نانوذرات – چشم اندازها و نگرانی ها
نانوذرات – چشم اندازها و نگرانی ها
نانوذرات – چشم اندازها و نگرانی ها
چکیده
با استفاده از نانوتکنولوژی، امیدهایی برای استفاده از مهندسی نانوموادی با شعاع کمتر از 100nm برای استفاده در کاربردهای صنعتی، عکسبرداری پزشکی، تشخیص بیماری ها، انتقال دارو، درمان سرطان، ژن تراپی،و موارد دیگر، به سرعت در حال گسترش و پیشرفت است.پتانسیل برای نانوذرات(NP) در این سطوح نامحدود بوده و همراه با کاربردهای جدید ی است که درحال کشف شدن هستند. اثرات سمی این NPها بر سلامتی که همراه با پدیدار شدن در انسان ها است، هنوز هم ناشناخته باقی مانده است. بسیاری از ذرات ریز که عمومأ با نام " گردهای آزار دهنده " مورد توجه قرار گرفته اند، زمانی که تبدیل به ذرات نانو سایز می شوند، ویژگی های سطحی خاصی را پیدا کرده وممکن است اثرات بیولوژیکی سمی را از خود نشان دهند. نتیجتأ، ممکن است ذرات آزار دهنده به مناطق دور منتقل شده و اثرات مضری را پدید آورند. در عوض استفاده های مفید NPها در انتقال دارو، درمان سرطان، وژن تراپی ممکن است سبب بروز علائم ناخاسته در انسان ها شود. به دلیل کاهش دانش ما در مورد اثرات ناشی از بروز NPها بر سلامتی، ما وظیفه ی اخلاقی داریم که اندازه های پیشگیرانه در ارتباط با این استفاده ها رادر نظر بگیریم.در این بررسی، ما اثرات سمی احتمالی بر سلامت انسانی را مشخص می کنیم که می تواند ناشی از ظهور ذرات الترافاین(UFP) باشد که به وسیله ی فعالیت های آنتروپوژنیک و نتایج کاردیو پولموناری شان ایجاد شده اند. مقایسه ی NPهای طراحی شده با UFP ها نشان می دهد که اثرات آنها بر سلامتی انسان ، مشابه است. بنابراین، عاقلانه است که اثرات سمی آنها را روشن کنیم تا بروز آنها را در محیط زیست و محیط کار ، به حداقل برسانیم.مشخص کردن نتایج سلامت انسانی ، که به وسیله ی UFPها ایجاد می شود، به معنای کم اهمیت جلوه دادن پاداش بی نظیر تکنولوژیکی و صنعتی نانوتکنولوژی برای مصارف سودمند انسانی نمی باشد.لغات کلیدی: نتایج، سمیت نانوذرات، نانوتکنولوژی، امیدها
به نظر می رسد که ظهور نانو تکنولوژی ، بزرگترین اختراع مهندسی از زمان انقلاب صنعتی باشد.طرفداران این تکنولوژی قول داده اند که جهان ساخته ی دست بشر را، مولکول به مولکول، مجددأ بازسازی کنند و موجی از انقلاب محصولات تجاری ازطرف ماشینها برای پزشکی به راه اندازند.(استون 2005). این" انقلاب صنعتی" آنقدر ارتباط مواد را تغییر خواهد داد که این تغییر ممکن است اثرات منفی و مثبت بر سلامتی و محیط زیست داشته باشد. تخمین زده می شود که بازار جهانی برای محصولاتی که با استفاده از نانوتکنولوژی تولید شده اند، تا سال 2015 بالغ بر یک تریلیون دلار آمریکا
شود. (روکو 2005) پیشرفت تکنولوژیک در طول انقلاب صنعتی کیفیت زندگی زا افزایش داد اما در همین حال منجر به صرف هزینه ی گزاف برای سلامت انسانی می شود. مثل مورد ازبست یا پنبه نسوز با دهه های نهفتگی طولانی اش که هنوز هم باقی است، نگرانی های قانونی زیادی درمورد نتایج ناشناخته ی نانومواد بر سلامت انسانی وجود دارد.در حال حاضر، به نظر می رسد که نانو تکنولوژی در رأس پیشرفت سریع با بسیاری از مزایای پتانسیلش در مورد سلامت انسانی، با تلاش برای شناخت خطرات پتانسیل بر روی سلامت انسانی همراه است. افزایش قدرت، مقاومت، انعطاف پذیری ، فعالیت، و و ویژگی های فیزیکی بی نظیر در این مواد ، در موارد فراوان صنعتی و درمانی مورد بهره برداری قرار گرفته است که شامل تشخیص تومور، انتقال دارو به بافت مورد نظر، و مشاهده ی روند درمان ، می باشد. با این عملکردها، مسیرهای بی نظیر برای پیداشدن نانو ذرات در انسان ها ، احتمالی هستند. بروز های محدود و موقعیتی در ترکیب با عوامل سمی دیگر ، ممکن است سبب اثرات مضر و غیر قابل پیش بینی برای سلامتی گردد.اشتباه در نشان دادن این بافت های در معرض خطربه صورت پیوسته و مداوم به وسیله ی صنعت، دانشگاه و دولت و محافظان محیط زیست و دانشمندان ، ممکن است منجر به اثرات مخرب سلامتی گردد که به وسیله ی NPها ایجاد می شود.
در مورد بروز شغلی، انتشارات مستقیم انسانی از طریق فعالیت های پزشکی و فراوانی آلودگی هوا، از نگرانی های عمده هستند. تنفس عمیق NPها ، ممکن است سبب فرار این ذرات ازدست فاگو سیت ها و غشاهای سلولی متقابل شده و به دیگر بخش های بدن انتشار پیدا کرده و سبب اثرات سیستماتیک سلامتی گردد. بنابراین رشد بی رویه و استفاده از نانوتکنولوژی در پزشکی و ارزیابی های سلامت انسانی ، درهای جامعه را به این امکان باز می کند که NPها می توانند آزبست قرن 21 باشد. در این بررسی، ما به صورت خلاصه در مورد برخی از مزایای آینده تکنولوژی برای انسان ( چشم اندازها) بحث خواهیم کرد و بر نگرانی های احتمالی در مورد سلامتی(نگرانی ها) که بر پایه ی اثرات شناخته شده ی کاردیوپولموناری ذرات الترافاین(UFPها) تأکید خواهیم کرد. ما همچنین با استفاده ازاثر NPها بر روی سمیت زایی ریوی حیوانی و سلولی و جایگیری دربخش های اکستراپولموناری (فوق ریوی) ، در مورد تعداد محدودی از تحقیقات، بحث می کنیم. ما عناوین چشم اندازها و نگرانی ها را را از بدنه ی وسیع نوشته ها بر اساس تعداد موضوعات درگیر در تحقیقات اپیدمیولوژی و ثبات تحقیقات گزارش شده، انتخاب کردیم.، تحقیقات در مورد چشم اندازها ، بر اساس اهمیت بالقوه در کاربردهای بیولوژیکی و پزشکی بودند.
