Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine

Transkrypt

1 Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine Czasopismo Journal Instytutu Medycyny Pracy of Institute of Occupational Medicine i Zdrowia Środowiskowego w Sosnowcu and Environmental Health in Sosnowiec oraz Polskiego Towarzystwa and Polish Society Medycyny Środowiskowej of Environmental Medicine Ukazuje się cztery razy w roku It is published four times a year ZESPÓŁ REDAKCYJNY / EDITORIAL STAFF Redaktor Naczelny / Editor-in-Chief Zastępcy Redaktora Naczelnego / Deputy Editors Redaktor Tematyczny / Feature Editor Sekretarz Redakcji / Co-editor Redaktor Statystyczny / Statistical Editor Redaktor Językowy / Lingual Editor Sekretariat / Editorial Office Webmaster RADA PROGRAMOWA / EDITORIAL BOARD Przewodniczący Rady Programowej / Chairperson Członkowie z Polski / Polish Editorial Board Prof. dr hab. n. hum. Irena Adamek, Kraków Dr n. med. Edmund Anczyk, Sosnowiec Dr n. med. Piotr Z. Brewczyński, Sosnowiec Dr n. med. Zdzisław Brzeski, Lublin Prof. dr hab. n. med. Marian Dróżdż, Sosnowiec Prof. dr hab. n. med. Jerzy Filikowski, Gdynia Dr hab. n. med. prof. nadzw. Rafał Górny, Warszawa Prof. dr hab. n. med. Jan Grzesik, Sosnowiec Prof. dr hab. n. med. Janusz Hałuszka, Kraków Prof. dr hab. n. med. Wojciech Hanke, Łódź Prof. dr hab. Zofia Ignasiak, Wrocław Prof. dr hab. n. med. Marek Jakubowski, Łódź Prof. dr hab. n. med. Gerard Jonderko, Katowice Prof. dr hab. n. med. Marcin Kamiński, Katowice Prof. dr hab. n. med. Emilia Kolarzyk, Kraków Prof. dr hab. inż. Roman Knapek, Pszczyna Prof. dr hab. n. med. Aleksandra Kochańska-Dziurowicz, Katowice Prof. dr hab. n. przyr. Jerzy Kwapuliński, Sosnowiec Prof. dr hab. n. med. Henryka Langauer-Lewowicka, Sosnowiec Prof. dr hab. n. med. Zbigniew Rudkowski Prof. dr hab. n. med. Jan Grzesik Prof. dr hab. n. med. Janusz Hałuszka lek. med. Maja Muszyńska-Graca mgr Karina Erenkfeit dr hab. n. o zdr. Krzysztof Pawlicki Maria Berezowska mgr Liwia Dudzińska mgr Mariusz Migała Prof. dr hab. n. med. Gerard Jonderko Dr n. med. Danuta O. Lis, Sosnowiec Prof. dr hab. n. farm. Jan Ludwicki, Warszawa Prof. dr hab. n. med. Kazimierz Marek, Sosnowiec Prof. dr hab. n. med. Jacek Musiał, Kraków Prof. dr hab. n. med. Zofia Olszowy, Sosnowiec Prof. dr hab. n. med. Janusz Pach, Kraków Dr hab. n. med. prof. nadzw. Krystyna Pawlas, Wrocław Dr n. med. Natalia Pawlas, Sosnowiec Prof. dr hab. n. med. Władysław Pierzchała, Katowice Prof. dr hab. n. med. Zbigniew Rudkowski, Sosnowiec Prof. dr hab. n. med. Bolesław Samoliński, Warszawa Prof. dr hab. n. med. Andrzej Sobczak, Katowice Prof. dr hab. n. med. Jerzy A. Sokal, Sosnowiec Prof. dr hab. n. med. Neonila Szeszenia-Dąbrowska, Łódź Prof. dr hab. n. hum. Beata Tobiasz-Adamczyk, Kraków Prof. dr hab. n. med. Barbara Zahorska-Markiewicz, Katowice Prof. dr hab. n. med. Jan E. Zejda, Katowice Prof. dr hab. n. med. Brunon Zemła, Gliwice Dr hab. n. med. Renata Złotkowska, Katowice Prof. dr hab. inż. Jerzy Zwoździak, Wrocław Członkowie Zagraniczni / International Editorial Board Alena Bartonova, PhD, Oslo, Norway Prof. David Bellinger, PhD, Boston, USA Stephan Boese O Reilly, MD, MPH, PhD, Munich,Germany Karin Broberg Palmgren, MSc, PhD, Lund, Sweden Prof. Dmitri Chvoryk, MD, PhD, Grodno, Belarus Eva Csobod, MD, PhD, Szentendre, Hungary Miroslav Dostal, MD, Praha, Czech Republic Prof. Gyula Dura, MD, PhD, Budapest, Hungary Ruth Etzel, MD, PhD, WHO Geneva, Switzerland Donato Greco, MD, Rome, Italy Prof. Helmut Greim, MD, PhD, Munich, Germany Prof. Philippe Hartemann, MD, PhD, Nancy, France Peter van den Hazel, MD, Arnhem, Netherlands Prof. Diane E. Heck, MD, PhD, New York, USA Dorota Jarosińska, MD, PhD, EEA, Copenhagen, Denmark Prof. Ludmiła Klimackaja, MD, PhD, Krasnoyarsk, Russia Hannu Komulainen, MD, Kuopio, Finland Jan Koval, MD, Presov, Slovakia Prof. Jean Krutmann, MD, PhD, Düsseldorf, Germany Ruzena Kubinova, MD, Praha, Czech Republic Won Jin Lee, MD, MPH, PhD, Seoul, Republic of Korea Prof. Robert Malina, Dr h.c.m., PhD, Bay City, USA Dainius Martuzevicius, PhD, Kaunas, Lithuania Mark D. Miller, MD, MPH, Oackland, USA Hans Moshammer, MD, PhD, Wien, Austria Prof. Karl Ernst von Muehlendahl, MD, PhD, Osnabrück, Germany Prof. Yuriy Nechytaylo MD, PhD Tchernivtsi, Ukraine Assoc. prof. Dan Norbäck, PhD, Uppsala, Sweden Peter Ohnsorge, MD, Wurzburg, Germany Mathias Otto, PhD, DSc (Eng), Osnabrück, Germany Anna Paldy, MD, MPH, PhD, Budapest, Hungary Prof. Roberto Ronchetti, MD, PhD, Rome, Italy Peter Rudnai, MD, Budapest, Hungary Prof. Tore Sanner, MD, PhD, Oslo, Norway Piersante Sestini, MD, Siena, Italy Birute Skerliene, MD, PhD, Vilnius, Lithuania Prof. Staffan Skerfving, MD, PhD, Lund, Sweden Prof. Anne Steenhout, MD, PhD, Brussels, Belgium Loreta Strumylaite, MD, PhD, Kaunas, Lithuania Andrzej Szpakow, MD, PhD, Grodno, Belarus Prof. Gerhard Winnecke, MD, PhD, Düsseldorf, Germany

2 Adres Redakcji i Wydawcy: Instytut Medycyny Pracy i Zdrowia Środowiskowego oraz Polskie Towarzystwo Medycyny Środowiskowej ul. Kościelna Sosnowiec tel. (32) wew. 201, 202 fax (32) ms@ imp.sosnowiec.pl Editorial office and publisher s address: Institute of Occupational Medicine and Environmental Health and Polish Society of Environmental Medicine Kościelna 13 Str Sosnowiec, Poland Tel. +48 (32) ext. 201, 202 Fax: +48 (32) ms@ imp.sosnowiec.pl Warunki prenumeraty: Cena prenumeraty rocznej dla instytucji wynosi 160 zł (40 zł za jeden numer), dla odbiorców indywidualnych 100 zł (25 zł za jeden numer). Zamówienie prosimy kierować na adres: Redakcja Medycyny Środowiskowej - Environmental Medicine ul. Kościelna Sosnowiec lub ms@imp.sosnowiec.pl Zakup numeru bieżącego i numerów archiwalnych możliwy jest po dokonaniu wpłaty na konto Instytutu Medycyny Pracy i Zdrowia Środowiskowego w Sosnowcu nr: Wpłat tytułem opłaty członkowskiej można dokonywać na konto Polskiego Towarzystwa Medycyny Środowiskowej nr Osoby zainteresowane zamieszczeniem reklamy w czasopiśmie Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine prosimy o kontakt z redakcją Czasopismo ukazuje się w wersji pierwotnej drukowanej oraz w wersji elektronicznej na stronie Kwartalnik Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine jest współfinansowany ze środków Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego Subscription conditions: Annual subscription for institutions: 160 zł (40 zł one volume). Annual subscription for individuals: 100 zł (25 zł one volume). Subscription orders should be sent to the following address: Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine Editorial Office Kościelna 13 Str Sosnowiec, Poland or ms@imp.sosnowiec.pl Readers or institutions interested in subscribing the journal should send an order to the address of editorial office. Payments could be made to the account no. MILLENIUM Bank S.S. Oddział Katowice PL BIC/SWIFT: BIGBPLPWXXX of the Institute of Occupational Medicine and Environmental Health in Sosnowiec Individuals interested in printing adverts in the magazine Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine are requested to contact editor s office Journal is published in the original printed version and on Journal Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine is co-financed by the Ministry of Science and Higher Education Nakład: 100 egz. Edition: 100 copies Punktacja czasopisma: MNiSW (2012): 5 ICV (2012): 5,52 Czasopismo indeksowane jest przez: Arianta, Chemical Abstracts (CAS), Genamics Journal Seek, Google Scholar, IC Journals Master List, Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego, Polska Bibliografia Lekarska, Polish Scientific Journals Database, Ulrich stm International Periodicals Directory. ISSN

