Výzvy a dôsledky nanotechnológie v praxi pracovného lekárstva; Strana 2 z 2; Časopis

Bukureštské riaditeľstvo pre verejné zdravie

praxi

Kľúčové slová: nanomateriály, pracovné lekárstvo, výskum

Kľúčové slová: nanomateriály, pracovné lekárstvo, výskum

Úvod

Spoločne nanovedy a nanotechnológie znamenajú štúdium a aplikácie použitia extrémne malých častíc a keďže sa dajú použiť vo všetkých vedeckých odboroch, ako je chémia, biológia, fyzika, medicína, materiálová veda a inžinierstvo, stávajú sa súčasnou výzvou v prax v pracovnom lekárstve, najmä vystavením pracovníkov, ktorí požadujú lekársky dohľad nad zdravím, toxicite rôznych nanomateriálov s patofyziologickými mechanizmami, na ktoré sa zameriavajú vedci, a špecifickou, všeobecnou (ventiláciou) a individuálnou (ochrannou výbavou) ochranou.

Podľa dostupných správ [1] o nanotechnológiách v súčasnosti nájdeme výlučne 50 časopisov a 33 konferencií (tabuľka I), 20 workshopov a približne 125 471 článkov, ktoré sú publikované o súčasných trendoch v tejto oblasti. Pokiaľ ide o výskum, každoročne sú USA, India, Japonsko, Brazília a Kanada jednou z hlavných krajín, kde sa uskutočňujú rozsiahle štúdie v oblasti nanotechnológií; v Spojených štátoch amerických. sa bude konať 9. októbra - Národný deň nanotechnológií.

Čo sú to nanomateriály?

Vyrobené nanomateriály (NM) sú rozmanitou skupinou materiálov, ktoré sa čoraz viac používajú vo výrobnom a stavebnom priemysle, počítačoch, potravinárstve, farmaceutickom priemysle a biomedicíne, a to kvôli ich veľmi malým rozmerom a výnimočným vlastnostiam. Obavy o zdravie a bezpečnosť NM prinútili regulačné úrady zvážiť preventívne opatrenia a nariadenia na ochranu zdravia a bezpečnosti pracovníkov. NM sa všeobecne považuje za skupinu/triedu vyrábaných materiálov, ktoré majú aspoň jeden z rozmerov medzi 1 - 100 nm, ktorých rozmery majú jedinečné inovatívne vlastnosti, ktoré sa líšia od tých, ktoré sú dané iba chemickým zložením alebo rozmermi väčšie (μm-mm), modifikujúce biologické správanie a vplyv na ľudské zdravie (verejné/pracovné).

Najznámejšie a študované nanočastice [2] vrátane vplyvov na zdravie jednotlivca sú nano-Ag, nano-TiO2, nano-SiO2, nano-ZnO, nano-Al2O3, stratifikovaný kremičitan (montmorillonit, Al (2) [(OH) 2/Si (4) 0 (10)] nH (2) O, sadze, uhlíkové nanotubuly - CNT). „Za ultrajemné častice“ sa považujú tie s rozmermi pod 100 nm, ktoré sa nevyrábajú v hlavnom technologickom procese, ale náhodne sa vyrábajú v technologických procesoch, ktoré zahŕňajú zváranie, spaľovanie, naftové motory. Bez ohľadu na terminológiu, z hľadiska bezpečnosti a ochrany zdravia pri práci a z dôvodu podobných fyzikálno-chemických vlastností môže dôjsť k vystaveniu týmto materiálom vdýchnutím, kontaktom s pokožkou, požitím, aj keď údaje o rizikách, dominantnom spôsobe a toxicite sú obmedzené.

Výroba a marketing NM napreduje oveľa rýchlejšie ako výskum bezpečnosti NM. Tento jav bude mať výrazný vplyv na prístup lekárov z povolania k zdravotným rizikám, ktoré predstavujú NM/NP (nanočastice). V literatúre (tabuľka I) rastúce dôkazy naznačujú, že NM sú potenciálne nebezpečné pre ľudí a že by sa mali prijať prísne priemyselné hygienické opatrenia na obmedzenie expozície počas manipulácie. Okrem toho, vzhľadom na neistotu o patogenetických vlastnostiach obdarovaných NM, by sa toxikologické vlastnosti konkrétneho NM/NP mali hodnotiť individuálne, prostredníctvom nových skríningových stratégií založených na súčasných vedeckých poznatkoch.

