OVLIVŇUJE ZNEČIŠTĚNÉ OVZDUŠÍ NAŠE ZDRAVÍ ?
MUDr. Radim Šrám, DrSc. Ústav experimentální medicíny AV ČR a Zdravotní ústav Středočeského kraje, Praha
[email protected] 1. Úvod
Vliv znečištěného ovzduší na zdraví při profesionální expozici je znám již více než 230 let. Proto se rozvíjelo pracovní lékařství a hygiena práce, aby zabránily vzniku onemocnění z povolání. První takové pracoviště vzniklo před válkou v Baťových závodech ve Zlíně. Od konce šedesátých let se prokazuje, že některé profesionální expozice chemickým karcinogenům znamenají zvýšený výskyt nádorových onemocnění [1]. V r. 2004 bylo IARC za prokázaný lidský karcinogen uznáno i pasivní kouření [2]. Mechanismus vzniku nádorové buňky je
odvozen ze změny genetické informace, tzv. mutací v DNA. Tyto poznatky
znamenaly rozvoj studia mutageneze a pokusy o interpretaci nových poznatků pro praxi. Před rokem 1989 se dařilo využívat metody genetického monitorování při hodnocení profesionální expozice karcinogenům díky vstřícnému přístupu řady krajských hygieniků, byť v rozporu s názory MZd ČR (útvar hl. hygienika) [3]. Zcela jiná byla situace při hodnocení vlivu znečištěného prostředí na zdravotní stav populace. Dle směrnice ministra zdravotnictví ČR bylo možné publikovat takové výsledky pouze po schválení MZd ČR. Např. údaje o vzrůstu vrozených vývojových vad v Severočeském kraji za období 1972-1980 byly v r. 1981 považovány za utajované informace. 2. Český příklad
Cytogenetická analýza periferních lymfocytů byla široce používána v hygienické službě ČR od konce 70. let jako skupinový expoziční test pro hodnocení profesionální expozice karcinogenům. Je-li zjištěno významné zvýšení počtu chromosomových aberací (CHA) oproti kontrolní skupině, hovoříme o zvýšeném genotoxickém riziku nebo vysokém
- 105 -
genotoxickém riziku a zvýšená frekvence aberantních buněk se stává v takovém případě podkladem pro preventivní opatření zaměřená ke snížení expozice pracovníků genotoxickým látkám a pro technická opatření ke snížení koncentrace těchto látek a jejich směsí v pracovním prostředí. Nedávno byla v časopisu Environmental Health Perspectives publikována práce Rössnera et al. „Chromosomal aberrations in lymphocytes of healthy subjects and risk of cancer“, kde je srovnáváno, jak se zvýšený výskyt chromosomových aberací podílí na zvýšeném výskytu nádorových onemocnění [4]. Tato studie byla provedena zhruba na 12.000 osobách, které byly vyšetřovány hygienickou službou od konce sedmdesátých
do počátku
devadesátých let. Studie byla iniciována pracemi ze Skandinávie a Itálie, které prokazují, že u jedinců, u nichž je zjištěn zvýšený výskyt chromosomových aberací, dochází ke zvýšenému výskytu nádorových onemocnění. V české studii byl u jedinců, kteří měli zvýšený počet chromosomových aberací, zjištěn zvýšený výskyt nádorových onemocnění, zejména nádorů zažívacího traktu. Vliv profesionální expozice byl studován u skupiny více než 2000 osob, které byly exponovány polycyklickým aromatickým uhlovodíkům (např. v koksárnách), a byl prokázán vztah mezi zvýšeným výskytem chromosomových aberací a incidencí nádorových onemocnění (RR=1.56, 95% CI 1.01-2.41). Při srovnání s výskytem nádorů ve skandinávské a italské kohortě se ukazuje, že u sledovaných pracovníků v ČR je výskyt nádorů nižší, než by odpovídal pozorovaným změnám na chromosomech. Lze se domnívat, že toto příznivé srovnání je důsledkem dobré práce hygienické služby v minulém období, kdy na základě poznatků získávaných biologickým monitorováním byly sníženy koncentrace karcinogenních látek v rizikových provozech průmyslu. Biologické monitorování expozice genotoxickým faktorům
představuje komplexní systém zahrnující cytogenetickou analýzou periferních
lymfocytů, hygienické posouzení pracoviště, analýzu a zhodnocení externí expoziční zátěže,
- 106 -