UFPها در برابر NPها
UFPها و NPها ، خواه آنتروپوژنیک یا طراحی شده، از لحاظ اندازه ی کمتر از 100 nm مشابه بوده و بسیاری از ویژگی های همانند دارند. واژه ی UFPها ، به صورت سنتی برای توصیف ذرات هوابرد با شعاع کمتر از 100nm بکار می رفت. واژه ی الترافاین گاهگاه مورد استفاده قرار می گرفت تا ذراتی با اندازه ی نانو متر را که عمدأ تولید نشده بودند، اما محصولات تصادفی فرایندهای صنعتی ، احتراق، جوشکاری، اتومبیل، دیزل، خاک و فعالیت های آتشفشانی هستند را شرح دهد. فراوانی ذرات ریز (PM) تولید شده از این منابع ، دارای ذراتی در سه اندازه هستند: 1/0 ، 5/2-1/0 و
2/5µm< . بیشتر جرم ذرات در محدوده ی سایز الترافاین در حدود 2/5µm< است ( ) که همراه با بزرگترین تعداد ذرات می باشد.(هیندز 1999). هیندز(1999) دریافت که UFPها ، دوره ی زندگی طولانی تری در اتمسفر دارند و می توانند تا هزاران کیلومتر دورتر حرکت کنند و برای مدت چندین روز در هوا معلق باقی بمانند. علاوه بر این ، UFPها به خاطر سطح وسیعشان می توانند میزان بیشتری از آلاینده های هوا، گازهای اکسیدکننده، ترکیبات ارگانیک، و مواد انتقالی را حمل کنند.(اوبردورستر 2001). کارایی وسیع تر رسوب گذاری ریوی UFPها با مساحت سطح گسترده تر و انتقال فلزاتی که متصل به آنها است، در سمیت پولموناری دارای اهمیت می باشد.
در مناطق صنعتی شهری ، حداقل نیمی ازجرم (PM<10µM ) ، شامل با متوسط ارزش ( دومینیک 2006) میباشد. UFPها ، دامنه ی گسترده ای از ویژگی های مورفولوژیک، شیمیایی، فیزیکی، و ترمودینامیک را دارا هستند. UFPهای منتشرشده از منابع و مناطق جغرافیایی مختلف، از لحاظ نوع و غلظت آلاینده های فلزی و ترکیبات آروماتیک متصل به آنها ، متفاوت می باشد. ذراتی که در ابتدا از منبع ساتع می شوند، در اتمسفر، با اکسیژن، دی اکسید نیتروژن، ازن، دی اکسید گوگرد، و ارگانیک ها وارد واکنش می شوند و ذرات ثانویه را با ویژگی ها و واکنش پذیری مضر و خطرناک ، به وجود می آورند. از لحاظ دینامیکی، ویژگی های سطحی UFPهای تولید شده از منابع مختلف و در طی عمر ذرات، در سمیت زایی ، متفاوت می باشد. بنابراین، سمیت واثرات خطرناک برای سلامتی که توسط UFPها به وجود می آیند، هتروژنزیا ناهمگون می باشد.که بستگی به منبع و تظاهرات ترکیبی UFPهای اولیه و ثانویه دارد.
NP ها که از لحاظ معنایی به معنای ساختارهای طراحی شده با شعاع کمتر از 100nm هستند، برنامه ها وسیستم هایی هستند که که به وسیله ی فرایندهای شیمیایی و فیزیکی تولیدشده اند و ویژگی های خاصی را دارا هستند که در همتاهای بدون اندازه شان دیده نمی شود. تراشکاری یا جوشکاری هم ممکن است NPها یی را تولید کند که ویژگی هایی متمایزی از مواد توده ای را داشته باشند یا نداشته باشند. ( سازمان ملی نوآوری نانو تکنولوژی 2005، سازمان حفاظت از محیط زیست 2004) . واژه ی NP در این مقاله مورد استفاده قرار می گیرد تا ذرات طراحی شده با شعاع کمتر از 100nm را متمایز گرداندونشان دهد که با UFP های تصادفی، فرق دارد.
چشم اندازها : کاربردهایی در بیولوژی و پزشکی
مشاهده و تشخیص. مشاهده ی مولکولی ، یک قانون مهم در بیولوژی و پزشکی است که این امکان را فراهم می آورد که تا تغییرات سلولی و مولکولی راکه در درون و بیرون بدن موجود زنده روی می دهد، تشخیص داده شده ، کمیت شناسی شده و نشان داده شود. تحقیقات بیولوژیکی فلورسان به دلیل کیفیت سکون و توانایی واکنش پذیری شان بدون حساسیت به انواع مختلف واکنش های سلولی، به صورت قراردادی در بیولوژی مورد استفاده قرار می گیرد. به هر حال ، محدودیت های ذاتی برای چندین رنگ ارگانیک وجود دارد. دامنه ی حرکتی NP ها با شعاع کمتر از 100nm ، به خاطر کاوشگر های متصل به مولکول های پپتیدی، آنتی بادی ها، یا اسید های نوکلئیک برای شناسایی محصولات واکنش های سلولی ، آنها را ابزاری سودمند برای نشان دادن و کمیت شناسی واکنش های مولکولی در محیط بدن موجود زنده ساخته است. این کاوشگر های NP، دارای سطوح بالای شفافیت، پایداری نوری، وضرایب جذب در راستای دامنه ی طیفی گسترده هستند.( نامیر 2001) . توانایی هایشان برای نشان دادن واکنش های فوق ساختار(ultrastructure) به صورت پیوسته و مداوم، آنها را برای کاربرد های بیولوژیکی و بیماری، مطلوب ساخته است. علاوه بر این، پتانسیل مورد نیاز برای پوشش دادن NP ها با آنتی بادی ها، کلاژن، و دیگر مولکول ها ، آنها را همزیست بیولوژیکی برای کشف و تشخیص بیماری ساخته است.
تعداد زیادیاز تحقیقات در زمینه ی کشف و تشخیص ، منتشر شده است و ما مواردی چند از آنها را در اینجا شرح می دهیم. بروچز( 1998)در یک تحقیق با استفاده از فیبروبلاست های موش، نشان داد که برچسب های فلورسنتی NP دار، بهتر از فلوروفورهای( fluorophore) قراردادی می باشند. وو( 2003) مشاهده کرد که کوانتوم برچسب گذاری ایمینوفلورسانس دانه ای نشانگرسرطانی Her2 ، کاراتروبهتر از فلوروفورهای قراردادی در برچسب گذاری گیرنده های سطحی سلول هدف، سایتواسکلتون، آنتی ژن های نوکلئار، ودیگر اندام های درون سلولی می باشد. آنها همچنین نشان دادند که کوانتوم دانه های کلوئیدی بیوترکیب، در برچسب گذاری سلولی،ردیابی سلولی، نمایان سازی DNA ، و تصویر برداری درون بدن موجود زنده، ارزش بالایی دارد.( شکل 1) . ژانگ( 2002) ،نشان دادکه تغییر سطحی NP های سوپرپارا مغناطیس با اتیلن گلیکول و اسید فولیک در تسهیل عمل فاگوسیتوز به وسیله ی سلول های سرطانی برای تشخیص و درمان سرطان، مؤثر و کارا می باشد. ژئو (2004) ، تصویر برداری و هدف یابی سرطان بااستفاده از دانه ها ی کوانتوم نیمه رسانای را در تحقیقاتی در بدن موجودزنده گزارش کرد. ژئو در تحقیقات کنترلی، تهویه و بقا و توزیع کوانتوم دانه ها را در کبد، طحال، مغز، قلب، کلیه و ریه ها مشاهده کرد. در موش هایی که با گزنوگرافت سرطان پروستات انسانی مورد آزمایش قرار گرفته بودند، دانه های کوانتوم، به ویژه در بافت سرطانی جمع شدند ، و رنگ اندام، قرمز نارنجی براق شد.(شکل 2B)
*** تصویر شماره 1 – فوتو پایداری فلورسان وشدت فلورسان کوانتوم دانه ها(QD 630) در مقایسه با رنگ ارگانیک الکس 488. (A-E) هسته ها به وسیله ی
QD-630-استرپتاویدین ، به رنگ قرمز روشن دیده می شوند: فیبرهای اکتین به وسیله ی آلکس 488 به رنگ سبز در آمده اند.(F-I) تصاویر فیبر های اکتین به وسیله ی QD 630-استرپتاویدین ، به رنگ قرمز در آمده اند: هسته با الکس 488 به رنگ سبز در آمده است. اعدادی که در قسمت چپ و پایین نوشته شده است نشان دهنده ی زمان انقضا می باشد. مقیاس 10 µm ، از وو(2003) و بازسازی شده با اجازه ی کوانتوم دات کراپ ( هایوارد، کالیفرنیا)
انتقال دارو. انتقال دارو هایی که بافت های هدف خاص دارند، در مدل سازی درمان برای یافت دوز مناسب دارو و کنترل بیماری، دارای اهمیت ویژه است.انتقال داروهای کپسول دار با استفاده از NP ها، برای گسترش قابلیت دسترسی ، به حداقل رسانیدن عوارض جانبی،کاهش سمیت برای دیگر اندام ها، مؤثر تر وبهتر بوده و هزینه ی کمتری را در بر دارد. انتقال دلرو با NP ، در حالتهای هیدروفوبیک و هیدروفیلیک از طریق مسیرهای ورودی مثل دهانی، واسکولار یا رگی، و استنشاقی، امکانپذیر است.