Vzťah medzi životným prostredím a zdravím pre pracovníkov a spotrebiteľov

Životný cyklus vyrobených nanomateriálov (NM) aj dizajn výrobkov na trhu môžu vytvárať expozičné situácie s dopadom na životné prostredie a/alebo na zdravie jednotlivcov a neistota vedeckých informácií a lekárskych dôkazov sťažuje vypracovanie protokolov o lekárskom dohľade pri zamestnaní. alebo pravidelný skríning alebo monitorovanie/hodnotenie pracovných rizík na jednej strane, ako aj testovanie nepriaznivých účinkov na spotrebiteľov.

Obrázok 1 ukazuje, že hlavnými oblasťami posudzovania vzťahu životné prostredie - zdravie - bezpečnosť (EHS) sú pracovníci v priemyselných odvetviach (spracovateľský priemysel, strojárstvo alebo automobilový priemysel, zdravotnícka technika) vystavení surovinám alebo hotovým výrobkom (NM hromadne), takže na začiatku cyklu, ale aj na jeho konci (spálenie, recyklácia, vyrovnanie pôdy) a spotrebiteľom (lieky, kozmetika) sa syntetizuje a využije veľa vyrobených nanomateriálov (NM) na potenciálne použitie v spotrebných výrobkoch (obrázok 2)., v každodennom živote.

Nanočastice oxidu titaničitého (nano-TiO (2)), oxidu zinočnatého (nano-ZnO), striebra (Ag) a ďalších kovov alebo ich oxidov už sú obsiahnuté v komerčných výrobkoch, ako sú krémy na opaľovanie, kozmetika, farby na auto a pneumatiky. Novšie a pokročilejšie použitie NM zahŕňa kvantové bodky (QD) pri zobrazovaní buniek, oxidy zirkónia pri náhrade kostí a protetické a nanonosné zariadenia pri dodávaní liekov (terapia rakoviny). Výhody nanotechnológie sú vynikajúce [2], vrátane antimikrobiálnej aktivity, odolnosti proti poškriabaniu a vode, dlhotrvajúceho jasu, vylepšených rýchlostí procesora a lepšieho rozlíšenia displeja.

Aj keď sa vývojári týchto výrobkov často zameriavajú na prospešné, zaujímavé aspekty svojich výrobkov, problémy s bezpečnosťou a toxicitou nie sú podrobne diskutované a dlhodobé účinky, ako je chronická expozícia a znečistenie životného prostredia, sú ešte menej zdokumentované. Očakáva sa, že s výrobou a rozšíreným používaním NM sa zvýšia obavy z pracovných rizík (kontrola expozície, hodnotenie a preventívne opatrenia - profylaktický lekársky dohľad - detekcia korelovanej patológie), správneho zaobchádzania, likvidácie, skladovania, prepravy a čistenia. Možný biologický dopad NM predstavuje pripomienku, že nanomateriály sa môžu stať dvojsečnou zbraňou, ak sa s nimi nebude narábať správne, a to tak pre pracovníkov, ako aj pre spotrebiteľov.

Na základe vedomostí o výzvach pri rozhodovaní lekárov, technikov aj regulačných orgánov sú dohodnuté nasledujúce kritériá [3] pre systematickú analýzu a interpretáciu „súčasného stavu techniky“ účinkov NM/NP:

Environmentálne kritériá:

  1. ukazovatele nebezpečného účinku
  2. rozpustenie vo vode, ktoré môže zvyšovať/znižovať toxický účinok
  3. sklon k aglomerácii alebo sedimentácii
  4. správanie pri úprave odpadu
  5. stabilita počas spaľovania

Kritériá pre ľudské zdravie:

    1. akútna toxicita
    2. chronická toxicita
    3. Poškodenie DNA
    4. prechod alebo zničenie tkanivových bariér
    5. poškodenie buniek v mozgu
    6. poškodenie kože
    7. poškodenie gastrointestinálneho traktu
    8. poškodenie dýchacích ciest.