3 Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine 2014, Vol. 17, No ARTYKUŁ REDAKCYJNY Nanocząstki, nanotechnologia potencjalne zagrożenia środowiskowe i zawodowe Henryka Langauer-Lewowicka, Krystyna Pawlas PRACE ORYGINALNE Ocena jakości mikrobiologicznej powietrza w wybranych punktach usytuowanych przy głównych szlakach komunikacyjnych Krakowa Anna Lenart-Boroń, Katarzyna Juraszek Zawartości wybranych pierwiastków w strukturze mineralnej złogów pęcherzyka żółciowego Kwapuliński Jerzy, Szady Błażej, Ahnert Bożena, Swoboda Michał Ryzyko zachorowań na raka piersi u kobiet a narażenia w mikrośrodowiskach pracy Brunon Zemła, Zofia Kołosza, Elżbieta Garmulewicz Wybrane aspekty jakości życia w atopowym zapaleniu skóry Joanna Kasznia-Kocot, Karolina Reichmann, Agata Wypych-Ślusarska Efekty 3-miesięcznej dietoterapii nadwagi i otyłości. Opis trzech przypadków Małgorzata Anna Słowińska, Beata Krusińska, Paulina Butrym PRACE POGLĄDOWE Zagrożenia zdrowotne w środowisku górskim Jakub Krzeszowiak, Aleksandra Michalak, Krystyna Pawlas Polimorfizmy w genach naprawy DNA a uszkodzenia indukowane przez ołów analiza piśmiennictwa Elżbieta Olewińska KOMUNIKATY Komunikat 75 Regulamin publikowania prac wskazówki dla Autorów

4 Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine 2014, Vol. 17, No EDITORIAL Nanoparticles, nanotechnology potential environmental and occupational hazards Henryka Langauer-Lewowicka, Krystyna Pawlas ORIGINAL PAPERS Assessment of microbiological quality of air in the selected sites situated by the main roads of Kraków Anna Lenart-Boroń, Katarzyna Juraszek Contents of selected elements in the mineral structure of gallstones Kwapuliński Jerzy, Szady Błażej, Ahnert Bożena, Swoboda Michał The breast cancer incidence risk among females and a hazards in the microenvironments of work Brunon Zemła, Zofia Kołosza, Elżbieta Garmulewicz Selected aspects of quality of life in atopic dermatitis Joanna Kasznia-Kocot, Karolina Reichmann, Agata Wypych-Ślusarska The effects of 3-months dietotherapy of overweight and obesity. Description of three cases Małgorzata Anna Słowińska, Beata Krusińska, Paulina Butrym REVIEW PAPERS Health hazard in mountain environment Jakub Krzeszowiak, Aleksandra Michalak, Krystyna Pawlas DNA repair genes polymorphisms and damages induced by lead a literature review Elżbieta Olewińska ANNOUNCEMENTS Invitation 75 Instructions to Authors

5 Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine 2014, Vol. 17, No Od Redaktora Szybko rozwinął się nowy dział chemii, tj. nanotechnologia i rozwój nanomateriałów oraz ich ogromne wszechstronne zastosowanie, także m.in. w medycynie, zdrowiu środowiskowym iwinnych dziedzinach życia. Czytelnicy mogą zaznajomić się z tym tematem, który jest przedstawiony w pracy redakcyjnej w obecnym wydaniu MŚ-EM. Prace oryginalne otwiera studium dotyczące higieny powietrza zewnętrznego na ulicach Krakowa. Pora roku i warunki atmosferyczne (szczególnie okres jesieni) mają istotny wpływ na stężenie aerozolu mikrobiologicznego, w tym na wysokie stężenie promieniowców. Kolejna praca przedstawia stężenie metali Ti, Li, Mo, Sr, Ca, Mg, Na, K w złogach pęcherzyka żółciowego osób na dwóch obszarach różnych środowiskowo. Pytanie, czy kamienie żółciowe mogą służyć w praktyce jako materiał do badania biomarkerów środowiskowych, biorąc pod uwagę brak standardu i trudności z uzyskaniem takiego materiału? W studium epidemiologiczno-środowiskowym przebadano dwie populacje kobiet, tj. autochtonki 540 przypadków chorych na raka piersi i 687 przypadków kontrolnych (są to kobiety urodzone na terenie woj. śląskiego) oraz imigrantki 319 przypadków chorych i 446 nie-chorych (wszystkie kobiety urodzone poza woj. śląskim). Narażenia w miejscach pracy uznano za mało istotne w ryzyku raka piersi, bez różnicy pochodzenia regionalnego. Kolejna praca oryginalna oparta o własną ankietę Autorów w oparciu o dane od 75 pacjentów, przedstawia dolegliwości chorobowe, fizyczne i psychiczne z powodu atopowego zapalenia skóry, które pojawia się obecnie znacznie częściej niż dawniej i to prawdopodobnie z powodu zmian środowiskowych. Kazuistykę reprezentuje opis leczenia dietetycznego otyłości u 3 pacjentów jest to przykład możliwości skutecznego leczenia niefarmakologicznego, w oparciu o wiedzę dietetyczną. Pracą poglądową jest opis fizjologii i patologii związanej z przebywaniem na bardzo znacznej wysokości. Środowisko górskie oddziałuje bodźcowo na organizm człowieka, wywołuje korzystne zmiany adaptacyjne. Jednak klimat górski oraz gwałtownie zmieniająca się pogoda, mogą oddziaływać negatywnie na zdrowie człowieka, a nawet zagrażać życiu. W aktualnej tematyce nadal znajduje się obciążenie ołowiem środowiska i ludzi, a zagadnieniem bardzo ważnym z punktu widzenia profilaktyki jest polimorfizm genetyczny obciążonego ołowiem organizmu polimorfizmy w genach naprawczych mogą wpływać na szybkość i efektywność naprawy, a zatem kształtować wrażliwość osobniczą na ołów obecny w środowisku. Artykuł poglądowy na ten temat zamyka tę edycję MŚ-EM. Redaktor Naczelny Prof. dr hab. n. med. Zbigniew Rudkowski

6

7 Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine 2014, Vol. 17, No. 2, Nanocząstki, nanotechnologia potencjalne zagrożenia środowiskowe i zawodowe Nanoparticles, nanotechnology potential environmental and occupational hazards Henryka Langauer-Lewowicka Krystyna Pawlas Instytut Medycyny Pracy i Zdrowia Środowiskowego w Sosnowcu Dyrektor: dr n. med. P. Z. Brewczyński Prof. Henryka Langauer-Lewowicka Prof. Krystyna Pawlas STRESZCZENIE Artykuł omawia aktualny stan wiedzy nt. ryzyka związanego z wpływem nanocząstek projektowanych i nanotechnologii na środowisko i zdrowie. Nanotechnologia znalazła szerokie zastosowanie m.in. w ochronie zdrowia, rolnictwie, transporcie, energetyce, technologiach informatycznych. Szeroko debatowane są obecnie zarówno dobrodziejstwa, jak ryzyko, związane z zastosowaniem nanocząstek projektowanych. Do najważniejszych zadań nauki o nanocząsteczkach należy opracowanie właściwych kryteriów oceny ryzyka, związanego z narażeniem środowiskowym i zawodowym na nanomateriały. Słowa kluczowe: nanocząstki, nanotechnologia, ocena narażenia, identyfikacja zagrożeń, ocena ryzyka, zdrowie człowieka SUMMARY The paper presents some information about current state of knowledge of the risk of engineered nanoparticles and nanotechnology for the environment and human health. The nanotechnology influences all industrial and public sectors including healthcare, agriculture, transport, energy, information and communication technologies. Both, the potential benefits and risks, associated with the application of engineered nanoparticles have been widely debated in recent years. The most important problem for the future research is the evaluation of the risk associated with nanomaterials exposure. Key words: nanoparticles, nanotechnology, exposure assessement, hazard identification, risk assessement, human health Określenie nanocząstka zostało zaczerpnięte z języka greckiego, w którym słowo nano oznacza karła. Nanocząstka jest fragmentem materii o wymiarze nie przekraczającym 100 nanometrów (nm). Natomiast jeden nanometr jest to jedna bilionowa metra. Dla porównania szerokość ludzkiej krwinki czerwonej wynosi 7000 nm, DNA 2,5 nm, pojedynczego atomu węgla ok. 0,15 nm [1, 2]. Nanocząstki stanowią naturalny składnik biosfery od milionów lat, a populacja generalna oraz fauna i flora mają z nimi kontakt od zarania swojego istnienia [3, 4]. Stała emisja nanocząstek do atmosfery jest wynikiem naturalnych procesów erozji, rozkładu, utleniania minerałów, związków organicznych, jak również wiąże się z obecnością sadzy, tworzącej się pod- Nadesłano: Zatwierdzono do druku: Niniejszy materiał jest udostępniony na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa 3.0 PL. Pełne postanowienia tej licencji są dostępne pod:

