Účinok priemyselných minerálnych vláknitých prachov na parametre respiračnej toxicity – časová závislosť
Influence of industrial mineral fiber dusts on respiration toxicity parameters – time dependence
The objective of the experimental investigation was to determine lung damage – respiratory toxicity – after exposure to selected industrial fiber dusts (glass fibers – GF, ceramic fibers – CF and amosite asbestos– AV as positive control) from the standpoint of time dependence. Animals were instilled with 4 mg glass fibers in 0,4 ml saline solution/animal, the control group with 0,4 ml saline solution. Wistar rats were sacrificed and bronchoalveolar lavage (BAL) were performed after instillation – 2, 30, 90 days. The authors examined selected inflammation, cytotoxic, immunotoxic, clastogenic, genotoxic parameters, the antioxidant state parameters and lung histology [number of BAL cells and alveolar macrophages (AM); differential picture of BAL cells (% AM, polymorphonuclear cells and lymphocytes), % of immature AM cells, multinuclear cells, viability and phygocytic activity of AM cells, frequency of micronuclei (MN), comet assay, FRA (ferric reducing ability) and histology of the lung tissue]. The influence of the industrial dusts under observation on the changes of lung tissue decreased in the following order: AMO > KV > SV. The course of time dependence curves of BAL parameters after exposure to all industrial fibers under investigation proved to be very similar. The explanation of their different consequences (finally the origin of disease) may be in their different biopersistence.
Keywords:
respiration toxicity – asbestos, ceramic and glass fibers – inflammation, cytotoxic, immunotoxic, clastogenic, genotoxic parameters of antioxidant state and lung histology – bronchoalveolar lavage
Autori:
Hurbánková Marta 1; Černá Silvia; Tátrai Erzsébet 3; Barančoková Magdaléna 1; Kažimírová Alena 1; Volkovová Katarína 1; Staruchová Marta 1; Hrašková Dominika 1; Marcišiaková Jana 2; Wimmerová Soňa 1; Moricová Štefánia 1
Pôsobisko autorov:
Slovenská zdravotnícka univerzita, Bratislava, FVZ Slovensko, doc. MUDr. Štefánia Moricová, PhD., MPH, mimoriadny profesor, dekanka Fakulty verejného zdravotníctva
1; Medicínsko-preventívna s. r. o., Hnúšťa, Slovensko
2; National Institute of Environmental Health, Budapešť, Maďarsko
3
Vyšlo v časopise:
Pracov. Lék., 65, 2013, No. 3-4, s. 105-112.
Kategória:
Původní práce
Súhrn
Cieľom experimentálnej práce bolo zistiť poškodenie pľúc – respiračnú toxicitu – po expozícii vybraným priemyselným vláknitým prachom (sklené vlákna – SV, keramické vlákna – KV a azbest amozit – AV ako pozitívna kontrola) z hľadiska časovej závislosti. Zvieratám (W-potkanom) sme intratracheálne podali suspenziu vlákien (4 mg/ zviera v 0,2 ml fyziologického roztoku a po 48 hodinách, 1 a 3 mesiacoch sme im vypláchli pľúca (bronchoalveolárna laváž – BAL). Vyšetrili sme vybrané zápalové, cytotoxické, imunotoxické, klastogenické, genotoxické parametre, parametre antioxidačného stavu a histológiu pľúc [počet BAL buniek a alveolárnych makrofágov (AM); diferenciálny obraz BAL buniek (% AM, polymofonukleárov a lymfocytov), % nezrelých AM, viacjadrových buniek, viabilitu a fagocytovú aktivitu AM, frekvenciu mikrojadier (MN), comet assay, FRA (ferric reducing ability – schopnosť redukcie železa) a histológiu pľúcneho tkaniva]. Vplyv nami sledovaných priemyselných prachov na zmeny pľúcneho tkaniva v závislosti na čase klesal v poradí: AMO > KV > SV. Priebeh kriviek časovej závislosti BAL parametrov po expozícii všetkým skúmaným priemyselným vláknam bol veľmi podobný. Vysvetlením ich rôznych následkov (vznik ochorení v konečnom dôsledku) môže byť ich rozdielná bioperzistencia.
Kľúčové slová:
respiračná toxicita – azbestové, keramické a sklené vlákna – zápalové, cytotoxické, imunotoxické, klastogenické, genotoxické parametre, parametre antioxidačného stavu a histológia pľúc – bronchoalveolárna laváž
ÚVOD
Choroby pľúc (obštrukčné, fibrotické, nádorové), ktoré vznikajú aj dôsledkom znečistenia ovzdušia (pevné aerosóly vrátane mnohých prachov vláknitého aj nevláknitého pôvodu), majú vzostupný trend. Spomínané ochorenia majú závažný dopad na ekonomiku tým, že zvyšujú náklady na zdravotnú a sociálnu starostlivosť. Z toho dôvodu je dôležité prispieť k poznaniu účinkov konkrétnych faktorov životného prostredia, ktoré majú vplyv na vznik pľúcnych ochorení, medzi ktoré patria aj pevné aerosóly.
