Предизвикателства и последици от нанотехнологиите в практиката на трудовата медицина; Страница 2 от 2; Списание

Дирекция за обществено здраве в Букурещ

Ключови думи: наноматериали, трудова медицина, изследвания

Въведение

Най-общо нанонауката и нанотехнологиите са изучаването и приложението на използването на изключително малки частици и тъй като те могат да бъдат използвани във всички научни области като химия, биология, физика, медицина, материалознание и инженерство, се превръщат в актуално предизвикателство в практиката на трудовата медицина, особено чрез излагане на работници, които се нуждаят от медицинско наблюдение на здравето, чрез токсичността на различни наноматериали с патофизиологични механизми, които са във фокуса на изследователите и чрез специфична защита, обща (вентилация) и индивидуална (защитно оборудване).

Според наличните доклади [1] за нанотехнологиите, в момента намираме изключително 50 списания и 33 конференции (Таблица I), 20 семинара и приблизително 125 471 статии, които са публикувани за съвременните тенденции в тази област. По отношение на научните изследвания, всяка година САЩ, Индия, Япония, Бразилия и Канада са едни от основните страни, в които се извършват обширни проучвания в областта на нанотехнологиите; в САЩ. се определя за 9 октомври - Национален ден на нанотехнологиите.

Какво представляват наноматериалите?

Произведените наноматериали (НМ) са разнообразна група материали, все по-често използвани в производствената и строителната индустрия, компютрите, храните, фармацевтиката и биомедицината, поради техните много малки размери и изключителни свойства. Загрижеността за здравето и безопасността на НМ принуди регулаторните агенции да обмислят превантивни мерки и разпоредби за защита на здравето и безопасността на работниците. Обикновено се счита, че НМ включват група/клас произведени материали, имащи поне един от размерите между 1-100 nm, размерите, към които те имат уникални, иновативни свойства, които се различават от тези, предоставени само от химичния състав или размерите по-голям (μm-mm), модифициращ биологичното поведение и въздействие върху човешкото здраве (обществено/професионално).

Най-известните и изследвани наночастици [2], включително като въздействие върху здравето на индивида, са нано-Ag, нано-TiO2, нано-SiO2, нано-ZnO, нано-Al2O3, стратифициран силикат (монтморилонит, Al (2) [(OH) 2/Si (4) O (10)] nH (2) O, сажди, въглеродни нанотръби - CNT). „Ултра фини частици“ се считат за тези с размери под 100 nm, които не се произвеждат в основния технологичен процес, но се произвеждат произволно в технологични процеси, които включват заваряване, горене, дизелови двигатели. Независимо от терминологията, от гледна точка на здравето и безопасността на труда и поради сходни физикохимични характеристики, излагането на тези материали може да възникне чрез вдишване, контакт с кожата, поглъщане, въпреки че данните за рисковете, доминиращия път и токсичността са ограничени.

Производството и маркетингът на NM напредват много по-бързо от изследванията за безопасност на NM. Това явление ще окаже силно въздействие върху подхода на лекарите по труда към рисковете за здравето, породени от NM/NP (наночастици). В литературата (Таблица I) все повече доказателства сочат, че НМ са потенциално опасни за хората и че трябва да се вземат строги индустриални хигиенни мерки за ограничаване на експозицията по време на работа. В допълнение, предвид несигурността относно патогенетичните характеристики на надарения НМ, токсикологичните свойства на специфичен НМ/НП следва да се оценяват индивидуално, чрез нови скринингови стратегии, базирани на текущи научни придобивания.

Отношенията околна среда - здраве - безопасност за работника спрямо потребителя

Както жизненият цикъл на произведените наноматериали (НМ), така и дизайнът на продуктите на пазара могат да генерират ситуации на експозиция с въздействие върху околната среда и/или здравето на хората, а несигурността на научната информация и медицинските доказателства затруднява установяването на протоколи за медицинско наблюдение при работа. или периодичен скрининг или мониторинг/оценка на професионалните рискове, от една страна, както и тестване за неблагоприятни ефекти за потребителите.

