Zagrożenia biologiczne w miejscu pracy. Lipopolisacharydy
advertisement
&ARM0RZEGL.AUK COPYRIGHT'RUPADR!2+WIECIÊSKIEGO)33. :AGROENIABIOLOGICZNEWMIEJSCUPRACY ,IPOPOLISACHARYDYWANYMCZYNNIKIEM NARAENIAZAWODOWEGO "IOLOGICALHAZARDSINTHEWORKPLACE ,IPOPOLYSACCHARIDESpASIGNIFICANTFACTORFOROCCUPATIONALEXPOSURE $ARIA"ASZCZYK$AGNA3OTYSIK)LONA"EDNAREK :AKAD"IOTECHNOLOGIII)NYNIERII'ENETYCZNEJ7YDZIAU&ARMACEUTYCZNEGO Z/DDZIAEM-EDYCYNY,ABORATORYJNEJgLSKI5NIWERSYTET-EDYCZNYW+ATOWICACH Streszczenie Kontakt z czynnikami biologicznymi w miejscu pracy często przyczynia się do występowania zakażeń, alergii, zatruć lub innych poważnych schorzeń. Ekspozycja zawodowa na czynniki biologiczne obejmuje m.in. przedstawicieli służby zdrowia, przemysłu farmaceutycznego, biotechnologicznego czy rolnictwa. Również wśród pracowników oczyszczalni ścieków obserwowano występowanie charakterystycznego profilu objawów chorobowych. Dane literaturowe donoszą o dolegliwościach ze strony układu oddechowego, pokarmowego i nerwowego, które zdecydowanie częściej i intensywniej występują u osób narażonych na bezpośredni kontakt z bioaerozolem, zwłaszcza przy przeróbce osadów ściekowych. Przyczyną wielu z tych dolegliwości mogą być endotoksyny – lipopolisacharydy (LPS) – wytwarzane przez bakterie Gramujemne. Szczególnie wrażliwi na ich działanie są alergicy i astmatycy, nawet w ilościach nie wywołujących żadnych objawów u osób zdrowych. LPS mogą aktywować i nasilać odpowiedź zapalną, co koreluje ze wzrostem poziomu neutrofilii, komórek CD14+ i wolnej formy cząsteczek CD14 w błonie śluzowej układu oddechowego. Paradoksalnie jednak, wieloletnia ekspozycja na bioaerozol może przyczynić się do „odwrażliwienia” makrofagów i zaniku objawów chorobowych. Stężenie LPS w miejscu pracy zostało uznane za miarę narażenia na czynniki biologiczne. Zgodnie z Dyrektywą 2000/54/WE, występowanie czynników biologicznych w miejscu pracy zobowiązuje pracodawców do informowania i szkolenia pracowników, zapewnienia im wszelkich możliwych środków ochronnych oraz badań profilaktycznych i szczepień. Summary Occupational exposure to biological agents, very often causes a wide range of health effects, such as infections, allergies, poisonings or long-term illness. This problem relates to employees’ health care, representatives of pharmaceutical and biotechnological industry or agriculture. Sewage workers are also in the group of risk. Respiratory, gastrointestinal or neurological symptoms have been reported most frequently as a result of bioaerosols exposure. An increased risk for health disorders was found in group of raw sewage workers and aeration tanks operatives. Many of these symptoms was caused by endotoxins (lipopolysaccharides, LPS), produced by Gram-negative bacteria. Especially asthmatics and allergists are prone to their proinflammatory activity. The airway obstruction is here apparent at levels of LPS, which causes no response in healthy subjects. Paradoxically, years-long exposure to bioaerosol can contribute to minimize work-related symptoms (“healthy worker effect”) due to “macrophage desensibilization”. Level of LPS is considered to be the measure to bioaerosols exposure in a workplace. According to Directive 2000/54/EC, employers are obligated to inform and instruct the employees about handling biological contaminations, provide them safety measures, medical service and adequate vaccinations. Keywords: biological agent, occupational’ exposure, bioaerosol, endotoxins, lipopolysaccharides, sewage treatment plants Słowa kluczowe: czynnik biologiczny, ekspozycja zawodowa, bioaerozol, endotoksyny, lipopolisacharydy, oczyszczalnia ścieków * Praca finansowana z grantu MNiSW: N205 046 