Profesionálne ochorenia dýchacieho systému predstavujú 10 % všetkých hlásených chorôb z povolania na Slovensku a z hľadiska výskytu chorôb z povolania sú na 3. mieste. K najčastejším a prognosticky najzávažnejším patria najmä pneumokoniózy. Podľa evidencie úradov verejného zdravotníctva v roku 2002 pracovalo v rizikovom prostredí prašnosti (3. a 4. kategória) 32 913 pracovníkov. Na Slovensku bolo v poslednom desaťročí každý rok hlásených priemerne 100 prípadov novozistených profesionálnych pľúcnych chorôb. K najčastejším profesionálnym pneumopatiám na Slovensku dlhodobo patrí silikóza. Za posledných 10 rokov spolu s azbestózou predstavujú priemerne polovicu profesionálnych poškodení [Gergelová et al., 2005; Buchancová, 2003; Buchancová, 2010].
Rozmer vlákien je veľmi dôležitý faktor. Ak sú vlákna respirabilné – dostávajú sa pri vdýchnutí do pľúc, vhodnou aerodynamickou polohou až do pľúcnych alveol. U minerálnych vlákien je jasná súvislosť toxicity s bioperzistenciou (pretrvávaním) dlhých vlákien. Takých, ktoré makrofágy nemôžu pohltiť a eliminovať z pľúc (dlhšie než 8–10 µm). Kratšie vlákna môžu byť úplne pohltené makrofágmi a vyčistené makrofágovým systémom. Dlhšie vlákna, ktoré makrofágy nemôžu úplne pohltiť zotrvávajú v pľúcach. Dochádza k „frustrácii“ a aktivácii fagocytov. Alveolárne makrofágy (AM) uvoľňujú pro-inflamačné mediátory, cytokíny, fibroblastové rastové faktory, reaktívne kyslíkové intermediáty a postupne dochádza k patologickým procesom. Expozícia dlhým vláknam navodí chronickú zápalovú odpoveď, ktorej sa zúčastňujú mnohé typy buniek, aktivujú sa najmä makrofágy a neutrofily [Zeidler-Erdely et al., 2006; Tarkowski, Gorski, 1991].
Európska komisia ustanovila:
- Väčšina vlákien, ktoré prispievajú ku vzniku rakoviny sú tenké – s diametrom menším než 0,5 µm.
- Riziko vzniku rakoviny sa zvyšuje pribúdajúcou dĺžkou vlákien od 20 do 40 µm a dlhšími.
- Vlákna azbestové a MMMF kratšie ako 5–10 µm pravdepodobne nespôsobujú nádory u ľudí.
- Ak po inhalácii vlákien je polčas vyčistenia menší než 10 dní – potom tieto vlákna nie sú klasifikované ako karcinogénne.
Bioperzistencia vlákien určuje ich potenciálne nebezpečenstvo. Je definovaná ako schopnosť vlákien zotrvávať v pľúcach napriek pľúcnym fyziologickým „čistiacim“ mechanizmom. Tieto obranné mechanizmy predstavujú:
- a) transport častíc pomocou mukociliárneho eskalátora a alveolárnych makrofágov,
- b) rozpustenie vlákien,
- c) rozpad vlákien (priečnym polámaním).
Trvanlivosť (durability) je vlastnosť vlákien, ktorá závisí od chemického zloženia a rozmeru vlákien v pľúcach. Rozpustnosť je ďaľším dôležitým faktorom, ktorý určuje potenciálnu toxicitu vlákien. Zahŕňa len odstránenie vlákien z pľúc rozpustením a rozkladom (polámaním). Vlákna sa môžu rozpustiť úplne, čiastočne – stenšujú sa, alebo sa polámu priečne a tým sú kratšie. Postupne ich makrofágy pohltia a z organizmu eliminujú.
Expozícia minerálnym vláknam môže navodiť:
- Zápal – ten zohráva kľúčovú úlohu v mechanizme vzniku spomínaných ochorení, najmä u vnímavých jedincov.
- Prolongovaný zápal – môže vyústiť v množstvo procesov, ktoré prispievajú k navodeniu fibrózy alebo karcinogenézy.
- Kolagénovú syntézu – ako dôsledok vzniká fibróza.
- Mitózy, proliferácie, mutácie, chromozomálne a DNA poškodenie – môže dôjsť ku vzniku bronchiálnych karcinómov, mezoteliómov [IARC, 2002].