8 8 Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine 2014, Vol. 17, No. 2 Henryka Langauer-Lewowicka, Krystyna Pawlas: Nanocząstki, nanotechnologia potencjalne zagrożenia środowiskowe i zawodowe czas niepełnego spalania różnych materiałów, m.in. paliw, produktów pochodzenia roślinnego. Erupcje wulkaniczne, pożary dużych obszarów leśnych przyczyniają się do okresowo występującego nasilenia emisji [5, 6]. Oprócz cząstek pochodzących z naturalnych źródeł, do biosfery emitowane są również nanocząstki pochodzenia antropogenicznego, które często określa się jako ultradrobne (ultrafine). Powstają one jako produkty uboczne różnych procesów, m.in. gotowania, smażenia, spalania opału, emisji spalin, głównie z silników diesla. Aktualnie największymi emiterami nanocząstek są procesy technologiczne odbywające się w wysokich temperaturach [2]. W miarę rozwoju cywilizacji, uprzemysłowienia i motoryzacji, obecność nanocząstek w atmosferze stale wzrasta. Wzrost ten związany jest w znacznej mierze z szybkim rozwojem nanotechnologii. Ta nowa gałąź przemysłu mogła powstać dzięki tworzeniu przez człowieka celowo zaprojektowanych nanocząstek (engineering nanoparticles), które umożliwiły produkowanie nanomateriałów o określonych właściwościach, umożliwiły również miniaturyzację wielu urządzeń. Obecnie produkty z udziałem nanomateriałów mają zastosowanie niemal we wszystkich dziedzinach życia. Według definicji Amerykańskiej Narodowej Inicjatywy Nanotechnologicznej (US Nanotechnology Initiative 2001) Nanotechnologia to procesy wytwarzania nanomateriałów, których struktura i składniki wykazują nowe, znaczące właściwości fizyczne, chemiczne i biologiczne [6]. Pierwszymi wizjonerami nanotechnologii byli Amerykanie R. Feynman ( ) oraz K.E. Drexler (ur. w 1955 r.). Fizyk, noblista Richard P. Feynman, jeden z głównych twórców elektrodynamiki kwantowej, w pracy z 1960 r. pt. There is plenty of room at the bottom, przedstawił obraz świata, w którym będzie można budować dowolne struktury złożone z pojedynczych atomów. W referacie wygłoszonym na Zjeździe Amerykańskiego Towarzystwa Fizyków zadał pytanie: Czemu by nie zapisać wszystkich 24 tomów Encyklopedia Britannica na główce od szpilki [7]. Słowa te stanowiły zwiastun przyszłej nanotechnologii. K.E. Drexler przewidywał, iż dzięki celowo projektowanym nanocząstkom, pojawi się możliwość wytwarzania rozmaitych urządzeń w skali nanometrycznej [7]. Na rozwój nanotechnologii znacząco wpłynęło skonstruowanie mikroskopu tunelowego (Heinrich Rohrer i Gerard Binning 1981 r.), który umożliwia budowanie struktury i przeprowadzanie operacji na materiale z dokładnością do pojedynczych atomów. Duży wpływ miało również odkrycie pierwszych nanomateriałów fulerenów (Harald Kroto 1996 r.) i nanorurek węglowych (Sumio Jijima 1991 r.) [8]. NANOCZĄSTKI PROJEKTOWANE Kryteria podziału nanocząstek uwzględniają głównie pochodzenie i skład chemiczny. Ze względu na pochodzenie dzielą się na naturalne, tj. występujące w biosferze niezależnie od działalności człowieka oraz związane z jego działalnością, czyli celowo projektowane (inżynieryjne), jak również niezamierzone, do których zalicza się produkty uboczne związane z procesami nanotechnologicznymi [6]. Ze względu na skład chemiczny podział uwzględnia pochodzenie organiczne (wirusy, fulereny, nanorurki węglowe, dendrymery) oraz nieorganiczne tj. metale, m.in. Ag, Au, Cu, tlenki metali TiO 2, ZnO, CuO, tlenki indu (In), cyny (Sn), ceru (Ce), glinu (Al) i innych metali ziem rzadkich, kropki kwantowe, jonowe materiały ceramiczne [10]. Fulereny są ciałami stałymi. Ich nazwa pochodzi od nazwiska Amerykanina R. Buckminster Fullera. Fulereny zawieraja od atomów węgla. Ich powierzchnia złożona jest z układu sprzężonych pierścieni węgla. Występują w niewielkiej ilości w sadzy węglowej, w niektórych skałach, m.in. w szungicie, są obecne w przestrzeni kosmicznej. Dla potrzeb technologii otrzymywane są odpowiednimi metodami. Ich światowa produkcja wynosi obecnie kilkanaście ton. Posiadają właściwości nadprzewodzące i półprzewodnikowe. Ich budowa pozwala na umieszczanie wewnątrz cząsteczki innych związków chemicznych, np. leków. Najpopularniejszym fulerenem jest C 60. Strukturalnymi izomerami fulerenów są nanorurki węglowe, mające postać walców. Ich właściwości zbliżone są do posiadanych przez fulereny. Nanorurki mają dużą powierzchnię właściwą, dzięki czemu mogą być wykorzystywane jako materiały sorpcyjne. Z naniesionymi metalami (Cu, Ag, Cr) są dobrymi adsorbentami w środkach ochrony przed zanieczyszczeniami lotnymi. Przypuszcza się, że mogą odgrywać podobną rolę jak krzem w półprzewodnikach. Istnieją możliwości wykorzystania ich jako światłowodów. Grafen zbudowany z atomów węgla posiada grubość jednego atomu. Otrzymywany jest wieloma metodami. Dobrze przewodzi ciepło i elektryczność, jest 100 razy mocniejszy od stali, a równocześnie bardziej elastyczny. Nadaje się do wytwarzania odnawialnej energii baterii słonecznych, do wykrywania pojedynczej cząsteczki szkodliwej substancji, co

9 Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine 2014, Vol. 17, No. 2 Henryka Langauer-Lewowicka, Krystyna Pawlas: Nanocząstki, nanotechnologia potencjalne zagrożenia środowiskowe i zawodowe 9 może mieć zastosowanie np. w monitorowaniu środowiska [11]. Dendrymery, to syntetyczne polimery o kulistej strukturze, zbudowane z różnych cząsteczek chemicznych. Na ich powierzchni wbudowane są aktywne grupy, m.in. aminowe, hydroksylowe, karboksylowe, do których można przyłączać inne związki, np. leki. Natomiast pusta przestrzeń w dendrymerowej kuli pozwala na umieszczenie w niej odpowiedniej substancji (leku) w celu dostarczenia jej do określonego miejsca w organizmie. Syntezą dendrymerów i możliwością zastosowania ich w terapii nowotworów zajmuje się wiele ośrodków europejskich, w tym również w Polsce. Na razie prace nad denrymerami prowadzone są in vitro, badań klinicznych dotychczas nie podejmowano. Aktualnie dendrymery pozostają nadzieją medycyny. Oprócz tworzenia nanocząstek pochodzenia organicznego, szerokie zastosowanie mają również nanocząstki nieorganicznej natury, projektowane w oparciu o niektóre metale, m.in. Ag, Au, Cu, a także tlenki metali, m.in. tytanu, cynku, miedzi, a także jonowe materiały ceramiczne [5]. Rozmiary nanometryczne posiadają kropki kwantowe, będące nanokryształami otrzymywanymi laboratoryjnie. Przypuszcza się, iż w niedalekiej przyszłości mogą one stać się idealnym źródłem światła [2]. Aktualnie wykorzystywane są w biologii i medycynie, głównie w diagnostyce immunofluorescencyjnej, która pozwala na ocenę struktur wewnątrzkomórkowych, śledzenie procesów zachodzących zarówno w obrębie komórki jak i w przestrzeniach międzykomórkowych. Uważa się, że zastosowanie kropek kwantowych pozwoli na wykrywanie komórek rakowych, znakowanie DNA. Kropki kwantowe złożone np. z atomów złota lub krzemu, umożliwią śledzenie wędrówki wirusa. Oczekuje się zbudowania odpowiednich nanourządzeń, dostarczających porcje leków bezpośrednio do komórki. Będzie to szczególnie ważne w terapii nowotworów dla zminimalizowania jej skutków ubocznych [12]. ZASTOSOWANIE NANOMATERIAŁÓW Bardzo szeroki wachlarz zastosowań nanomateriałów w wielu technologiach prowadzi do stałego wzrostu produktów z ich udziałem. Ich liczbę szacuje się na ponad Prognozowaną produkcję na lata ocenia się na 58 tys. ton nanomateriałów. W 2004 r. wielkość ta wynosiła 2 tys. ton [4]. Inwestycje związane z otrzymywaniem nanocząstek w 2005 r. wynosiły 10 miliardów dolarów, planowane na lata wzrosną do 1000 miliardów w skali światowej. Nanomateriały wykorzystuje wiele branż przemysłowych, m.in. przemysł chemiczny, samochodowy, lotniczy, zbrojeniowy, tekstylny, obuwniczy, elektroniczny, spożywczy, farmaceutyczny. Mają one również zastosowanie w budownictwie, energetyce, w wyrobach gospodarstwa domowego, w kosmetyce, medycynie. Nieodzowne są obecnie do produkcji filtrów przeciwsłonecznych, szkła odpornego na zarysowania, nanopowłok fotokatalitycznych, zdolnych do usuwania zanieczyszczeń atmosferycznych. Dzięki właściwościom bakteriostatycznym i dezodoracyjnym nadają się do wytwarzania nanopowłok, stosowanych do pokrywania wanien, umywalek, zlewozmywaków, sal szpitalnych oraz innych powierzchni o dużym natężeniu zapachów. Farby zawierające nanokompozyty zapobiegają bioobrastaniu kadłubów okrętowych [7]. Przewiduje się, iż w najbliższym czasie nanomateriały znajdą zastosowanie w inżynierii środowiskowej do monitorowania zanieczyszczeń i oczyszczania [13]. Nanocząstki w medycynie i kosmetologii Nanokompozyty znalazły obecnie zastosowanie w diagnostyce, terapii farmakologicznej i rehabilitacji. Przewiduje się, że w przyszłości zaistnieją znacznie większe możliwości wykorzystania nanocząstek w charakterze nośników leków, jak również śledzenia progresji niektórych chorób [14]. Obecnie stosowane w onkologii niektóre leki, m.in. loperamid, dexorubicyn, oparte na nanotechnologii, łatwo przechodzą przez barierę hematoencefaliczną osiągając odpowiednie stężenie w mózgu [14]. Nanomateriały wykorzystuje się przy konstruowaniu miniaturowych czujników, sond diagnostycznych, zastawek serca, plastrów leczniczych, sztucznych stawów. W implantach wzmagają ich bioaktywność i biokompatybilność [15]. Bakteriobójcze działanie nanocząstek srebra może być przydatne w materiałach opatrunkowych. Nanomedycyna obiecuje możliwość wykrywania zmian przedklinicznych, odbudowę neuronów w chorobie Alzheimera i Parkinsona, zapobieganie ostrym incydentom mózgowym [16]. W kosmetykach nanocząstki zwiększają skuteczność oraz przyswajalność aktywnych składników. Obecne są w kremach odżywczych, produktach przeznaczonych do higieny jamy ustnej (nanozioła). Tlenki tytanu i miedzi grają rolę filtrów promieniowania UV w kremach do opalania. Nanocząstki srebra i miedzi mogą w przyszłości zastąpić konserwanty stosowane obecnie w kosmetykach.

