NANOPARTIKULUMOK OKOZTA KÓROS FOLYAMATOK Nagymajtényi László SZTE ÁOK Népegészségtani...

NANOPARTIKULUMOK OKOZTA KÓROS FOLYAMATOK

Nagymajtényi László

SZTE ÁOK Népegészségtani Intézet

Budapest, 2008. április 5.

Porártalmak (pneumoconiosisok)

Pathológiás tényezők mennyiség szemcseméret összetétel expozíció időtartama elimináló folyamatok aktivitása

Típusok • progrediáló fibrózis (silicosis, asbestosis) • idegentest típusú (szénpor, cement stb.) • növényi por okozta (kenderláz, farmertüdő stb.) • pneumonitis (vanádium, kobalt stb.)

1 10 100 1 000 10 000 100 000 1 000 000átmérő (nm)

ionok

kismolekulák

makromolekulák

mikropor

lebegő por ülepedő por

vírusok baktériumok

A diszpergált részecskék méreteloszlása

A tömeg, a részecskeszám és a felület viszonya

HA A SZEMCSESZÁM-KONCENTRÁCIÓ AZONOSSzemcseszám

(1/dm3)Átmérő

(m)Össztömeg

(mg/dm3)

107 0,1 ~ 5 x 10-6

107 10 ~ 5

HA A TÖMEG-KONCENTRÁCIÓ AZONOS

Tömeg-koncentráció (g/m3)

Átmérő (m)

Szemcseszám (1/cm3)

Felület (m2)

10 0,02 2.400.000 3016

10 0,5 153 120

10 2,5 1 24

Természetes források

- kőzetmállás, talajporzás, szélhordta por/homok - vízpermet (sós) párolgása során kiváló sótartalom - természetes égési folyamatok (erdőtűz stb.) - vulkáni tevékenység - aeroplankton - másodlagos aeroszol-képződés

Anthropogén források

- égetés, tüzelés (koromszemcsék, reaktív gázok) - szilárd anyag (szén, érc, kő stb.) kitermelése, szállítása, megmunkálása - talajművelés - fémes/nemfémes szerkezeti anyagok előállítása, megmunkálása

(kohászat, hegesztés, forgácsolás, csiszolás stb.) - nanotechnológia

A nano/partikulumok eredete

Másodlagos aeroszol-képződés

+ Nukleáció (magképződés) - molekulárisan diszpergált anyagok reakciójából nanoméretű szilárd szemcsék keletkeznek

- 1 fázis (gáz gőz) - a Nap UV sugárzása által gerjesztett O3 molekulák H2O-val

reagálva hidroxil-gyököket [OH°] termelnek - vulkanizmus, tüzelőanyagok SO2 (reakció a fotokémiai

eredetű OH° gyökkel) H2SO4 - villámlás, nitrifikáló baktériumok, gáztüzelés stb. NO2

(reakció a fotokémiai eredetű OH° gyökkel) HNO3

- 2. fázis (gőz szilárd) - bomlásból - NH3 + H2SO4 és HNO3 (NH4)2SO4; NH4NO3

+ Agglomeráció - hasonló szemcsék összetapadása nagyobbakká, döntően másodlagos kötőerők által

+ Kondenzáció - víz és illékony anyagok kiválása a gőzfázisból a higroszkópos szemcsék felületére

A partikulumok eloszlása

US EPA 2002.

Nanorészecskék jellemzői méret - molekula szint

mono- vagy pluriparticulumok - méret (µm) oldékonyság - szilárd; aeroszol, szuszpenzió, emulzió

eredet - közlekedés (diesel motorok), fosszilis tüzelő-anyagok égetése; festékszórás; ipari folyamatok; dohányzás

Bejutás - inhaláció - diffúzió, aktív transzport (oldékonyság)

- molekulákhoz kapcsolódás

- kumuláció

A nanopartikulumok környezeti folyamatai

G. Oberdörster et al., 2005.

Humán hatásokExpozíció

- környezeti- indoor - 10-20.000/cm3; -50.000/cm3; 100.000/cm3 - ~50 % alveoláris depozíciója- foglalkozási - nanotechnológia ipar- UK - 2000 cég; 100.000 - 1.000.000 dolgozó (NIOSH) - NOEL, NOAEL (?)