Poznamenávame, že niektoré NM môžu prevažne ovplyvňovať životné prostredie (riziko vysoko koreluje s životným cyklom produktu a množstvom globálne produkovaného NM), ale iné môžu predovšetkým ovplyvňovať zdravie jednotlivca (štúdie verejného a pracovného zdravia hodnotia vedci).

Toxicita nanomateriálov (NP nanočastice)

V súčasnosti existujú iba obmedzené informácie o toxikologických účinkoch NP, je však dnes známe, že toxické správanie NP sa líši od ich hromadných náprotivkov. Dokonca aj NM, ktoré majú rovnaké chemické zloženie, sa líšia svojimi toxikologickými vlastnosťami, pričom rozdiely v toxicite závisia od veľkosti, tvaru a povlaku povrchu. Preto predtým, ako sa NM použijú priemyselne/komerčne, je veľmi dôležité, aby boli podrobené príslušnému hodnoteniu toxicity a medzi parametrami NM, ktoré sa majú hodnotiť z hľadiska účinku toxicity, sú povrchové zaťaženia, náterové materiály a reaktivita. NP.

Literatúra [2,3] o toxicite NP oxidov kovov, NP kovov, kvantových bodiek (QD), NP oxidov kremičitých (SiO2), uhlíkových nanorúrok (CNT) a iných uhlíkových nanomateriálov, ktoré majú Na celom svete sa už našlo široké spektrum aplikácií a štúdie NP in vitro a in vivo preukázali, že väčšina je toxická pre zvieratá a ich toxické správanie sa líši v závislosti od veľkosti, tvaru, povrchového zaťaženia, typu poťahového materiálu a reaktivity. Dávka, spôsob podania a expozícia sú rozhodujúcimi faktormi ovplyvňujúcimi stupeň toxicity produkovaný konkrétnym typom NP. Zavedenie testov toxicity na typ NP, ktoré sa majú podávať pod lekárskym dohľadom alebo testovanie produktu, si stále vyžaduje starostlivý a dôkladný výskum.

Za nevyhnutný sa považuje aj dohodnutý „testovací systém“, ktorý je možné použiť na adekvátne, presné a ekonomické vyhodnotenie toxicity NP, pretože NP v mnohých štúdiách [2,3] in vivo a 2,3 spôsobil celý rad rôznych toxických účinkov. in vitro:

  • typy účinkov vyvolaných NP sú na pľúcny, srdcový, reprodukčný, obličkový a kožný systém, ako aj na rôzne bunkové línie;
  • po expozíciách sa u testovaných druhov zistili významné akumulácie NP v pľúcach, mozgu, pečeni, slezine a kostiach;
  • stupeň toxicity produkovaný NP súvisí s povrchovými vlastnosťami, rozpustné NP sa stávajú toxickými vďaka svojim zložkám; ale situácia je úplne iná pre nerozpustné NP (napr. stabilné oxidy kovov nevykazujú toxicitu, zatiaľ čo kovové NP, ktoré majú redoxný potenciál, môžu byť cytotoxické a genotoxické).

Pretože dostupné údaje o toxicite NP sú bohužiaľ obmedzené, a preto neumožňujú vedcom vykonať významné hodnotenie kvantitatívneho rizika a bezpečnosti syntetizovaných NP (čo vedie k absencii predpisov pre hodnoty koncentrácie v životné prostredie a biologické tekutiny alebo tkanivá), takže je obzvlášť dôležité získavať a využívať výsledky existujúcich nanotoxikologických štúdií, ale tiež vyvíjať nové a užitočnejšie systémy hodnotenia rizika v budúcnosti. Na preskúmanie výhod a nevýhod budúcej nanotechnológie je potrebné zvýšené úsilie, individuálne i kolektívne.