odhad závažnosti rizika, včetně posouzení efektivnosti možných opatření ke snížení rizika z expozice genotoxickým faktorům a kontroly účinnosti přijatých nápravných opatření. Důležitou součástí primární prevence před profesionálních nádorových onemocnění
byl
důraz na zavedení a zejména dodržování účinných preventivních opatření včetně přeřazování osob s vysokou frekvencí CHA na neriziková pracoviště. Pracovníci v těchto provozech tak byli exponováni kratší dobu a vystaveni nižším koncentracím genotoxických látek, než tomu mohlo být, kdyby výsledky takto interpretovány nebyly. Koncem osmdesátých let bylo využíváno hodnocení důsledků profesionální expozice karcinogenům v rámci preventivních prohlídek u více než 2000 pracovníků/rok. Dnes jsou považovány získané výsledky za světově unikátní. 2.1. Příklad: Profesionální expozice cytostatkům
V současné době se zdá, že vzhledem k výraznému zlepšení situace v chemickém průmyslu, kdy jsou zvýšené hodnoty zjišťovány ve velkých provozech jen výjimečně, představují rizikovou skupinu zdravotníci, zejména při práci s cytostatiky. Skutečnost, že cytostatika mohou nepříznivě působit na genetický materiál, byla prokázána již počátkem 80. let, kdy zejména při aplikaci nových cytostatik na bázi platiny byly u ošetřujícího personálu pozorovány stejné vedlejší účinky jako u léčených pacientů, které byly provázeny zvýšenou fekvencí chromosomových aberací. Na tyto vedlejší účinky bylo celosvětově poukazováno od r. 1985, což se v r. 1989 stalo podkladem pro vydání směrnice hl. hygienika ČR o práci s cytostatiky, podle které bylo nařízeno při ředění cytostatik používat laminární boxy a dodržovat patřičná preventivní opatření. Je proto překvapující, jestliže ještě po 20 letech je možné zjistit skupiny, které jsou profesionálně cytostatiky negativně ovlivňovány. S těmito výsledky kontrastuje práce dr. Marečkové ze ZÚ Brno, která uvádí, že jak v Masarykově onkologickém ústavu, tak ve VFN Bohunice, kde bylo zajištěno centrální ředění cytostatik a kladen důraz na dodržování bezpečnostních předpisů, je u exponovaných pracovníků
- 107 -
zjišťována kontrolní úroveň frekvence chromosomových aberací (<2.0 % AB.B.). Výsledek je nutno ocenit jako preventivní přístup, který by měl být příkladem vhodného řešení. 2.2. Příklad: Jaderné elektrárny
V souvislosti se zahájením provozu jaderné elektrárny Temelín byl vznesen v rámci Melkského procesu požadavek na cytogenetickou analýzu exponovaných pracovníků. V rámci studie bylo vyšetřeno cca 300 pracovníků z JE Temelín, JE Dukovany a kontroly z Českých Budějovic pomocí konvenční cytogenetické analýzy a metody fluorescence in situ hybridizace (FISH) [5]. Pozitivním výsledkem je, že nebylo pozorováno žádné zvýšení frekvence aberací, které by bylo závislé na dávce ionizujícího záření ani v průběhu posledního roku ani v průběhu posledních 8 let. Lze proto tvrdit, že z tohoto hlediska se jedná o bezpečné provozy. Současně s cytogenetickou analýzou byla sledována i hladina proteinu p53 v lymfocytech [6]. Protein p53 je považován za protein významný z hlediska nádorového procesu. Bylo pozorováno jeho zvýšení v JE Dukovany jak u pracovníků z exponované tak u kontrol z neexponované zóny a při analýze vlivu ionizujícího záření na hladinu p53 v lymfocytech byl prokázán významný vztah krátkodobé i dlouhodobé expozice. Co znamená zvýšená exprese p53 v lymfocytech: Buď se jedná o pozitivní rys – adaptivní odpověď, která mobilizuje obranu organismu proti působení ionizujícího záření anebo se může jednat o indukci mutací, které mohou znamenat zvýšené riziko pro takové jedince. Výsledky tohoto výzkumu byly uzavřeny počátkem r. 2004. Na význam zjištěných změn byli upozorněni pracovníci jak Státního zdravotního ústavu (SZÚ), Státního ústavu pro jadernou bezpečnost (SÚJB), MZd ČR a vládní komise s tím, že by pracovníci z jaderných elektráren měli být z tohoto hlediska dlouhodobě sledováni. Po uplynutí více než jednoho roku od ukončení tohoto výzkumu nebylo k těmto poznatkům vydáno žádné rozhodnutí. 2.3. Spontánní úroveň aberantních buněk v ČR
