FOGLALKOZÁS-EGÉSZSÉGÜGY 3.3
Bitumengőzökkel érintkező munkások rákkockázatának elemzése Tárgyszavak: bitumengőz; PAH; rákkeltés; útépítő; tetőfedő.
A bitumenek (aszfalt) policiklusos aromás vegyületeket (PAC) tartalmaznak, amelyek közül néhány jelen van a forró bitumennel végzett munka (útburkolás, tetőfedés) során keletkező gőzökben is. A forró bitumennel dolgozó munkásokat érő hatás kicsi ugyan, de hosszú távon belélegezve vagy a bőrre kerülve a bitumengőzök rákkeltőek lehetnek. A rákos megbetegedések bitumengőzök hatására kialakuló kockázatát elemzik az útépítők, útkarbantartók és tetőfedők körében.
Epidemiológia A Nemzetközi Rákkutató Központ 1984-ben áttekintette a szénkátránytermékek rákkeltő hatásának kockázatát és a rendelkezésre álló adatok alapján e termékeket rákkeltőnek, kreozot származékaikat pedig valószínűsíthetően rákkeltőnek minősítette. Ugyanakkor nem állt rendelkezésre elegendő bizonyíték arra vonatkozóan, hogy a bitumenek önmagukban rákkeltő hatásúak az emberre. 1987-ben a szénkátrány és szurok 1. csoportú (az emberi szervezetre rákkeltő hatású), a bitumenek 3. csoportú (nem bizonyíthatóan rákkeltő hatású), a bitumenek extraktumai, illetve gőzzel és levegővel való kezelés során kapott vegyületei 2B csoportú (lehetséges rákkeltő hatású) besorolást kaptak. 1989-ben megállapították, hogy aszfalttal 5 évnél régebben dolgozó, 45 évnél idősebb munkások körében megnőtt a rákhalálozások száma. Ugyanebben az évben Dániában az aszfalttal dolgozó munkások száj-, nyelőcső-, végbél- és tüdőrák-halálozási aránya jelentősen nagyobb volt a dán férfi lakossághoz viszonyítva. 1991-ben Dániában a 40–89 éves korcsoportban jelentős növekedést tapasztaltak a tüdőrákos, a nem légzőszervi rákos megbetegedések és a májzsugor számában. 1994-ben megnövekedett a tüdő, a gyomor, a nem melanóma jellegű bőrrákos megbetegedések és a leukémiás esetek száma a tetőfedők között, amit a szénkátránytermékek policiklusos aromás szénhidrogén (PAH) tartal-
mának tulajdonítottak. Az útépítők körében ugyanezen megbetegedések száma kisebb volt. Az ipar felkérte a Nemzetközi Rákkutató Központot epidemiológiai vizsgálatok elvégzésére bitumengőzökkel érintkező munkások körében. 1997-ben a kutatómunkát a kis PAH-tartalmú keverékek (bitumengőzök, dízelüzemanyagok) hatására kialakuló tüdőrák kockázatának bizonyítására és mennyiségi jellemzésére összpontosították, de nem tudták sem azonosítani, sem mennyiségileg jellemezni a rák kialakulásának kockázatát. A NIOSH (az USA nemzeti foglalkozás-egészségügyi intézete) 2001-ben egyértelmű összefüggést állapított meg a tüdőrák kialakulása és a tetőfedők bitumenexpozíciója között, nem lehet tudni azonban, hogy az aszfalt hozzájárult-e a megbetegedésekhez. A Nemzetközi Rákkutató Központ 2001-ben végzett vizsgálata szerint a halálozások összes száma csökkent, nem növekedett a szájüregi és a gégerákos esetek száma, jelentősen megnőtt viszont a tüdőrákban elhunytak száma, különösen Hollandiában, Németországban és Franciaországban.