در انتقال دارو، اخیرأ چندین روش برای انتقال بهتر و اختصاصی تر دوز مناسب دارو با استفاده از لیپوزوم ها، میسل های پلیمری، دندریمر ها، NP های سرامیک، اکسیدآهن، پروتئین ها، پیوند کووالانسی، کشش سطحی، پیوستگی، و روش های کپسولی مورد آزمایش قرار گرفته است. (مقیمی 2005) . گزارش شده است که گردش گسترده ی لیپوزوم ها با دوکسوروبی سین های گیر افتاده، 30 برابر مؤ ثر تر بوده و توانایی فارماکوکینتیک بهتری را در مقایسه با دوکسو روبی سین آزاد برای درمان تومور بدخیم کوسی و سرطان متاستاتیک دارد. ( آلن و کولیس 2004، گابیزون 2003) . کومار(2004) ،گزارش کرد که سطوح NP یی که با چیتوسان(chitosan) دارای کاتیون فعال ،اصلاح شده اند، برای انتقال دارو در هر دو محیط درون بدن موجود زنده و در محیط مصنوعی، مناسب و کارا می باشد. گلپرینا (2005) گزارش کرد که در شیمی درمانی توبرکلوزیس (سل) ،انتقال دارو با استفاده ازNP ، قابلیت دسترسی دارو را افزایش میدهد، تعداد تکرا دوز را کاهش می دهدو از بروز مشکلات نامربوط در کنترل اپیدمی های سل، جلوگیری می کند.
درمان سرطان.درمان های متداول ضد سرطان ، برای از بین بردن سلول های هدف تومور، ویژه و اختصاصی نیستند،وممکن است سم سیستمی کشنده ای را تولید کنند و مقاومت در برابر دارو را افزایش دهند.استفاده ی فزاینده از نانوتکنولوژی در درمان های سرطان ، عبارت از کشف اسکالپ های ویژه ی تومور برای سوزاندن سلول های تومور می باشد. اونیل( 2004) در موش ها دید که برداشت فوتو ترمال تومور با استفاده از نانو ورقه های 130 nm طلای پوشیده با پلی اتیلن که جاذب اشعه ی ماورای بنفش هستند، رشد تومور را متوقف کرده و زنده ماندن حیوان را بسته به کنترل انجام شده، تا 90 روز اقزایش میدهد. پرکل( 2004) همچنین گزارش کرد که نانو ذرات آهن مغناطیسی که با آنتی بادی پوشیده شده است، برای داغ کردن و سوزاندن تومور، مؤثر می باشد. در تحقیق مشابه که با استفاده از نانوذرات آهن آنتی بادی دار در موش های آتای میک( athymic) انجام شد،دی ناردو (2005) پیوند خاصی را با تومورها و نکروز ( از بین رفتن) تومور را 24 ساعت پس از درمان با پاسخ بهتر نشان داد. کارایی آنتی بادی های مختلف متصل به نانوذرات، شامل ناقلین و گیرنده ی فاکتور رشد اپی درمال ، در تحقیقات جانوری مورد آزمایش قرار گرفت. ( دی ناردو 2005، ال سید 2006) . گزارش شده است که در درمان سرطان، بی ثبات کردن آنزیم واسطه ی لیپوزوم، و فعالیت خاص فسفاتاز همراه با نفوذ پذیری و سوراخ کنندگی غشای سینرژیستیک ( همکاری کننده) ، مؤثر تر و بهتر می باشد.(اندرسون 2004)
ژن درمانی. تلاش ها برای درمان بیماری های ژنتیک به وسیله ی انتقال سلول های سوماتیک همراه با ژن های طبیعی، در پایان دو دهه از محبوبیت خاصی برخوردار گشت.در ژن درمانی، یک ژن طبیعی با استفاده از مولکول حامل ، در محل ژن غیر طبیعی عامل بیماری جاسازی می شود. استفاده های متداول حامل های ویروسی همراه با واکنش های مضر ایمینولوژیک و التهابی و ایجاد بیماری در میزبان می باشد.در این ارتباط، گوپالان( 2004) ، ژن درمانی با استفاده از نانوذرات را در درمان ژن سیستمیک سرطان ریه به وسیله ی یک ژن مناسب متوقف کننده FUSI ، مؤثر “کارا خواند. گزارش شده است که چیتوسان، پلیمری بلند که در ژن درمانی مورد استفاده است، کارایی انتقال را افزایش داده و سایتو توکسی سیتی( cytotoxicity) را کاهش می دهد. ( منصوری 2006). انتقال ژن از طریق خوراکی در موش های BALB/C با استفاده از نانوذرات سیلیکای اصلاح شده با پلی ال لیزین، موفقیتی را همراه با انتشار ذرات از طریق سلول های موکوس روده ای و کاهش سایتو توکسی سیتی نشان می دهد.( لی 2005 b) . دوفز (2005) ژن درمانی را به وسیله ی وارد کردن سیستم های حامل نانو ذره ای به داخل رگ ، گزارش کرد که با استفاده از پلاسمید دارای فاکتور از بین برنده ی تومور (TNF)- انجام می شد و انتقال ژن را کاهش داده و بدون ایجاد سم، باعث بقای طولانی مدت تر موش های صحرایی می شد. کال و آمیجی (2005) مشاهده کردند که انتقال ژن به بافت هدف تومور با استفاده از پلی اتیلن گلیکول – ذرات گلاتین اصلاح شده - ، بسیار مؤثرتر و سازگارتر و تخریب کننده تر بوده و گردش طولانی تری را برای انتقال سیستمی به تومورهای سفت دارد. تحقیق اخیر بر روی سلول های سرطان سینه در محیط مصنوعی یا آزمایشگاهی، تأثیر انتقال ژن با واسطه ی نانو ذرات را در مورد ژن نوع وحشی نشان داد. سلول های سرطانی، که در معرض این انتقال ژنی نانو ذره ای قرار دارند، افزایش و ثباتی را در فعالیت ضد تکثیری نشان می دهند که در سلول هایی که فقط در معرض حامل تنها قرار دارند، دیده نمی شود. ( پرابا و لاباست وار 2004) . بارالی( 2005) گزارش داد که یک حامل غیر ویروسی برای انتقال ژن در محیط طبیعی و آشکار سازی فلورسان انتقال با استفاده از نانوذرات سیلیکای اصلاح شده، موفقیت را برای درمان سلول های هدف مغز، افزایش می دهد. اثر بخشی انتقال نانو ذره ای ، انتقال ژنی حامل ویروسی را افزایش داده و عکسبرداری از محیط طبیعی، مشاهده ی مناسب و مداوم، بقا و دوام سلول های تحت تأثیر قرار گرفته را فراهم می آورد.