10 10 Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine 2014, Vol. 17, No. 2 Henryka Langauer-Lewowicka, Krystyna Pawlas: Nanocząstki, nanotechnologia potencjalne zagrożenia środowiskowe i zawodowe Nanocząstki w przemyśle spożywczym W przemyśle spożywczym nanocząstki stanowić będą w przyszłości alternatywę dla opakowań z tworzyw sztucznych. Obecnie znaczna część opakowań żywności wykonana jest z kompozytów polimerowych. W przyszłości pojawią się na rynku opakowania o właściwościach bakteriobójczych [2]. Nanomateriały mogą mieć zastosowanie przy produkowaniu żywności. Na razie nie jest to praktykowane ze względu na wysokie koszty. Dotychczas wdrożone zostało nanomielenie, które pozwala uzyskać mąkę o wysokiej zdolności wiązania wody, a także ultradrobnego proszku zielonej herbaty o właściwościach silnie antyoksydacyjnych. Nanoemulsje stosowane są w procesie uzyskiwania śmietany o obniżonej zawartości tłuszczu. Przewiduje się, że w przyszłości pojawi się tzw. żywność personalizowana, dostosowana zapachem, smakiem, stopniem uwalniania składników odżywczych do potrzeb indywidualnych konsumentów [15, 17]. W agrosystemach nanokompozyty wykorzystywane są w celu zwiększenia plonów. Stymulują bowiem wzrost roślin, chronią przed szkodnikami (nanocu działa grzybobójczo). Nanomateriały stosowane są również w charakterze adsorbentów, do oczyszczania wody pitnej, a także do dezynfekcji [23]. OCENA NIEPOżĄDANEGO DZIAŁANIA NANOCZĄSTEK PROJEKTOWANYCH Szybki rozwój nanotechnologii rodzi problemy dotyczące istnienia zagrożeń, związanych z emisją do atmosfery, akwenów i gleby. Nasuwają się pytania odnośnie toksyczności nanocząstek dla organizmów, prawdopodobieństwa degradacji środowiska naturalnego, metod oceny zagrożenia, konieczności podejmowania działań legislacyjnych, regulujących normatywy środowiskowego i zawodowego narażenia [3, 18]. Aktualne rozważania nt. ryzyka zdrowotnego mają charakter bardziej spekulatywny aniżeli realistyczny [19]. Zajmujący się nanoproblematyką podkreślają, iż mimo prowadzonych dotąd badań, nadal nie potrafimy ilościowo ocenić istniejącego zagrożenia [20]. Toksyczność poszczególnych nanocząstek jest bardzo zróżnicowana dlatego nie można ustalić wspólnego kryterium. Każda nanocząstka w zależności od materiału, z którego została utworzona (C, Ti, Ag, Au, Cd) charakteryzuje się inną strukturą, kształtem, powierzchnią, właściwościami fizycznymi i chemicznymi, rozpuszczalnością, cytotoksycznością [21, 22]. Oceny toksyczności nanocząstek dokonuje się w odniesieniu do poszczególnych organizmów: ssaków, bakterii, pierwotniaków, skorupiaków, glonów, roślin [23, 24]. Toksyczność dla grupy ssaków bada się głównie u gryzoni (myszy, szczury). Bardzo niewiele jest prób oceny stanu zdrowia ludzi [3] narażonych zawodowo. Nieliczne badania prowadzone na ludzkich liniach komórkowych metodą kometową, ujawniły wyraźne uszkodzenia DNA. U eksperymentalnych gryzoni, nanocząstki TiO 2 oraz Au wywołują zmiany w węzłach chłonnych, wątrobie i mięśniu sercowym. Nanocząstki Ag, Fe, Ti uszkadzają mitozę komórkową [25], manganu prowadzą do spadku poziomu dopaminy w mózgu, a także do jego nagromadzenia w opuszce węchowej, móżdżku i korze mózgowej. Nanocząstki srebra gromadzą się w narządach wewnętrznych, łatwo przechodzą przez barierę krew-mózg. Nanocząstki mogą wywierać również efekt genotoksyczny w sposób bezpośredni (stres oksydacyjny) i pośredni (reakcje zapalne). Dotyczy to głównie nanocząstek tlenku cynku, dwutlenku krzemu, dwutlenku tytanu i nanorurek [26]. Do badań toksyczności nanocząstek najczęściej wykorzystywane sa bakterie, m.in. Escherichia coli. Nanocząstki ZnO i TiO 2 działają na bakterie mutagennie, wywołują deformację błon cytoplazmatycznych. Badania ekotoksyczności przeważnie prowadzi się na glonach. Nanocząstki (m.in. TiO 2 ) hamują ich rozwój w wyniku adsorpcji na powierzchni komórek [24]. Skorupiaki to grupa również często wykorzystywana do oceny ekotoksyczności. Nanocząstki upośledzają u nich asymilację pokarmu, zwiększają śmiertelność młodych osobników, zmniejszają zdolność do reprodukcji [27]. U ryb nanocząstki obniżają zdolność do zapłodnienia wskutek gromadzenia się w spermie. TiO 2 adsorbuje się na oskrzelach, gromadzi się w wątrobie, nerkach oraz w mózgu [28]. Niektóre nanocząstki działają toksycznie na rośliny na drodze hamowania kiełkowania i ukorzenienia (wpływ Zn, ZnO, CeO 2 ) [29]. MECHANIZM DZIAŁANIA W środowiskowym aerozolu obecne są zarówno ultradrobne cząstki, stanowiące tło, jak i projektowane dla potrzeb nanotechnologii. Do organizmów przenikają drogą wziewną, przezskórną oraz przez przewód pokarmowy. Zasadniczy mechanizm niepożądanego działania polega na wywoływaniu stresu oksydacyjnego w wyniku gromadzenia się wol-