Фигура 1 показва, че основните области на оценка на връзката околна среда - здраве - безопасност (EHS) са както при работещите в промишлеността (преработваща, строителна или автомобилна, медицинска техника), изложени на суровини или готови продукти (NM в насипно състояние), така в началото на цикъла, но също и в края на цикъла (изгаряне, рециклиране, изравняване на земята) и потребителите (лекарства, козметика), тъй като много произведени наноматериали (NM) се синтезират и експлоатират за потенциална употреба в потребителски продукти (фигура 2), в ежедневието.

Вече наночастици от титанов диоксид (нано-TiO (2)), цинков оксид (нано-ZnO), сребро (Ag) и други метали или техните оксиди присъстват в търговски продукти като слънцезащитни продукти, козметика, автомобилни бои и гуми. По-новата и усъвършенствана употреба на NM включва квантови точки (QD) при клетъчно изобразяване, циркониеви оксиди при костно заместване и протезни и наноносещи устройства при доставка на лекарства (ракова терапия). Предимствата на нанотехнологиите са отлични [2], включително антимикробна активност, устойчивост на надраскване и вода, дълготрайна яркост, подобрени скорости на процесора и по-добра резолюция на дисплея, само за да назовем само няколко.

Въпреки че разработчиците на тези продукти често се фокусират върху полезните, интересни аспекти на своите продукти, въпросите за безопасността и токсичността не се обсъждат подробно, а дългосрочните ефекти като хронично излагане и замърсяване на околната среда са дори по-малко документирани. С производството и широкото използване на НМ опасенията относно професионалните рискове (контрол на експозицията, оценка и мерки за предотвратяване на риска - профилактично медицинско наблюдение - корелирано откриване на патология), правилното боравене, обезвреждане, съхранение, транспорт и почистване се очаква да се увеличат. Възможното биологично въздействие на НМ напомня, че наноматериалите могат да се превърнат в нож с две остриета, ако не се обработват правилно, както за работниците, така и за потребителите.

Познавайки предизвикателствата при вземането на решения както за лекари, инженери, така и за регулаторни агенции, са съгласувани следните критерии [3] за систематичен анализ и интерпретация на „състоянието на техниката“ на ефектите от NM/NP:

Критерии за околната среда:

индикатори за опасен ефект
разтваряне във вода, което може да увеличи/намали токсичния ефект
тенденция към агломерация или утаяване
поведение по време на обработката на отпадъците с вода
стабилност по време на изгаряне

Критерии за човешко здраве:

1. остра токсичност
2. хронична токсичност
3. ДНК увреждане
4. преминаване или унищожаване на тъканни бариери
5. увреждане на клетките в мозъка
6. увреждане на кожата
7. увреждане на стомашно-чревния тракт
8. увреждане на дихателните пътища.

Отбелязваме, че някои НМ могат да повлияят предимно на околната среда (рискът да е силно корелиран с жизнения цикъл на продукта и количеството НМ, произведени в световен мащаб), но други могат да повлияят предимно на здравето на индивида (проучвания на общественото и професионалното здраве, които се оценяват от изследователите).

Токсичност на наноматериали (NP наночастици)

Понастоящем има само ограничени знания за токсикологичните ефекти на НП, но сега е известно, че токсичното поведение на НП се различава от общите им колеги. Дори НМ, които имат един и същ химичен състав, се различават по своите токсикологични свойства, като разликите в токсичността зависят от размера, формата и покритието на повърхността. Следователно, преди NM да се използват индустриално/търговски, е много важно те да бъдат подложени на подходяща оценка на токсичността, а сред параметрите на NM, които трябва да бъдат оценени за ефекта на токсичността, са повърхностните натоварвания, покривните материали и реактивността. NP.

Литература [2,3] за токсичността на металните оксидни NP, металните NP, квантовите точки (QD), силициевите NP (SiO2), въглеродните нанотръби (CNT) и други въглеродни наноматериали, които имат В световен мащаб вече са открити широка гама приложения и in vitro и in vivo NP проучванията показват, че повечето са токсични за животните и тяхното токсично поведение варира в зависимост от размера, формата, повърхностното натоварване, вида на покривния материал и реактивността. Дозата, начинът на приложение и експозицията са критични фактори, влияещи върху степента на токсичност, произведена от определен тип NP. Установяването на тестове за токсичност за тип NP, който да се прилага под медицинско наблюдение или изпитване на продукти, все още изисква внимателни и стриктни изследвания.