بر اساس این تحقیقات، واضح است که نانوتکنولوژی ، از طریق پیشرفت هایی در پزشکی، علوم و صنعت، سلامت انسانی را ، عمیقأ تحت تأثیر قرار می دهد. مزایای پتانسیل انسانی نانوتکنولوژی، غیر قابل شمارش بوده و شامل جنبه های بسیاری از زندگی انسانی همراه با تنوع گسترده ای از محصولات می باشد. کاربرد های مثبت دیگری از نانوذرات در جدول 1 ، مواد تکمیلی ، آورده شده و از طریق آدرس زیر در دسترس می باشد:
www.ehponline.org/members/2006/881/supplemental.pdf
***تصویر 2- (A,B) تصاویر طیفی از پیوستگی آنتی ژن غشای خاص نقطه کوانتوم – پروستات- در حیوان زنده با یا بدون تومور( کنترل). (A) تصویر حیوان تحت نظر،بدون فلورسان( طیف میکس نشده). (B) گزنو گرافت حیوان دارای تومورکه با رنگ قرمز روشن فلورسان، تومور را نشان می دهد. (C) تصویر فلورسان از حیوانات تومور دار و تحت نظر. (D) تصویر آتوفلورسان میکس نشده ی نقطه ی کوانتوم. از گائو (2004) و باز سازی شده با اجازه از گروه احیای طبیعت.
نگرانی ها: شیوع و مرگ و میر ناشی از اثرات قلبی-عروقی
پیش آگهی. به دلیل شروع انقلاب صنعتی، منابع آنتروپوژنیک پرتو دهی انسانی افزایش یافته است و بر اساس ارتباطات زودگذر، غلظت های بالایی از آلاینده های هوا و افزایش شیوع و مرگ ومیر ، به وسیله ی چندین تحقیق اپیدمیو لوژی منتشر شده است.( نل 2005). به هر حال، این اطلاعات اپیدمیو لوژی توسط یک ارتباط مستقیم علت و معلولی، پشتیبانی نمی شود.
بررسی های بی شمار اپیدمیولوژی ، ارتباط مستقیم و معتبری را بین ذرات آلاینده های هوای پیرامون و پیوستگی ثابت با افزایش اثرات سلامتی، به ویژه بیماری های قلبی-عروقی را نشان داده است. در طی چند دهه ی گذشته ، افزایش مداومی در شیوع و مرگ ومیر در بین سالمندان و جمعیت در معرض خطر وجود داشته است که به آلودگی هوا در کشورهای صنعتی و در حال توسعه، نسبت داده می شود. گزارش شده است که رابطه ی غلظت-پاسخ بین و میزان مرگ ومیر روزانه ،سبب بروز سالانه 100,000 مرگ در ایالات متحده می شود. ( شوارتز 2002). در بررسی های جامع اخیر در مورد تحقیقات اپیدمیولوژی، دلفینو به صورت آشکارا، تغییرات پارافیزیولوژیک همراه با انتشار UFP ها را نشان داد- تغییراتی که باعث بیماری های قلبی عروقی می شوند.
ارتباط محکم ذرات آلاینده ی هوا به عنوان پیش آگهی شیوع و مرگ ومیر بزرگسالان در شش شهرآلوده و کم آلوده در ایالات متحده در دو تحقیق اپیدمیولوژی ، مورد بررسی قرار گرفت.(داکری 1993، پوپ 1995). در تحقیق بعدی، حجمی از ذرات بسیار ریز به هم پیوستند تا تا با ارتباطات فیزیولوژیک، شیوع و مرگ و میر بیماری های قلبی-عروقی را کاهش دهند.(پوپ 1999). در این تحقیق، گزارش شد که افزایش ضربان قلب، همراه با افزایش ظهور ذرات بسیار ریز هوایی می باشد.همچنین نشان داده شده است که قرار گرفتن در معرض آلاینده های هوا، باعث افزایش فشار خون می شود و تغییر پذیری ضربان قلب را کاهش میدهد بدون اینکه تغییرات آشکاری در اشباع اکسیژن پدید آو رد. (گلد 1998، شای 1998). پیترز(2005، 200) نشان داد که سطوح بالای آلودگی هوا، همراه با افزایش شیوع آریتمی خطرناک و شروع بی نظمی میوکاردی می باشد. آنها همچنین نشان دادند که قرار گرفتن در معرض آلودگی هوا برای زمانی کوتاه تاکمتر از 2ساعت ، بی نظمی میوکاردی را فعال می کند. در تحقیق ذرات بسیار ریز آلاینده ی هوا و میزان مرگ و میردر 20 شهر ایالات متحده، با هر افزایش در سطح میکروگرم ها در متر مربع، 0/68 % افزایش نسبی در میزان نسبی مرگ های ناشی از دلایل قلبی-عروقی و تنفسی گزارش شد. (سامت 2000). شواهد اپیدمیولوژی و پاتوفیزیولوژی، ارتباط ذرات ریز آلاینده های هوا را با مرگ ومیر ناشی از بیماری های قلبی- عروقی، و بیماریهایی مانند پولموناری یا ریوی، آترو اسکلروزیس ، و عملکرد ارادی قلب، ثابت کرده است.(پوپ 2004) . دریک بررسی 16 ساله ی 500,000 سالمند در تحقیق پیشگیری از سرطانII ، داکری( 2005) گزارش کرد که افزایش در میزان ، همراه با 8-18% افزایش در مرگ ومیر ناشی از بیماری قلبی ایسکمی، دیس ریتمیا یا بی نظمی، نارسایی قلب و ایست قلبی می باشد.در معرض قرار گرفتن با دوره ی زمانی کوتاه تر از 3 روزبا افزایش ذرات آلاینده ی هوا، به عنوان یک فاکتور اساسی برای افزایش بیماری ها گزارش شده است( داکری 2005). همچنین در تحقیقات جمعیتی که اخیرأ منتشر شده است، گزارش شده است که در معرض قرار گرفتن های کوتاه مدت در برابر و همراه با نارسایی قلبی در افراد مسن تری استکه تاریخچه ی بیماری های قلبی و دیگر بیماری ها را دارند.(داکری 2005، پارک 2005) . تفاوت های منطقه ای وخطرات تنفسی کاردیو واسکولار، در شرق، شمال غرب، و جنوب غرب ایالات متحده با دیگر مناطق این کشور ، مقایسه شده و گزلرش شده است( دومینیک 2006). پتانسیل مورد نیاز برای UFP ها برای تحریک خطر از پیش موجود قلبی- عروقی، با این اثر همراه می باشد. پیترز(1997) در تحقیق قبلی بر روی ویسکوزیته ی پلاسما در طول جریان آلودگی هوا، افزایش وسوسه آمیز مرگ ومیر را گزارش کرد.
این فرضیه که جابجایی UFP های استنشاقی ، به سوی جریان خون سیستمی، مستقیمأ سبب ایجاد اثرات قلبی-عروقی در افراد پر خطر می شود که در یک تحقیق در مورد موضوعات سلامتی مورد آزمایش قرار گرفته است. در این تحقیق ذرات کربن بسیار ریز استنشاقی که به وسیله ی تکنتیوم(Tc) علامت گذاری شده بودند به سرعت از جریان خون سیستمی مردان غیر سیگاری سالم، عبور می کردند( نمار 2002a). به هر حال ، این نظریه توسط تحقیقات دیگری تحت عنوان تخمین حد بالای قابلیت انحلال پذیری پتکنتات تکنتیوم ، رد شد(براون 2002، کری لینگ 2002 ، اوبر دورستر 2002). در تحقیقی اخیرأ، میلز(2006) باقاطعیت نشان داد که اکثریت نانوذرات کربن علامت گذاری شده با Tc ، تا 6 ساعت پس از استنشاق، در ریه باقی می مانند.