11 Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine 2014, Vol. 17, No. 2 Henryka Langauer-Lewowicka, Krystyna Pawlas: Nanocząstki, nanotechnologia potencjalne zagrożenia środowiskowe i zawodowe 11 nych rodników tlenowych [31]. Wskazują na to liczne prace doświadczalne, prowadzone in vitro. Nanocząstki wywołują spadek poziomu zredukowanego glutationu, aktywności dysmutazy nadtlenkowej oraz wzrost peroksydacji lipidów. Stres oksydacyjny wywołuje dysfunkcję organelli komórkowych, zaburzenia transportu elektronów w mitochondriach. Nanocząstki projektowane mogą wywoływać uszkodzenia DNA. Wskazują na to wyniki testu kometowego wykonane na liniach komórkowych (ssaki, skorupiaki, ryby) poddanych działaniu nano S 1 O 2, Cu, ZnO. Nie wyklucza się genotoksycznego działania, zwłaszcza nanocząstek tlenku cynku, dwutlenku krzemu, dwutlenku tytanu i nanorurek [26]. Działanie nanocząstek zależy w dużej mierze od drogi wchłaniania [30, 31]. Toksyczność wchłanianych doustnie nie znalazła dotąd jednoznacznego potwierdzenia, natomiast nie wyklucza się alergizacji oraz niepożądanego wpływu na układ odpornościowy [2]. Toksyczne zmiany skórne mają charakter podrażnienia z odczynem alergicznym. Najwięcej nanocząstek przenika przez drogi oddechowe. W atmosferze wszechobecne są nanocząstki pochodzenia naturalnego i antropogenicznego. Szacuje się, że w ciągu jednej godziny człowiek wdycha ok. miliona tych cząstek, z czego co najmniej połowa może dostać się do płuc [2]. Wg danych z 2006 r. European Commission Health Consumer Protection Directoriate General, zawartość nanocząstek w powietrzu wsi i miast jest identyczna ( /l powietrza). Na wsi pochodzi z utleniania lotnych związków pochodzenia biogennego i antropogenicznego. W mieście źródłem kontaminacji są głównie motory diesla i katalizatory samochodowe [32]. Duże jednorazowe dawki w eksperymencie wywoływały ostre zmiany zapalne w płucach (działanie nano Zn, ZnO, TiO 2 ) [24]. W przewlekłej ekspozycji, dzięki małym rozmiarom wnikają głęboko do tkanki płucnej, skąd drogą hematogenną dostają się do narządów wewnętrznych i ośrodkowego układu nerwowego. W płucach wywołują przewlekłe zmiany zapalne [9]. Jednościenne nanorurki węglowe strukturalnie zbliżone do włókien azbestu mogą działać zwłókniająco na tkankę płucną [1]. Toksyczność nanocząstek atmosferycznych zależy od ich chemicznego składu. Chow i Watson [33] dokonali przeglądu 25 pozycji literaturowych, dotyczących chemicznej struktury nanocząstek. Badania zostały przeprowadzone w różnych środowiskach (wieś, miasto, pobliże emitera przemysłowego, morska strefa przybrzeżna, centrum miasta) kilku regionów świata (Europa, USA, Japonia, Azja). Okazało się, że w większości badanych miejsc największy udział ilościowy miały cząsteczki pochodzenia organicznego. Toksyczność danej nanocząstki może wzrastać w sytuacji, gdy na jej powierzchni znajdą się dodatkowo inne substancje chemiczne, np. dioksyny. Toksyczność zależy również od reaktywności z endogennymi proteinami, lipidami, polisacharydami [3]. ZACHOWANIE SIę NANOCZĄSTEK W ŚRODOWISKU Zagrożenia związane z obecnością nanocząstek projektowanych dotyczą narażenia środowiskowego, zawodowego i konsumenckiego. W odniesieniu do środowiska naturalnego w skali globu bierze się pod uwagę wpływ na klimat z tego względu, że nanocząstki są prekursorami tworzenia się większych cząstek, mogą wchodzić w interakcje z innymi cząsteczkami i molekułami atmosfery, mogą przyczyniać się do zmiany składu chemicznego powietrza [34, 35]. W środowisku wodnym zachowanie nanocząstek projektowanych zależy od ich rozpuszczalności, reaktywności ze środowiskiem chemicznym, interakcji z niektórymi procesami biologicznymi. Ze względu na niską masę wolniej sedymentują, tym samym dłużej pozostają w wodzie, stanowiąc zagrożenie dla rozwoju żyjących w tym środowisku organizmów [19]. Zachowanie się nanocząstek w glebie jest bardzo zróżnicowane. W zależności od natury chemicznej, niektóre po wchłonięciu przez glebę stają się obojętne, inne zachowują swoje właściwości toksyczne. Szczególnie oporne na biodegradację są fulereny [19]. Nanocząstki projektowane mogą w środowisku podlegać biodegradacji, mogą zmieniać swoje właściwości chemiczne i fizyczne. Mechanizmy tego procesu nie zostały dotąd poznane. Większość nanocząstek mających zastosowanie w nanotechnologii została utworzona z materiałów nie podlegających degradacji, m.in. ceramiki, metali, tlenków metali. Okazuje się, że fulereny C 60 ic 70 mogą zostać całkowicie zmetabolizowane przez niektóre gatunki grzybów. Niektóre nanocząstki podlegają w środowisku chemicznej transformacji np. nanofe, które utlenia się do FeO. Inne nanocząstki, np. Zn, Cu, Si utleniając się w powietrzu, stają się bardziej toksyczne. Największe zagrożenie mogą stanowić wolne, pojedyncze nanocząstki ze względu na zdolność przenikania przez większość barier biologicznych (np. bariery krew-mózg) [7, 35, 36].

12 12 Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine 2014, Vol. 17, No. 2 Henryka Langauer-Lewowicka, Krystyna Pawlas: Nanocząstki, nanotechnologia potencjalne zagrożenia środowiskowe i zawodowe NARAżENIE ZAWODOWE Niepożądany wpływ cząstek o wymiarach nanometrycznych może pojawić się w wyniku działania projektowanych, na wielu stanowiskach pracy. Znaczne zagrożenia zdrowia występują w laboratoriach placówek naukowych zajmujących się nanoproblematyką, w szczególności syntetyzowaniem projektowanych nanocząstek, przydatnych w nanotechnologii. Nie mniejsze zagrożenia dotyczą sektora otrzymywania nanokompozytów na skalę przemysłową. Kontakt z nanocząstkami występuje przy obsłudze wszystkich procesów technologicznych z udziałem nanomateriałów. Narażenie występuje nie tylko w toku produkcji wyrobów z udziałem nanokomponentów, ale również podczas pakowania, transportu, magazynowania gotowych produktów. Do znacznej emisji nanocząstek dochodzi podczas szlifowania, cięcia, wiercenia, remontów, ręcznego spryskiwania nanofarbami, czyszczenia nanourządzeń [19]. Szczególnie zagrożony może być personel medyczny placówek onkologicznych stosujących niektóre leki przeciwnowotworowe. Nanocząstki emitowane są w odlewniach żeliwa, podczas spawania, wytapiania, zgrzewania, wulkanizacji, lutowania oraz w trakcie innych procesów technologicznych wymagających obróbki w wysokiej temperaturze [37, 38]. Informacje o niepożądanym działaniu nanocząstek projektowanych uzyskane z badań doświadczalnych na ssakach wskazują na prawdopodobieństwo zagrożeń zdrowia w narażeniu zawodowym. Gwałtowny rozwój nanotechnologii stwarza potrzebę intensyfikacji badań zmierzających do określenia realnego ryzyka zdrowotnego związanego z ekspozycją zawodową. Nieprzerwanie trwają prace dotyczące laboratoryjnej syntezy nowych nanocząstek, czyli uzyskiwania cząstek o nieznanych cechach, niewiadomej kinetyce i dystrybucji [15]. Rodzi to nieustanną potrzebę oceniania roli nowopowstałych nanocząstek w środowisku [35, 36]. Mimo wielu ukierunkowanych starań, dotąd nie potrafimy wiarygodnie oceniać istniejącego zagrożenia zarówno środowiskowego jak i zawodowego [4]. Brakuje informacji o liczbie narażonych zawodowo, o stężeniach nanocząstek na najbardziej zagrożonych stanowiskach. Na obecnym etapie badań nie rozporządzamy metodami wiarygodnej oceny toksyczności poszczególnych rodzajów nanocząstek, ponieważ nie wiemy dokładnie jakie właściwości danej nanocząstki decydują o jej toksyczności stężenie liczbowe, masa, rozmiar, powierzchnia czy kształt. Dostępne urządzenia pozwalają na ocenę poszczególnych parametrów są to fotometry laserowe, liczniki cząstek, skaningowe klasyfikatory [2]. Nie wszystkie aparaty są przenośne, dlatego nie mogą być zastosowane do pomiarów na stanowiskach pracy. Do oznaczania niektórych nanocząstek używa się próbników indywidualnych. Metodyka oceny stężeń nie została dotąd ujednolicona dlatego uzyskane wyniki nie są porównywalne. NARAżENIE KONSUMENCKIE Szeroki kontakt populacji generalnej z nanoproduktami wynika z użytkowania wielu sprzętów i urządzeń wyprodukowanych z udziałem nanokompozytów. Dotyczy to m.in. sprzętu gospodarstwa domowego, zabawek, kosmetyków, wyrobów elektronicznych, odzieży, produktów żywnościowych oraz ich opakowań. Odnośnie większości wyrobów nie posiadamy informacji o zawartości w nich nanokomponentów ani o liczbie użytkowników [39]. Na szczególną uwagę zasługuje sektor spożywczy oraz akceptacja społeczna nanotechnologii. Prowadzone rozeznanie wskazuje na ograniczoną wiedzę konsumentów odnośnie nanotechnologii, zwłaszcza jej udziału w przemyśle spożywczym. Większy sceptycyzm charakteryzuje Europejczyków aniżeli Amerykanów [40]. W USA i Kanadzie nanotechnologia postrzegana jest przez konsumentów żywności bardziej pozytywnie aniżeli modyfikacje genetyczne. Ocena odbioru społecznego różnych innowacji wprowadzanych w odniesieniu do żywności, np. antybakteryjnych opakowań, nanopowłok chroniących, wykazała ich korzystne postrzeganie [41, 42]. Nanotechnologia mimo korzyści jakie przynosi stanowi nadal temat szerokiej debaty, dotyczącej potencjalnych zagrożeń dla środowiska [20]. Uważa się, że stale rosnące zapotrzebowanie na nanoprodukty może doprowadzić do destabilizacji i tak już zagrożonej bioróżnorodności w skali globu [43]. Wpływ nanocząstek projektowanych na zdrowie pozostaje tylko w sferze spekulacji. Posiadane informacje nt. toksycznego działania poszczególnych nanocząstek projektowanych oparte są na eksperymentach in vivo oraz in vitro. Są one z reguły krótkotrwałe, natomiast kontakt środowiskowy jest długotrwały. Wszyscy autorzy zajmujący się nanoproblematyką podkreślają konieczność intensyfikacji interdyscyplinarnych badań, które pozwolą na opracowanie klasyfikacji bezpiecznych nanotechnologii, unifikacji metod adekwatnej oceny ryzyka, udostępnienie zbioru regulacji prawnych [1, 4, 5, 7, 16, 33, 44].