A bitumengőzök géntoxikus és rákkeltő hatása In vitro vizsgálatokat végeztek a bitumen és gőzei géntoxikus hatásának vizsgálatára. Az útburkolásra használt kátrány DMSO-val kezelt extraktumai kismértékű mutagén hatást mutattak. 1986-ban a komplex keverékek esetében az érzékenység és a reprodukálhatóság javítása érdekében módosították az Ames Salmonella-teszt metodikáját, majd a módosított eljárást alkalmazták tetőfedésre és útburkolásra használt aszfalt DMSO extraktumainak vizsgálatára. 1992-ben a mutagenitásra vonatkozó adatok értékelése során megállapították, hogy a bitumen nem vagy csak nagyon kismértékben mutagén hatású. A magas hőmérsékletű bitumengőzök a módosított Ames-teszt vizsgálatok eredménye szerint mérsékelten mutagén hatásúak, kérdéses tehát, hogy a munkavégzés során keletkező gőzök szintén mutagén hatásúak-e. Az adduktképződés vizsgálata során megállapították, hogy a bitumen gyengén kötődik a DNS-hez, míg más vizsgálatok szerint a bitumengőzöknek nincs DNS-adduktképző hatásuk. Feltételezések szerint nem valószínű, hogy a bitumengőzök belélegzése rákot okoz a légzőrendszerben. 1999. évi vizsgálati adatok alapján a bitumengőzök kondenzátumát esetlegesen rákkeltőnek minősítették. Ezért vizsgálatsorozatot végeztek, a vizsgált bitumengőzök/szilárd anyagok reprezentatívak voltak a munkavégzés során használt bitumenre. Pozitív kontrollmintaként az emberi szervezetre rákkeltő hatású szénkátrányt alkalmazták. Összegyűjtötték és összekeverték a szilárd és a gőzfázist (bitumengőz-kondenzátum). A biológiai vizsgálatok a kondenzátum módosított Ames-teszttel való elemzését és a DNS-adduktok képzésére való hajlamának vizsgálatát foglalták magukba. A DNS-adduktok képződését in vitro, a bőrön in vivo eljárással, illetve belélegzési vizsgálatokkal elemezték.
In vitro géntoxicitási vizsgálatok Az USA Környezetvédelmi Hivatala (EPA) kiadott egy 16 PAH vegyületet tartalmazó listát, amely vegyületek felhasználhatók az aszfaltiparban a bitumengőz-kondenzátumok (BFC) PAH-tartalmának és toxicitásának meghatározásához. 40–200-szor kevesebb 4–6-gyűrűs és 120–550-szer kevesebb 3–7gyűrűs PAH-vegyületet mutattak ki a BFC-kben, mint a szénkátránygőz kondenzátumaiban (CTFC). Az UI-fényt abszorbeáló vegyületek mennyisége 3– 10-szer volt kisebb a BFC-ben, mint a CTFC-ben. A 4–6, illetve 3–7-gyűrűs PAH-vegyületek nem voltak kiemelten géntoxikusak a BFC-ben. A PAH nitrogén-, oxigén-, kén- és alkilszármazékai az Ames-teszt szerint mutagén hatásúak. A PAC-ra (polycyclic aromatic compounds) nézve jobb marker anyag használata során lineáris összefüggés tapasztalható a BFC DNS-adduktképzésében. A DMSO-extrakcióval meghatározott teljes 3–6-gyűrűs PAC-tartalom összefüggést mutat a mutagén hatással. A bitumenben és a gőzeiben jelen levő tio-arének, karbazolok és akridinek in vitro és in vivo DNS-adduktokat képeznek. A nitrogént, ként és/vagy oxigént tartalmazó PAC-ok vagy az alkil-helyettesített analógjaik tehetők felelőssé a bitumengőz/szilárd anyag kondenzátumok géntoxikus hatásáért.