سه مکانیسم برای توضیح پدیده هایی که ممکن است منجر به شیوع و مرگ ومیر قلبی- ریوی در جمعیت هایی شود که در معرض آلاینده های ریز هوا هستند، مطرح شده است.اولین فرضیه این استکه ذرات PM ، قادر هستند نورون های موجود در ریه را که بر سیستم اعصاب مرکزی و عملکرد خودکار قلبی عروقی تأثیر می گذارند ، تحریک کنند. فرضیه ی دوم این استکه ذرات ریز استنشاقی ، دسترسی مستقیم به گردش خون پیدا کرده و به اندام های هدف می رسند، از اینرو باعث التهاب، ترشح سایتو کین، واکنش پذیری ذرات اکسیژن ،پروتئین های واکنش پذیرC و پدیده های قلبی می باشد. سومین فرضیه پیشنهاد می کند که ذرات ریز PM ، پاسخ التهابی حادی در ریه ایجاد می کنند، بنابراین ترشح سایتو کین ها ، کیموکین ها، ROS ، و فاکتور های نسخه برداری را تحریک می کنند. تداوم حوادث متعاقب و التهاب، نقش کلیدی را در فعالیت پروتئین کیناز فعال کننده ی میتوژن (MAPK) فاکتورهای نسخه برداری حساس به ریداکس، فاکتور هسته ای کاپا ( ) و فعال سازی پروتئین-I (AP-1) ، بر عهده دارد. یک حلقه ی محکم وجود دارد که از ارتباط بین التهاب و بیماری کرونر قلب حمایت می کند، به این دلیل که التهاب، مستقیمأ با اترو اسکلروزیس(تصلب شرایین) همراه می باشد. (سان 2005). علاوه بر این، نتایج به دست آمده از تحقیقات جانوری و سلولی، از مسیرهای مکانیسمی معتبر که به وسیله ی پاسخ های التهابی ایجاد میشود، حمایت می کنند که منجر به بیماری سیستمیک می شود.در این ارتباط، تحقیقاتی که با استفاده از موشهای مستعد( از لحاظ ژنتیکی) که در معرض طولانی مدت آلودگی هواPM قرار گرفته بودند، افزایش تصلب شرایین و التهاب عروقی را نشان داد ا این رو ، از ارتباط غیر مستقیم بین گسترش های التهابی تصلب شرایین حمایت می کند. ( سان 2005). نتایج تحقیقات انسانی هم از این ارتباط آلودگی هوا PM و گسترش پاسخ های قلبی که منجر به آترواسکلروزیس یا تصلب شرایین می گردد، حمایت می کنند.( بروک 2004).
چندین تحقیق اپیدمیولوژی {دلفینو 2005 و منابع را ببینید} ، این استدلال را بیان می کند که ذرات پیرامون در دامنه ی می توانند با اثرات مضر برای سلامتی، ارتباط داشته باشند. شناخت ویژگی های در مورد قرار گرفتن انسان در معرض UFP ها در این تحقیقات، یک عامل محدود کننده داشته است. اغلب این تحقیقات ، از مشاهده ی غیر مستقیم اطلاعات برای بررسی ارتباط اثرات مضر برای سلامتی، بدون توجه به اطلاعات نسبت های UFPها یا ترکیبات خاص سمی شان، استفاده کرده اند. در نتیجه انتقادها درباره ی امکان ارتباط علتی غیر خاص برای پیوندهای مشاهده شده، بالا گرفته است. کاهش مدرک سم شناسی که از این تحقیقات اپیدمیولوژیک حمایت می کند، تا حدودی توسط تحقیقات جانوری و سلولی جبران می شود.
تحقیقات آزمایشی جانوری با استفاده از ذرات متمرکز هوا،(CAP ها) پیشنهاد می کند که حالت عروقی ریه، هدفی مهم برای سم زایی ذرات هوای پیرامون می باشد، چراکه این ذرات، ایسکمی میوکاردی را تشدید کرده و انسداد شریان کرونر را باعث می شود. باتالا (2002) دریافت که قرار گرفتن در معرض CAPها برای مدت کوتاه، انقباض شریان های کوچک ریوی را در موش های صحرایی نرمال و موش هایی با برونشیت مزمن ، به وجود می آورد. ولنوس (2003) در سگ هایی با انسداد شریان کرونر، مشاهده کرد که استنشاقCAPها ، باعث تشدید ایسکمی میوکاردی می شود .اثر UPS هادر ایجاد آزمایشی ترومبوز یا لخته ی خون در مدل های جانوری، از تأثیر اندازه ی ذره بر روی پیشرفت ترومبوز عروقی و التهابات ریوی حمایت می کند.(نمار 2002b). این توانایی UFPها برای فرار از عمل فاگوسیتوزو ورود به جریان خون سیستمی برای رسیدن به بخش های فوق ریوی ، ممکن است یک مکانیسم وابسته باشد که در شیوع و مرگ و میر قلبی- عروقی دخیل است، اما در این زمان ، آشکار نمی باشد. سی تون (1995) فرض کرد که الف) رسیدنUFP ها به سیستم قلبی عروقی ممکن است باعث ایجاد لخته، ترومبوز، و دیگر اختلالات گردد. و ب) التهاب مزمن ناشی از UFPها، در ریه، آزاد سازی واسطه ها و سیتوکین ها را افزایش مدهد و بنابراین، باعث روی دادن حوادث قلبی ریوی شده و منجر به افزایش شیوع و مرگ و میر می گردد.در حمایت از این فرضیه، دلفینو گزارش داد که بیمارانی با بیماری کرونر قلب در مقایسه با افراد غیر بیمار، سطوح بالایی از سیتوکین های التهابی مانند اینترلوکین ، ، وپروتئین واکنشی C و فیبروژن داشتند.
این پدیده توسط نورکی ویز(2004) مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از یک مدل جانوری ، آنها درگیری پتانسیل گردش خون سیستمی را نشان دادند که به وسیله ی خاکستر های شناور ( ROFA<2µM )، جانشین های UFPها، وذرات اکسید تیتانیوم( ) ایجاد می شود.آنها نشان دادند که درمعرض ذرات ریزقرار گرفتن، می تواندتغییرات عملکردی میکرو واسکولار سیستمی را صرف نظر از هر التهاب ریوی ، خراب کنند.در معرض ذرات PM قرار گرفتن، همراه با هجوم لوکوسیت ها به ورید های کوچک ماهیچه ی ذوذ نقه در موش های صحرایی است که اختلال و گشادی سرخرگی آندوتلیومی را نشان می دهد. این نتیجه ، بعدها به وسیله ی افزایش در میزان فشار خون سیستمی و عدم کارایی میکرو رگ ها برای پاسخگویی به گشاد کننده های لومینالال ، پشتیبانی شد(نورکی ویز 2004). این اختلالات ممکن است مربوط به فاکتورهایی باشدکه در سازگاری سیستم قلبی عروقی نقش دارند، از اینرو، منجر به تشدید و افزایش خطر برای حملات قلبی در افرادی می شود که در معرض UFP ها قرار دارند. اخیرأ در تحقیقی ، لی(2005a) نشان داد که پدیده های مکانیسمی دیگری که به وسیله ی UFPها به وجود می آیند، می توانند انقباض عروقی را به وسیله ی افزایش سیگنال دهی از طریق فعال سازی گیرنده ی آنژیو تنسین نوع 1 ایجاد کنند. UFP های شهری ، افزایش وا بسته به زمان و دوز را در فسفوریلاسیون کیناز تنظیم کننده ی سیگنال خارج سلولی( ERK) 1/ERK2 و p38 MAPK ، به وجود می آورند. مس و وانادیوم ، دو فلز متداول موجود در UFP ها، هم این فعالیت رنین منطقه ای را تحریک می کنند- سیستم آنژیوتنسین (angiotensin) ، نقش مهمی را در تأثیرات قلبی عروقی بازی می کند. جزء قابل حل در آب که شامل مس و وانادیوم هستند، هم می توانند فسفوریلاسیون 1/ERK2 وp38 MAPK را ایجاد کرد. پشتیبانی محیط طبیعی از تحقیقات محیط مصنوعی در مورد نقش فشار اکسیدکننده در یک مدل جانوری نشان داده شد که پیش درمان با دی متیل اوره، سازگاری یافته بود.( رابرتز 2003). مکانیسم مولکولی که به وسیله ی فشار اکسید کنندگی ایجاد شده توسطROFA توسعه داده شده بود ، منجر به فعال سازی MAPK ، سیتوکین های التهابی و و پروتئین التهابی (پروتئین التهابی ماکروفاژ 2) گردید و آگاهی را در مورد بروز وابسته به التهاب پدیده ها در ریه فراهم آورد.
