Synteettisten nanohiukkasten aiheuttamat fysiologiset vasteet hengitysteissä

Transkriptio

1 Synteettisten nanohiukkasten aiheuttamat fysiologiset vasteet hengitysteissä Suomen Työhygienian seuran koulutuspäivät, Kuopio, Maija Leppänen

2 Mikä on nanohiukkanen? Nanohiukkasella tarkoitetaan hiukkasta, jossa yksi tai useampi mitta on < 100 nm Nanometri on millimetrin miljoonasosa Nanohiukkaset ovat samaa kokoluokkaa virusten kanssa Nanohiukkaset voivat olla palloja, hiutaleita, putkia, vaijereita tai nuppuja Lähde: Lähde: STHS koulutuspäivät

3 Mikä on synteettinen nanohiukkanen? Nanokokoluokan hiukkasia syntyy luonnollisesti ja ihmisen toiminnan johdosta Synteettinen nanohiukkanen on valmistettu varta vasten tarkoituksena saada tuotteelle uusia ominaisuuksia Pienentämällä hiukkaskokoa nanokokoon esim. sulamispiste muuttuu, sähkönjohtavuus kasvaa, reaktiivisuus kasvaa Erilaisia nanomateriaaleja on tuhansia, taloudellisesti merkittäviä ehkä muutamia satoja Suomessa yleisimmin käytettyjä nanomateriaaleja ovat titaanidioksidi, hiilinanoputket, sinkkioksidi, ceriumoksidi, piidioksidi, rauta ja hopea STHS koulutuspäivät

4 Nanohiukkasten käytön mahdolliset riskit Päästessään elimistöön nanohiukkaset poistuvat suuria hiukkasia hitaammin Nanohiukkasten on havaittu vaikuttavan elimistössä suuria hiukkasia haitallisemmin Hiukkaset voivat kulkeutua eri elimiin vaikutuksia ei tiedetä Osa hiukkasista vaarattomia, osa voi jopa aiheuttaa syöpää Haitallisten nanohiukkasten tunnistaminen sekä altistumistasojen selvittäminen tärkeää Terveysvaikutusten tietämys vielä puutteellista STHS koulutuspäivät

5 Altistuminen suurinta työympäristöissä Nanohiukkasille voidaan altistua hiukkasten valmistuksen ja käytön aikana Merkittävin altistumisreitti on hengityselimistön välityksellä -> hiukkaset pääsevät aina keuhkorakkuloihin asti Altistuminen ihon kautta vähäistä EU:ssa nanoteknologiayritykset työllistävät henkeä Nanoteknologiaa hyödyntäviä työpaikkoja suomessa n. 800, hieman yli työntekijää STHS koulutuspäivät

6 Fysiologiset vasteet hengitysteissä = ärsytysreaktiot Keho pyrkii estämään haitallisten yhdisteiden pääsyn keuhkoihin refleksireaktioilla Ylähengitystieärsytys, keuhkoärsytys, keuhkoärsytyksen ensivaihe, keuhkoputkien ahtauma Voimakkaan ylähengitystie- tai keuhkoärsytyksen seurauksena hengitystiheys alenee Alenema korreloi kemikaalien kohdalla työympäristöjen viitearvojen kanssa Täten ärsytystestausta voidaan käyttää apuna raja-arvojen asettamiseen työpaikoilla. Tällä hetkellä synteettisille nanohiukkasille ei ole olemassa terveysperusteisia työpaikan viitearvoja

7 Yhdiste voi ärsyttää Ylähengitysteitä, mikä näkyy taukona sisäänhengityksen jälkeen Keuhkoja, mikä näkyy uloshengityksen pidentymisenä (ikään kuin tauko hengitysten välissä) keuhkoärsytystä saattaa edeltää nopean ja pinnallisen hengityksen vaihe tai aiheuttaa keuhkoputkien supistumista/ahtaumaa, mikä näkyy uloshengityksen hidastumisena Jotkut yhdisteet voivat aiheuttaa kaikkia näitä vaikutuksia!

8 Tutkimuksessa selvitettiin Kolmen TiO 2 - ja piikarbidihiukkasen potentiaalia aiheuttaa ärsytystä ja tulehdusta hiiren hengitysteissä Nanokokoinen TiO 2 Nanokokoinen SiO 2 -päällystetty TiO 2 Nanokokoa suurempi TiO 2 Piikarbidi, SiC (vain kerta-altistus) Kerta-altistus (30 min) ja 4 viikon toistuva altistus (1 h, 4 pvä/vko, 4 vko) STHS koulutuspäivät

9 Tutkitut hiukkaset Hiukkaskoko, nm nanotio 2 20 anataasi: brookiitti (3:1) SiO 2 - päällystetty TiO 2 Kidemuoto Muoto Pinta-ala, m 2 /g Pallomainen 10 x 40 rutiili Neulamainen Pigmentti < 5000 rutiili Pallomainen TiO 2 Piikarbidi 77 - Pallomainen Koostumus Pitoisuudet, mg/m 3 61 Ti, O, C Akuutti: 8, 20, 30 Toistuva: Ti, O, SiO 2 Akuutti: 5, 10, 20, 30 Toistuva: 30 2 Ti, O Akuutti: 5, 10, 20, 30 Toistuva: Si, C, O Akuutti: 5, 10, 20, 30 STHS koulutuspäivät