32/2534; kierownik grantu: dr Ilona Bednarek &ARM0RZEGL.AUK Coraz większe grono absolwentów multidyscyplinarnych kierunków studiów, takich jak biotechnologia czy analityka medyczna, znajduje zatrudnienie nie tylko w laboratoriach medycznych, ale w ośrodkach naukowych, wdrożeniowych czy laboratoriach przemysłowych. Należy pamiętać, iż zarówno przyszłych pracowników, w tym studentów wybranych kierunków studiów, osoby już zatrudnione, jak i przyszłych pracowników oraz ich przełożonych, należy poddać edukacji w zakresie ochrony zdrowia i potencjalnego narażenia na czynniki biologiczne, z którymi mogą spotkać się w miejscu pracy. Wieloletnia ekspozycja zawodowa na czynniki szkodliwe może prowadzić do pojawienia się u pracowników dolegliwości zdrowotnych czy chorób. Według danych łódzkiego Instytutu Medycyny Pracy [1] w 2005 r. stwierdzono 3.249 przypadków chorób zawodowych (34,8 przypadków na 100.000 zatrudnionych). Prawie 19% z nich stanowiły choroby zakaźne i pasożytnicze. Celem prezentowanej pracy jest zwrócenie uwagi czytelnika na zagrożenia biologiczne, z jakimi można się spotkać w różnorodnych środowiskach zawodowych, a w szczególności tam, gdzie mamy do czynienia z częstym kontaktem z materiałem biologicznym, z odpadami medycznymi, czy wreszcie z odpadami komunalnymi. l|q|alA®yRA®¬yylpl®-a|¸Ryl- llAi|J -ª|ª-pq-¬]p-AoCzynniki biologiczne, będące przyczyną wielu schorzeń związanych z ekspozycją zawodową, definiuje się jako drobnoustroje (również zmodyfikowane genetycznie), hodowle komórkowe oraz wewnętrzne pasożyty ludzkie, mogące być przyczyną zakażenia, alergii lub zatrucia [2, 3]. Zgodnie z Dyrektywą 2000/54/WE Parlamentu Europejskiego i Rady Unii Europejskiej oraz wdrażającym jego postanowienia do polskiego prawa Rozporządzeniem Ministra Zdrowia z dnia 22 kwietnia 2005 r. w sprawie szkodliwych czynników biologicznych dla zdrowia w środowisku pracy oraz ochrony zdrowia pracowników zawodowo narażonych na te czynniki, wszystkie czynniki biologiczne są klasyfikowane w czterech grupach, odpowiednio według ich poziomu ryzyka zakażenia [2, 3]: Grupa 1 – Czynniki, przez które wywołanie chorób u ludzi jest mało prawdopodobne. Grupa 2 – Czynniki, które mogą wywoływać choroby u ludzi, mogą być niebezpieczne dla pracowników, ale rozprzestrzenienie ich w populacji ludzkiej jest mało prawdopodobne. Zazwyczaj istnieją w stosunku do nich skuteczne metody profilaktyki lub leczenia Grupa 3 – Czynniki, które mogą wywoływać u ludzi ciężkie choroby, są niebezpieczne dla pracowników, a rozprzestrzenienie ich w populacji ludzkiej jest bardzo prawdopodobne. Zazwyczaj istnieją w stosunku do nich skuteczne metody profilaktyki lub leczenia. Grupa 4 – Czynniki, które wywołują u ludzi ciężkie choroby, są niebezpieczne dla pracowników, a rozprzestrzenienie czynników w populacji ludzkiej jest bardzo prawdopodobne. Zazwyczaj nie istnieją w stosunku do nich skuteczne metody profilaktyki lub leczenia. Wspomniane akty prawne obligują pracodawców do oceny i udokumentowania ryzyka zawodowego, zapewnienia wszelkich środków eliminujących lub ograniczających ekspozycję oraz informowania i szkolenia pracowników w zakresie zagrożeń na miejscu pracy. Grupami zawodowymi szczególnie narażonymi na działanie czynników biologicznych są [2-9]: pracownicy służby zdrowia oraz zakładów typu postmortem, pracownicy laboratoriów klinicznych, diagnostycznych, mikrobiologicznych i weterynaryjnych, pracownicy zwierzętarni i zakładów, w których dochodzi do kontaktu ze zwierzętami i/lub produktami pochodzenia zwierzęcego, pracownicy przemysłu biotechnologicznego, pracownicy oczyszczalni ścieków oraz zakładów przerobu odpadów, pracownicy rolnictwa, leśnictwa oraz przemysłu