V rámci monitorování faktorů životního prostředí v ČR zjišťovala Národní referenční - 108 -
laboratoř pro genetickou toxikologii při Státním zdravotním ústavu, jaká je spontánní úroveň chromozomových aberací vyjadřovaná jako % aberantních buněk (% AB.B.) u populace v ČR, která byla v období do r. 1993 na úrovni 1,8 % AB.B, v r. 1994-1997 1,16 % AB.B. Významné snížení bylo považováno za důsledek příznivých opatření, které byly v ČR provedeny, ať již z hlediska snížení znečistění ovzduší nebo zlepšení skladby stravy – zvýšenou spotřebou ovoce a zeleniny [7,8]. S tímto vývojem však významně kontrastují poznatky, které jsou získávány od r. 2000 u některých kontrolních skupin: např. v Kralupech, v Českých Budějovicích, u kontrol v jaderných elektrárnách, i v Praze je pozorována úroveň překračující 2 % AB.B [5]. Možným důvodem pozorovaných změn je, že dochází ke zhoršování kvality ovzduší v některých lokalitách ČR - jednak měnícími se zvyky při spalování v lokálních topeništích, kdy v důsledku zvyšování cen energií dochází k opětovnému využívání pevných paliv a spalování odpadů, a jednak zvyšující se automobilovou dopravou. 3. Interpretace výsledků s využitím biomarkerů
Důvodem pro rozšíření používání biomarkerů při populačních studiích je skutečnost, že informují o poškození genetického materiálu (DNA) desetiletí před tím, než jsou pozorovány první klinické změny. Proto jsou biomarkery využívány v preventivním lékařství jako inikátory změn, které mohou při dlouhodobém působení nepříznivě ovlivnit zdravotní stav populace. 4. Vliv ovzduší na zdravotní stav populace
V průběhu posledního desetiletí je prokazován vliv respirabilních prachových částic PM2.5 na zvýšení úmrtnosti, počtu nádorových onemocnění i kardiovaskulárních onemocnění, jako je ateroskleróza a hypertenze. Předpokládáme, že na tyto nejmenší částice (PM2.5, < 2.5 µm] jsou vázány komplexní směsi obsahující karcinogenní polycyklické aromatické uhlovodíky (k-PAU), vznikající v ovzduší nedostatečným spalováním nebo
- 109 -
pyrolýzou organického materiálu jako nafta, benzin, zemní plyn, uhlí a dřevo. Dle řady publikovaných studií k-PAU představují pravděpodobně biologicky nejvýznamnější skupinu, zodpovědnou za škodlivé účinky respirabilních prachových částic (PM2.5). Dalším mechanismem vzniku poškození je oxidační stress, který vzniká zánětlivou reakcí makrofágů na inhalované částice. Je opakovaně prokazováno, že k-PAU snižují porodní váhu novorozenců, zvyšují nitroděložní růstovou retardaci (IUGR, 10. percentil porodní váhy pro příslušný gestační věk a pohlaví). K-PAU (nebo jejich metabolity) se mohou vázat na Ah receptory, výsledkem je antiestrogenní aktivita, působí tedy jako endokrinní disruptory [9]. Proto lze předpokládat, že se z hlediska hodnocení rizika pro člověka jedná o významnější skupinu látek, než představují např. dioxiny a PCB, zejména s ohledem na rozšíření těchto látek v životním prostředí. Pánevní oblasti severních Čech byly koncem osmdesátých let považovány za jednu z nejvíce znečištěných oblastí Evropy. Statistická analýza prokázala, že průměrná délka lidského života je v těchto oblastech kratší než celostátní průměr, zejména u mužů. Zhoršování kvality životního prostředí v severních Čechách v osmdesátých letech se stalo zdrojem politické nespokojenosti obyvatel tohoto regionu a růstu jeho ekologického uvědomění. Znečištění ovzduší a jeho důsledky na zdraví se staly celospolečenským problémem. Proto přijala v r. 1990 česká vláda usnesení o řešení problémů pánevních oblastí severních Čech [10]. MŽP ČR podporuje od r. 1991 v rámci Programu Teplice (1991-1996), Programu Teplice II (1997-1999), Programu Znečištění ovzduší a zdraví (2000-2002) a tématu Znečištění ovzduší a ochrana zdraví (2002-2004) systematicky výzkum vlivu znečištěného ovzduší na zdravotní stav populace. Na základě usnesení vlády ČR z r. 1990 byla pozornost zaměřena na Severočeskou pánevní oblast, jako modelový byl vybrán okres Teplice, jako
