine stressige Situation hin. Die Veränderun- gen der Schilddrüse entsprachen einer normalen oder leicht erniedrigten Funk- tion. Bei der kombinierten Wirkung von MTBE und Kälte wurde eine Potenzie- rung pathogener Effekte festgestellt. In der Lunge zeigte sich eine Zunahme von EntzündungendestruktiverVeränderun- gen in den Bronchien. Die Leber zeigte eine aktive Hepatitis vor dem Hinter- grundeinererhöhtenApoptoseundeines verringerten regenerativen Potenzials. In den Nieren wurden mesangioproliferati- ve Glomerulonephritis und fokale Tubu- lonekrose beobachtet. In der Milz gab es eine Hyperplasie der weißen Pulpa und eine verstärkte Makrophagen- und Plas- mazytenreaktion als Antwort auf die An- tigenwirkung. Außerdem wies eine aus- geprägteHyperplasie des Lymphgewebes in den Lungen auf eine signifikante An- tigenlast hin. Die Veränderungen in der Nebenniere stellen eine Störung adapti- ver Prozesse dar. Die Veränderungen in der Schilddrüse waren ähnlich wie unter thermischer Behaglichkeit. Die Daten der histologischen Unter- suchungen stimmenmitdenvonuns frü- her vorgestellten Ergebnissen der experi- mentellen Untersuchung der Toxikody- namik von MTBE unter Kältestressbe- dingungen mit der Bewertung morpho- logischer und morphometrischer Studi- en von Rattenhoden überein, die die po- tenzierendeWirkung von Kältestress auf dieToxizität vonMTBEanzeigten [5, 34]. Es wird aktuell diskutiert, ob eine 1:1- Übertragung dieser Ergebnisse auf den Menschen möglich ist [35]. Bei Men- schen und Ratten lässt sich ein ähnlicher Metabolismus von MTBE nachweisen [36, 37]. MTBEwird im Körper zu Terti- ärbutylalkohol (TBA) und Formaldehyd verstoffwechselt. Die im Blut nach- weisbaren Metabolite wie 2-Methyl-1,2- Zentralblatt für Arbeitsmedizin, Arbeitsschutz und Ergonomie Originalien Abb. 5 (Fortsetzung)9 gMilz:Hyperplasie derwei- ßen Pulpa. In den lymphoi- den Follikeln breite T-und B-Zonen. HE-Färbung. Ver- gr.: 1:200.hNebenniere: Die glomeruläre Zone ist schmalmit kleinen Zellen. Das Zytoplasma der Zel- len der Zona arcuata bzw. glomerulosa ist schwach vakuolisiert. HE-Färbung. Vergr.: 1:100. iNebennieren: Schwache Violettfärbung der Kerne endokriner Zel- len in allen Schichten der Nebennieren. DNA-Nach- weisnachFeulgenundRos- senbeck. Vergr.: 1:200 Propandiol und 2-Hydroxyisobutter- säure sind sowohl beim Menschen als auch bei Ratten identifizierbar, jedoch konnte TBA nur im Urin von Menschen bestimmt werden. Möglicherweise sind die dargestellten histologischen Verän- derungen nicht nur allein durch MTBA bedingt, sondern auch Resultat dessen Metabolite wie TBA und Formaldehyd. Die Halbwertzeiten für MTBE liegen bei renaler Eliminierung bei ca. 1,2–1,5h im Blut und ca. 0,3–3h im Urin [37, 38]. Formaldehyd spielt wegen der noch rascheren Eliminierung hier eher keine bedeutende Rolle [23]. Die Halbwert- zeiten für TBA liegen bei ca. 10h im Blut und ca. 8,2h im Urin [38] und sind deutlich länger als die von MTBE. Obwohl die orale Aufnahme vonMT- BEamArbeitsplätz seltenvorkommtund amehesten imRahmenvonUnfällenauf- tritt, ist diese dann von besonderer Be- deutung. Die oben aufgeführten histolo- gischen Veränderungen zeigten ein ein- deutiges toxisches Potenzial verschiede- ner Organe, die zu schwerwiegenden Er- krankungen führen können, z.B. eitrige Bronchitis. Da die histologischen Unter- suchungen erst nach 30 Tagen erfolgten, kann der Beginn dieser deutlichen his- tologischen Veränderungen nicht sicher bestimmt werden. Akute zentralnervö- se Symptome konnten bei Ratten bereits bei geringen Dosierungen von 90mg/kg und geringfügige hämatologischeVerän- derungen ab 300mg/kg beobachtet wer- den [23]. Auf Schutzmaßnahmen am Arbeits- platz sollte besonders geachtet werden. Maßnahmen bspw. zur Ersten Hilfe, zur Brandbekämpfung, bei unbeabsichtigter Freisetzung und zur Handhabung und Lagerung sollten bekannt und die Mit- arbeiter aufgeklärt werden. Fazit für die Praxis 4 Ein ausgeprägtes zelltoxisches Po- tenzial von MTBE, welches durch Kältebedingungen deutlich ver- stärkt wurde, konnte nachgewiesen werden. 4 Eine Übertragbarkeit auf den Men- schen ist denkbar, da MTBE bei Men- schen einen ähnlichen Abbauprozess hat wie bei Ratten. Jedoch sind hier weitere Forschungsstudien nötig. Vermutlich spielen die Metabolite von MTBE eine größere Rolle. 4 Auch im Rahmen anderer Studien sollten kombinierte Expositionen (z.B. Hitze) untersucht werden. Korrespondenzadresse Dr. med. Beatrice Thielmann Bereich Arbeitsmedizin, Medizinische Fakultät, Otto- von-Guericke-Universität Magdeburg Leipziger Str. 44, 39120 Magdeburg, Deutschland beatrice.thielmann@ med.ovgu.de Einhaltung ethischer Richtlinien Interessenkonflikt. I. Zavgorodnij, B. Thielmann, W. Kapustnik, R. Batschinskij, J. Batschinskaja und I. Böckelmanngeben an, dass kein Interessenkonflikt besteht. Alle nationalen Richtlinien zurHaltungund zumUm- gangmit Labortierenwurden eingehalten, unddie notwendigenZustimmungender zuständigenBehör- den liegen vor. Zentralblatt für Arbeitsmedizin, Arbeitsschutz und Ergonomie Literatur 1. Zavgorodnij IW, Batschinskij RO, PertsevDP (2013) Toxikologie der kombinierten Wirkung von che- mischen Faktoren und niedriger Temperatur. Sci J Minist Health Ukraine 2(3):101–107 (Kongress- band5. National Bioethik Kiev, 23.–25. September 2013) 2. Kundiev J, Trachtenberg IM, Tschernyuk Nagorna WI, Nagorna AM (2014) Arbeitsmedizin in der gegenwärtigen Phase. 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