rolnospożywczego, pracownicy niektórych działów przemysłu włókienniczego, metalurgicznego, górnictwa, bibliotekarze i konserwatorzy zabytków. Nie należy zapominać o grupie zawodowej pracowników laboratoriów badawczych, czy też firm biotechnologicznych, w których otrzymywane są bioprodukty, w tym biofarmaceutyki, produkowane na bazie bioprocesów wykorzystujących hodowle komórkowe, a w szczególności hodowle drobnoustrojów. Tu kontakt ze szkodliwymi czynnikami biologicznymi jest znacząco zintensyfikowany. l| RAiy|q|alA®yRy-®ÖJ®lRRqluly-Aol ®-ylRA®¬®A®RÍX|-JA®¬yy¬´}JtRu ylR7R®lRA®yRa|7l|-R|®|q¥ Jedną z licznych grup zawodowych o wysokim stopniu ekspozycji na czynniki biologiczne są pracownicy oczyszczalni ścieków. Przy obsłudze urządzeń i instalacji odbiorczych w polskich oczyszczalniach pracuje kilkanaście tysięcy osób [5]. Liczba ta stale się zwiększa, co związane jest z realizacją dostosowanego do wymogów dyrektyw UE Krajowego Programu Oczyszczania Ścieków Komunalnych. W ciągu 7 lat (2000-2007 r.) o 9% zwiększyła się liczba miast obsługiwanych przez oczyszczalnie ścieków i powstało 481 tego typu obiektów opartych o metodę biologiczną [10]. Coraz większą wagę przykłada się ponadto do monitorowania stanu zdrowia pracowników, gdyż często występują u nich specyficzne objawy chorobowe związane z narażeniem na czynniki biologiczne. Wielokrotnie notowano różnorodne podrażnienia, infekcje bakteryjne, wirusowe, grzybicze czy parazytozy, uporczywe dolegliwości ze strony układu oddechowego, pokarmowego oraz problemy neurologiczne, których przyczyną były głównie czynniki biologiczne [6, 9, 11-20]. W oczyszczalni ścieków możliwy jest kontakt z mikroorganizmami, wirusami lub pasożytami należącymi do drugiej, a w niektórych przypadkach – trzeciej grupy ryzyka [18, 20]. W wyniku długotrwałego kontaktu z tymi czynnikami obserwuje się występowanie szeregu schorzeń, związanych z ekspozycją zawodową. Wykaz spotykanych w oczyszczalniach ścieków, najbardziej niebezpiecznych COPYRIGHT'RUPADR!2+WIECIÊSKIEGO)33. czynników biologicznych wraz z symptomami, które wywołują, przedstawiono w tabeli I. Nieuniknioną konsekwencją pracy ze ściekami jest kontakt z bioaerozolem, który definiowany jest jako zawiesina cząstek pochodzenia bakteryjnego, roślinnego i zwierzęcego w połączeniu z pyłem organicznym. Bioaerozol zawiera patogenne lub nieszkodliwe, żywe lub martwe bakterie, Czynnik biologiczny Grupa ryzyka grzyby, pierwotniaki, wirusy oraz alergeny o wysokiej masie cząsteczkowej, bakteryjne entero- i endotoksyny, mykotoksyny, peptydoglikany oraz β-(1→3)-glukany. Dostarczane do oczyszczalni ścieki mogą być ponadto siedliskiem ludzkich pasożytów [4-6, 13, 18, 19]. Przy niskich stężeniach większość bakterii występujących na terenie oczyszczalni ścieków nie stanowi zagro- Droga przenoszenia Objawy, choroby BAKTERIE Escherichia coli Campylobacter jejum, C. coli, C. fetus Yersinia enterolityca 2 pokarmowa biegunka 2 pokarmowa biegunka 2 pokarmowa Klebsiella pneumoniae 2 oddechowa gorączka, bole brzucha, biegunka, bole ogólne nieżyt nosa i zatok przynosowych, zapalenie Legionella sp. 2 oddechowa Leptospira sp. (L. interrogans) Clostridium tetani 2 błony śluzowe, skóra 2 uszkodzona skóra Salmonella typhi 3 pokarmowa Salmonella paratyphi Enteric Salmonella (S. entertidis, S. typhimurum, S. infantis) 2 pokarmowa płuc choroba legionistów – gorączka, senność, jadłowstręt, biegunka, bradykardia gorączka, żółtaczka, zapalenie opon mózgowych, zapalenie nerek, choroba Wella tężec gorączka, wyczerpanie, bóle brzucha, objawy zatrucia endotoksyną j. w. ale krócej, łagodniej, mniej powikłań 2 pokarmowa ostra biegunka i wymioty, gorączka WIRUSY rotawirusy wirus Norwalk 2 