- 110 -
srovnávací okres Prachatice. Od r. 2000 je vzhledem k vývoji znečištění ovzduší dopravou studium rozšířeno i o Prahu. Díky dlouhodobému dennímu monitorování ovzduší v Teplicích a Prachaticích od r. 1993, v Praze od r. 2000, byly získány unikátní časové řady vývoje znečištění zejména PM10, PM2.5 a k-PAU. V období 1990-2000 došlo v Teplicích k významnému snížení koncentrací oxidu siřičitého (cca 15 % hodnot r. 1990) i PM10. Tento příznivý trend se začíná měnit od r. 20002004, kdy jsou roční koncentrace PM10 např. v Teplicích stabilní, ale dochází ke zvýšení koncentrací PM2.5 v Praze-Libuši i Prachaticích. V r. 2004 nejsou v koncentacích PM2.5 mezi Prahou, Teplicemi a Prachaticemi žádné rozdíly. Při analýze koncentrací k-PAU za stejné období jsou v Prachaticích na úrovni pozadí, v Teplicích se nemění, ale zvyšují se v Praze-Smíchově i Praze-Libuši. Při srovnání údajů koncentrací modelového karcinogenu benzo[a]pyrenu v Praze a Londýně jsou hodnoty v Praze vyšší 4 krát . Zjišťované koncentrace k-PAU mohou skutečně působit na populaci nepříznivě. Pražské ovzduší, podobně jako severočeské, zejména v zimních měsících, významně poškozuje genetický materiál exponovaných jedinců. Při studiu vlivu ovzduší na skupinu pražských městských strážníků, trávících většinu pracovní doby v pražských ulicích, ve srovnání s kontrolami pracujícími v uzavřených prostorách, bylo s použitím biomarkerů expozice (DNA adukty) a účinku (chromosomové aberace) prokázáno, že k-PAU mohou z dlouhodobého hlediska představovat významné riziko pro populaci Prahy a severních Čech [11]. Novým poznatkem jsou výsledky o změně schopnosti reparovat poškození DNA. Při použití metody Challange assay (Comet assay, single cell gel electrophoresis) jsou periferní lymfocyty jednorázově ozářeny rtg dávkou 2Gy. Po 1 h je hodnocena schopnost buněk reparovat indukované poškození. U pražských městských strážníků při srovnání s kontrolní
- 111 -
skupinou byla schopnost reparovat poškozenou DNA snížena o 12-15% [12]. To znamená, že takoví jedinci opravují změny vyvolané karcinogeny hůře a proto je u nich i zvýšené riziko vzniku nádorového bujení v příštích desetiletích. Získávané výsledky jsou unikátní z mezinárodního hlediska - prokázaly vliv k-PAU na vývoj těhotenství a dětí [13], i jejich zvýšenou nemocnost v dospělosti i kvalitu spermií [14] a tím i nutnost dlouhodobého sledování jejich přítomnosti v ovzduší. Při hodnocení rizika je takové poškození populace významnější než
předpokládané zvýšení počtu nádorových
onemocnění. Současně je nutné si uvědomit, že chemické složení látek vázaných na respirabilní prachové částice záleží na zdrojích znečištění. V nedávno ukončených EC projektech bylo zjištěno, že při stejných koncentracích PM10 v Praze a Athénách (projekt EXPOLIS) jsou koncentrace k-PAU v Praze cca 3 krát vyšší. Podobně při hodnocení genotoxicity PM10 v Praze a Sofii (projekt EXPAH) je vyšší genotoxicita (indukce DNA aduktů) pozorována v Praze. 5. Znečištěné ovzduší a úmrtnost
Standardizovaná úmrtnost mužů i žen byla sledována v období 1982-2003 v okrese Teplice, v pánevní oblasti severních Čech (okresy Chomutov, Most, Teplice, Ústí n.L. a Děčín), v Praze a v celé České republice. Po celou dobu sledování je nejvyšší úmrtnost u obou pohlaví zjišťována v pánevní oblasti. Při srovnání r. 1990 a 2000 byla střední délka života mužů v pánevní oblasti 65.5 a 70 let, žen 74 a 77 let, mužů v ČR 67.5 a 72 let, žen 76 a 78 let. Ačkoliv se znečištění ovzduší v pánevní oblasti významně snížilo, pozorované rozdíly ve střední délce života populace pánevní oblasti a ČR se nemění. Dr Kotěšovec a Dr Skorkovský ze Zdravotního ústavu v Ústí n.L. analyzovali, jak se na vývoji úmrtnosti podílelo snížení koncentrací znečišťujících látek v ovzduší. Při srovnání období 1982-1990 vs. 1991-2000 bylo prokázáno, že podstatný pokles znečištění ovzduší byl
