Lze monitorovat efekt nanočástic u exponovaných osob?
DANIELA PELCLOVÁ1, ZDENKA FENCLOVÁ1, TOMÁŠ NAVRÁTIL2, ŠTĚPÁNKA VLČKOVÁ1, KAMILA SYSLOVÁ3, MAREK KUZMA4, VLADIMÍR ŽDÍMAL5, JAROSLAV SCHWARZ5, JAN PUŠMAN5, NADĚŽDA ZIKOVÁ5, SERGEY ZAKHAROV1, PETR KAČER3 1 Klinika pracovního lékařství 1. LF UK a VFN 2Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR, v.v.i., Praha 3Vysoká škola chemicko-technologická, Praha 4Mikrobiologický ústav AV ČR, v.v.i., Praha 5Ústav chemických procesů AV ČR, v. v. i., Praha
Účinky nanočástic na člověka? • Nejsou detailně prostudovány • Některé experimentální studie prokazují oxidační stres, • pro-zánětlivé účinky a možný vznik plicní fibrózy, plicního emfyzému/rozedmy a/nebo rakoviny.
• U člověka neexistují cílené studie (LANEY AS Workshop summary: epidemiologic design strategies for studies of nanomaterial workers. Journal of Occupational + Environmental Medicine 2011)
• Které neinvazivní metody by bylo možno využít pro preventivní prohlídky dělníků s nejvyšší expozicí nanočásticím?
OXIDACE bílkovin, jaderných kyselin a tuků Oxidace tuků buněčných membrán (lipidová dvojvrstva)
Souhrn experimentálních údajů ukazuje, že u některých nanočástic vzniká oxidativní poškození lipidů buněčných membrán, proteinů, a nukleových kyselin BAKAND, S., HAYES, A., DECHSAKULTHORN, F. Nanoparticles: a review of particle toxicology following inhalation exposure. Inhalation Toxicology, 2012 SHI H, MAGAYE R, CASTRANOVA V, ZHAO J. Titanium dioxide nanoparticles: a review of current toxicological data. Particle and Fibre Toxicology, 2013
OXIDACE LIPIDŮ
– A - přímá
nenasycené mastné kyseliny buněčných membrán n-hexanal (C6), n-heptanal (C7), C8,..C13 hydroxy-trans-2-nonenal (HNE) přímá oxidace – ROS
malondialdehyd (MDA)
přímá oxidace - ROS
IZOPROSTANY(8-isoprostan)
OXIDACE LIPIDŮ –
B enzymatická
mastné kyseliny buněčných membrán
lipoxygenáza (3 dvojné vazby)
cysteinylové - LTC4, LTD4, LTE4 LTB4
Metabolity nukleových – jaderných kyselin Stavební součásti nukleových kyselin
Produkty oxidace nukleových kyselin
Nukleová kyselina
8-hydroxyguanosin
5-hydroxymethyluracil
BÍLKOVINY = PROTEINY Produkty oxidace a přeměny bílkovin
Nitrotyrosin o-Tyrosin
3-Chlorotyrosin
Odběr kondenzátu vydech. vzduchu (KVV) Systém pro neinvazivní sběr látek z dýchacího systému po zkapalnění zchlazením na -10°C (Jaeger). KVV obsahuje: 1) zkapalněnou vodní páru, 2) částice aerosolu tekutiny z dýchacích cest uvolněné zvířením vzduchu 1) ve vodě rozpustné látky.
Analýza vzorků • Identifikace neznámých biomolekul pro plicní onemocnění VZORKY KVV
Odsolení a zakoncentrování vzorků Extrakce na pevné fázi
ZPRACOVÁNÍ VZORKŮ
LC-MS ANALÝZA VZORKŮ
KVANTITATIVNÍ A KVALITATIVNÍ VYHODNOCENÍ DAT
Analýza kapalinovou chromatografií spojenou s hmotnostní spektrometrií TSQ Vantage, LTQ Orbitrab
Metodika Horvath et al. 2010 + Výhody kondenzátu
+ VÝHODY Byla analyzována řada látek Jejich koncentrace jsou ovlivněny nemocemi dýchacího systému. + nezatěžující vyšetření + lze libovolně opakovat - nemá žádný vliv na dýchací cesty + děti, starší, nemocní lidé
- NEVÝHODA cena laboratorní analýzy vzorku LC-ESIMS/MS-
Osoby a vyšetřovací metody v roce 2012 20 dělníků s expozicí TiO2: před směnou po směně
19 zdravých dobrovolníků muži, 35 let, 11 nekuřáků, 8 kuřáků jednou plicní funkce moč chemicky titan v kondenzátu, titan v moči orientační interní vyšetření, tlak krve Měření prašnosti na pracovištích (početní, hmotnostní, velikost částic)
Měřené látky v kondenzátu vydech. vzduchu • • • •
malondialdehyd (MDA) 4-hydroxy-trans-nonenal (HNE) 4-hydroxy-trans-hexenal (HHE) 8-isoProstaglandin F2α (8-isoprostan)
• • •
8-hydroxy-2-deoxyguanosin (8-OHdG) 8-hydroxyguanosine (8-OHG) hydroxymethyl uracil (HMeU)
• • • •
o-tyrosin (o-Tyr) 3-chloro-tyrosin (3-Cl-Tyr) nitrotyrosin (NO-Tyr)
BÍLKOVINY
•
leukotrieny LTB4, LTC4, LTD4, LTE4
ZÁNĚT, ASTMA
•
FeNO
TUKY
NUKLEOVÉ KYSELINY
Výsledky 2012 Produkty oxidace tuků a jader. kyselin v KVV u dělníků (před a po směně, kontrolní osoby) Workers-Preshift
60
50
* *
* *
40
* +p<0.05,*p<0.01**p<0.001 * * *
Workers-Postshift Controls * *
* *
* *
30
20
10
0
MDA
HNE
HHE
8-ISO
8-OHdG
8-OHG
5-OHMeU
ng/ml
ng/ml
ng/ml
pg/ml
pg/ml
pg/ml
pg/ml
Pelclová a kol. Conference Proceedings, NANOCON OCT 23-25, 2012, ISBN 978-80-87294-32-1, Copyright © 2012, TANGER Ltd.