Bőrfestési vizsgálatok A gőzkondenzátumok olajos megjelenésűek és a bőrön át nagyon gyorsan felszívódva megkeményítik azt. A bőrön keresztüli gyors felszívódás ugyanakkor csökkenti a szájon keresztüli felvétel kockázatát. Az XAD oszlopokon összegyűlt gázfázis elkeveredve a szilárd részecskékből származó oldható anyaggal, oldószerként hat, és a viszkozitás csökkentésével elősegíti a felszívódást a bőrön át. DNS-adduktokat találtak a kezelt állatok bőrében, tüdejében és a limfocitákban, nem mutatták ki viszont a májban és a vesében. A BFC-vel, ill. CTFCvel kezelt bőrben, a tüdőben és a limfocitákban jelentősen eltérő DNSadduktok voltak jelen, a kondenzátumok előállítási hőmérsékletétől függetlenül. Az adduktok a két BFC esetében hasonlóak voltak, de a gőzkondenzátum előállítási hőmérséklete befolyásolta az autoradiogramok intenzitását. Ugyanezt észlelték a CTFC-vel történt kezelés után is. Bitumengőz-kondenzátummal érintkező patkányok szerveiben különböző adduktok keletkeztek. A tüdőben képződött addukt (A addukt) jelen volt a BFC-vel, nem volt jelen viszont a CTFC-vel kezelt patkányok szerveiben. Az adduktok különbözősége az egyes szervekben azzal magyarázható, hogy a bitumenből és a szénkátrányból származó géntoxikus vegyületek gyorsan felszívódnak a bőrön keresztül, és eloszlanak a különböző szervekben, ahol metabolizálódnak. Mindegyik szervben jellemző profil alakul ki, kü-
lönböző adduktokat eredményezve. Az adatok mennyiségi értékelése során megállapítható, hogy: • statisztikailag több addukt van jelen a CTFC-vel, mint a BFC-vel érintkező patkányok limfocitáiban • ez az eltérés nem tapasztalható a tüdőben és csak kismértékben tapasztalható a bőrben. Nincs összefüggés a különböző szervekben a DNS-adduktképződés mennyiségi adatai és a gőzkondenzátumokban található 4–6, ill. 3–7-gyűrűs PAH vegyületek mennyisége között. Ezek az eredmények megerősítik az in vitro vizsgálatok eredményeit, amely szerint nemcsak az EPA listáján szereplő 3–6-gyűrűs PAH-ok, hanem a hetero és/vagy alkil-szubsztituált PAC-ok is felelősek a BFC-ből történő adduktképződésért. Nem volt összefüggés a DNS-adduktok mennyisége és az 1hidroxi-pirén vizelettel való kiválasztása között, lineáris volt viszont a kapcsolat a vizeletben az 1-hidroxi-pirén és a gőzkondenzátumok piréntartalma között.
Belélegzéses vizsgálatok Gőzgenerátort és inhalációs kamrát tartalmazó rendszert alkalmaztak több laboratóriumban, különböző szénkátrány- és bitumenrészecske-koncentrációk vizsgálatára. Az első vizsgálatsorozatban 5 mg/m3 összes szilárd anyagot (TPM) tartalmazó bitumengőzt használtak az inhalációs eszköz minősítésére és az eredmények reprodukálhatóságának biztosítására. Egyes vizsgálatok szerint a szilárd részecskék több, mint 85%-a, míg más vizsgálatok szerint 40%-a 1 µm-nél kisebb átmérőjű volt. A gőzösszetétel reprezentatív volt a munkásokat az útburkolás vagy a tetőfedés közben érő gőzök tekintetében. A második vizsgálatsorozatban 5 mg/m3 TPM-et tartalmazó szénkátrányból származó gőzöket alkalmaztak. Egyik laboratóriumban kiemelkedően nagy TPMés oldhatóanyag-koncentrációt tapasztaltak, feltehetően azért, mert a többi laboratóriumba a beszállítás során a gőz alkotórészei elpárologtak. A harmadik vizsgálatsorozatban a gőzök 200 oC-on keletkeztek 50 mg/m3 TPM célkoncentrációig. A kialakult BSM-koncentráció 9-szer nagyobb volt, mint a gőzöké 5 mg/m3 TPM esetén. Az 50 és az 5 mg/m3 gőzök PAC-profilja jelentősen eltért egymástól és a munkásokat érő gőzkoncentrációtól, mert jelentősen különbözött bennük a molekulák aránya. Amikor patkányok 200 oC hőmérsékletű bitumengőzzel érintkeztek 5,4 ± 0,9 mg/m3 TPM-koncentráció esetén, DNS-adduktot a szövetekben nem mutattak ki. Ugyancsak nem mutattak ki adduktot azon patkányok tüdejében, májában, veséjében és a limfocitákban, amelyek 110 oC-os szénkátrányból származó gőzzel kerültek kapcsolatba 4,0 ± 1,3 mg/m3 TPM-koncentráció esetén. A szénkátrány belélegzés során rákkeltő hatású, és DNS-addukt képződését indukálja a patkányokban. A szénkátrány- és a bitumenbelélegzési vizsgá-
latok esetében az adduktok hiánya arra utal, hogy a PAC mennyisége nem elégséges detektálható mennyiségű DNS-addukt képződésének indukálásához. Vizsgálatokat végeztek ugyanezzel a 200 oC-ra melegített bitumennel 10szer nagyobb TPM-koncentráció esetén. DNS-adduktot három patkány tüdejében mutattak ki. 1,1–9,8 µmól/mól kreatinin 1-hidroxi-pirént mutattak ki az 50 mg/m3 bitumengőz hatásának kitett patkányok vizeletében. Hasonló eredményeket kaptak 5 mg/m3 szénkátrány gőzével érintkező állatok esetében. A kapott eredmények megerősítették, hogy az 1-hidroxi-pirén nem használható biológiai markerként bitumengőzök hatásának vizsgálatára.