Azbestové vlákna
Priemyselné minerálne vláknité prachy majú použitie v mnohých oblastiach. Ich najznámejším zástupcom sú azbestové vlákna, ktoré po dlhodobej expozícii spôsobujú fibrózu – azbestózu, pleurálne hyalinózy, rakovinu pľúc, mezotelióm pohrudnice, prípadne neoplázie iných orgánov. Používajú či používali sa na výrobu žiaruvzdorných a hlukových izolácií, brzdových obložení motorových vozidiel, nehorľavých textílií, predmetov odolných voči kyselinám, zásadám, azbestocementových krytín a panelov, rúr pre odpadové vody atď. Komerčne sa využíva či využívalo viac ako 3 000 druhov produktov z azbestu. Azbest patrí do skupiny v prírode sa vyskytujúcich vláknitých minerálov. Je to silikátový nerast a mineralologicky sa delí na dve skupiny:
- a) serpentíny (chryzotil) a
- b) amfiboly (aktinolit, amozit, anthofilit, krocidolit, tremolit).
Symptómy, ktoré zamestnancov v expozícii azbestu sprevádzajú sú: dráždivý kašeľ, vykašlávanie, neurčitý tlak v hrudníku, postupne sa zhoršujúca dýchavičnosť a srdco-pľúcna nedostatočnosť. Prvotné negatívne zistenia azbestovej expozície neovplyvnili jeho produkciu a po 2. svetovej vojne nastáva prudký rozvoj ťažby a jeho spracovania. V roku 1977 IARC (International Agency for Research on Cancer – Agentúra na výskum rakoviny, Lyon) zaradila azbest do kategórie dokázaných chemických karcinogénov, vyvolávajúcich pľúcne nádory, malígne mezoteliómy pohrudnice a popľúcnice (zaradila ho do skupiny 1 – dokázaný humánny karcinogén) [IARC, 1977]. V roku 1993 sa presadil zákaz predaja a používania azbestových amfibolov v západných krajinách. Komisia WHO vypracovala odporúčania, aby sa azbest-chryzotil nepoužíval v stavebných materiáloch [IARC, 1993]. Všetky krajiny EÚ, USA, Austrálie, Japonska a iné vyspelé štáty sveta už zakázali použitie všetkých druhov azbestu. Uvedenie na trh a používanie výrobkov obsahujúcich azbestové vlákna sa v SR skončilo na základe legislatívnych úprav 31. 12. 2004 (Vyhláška MH SR č. 275/2004 Z. z., ktorou sa mení a dopĺňa Vyhláška MH SR č. 67/2002 Z. z.).Vysoké a v niektorých krajinách nekontrolované expozície azbestu a výskyt pľúcnych ochorení si postupne vynútili zavedenie prísnejších opatrení a limitov a dali podnet k rôznym bezpečnostným a preventívnym opatreniam v pracovnom procese, použití a tiež k hľadaniu náhradných materiálov za azbest. Tieto by mali mať podobne vhodné kvalitatívne a technologické vlastnosti, avšak menší biologický dopad [Mossman et al., 2011; Buchancová, 2003; Hurbánková, 2003; Hurbánková, 2012].
Sklené vlákna
Majú nekryštalickú, amorfnú štruktúru. Sklovité materiály vykazujú podstatne vyššiu rýchlosť rozpúšťania ako kryštalické látky rovnakého alebo podobného zloženia. Z toho vyplýva vo všeobecnosti nižšia odolnosť materiálov MMMF v telových tekutinách v porovnaní s prírodnými minerálnymi vláknami. Sklené vlákna existujú v dvoch základných formách: vlákna typu vlny a vlákien. Boli vyvinuté na začiatku 30. rokov minulého storočia pre účely použitia v domácnosti ako filtračné a izolačné materiály, neskôr boli komerčne dostupné textilné vlákna a počas 2. svetovej vojny boli dokonca označené za „strategické“. Dnes sa používajú k tepelnej a zvukovej izolácii. Hlavné oblasti použitia sú izolácie administratívnych budov a rodinných domov, zvukovoizolačné materály a vetracie šachty, izolácie potrubí, vzduchové a kvapalinové filtre, strešné izolácie, izolácie pre autá, lietadlá, maringotky, chladničky, domáce sporáky atď. Textilné vlákna sa používajú hlavne na závesy a záclony, ale aj sitá, elektrické priadze, strešné lepenky, krytiny, vystužovanie plastov, papiera, gumy atď. Jemná sklená vlna nachádza využitie vo výrobkoch „vysokých technológií“, ako sú špeciálne filtračné papiere, súčasti batérií a izolačné materiály pre kozmonautiku.