13 Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine 2014, Vol. 17, No. 2 Henryka Langauer-Lewowicka, Krystyna Pawlas: Nanocząstki, nanotechnologia potencjalne zagrożenia środowiskowe i zawodowe 13 Całokształtem problematyki nanozagrożeń zajmuje się utworzone w 2008 r. International Alliance for Nano-Environmental Health and Safety Harmonization. Jest to sieć badawcza złożona z instytutów w USA, Anglii i Szwajcarii [19]. BIBLIOGRAFIA 1. Warheit D.B., Sayes M.Ch., Reed K.L., et al.: Health effects for assesing hazards and risk. Pharmacol. Therapeutics 2008; 120: Snopczyński T., Góralczyk K., Czaja K. i wsp.: Nanotechnologia możliwości zagrożenia. Roczn. PZH 2009; 60(2): Slezakova K., Morais S., Maria do Carmo Pereira: Atmospheric Nanoparticles and Their Impacts on Public Health. Dr Alfonso Rodrigues-Morales (ed.), ISBN: , DOI: / Nowack B., Bucheli T.D.: Occurence, behavior and effects of nanoparticles in the environment. Environ Pollution 2007; 150: Makles Z.: Nanomateriały nowe możliwości, nowe zagrożenia. Bezpieczeństwo Pracy 2005; 2: Moore M.N.: Do nanoparticles present ecotoxicological risk for the health of the aquatic environment? Environment International 2006; 32: Szponder D.K.: Nanomateriały w środowisku korzyści i zagrożenia. V Krakowska Konferencja Młodych Uczonych. Kraków 2010; Dietl T.: Nanotechnologie przyszłości. Polska Akademia Nauk, Prace Komisji Zagrożeń Cywilizacyjnych 2006; 7: Zhang B., Misak H., Dhanasekaran P.S., et al.: Environmental Impacts of Nanotechnology and its Products. Proceedings of the 2011 Midwest Section Conference of the American Society for Engineering Education, Theodore L., Kunz R.: Nanotechnology: Environmental Implications and Solutions. John Wiley & Sons Hoboken, NJ, USA 2005, Lin Y.M., Dimitrakopoulos K.A., Jenkins D.B., et al.: 100- GHz Transistors from Wafer-Scale Epitaxial Graphene. Science 2010; 327: (5966) Gryberg M.: Najjaśniejsze kropki. Wiedza i Życie 2001; 6: Sobczak J.: Wybrane aspekty nanotechnologii i nanomateriałów. Kompozyty (Composites) 2003; 3/8: Suri S.S., Fenniri H., Singh B.: Nanotechnology-based drug delivery systems. J Occup Med Toxicol 2007; 2: 16, Maliszewska-Mazur M.: Nanotechnologia nowe wyzwania, nowe możliwości i nowe problemy. Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych, 2010; 45: Sudarenko V.: Nanotechnology: balancing benefits and risks to public health and the environment. Coucil of Europe Parliamentary Assembly AS (Soc) Inf, 17 January, 2013; 03: Jakubczyk E.: Nanotechnologia w technologii żywności. Przemysł spożywczy 2007; 4: Stander L., Theodore L.: Environmental Implications of Nanotechnology An Update. Int J Environ Res Public Health 2011; 8: Hristozov D., Malsch I.: Hazard and Risk of Engineered Nanoparticles for the Environment and Human Health Sustainability 2009; 1: Calvin V.L.: The potential environmental impact of engineered nanomaterials. Nature biotechnology 2003; 21, 10: Bujak-Pietrek S.: Narażenie na nanocząstki w środowisku pracy jako zagrożenie dla zdrowia. Problemy oceny ekspozycji zawodowej. Med Pr 2010; 61(2): Bystrzejewska-Piotrowska G., Golimowski J., Urban P.L.: Nanoparticles: their potential toxicity, waste and environmental management. Vaste Management 2009; 299: Ge Y., Schimel J.P., Holden P.A.: Evidence for negative effects of TiO 2 and ZnO nanoparticles on soil bacterial communities. Environ Sci Technol 2011; 45: Wang B., Feng W.Y., Wang T.C., et al.: Acute toxicity of nano and micro-scale zine powder in healthy adult mice. Toxicol Lett 2006; 161: Kapuścik A.: Produkcja w skali nano. Inspektor pracy 2006; 10: Gonzales L., Lison D., Kirsch-Volders M.: Genotoxicity of engineered nanomaterials. A critical review. Nanotoxicol 2008; 2(4): Tao X., Fortner J.D., Zhang B., et al.: Effects of aqueous stable fullerene nanocristals (nc60) on Daphnia magna: Evaluation of sub-lethal reproductive responses and accumulation. Chemosphere 2009; 77: Handy R.D., Henry T.B., Scown B.D., et al.: Manufactured nanoparticles their uptake and effects on fish. A mechanistic analysis. Ecotoxicology 2008; 17, 5: Navarro E., Baun A., Behra R. et al.: Environmental behavior and ecotoxicity of engineered nanoparticles to algae, plants and fungi. Ecotoxicology 2008; 17: Donaldson K., Stone V.: Currents hypothesis on the mechanism of toxicity of ultrafine particles. Ann Inst Super Sanita 2003; 39: Lin N., Xia T., Nel A.E.: The role of oxidative stress in ambient particulate matter induced lung disease and its implications in the toxicity of engineered nanoparticles. Free Radic Biol Med 2008; 44: Uibel S., Takemura M., Mueller D., et al.: Nanoparticles and cars analysis of potential sources. J Occup Med Toxicol 2012; 7, 13: Chow J.C., Watson J.G.: Review of measurement methods and Compositions for ultrafine particles. Aerosol and Air Quality Research 2007; 7, 2: ISSN: Anastasio C., Martin S.T.: Atmospheric nanoparticles. In: Nanoparticles and the Environment. J.F. Banfield, A. Narrotsky (ed.): Mineralogical Society of America 2001; ISBN: , Washington DC. 35.Owen R., Depledge M.: Nanotechnology and the environment: Risk and rewards. Marine Pollution Bulletin 2005; 50: Uskovic V.: Nanotechnologies: What we do not know. Technology in Society 2007; 29: Schulte P.A., et al.: Issues in development of epidemiologic studies of workers exposed to engineered nanoparticles. J Occup Environ Med 2009; 51(3): Cheng Y.H., Chao Y.C., Wu C.H., et al.: Measurement of ultrafine particles concentrations and size distribution in an iron foundry. J Hazard Mater 2008; 158(1): Hansen S., Michelson E., Kamper A., et al.: Categorization framework to aid exposure assesement of nanomaterials in consumer products. Ecotoxicology 2008; 17: Siegrist M.: Factors influencing public acceptance of innovative food technologies and products. Trend Food Sci Technol 2008; 19(11):

14 14 Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine 2014, Vol. 17, No. 2 Henryka Langauer-Lewowicka, Krystyna Pawlas: Nanocząstki, nanotechnologia potencjalne zagrożenia środowiskowe i zawodowe 41. Cobb M.D., Macoubrie A.: Public perception about nanotechnology: risks, benefits and trust, J Nanoparticles Res 2004; 6: Priest S.: The North American opinion climat for nanotechnology and its products: opportunities and challenges. J Nanoparticles Res 2006; 8: Kreyling W.G., Semmler-Behnke M., Möller W.: Health implication of nanoparticles. J Nanoparticle Research 2006; 8: Rodewald D., Foltynowicz Z.: Nanoodpady jako nowy rodzaj odpadów potencjalnie zagrażających środowisku. Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska 2011; 13, 2: Ad res do ko re spon den cji: Prof. dr hab. n. med. Hen ry ka Lan gau er-le wo wic ka So sno wiec, skr. poczt. 115 tel (dom) /200 (pra ca)

