Inhalasjonstoksikologi

Transkript

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

2 2

3 3

4 4 A. Nilsen. Inhalation toxicology

5 5

6 6 Eksempel: Røyking av tobakk A. Nilsen. Inhalasjonstoksikologi

7 7 Disposisjon Del 1; Røyking og sykdommer Lungenes oppbygning Deponering og opptak av partikler og gasser Forsvarssystemer og selvrensing Del 2: Helseeffekter relatert til påvirkning Påvirkninger relatert til helseffekter

8 8 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?

9 9 Eksempel: Røyking av tobakk FIG. 7-2 Annual consumption of cigarettes and smoking-tobacco for women and men 15 years or older in the period Source: SIRUS. NOU 2003:17 Ministry of Finance A. Nilsen. Inhalation toxicology

10 10 Tobakk: Nicotiana tabacum, Nicotiana rustica Tobakksrøyk: Ufullstendig forbrenning Aerosol: mg/sigarett Partikkelfase: 8 % Gassfase: 19 % Nitrogen: 15 % Luft: 58 % Ca kjemiske forbindelser

11 11 Partikler i tobakksrøyk (Hovedstrøm~Sidestrøm) Mengde 50 mg/sigarett (10 100) Partikkelstørrelse: 0,1-0,25 µm 95 % < 0,7 µm 100 % < 1,0 µm

12 12 Mutagene forbindelser i tobakksrøyk Gassfase: n-nitrosaminer, aldehyder, umettede alifatiske hydrokarboner Partikkelfase: Heterosykliske nitrogenbaser, PAH, nitropah Gassfase mer mutagen enn partikkelfase

13 13 Lungenes oppbygning 3 deler Naso-pharyngeal Tracheo-broncheal Pulmonal

14 14 Forgreining av luftrør og alveoler

15 15 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

16 16 Trakea og store bronkier

17 17 Bronkioler

18 18 Alveoler

19 19 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 µm) 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 µm, diameter 3 µm, lengde/diameter 3/1 Dir. for arbeidstilsynet

20 20 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 µm 0,0005-0,001 0,005-0,01 0,05-0,1 0, µm

21 21 Partikler har forskjellig form og størrelse Eksos fra dieseltruck Mean AD 1,6 µm (antall) A. Nilsen, ikm, NTNU

22 22 DEP, NIST SRM 2975 Diesel truck A. Nilsen, ikm, NTNU

23 23

24 24 Avsetning/deponering av partikler i luftvegene Aerodynamiske egenskaper ved partikkelen Luftvegenes oppbygning Pustemønster

25 25 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

26 26 Deponering av partikler i luftvegene Mekanismer: Treghet Treghetsavsetning Sedimentasjon Diffusjon Oppsnapping Fiber Sedimentasjon Diffusjon

27 27 Betydning av pustemønster

28 28 Fordeling av partikler i luftvegene Respirable: AD < 3-5µm Når de respiratoriske delene av lungene Små partikler ser ut til å være helsemessig mest potente

29 29 Absorpsjon av gasser bestemmes av Partialtrykk (Henrys lov) Løselighet i mucus og surfactant (Fordelingskoeffisient) Varighet av kontakt Tykkelse av mucus (5 10 µm) og surfactant (0,5 1 µm) Morfologi (overflate, diameter) Pustemønster

30 30 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

31 31 Fordelingskoeffisient og avsetning av gasser

32 32 Hastighetsbegrensende faktor for opptak av gass

33 33 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

34 34 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 (?)

35 35 Pulmonær clearance av partikler

36 36 Selvrensing av lungene Selvrensing av lungene etter eksponering for Fe 3 O 4 -støv Cohen et al., 1979 Science

37 37 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 µm TIL MAGEN D<3,5 µm D<5 µm D>5 µm ALVEOLER HOSTET OPP LYMFE TIL MAGEN UT ORGANER AVFØRING

38 38 Effekter på lungene Akutt: Ødem: NO 2, HCl, NH 3, fosgen (CCl 2 O) Irritabilitet/Sammentrekninger av de store luftvegene. Refleks SO 2, O 3, NO x, kald luft, irriterende partikler og gasser Inflammasjon Allergisk overfølsomhet og astma

39 39 Effekter på lungene Kronisk: Fibrose. Eks. Kvarts KOLS: Kronisk obstruktiv lungesykdom. Røyk, støv, tobakk Emfysem Kronisk bronkitt Pneumoconiose Allergisk overfølsomhet og astma Inflammasjon Kreft

40 40 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 %

41 41 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 )

42 42 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. α 1 - antitrypsin 2. Opphopning i familier Forventer økning i antall tilfeller fram mot 2020.