Vyšetrením pracovníkov, ktorí boli skleným vláknam profesionálne exponovaní viac ako 10 rokov bola u niektorých z nich zistená prítomnosť mikronodulárnych, malých okrúhlych a nepravidelných opacít (tieňov) na RTG snímkach pľúc, pričom malé okrúhle tiene sa početnejšie vyskytovali u fajčiarov. V prípade niekoľkodesaťročnej expozície môže dôjsť k fibrotickým zmenám pľúcneho tkaniva, občas doprevádzaným hemoragickou alveolitídou so siderocytmi v spúte. Obyčajne však pracovníci ani po 30-ročnej expozícii nemávajú objektívne zaznamenateľnú respiračnú dysfunkciu a iba u malého počtu z nich býva zistená reštrikcia dynamickej funkcie pľúc. V niektorých väčších európskych závodoch na spracovanie sklených vlákien bol u pracovníkov zaznamenaný mierny nárast karcinómu faryngu, laryngu a dutiny ústnej, ale vo väčšine prípadov išlo o nesignifikantný nárast oproti bežnej populácii [Kovylov, 2005; IARC, 1988; Hurbánková 2012].
Keramické vlákna
Keramické vlákna (refraktory ceramic fibres – RCF) sú v širokom rozsahu používané ako náhrada za azbest, kde sa požaduje odolnosť voči vysokým teplotám (okolo 1 500 °C). Sú to amorfné alumínium silikáty, ktoré spolu so sklenými vláknami a minerálnou vlnou patria do skupiny materiálov všeobecne nazývaných ako man-made vitreous fibres (MMVS) alebo man-made mineral fibres (MMMF). Líšia sa od seba tým, že MMMF majú viac než 18 % alkalických oxidov. Potenciálna pracovná a environmentálna expozícia RCF zahŕňa výrobné procesy, spracovanie, distribúciu a spracovanie odpadu u primárneho spracovania vo fabrike ako aj procesy u koncového užívateľa (použitie, inštalácie, opravy, odstraňovanie, chybné zaobchádzanie), čo predstavuje asi 32 300 osôb v USA a podobné množstvo ľudí exponovaných RCF v Európe [Venturin, 1999]). Ako finálne produkty môžu byť RCF vo forme izolačných poťahov, panelov, plstených alebo vláknitých izolácií, odliatkových a vákuových materiálov, papierových a textilných produktov. Ako textilné keramické vlákna sa používajú na výrobu oblekov chrániacich voči vysokým teplotám, ohňuvzdorných závesov v otvorených peciach, termospojov, elektrických izolácií, tesniacich vložiek atď. Keramické vlákna potiahnuté teflonom slúžia ako zošívacie nite na výrobky používané pri vysokých teplotách v lietadlách a iných dopravných prostriedkoch. V automobilovom priemysle sa RCF využívajú v materiáloch odolných voči vysokým teplotám, korózii a pridávajú sa do špeciálnych drahých zliatin.
Expozícia RCF je závislá od doby trvania požadovanej manipulačnej operácie, množstva vlákien v ovzduší, použitej ochrany, skúseností zamestnancov alebo konzumentov a ich znalostí o špecifických doporučeniach. Expozícia RCF má okrem navodenia vzniku benígnych pleurálnych ochorení a funkčných obštrukčných poškodení pľúc aj dráždivý účinok na respiračný trakt a na kožu [Hesterberg and Hart, 2001; Osinubi, 2000; Hurbánková, 2006; Hurbánková 2012].
Cieľom našej experimentálnej práce bolo zistiť poškodenie pľúc – respiračnú toxicitu – po expozícii vybraným priemyselným vláknitým prachom (sklené vlákna – SV, keramické vlákna – KV a azbest amozit – AV ako pozitívna kontrola) z hľadiska časovej závislosti.
MATERIÁL A METÓDY
Zvieratám (potkany Wistar) sme intratracheálne podali suspenziu azbestových-amozitových, sklených a keramických vlákien (4 mg vlákien/zviera v 0,2 ml fyziologického roztoku) a po 48 hodinách, 1 a 3 mesiacoch sme zvieratá utratili prestrihnutím vena cava caudalis pod i. p. thiopentalovou narkózou (150 mg/1 kg zvierata) a vypláchli pľúca (bronchoalveolárna laváž – BAL). Každá skupina pozostávala z 8 zvierat. Z BAL a pľúcneho tkaniva sme vyšetrili zápalové, cytotoxické, imunotoxické, klastogenické, genotoxické parametre, parametre antioxidačného stavu a histológiu pľúc [počet BAL buniek a alveolárnych makrofágov (AM); diferenciálny obraz BAL buniek (% AM, polymofonukleárov a lymfocytov), % nezrelých AM, viacjadrových buniek, viabilitu a fagocytovú aktivitu AM, frekvenciu mikrojadier (MN), comet assay, FRA (ferric reducing ability – schopnosť redukcie železa) a histológiu pľúcneho tkaniva]. Podrobný popis metodík je uvedený v prácach: Hurbánková, Kaiglová, 1999; Hurbánková et al., 2004; Černá et al., 2004; Topinka et al., 2006.
