Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

Antonia Maria Klaus

Das transdermale Permeationsverhalten von

Ölkomponenten bei Wasservögeln zur Abschätzung der

Prognose einer Rehabilitation nach Ölverschmutzungen

im Hinblick auf die Etablierung einer Triage

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-110624

title (eng.)

The transdermal permeation of oil components at seabirds – a research to estimate the prognosis of rehabilitation to establish a triage after an oil pollution

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2017

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/klausa_ws17.pdf

abstract (deutsch)

Wasservögel sind, stellvertretend für ein gesamtes marines Ökosystem, wichtige Bioindikatoren im Fall von Ölkatastrophen und für den Menschen schnell erkennbare Opfer von Verölungen. Eine wissenschaftlich fundierte Ersteinschätzung von verölten Vögeln macht eine objektive Selektion möglich. Damit wären bessere Erfolgsquoten bezüglich der Rehabilitation der Wasservögel möglich und bei aussichtslosen Fällen könnte den Tieren zusätzliches Leid erspart werden.

 

Der Aufnahmeweg von Ölkomponenten über die Haut wurde bisher noch nicht erforscht, obwohl eine stattgefundene transdermale Permeation eine systemische Verfügbarkeit der teilweise toxischen Ölkomponenten darstellt und einen großen Einfluss auf die Überlebenschance der ölkontaminierten Vögel hat.

 

 

 

Das Ziel dieser Arbeit war, herauszufinden, ob Ölkomponenten die Haut von Wasservögeln innerhalb von 24 Stunden permeieren. Dafür wurden die drei Salzwasservogelarten Trottellumme, Eiderente und Trauerente ausgewählt, die aufgrund ihrer Lebensweise als besonders gefährdet für Ölkatastrophen gelten. Stockenten, als Vertreter von Süß- und Salzwasservögeln, wurden aus Gründen der Vergleichbarkeit verwendet.

 

Es wurden in vitro Diffusionsversuche in Franz´schen Diffusionszellen (FRANZ 1975) durchgeführt, bei denen die von Federn befreite Haut der seitlichen Brustwand mit den drei Ölsorten Marine Diesel, Leichtes Rohöl und Schweröl für 24 Stunden kontaminiert wurde. Die Akzeptormedien wurden mit Gaschromatografen (GC) und Massenspektrometern (MS) untersucht.

 

Da die Hornschicht der Haut, das Stratum corneum, als die wichtigste Permeabilitätsbarriere gilt, wurden Hämatoxilin-Eosin gefärbte Kryostatschnitte histologisch untersucht. Dies ermöglichte eine Messung der Dicke der Hautschichten Stratum corneum und vitaler Epidermis, womit sich die Summe der beiden Schichten als Gesamtdicke der Epidermis berechnen ließ.

 

Eine Lipidanalyse der Vogelhäute mittels Hochleistungsdünnschichtchromatografie (HPTLC) wurde durchgeführt, da die Barrierefunktion der Haut weitgehend auf ihrer epidermalen Zusammensetzung beruht.

 

Die epidermalen Lipidprofile und die morphologische Untersuchungen der Haut wurden unternommen, um den Einfluss dieser Hauteigenschaften auf das transdermale Durchdringungsvermögen von Ölkomponenten näher zu charakterisieren.

 

 

 

Die Analyse der Diffusionsversuche ergaben eine nachweisbare transdermale Permeation von drei toxischen Ölkomponenten. Naphthalin, 4-Methyldibenzothiophen und 2/3-Methyldibenzothiophen wurden innerhalb von 24 Stunden bei allen vier Spezies im Akzeptormedium nachgewiesen. 

 

Bei allen drei Ölen konnten diese drei Inhaltsstoffe in den größten Mengen bei Stockenten nachgewiesen werden. Bei den Salzwasservögeln wurde das stärkste Permeationsverhalten bei Trottellummen und das Geringste bei Trauerenten beobachtet.