Heterociklusos kénvegyületek hatásának vizsgálata A CTFC vagy a BFC inkubálása során képződött DNS-adduktokat vizsgálták egerek májsejtjeiben és élesztősejtekben, amelyek humán CYP enzimeket (citokróm P) fejeznek ki. A kapott eredmények szerint • az aril szénhidrogén receptor fontos szerepet játszik a BFC biológiai átalakításában, míg a CTFC átalakulásában csak kis szerepet; • a CTFC esetében a citokróm P450 (CYP) 1A izoformok vesznek részt a géntoxikus vegyületek képződésében, a CYP 1A1 útján képződött reaktív metabolitok az epoxi-hidroláz szubsztrátjai; • a BFC géntoxicitása függ a CYP 1A1-től, a reaktív metabolitok nem szubsztrátjai az epoxi-hidroláznak; • nemcsak a CYP 1A1 izoformok felelősek a CTFC és a BFC géntoxikus voltáért, hanem az Ah gén enzimeinek is fontos szerepe van. A BFC humán CYP 3A4-gyel vagy 2C9-cel való inkubációja során nagy mennyiségű DNS-addukt keletkezett. A nitrogéntartalmú dibenzakridin CYP 3A4, 1A2 és 1A1 hatására 3,4-dihidro-diol-dibenzakridinné metabolizálódott. A BCF-ek kéntartalmú SPAH-vegyületeket tartalmaznak, amelyek oxidatív metabolizmusáról kevés információ áll rendelkezésre. A széntermékekben jelen levő benz(b)nafto(2,1)tiofén (a krizén kénanalógja) szulfoxiddá és szulfonná metabolizálódik, de átalakulhat erősen mutagén hatású diol-epoxidokká is. A fosszilis tüzelőanyagok krizén(4,5-bcd)tiofén-tartalma az Ames-teszt szerint kevésbé mutagén, mint a benz(a)pirén, de kromoszómakárosító hatása van. Géntoxikus hatása diol-epoxidokká történő átalakulásakor megnő. Biológiai átalakulásának elsődleges útja a kénatom metabolikus oxidációja kevésbé mutagén szulfonná, amelyhez egy kezdeti aktivációs lépés szükséges reaktív szulfoxiddá való átalakulásához. A humán CYP 2C9 katalizálja a tienilsav hidroxilezését tiofén-szulfoxiddá. Néhány SPAH-vegyület DNS-adduktot képző vegyületté alakulhat biológiai aktiválás útján. Az S-DBMA (6,11-dimetil-benz(b)nafto(2,3-d)tiofén) adduktjai erősebben mutagénok, mint a bőrrákot okozó DBMA (7,12-dimetilbenz(a)antracén). A BFC esetében a CYP 2C9 benz(a)pirén indukciója növelheti a DNS-hez kötődő tiofén-szulfoxidok képződését.
