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!