- 112 -
následován i poklesem věkově standardizované celkové úmrtnosti. Při srovnání s vývojem v ČR byl pokles kardiovaskulární úmrtnosti 8.7% u mužů a 5.4% u žen a úmrtnosti na dýchací onemocnění u mužů o 33.1%. Výsledky ukazují na účelnost investic do zlepšení technologií spalování uhlí v tepelných elektrárnách i přechodu lokálních topenišť z uhlí na zemní plyn [15]. Zdá se, že tento optimistický vývoj se zastavil od r. 2001 a v posledních létech se nemění. Těmto trendům odpovídají i údaje o znečištění ovzduší PM2.5 a k-PAU. 6. Vliv znečištěného ovzduší na kardiovaskulární onemocnění
Četné epidemiologické studie prokazují vztah mezi znečištěným ovzduším a úmrtností a nemocností na kardiovaskulární onemocnění [16-18]. Všechny tyto studie se zaměřily na pozdní stadia onemocnění cév. Vliv znečištěného ovzduší na období před klinickými změnami není dostatečně znám. Předpokládáme, že respirabilní prachové částice o průměru menším než 2.5 µm mohou přispívat k ateroskleroze, vedou k předklinickým anatomickým změnám, které hrají hlavní roli při kardiovaskulárním onemocnění a úmrtností později v životě. Experimentální studie prokazují, že inhalace respirabilních prachových částic ovlivňuje oxidativní poškození plic včetně alveolární a protizánětlivé odpovědi. Nedávno byla v Los Angeles provedena studie o vztahu mezi koncentrací PM2.5 a ztluštěním endothelu v krční tepně [19]. Studie byla provedena na 798 účastnících, průměrné roční koncentrace PM2.5 byly v rozmezí 5,2 – 26,9 µg/m3. Při zvýšení koncentrací PM2.5 o 10µg/m3 se zvýšilo ztluštění krční tepny o 5,9 %, nejvýznamnější bylo u žen starších 60 let 15,7 % (5.7%-26.6%). Tyto výsledky podporují hypotézu, že dlouhodobá expozice respirabilním prachovým částicím přispívá ke vzniku zánětlivých procesů, které jsou významnou složkou aterogenezy. Naznačují také vztah mezi pozorovanými akutními účinky na zánětlivý proces a dlouhodobými účinky trvalého zánětu v cévách, který vede k ateroskleroze a nakonec ke kardiovaskulárnímu onemocnění. U citlivých jedinců může být
- 113 -
výsledkem expozice PM2.5 poškození stěny tepen spojené s tvorbou trombů. Pozorované změny ztluštění krční tepny odpovídají zvýšení ztluštění o 20-40 µm při zvýšení koncentrace PM2.5 o 10 µg/m3, což znamená zvýšení rizika infarktu myokardu asi o 3-6 %. V epidemiologické studii Pope et al. je dlouhodobá expozice PM2.5 spojována s 18% (14%23%) zvýšením ischemické choroby srdeční [17]. Onemocnění srdečních cév je multifaktoriálním onemocněním a jeho původ je v interakci mezi vlivy prostředí a genetickou predispozicí. Některé studie demonstrují přítomnost genetického poškození a DNA aduktů v aterosklerotických lézích a tkáních. DNA adukty jsou biomarkerem expozice environmentálním karcinogenům. Jestliže nejsou reparovány, představují preklinické stadium degenerativních onemocnění. Binková et al. prokázala, že DNA adukty významně korelovaly se stadiem aterosklerozy i poškození hrudní aorty. Byla pozorována korelace s hladinou kotininu (metabolit nikotinu), hypetrtenzí, věkem, a LDL cholesterolem. Tyto výsledky prokazují, že poškození DNA významně přispívá k vývoji a rozvoji aterosklerozy[20]. Poškození DNA v cévách je tvořeno řadou faktorů, včetně oxidativního poškození. Je známo, že vznik a průběh kardiovaskulární onemocnění může být významně ovlivněn antioxidanty (např. Vitamin C, E, selen), při jejich vyšším příjmu jsou nepříznivé změny redukovány či zpomaleny. Současně je nutné upozornit, že koncentrace PM2.5 v Los Angeles jsou nižší než koncentrace zjišťované v Praze nebo Teplicích. 7. Vliv znečištěného ovzduší na kvalitu spermií.