Rozmery vlákien
Amozit
dľžka vlákien (µm) | % | priemerná hrúbka (µm) |
< 20 | 5 | 0,71 |
20–30 | 75 | 75 |
> 30 | 20 |
Chemické zloženie vlákien amozitu: SiO2 = 72,03 %; Al2O3 = 3,49 %; CaO = 2,37 %; Na2O = 1,14; MgO = 10,44; K2O = 1,50; FeO = 9,03.
Sklené vlákna (MMVF 10)
- dľžka L: 22,6 µm (SD: 13,6)
- diameter d: 1,31 µm (SD: 0,85)
Chemické zloženie sklených vlákien: SiO2 = 57,5 %; Al2O3 = 5,1 %; Fe2O3 = 0,07; TiO2 = 0,01; MgO = 4,13; CaO = 7,5; Na2O = 14,95; K2O = 1,06; B2O3 = 8,75; F = 0,83; ZrO2 = 0,03; SO3 = 0,12.
Chemické zloženie keramických vlákien:
SiO2 – 45 %; Al2O3 – 60 %.
VÝSLEDKY
Signifikancia korelácie medzi dľžkou doby expozície a hodnotami vybraných parametrov je uvedená v tabuľke 2.
Signifikantnú koreláciu diferenciálneho obrazu buniek s časom sme zistili po každej expozícii vláknam s výnimkou % AM u skupiny zvierat ovplyvnených keramickými vláknami (tu korelácia nebola signifikantná).
Daľšia signifikancia korelácie medzi dľžkou doby expozície a hodnotami vybraných parametrov je v tabuľke 3.
- Zmeny zápalových parametrov u skupín exponovaných vláknam (AMO, SV, KV) boli oproti kontrole evidentné.
- Najvýznamnejšie korelácie s časom sme zistili u amozitu.
- Fagocytová aktivita pozitívne korelovala s časom po každej expozícii vláknam.
- Viabilita AM korelovala s časom len po expozícii amozitu.
- U nezrelých buniek BAL bola časová závislosť zistená u skupín ovplyvnených amozitom a keramickými vláknami.
- Časová závislosť podielu viacjadrových buniek bola potvrdená len po expozícii skleným vláknam.
Tabuľka 4 uvádza signifikanciu korelácií medzi dľžkou doby expozície a aktivitou enzýmov v bfBAL.
Preukazný vzrast aktivity sledovaných enzýmov sme zaznamenali len po 2 a 30 dňoch expozície.
Zmeny aktivity po expozícii SVa KV boli podobné zmenám po expozícii AMO.
Priebeh kriviek časovej závislosti ako aj signifikancia korelácie medzi dľžkou doby expozície a aktivitami enzýmov boli po expozícii SV a KV podobné ako po expozícii AMO.
Výsledky štúdie časovej závislosti poukazujú na to, že účinok expozície SV a KV bol v tomto pokuse podobne ako pri štúdii dávkovej závislosti zrovnateľný s účinkom expozície amozitu.
Signifikancie časovej korelácie u FRA (Ferric reducing ability) – celkovej neenzýmovej antioxidačnej kapacity v BAL a pľúcnom tkanive sú v tabuľke 5.
Hodnoty FRA pozitívne korelujú s časom. Priebeh časovej závislosti je u jednotlivých vláknitých prachov veľmi podobný.
Mikrojadrový (MN) test, použitý na zistenie genotoxických účinkov AMO, SV a KV po 48 hodinách (obr. 1), 1- a 3-mesiačnej expozícii (obr. 2 a 3).
Štatisticky signifikantné rozdiely v počte mikrojadier oproti kontrole sme zaznamenali len u zvierat ovplyvnených azbestom, resp. skleným vláknam, utratených 48 hodín od intratracheálnej instilácie (p = 0,05) – viď obr. 1. AM boli izolované z pľúc exponovaných a kontrolných zvierat – potkanov kmeňa Albino Wistar a boli použité na stanovenie jednoreťazcových zlomov DNA (sbs) pomocou alkalického kométového testu (Comet assay). Mikrojadrový (MN) test bol použitý na zistenie genotoxických účinkov. Mikroskopicky sme zhodnotili 100 náhodne vybraných komét/gel v kometovovom teste a 14 000 buniek na skupinu v MN teste.