نگرانی ها: شیوع و مرگ ومیر پولموناری یا بیماری ریوی
ریه، اندام هدف برای ذرات آلاینده ی هوااست و ارتباط بین افزایش آلودگی هوا و اثرات مضر برای سلامتی در بچه ها، مبتلایان آسم و بزرگسالان آسیب پذیر، سند گذاری شده است.(نل 2005). اندازه ی ذرات، مساحت سطح و ترکیب شیمیایی ، همگی نقشی را در خطرات سلامتی دارند که به وسیله ی PM نشان داده می شود. افزایش علائم تنفسی، افزایش بستری شدن، کاهش کارکرد ریه، افزایش عفونت های تنفسی،
تغییر پاکسازی موکوسی، بیماری مزمن پولموناری مسدود کننده(COPD) و افزایش مرگ و میر ، از مهمترین اثرات مضر سلامتی هستند که به وسیله ی آلودگی هوا به وجود می آیند.( گونگ 2005، کوئنیگ 2005، پیئترو پائولی 2004، سیلکوف 2005).
به نظر می رسد در اثرات تحریکی سلامت ریوی ، تشدید ایجاد شده توسط التهاب های ریوی، نقش اصلی را ایفا می کند. به نظر می رسد، در افراد مستعد مبتلا به آسم و بیماران COPD ، عمل تشدید، مکانیسم مولکولی مهمی باشد که در آن، UFPها، سم شان را نشان دهند( سیلکوف 2005). به صورت معکوس، در ثآتیرات طولانی مدت سلامتی مثل پونوموکونیوزیس و سرطان که علائم اولیه ی دقیق تری دارند، شناسایی شان به دلیل دوره ی نهفتگی طولانی شان، مشکل تر است. بیماری های تشدید شده توسط التهاب حاد مثل آسم و COPD و ارتباطشا ن با نوسانات آلودگی هوا، دقیقأ ثبت شده است( گونگ 2005، کوئنیگ 2005، پیئتروپائولی 2004، سیلکوف 2005). ، منطقی است فرض کنیم که مکانیسم های مولکولی مختلفی ممکن است در ایجاد بیماری های قلبی عروقی و ریوی نقش داشته باشند. تحقیقات آمایشگاهی با قاطعیت ثابت کرده اند که قرار گرفتن در معرض UFP ها و NP ها ، برای ریه پر التهاب تر است و بخشی از UFP ها در بخش های مختلف اکسترا پولموناری خون، کبد ، قلب، طحال، و مغز جایگزین می شود. (نمار 2003، رن ویک 2004). جایگزینی اکستراپولموناری، متنوع بوده و بستگی به اندازه ی ذره، ویژگی های شیمیایی، و ویژگی های سطح دارد. تحقیقی که اخیرأ توسط گیسر( 2005) انجام شد، نشان می دهد که ها به وسیله ی مکانیسم های غیر فاگوسیتی از غشای سلولی عبور می کنند و در مویرگ ها دیده می شوند.
تحقیقات سلولی آزمایشگاهی. تحقیقات آزمایشگاهی با استفاده از USP هایی که در آزمایشگاه تولید شده است و CAPهای هوا، افزایش تحریک ریوی و پاسخ های سمی را نسبت به UFP ها، را نشان داده است( براون 2001، دیک 2003، دونالدسون 2004a، دونالدسون و تران 2002، سالدیوا 2002). اعتقاد بر این استکه UFP ها به دلیل مساحت سطح بیشترشان باعث تحریک فشار اکسیداتیو می شوند که به آنها اجازه می دهد تا با ساختارهای سلولی بیشترو انواع مختلف فلزات انتقالی که در اغلب موارد ، همراه این ذرات هستند، واکنش دهند. (دیک 2003، دونالدسون 2004، سالویدا 2002). اهمیت مساحت سطح در یک دامنه ی کم پهنا از 10 تا 50 نانومتر، با استفاده از التهاب حاد ریوی به عنوان نقطه ی پایان برای قرار گرفتن در معرض 6 نوع UFP، ثابت شده است.(استوگر 2006). گزارش شده است که واکنش میان UFP ها و فلزات همراهشان ، دارای یک مکانیسم سینرژیستیک یا همکاری کننده در ایجادROS و التهاب هستند( براون 2001، دیک 2003، کرای لینگ 2002). نشان داده شده است که UFP ها ، به وسیله ی ایجاد همی اکسیژن آز-1 ، تولید کننده های قدرتمند فشار اکسیداتیو در ماکروفاژها و سلول های اپی تلیال می باشند و وابسته به گلوتاسین داخل سلولی هستند. گزار ش شده است که فشار اکسیداتیو تولید شده توسطUFP ها، در فعال سازی MAPK ها سهیم می باشد که منجر به سیگنال دهی ژنی می شود و درفعال سازی و ، منجر به بروز ژن های التهابی و سیتوکین ها می شود، که شامل چسبندگی مولکول ها می شود( اوبردورستر 2001، اوبردورستر 1995).
