В статье рассматривается воздействие наночастиц на организм человека. Описан механизм взаимодействия клетки с наночастицами. Изучены пути проникновения частиц в организм человека и представлены наиболее опасные зоны их воздействия.
Ключевые слова: токсичность, наночастицы, кожные покровы, пути проникновения, опасные зоны.
In article impact of nanoparticles on a human body is considered. The mechanism of interaction of a cage with nanoparticles is described. Ways of penetration of particles to a human body are studied and the most dangerous zones of their influence are presented.
Keywords: toxicity, nanoparticles, integuments, ways of penetration, dangerous zones.
Токсичность наночастиц принято объяснять химической и каталитической активностью поверхности наночастиц, которая отсутствует у этого же вещества, имеющего более крупную дисперсность. Так же их высокой активностью при незначительном количестве самого распыленного вещества в воздухе и их способностью к ингаляционному, трансдермальному, транснейральному и энтеральному проникновению в любые органы и ткани человека, включая центральную нервную систему. Наночастицы по размеру сходны с рецепторами клеток и молекулами, осуществляющими сигнальную функцию. Исследования, проведенные в условиях лаборатории in vitro с использованием различных клеточных систем, показали развитие у клеток, экспонированных к наночастицам, противовоспалительных и связанных с окислительным стрессом реакций (рис. 1) [1, 4].
По результатам проведенной оценки риска наночастиц/наноматериалов (далее по тексту – НЧ/НМ) организация, проводящая исследование, составляет подробный отчет и экспертное заключение, содержащее обоснование выводов и рекомендаций в соответствии с целями и задачами, поставленными в исходном задании на проведение исследований.
Оценка риска НЧ/НМ проводится на основании критериев, отражающих вредное влияние НЧ/НМ на здоровье работников производств и население. При сравнительной оценке риска в качестве дополнительного критерия могут использоваться показатели, непосредственно не связанные с риском для здоровья человека, например, риск развития дискомфортных состояний.
Рис. 1 Гипотетический механизм взаимодействия клетки с частицами наноразмера
Существует четыре пути проникновения наночастиц в организм человека: через легкие, обонятельный эпителий, кожу и желудочно-кишечный тракт.
Наиболее доступны для наночастиц легкие. Общая поверхность легких взрослого человека 140 м2. Воздушные пути хорошо защищены от проникновения крупных частиц благодаря активному эпителию и вязкому слизистому слою на его поверхности. Но в газообменной области альвеол барьер между альвеолярной стенкой и капиллярами очень тонок, всего 500 нм и легко проницаем для наночастиц.
До 90% ингалированных 1-нм частиц оседает в назофарингеальном тракте, 5-нм частицы распределяются относительно равномерно по назофарингельному тракту, трахеобронхиальному тракту и альвеолам (~ по 30%). Частицы диаметром в 20 нм наиболее эффективно оседают в альвеолах (~ 50%). В тоже время в трахеобронхиальном и назофарингеальном регионах задерживается ~ по 15 % от их общего количества. Такое дифференцированное распределение наночастиц разных размеров в различных разделах легких неизбежно сказывается на их экстрапульмонарном распределении.
Наночастицы после ингаляции проникают в кровеносное русло по разным механизмам. Скорость этого процесса может варьировать для наночастиц разных размеров и химического состава. Но в некоторых случаях этот процесс может осуществляться очень быстро. Например, ингалированные углеродные частицы размером менее 100 нм уже через одну минуту после экспозиции можно обнаружит в крови экспериментального животного [2]
Помимо транснейронального проникновения в ЦНС, наночастицы легко преодолевают гематоэнцефалический барьер [3]. Возможны три пути проникновения наночастиц через кожу: между клеток, через клетки и через волосяные фолликулы. Например, липосомы с размерами в пределах от 20 нм до 200 нм легко «проходят» между клетками. Проникновение в организм человека через кожные покровы для наночастиц облегчается тонкостью верхнего слоя кожи — эпидермиса. Лежащий же под ним слой — дерма — очень богат макрофагами крови и тканей, лимфатическими узлами, дендритными клетками, в него «выходят» окончания сенсорных нервов пяти различных типов; все эти «обитатели» дермального слоя способны поглощать и распространять нанообъекты за пределы их первоначальной аппликации (рис. 2).
Рис. 2 Проникновение наночастиц через кожу
Специалисты пришли к выводу, что ингаляционное поступление наночастиц в организм работающих в условиях их производства является опасным для производства.
В заключении, можно сказать, что:
– наночастицы имеют большой процент оседания в организме человека.
– современные средства индивидуальной защиты не эффективны из-за высокой дисперсности наночастиц.
– существует необходимость разработки новых технологических подходов для обеспечения более высокого уровня безопасности работников.
Таким образом, оценка безопасности наноматериалов должна включать следующие основные блоки [4]:
1) методы количественного определения, обнаружения и идентификации наноматериалов в объектах окружающей среды, биологических средах и пищевых продуктах, позволяющие отличить наноматериалы от их аналогов в макродисперсной форме;
2) изучение действия наноматериалов на белки, липиды, нуклеиновые кислоты (РНК, ДНК, клеточные мембраны, рибосомы, ферменты); изучение способов проникновения наноматериалов через биомембраны, взаимодействия с мембранными рецепторами; изучение изменения свойств наночастиц в составе модельных систем, воспроизводящих различные среды живого организма (кишечное и желудочное содержимое, лимфа, кровь, моча, желчь и т.д.);
3) определение параметров хронической и острой токсичности, органотоксичности (нейротоксичность, гепатотоксичность, кардиотоксичность, иммунотоксичность и др.) и отдаленных эффектов (мутагенность, эмбриотоксичность, тератогенность, канцерогенность), а также распределения наноматериалов по органам и тканям.
Литература:
- Гусев А. И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. — М., 2007.
- Попов А.М. Вычислительные нанотехнологии: учебное пособие / А.М. Попов. – М.: КНОРУС, 2014. – 312 с.
- Brown D. M., Wilson M. R., MacNee W. et al. // Toxicol. Appl. Pharmacol. – 2001. – Vol. 175. – P. 191–199.
- Li N., Sioutas C., Cho A. et al. // Env. Heal. Persp. – 2003. – Vol. 111. – P. 455–460.