V průběhu posledních 15 let se diskutuje vliv znečištění životního prostředí na snížení počtu spermií. Epidemiologické studie předpokládají, že toto poškození může být spojeno se znečištěním prostředí endokrinními distuptory, jako jsou např. polychlorované bifenyly nebo PCDD (2,3,7,8-tetrahydrochlorobenzo-p-dioxin) a chlorované pesticidy. Údaje o vlivu
- 114 -
znečištěného ovzduší na kvalitu spermií poskytují dosud pouze výsledky získané ve studiích v České republice. Jako biomarkery poškození spermií se používají konvenční metody, které stanovují koncentraci spermií, celkový počet spermií na vzorek, procento pohyblivých spermií, procento spermií s normální morfologií a procento spermií s normální morfologií hlavičky[21]. Novým přístupem jsou metody molekulární biologie, které využívají pro hodnocení genetického poškození určení chromozomových aberací ve spermiích metodou fluorescence in situ hybridizace (FISH) [22], metoda analýzy struktury chromatinu spermií (SCSA - Sperm chromatin structure assay) detekuje zlomy DNA ve spermiích[23]. Fragmentace DNA je považována za indikátor poškození chromozomů. Metoda FISH užívá několikabarevné fluorescence in situ hybridizace k detekci pohlavních chromozomů a vybraných autozomů k detekci změn počtu chromozómů ve spermiích. Při první studii bylo vyšetřováno 325 mladých mužů z okresů Teplice a Prachatice a bylo pozorováno ovlivnění morfologie spermií znečištěným ovzduším. V epidemiologické studii byla poprvé použita metoda SCSA, která prokázala zvýšenou fragmentaci DNA v období vysokého znečištění ovzduší. Při studiu aneuploidie spermií v okrese Teplice s použitím metody FISH bylo zjištěno zvýšení aneuploidie YY8 v období vysokého znečištění ovzduší [24]. V dalším období byla provedena longitudiální studie, kdy v průběhu 2 let bylo u 36 mužů z okresu Teplice provedeno 7 vyšetření stejnými metodami [25]. Byl prokázán významný vztah mezi expozicí znečištěnému ovzduší a procentem spermií s fragmentovanou DNA, naznačující, že expozice vysokým koncentracím znečištěného ovzduší může poškodit DNA ve spermiích. V této studii nebylo prokázáno zvýšení aneuploidií spermií. Při srovnání expozic 90 dní před odběry (prosinec-březen) byly koncentrace PM10 v r. 1993 184,7 µg/m3 ve srovnání s 67,8 µg/m3 v r.1996. V následující studii v r.1998 byla vyšetřena skupina 50 mužů ve věku 18 let. Koncentrace spermií a procento pohyblivých spermií bylo v r. 1998
- 115 -
významně vyšší než v r. 1993 (60,1 vs. 102,3 mil/ml a 32,5 vs. 62% motilních spermií). Tyto studie prokazují, že expozice vysokým koncentracím znečištěnému ovzduší jsou spojeny s poškozením kvality spermií a zdá se, že tyto změny jsou reverzibilní, jestliže je znečištění sníženo. Jak
můžeme
interpretovat
význam
fragmentace
DNA?
Procento
spermií
s fragmentovanou DNA naznačuje, že expozice zvýšeným koncentracím znečištěného ovzduší poškozuje DNA ve spermiích. Jako biologicky přijatelné se zdá vysvětlení, že reaktivní metabolity polycyklických aromatických uhlovodíků (PAU) mohou dosáhnout testes a reagovat s DNA ve spermiích vytvářením DNA aduktů. V jiných studiích Programu Teplice bylo zjištěno, že karcinogenní PAU (karc-PAU) adsorbované jako organická frakce na respirabilních prachových částicích vytváří DNA adukty minimálně ve dvou tkáních – v krvi (periferních lymfocytech) [26] a placentě [27]. Ačkoliv DNA adukty by měly být ve většině pohlavních buněk reparovány, DNA reparace neprobíhá v kondenzovaných spermatidech a v epidermálních spermiích, kdy protamin je nahražen histony. Proto se předpokládá, že DNA poškození v tomto období bez reparace, tj. v období pozdní spermiogeneze a zrání spermií, což je zhruba 10 dní, není opraveno a může být proto manifestováno jako zvýšená fragmentace DNA [28]. Na základě klinických studií se předpokládá úroveň 30 % spermií s fragmentací DNA za zvýšené riziko infertility a spontánní potratovosti u mužů s jinak dobrou kvalitou spermí [29]. Závažným poznatkem je, že v období zvýšených koncentrací karc-PAU v ovzduší může být tohoto stadia dosaženo u jedinců s nepříznivým genotypem. Získané výsledky jsou významné pro hodnocení rizika a prokazují, že expozice vysokým koncentracím znečištěného ovzduší i v krátkém období může mít nepříznivé účinky na reprodukční funkce mužů. Zatímco u konkrétního muže jsou tyto účinky reverzibilní, ovlivněné spermie přenášejí genetické poškození do jeho početí a výsledkem je nepříznivý vývoj těhotenství.