2 pokarmowa pokarmowa wirus polio 2 pokarmowa wirus WZW A 2 pokarmowa wirus WZW B 3 krew i inne płyny ustrojowe wirus WZW C 3 pokarmowa HIV 3 adenowirusy 2 krew i inne płyny ustrojowe pokarmowa, oddechowa, błony śluzowe biegunka wymioty, biegunka biegunka, paraliż dziecięcy, zapalenie opon mózgowych wirusowe zapalenie wątroby wirusowe zapalenie wątroby, przewlekła żółtaczka wirusowe zapalenie wątroby, rak i marskość wątroby zespół nabytego niedoboru odporności - AIDS infekcje dróg oddechowych, zapalenie spojówek GRZYBY Aspergillus fumigatus 2 oddechowa Candida albicans 2 przez skórę mykotoksykozy, alergiczne reakcje dróg oddechowych – astma, alergiczny nieżyt nosa choroby skóry PIERWOTNIAKI Entameba sp. 2 pokarmowa Giardia lamblia 2 pokarmowa czerwonka pełzakowa lamblioza – nudności, bóle brzucha, wodniste stolce, brak apetytu PASOŻYTY JELITOWE Ascaris lumbricoides 2 pokarmowa Taenia solium 3 pokarmowa askarioza - alergia, osłabienie, obrzęk twarzy, pobudliwość niedrożność jelita, rozpad czerwonych ciałek krwi anemia, awitaminoza, osłabienie, biegunka, zaparcia Tabela I. Wykaz czy szkodliwych czynników biologicznych [2, 3, 5,18-20] &ARM0RZEGL.AUK żenia dla zdrowia, jednak niektóre mogą wykazywać właściwości chorobotwórcze, alergizujące bądź toksyczne [5]. Do tej grupy należą bakterie Gram-ujemne, których chorobotwórczość uwarunkowana jest głównie występowaniem w zewnętrznej błonie komórkowej lipopolisacharydu (LPS), zwanego także endotoksyną. l||ql-Ai-¬J¬A®¬yylplRuy--¸Ryl- ®-ª|J|ªRa| ¥p ¥-ql||ql-Ai-¬J}ª7-p R¬oy¬Ai Endotoksyny stanowią integralną część ściany bakterii Gram-ujemnych, a ich uwolnienie następuje po lizie komórki. Są kowalencyjnym połączeniem trzech struktur: lipidu A – tkwiącego w błonie zewnętrznej, oligocukru rdzeniowego – znajdującego się pod jej powierzchnią oraz antygenu somatycznego, wystającego na odległość ~ 30 nm ponad jej powierzchnię [23, 24]. Toksyczność LPS związana jest z jej komponentem lipidowym, natomiast immunogenność warunkuje fragment polisacharydowy [23]. Lipid A – najbardziej konserwatywna część LPS. U większości Gram-ujemnych bakterii jest utworzony przez disacharyd D-glukozaminy, połączony wiązaniem β-1,6-glikozydowym, którego grupy aminowe i hydroksylowe ulegają estryfikacji kwasami tłuszczowymi [23, 24]. Zwykle są to kwasy nasycone, których rodzaj może się jednak zmieniać pod wpływem temperatury otoczenia, modulując płynność błony komórkowej (zjawisko termoadaptacji). Stopień podstawienia szkieletu cukrowego kwasami tłuszczowymi i grupami obdarzonymi ładunkiem warunkuje jego heterogenność. Zwiększenie liczby kwasów tłuszczowych sprzyja zarówno silniejszym interakcjom między nimi, jak i zwiększeniu powierzchni tych oddziaływań. W powiązaniu z interakcją reszt OH kwasów tłuszczowych z jonami dwuwartościowymi, obecnymi w środowisku, możliwe jest wytworzenie stabilnej, ochronnej warstwy [21]. Lipid A jest więc integralną częścią zewnętrznej błony, która determinuje jej właściwości, np. hamowanie dyfuzji hydrofobowych związków. Ponadto Lipid A aktywuje układ dopełniacza, stymuluje makrofagi, monocyty i komórki śródbłonka, prowadząc do wytwarzania i uwalniania prostaglandyn, interleukin, leukotrienów i TNF [21, 22]. Oligosacharyd rdzeniowy, często nazywany grupowo-swoistym lub wspólnym antygenem (ang. common antigen, CA), ma zbliżoną budowę u wszystkich bakterii Gram-ujemnych. Można wyróżnić w nim dwa regiony: wewnętrzny, połączony z lipidem A, zbudowany z 2-3 cząsteczek kwasu 2-keto-3-deoksyoktulozonowego (Kdo) i L-glicero-D-manno-heptoz oraz zewnętrzny, bardziej różnorodny strukturalnie, tworzony przez różnego typu heksozy [21, 23, 24]. Niezbędna dla życia i wzrostu bakterii cząsteczka