Humán epidemiológiai adatok - kardiovaszkuláris betegségek - infarktus- asztma (allergia)- máj - funkció- genotoxikus/karcinogén hatás (in vitro)

ICRP, 1998.

A belégzett partikulumok lokalizációja

A nem oldódó nanopartikulumok depozíciója

McClellen et al. 1998.

Humán hatásokExpozíció

- környezeti- indoor - 10-20.000/cm3; -50.000/cm3; 100.000/cm3 - ~50 % alveoláris depozíciója- foglalkozási - nanotechnológia ipar- UK - 2000 cég; 100.000 - 1.000.000 dolgozó (NIOSH) - NOEL, NOAEL (?)

Humán epidemiológiai adatok - cardiovascularis betegségek - infarctus- asthma (allergia)- máj - funkció- genotoxikus/karcinogén hatás (in vitro)

Toxikus hatások

méret - össz-felület fokozott toxicitás (TiO2) összetétel - komplex hatás felszínre abszorbeálódott anyag ±hatás forma - nanotubulusok

Szisztémás hatás- légutak - alveolusintersticiumkeringésszervek (agy,

máj, lép; magzat) - idegrendszer

- vér-agy gát ionos karakter+koncentráció (Mn)- keringés - szívritmus; trombózis-készség- oxidatív stress - keratinociták, makrofágok, monociták

A nanopartikulumok biokinetikája

G. Oberdörster et al., 2005.

A nanopartikulumok lehetséges mechanizmusa

Proceeding of First International Symposium on OccupationalHealth Implications of Nanomaterials

Nanopartikulumok okozta kóros folyamatok -gyulladás

Proceeding of First International Symposium on OccupationalHealth Implications of Nanomaterials

Nanopartikulumok okozta kóros folyamatok - keringés

G. Oberdörster et al., 2005.

Kindergarden 1

0

100 000

200 000

300 000

400 000

500 000

600 000

700 000

800 000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

time periods (9 scans @ ~ 4 min)

dN

/dln

(dp

)/c

m3

<30 nm

30-100 nm

100-300 nm

300-1000 nm

>1000 nm

Particle size ranges

Kindergarden 2

0

100 000

200 000

300 000

400 000

500 000

600 000

700 000

800 000

0 2 4 6 8 10 12 14

idő (1 periódus= 9scan (1scan=~ 4 perc)

dN

/dln

(dp

)/cm

3

<30 nm

30-100 nm

100-300 nm

300-1000 nm

>1000 nm

n

Particle size ranges

Counts of nanoparticles of various size in the vicinity of two local

kindergardens during a daytime period starting at

08:00

Open field horizontal activity

0

100

200

300

400

Amb. dist. (x10 cm) Amb. Time (sec)

va

lue

s

Control

Nano

Cortical evoked potential latency

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

Somatosensory Visual

rel.

chan

ge

Control

Nano

*

*

Rats were treated for 6 weeks by daily

intranasal instillation of a

suspension of MnO2

nanoparticles (30 nm size, 2.53 mg/dose) in a

viscous medium. Control: medium

only.

At the end, the rats’ spontaneous

motility was tested in an open field box.

Then, cortical electrical activity

evoked by sensory stimulation was

recorded in anesthesia.

*p<0.05

Nanopartikulumok okozta kóros folyamatok -daganat

G. Oberdörster et al., 2005.

Megelőzés

Kockázatbecslés és kezelés expozíciós körülmények mikro/makrokörnyezeti mérések standard módszer/ek

In vitro/vivo vizsgálatok

Humán epidemiológiai vizsgálatok standardizálás

Köszönöm a figyelmet!