43 43 KOLS: Kronisk Obstruktiv Lungesykdom

44 44

45 45 Påvirkninger/Agens Støv, røyk, gass Industrien: Rel. høy eksponering, få personer Kvarts, asbest, metaller, sveiserøyk, organiske løsemidler, organisk støv, stekeos, etc. Allmennbefolkningen: Rel. lav eksponering, mange personer Trafikkforurensning, inneklima, røyking, industriutslipp, pollen, muggsopp, etc 98 % av all luftforurensning (tonn/år) CO/CO 2 52 % SO 2(x) 18 % HC 12 % Partikler 10 % NO x 6 %

46 46 CO Forgiftning Symptomer: Hodepine, kvalme, svimmelhet, tåkesyn Økt respirasjon, økt hjerteaktivitet og blodtransport Påvirkning av respirasjonssenteret Perifer vasodilatasjon A. Nilsen. Inhalasjonstoksikologi

47 47 CO Haldane-likningen [Hb(CO) 4 ] [Hb(O 2 ) 4 ] = M P CO P O2 M = 245 ved ph 7,4 Dvs 50% COHb metning når P CO = 1/245 P O2 A. Nilsen. Inhalasjonstoksikologi

48 48 CO Ventilasjonsbegrenset opptak 4 8 timer til likevekt i blod ved lave konsentrasjoner (når <0,1 % i luft) Normalt ca 0,5 % COHb Røykere ca 5 % COHb 30 ppm i luft => ca 4 % COHb ved likevekt 50 ppm i 90 min => ca 2,5% COHb Ingen effekter under 2 % COHb Høye [CO] i lufta kan føre til død i løpet av minutter. (50-80 % COHb-metning) A. Nilsen. Inhalasjonstoksikologi

49 49 Eks: Trafikk og lungeutvikling hos barn Effect of exposure to traffic on lung development from 10 to 18 years of age: a cohort study W James Gauderman et al. The Lancet 2007 Barn fulgt fra års alder Målt lungefunksjon: FVC, FEV 1, MMEF Endring relatert til: Avstand fra hovedveg (< 500, , , >1500 m, 1500 er normen) Sosioøkonomisk status, gassovn hjemme, kjæledyr, røyking (in utero, passiv etter fødsel) Spesifikk forurensning

50 50 Eks: Trafikk og lungeutvikling hos barn

51 51 Eks: Trafikk og lungeutvikling hos barn Redusert utvikling av lungefunksjon: FEV 1 og MMEF Endring relatert til: Avstand fra hovedveg: Størst forskjell < 500 rel m Sosioøkonomisk status, gass-ovn hjemme, kjæledyr, røyking: Forsterket resultatene fra avstand fra vegen, men ikke effekt alene Stor forskjell for ikke-astmatikere og ikke-røykere. Spesifikk forurensning: NO 2, sur tåke, elementært carbon, PM 10, PM 2,5. Ikke O 3

52 52 Eks: Trafikk og lungeutvikling hos barn Avstand fra hovedveg: Størst forskjell < 500 rel m

53 53 Eks: Trafikk og lungeutvikling hos barn Konklusjon: Trafikkrelatert luftforurensning reduserer utvikling av lungefunksjon hos barn. Effektene var særlig linket til avgasser fra dieselmotorer.

54 54 Trafikale forurensninger

55 55 Røyking av tobakk A. Nilsen. Inhalasjonstoksikologi

56 56 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 relatert til påvirkning Påvirkninger Eks. KOLS, CO, biltrafikk