- 116 -
Snížení procenta normální morfologie spermií a zvýšení fragmentace DNA (zjišťované metodou SCSA) a aneuploidie (prokazovaná metodou FISH) může mít nepříznivý vliv na reprodukční výsledky, jako je neplodnost, zpožděné početí, spontánní potraty nebo nepříznivý vývoj plodu. Znečištěné ovzduší tak může ovlivnit kvalitu spermií a přenosem genetického poškození do embrya také výsledky těhotenství. 8. Souhrn
V průběhu posledního desetiletí byl prokázán vliv respirabilních prachových částic PM2.5 na zvýšení úmrtnosti, počtu nádorových onemocnění i kardiovaskulárních onemocnění. Výsledky výzkumu iniciované MŽP ČR naznačují, že karcinogenní polycyklické aromatické uhlovodíky (c-PAU) představují pravděpodobně biologicky nejvýznamnější skupinu, zodpovědnou za škodlivé účinky frakce PM2.5. Tento poznatek byl zjištěn v modelových pokusech na buněčných liniích in vitro, ale i na zvýšeném počtu DNA aduktů v placentách žen z exponované oblasti. Později bylo prokázáno, že expozice c-PAU během těhotenství snižují porodní váhu novorozenců a zvyšují výskyt nitroděložní růstové retardace. Environmentální expozice c-PAU v pražském ovzduší zvyšuje množství DNA aduktů i výskyt chromozómových aberací a snižuje schopnost reparovat poškození DNA. Získaný výsledek informuje o poškození genetického materiálu desetiletí před tím, než jsou pozorovány první klinické změny. Jsou indikátorem změn, které mohou při dlouhodobém působení nepříznivě ovlivnit zdravotní stav populace. Novým poznatkem je průkaz schopnosti znečištěného ovzduší ovlivňovat kvalitu spermií. Při opakovaných studiích v okrese Teplice bylo pozorováno zvýšení koncentrace i počtu motilních spermií jako důsledek zlepšené kvality ovzduší. Avšak koncentrace PM2.5 a c-PAU v ovzduší, které již neovlivňují koncentraci a počet motilních spermií jsou schopné
- 117 -
vyvolávat fragmentaci DNA ve spermiích, která představuje zvýšené riziko infertility mužů a spontánní potratovosti u jejich partnerek. c-PAU v ovzduší představují závažné riziko pro populaci. Proto by měly být získané poznatky využity v praxi při stanovení NPK těchto látek ve venkovním ovzduší.
Literatura
[1] IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, http://monographs.iarc.fr. [2] Tobacco smoke and involuntary smoking. IARC Monograph, Vol. 83, IARC, Lyon 2004, 1452s. [3] Šrám, R., Rössner, P., Šmerhovský, Z.: Cytogenetic analysis and occupational health in the Czech Republic, Mutation Res. 566, 2004, s.21-48. [4] Rössner, P., Boffeta, P., Ceppi, M., Bonassi, S., Šmerhovský, Z., Landa, K., Jůzová, D., Šrám, R.J.: Chromosomal aberrations in lymphocytes of healthy subjects and risk of cancer, Environ. Health Perspect. 113, 2005, s.517-520. [5]
Šrám, R.J., Rössner, P., Rubeš, J., Beskid, O., Dušek, Z., Chvátalová, I., Schmuczerová, J., Milcová, A., Solanský, I., Bavorová, H., Očadlíková, D., Kopečná, O., Musilová, P.: Possible genetic damage in the Czech nuclear power plant workers, Mutation Res. 593, 2006, s. 50-63.
[6]
Rossner, P., Jr, Chvatalova, I., Schmuczerova, J., Milcova, A., Rossner, P., Sram, R.J.: Comparison of p53 levels in lymphocytes and in blood plasma of nuclear power plant workers, Mutation Res. 556, 2004, s. 55-63.
[7] Rössner P., Šrám R.J., Bavorová H., Očadlíková D., Černá M., Švandová E., Spontaneous level of chromosomal aberrations in peripheral blood lymphocytes of control individuals of the Czech Republic population, Toxicol. Letters 96-97, 1998, s.137 – 142.
- 118 -
[8] Rössner, P.:
Metody biologického
monitorování genotoxických účinků faktorů
pracovního prostředí, cytogenetická analýza periferních lymfocytů, Čes.pracovní lék. (Suppl. Novinky v průmyslové toxikologii 1) 2000, s.34-39. [9] Šrám, R.J., Binková, B., Dejmek, J., Bobak, M.: Ambient air pollution and pregnancy outcomes: A review of the literature, Environ. Health Perspect. 113, 2005, 375-382. [10] Šrám, R.J.: Future directions to characterize environmental mutagens in highly polluted areas, Environ. Health Perspect. 104 (Suppl.3), 1996, s.603-607. [11] Šmerhovský, Z., Binková, B., Beskid, O., Biroš, E., Chvátalová, I., Milcová, A., Rössner, P., Rössner, P., Jr, Stávková, Z., Šrám, R.J.: Znečištění ovduší polycyklickými aromatickými uhlovodíky: Biomarkery, hodnocení expozice a zdravotní rizika, Ochrana ovzduší č. 5, 2002, s. 13-17. [12] Cebulska-Wasilewska, A., Wiechec, A., Panek, A., Binkova, B., Sram, R.J.: Influence of environmental exposure to PAHs on the susceptibility of lymphocytes to DNAdamage induction and their repair capacity, Mutation Res. 588, 2005, s. 73-81. [13] Dejmek, J., Solanský, I., Beneš, I., Leníček, J., Šrám, R.J.: The impact of polycyclic aromatic hydrocarbons and fine particles on pregnancy outcome, Environ.Health Perspect. 108, 2000, s.1159-1164. [14] Selevan, S.G., Borkovec, L., Slott, V.L., Zudova, Z., Rubes, J., Evenson, D.P. et al.: Semen quality and reproductive health of young Czech men exposed to seasonal air pollution, Environ. Health Perspect. 108, 2000, s.887-894. [15] Skorkovský, J., Kotěšovec, F.:
Porovnání úmrtnosti v průmyslové oblasti
severozápadních Čech v období vysokého a nízkého znečištění ovzduší, Ochrana ovzduší č. 5-6, 2005, s.32-37.