Съгласувана „система за изпитване“, която може да се използва за адекватна, точна и икономична оценка на токсичността на NP, също се счита за необходима, тъй като NP е предизвикала редица различни токсични ефекти в много проучвания [2,3] in vivo и инвитро:

видовете ефекти, произведени от NP, са върху белодробната, сърдечната, репродуктивната, бъбречната и кожната системи, както и върху различни клетъчни линии;
след експозиции бяха открити значителни натрупвания на NP в белите дробове, мозъка, черния дроб, далака и костите при тестваните видове;
степента на токсичност, произведена от NP, е свързана със свойствата на повърхността, разтворимите NP стават токсични поради техните компоненти; но ситуацията е напълно различна за неразтворимите NP (напр. стабилните метални оксиди не са токсични, докато металните NP, които имат редокс потенциал, могат да бъдат цитотоксични и генотоксични).

Тъй като наличните данни за токсичността на NP са за съжаление ограничени и поради това не позволяват на учените да направят значителна оценка на количествения риск и безопасност на синтезирани NP (което води до липсата на разпоредби за стойностите на концентрацията в околна среда и биологични течности или тъкани), така че е особено важно да се получат и използват резултатите от съществуващите нанотоксикологични проучвания, но също така да се разработят нови и по-полезни системи за оценка на риска в бъдеще. Необходими са увеличени усилия, както индивидуално, така и колективно, за изследване на предимствата и недостатъците на бъдещите нанотехнологии.

Кожни ефекти

Данни от изследванията за връзката между излагането на наночастици (ултра фини частици) и кожата бяха събрани и анализирани в проучване, проведено между 2003-2007 г. [4] от групата изследователи от 12 университета (NANODERM), с резултати, които представляват референция за всички специалисти, включително лекарите по труда. Здравето на кожата е от решаващо значение, тъй като проникването на наночастици в кожните слоеве се наблюдава само за нано-TiO2 и само в роговия слой на здравата кожа, без да се стига до дълбоките слоеве, с клетъчно увреждане; няма профил на дифузия на кожата и се стига до заключението, че проникването на NP става само чрез механично въздействие върху кожата. По този начин качеството на кожата осигурява бариерната функция за NP, но меланоцитите и фибробластите могат да интернализират нано-TiO2 с последователно разрушаване на клетките; възможно е проникване в космените фоликули, а диференциацията на кератиноцитите се променя и клирънсът се извършва чрез десквамация и отделяне на себум.

Ефекти върху дихателната система

Въпреки че вдишването е по-малко вероятно за произведените наноматериали (NM) в сравнение с частиците прах от околната среда или минералните прахове, това може да се случи по време на масовото производство и работа на свободно диспергируеми NP. Обобщавайки последните данни [5] за опасностите от NP и CNT (въглеродни нанотръби), с особен акцент върху токсичния ефект върху белите дробове и върху клетъчната култура от белодробен произход, поради най-високото отлагане в алвеоларната област, основните взаимодействия на NM са епителни и алвеоларни макрофаги (МА). Ограничените данни за клетъчните механизми, лежащи в основата на пропускливостта на епителните пътища на дихателните пътища, показват, че поглъщането на NP на дихателните пътища не изисква епително медиация, а по-скоро предполага участието на алтернативни механизми като МА-зависимо разпространение. Връзката между токсичността и характеристиките на частиците може да бъде сложна, включваща размер, повърхност и химическа форма. Някои НМ действат според парадигмата на оксидативен стрес, но възможните взаимодействия на НМ с биологични системи могат да доведат до допълнителни форми на нараняване.

По-специално, CNT, антропогенни форми на кристален въглерод, в момента привличат интензивни изследователски усилия поради своите уникални свойства, които ги правят подходящи за много приложения в биомедицината и фармакологията. Въпреки че CNT стимулира производството на цитокини и предизвиква възпалителни реакции, те също могат да се държат като конвенционалните влакна, показвайки способността да предизвикват белодробен гранулом и фиброзни реакции при опити с животни.

NP са способни да причинят оксидативен стрес, генериране на реактивни кислородни видове (ORS), активиране на NF-kappa B, но някои от възможните взаимодействия на NM с биологични системи могат да доведат до допълнителни форми на нараняване: NP може да повлияе на фагоцитозата, да увеличи чувствителността макрофаг до хемотаксични фактори (MCP-1), като по този начин утежнява антиген-медиираното възпаление. NP металите (напр. TiO2, Al2O3 и Fe3O4) могат да повлияят на митохондриалната функция, което води до драстично намаляване на вътреклетъчното натрупване на глутатион, което нарушава жизнеспособността на клетките и морфологията.