15 Medycyna Środowiskowa Environmental Medicine 2014, Vol. 17, No. 2, Assessment of microbiological quality of air in the selected sites situated by the main roads of Kraków Ocena jakości mikrobiologicznej powietrza w wybranych punktach usytuowanych przy głównych szlakach komunikacyjnych Krakowa Anna Lenart-Boroń (a, b, c, d, e) (b, c, d), Katarzyna Juraszek Department of Microbiology, Faculty of Agriculture and Economics, University of Agriculture in Kraków. Head of the Department of Microbiology: prof. W. Barabasz, Rector of the University of Agriculture: prof. W. Sady (a) concepts and principles (b) planning of experimental methods (c) conducting research (d) analysis of results and conclusions (e) development of the manuscript ABSTRACT Introduction. Kraków is one of the most beautiful but also one of the most crowded Polish cities with large numbers of cars, pedestrians and cyclists travelling each day. There has been an increasing concern about the human exposure to bioaerosols, which can occur, among others, at the sites characterized by increased dustiness, such crowded streets. The aim of this study was to evaluate the microbiological quality of air in the selected sites situated by the main roads in Kraków. Material and methods. Air samples were collected in 10 sites located by the main roads, using a MAS-100 impactor four times per year. Four microbial groups were enumerated: mesophilic bacteria, fungi, actinomycetes and staphylococci. The results were expressed as colony forming units per m 3 of air and compared with Polish Standards concerning microbiological air quality. Results. The greatest bacterial and fungal aerosol concentration was observed in autumn, when atmospheric conditions could have promoted abundance of those microorganisms. In general, fungi were the most numerous group of airborne microorganisms, while staphylococci were the least numerous. The number of actinomycetes was alarmingly high in all sites. It was found that seasonal differences in the bioaerosol concentration were statistically significant and the recorded differences could have been affected by atmospheric conditions. Conclusions. The conducted studies showed that in terms of airborne bacteria and fungi, the air in the examined locations was microbiologically unpolluted. However, high numbers of airborne actinomycetes were observed in all sites, which can cause adverse health effects in pedestrians or cyclists who are frequently exposed to bioaerosols by the main routes in Kraków. Statistically significant variability was found in the prevalence of the examined microorganisms in different seasons of the year. Keywords: air quality, Kraków, bacteria, fungi, actinomycetes, staphylococci STRESZCZENIE Wstęp. Kraków jest jednym z najpiękniejszych i zarazem jednym z najbardziej zatłoczonych polskich miast, w którym każdego dnia po ulicach przemieszczają się tysiące samochodów, a także przechodniów i rowerzystów. Coraz większe zaniepokojenie budzi problem narażenia ludzi na aerozol biologiczny, którego podwyższone stężenie może wystąpić między innymi w zapylonych miejscach, takich jak zatłoczone ulice. Z tego powodu, celem badań była ocena jakości mikrobiologicznej powietrza w wybranych punktach przy głównych szlakach komunikacyjnych Krakowa. Materiał i metody. Próbki powietrza pobierano w 10 punktach umiejscowionych wzdłuż głównych dróg, czterokrotnie w ciągu roku, przy użyciu impaktora MAS Oznaczono liczebność czterech grup mikroorganizmów bakterii mezofilnych, grzybów, promieniowców i gronkowców. Wyniki wyrażono jako jednostki tworzące kolonie w m 3 powietrza i porównano z Polskimi Normami dotyczącymi jakości mikrobiologicznej powietrza atmosferycznego. Wyniki. Najwyższe stężenie bioaerozolu bakteryjnego i grzybowego stwierdzono jesienią, gdy warunki atmosferyczne były korzystne dla zwiększonej liczebności drobnoustrojów w powietrzu. Ogółem, grzyby były najliczniejszą grupą drobnoustrojów, a najmniej liczną były Nadesłano: Zatwierdzono do druku: Niniejszy materiał jest udostępniony na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa 3.0 PL. Pełne postanowienia tej licencji są dostępne pod:

16 16 Medycyna Środowiskowa Environmental Medicine 2014, Vol. 17, No. 2 Anna Lenart-Boroń, Katarzyna Juraszek : Assessment of microbiological quality of air in the selected sites situated by the main roads of Kraków gronkowce. We wszystkich badanych lokalizacjach liczebność promieniowców była niepokojąco wysoka. Stwierdzono istnienie istotnej statystycznie zmienności sezonowej w stężeniu bioaerozolu, przy czym różnice te mogły być wynikiem zmiennych warunków atmosferycznych. Wnioski. Przeprowadzone badania wykazały, że pod względem stężenia bakterii i grzybów powietrze w badanych lokalizacjach było mikrobiologicznie czyste. Jednakże we wszystkich lokalizacjach stwierdzano wysokie stężenie promieniowców, co może prowadzić do niekorzystnych skutków zdrowotnych np. u pieszych i rowerzystów, którzy często narażeni są na kontakt z bioaerozolem, podróżując wzdłuż głównych dróg w Krakowie. Stwierdzono istotną statystycznie zmienność liczebności badanych drobnoustrojów w różnych porach roku. Słowa kluczowe: jakość powietrza, Kraków, bakterie, grzyby, promieniowce, gronkowce INTRODUCTION Kraków is one of the biggest and most beautiful Polish cities. Each year it is visited by a vast number of tourists and it is also one of the biggest academic centers in Poland. Most of the Kraków inhabitants eagerly walk or travel either by cars or use the public transport to travel around the city. The main communication routes are among the most crowded places in the city, with thousands of cars. At the same time, thousands of pedestrians pass by the bus or tram stops each day. Also, there are numerous bicycle paths routed along the main roads in Kraków. Air is one of microbial habitats, but it is a hostile environment for them due to lack of proper amount of nutrients, water and due to excessive solar radiation. Unlike water and soil, air is only the place where microorganisms are present periodically, where they can be transferred and retain their infectious character, but they are unable to grow and divide [1]. Airborne microorganisms occur in the form of bioaerosols, which comprise various groups of microorganisms, but also cell fragments, connected with dust particles and water drops [1]. There has been an increasing concern about the human exposure to bioaerosols, due to the associated health effects, such as asthma and rhinitis, hypersensitivity pneumonitis or infections [2]. In urbanized areas, the sources of airborne microorganisms outdoors include people and animals, soil, leaf surfaces or even fecal material, most likely dog feces [3]. Additionally, the levels of airborne microorganisms outdoors is associated with the concentration of dusts [4], including PM10 (particulate matter of diameter less than 10 µm), which is produced, among others, by motor vehicles [5]. According to the studies conducted by the Voivodeship Inspectorate of Environmental Protection in Kraków (PIOŚ) [6], in recent years the amount of particulate matter PM10 in Kraków significantly exceeds the admissible limits, particularly in winter. Increasing frequency of respiratory diseases are a challenge to take some preventive measures. Such actions are not problematic, when the diseases are transmitted by water or food, as in this case easy preventive measures, such as e.g. cooking, are sufficient. However, in the case of diseases spread through the air when breathing, prevention of infections in much more difficult [7]. Considering the problem of more and more rapidly spreading civilization-related diseases, caused among others by air pollution, this study was undertaken to examine the microbiological quality of air along the main roads of Kraków, which are frequented every day by motorists, pedestrians and cyclists. MATERIAL AND METHODS The air sampling was conducted in 10 sites located by the main communication routes in Kraków (fig. 1, tab. I). All of the sites, selected for the analyses are characterized by heavy traffic during the whole day, with bus and tram stops where numerous people cross streets, at the same time having bicycle paths, therefore all of the examined sites are significantly crowded. The air sampling was conducted four times per year, once in each season: I May 21 st 2013 (spring) II July 12 th 2013 (summer) III October 25 th 2013 (autumn) IV January 16 th 2014 (winter). The measurements were performed using a single-stage MAS-100 impactor (Merck, Switzerland). Air volume was 100 liters. The sampling was performed during the day, when the traffic was heavy. While sampling, the impactor was placed at a height of m above the ground to simulate aspiration from the human breathing zone. The samples were collected on Petri dishes containing microbiological media used for enumeration of mesophilic

17 Medycyna Środowiskowa Environmental Medicine 2014, Vol. 17, No. 2 Anna Lenart-Boroń, Katarzyna Juraszek : Assessment of microbiological quality of air in the selected sites situated by the main roads of Kraków 17 Fig. 1. The location of the examined sampling sites [8] Ryc. 1. Lokalizacja punktów badawczych [8] bacteria (Trypticasein Soy Lab Agar, Biocorp, Poland), fungi (Oxoid, Great Britain), actinomycetes (Actinomycete Isolation Lab Agar, Biocorp, Poland) Table I. Description of the sampling sites Tabela I. Charakterystyka punktów badawczych No. Location GPS coordinates 1 Crossing between 29 listopada Ave. N with Opolska and Lublańska Street E Warszawska Street N E Mickiewicza Ave (by the Faculty of N Animal Sciences, University of E Agriculture) 4 Ofiar Katynia Roundabout N E Kocmyrzowskie Roundabout N E Matecznego Roundabout N E Kobierzyńska Street (Ruczaj Estate) N E Starowiślna Street (Kazimierz Estate) N E Grunwaldzkie Roundabout N E Wielicka Street N E and staphylococci (Chapman agar, Biocorp, Poland). All measurements were conducted in triplicates and the data presented in tables are the mean values from those replicates. The air temperature and humidity were recorded onsite using an HT-9213 Thermohydrometer (ATM, China), wind speed was acquired from an online weather archive [9], while the atmospheric pressure and particulate matter (PM10 and PM2.5) were derived from the Voivodeship Inspectorate of Environmental Protection in Kraków (PIOŚ) website [6]. After sampling, Petri dishes were incubated in proper conditions (i.e. total number of mesophilic bacteria 37 C [10, 11], 48 hrs; fungi 25 C [11], 3 5 days; actinomycetes 25 C, 5 7 days; staphylococci 37 C, 48 hrs). After incubation, the number of colonies characteristic for different microbial groups were counted and expressed as colony forming units per cubic meter of air (CFU/m 3 ). The actual colony count per each culture plate was corrected according to the positive hole correction table [12]. The obtained results were compared with the limits specified by the Polish Standards [13, 14] to evaluate the microbiological quality of air. Statistica v software (StatSoft, US) was used to calculate the basic descriptive statistics and one-way analysis of variance was applied to verify the significance of differences in the number of airborne microorganisms between different locations.

