1 POKLICNA TOKSIKOLOGIJA IN GENSKO-OKOLJSKE INTERAKCIJE Doc. dr. Alenka Franko, dr.med. Namen vaj je študente seznaniti: - s področjem poklicne in okoljske toksikologije; - s področjem gensko-okoljskih interakcij. Uvod Število nevarnih kemičnih snovi, s katerimi prihajamo v stik v svetu in v Sloveniji, narašča. Izpostavljeni smo jim lahko tako na delovnem mestu (področje poklicne toksikologije) kot tudi v življenjskem okolju (področje okoljske toksikologije). V praksi se poklicna in okoljska izpostavljenost prekrivata, saj smo istim kemičnim snovem lahko izpostavljeni tako na svojem delovnem mestu kot tudi v življenjskem okolju . Ocenjevanje tveganja Ocenjevanje tveganja pri izpostavljenosti kemičnim snovem zajema: 1. identifikacijo škodljivih kemičnih snovi; 2. ocenjevanje izpostavljenosti; 3. identifikacijo škodljivih učinkov kemičnih snovi; 4. ocenjevanje povezave med izpostavljenostjo (dozo) in škodljivimi učinki; 5. ukrepe za odpravo ali zmanjšanje izpostavljenosti kemičnim snovem. Identifikacija škodljivih kemičnih snovi Pri ocenjevanju tveganja je potrebno najprej vedeti, katerim kemičnim snovem so delavci/prebivalci na določenem delovnem mestu oz. v življenjskem okolju izpostavljeni. Najbolje je, da naredimo spisek kemičnih snovi, s katerimi pri svojem delu oz. v življenjskem okolju pridejo v stik. Naslednji korak je, da za vse škodljive kemične snovi pridobimo varnostne liste, v katerih so navedene osnovne informacije o kemičnih snoveh: 1. Identifikacija snovi ali pripravka in podatki o dobavitelju; 2. Sestava s podatki o nevarnih sestavinah; 2 3. Ugotovitve o nevarnih lastnostih; 4. Ukrepi za prvo pomoč; 5. Ukrepi ob požaru; 6. Ukrepi ob nezgodnih izpustih; 7. Ravnanje z nevarno snovjo/pripravkom in skladiščenje; 8. Nadzor nad izpostavljenostjo/varnost in zdravje pri delu; 9. Fizikalne in kemijske lastnosti; 10. Obstojnost in reaktivnost; 11. Toksikološki podatki; 12. Ekotoksikološki podatki; 13. Odstranjevanje; 14. Transportni podatki; 15. Zakonsko predpisani podatki/podatki o predpisih; 16. Druge informacije. Zavedati pa se moramo, da vsi podatki v varnostnem listu niso povsem zanesljivi, zlasti so pomanjkljivi in nepopolni podatki o nevarnih učinkih na zdravje ljudi in toksikološki podatki. Najpomembnejši v varnostnem listu je podatek o sestavi in nevarnih sestavinah, na podlagi katerih potem lahko iščemo nadaljnje podatke o škodljivih učinkih na človeški organizem. Ocenjevanje izpostavljenosti kemičnim snovem Metode s katerimi ugotavljamo izpostavljenost so lahko 1) kvalitativna (izpostavljenost da/ne) 2) semi-kvantitativna metoda (kategorije: npr. nizka, srednja, visoka izpostavljenost) 3) kvantitativna z določanjem kumulativne izpostavljenosti oz. kumulativne doze. Za določanje slednje, ki je najnatančnejša, potrebujemo meritve ekološkega ali biološkega monitoringa izpostavljenosti. Z ekološkim monitoringom merimo koncentracije kemičnih snovi v zraku delovnega/ življenjskega okolja in nam je v pomoč pri oceni zunanje izpostavljenosti. Izmerjeno koncentracijo kemične snovi v delovnem/življenjskem okolju (intenziteto) primerjamo z mejnimi vrednostmi kemičnih snovi v delovnem/življenjskem okolju. Pri računanju kumulativne doze pa poleg intenzitete potrebujemo vsaj še podatke o času trajanja izpostavljenosti. 3 Biološki monitoring izpostavljenosti predstavlja v ožjem pomenu besede merjenje koncentracij kemične snovi ali njenih metabolitov v biološkem materialu z namenom, da ocenimo dejansko izpostavljenost - notranjo dozo in tudi tveganje za zdravje (npr. določanje koncentracij svinca v krvi in urinu; določanje koncentracij organskega topila ksilena v krvi in njegovega metabolita metilhipurna kisline v urinu). V širšem pomenu besede biološki monitoring zajema tudi odkrivanje zgodnjih, začetnih škodljivih učinkov kemičnih snovi na človeški organizem (npr. ugotavljanje znižanih aktivnosti določenih encimov pri izpostavljenosti svincu). Biološki materiali, v katerih najpogosteje merimo koncentracije kemične snovi v človeškem organizmu so kri, urin in izdihan zrak. Izmerjene vrednosti v bioloških materialih potem primerjamo z biološkimi mejnimi vrednostmi. Glede mejnih vrednosti ekološkega in biološkega monitoringa bi posebej poudarili, da so vedno kompromis med interesi države, industrije in plačane stroke na eni strani in neodvisnih raziskovalcev na drugi in da tako ne varujejo vseh izpostavljenih pred pojavom bolezni. Bolezni in okvare zdravja zaradi izpostavljenosti kemičnim snovem se tako lahko pojavljajo pri koncentracijah v zraku delovnega (oz. življenjskega) okolja in bioloških materialih, ki so bistveno nižje od zakonsko predpisanih mejnih vrednosti. Mejne vrednosti seveda ne veljajo za karcinogene učinke kemijskih snovi. Toksikokinetika in toksikodinamika kemijskih snovi Da bi razumeli škodljive učinke kemičnih snovi na človeški organizem, je potrebno poznati toksikokinetiko, to je absorpcijo, porazdelitev, presnovo (metabolizem, biotransformacijo) in izločanje kemičnih snovi. Absorpcija snovi v telo poteka najpogosteje preko dihal, prebavil, kože. Pri poklicni izpostavljenosti kemičnim snovem je najpogostejša in najnevarnejša absorpcija preko dihal. Po vstopu v krvni obtok se kemične snovi porazdelijo po telesu in delujejo na različne organe. Kemične snovi navadno ne delujejo enako na vse organe in povzročajo glavne toksične učinke večinoma na enem ali več organih (npr. perifeni in osrednji živčni sistem, ledvice in prebavni trakt pri izpostavljenosti svincu). Te organe imenujemo tarčne ali kritične organe. Večina kemičnih snovi v telesu ne ostane nespremenjenih, marveč se v telesu metabolizira. V proces biotransformacije so vključeni številni encimski sistemi, snovi pri tem navadno postanejo manj topne v maščobah in bolj polarne ter se lažje izločijo iz telesa. S tem se zmanjša toksičnost snovi. Včasih pa se kemične snovi v telesu metabolizirajo v produkte, ki so celo bolj toksični. Iz telesa se snovi izločajo bodisi nespremenjene ali kot metaboliti, predvsem z urinom, blatom in izdihanim zrakom. 4 Toksikodinamika se nanaša na molekularne, biokemične in fiziološke učinke kemijskih snovi ali njihovih metabolitov. Škodljivi učinki kemičnih snovi na človeški organizem Akutne zastrupitve, ki nastanejo znotraj 24 ur po izpostavljenosti navadno visokim koncentracijam kemijskih snov, so danes razmeroma redke. Vedno večji problem pa predstavljajo kronične zastrupitve, to je tiste, kjer okvare zdravja oziroma bolezen trajajo dalj časa in navadno nastanejo zaradi dolgotrajne izpostavljenosti lahko tudi nižjim koncentracijam kemičnih snovi. Kronične zastrupitve na žalost mnogokrat ostanejo neprepoznane, zato moramo biti nanje še posebej pozorni. Zavedati se moramo, da zlasti pri tistih snoveh, ki se v telesu kopičijo (npr. kadmij, svinec, živo srebro), do škodljivih učinkov oziroma bolezni lahko pride šele po več letih in to tudi v primeru izpostavljenosti relativno nizkim koncentracijam teh snovi. Kemične snovi povzročajo različne škodljive učinke na človeški organizem, ki jih opredelimo kot: 1. toksične: povzročajo okvare in škodljivi učinke na celotni organizem ali del organizma (npr. učinki na periferni in centralni živčni sistem, prebavila, ledvice pri izpostavljenosti svincu); 2. iritativne: povzročajo draženje kože ali sluznic (npr. iritativni dermatitis pri izpostavljenosti različnim kislinam, antiseptičnim sredstvom; bronhialna astma, rinitis in konjunktivitis pri izpostavljenosti razkužilom); 3. alergične: pojavi se preobčutljivost na kemično snov (npr. bronhialna astma pri izpostavljenosti izocianatom, formaldehidu; kontaktni dermatitis pri izpostavljenosti kromu, niklju); 4. fibrogene: pojavi se razraščanje vezivnega tkiva (npr. azbestoza pri izpostavljenosti azbestu); 5. karcinogene: povzročajo nastanek raka (npr. pljučni rak pri izpostavljenosti azbestu; levkemija pri izpostavljenosti benzenu); 6. teratogene: povzročajo nastanek ireverzibilnih strukturnih ali funkcionalnih anomalij pri plodu (npr. atrofija možganov, duševna zaostalost, krči pri izpostavljenosti ogljikovemu monoksidu); 7. mutagene: povzročajo spremembe na DNA (npr. pri izpostavljenosti metilnemu živemu srebru). 5 Posebej nevarne so tiste snovi, ki povzročajo raka (karcinogene snovi). Pri tem je potrebno vedeti, da je latentna doba, to je čas od prve izpostavljenosti kemični snovi do pojava bolezni, pri raku dolga (več let oziroma celo desetletij). V Sloveniji obstaja Pravilnik o varovanju delavcev pred tveganji zaradi izpostavljenosti rakotvornim in mutagenim snovem, ki določa minimalne zahteve za zagotavljanje varnosti in zdravja delavcev pred tveganji zaradi izpostavljenosti rakotvornim ali mutagenim snovem ter zavezujoče mejne vrednosti za poklicno izpostavljenost. V prilogi I tega pravilnika je podan tudi seznam rakotvornih ali mutagenih snovi, pripravkov in procesov. Zelo pomembna je tudi klasifikacija rakotvornih snovi po IARC-u (International Agency for Research on Cancer), ki kemične snovi razvršča v štiri skupine: Skupina 1: kemična snov ali mešanica je rakotvorna za ljudi (npr. arzen, azbest, benzen, kadmij, krom VI…); Skupina 2A: kemična snov ali mešanica je verjetno rakotvorna za ljudi (npr. androgeni steroidi, kloramfenikol, dietil sulfat…); Skupina 2B: možno je, da je kemična snov ali mešanica rakotvorna za ljudi (npr. acetaldehid, kloroform, svinec…); Skupina 3: kemične snovi ali mešanice ni možno klasificirati kot kancerogeno za ljudi (npr. aciklovir, akrolein, anilin, benzopiren, fenol, polivinil klorid…); Skupina 4: kemična snov ali mešanica verjetno ni rakotvorna za ljudi (kaprolaktam). Ocenjevanje povezave med izpostavljenostjo in škodljivimi učinki Naslednja stopnja v ocenjevanju tveganja je ugotavljanje povezave med izpostavljenostjo (dozo) kemične snovi in škodljivimi učinki. Osnova za to so podatki iz epidemioloških raziskav in zlasti če gre za nove snovi tudi ekstrapolacija podatkov iz živalskih modelov. Slednja je seveda bistveno manj zanesljiva kot epidemiološke študije na človeških populacijah. Praktično to pomeni, da ocenjujemo ali med določeno izpostavljenostjo (dozo) kemične snovi na določenem delovnem mestu oz. delovnem/življenjskem okolju in škodljivim učinkom (boleznijo) obstaja povezava oziroma drugače rečeno, ali določene koncentracije kemijskih snovi v delovnem/življenjskem okolju lahko povzročijo škodljive učinke (bolezni) pri delavcih/prebivalcih. Največjo težavo pri tej stopnji ocenjevanja tveganja navadno predstavlja pomanjkljiv podatek o izpostavljenosti, zlasti o kumulativni dozi. 6 Posebej je potrebno poudariti, da enkratni podatek ekološkega in/ali biološkega monitoringa, ne zadostujeta za povezavo izpostavljenosti z boleznijo. Za tako povezavo potrebujemo podatke o večkratnih ali celo kontinuiranih meritvah, o natančnem času izpostavljenosti in meritev ter vsaj še podatke o tehnološkem procesu. Ukrepi za odpravo ali zmanjšanje izpostavljenosti kemičnim snovem Ključni namen ocenjevanja tveganja so ukrepi za odpravo ali vsaj zmanjšanje izpostavljenosti kemičnim snovem, v kolikor se s predhodnimi stopnjami ugotovi, da so let-ti potrebni. Ukrepi so lahko  tehnični: zamenjava nevarne snovi z nenevarno ali manj nevarno (če je le mogoče), sprememba tehnoloških postopkov, prezračevanje, ventilacija itd.;  organizacijski: izboljšanje organizacije (krajši čas izpostavljenosti, manj izpostavljenih), izobraževanje delavcev;  pravno-upravni: standardi, zdravstveni nadzor. Gensko-okoljske interakcije Vedno več je dokazov, da na pojav mnogih bolezni vplivajo tako dejavniki okolja kot tudi genetski dejavniki. Glede na Rothmanov model vzročnosti imajo pri nastanku bolezni pomembno vlogo različni delni vzroki, ki skupaj tvorijo popoln vzrok. V primeru toksikologije so to izpostavljenost škodljivim kemičnim dejavnikom, čas izpostavljenosti, genetski dejavniki ter morda tudi še nekateri neznani dejavniki. Ti dejavniki med seboj lahko delujejo bodisi neodvisno ali pa drug na drugega vplivajo, se pravi da se med njimi pojavljajo interakcije. Večina epidemioloških okoljskih študij do sedaj je le malo upoštevala genetske dejavnike in tudi obratno, genetske epidemiološke raziskave so običajno vključevale zelo malo podatkov o okoljski izpostavljenosti in življenjskem stilu. V primeru gensko-okoljskih interakcij pa gre za proučevanje sočasnega vpliva genov in okolja (delovno, življenjsko). To pomeni, da moramo imeti podatek tako o izpostavljenosti kot tudi o genskih dejavnikih. Za ugotavljanje (preučevanje) gensko-okoljskih interakcij se je razvilo kar nekaj modelov, ki pa so v prvi vrsti odvisni od tega kakšne podatke o izpostavljenosti oz. genskih dejavnikih imamo. Večina modelov je hipotetičnih. Do sedaj so se večinoma uporabljali kvalitativni podatki o izpostavljenosti (da, ne), redko semi-kvantitativni podatki, se pravi, da je bila izpostavljenost izražena kot kategorije ter izredno redko kvantitativni podatki kot je 7 npr. kumulativna izpostavljenost. Slednji so seveda najbolj zaželjeni. Genetska predispozicija se je do sedaj večinoma ugotavljala indirektno, na podlagi družinski anamneze pojavljanja določenih bolezni (predvsem malignomov), fenotipom (npr. barva kože), druga, boljša možnost pa je direktna analiza sekvenc DNA. V okviru slednje se preučujejo predvsem geni, ki nosijo zapis za encime, vključene v presnovo telesu tujih snovi iz okolja (ksenobiotikov). V populaciji namreč obstajajo različne oblike teh genov, ki lahko spremenijo presnovo ksenobiotikov in s tem modificirajo posameznikovo dovzetnost za pojav bolezni. Razlike v genetskih dejavnikih nam lahko razložijo zakaj nekateri ljudje, ki so bili izpostavljeni isti dozi zbolijo drugi pa ne. Bodočnost pa predstavljajo raziskave, ki bodo poleg kvantitativnih podatkov o izpostavljenosti vključevale tudi analizo celotnega genoma. Znanje o genetskih dejavnikih in gensko-okoljskih interakcij je pomembno za nove ugotovitve o patogeneze bolezni in posledično v bodočnosti tudi kot osnova za razvoj novih metod zdravljenja. Pri tem je potrebno upoštevati etična načela. Ugotovitve o genetiki in gensko-okoljskih interakcijah se nikoli ne sme uporabiti za presejalno testiranje v smislu diskriminacije. Zaključek Izpostavljenost nevarnim kemičnim snovem se pojavlja v številnih delovnih panogah in življenjskih okoljih. Zgodnje odkrivanje tvegane izpostavljenosti kemičnim snovem na delovnem in/ali življenjskem okolju je bistveno za zdravje delavcev/prebivalcev. V kolikor tvegane izpostavljenosti ne odkrijemo dovolj zgodaj, se pojavijo zdravstvene težave oz. bolezni, mnogokrat na žalost že v ireverzibilni fazi. Zato je ocenjevanje tveganja, vključno z odpravo ali vsaj zmanjševanjem izpostavljenosti kemičnim snovem, ključnega pomena. Okvirna literatura Greenberg Michael I. Occupational, Industrial, and Environmental Toxicology. 2nd ed. Philadelphia: Mosby, An Affiliate of Elsevier Science; 2003. Linda Rosenstock, Mark R Cullen, Carl A Brodkin, Carrie A Redlich. Textbook of Clinical Occupational and Environmental Medicine. 2nd ed. Philadelphia, Edinburgh, London, New York, St Louis, Sydney, Toronto: Elsevier Saunders, 2005. 8 Joseph LaDou: Current Occupational & Environmental Medicine. USA: The McGaw Hill Companies; 2004. Harvey Checkoway, Neil Pearce, David Kriebel. Research Methods in Occupational Epidemiology. 2nd ed. New York, Oxford: Oxford university press, 2004. Thomas J. Smith, David Kriebel. A biological Approach to Environmental Assessment and Epidemiology. New York, Cape Town, Dar es Salaam, Hong Kong rtc.: Oxford press, 2010.