CNT стимулират производството на TNF-алфа в белите дробове, причинявайки възпалителни реакции, но те също могат да преминат през клетъчните мембрани, реагирайки с ДНК и аминокиселинни остатъци, което води до клетъчна апоптоза. По-големите УНТ могат да имат характеристики на конвенционалните влакна и да показват способността да стимулират растежа на мезенхимните клетки и да причиняват образуването на белодробни грануломи и фиброзни реакции. Уникалните физически характеристики (размер, форма, кристалност, повърхностен заряд) и химични характеристики (повърхностно покритие, елементарен състав и разтворимост) могат да създадат химични условия, за да предизвикат прооксидантна среда в клетките, причинявайки потенциално небалансирана клетъчна енергийна система. редокс и по този начин води до неблагоприятни биологични последици, от появата на възпалителни пътища до клетъчна смърт.

Здравен надзор на изложени на наночастици

Дилемата се поражда от засиленото възприятие в обществото за рисковете, породени от наночастици (NP/NM) и все още неясните резултати от изследвания на нанотоксичността, тъй като има заключения само за някои НП (например сребро, TiO2, CNT). Понастоящем мониторингът на здравето на работниците на работното място се извършва в съответствие с химичния характер на излагане на частици/вещества (листове 1 - 146 от GD 1169/2011 за изменение и допълнение на GD 355/2007), без да може да се индивидуализират клиничните тестове и специфични параклиники за размери на частиците под 0,1 μm или специфични биологични маркери за наноматериали/частици. Настоящите предизвикателства пред лекарите по труда са представени от критичните точки при разработването и администрирането на програма за периодично медицинско наблюдение или заетост на работници, изложени на NP, съответно:

оценка на риска на работното място
идентифициране на целевия орган на токсичност за всеки наноматериал
избор на тестове за скрининг на ефекта (кожа, бели дробове и др.)
установяване на критерии за започване на действието
стандартизация на процеса на събиране на данни (Регистър на експозиция на НМ - полезността на инструмента е в процес на оценка, като е ефективен особено за нови рискове или възприятия за опасност при работа)
изпълнение на теста
тълкуване на резултатите от теста (относителна научна подкрепа на стандартите)
потвърдени тестове (специфичност, чувствителност, положителна прогнозна стойност)
статут на работа (спрямо нанотехнологиите)
уведомление
диагностична оценка (отсъствие на крайна точка = заболяване, което може да бъде класифицирано като професионално за тип НМ)
оценка и контрол на експозицията (работник срещу потребител)
съхранение на записи (структура, формат, време и т.н.).

Ограничения за медицинско наблюдение на работници, изложени на наночастици

Критериите за провеждане на медицински скрининг на работници, изложени на НМ, са:

Надзорът върху здравето на работниците се препоръчва да се коригира както с резултатите от епидемиологични проучвания, установяващи връзката между експозицията на НМ - неблагоприятни ефекти върху здравето, проучвания за нанотоксичност и настоящи и бъдещи изследвания, които изясняват, че са "крайни точки" - възможни професионални заболявания и биологични маркери (молекулярни ) с достатъчна чувствителност, специфичност и предвидимост, които да бъдат въведени в медицинските скринингови програми.

Заключение

Към наблюдението на здравето на работниците, изложени на наночастици на работното място, в контекста на специални изследвания [9], които продължават и се разширяват, тъй като нанотехнологиите заемат нови области, може да се подходи в специфична динамика, като се вземат предвид:

превантивни мерки за контрол на експозицията на NM
наблюдение на рисковете и опасностите в зависимост от професията, работата, технологичния процес, биологичните ефекти, развитието на профила на експозиция на ЯМ във времето
адаптирани подходи за медицинско наблюдение с честна представа за значимостта на клиничните изпитвания и биологичните маркери, за да се избегне прекомерното прилагане на неспецифични тестове, които могат да причинят неблагоприятни ефекти (например неоправдано облъчване чрез белодробна рентгенография, безпокойство) с допълнително икономическо въздействие.