V experimente časovej závislosti sme našli signifikantné zvýšenie sbs a frekvencie MN u zvierat 48 hodín po poslednej instilácii A a SV (p = 0,05); 3 mesiace po poslednej instilácii vlákien sme zaznamenali signifikantné zvýšenie sbs u zvierat exponovaných SV a KV (p = 0,05). Časová závislosť s tendenciou klesania hodnôt sbs ku kontrole bola zistená len u sklených vlákien. Klastogenické a genotoxické markery po expozícii ostatným vláknitým prachom časovú závislosť nevykazovali.
Na porovnanie výsledkov z jednotlivých skupín sme použili Mann-Whittney test a na korelačnú analýzu (Speermanov test) SPSS program.
Histologické nálezy
Zmeny pľúcneho tkaniva po 1-, 3- a 6-mesačnej expozícii amozitu, keramickým a skleným vláknam (4 mg/2 ml fyziologického roztoku/zviera) v porovnaní s kontrolou (0,2 ml/zviera fyziologického roztoku) – tabuľka 6.
Histologické zmeny pľúcneho tkaniva boli najviac výrazné po expozícii amozitu. Najvýraznejšie zmeny nastali po trojmesačnej expozícii a v rovnakom stupni zotrvávali aj po 6 mesiacoch. Vplyv nami sledovaných priemyselných prachov na zmeny pľúcneho tkaniva v závislosti na čase (hodnotené stupňani podľa Wagnera) klesal v poradí AMO > KV > SV.
DISKUSIA A ZÁVER
Nepriaznivé účinky azbestových a čiastočne aj iných priemyselných vláknitých prachov sú dokázané, avšak mechanizmus vzniku pľúcnych ochorení v dôsledku ich expozície doteraz nie je celkom objasnený. Jeden z mechanizmov vzniku pľúcneho poškodenia pripisuje dôležitú úlohu v pľúcnom patomechanizme v dôsledku expozície vláknitým prachom práve alveolárnym makrofágom (AM) [Dziedzic et al.,1993; Tarkowski, Gorski, 1991]. Tieto majú kľúčovú pozíciu v sprostredkovaní interakcie medzi inhalovanými časticami a inými druhmi buniek, ako sú lymfocyty, PMN a fibroblasty. Modulujú imunitnú odpoveď v organizme prostredníctvom cytokínov a prozápalových mediátorov, zohrávajúc tak kľúčovú úlohu v patogenéze pľúcnych ochorení vyvolaných v dôsledku expozície minerálnym prachom. Okrem schopnosti chemotaxie a fagocytózy, čoraz viac štúdií naznačuje, že AM zohrávajú dôležitú úlohu v nástupe a vo vývoji zápalových a fibrogénnych mediátorov vrátane cytokínov, rastových faktorov a reaktívnych metabolitov kyslíka. AM vystupujú v procese navodenom expozíciou minerálnym prachom ako protektívne bunky, avšak za určitých okolností môžu mať priamo alebo nepriamo nežiadúce účinky. Dlhodobý účinok minerálnych vlákien môže meniť celý regulačný mechanizmus makrofágovej aktivity, v dôsledku čoho môžu byť tieto bunky zodpovedné za poškodenie tkaniva, fibrózu a onkogénne procesy aj cez pozmenené klastogenné a genotoxické markery [Donaldson, Borm, 2007; Toxicology of the Lung, 2006]. V našej štúdii sme sa zamerali na toxické účinky uvedených vlákien na respiračné parametre (najmä v súvislosti s alveolárnymi makrofágmi) z hľadiska časovej závislosti. Toxické účinky vláknitých priemyselných prachov sa zvyšovali dĺžkou expozície. Z výsledkov našej práce vyplýva:
- Väčšina zápalových parametrov poukázala na významnú koreláciu s časom.
- Najviac významných časových korelácií bolo zistených po expozícii amozitu.
- Aktivity nami vyšetrených lyzozomálnych enzýmov v skupinách exponovaných AV, SV a KV boli všeobecne vyššie než u kontrolnej skupiny.
- Nebola zistená významnosť medzi skupinou ovplyvnenou amozitom a skupinami exponovanými SVa KV.
- Hodnoty hladín FRA pozitívne korelovali s časom.
- Priebeh kriviek časovej závislosti v jednotlivých exponovaných skupinách bol veľmi podobný.
- Zistili sme výrazné zvýšenie frekvencie mikrojadier a comet assay u zvierat 48 hodín po instilácii AV a SV.
- Po 3 mesiacoch sme zaznamenali výrazný nárast reťazcových jednoduchých zlomov DNA u zvierat exponovaných SV a KV v porovnaní s kontrolnou skupinou.
- Histologické zmeny pľúcneho tkaniva boli najvýraznejšie po expozícii azbestu-amozitu.
- Najväčšie zmeny nastali po 3-mesačnej expozícii u azbestu a keramických vlákien a po 6-mesačnej expozícii u azbestových vlákien. Vplyv nami sledovaných priemyselných prachov na zmeny pľúcneho tkaniva v závislosti na čase klesal v poradí: AMO > KV > SV.
Priebeh kriviek časovej závislosti BAL parametrov po expozícii všetkým skúmaným priemyselným vláknam bol veľmi podobný. Vysvetlením ich rôznych následkov (vznik ochorení v konečnom dôsledku) môže byť ich rozdielná bioperzistencia.
Priemyselné vláknité prachy sa používajú v mnohých odvetviach priemyslu a prichádzajú na trh aj nové vláknité materiály (napr. nanovlákna) – a ich škodlivé účinky vyvolávajú najmä respiračné ochorenia, je preto potrebné testovať ich biologický dopad (aj po dlhodobejších expozíciach) a vybrať k použitiu len tie, ktoré sú menej nebezpečné pre ľudí a ktoré majú aj menšie negatívne dopady v pracovnom a životnom prostredí.
Práca bola finančne podporená projektami APVT-21-011164, MZ SR 2005/29-SZU-07 a realizáciou projektu „Centrum excelentnosti environmentálneho zdravia“, ITMS č. 26240120033, na základe podpory operačného programu Výskum a vývoj, financovaného z Európskeho fondu regionálneho rozvoja.
Do redakce došlo dne 21. 8. 2013.
Do tisku přijato dne 10. 9. 2013.
Adresa pro korespondenci:
Doc. PhMr. Marta Hurbánková, CSc.
vedúca laboratória respiračnej toxikológie
Slovenská zdravotnícka univerzita
Fakulta verejného zdravotníctva
Limbová 12
833 03 Bratislava
Slovenská republika
e-mail: marta.hurbankova@szu.sk
Zdroje
1. Buchancová, J. Choroby pľúc a pleury z azbestu. In Buchancová, J. et al. Pracovné lekárstvo a toxikológia. 1. vyd., Martin: Osveta, 2003, 1133 s., ISBN 80-8063-113-1.
2. Buchancová, J. Profesionálna expozícia a zhubné nádory dýchacieho systému so zameraním na karcinóm pľúc. In Kavcová, E., Halašová, E., Dzian, A. Karcinóm pľúc. Martin: Vyd. Univerzita Komenského v Bratislave, Jeséniova lekárska fakulta v Martine, 2010, 674 s., ISBN: 978-80-88866-78-7.
3. Černá, S., Beňo, M., Hurbánková, M., Kováčiková, Z., Bobek, P., Kyrtopoulos S. A. Evaluation of bronchoalveolar lavage fluid cytotoxic parameters after inhalation exposure to amosite and wollastonite fibrous dusts combined with cigarette smoke. Cent. Eur. J. Publ. Health., 2004, 12 Suppl, s. 20–23.
4. Donaldson, K., Borm, P. Particle Toxicology. Taylor & Francis Group, USA, 2007, 434 p., ISBN 0-8493-5092-1.
5. Dziedzic, D., Wheeler, C. S., Gross, K. B. Bronchoalveolar lavage: detecting markers of lung injury. In Corn, M. (Ed.) Handbook of Hazardous Materials. Academic Press: New York, 1993, s. 99–111.
6. Gergelová, P., Šulcová, M., Hurbánková, M. Používanie azbestu a výskyt mezoteliómov. České pracov. Lék. č. 3, roč. 6, 2005. s. 169–172.
7. Hesterberg, T. W., Hart, G. A. Synthetic vitreous fibers: A review of toxicology research and its impact on hazard classification. Crit. Rev. Toxicol., 31, 2001, s. 1–53.
8. Hurbánková, M., Kaiglová, A. Compared effects of asbestos and wollastonite fibrous dusts on various biological parameters measured in bronchoalveolar lavage fluid. J. Trace and Microprobe Techniques, 17, 2, 1999, s. 233–243.
9. Hurbánková, M. Poškodenia dýchacieho systému umelými minerálnymi vláknami. In Buchancová, J. et al. Pracovné lekárstvo a toxikológia. 1. slovenské vydanie, Martin: Vydavateľstvo OSVETA, spol. s r. o. 2003, 1133 s., ISBN 80-8063-113-1.
10. Hurbánková, M., Tátrai, E., Černá, S., Six, É., Kováčiková, Z., Kyrtopoulos, S. Inflammatory and cytotoxic effects as well as histological findings of selected industrial fibrous dusts in Fischer rats after intratracheal instillation. Biologia, 2004, 59, 6, s. 761–771.
11. Hurbánková, M. Keramické vlákna – vlastnosti, použitie, vplyv na respiračný trakt. České pracovní lékařství, 2006, roč. 7, č. 4, s. 206–211.
12. Hurbankova, M., Cerna, S., Beno, M., Wimmerova, S., Moricova, S. The influence of cigarette smoke on the selected bronchoalveolar cells in experiment. Cent. Eur. J. public Health., 2012, 20, s. 54–57.
13. IARC, World Health Organisation (WHO). IARC Monographs on Asbestos, Lyon, 1977, Vol. 14, 106 p., ISBN-13: 9789283212140.
14. IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans. Man-Made-Mineral Fibres and Radon. Lyon, 43, 1988, 300 p.
15. IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans. 1993, Vol. 56, 305 s., ISBN 978-92-832-2162-3.
16. IARC, World Health Organisation (WHO). IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans. Man-Made Vitreous Fibres. WHO, Lyon, France, Vol. 81, 2002, 403 p., ISBN 92 832 1281.
17. Kovylov, M. J. Teoretical Principles of the Producction of Glass Fiber. In Refractories and Industrial Ceramics. 2005, vol. 46, no. 4, p. 282–283, ISSN 1083-4877.
18. Krutý, F., Móricová, Š. Výskyt a vývoj počtu hlásených novozistených chorôb z povolania a iných poškodení zdravia z práce v SR. In Buchancová, J. et al. Pracovné lekárstvo a toxikológia. 1. slovenské vyd. Martin: Vydavateľstvo Osveta, spol. s r. o. 2003, 1133 s., ISBN 80-8063-113-1.
19. Mossman, B. T., Lipmann, M., Hesterberg, T. W. et al. 2011. Pulmonary endpoints (lung carcinomas and asbestosis) following inhalation exposure to asbestos. Journal of Toxicology and Environmental Health, 2011, vol. 14, no. 1–4, p. 76–121.
20. Osinubi, O. Y. O., Gochfeld, M., Kipen, H. M. Health effects of asbestos and nonasbestos fibers. Environ Health Perspect. (Supp. 4), 108, 2000, p. 665–674.
21. Osinubi, O. Y. O., Gochfeld, M., Kipen, H. M. Health effects of asbestos and nonasbestos fibers. Environ Health Perspect. (Supp. 4), 108, 2000, p. 665–674.
22. Tarkowski, M., Gorski, P. Macrophage activity in asbestos related diseases. Polish Occup. Med. Environ. Health, 1991, 4, p. 115–125.
23. Topinka, J., Loli, P., Dušinská, M., Hurbánková, M., Kováčiková, Z., Volkovová, K., Kažimírová, A., Barančoková, M., Tatrai, E., Wolff, T., Oesterle, D., Kyrtopoulos, S. A., Georgiadis, P. Mutagenesis by man-made mineral fibres in the lung of rats. Mutation Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis, 2006, Vol. 595/1–2, pp. 174–183.
24. Toxicology of the Lung. Ed. Donald, E., Gardner, I , Taylor & Francis Group, USA, 681 s., 2006, ISBN 0-8493-2835-7.
25. Venturin, D., Deren, G., Corn, M. Qualitative Industrial Hygiene Product Life Cycle Analysis Applied to RCF Consumer Product Applications. Regulatory Toxicology and Pharmacology, 1999, 25, s. 232–239.
26. Vyhláška MH SR č. 275/2004 Z. z., ktorou sa mení a dopĺňa Vyhláška MH SR č. 67/2002 Z. z.
27. Zeidler-Erdely, P. C., Calhoun, W. J., AMEREDES, B. T. et al. In vitro cytotoxicity of Manville Code 100 glass fibers: Effect of fiber length on human alveolar macrophages. In Particle and Fibre Toxicology [online]. 2006, vol. 3, no. 5. Dostupné na internete: http://www.particleandfibretoxicology.com/content/3/1/5, ISSN 1743-8977
Štítky
Hygiena a epidemiológia Hyperbarická medicína Pracovné lekárstvoČlánok vyšiel v časopise
Pracovní lékařství
2013 Číslo 3-4
- Parazitičtí červi v terapii Crohnovy choroby a dalších zánětlivých autoimunitních onemocnění
- V ČR chybí specializovaná péče o pacienty s nervosvalovým onemocněním
Najčítanejšie v tomto čísle
- Syndrom karpálního tunelu
- Účinky sklených vlákien na vybrané parametre respiračného systému v experimente*
- Zdravotní rizika při působení prachu při práci
- Hypertenzní choroba a zdravotní způsobilost k práci