گونه های اکسیژن واکنش دهنده. تحقیقات محیط طبیعی و محیط مصنوعی یا آزمایشگاهی با استفاده از UFPهای آزمایشگاهی با ترکیب شیمیایی و اندازه ی ذرات متفاوت، نشان داده اند که تولیدROS ، فاکتور مشارکتی اصلی در التهاب وسم زایی می باشد. بررسی ها، توانایی UFP ها برای ایجاد آسیب ریه و بیماری ها را مربوط به مساحت سطح گسترده تر، اندازه ی کوچکتر وآلاینده های فلزی می دانند( دونالدسون 2004:2005، نل 2006، اوبردورستر 2005). بعلاوه، ایجاد NP تحریکی ROS که منجر به فشار اکسیداتیو می شود، و فعال سازی مسیر های سیگنال دهی و آپوپتوزیس ، توضیحات جدیدی در مورد گسترس پولموناری و دیگر بیماری ها را ارائه می دهد. این موضوع، در مدل مرتبه ای فشار اکسیداتیو نشان داده شده است که ارتباط فشار اکسیداتیو و تغییرات مربوطه در پاسخ های سلولی که به وسیله ی UFP ها ایجاد می شود را نشان میدهد.( نل 2006)
از بین مسیر هایی که برای افزایش شیوع و مرگ و میر قلبی ریوی شرح داده شد، مکانیسم های التهابی وابسته به اکسید کننده، در تحقیقات محیط طبیعی و مصنوعی یا آزمایشگاهی، دارای اهمیت ویژه می باشد. پتانسیل اکسیداتیو UFP هایی که از منابع انتشاری مثل ذرات طبیعی، خاکستر های روغنی شناور، خاکستر های زغال سنگو ذرات هوا، جمع آوری شده اند، به ترکیب فلزی آنها نسبت داده می شود( پراهالاد 1999). چندین فلزی که در UFP ها شناسایی شده اند، می توانند به وسیله ی واکنش های شبه فنتونی ، مستقیمأ یا پس از احیای سلولی، رادیکال های را به وجود آورند. ثابت شده است که ترکیبات محلول و غیر محلول در آبUFP ها ، توانایی ایجاد اکسید کننده را دارند. در تحقیقی در مورد جانوران سالم و پاتوژن دار،آنتونی( 2002) مشاهده کرد که قرار گرفتن در معرض ROFA ، منجر به آسیب جدی ریه و التهاب می گردد، از این رو، باعث ایجاد فشار اکسیداتیو در جانور مستعد ( در معرض قرار گرفته) می شود.
پاسخ های آسیب شناسی ریوی( پولموناری).مطالعات محیط طبیعی با استفاده از CAP ها یا UFPهای آزمایشگاهی، پاسخ های پر التهاب تر و سمی تر ریوی را در جانوران نشان داد.، که بستگی به اندازه ی ذرات و ترکیب شیمیایی داشت. اوبردورستر( 1994) مشاهده کرد که ذرات فوق العاده ریز که به موش های صحرایی و خانگی تزریق شدند، پاسخ های پیش التهابی بیشتری در مقایسه با ذرات ریز داشتند، به این دلیل که می تواند نفوذ نوروفیلیک به درون ریه داشته باشد. اوبردورستر
(1994) گزارش داد که خاصیت شیمیایی سطح ذره ، در التهاب و سمیت زایی حاد، اهمیت زیادی دارد. قرار گرفتن موش های صحرایی در برابر 10-30 µg از ذرات پلی تترا فلواتیلن(PTFE) که به تازگی ساخته شده بودند ودارای بودند، باعث ایجاد التهاب ریوی هموراژیک یا خونریزی کننده و مرگ شد.و بلوغ UFPها منجر به کاهش سطح واکنش دهنده و سمیت زایی گردید.
موش های صحرایی بیشتر مورد توجه هستند، چرا که مدل جانوری حساس و زود پاسخ دهنده ای برای تحقیقات بیماری ریوی هستند که به وسیله ی ذرات به وجود می آیند.بنابراین، دو تحقیق مستقل که اخیرأ انجام گرفت، از موش های خانگی استفاده کردند که در معرض نانو تیوپ های کربن تک دیواره(SWCNT) قرار گرفته بودند و تغییرات پاتولوژیک ریوی قابل توجهی را با دوز های کم و زیادتر، مشاهده کردند( لم 2004، شودووا 2005). در تحقیقی که لم(2004) انجام داد، همه ی دوز ها( 3/3-16/6 mg/kg وزن بدن) ، آسیب های گرانولوماتوس( granulomatous ) با التهاب دائمی را تا 90 روز نشان دادند. شودو وا ( 2005) با استفاده از SWCNT ها با حداقل ناخالصی ها در دوز 10-40 µg برای هر موش ، پاسخ شدید التهابی با هجوم فیبروز ریوی همراه با کاهش عملکرد ریوی را یافت.
یک تحقیق جامع که بااستفاده از مدل حیوانی حساس (موش صحرایی ) به موازات تعیین سمیت انجام شد ، نتایج بحث برانگیزی را نشان داد. موش هایی که در معرض SWCNT ، سیلیکا یا کربونیل آهن ، به عنوان کنترل های مثبت و منفی قرار گرفته بودند، در نهایت تعجب، نتایج متناقضی را نشان دادند.( واریت 2004). آنها تشکیل گرانولومای ریوی را بدون وجود سم، تأثیر التهابی و گسترش گرانولوماها در طی زمان ،گزارش کردند. طیف پاسخ ها ی سم شناسی که که با در معرض قرار گرفتن چندین انسان و حیوان ، به دست آمده است،در زمان مقایسه با دوز هایی که بر اساس اطلاعات واریت (2004) جانوران در معرض آن قرار گرفته اند ، دچار تناقض می گردد. لم( 2004) و شودو وا(2005) در یک مدل جانوری حساس، موش ها را در معرض دوز هایی کمتر از دوز های واریت( 2004) قرار دادند، و اطلاعاتی را در مورد گرانولوماهای چند کانونی ، بدون توضیح فیزیولوژیک، گزارش کردند. ارتباط این موضوع، هنوز ناشناخته است.
نگرانی ها: جایگزینی و سم زایی برای دیگر اندام ها
در گذشته، سیستم های قلبی عروقی، نورولوژیک و دفع، به عنوان اهداف ثانویه در مباحث پاتوبیولوژی و سم شناسی تنفسی ، مورد توجه قرار نگرفته بودند. به هر حال در سالهای اخیر، بسیاری از تحقیقات انسانی و جانوری، جایگیری UFP ها را بر روی بخش های فوق ریوی مثل جریان خون سیستمی، کبد، قلب و مغز نشان داده اند. (کرای لینگ 2002، نمار 2002، اوبر دورستر 2002). اگر چه در حال حاضر اطلاعات کمی در مورد فرایند جایگزینی UFP ها در دست است، همین تحقیقات اولیه، پشتیبان سم شناسی محکمی برای این فرضیه است که UFP ها بر روی دیگر اندام ها مثل قلب جایگزین می شود و از این رو، در افزایش شیوع و مرگ و میر بیماری های قلبی عروقی ، نقش دارد. چندین تحقیق، در مورد نقش UFP ها ، افزایش توانایی این ذرات برای نفوذ عمیق تر در ریه در مقایسه با ذرات بزرگتر را نشان داده اند(گیسر 2005، اوبردورستر 2005، اوبر دورستر و اوتل 2002). توانایی UFP ها برای فرار از موانع ، باعث می شود آنها زمان طولانی تری را در ریه باقی بمانند، بنابراین، پتانسیل جایگزینی شان را بر بخش های فوق ریوی افزایش داده و اثرشان را اعمال می کنند. دریک تحقیق که در مورد اثرات استنشاقی موش های بیابانی انجام شد، اوبر دورستر (2005)گزارش دادکه میزان قابل توجهی از که در کبد جمع شده بود، در عرض 30 دقیقه پس از استنشاق، افزایش 5 برابر رادر طی 1 روز داشت. آنها همچنین مشاهده کردند که پس از استنشاق، UFP ها با سرعت2/5 mm/hr به طرف عصب بویایی منتقل می شوند. با استفاده از مدارک موجود، هوئت( 2004) نتیجه گیری کرد که فاگوسیتوز به وسیله ی ماکروفاژهای حفره ای ( alveolar) و آندوسیتوز به وسیله ی سلول های آندوتلیال و اپی تلیال ، مسیر های مهم برای جایگزینی UFP ها بر روی جریان خون سیستمی و پس از آن دیگر بخش های فوق ریوی می باشند.