Účinky na pokožku

Údaje z výskumu týkajúceho sa vzťahu medzi expozíciou nanočasticiam (ultrajemným časticiam) a pokožkou boli zhromaždené a analyzované v štúdii uskutočnenej v rokoch 2003-2007 [4] skupinou výskumníkov z 12 univerzít (NANODERM) s výsledkami, ktoré predstavujú referenciu pre všetci špecialisti vrátane pracovných lekárov. Zdravie pokožky je rozhodujúce, pretože penetrácia nanočastíc do vrstiev kože bola pozorovaná iba pre nano-TiO2 a iba v stratum corneum zdravej pokožky bez toho, aby sa dostala do hlbokých vrstiev, s bunkovým poškodením; neexistuje žiadny profil difúzie kožou a dospelo sa k záveru, že k penetrácii NP dochádza iba mechanickým pôsobením na pokožku. Kvalita kože teda poskytuje bariérovú funkciu pre NP, ale melanocyty a fibroblasty môžu internalizovať nano-TiO2 s následnou deštrukciou buniek; je možný prienik do vlasových folikulov a zmena diferenciácie keratinocytov a klírens sa vykonáva deskvamáciou a vylučovaním mazu.

Účinky na dýchací systém

Aj keď je v prípade vyrobených nanomateriálov (NM) menej pravdepodobné, že dôjde k vdýchnutiu, v porovnaní s časticami prachového prostredia alebo minerálneho prachu, môže k tomu dôjsť pri hromadnej výrobe a manipulácii s voľne dispergovateľnými NP na pracovisku. Sumarizáciou nedávnych údajov [5] o nebezpečenstve NP a CNT (uhlíkové nanorúrky) so zvláštnym zameraním na toxický účinok na pľúca a na bunkovú kultúru pľúcneho pôvodu sú primárne interakcie NM s najvyššou depozíciou v alveolárnej oblasti primárne epitelové a alveolárne makrofágy (MA). Obmedzené údaje o bunkových mechanizmoch, ktoré sú podkladom permeability epitelu dýchacích ciest, ukazujú, že absorpcia NP dýchacích ciest nevyžaduje epiteliálnu mediáciu, skôr naznačuje zapojenie alternatívnych mechanizmov, ako je diseminácia závislá od MA. Vzťah medzi toxicitou a charakteristikami častíc môže byť zložitý a zahŕňa veľkosť, povrch a chemickú formu. Niektoré NM pôsobia podľa paradigmy oxidačného stresu, ale možné interakcie NM s biologickými systémami môžu viesť k ďalším formám poranenia.

Najmä CNT, antropogénne formy kryštalického uhlíka, v súčasnosti priťahujú intenzívne výskumné úsilie kvôli svojim jedinečným vlastnostiam, vďaka ktorým sú vhodné na mnoho použití v biomedicíne a farmakológii. Aj keď CNT stimuluje produkciu cytokínov a vyvoláva zápalové reakcie, môže sa tiež správať ako bežné vlákna, čo pri pokusoch na zvieratách ukazuje schopnosť spôsobiť pľúcny granulóm a fibrotické reakcie.

NP sú schopné spôsobiť oxidačný stres, tvorbu reaktívnych foriem kyslíka (ORS), aktiváciu NF-kappa B, ale niektoré z možných interakcií NM s biologickými systémami môžu viesť k ďalším formám poškodenia: NP môže ovplyvniť fagocytózu, zvýšiť citlivosť makrofágov na chemotaktické faktory (MCP-1), čím sa zhoršuje antigénom sprostredkovaný zápal. NP kovy (napr. TiO2, Al2O3 a Fe3O4) môžu ovplyvňovať mitochondriálne funkcie, čo vedie k dramatickému zníženiu intracelulárnej akumulácie glutatiónu, čo ohrozuje životaschopnosť a morfológiu buniek.

CNT stimulujú produkciu TNF-alfa v pľúcach a spôsobujú zápalové reakcie, ale môžu tiež prechádzať cez bunkové membrány a reagovať s DNA a zvyškami aminokyselín, čo vedie k bunkovej apoptóze. Väčšie CNT môžu mať vlastnosti konvenčných vlákien a vykazovať schopnosť stimulovať rast mezenchymálnych buniek a vyvolávať tvorbu pľúcnych granulómov a fibrotické reakcie. Jedinečné fyzikálne (veľkosť, tvar, kryštalinita, povrchový náboj) a chemické (povrchová úprava, elementárne zloženie a rozpustnosť) vlastnosti môžu vytvoriť chemické podmienky na vyvolanie prooxidačného prostredia v bunkách, čo spôsobí potenciálne nevyvážený bunkový energetický systém. redox, čo vedie k nepriaznivým biologickým následkom, od nástupu zápalových ciest až po smrť buniek.