A bőrön a kondenzált aszfaltgőzök hatására kialakuló rák vizsgálatakor megállapították, hogy a legrákkeltőbb vegyületek az aromás SPAH-t tartalmazó frakciókban voltak. Kevés adat áll rendelkezésre a SPAH biológiai aktivitására vonatkozóan. Néhány SPAH-vegyület mutagén a Salmonella typhimurium TA98 és TA100 törzsekre. Vizsgálatok szerint a nyersolajfrakciók rákkeltő hatása függ a kéntartalmuktól. Ezen frakciók kéntelenítése csökkentette a frakciók biológiai aktivitását, majd az ismételt kénes kezelés részlegesen vagy teljesen helyreállította azt. Néhány SPAH-vegyületnek kisebb az aktivitása, mint a PAH izoszterjének, míg mások rákkeltőek. Nincs egyértelmű összefüggés a karboxilvegyületek és kéntartalmú SPAH izoszterjeik rákkeltő hatása között. A bitumengőzök nagyobb koncentrációban tartalmaznak SPAH-ot, mint a velük azonos molekulasúlyú PAH-ot. A szénkátránygőzökben a SPAH sokkal kisebb koncentrációban fordul elő, mint a megfelelő PAH-vegyület. Ez megmagyarázza, hogy miért detektáltak csak poláros adduktokat a bitumengőzökkel érintkező állatok esetében. Ezen vegyületosztály toxicitásáról kevés adat áll rendelkezésre.
Következtetések és kilátások A vizsgálatok eredményei az alábbiakban foglalhatók össze: • a bitumengőzök rákkeltő hatásúak az emberre, a legveszélyeztetettebb szerv a tüdő; • a bitumengőz-kondenzátumok felszívódása a bőrön át az alkotórészeik és/vagy metabolitjaik eloszlását eredményezi a limfocitákban és a tüdőben, ahol adduktképződés is végbemegy, mert ezek a vegyületek közvetlenül bekerülnek a vérbe és a máj méregtelenítő hatására távoznak el, a tüdőben reaktív származékokká metabolizálódnak; • a bitumengőz-kondenzátumok mutagán aktivitásúak, in vitro és in vivo elősegítik DNS-adduktok képződését; • a gőzkondenzátumok bőrbe való behatolása rendkívül gyors, feltehetően a gőz és a szilárd részecskék elkeveredésének viszkozitást csökkentő hatása miatt; • néhány DNS-addukt jelen van a BFC-vel érintkező patkányok perifériális vér limfocitáiban és belső szerveikben, ezért felhasználhatók biológiai markeranyagokként bitumengőzök hatásának vizsgálata során; • lineáris összefüggést tapasztaltak az 1-hidroxi-pirén kiválasztása és a gőzkondenzátumok piréntartalma között, nem észleltek ugyanakkor kapcsolatot ezen két paraméter és az adduktképződés között; • az EPA listáján található 16 PAH-vegyület nem alkalmazható markerként bitumengőzök géntoxikus aktivitásának meghatározására, feltehetően a SPAH-vegyületek a bitumengőzök géntoxikus vegyületei.
A DNS-t veszélyeztető mutagén és rákkeltő hatások elemzéséhez további vizsgálatok végrehajtása szükséges, így • a BFC által indukált DNS-adduktok kémiai összetételének a meghatározása; specifikus eljárások kifejlesztése az egyes DNS-adduktok vizsgálatára; a SPAH-vegyületek szerepének tisztázása a bitumengőzök géntoxikus hatásában; • eljárások kifejlesztése a SPAH hatásának meghatározására; • a BFC-ben található vegyületekből keletkező DNS-adduktok és ezen vegyületek rákkeltő hatása közötti összefüggés meghatározása; • a DNS-adduktok biológiai markerekként való alkalmazása a bitumengőzök hatásának vizsgálatára; az adduktképződés kinetikájának és eltávolításuk szükségességének vizsgálata, az adduktok kimutatása az emberi szervezetben. (Regősné Knoska Judit) Binet, S.; Pfohl-Leszkowicz, A. stb.: Bitumen fumes: review of work on the potential risk to workers and the present knowledge on its origin. = The Science of the Total Environment, 300. k. 1–2. sz. 2002. dec. 2. p. 37–49. Jaycox, L. B.; Olsen, L. D.: Determination of total sulfur compouds and benzothiazole in asphalt fume samples by gas chromatography with sulfur chemiluminescence detection. = Applied Occupational and Environmental Hygiene, 15. k. 8. sz. 2000. p. 695–704.