جایگیری نورونی.پتانسیل لازم برای بالابری نورونی و جایگیری ذرات استنشاق شده و پاتوژن ها در مغز که در چندین تحقیق گزارش شده است، به صورت جامع توسط اوبردورستر مورد بررسی قرار گرفت.بر اساس تحقیقات مندرج در این بررسی، عصب بویایی ، به دلیل نزدیکی زیاد پیاز و موکوس بویایی، مناسب ترین مسیر برای انتقال ذرات استنشاقی می باشد. در تحقیقاتی که با استفاده از قرار گرفتن تمام بدن موش در معرض ذرات بسیار ریز کربن سیاه انجام گرفته است، گزارش شده است که جایگیری فوق ریوی از طریق عصب بویایی، مکانیسمی مناسب و بادوام می باشد. (اوبردورستر 2002و2004). اینکه آیا این نانوذراتی که به مغز انتقال داده می شوند، باعث آسیب سلولی یا سم زایی برای مغز می شوند یا نه، هنوز ناشناخته است.
در معرض قرار گرفتن پوست و جایگیری. پوست انسان، وسیع ترین اندام در بدن می باشد که با مساحت سطح تقریبأ از بدن در برابر محیط محافظت می کند. مواد قطبی یا غیر قطبی می توانند از طریق مسیرهای پارا سلولی به درون استراتوم کورنیوم نفوذ کنند.( منون و الیس 1997). ثابت شده است که امواج فوتو مکانیکی نفوذ پذیری استراتوم کورنیوم را در محیط طبیعی افزایش می دهند و باعث گسترش فضاهای حفره ای می شوند، که نهایتأ منجر به تشکیل کانال های انتقالی برای تسهیل عبور ماکرو مولکول ها به داخل اپیدرم مناسب می گردد .(منون 2003). گزارش شده است که مداخله ی متابولیکی برای افزایش کارایی انتقال ترانس درمال دارو، از طریق نفوذپذیر کردن استراتوم درمال، کارایی بالاتری دارد. (الیاس 2002)
نفوذ ذرات بزرگتر از 1µm از طریق پوست سالم ، محدود است و فقط از جاهایی امکانپذیر است که پوست خراشیده، آسیب دیده یا کشیده شده باشد. در ارتباط با فعالیت فیزیکی، تینکل( 2003) در مدل جانوری نشان دادکه نفوذ ذرات بریلیوم 0/5 و 1µmبه درون استراتوم کورنیوم، پاسخ ایمنی سلول های واسطه ای ویژه ی هاپتون را در پی خواهد داشت. نفوذ میکرو ذرات موجود در نور خورشید به داخل استراتوم کورنیوم و روزنه های فولیکول مو گزارش شده است.( لادمان 1999). ذراتی که به پوست می رسند، می توانند به وسیله ی میکروفاژها و سلول های دندریتی ، به سیستم لنفاوی انتقال داده شوند. اگرچه که تحقیقات ثبت شده ای در مورد نفوذ نانو ذرات و مهاجرت آنها به دیگر اندام ها وجود ندارد، ولی هر کسی با مراجعه به نتایج تحقیقات انجام شده با استفاده از ذرات بریلیوم می تواند تصور کند که احتمال ورود در کارگرانی که فعالیت های مکانیکی و قدرتی دارند، بیشتر است.
در تحقیق سایتو توکسی سی تی در مورد کراتینو سیت های محیط کشت، شدووا (2003) پتانسیل قرار گرفتن در معرض SWCNT را برای تولید ROS نشان دادکه منجر به سایتو توکسی سیتی ،پیش اکسیداسیون لیپید، کاهش دادن اکسید کننده، و کاهش دوام سلولی همراه با تغییرات التراساختاری و پاتولوژیک می شود. نتیجه ی تحقیقات آنها این بود که قرار گرفتن در معرض SWCNT ناهنجار، می تواند باعث تشدید فشار اکسیداتیو و و پیدایش سم در کارگران شود.
بر اساس تحقیقات توکسولوژی اخیر، و اطلاعات انسانی محدود، ما نمایی از واکنش های پتانسیل انتقال UFP .و توالی فرضی پدیده هایی که ممکن است باعث ایجاد بیماری های قلبی عروقی، پولموناری و دیگر ا ندام ها شود را ارائه کرده ایم.
نتایج
پیشرفت ها در نانوپزشکی، فرصت های جدید و زمینه سازی برای شناسایی، تشخیص و درمان بیماری ها با استفاده از نانوذرات را فراهم می آورد. توسعه ی تجاری نانوتکتولوژی و کاربردهای فراوان آن، می تواند طیف خطرات سلامت انسانی را رها کند که در زمان حال ، هیچ یافته ی جامعی در مورد طبیعت سمی نانو ذرات وجود ندارد. بررسی تحقیقات در زمینه ی سم شناسی و احتمال تأثیرات UFPها وNP ها بر سلامتی، یک نظر اجمالی را در مورد بعضی از نمونه های سمی فراهم می آورد که ما را وادار می کند تا اثرات مضر را در برابر مزایای آنها، سبک و سنگین کنیم. به این دلیل که ما چیزهای کمی در مورد خطرات سمی نانوذرات در محیط های طبیعی و آزمایشگاهی می دانیم، قبل از تولید انبوه و استفاده، تحقیقات فارماکوکینتیک و سم شناسی ، ضروری می باشد. در این ارتباط، سازمان حفاظت از محیط زیست ایالات متحده، سازمان بین المللی تحقیقات علوم زیستی ، و انستیتو علوم خطر، گروههای کاری را تشکیل دادند که دارای کارشناسانی در زمینه های نانوتکنولوژی از دانشگاه و دولت بودند که تصمیم داشتند تا مشاهده، گزارش، وشناسایی خواص سمی نانو مواد تولید شده را امکانپذیر سازند.(اوبردورستر 2005a,2005b) . اگرچه در این زمان، مزایای نانوتکنولوژی بر اندیشه ی ما تسلط دارد، پتانسیل مورد نیاز برای نتایج ناخواسته ی سلامتی نباید نادیده گرفته شود. قطعأ تعداد زیاد ی از تحقیقات، ارتباط میان قرار گرفتن در معرض UFP ها و شیوع و مرگ و میر در افراد مسن و در معرض خطر را گزارش کرده اند. علاوه بر این، تحقیقات اخیر بر تأثیر تغییرات روز به روز غلظت های ذرات و در معرض قرار گرفتن برای یک دوره ی کوتاه مدت، به عنوان عوامل مهم در حوادث قلبی در جمعیت مستعد تأکید دارند. بنابراین، توجیه پذیر است اگر فرض کنیم که نانو ذراتی با اندازه و مساحت سطح مساوی با UFP ها، احتمالأ سبب ایجاد بیماری می شوند- بعضی از آنها با دوره ی کمون طولانی. با گسترش صنعت نانو تکنولوژی ، امکان افزایش آلودگی هوا و تهدید برای سلامت عموم مردم، فراهم می شود.
بدون شک، نانوتکنولوژی، تآثیر فراوانی بردامنه ی گسترده ی کاربردها و طبعأ بر بسیاری از جنبه های زندگی انسانی، خواهد داشت که شامل رفع آلودگی محیط زیست، تصفیه ی آب، الکتریسیته ی ارزانتر، و مدلسازی بهتر برای درمان بیماری ها می باشد. یک چالش مهم که پیش روی صنعت و دولت قرار دارد، کمبود اطلاعات در این مورد استکه آیا قرار گرفتن در معرض نانو مواد ، باعث تأثیرات مضر سلامتی می شود یا نه. گسترش راهبردهای مناسب به وسیله ی دولت برای صنایع، شامل ساخت کارخانه ها، مشاهده ی کارگرانی که در معرض قرار دارند، آزاد شدن ذرات، و ارزیابی های خطر، برای ارتقاء نانوتکنولوژی به خاطر کاربردهای پزشکی و اقتصادی آن، ضروری و لازم می باشد.