Výsledky 2012 Produkty oxidace bílkovin a zánětlivé leukotrieny v KVV u dělníků (před a po směně, kontrolní osoby) 80
+p<0.05,*p<0.01**p<0.001
* *
70
Workers-Postshift
60
50
* *
Workers-Preshift
* *
* *
* *
Controls * *
40
30
20
10
0
3-ClTyr
NOTyr
o-Tyr
LTB4
LTC4
LTD4
LTE4
1-FENO
pg/ml
pg/ml
pg/ml
pg/ml
pg/ml
pg/ml
pg/ml
ppb
Pelclová a kol. Conference Proceedings, NANOCON OCT 23-25, 2012, ISBN 978-80-87294-32-1, Copyright © 2012, TANGER Ltd.
Titan v KVV (μg/l) Před směnou 20,05±4,09 μg/l, po směně 20,10±4,15 μg/l U 18 kontrolních osob pod mezí detekce Průmyslová část
Výzkumný poloprovoz
Titan v moči dělníků i kontrol: pod mezí detekce 2 μg/l
2. STUDIE POKRAČOVÁNÍ DUBEN 2013 Po směně Celkem
Věk
Kuřáci
Nekuřáci
TiO2
14
34±6
5 (36 %)
9
Kontrolní osoby
25
34±3
9 (36 %)
16
METODY Anamnéza, fyzikální vyšetření Spirometrie Kondenzát vydechovaného vzduchu (KVV) FeNO –vydechovaný NO Moč chemicky Titan v moči Ti v KVV Měření prašnosti na pracovišti
MĚŘENÍ KONDUKTIVITY KVV Diluční indikátor - elektrická vodivost - nelišil se od kontrolních osob Konduktivita µS/cm
pH
Dělníci před směnou 2012
139±46
4,83
Dělníci po směně 2012
129±31
4,96
118±7
5,25
115±22
5,74
126±10
5,31
Dělníci po směně 2013
Kontroly 2012 Kontroly 2013
Titan v KVV Titan v KVV u TiO2
průměr 20,0 mcg/l
1) TiO2 2) kontroly
všichni pod 2 mcg/l
30 25 20 15 10 5 0 T
Titan v moči Všichni pod 2 mcg/l
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
průměr 20 mcg/l jako v r. 2012
Limit detekce 2 mcg/l
T
Noël et al. 2013 • 8-isoprostan v BALu myší
byl významně vyšší po inhalaci nanočástic, tvořících malé aglomerace
Pěnovité makrofágy aglomerovaly nanočástice viditelné aglomeráty částic velikosti 5 nm v alveolech
• • • • •
TiO2 nanočástice inhalované 2 týdny 6 hod/den, 5 dní /týden koncentrace 11,4 mg/m3 histopatologické změny v dutině nosní i v plicích - malé částice do 20 nm – toxické účinky v tkáních
nos
plíce
• Nosní aplikace nano-TiO2 90 dní • 2,5-10 mg/kg hmotnosti kontrola
• zánětlivá infiltrace • zesílení intersticia
2,5 mg/kg
edém
5 mg/kg
kontrola depozice TiO2 v černých aglomerátech B - pneumocyt , Ramanova analýza TiO2
10 mg/kg
ZÁVĚR • VÝSLEDKY JSOU TÉMĚŘ STEJNÉ JAKO PŘED ROKEM • Markery odpovídají výsledkům experimentálních studií • Jak dlouho efekt přetrvává? Jde o chronický efekt? Jde o účinek nanočástic TiO2? • Nebyla korelace s jiným znečištěním venkovního ovzduší
• Metody jsou vhodné pro vyšetřování osob exponovaných nanočásticím
CO DÁL? • • • •
POKUSIT SE O ZMĚNU TECHNICKOU INTERVENCÍ DOPLŇKY VÝŽIVY – vitamíny C, E, juwim Vyšetřit stejné osoby PŘED INTERVENCÍ (ev. se stanovením vitamínu C, E v krvi, a stejných markerů v krvi) • Potom zopakovat s odstupem 3-6 měsíců. • Je třeba více podobných studií Projekt Univerzity Karlovy PRVOUK P28/1LF/6