18 18 Medycyna Środowiskowa Environmental Medicine 2014, Vol. 17, No. 2 Anna Lenart-Boroń, Katarzyna Juraszek : Assessment of microbiological quality of air in the selected sites situated by the main roads of Kraków RESULTS Meteorological conditions prevailing during the sampling dates are presented in tab. II. The highest concentration of both particulate matter PM10 and PM2.5 was recorded in January. The recorded numbers of mesophilic bacteria are presented in tab. III and fig. 2. Overall, the mean concentration ± standard deviation of airborne bacteria was 97±72 CFU/m 3. The greatest concentration of those microorganisms was observed at the site No. 2 in autumn (327 CFU/m 3 of air). Similarly, the greatest mean annual concentration of airborne bacteria was recorded at this site. On the other hand, the smallest mean concentration of airborne bacteria was observed at the site No. 9, i.e. 40 CFU/m 3. Also, the range of bacterial bioaerosol concentration at this site was the smallest. The overall mean concentration of fungi ± standard deviation was 863±867 CFU/m 3. During the examined period, the mean number of fungi ranged from 226 to 1111 CFU/m 3 of air (fig. 3). The greatest mean number of fungi was recorded at the site No. 3 (Mickiewicza Ave), where the greatest concentration was recorded in autumn (3447 CFU/m 3, tab. IV). On the other hand, the smallest mean concentration of fungal aerosol was observed at the site No. 9 (Grunwaldzkie Roundabout) with the smallest number of airborne fungi recorded in summer (i.e. 60 CFU/m 3, tab. IV). Overall, the concentration of actinomycetes ± standard deviation was 438±457 CFU/m 3. The concentrations of actinomycete bioaerosol were high at all examined sampling sites, except for the measurements conducted in summer, when their maximum numbers reached 20 CFU/m 3 and in four locations Table II. Meteorological conditions prevailing at the sampling dates Tabela II. Warunki meterologiczne panujące podczas przeprowadzania badań Parameters Sampling date May 21 st 2013 July 12 th 2013 October 25 th 2013 January 16 th 2014 Temperature [ C] (range ) (range ) (range ) (range ) Wind speed [km/h] Humidity [%] 57 (range 43 62) 79 (range 62 85) 55 (range 48 66) 80 (range 66 87) Pressure [hpa] Particulate matter PM10 [µg/m 3 ] Particulate matter PM2.5 [µg/m 3 ] General weather conditions Cloudy and Variable, storms Sunny, dry, no clouds Sunny, dry, light fog light showers alternating with sun Table III.Number of mesophilic bacteria (CFU/m 3 ) in each sampling site Tabela III.Liczebność bakterii mezofilnych (jtk/m 3 ) w badanych lokalizacjach Sampling date Location May 21 st July 12 th October January 16 th th Mean number of bacteria [CFU/m3] Locations Fig. 2. Mean annual number of mesophilic bacteria (CFU/m 3 ) for each sampling site Ryc. 2. Średnia roczna liczebność bakterii mezofilnych (jtk/m 3 ) w każdym z badanych punktów

19 Medycyna Środowiskowa Environmental Medicine 2014, Vol. 17, No. 2 Anna Lenart-Boroń, Katarzyna Juraszek : Assessment of microbiological quality of air in the selected sites situated by the main roads of Kraków 19 the presence of these microorganisms was not recorded at all (tab. V). Mean concentration of actinomycetes at the examined sites ranged from 179 to 692 CFU/m 3 (fig. 4). The greatest concentration of airborne actinomycetes was observed at the site No. 7 (Kobierzyńska Street), while the smallest at the site No. 9 (Grunwaldzkie Roundabout). The recorded concentrations of airborne staphylococci are shown in tab. VI and in fig. 5. In general, the mean concentration ± standard deviation of staphylococci was 22±40 CFU/m 3. Mean annual number of staphylococci ranged from 10 CFU/m 3 at the site No. 5 (Kocmyrzowskie Roundabout) to 69 CFU/m 3 at the site No. 1 (Crossing between 29 listopada Ave. with Opolska and Lublańska Street). In terms of seasonal variation in the microbial Table IV. Number of fungi (CFU/m 3 ) in each sampling site Tabela IV. Liczebność grzybów (jtk/m 3 ) w badanych lokalizacjach aerosol, the greatest concentration of fungi and mesophilic bacteria was recorded in autumn, actinomycetes in spring and staphylococci in summer. On the other hand, the smallest concentration of fungi and mesophilic bacteria was recorded in winter, staphylococci both in winter and spring, while actinomycetes in summer (fig. 6). Statistical analysis of the results revealed that the differences in the concentration of bioaerosol between the examined locations are statistically significant only in the case of mesophilic bacteria. On the other hand, the seasonal differences in the bioaerosol concentration are statistically significant for all of the microbial groups except for staphylococci (tab. VII). Table V. Number of actinomycetes (CFU/m 3 ) in each sampling site Tabela V. Liczebność promieniowców (jtk/m 3 ) w badanych lokalizacjach Sampling date Location May 21 st July 12 th October January 16 th th Sampling date Location May 21 st July 12 th October January 16 th th Mean number of fungi [CFU/m3] Locations Mean number of actinomycetes [CFU/m3] Locations Fig. 3. Mean annual number of fungi (CFU/m 3 ) for each sampling site Ryc. 3. Średnia roczna liczebność grzybów (jtk/m 3 ) w każdym z badanych punktów Fig. 4. Mean annual number of actinomycetes (CFU/m 3 ) for each sampling site Ryc. 4. Średnia roczna liczebność promieniowców (jtk/m 3 ) w każdym z badanych punktów

20 20 Medycyna Środowiskowa Environmental Medicine 2014, Vol. 17, No. 2 Anna Lenart-Boroń, Katarzyna Juraszek : Assessment of microbiological quality of air in the selected sites situated by the main roads of Kraków Table VI. Number of staphylococci (CFU/m 3 ) in each sampling site Tabela VI. Liczebność gronkowców (jtk/m 3 ) w badanych lokalizacjach Sampling date Location Mean number of staphylococci [CFU/m3] Fig. 5. Mean annual number of staphylococci (CFU/m 3 ) for each sampling site Ryc. 5. Średnia roczna liczebność gronkowców (jtk/m 3 ) w każdym z badanych punktów DISCUSSION May 21 st July 12 th October January 16 th th Locations The concentration of microbial aerosol, observed in this study, varied depending on both the sampling location and the season. The recorded numbers of airborne microorganisms were compared with the admissible levels given in the Polish Standards [13, 14]. The concentration of bacterial aerosol recorded in each of the sites did not exceed the threshold of 1000 CFU/m 3 in any of the sampling periods, therefore in terms of the bacterial aerosol the air can be regarded as microbiologically unpolluted. Similar observation was made in the case of fungi. Only in one sampling site (No. 3 Mickiewicza Ave) the Table VII. Results of the analysis of variance concerning the spatial and temporal variations in the bioaerosol concentration Tabela VII.Wyniki analizy wariancji dotyczącej czasowego i przestrzennego zróżnicowania stężeń bioaerozolu Microorganisms F value (location) F value (season) Mesophilic bacteria 3.05* 5.35* Fungi * Actinomycetes * Staphylococci * values are significant with p<0.05 * wartości są istotne przy p<0, Number of microorganisms [CFU/m3] Fungi Bacteria Actinomycetes Staphylococci Spring Summer Autumn Winter Seasons Fig. 6. Seasonal changes in microbial bioaerosol concentrations mean values from all examined locations Ryc. 6. Sezonowe zmiany stężenia bioaerozolu wartości średnie ze wszystkich badanych lokalizacji number of airborne fungi exceeded 3000 CFU/m 3 (in autumn). In contrast, the concentration of actinomycetes exceeded the threshold values (i.e. >100 CFU/m 3 ) in almost each site in spring, autumn and winter (tab. V). Only in summer, when the weather conditions were unfavorable, 4 sites were considered unpolluted, while in the remaining 6, the pollution was average (between 10 and 100 CFU/m 3 ). In the case of particulate matter concentrations, their levels were compared with the limits specified by the Regulation of the Ministry of Environment of 24 August 2012 concerning evaluation of substance levels in the air [15]. It was shown that in autumn and winter the permissible levels of both PM10 (50 µg/m 3 ) and PM2.5 (25 µg/m 3 ) in the air was exceeded. This might be one of the factors affecting the concentrations of bacterial and fungal