Kdo związana jest z transportem cząsteczki LPS do błony zewnętrznej. Część heksozowa wpływa na właściwości komponentu lipidowego LPS [21, 22]. Jest receptorem dla fagów, aktywuje dopełniacz na drodze klasycznej, wiąże receptory na powierzchni limfocytów T oraz białka surowicy, które nie pełnią funkcji odpornościowych. W przypadku, gdy endotoksyna pozbawiona jest antygenu 0, ta część nadaje jej swoistość serologiczną [22]. Antygen somatyczny – najmniej konserwatywna część LPS, unikatowa dla danego szczepu. Utworzony jest z kilku do kilkudziesięciu powtarzających się jednostek oligosacharydowych, z których każą tworzy 1-8 monocukrów, połączonych w sposób liniowy lub rozgałęziony [21-23]. Zidentyfikowano kilkadziesiąt różnych tworzących go monosacharydów. Głównie są to cukry obojętne lub posiadające grupę aminową, ale spotykane są także nietypowe, jak np. dideoksyheksozy [23]. Mogą tu również występować składniki niecukrowe, m. in. aminokwasy, fosforany, glicerol, rybitol, kwas mlekowy czy pirogronowy [22]. Konfiguracje chemiczne, tworzone przez jednostki cukrowe, decydują o stabilności serologicznej antygenu O. Na jego podstawie bakterie dzieli się na rodzaje, gatunki i serotypy. Wzrastając, tworzą kolonie gładkie typu S (ang. smooth), podczas gdy kolonie szorstkie R (ang. rough) formowane są przez bakterie, które utraciły swoisty antygen O. Taka mutacja może łączyć się z utratą zjadliwości [22-24]. Łańcuch O-specyficzny aktywuje dopełniacz na drodze alternatywnej, pełni rolę adhezyny, a także uczestniczy w powstawaniu glikokaliksu [22]. Jego składnikiem może być również kwas sjalowy (wspólna nazwa dla pochodnych kwasu neuraminowego), występujący powszechnie w błonie zewnętrznej komórek u organizmów wyższych. Wpływa on na przepuszczalność błon biologicznych, uczestniczy w oddziaływaniach międzykomórkowych oraz zapobiega przedwczesnej degradacji proteolitycznej, wywołanej interakcją reszt aminokwasowych z ujemnie naładowanymi cząsteczkami. Obecność kwasu sjalowego w LPS niektórych bakterii wiąże się ze zjawiskiem mimikry cząsteczkowej antygenów polisacharydowych. Dzięki strukturalnemu podobieństwu serologicznemu, drobnoustrój zdolny jest przeżyć w organizmie gospodarza, nie aktywując jego mechanizmów odpornościowych. Wykształca się tolerancja immunologiczna, mogąca prowadzić do zakażeń, wstrząsu septycznego czy chorób immunologicznych [22]. |J -ª|ªRuRAi-yl®u¬J®l-t-yl- ql||ql-Ai-¬J}ªy-|a-yl®uA®t|ªlRpLipopolisacharydy są najbardziej prozapalnymi ze znanych substancji i mają szerokie spektrum działania [5, 25]. Ich efekty biologiczne w organizmie są wielokierunkowe i zależą od dawki. Pozytywnym aspektem działania endotoksyn jest indukcja mechanizmów odporności, aktywność adjuwantowa czy przeciwnowotworowa [21-23]. Wysokie stężenia LPS działają jednak niekorzystnie, wywołując miejscowe reakcje skórne, pirogenność, leukocytozę, obniżenie ciśnienia krwi, agregację trombocytów, rozsiane wewnątrzustrojowe krzepnięcie krwi czy niewydolność narządów wewnętrznych, co prowadzić może do śmiertelnego wstrząsu septycznego [13, 21-23]. Endotoksyny zostają uwolnione podczas lizy komórki bakteryjnej i początkowo aktywują mechanizmy nieswoiste odpowiedzi immunologicznej. Pierwszym białkiem wiążącym je w surowicy jest LBP (ang. lipopolysaccharide binding protein), które przenosi LPS na lipoproteiny o dużej COPYRIGHT'RUPADR!2+WIECIÊSKIEGO)33. (ang. high-density lipoproteins, HDL), małej (ang. low-density lipoproteins, LDL) i bardzo małej gęstości (ang. very low-density lipoproteins, VLDL). Prowadzi to do hamowania działania LPS, ze względu na słabszą indukcję układu dopełniacza. Możliwa jest jednak aktywacja limfocytów B i makrofagów [25]. