Inhalasjonstoksikologi

Transkript

1 1 Inhalasjonstoksikologi Medisinstudiets semester 1B Asbjørn Nilsen IKM NTNU Inhalasjonstoksikoogi A. Nilsen

2 2

3 3 A. Nilsen. Inhalation toxicology

4 4

5 5

6 6

7 7 Eksempel: Røyking av tobakk A. Nilsen. Inhalasjonstoksikologi

8 8 8 Miljømedisin, epidemiologi og toksikologi 8.1 Studenten skal kunne: angi hovedtrekk i forekomsten av vanlige hjerte-kar- og luftveissykdommer, og gjøre rede for viktige miljø og livsstilsfaktorer som påvirker risikoen for slike sykdommer gjøre rede for betydningen av røyking og annen tobakksbruk for sykelighet, dødelighet og livskvalitet

9 9 Disposisjon Del 1; Røyking og sykdommer Lungenes oppbygning Deponering og opptak av partikler og gasser Forsvarssystemer og selvrensing Del 2: Helseeffekter

10 10 Eksempel: Røyking av tobakk Kreft: luftveger/lunger, spiserør, magesekk, pancreas, nyre, urinblære, blod, livmorhals, tykk-/endetarm Lunger: Kronisk bronkitt Emfysem Hjerte- og karsykdommer Hypertensjon Osteoporose Hvorfor?

11 11 Eksempel: Røyking av tobakk FIG. 7-2 Årlig forbruk av sigaretter og røyketobakk for menn og kvinner elder enn 15 år I perioden Kilde: SIRUS. NOU 2003:17 Finansdept. Prosent daglirøykere blant menn og kvinner i alderen år, Helsedirektoratet A. Nilsen. Inhalation toxicology

12 12 Tobakk: Nicotiana tabacum, Nicotiana rustica Tobakksrøyk: Ufullstendig forbrenning Aerosol: mg/sigarett Partikkelfase: 8 % Gassfase: 19 % Nitrogen: 15 % Luft: 58 % Ca kjemiske forbindelser

13 13 Partikler i tobakksrøyk (Hovedstrøm~Sidestrøm) Mengde 50 mg/sigarett (10 100) Partikkelstørrelse: 0,1-0,25 mm 95 % < 0,7 mm 100 % < 1,0 mm

14 14 Mutagene forbindelser i tobakksrøyk Gassfase: n-nitrosaminer, aldehyder, umettede alifatiske hydrokarboner Partikkelfase: Heterosykliske nitrogenbaser, PAH, nitropah Gassfase mer mutagen enn partikkelfase

15 15 Lungenes oppbygning 3 deler Naso-pharyngeal Tracheo-broncheal Pulmonal

16 16 Forgreining av luftrør og alveoler

17 17 Celletyper i luftvegene Totalt mer enn 40 forskjellige typer Epitel 17 Uspes. bindevev 9 Ben/brusk 2 Blodkar 7 Muskel 2 Pleura/nervevev 5 Spesielt for luftvegene Ciliert bronkealt epitel Clara Type I pneumocytt Type II pneumocytt Alveolære makrofager Spesiell interesse Fibroblaster Neuroendokrine celler

18 18 Trakea og store bronkier

19 19 Bronkioler

20 20 Alveoler

21 21 Definisjoner Aerosol: Finfordelte partikler av fast stoff, væske eller en blanding av fast stoff og væske i luft Støv: Aerosol av faste stoffer Tåke: Aerosol av dråper Røyk: Aerosol av små partikler (< 1 mm) dannet i kjemiske eller termiske prosesser Damp: Gassfase av en forbindelse som er fast stoff eller væske ved 20 C Fiber: Partikkel med lengde > 5 mm, diameter 3 mm, lengde/diameter 3/1 Dir. for arbeidstilsynet

22 22 Størrelse av luftbårete forurensninger Aerosol Synlig Menneskehår Tåke Yr Regn Støv og røyk i metallurgisk industri Støv og røyk i smelteverk Støperistøv Tobakksrøyk Cement Dieseleksospartikler Gassmolekyler Virus Bakterier 0,5-1 nm ,1 0, mm 0, ,5-1 mm 5-10 A. Nilsen. Inhalation toxicology

23 23 Partikler har forskjellig form og størrelse Eksos fra dieseltruck Mean AD 1,6 mm (antall) A. Nilsen, ikm, NTNU

24 24 DEP, NIST SRM 2975 Diesel truck A. Nilsen, ikm, NTNU

25 25

26 26 Fig. 2. Size matters. (a) Compared to a 10 nm nanoparticle, proteins (e.g. APP; X-ray crystal structure obtained from (Berman et al., 2000), protein ID 2FKL; visualization done by Accelrys Discovery Studio Visualization 1.7 software) and small molecules (e.g. DHED) are small in size and volume. A mammalian cell which is made up of proteins, nucleic acids, and other small to large molecules is thousand times larger in volume and size compared to a 10 nm nanoparticle. (b) Cell membrane incorporating various proteins and a single 10 nm nanoparticle. Suh 2009

27 27 Avsetning/deponering av partikler i luftvegene Aerodynamiske egenskaper ved partikkelen Luftvegenes oppbygning Pustemønster

28 28 Aerodynamisk diameter Diameteren til en rund partikkel med tetthet 1 g/cm 3 som har samme fallhastighet i luft som den aktuelle partikkelen Rund partikkel: AD = Geometrisk diameter x Tetthet

29 29 Deponering av partikler i luftvegene Mekanismer: Treghet Treghetsavsetning Sedimentasjon Diffusjon Oppsnapping Fiber Sedimentasjon Diffusjon

30 30 Fordeling av partikler i luftvegene Respirable: AD < 3-5mm Når de respiratoriske delene av lungene Små partikler ser ut til å være helsemessig mest potente

31 31 Absorpsjon av gasser bestemmes av Partialtrykk (Henrys lov) Løselighet i mucus og surfactant (Fordelingskoeffisient) Varighet av kontakt Tykkelse av mucus (5 10 mm) og surfactant (0,5 1 mm) Morfologi (overflate, diameter) Pustemønster

32 32 Gassers vannløselighet Gass Løselighet (g/1oo ml) SO 2 1,09 x 10-2 Acetaldehyd 2,04 x 10-2 Ammoniakk 5,56 x 10-2 Formaldehyd 5,57 x 10-2 CO 2 1,73 x 10-4 O 3 4,93 x 10-5 CO 3,29 x 10-6 O 2 4,93 x 10-6

33 33 Fordelingskoeffisient og avsetning av gasser

34 34 Hastighetsbegrensende faktor for opptak av gass

35 35 Clearance fra nesen og tracheo-bronchealområdet Cilier: Terminale bronkioler nesen Mucociliær transport mucociliary clearance Hastighet Bronkioler: 0,6 3 mm/min Bronkier: 1 10 mm/min Trakea/nesen 7 40 mm/min Halveringstid ca. 1 dag 30 dager: ca 1 % tilbake A. Nilsen. Inhalation toxicology

36 36 Pulmonær clearance av partikler Langsom To faser Rel. rask: t 1/ døgn Langsom: t 1/2 1 flere år Mekanismer Makrofager: Fagocytose, oppløsning Lymfe Blod (?) Slimheis (?)

37 37 Pulmonær clearance av partikler

38 38 Selvrensing av lungene Selvrensing av lungene etter eksponering for Fe 3 O 4 -støv Cohen et al., 1979 Science

39 39 Opptaksveger for inhalert støv LØSELIG STØV L:D>3:1 FIBER ULØSELIG L:D<3:1 VANLIG STØV Støvet vi utsettes for kan tas opp i kroppen på mange måter. D>3,5 mm TIL MAGEN D<3,5 mm D<5 mm ALVEOLER D>5 mm HOSTET OPP LYMFE TIL MAGEN UT ORGANER AVFØRING

40 40 Effekter på lungene Akutt: Ødem: NO 2, HCl, NH 3, fosgen (CCl 2 O) Irritabilitet/Sammentrekninger av de store luftvegene. SO 2, O 3, NO x, kald luft, irriterende partikler og gasser Inflammasjon Allergisk overfølsomhet og astma

41 41 Effekter på lungene Kronisk: Fibrose. Eks. Kvarts KOLS: Kronisk obstruktiv lungesykdom. Røyk, støv, tobakk Emfysem Kronisk bronkitt Pneumoconiose Allergisk overfølsomhet og astma Inflammasjon Kreft

42 42 KOLS: Kronisk Obstruktiv Lungesykdom Kronisk betennelsestilstand som består av både Kronisk bronkitt Emfysem Forekomst (P.S. Bakke, 2003) Hordaland 9,5 % Voksne 13 % Menn 6,5 % Kvinner 15 % > 70 år Norge 9,5 %

43 43 KOLS: Kronisk Obstruktiv Lungesykdom personer i Norge har KOLS nye tilfeller hvert år Nær dør hvert år pga KOLS 15 % skyldes arbeidsmiljøet Dvs personer i Norge har yrkesrelatert KOLS Årsak: Støv, røyk og gass, som oftest i blanding Yrker: Sveisere, bønder, bygg og anlegg, gruver, smelteverk, dykkere, sprøytemalere (HL Leira, Dagens Medisin )

44 44 KOLS: Kronisk Obstruktiv Lungesykdom Risikofaktorer: Røyking: % av all KOLS Yrkeseksponering: %. Krever sterk eksponering Luftforurensninger: Forverrer eksisterende, men gir ikke nye tilfeller Allergi: Sammenheng antistoffer mot midd og redusert lungefunksjon Sosioøkonomisk status: Mer KOLS med lite utdanning Arv: 1. a 1 - antitrypsin 2. Opphopning i familier Forventer økning i antall tilfeller fram mot 2020.

45 45 KOLS: Kronisk Obstruktiv Lungesykdom

46 46 Røyking av tobakk A. Nilsen. Inhalasjonstoksikologi

47 47 Oppsummering Røyking og sykdommer Kreft,kronisk bronkitt, emfysem, hjerte- og karsykdommer, Hypertensjon, osteoporose Hvorfor? Funksjonell oppbygging av luftvegene Egenskaper ved det vi puster inn og hvordan det oppfører seg i luftvegene. Lungene som opptaksorgan. Deponering og opptak av partikler og gasser Forsvar og selvrensing Effekter på lungene Eks. KOLS