Zdravotný dohľad nad osobami vystavenými nanočasticiam

Dilemu generuje zvýšené vnímanie spoločnosti v súvislosti s rizikami generovanými nanočasticami (NP/NM) a stále nejasné výsledky štúdií nanotoxicity, pretože existujú závery iba pre niektoré NP (napr. Striebro, TiO2, CNT). Dozor nad zdravím pracovníkov pri práci sa v súčasnosti vykonáva v súlade s chemickou povahou vystavenia účinkom častíc/látok (listy 1 - 146 GD 1169/2011, ktorými sa mení a dopĺňa GD 355/2007) bez možnosti individualizovať klinické testy a špecifické parakliniky pre veľkosti častíc do 0,1 μm alebo špecifické biologické markery pre nanomateriály/častice. Súčasné výzvy pre pracovných lekárov predstavujú kritické body pri koncipovaní a správe programu pravidelného lekárskeho dohľadu alebo zamestnávania pracovníkov vystavených NP, v uvedenom poradí:

  • hodnotenie rizík na pracovisku
  • identifikácia cieľového orgánu toxicity pre každý nanomateriál
  • výber dostupných testov na skríning účinku (koža, pľúca atď.)
  • ktorým sa stanovujú kritériá pre začatie akcie
  • štandardizácia procesu zhromažďovania údajov (Register vystavenia účinkom NM - hodnotí sa užitočnosť prístroja, je účinný najmä pre nové riziká alebo vnímanie nebezpečenstva pri práci)
  • výkon skúšky
  • interpretácia výsledkov testov (relatívna vedecká podpora noriem)
  • potvrdené testy (špecifickosť, citlivosť, pozitívna prediktívna hodnota)
  • stav zamestnania (vo vzťahu k nanotechnológii)
  • oznámenia
  • diagnostické hodnotenie (absencia „koncového bodu“ = choroba, ktorú možno pre typ NM klasifikovať ako pracovnú)
  • hodnotenie a kontrola expozície (pracovník verzus spotrebiteľ)
  • ukladanie záznamov (štruktúra, formát, čas atď.).

Obmedzenia lekárskeho dohľadu nad pracovníkmi vystavenými nanočasticiam

Kritériá na lekárske vyšetrenie pracovníkov vystavených NM sú:

Dozor nad zdravím pracovníkov sa odporúča upraviť tak, aby obsahovali výsledky epidemiologických štúdií, ktoré stanovujú vzťah medzi expozíciou NM - nepriaznivými účinkami na zdravie, štúdiami nanotoxicity a súčasným a budúcim výskumom, ktorý objasňuje „sledované parametre“ - možné choroby z povolania a biologické markery (molekulárne markery). ) s dostatočnou citlivosťou, špecifickosťou a predvídateľnosťou, aby sa dali začleniť do lekárskych skríningových programov.

Záver

K dohľadu nad zdravím pracovníkov vystavených nanočasticiam na pracovisku v kontexte prebiehajúceho špecializovaného výskumu [9], ktorý sa rozširuje, pretože nanotechnológie zaberajú nové oblasti, je možné pristupovať osobitnou dynamikou, berúc do úvahy:

  • preventívne opatrenia na kontrolu vystavenia účinkom NM
  • dohľad nad rizikami a nebezpečenstvami podľa povolania, zamestnania, technologického postupu, biologických účinkov, vývoja profilu expozície NM v čase
  • prispôsobené prístupy k lekárskemu dohľadu so spravodlivým názorom na význam klinických pokusov a biologických markerov, aby sa zabránilo nadmernému podávaniu nešpecifických testov, ktoré môžu spôsobiť nepriaznivé účinky (napr. neopodstatnené ožarovanie pľúcnou rádiografiou, úzkosť) s ďalšími ekonomickými dopadmi.