10 hengitystaajuus SiO 2 -päällystetty TiO 2 kaikkein haitallisin hiukkanen hengitystilavuus sisäänhengitys uloshengitys - Nopea ja pinnallinen hengitys pitoisuuksissa 10, 20 ja 30 mg/m 3 (keuhkoärsytyksen esivaihe) STHS koulutuspäivät

11 SiO 2 -päällystetyt TiO 2 -nanohiukkaset aiheuttivat myös Toistuvien altistusten (1 h, 4 x viikossa, 4 vko:n ajana) aikana keuhkoärsytys voimistui Kerta-altistui aiheutti myös ylähengitystieärsytystä, joka voimistui toistuvien altistusten aikana Keuhkoputkien ahtauma kehittyi toistuvien altistusten aikana. Alkoi näkymään 4. altistuspäivänä Voimakkaimmillaan kahden viimeisen altistusviikon aikana Toistuvat altistukset aiheuttivat myös tulehdusta keuhkoissa Leppänen et al Inhaled silica-coated TiO 2 nanoparticles induced airway irritation, airflow limitation and inflammation in mice. Nanotoxicology 9:

12 NanoTiO 2 aiheutti vähäistä keuhkoahtaumaa Vaikutus näkyi kaikilla tutkituilla pitoisuuksilla (8, 20 and 30 mg/m 3 ); uloshengityksen virtaus laski Vaikutus voimakkaimmillaan altistusjakson loppupuolella Vähäistä ylähengitystie- ja keuhkoärsytystä, jotka johtuivat luultavammin reaktion sivutuotteista (typpidioksidi ja propeeni) Ei tulehdusta Leppänen et al Nanosized TiO 2 caused minor airflow limitation in the murine airways. Arch Toxicol 85: STHS koulutuspäivät

13 Pigmentti TiO 2 ei juurikaan vaikutuksia Lievää ylähengitystieärsytystä akuuteissa kokeissa (10, 20 and 30 mg/m 3 ) ja toistuvissa altistuksissa (15 mg/m 3 ) Ärsytys voimakkaimmillaan tyypillisesti altistusjakson alussa Ei keuhkoärsytystä tai keuhkoputkien ahtaumaa Ei tulehdusta Leppänen et al Negligible respiratory irritation and inflammation potency of pigmentary TiO 2 in mice. Inhal Toxicol 27:

14 Piikarbidi- ei juurikaan vaikutuksia Vain kerta-altistukset (5, 10, 20 and 30 mg/m 3 ) Hyvin lievää ylähengitystieärsytystä pitoisuuksilla 10 ja 20 mg/m 3 mutta ei pitoisuudessa 30 mg/m 3 Ei keuhkoärsytystä eikä keuhkoputkien ahtaumaa Ei tulehdusta STHS koulutuspäivät

15 Yhteenvetona SiO 2 -päällystetty nanokokoinen TiO 2 kaikkein haitallisin Keuhkoärsytyksen esivaihe joka voimistui keuhkoärsytykseksi Ylähengitystieärsytys Keuhkoputkien ahtauma (toistuvissa altistuksissa) Tulehdus (toistuvissa altistuksissa) Nanokokoinen TiO 2 aiheutti keuhkoputkien ahtaumaa Pigmentti TiO 2 ja nanokokoinen piikarbidi hyvin vähäinen ylähengitystieärsytys Hiukkasten muoto, päällyste, kidemuoto voivat vaikuttaa potentiaaliin aiheuttaa ärsytysvaikutuksia STHS koulutuspäivät

16 Entäpä vaikutukset ihmisillä? Ihminen ja hiiri kokevat ärsytyksen samalla tavoin, ihminen on hiirtä herkempi Samanlaisilla pitoisuuksilla todennäköisesti myös työntekijät kokevat ärsytysoireita Ylähengitystieärsytys: kihelmöinti, polttava tunne, kyynelehtiminen, yskiminen Keuhkoärsytys: nopea pinnallinen hengitys, hengenahdistus Pitoisuudet TiO 2 työpaikoilla ovat kuitenkin olleet käytettyjä pitoisuuksia matalammalla tasolla STHS koulutuspäivät

17 Nanohiukkasten monitorointi työntekijän hengitysvyöhykkeeltä altistumistasojen selvittämiseksi UEF + TTL yhteishanke, rahoittajana TSR Hankkeessa kehitetty esierotin nanohiukkasten mittaamiseksi ja mitattu hiukkaspitoisuuksia viidellä työpaikalla Loppuseminaari : TTL, Tampere STHS koulutuspäivät

18 Kiitos! Jäikö kysyttävää? Ota yhteyttä: uef.fi