 

Die Dicke des Stratum corneum lag in der Reihenfolge Stockenten > Trauerenten > Eiderenten > Trottellummen vor. Hier liegt, bei den Salzwasservögeln, eine inverse Korrelation zwischen der Dicke der Hautschicht und des Durchdringungsvermögens der Ölkomponenten vor. Bei den Stockenten lag eine positive Korrelation vor, da bei ihnen die größten Mengen permeierten, trotz des dicksten Stratum corneum, welches als Hauptpermeabilitätsbarriere gilt.

 

Der höchste epidermale Gesamtlipidgehalt wurde in der Reihenfolge Stockente > Trottellumme > Trauerente > Eiderente festgestellt, welche positiv mit der Permeationsmenge der Ölkomponenten korrelierte. Somit liegt bei diesen Tieren, bei einer Kontamination mit Öl, eine Barrierefunktion beruhend auf dem Gesamtlipidgehalt der Haut nicht vor.

 

Die Ergebnisse dieser Studie sollten einen maßgeblichen Einfluss auf die Etablierung einer Triage haben. Bei einem Unglücksfall mit einer hohen Anzahl an betroffenen Tieren sollten danach zuerst Rehabilitationsversuche bei den Tieren gestartet werden, die in einem Zeitraum unter 24 Stunden nach einer Ölkatastrophe gefunden wurden.

abstract (englisch)

Seabirds are important bioindicators, because they are, representing a whole maritime Ecosystem, for humans the visible victims of oil spills.

 

A scientifically proven research plan would make an objective selection of oiled seabirds  possible. This would increase the success of rehabilitation and would deliver those from suffering, who are unpromisingly cases.

 

The transdermal permeation of oil components is still unexplored, although an occurred transdermal permeation, in regard of the high toxicity of oil, has great impact of the survival of oil covered birds.

 

 

 

The aim of the present study was to detect, if oil components permeate the skin of seabirds within 24 hours. The saltwaterspecies Common Eider, Common Guillemot and Common Scoter belong to the most oiled species because of their lifestyle habits. Mallards are representing sweet – and saltwater birds and were used for reasons of comparison.

 

In-vitro studies with Franz diffusion cells (FRANZ 1975) were conducted, where the non-feathered skin of the lateral thorax was contaminated for 24 hours with three types of oil: Marine Diesel Oil, Light Crude Oil and Heavy Fuel Oil. The acceptor medium was investigated with gas chromatography and mass spectrometry.

 

The outermost layer of the skin, the stratum corneum, is the most important transdermal barrier. Therefore hematoxylin eosin stained cryostat slices were histologically investigated and a measurement of the thickness of stratum corneum  and vital epidermis was possible. The sum of these two layers is the thickness of the whole epidermis.

 

High performance thin-layer chromatography (HPTLC) was used to analyze epidermal lipid compositions, because the barrierfunction of the skin is caused by its lipid containing intercellular substance.

 

The epidermal lipid compositions and the morphological parameters of the skin were investigated, to detect the influence of these skin properties on the transdermal permeation of oil components.

 

 

 

The analysis of the permeation studies detected a transdermal permeation of three toxic oil components. Naphthalene, 4–Methyldibenzothiophene and 2/3-Methyldibenzothiophene were verified within 24 hours in all four bird species.

 

Mallards had the highest amount of these three components with each oil. Out of the saltwaterbirds, the Common Guillemot had the highest permeation rate, the Common Scoter had the lowest.

 

The thickness of the Stratum corneum was discovered in the following sequence: Mallards > Common Scoter > Common Eider > Common Guillemot. An inverse correlation has been identified between the thickness and the permeation rate concerning the saltwaterspecies, but not related to Mallards. They have the thickest Stratum corneum and the highest permeation rate, which is considered to be the major transdermal barrier.

 

The highest epidermal lipid content was detected in Mallards > Common Guillemot > Common Scoter > Common Eider, which is a positive correlation concerning the permeation rate. That means, a barrierfunction based on the amount of epidermal lipids after a contamination with oil, is not existing with these species.

 

The results of this studie have an enormous impact on the establishment of a triage. In a catastrophe with many oiled birds and few ressources, it is recommended to help those animals first, who were found in less than 24 hours.

keywords

Ölverschmutzung, Wasservögel, Triage, Oil pollution, Seabirds, Triage

kb

18.162