- 119 -
[16] Künzli, N., Kaiser, R., Medina, S., Studnička, M., Chanel, O., Fillinger, P., Herry, M. et al.: Public health impct of outdoor and traffic-related air pollution: a European assessment, The Lancet 356, 2000, s.795-801. [17] Pope, C.A., Burnett R.T., Thun, M.J., Calle, E.E., Krewski, D., Kazuhiko, I., Thurston, G.D.: Lung cancer, cardiopulmonary mortality, and long-term exposure to fine particle air pollution, JAMA 287, 2002, s.1132-1141. [18] Brunekreef, B.,Holgate, S.T.: Air pollution and health, The Lancet 360, 2002, s.12331242. [19] Künzli, N., Jerret, M., Mack, W.J., Beckerman, B., LaBree, L., Gilliland, F., Thomas, D., Peters, J., Hodis, H.N.: Ambient air pollution and atherosclerosis in Los Angeles, 113, 2005, s.201-206. [20] Binková, B., Šmerhovský, Z., Strejc, P., Boubelík, O., Stávková, Z., Chvátalová, I., Šrám, R.J.: DNA adducts and atherosclerotic: A study of accidental and sudden death males in the Czech Republic, Mutation Res. 501, 2002, s.115-128. [21] World Health Organization: WHO laboratory manual for the examination of human semen and semen-cervical mucus interactions, 4th Ed., Cambridge University Press, Cambridge, UK, 1999. [22] Rubeš, J., Vozdová, M., Řezáčová, O., Robbins, W.A., Perreault, S.D., Wyrobek, A.: Stable variants of sperm aneuploidy among healthyu men show associations between germinal and somatic aneuploidy, Am.J.Hum.Genet. 70, 2002, s.1507-1519. [23] Evenson, D.P., Larson, K.L., Jost, L.K.: Sperm chromatin structure assay: its clinical use for detecting sperm DNA fragmentation in male infertility and comparisons with other techniques, J. Andrology 23, 2002, s.25-43. [24] Robbins, W.A., Rubeš, J., Selevan, S.G., Perreault, S.D.: Air pollution and sperm aneuploidy in healthy young men, Environ. Epidemiol. Toxicol. 1, 1999, s.125-131.
- 120 -
[25] Rubeš, J., Selevan, S.G., Evenson, D.P., Zudová, D., Vozdová, M., Zudová, Z., Robbins, W.A., Perreault, S.D.: Episodic air pollution is associated with increased DNA fragmentation in human sperm without other changes in semen quality, Hum. Reprod. 20, 2005, s. 2776-2783. [26] Binková, B., Lewtas, J., Míšková, I., Rössner, P., Černá, M., Peterková, K., Mračková, G., Mumford, J., Meyer, S., Šrám, R.J.: Biomarker studies in Northern Bohemia, Environ. Health Perspect. 104 (Suppl 3), 1996, s.591-597. [27] Topinka, J., Binková, B., Mračková, G., Stávková, Z., Beneš, I., Dejmek, J., Leníček, J., Šrám, R.J.: DNA adducts in human placenta as related to air pollution and to GSTM1 genotype. Mutation Res. 390, 1997, s.59-68. [28] Baarends, W.M., van der Laan, R., Grootegoed, J.A., DNA repair mechanisms and gametogenesis, Reprod. 121, 2001, 31-39. [29] Evenson, D.P., Jost, L.K., Marshall, D., Zinaman, M.J., Clegg, E., Prvis, K., de Angelis, P., Claussen, O.P.: Utility of the sperm chromatin structure assay (SCSA) as a diagnostic and prognostic tool in the human fertility clinic, Hum. Reprod. 14, 1999, s.1039-1049.
Poděkování
Studie se uskutečnila za podpory MŽP ČR (granty č. VaV-SL/5/160/05 a VaV-1C/6/5/04).
- 121 -
