1 Inhalasjonstoksikologi Medisinstudiets semester 1B Asbjørn Nilsen IKM NTNU Inhalasjonstoksikoogi A. Nilsen
2
3 A. Nilsen. Inhalation toxicology
4
5
6
7 Eksempel: Røyking av tobakk A. Nilsen. Inhalasjonstoksikologi
8 8 Miljømedisin, epidemiologi og toksikologi 8.1 Studenten skal kunne: 8.1.2 angi hovedtrekk i forekomsten av vanlige hjerte-kar- og luftveissykdommer, og gjøre rede for viktige miljø og livsstilsfaktorer som påvirker risikoen for slike sykdommer 8.1.4 gjøre rede for betydningen av røyking og annen tobakksbruk for sykelighet, dødelighet og livskvalitet
9 Disposisjon Del 1; Røyking og sykdommer Lungenes oppbygning Deponering og opptak av partikler og gasser Forsvarssystemer og selvrensing Del 2: Helseeffekter
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 Eksempel: Røyking av tobakk FIG. 7-2 Årlig forbruk av sigaretter og røyketobakk for menn og kvinner elder enn 15 år I perioden 1930-2002 Kilde: SIRUS. NOU 2003:17 Finansdept. Prosent daglirøykere blant menn og kvinner i alderen 16 74 år, 1973 2012. Helsedirektoratet A. Nilsen. Inhalation toxicology
12 Tobakk: Nicotiana tabacum, Nicotiana rustica Tobakksrøyk: Ufullstendig forbrenning Aerosol: 40 50 mg/sigarett Partikkelfase: 8 % Gassfase: 19 % Nitrogen: 15 % Luft: 58 % Ca. 4000 kjemiske forbindelser
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 Mutagene forbindelser i tobakksrøyk Gassfase: n-nitrosaminer, aldehyder, umettede alifatiske hydrokarboner Partikkelfase: Heterosykliske nitrogenbaser, PAH, nitropah Gassfase mer mutagen enn partikkelfase
15 Lungenes oppbygning 3 deler Naso-pharyngeal Tracheo-broncheal Pulmonal
16 Forgreining av luftrør og alveoler
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 Trakea og store bronkier
19 Bronkioler
20 Alveoler
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 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 5-10 50-100 0,1 0,5-1 5-10 mm 0,1 50-100 0,5-1 mm 5-10 A. Nilsen. Inhalation toxicology
23 Partikler har forskjellig form og størrelse Eksos fra dieseltruck Mean AD 1,6 mm (antall) A. Nilsen, ikm, NTNU
24 DEP, NIST SRM 2975 Diesel truck A. Nilsen, ikm, NTNU
25
26 Fig. 2. Size matters. (a) Compared to a 10 nm nanoparticle, proteins (e.g. APP; X-ray crystal structure obtained from www.pdb.org (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 Avsetning/deponering av partikler i luftvegene Aerodynamiske egenskaper ved partikkelen Luftvegenes oppbygning Pustemønster
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 Deponering av partikler i luftvegene Mekanismer: Treghet Treghetsavsetning Sedimentasjon Diffusjon Oppsnapping Fiber Sedimentasjon Diffusjon
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 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 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 Fordelingskoeffisient og avsetning av gasser
34 Hastighetsbegrensende faktor for opptak av gass
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 Pulmonær clearance av partikler Langsom To faser Rel. rask: t 1/2 10 50 døgn Langsom: t 1/2 1 flere år Mekanismer Makrofager: Fagocytose, oppløsning Lymfe Blod (?) Slimheis (?)
37 Pulmonær clearance av partikler
38 Selvrensing av lungene Selvrensing av lungene etter eksponering for Fe 3 O 4 -støv Cohen et al., 1979 Science
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 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 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 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 KOLS: Kronisk Obstruktiv Lungesykdom 200.000 personer i Norge har KOLS 30.000 nye tilfeller hvert år Nær 1.400 dør hvert år pga KOLS 15 % skyldes arbeidsmiljøet Dvs 30.000 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 15.03.2007)
44 KOLS: Kronisk Obstruktiv Lungesykdom Risikofaktorer: Røyking: 50-70 % av all KOLS Yrkeseksponering: 15-20 %. 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 KOLS: Kronisk Obstruktiv Lungesykdom
46 Røyking av tobakk A. Nilsen. Inhalasjonstoksikologi
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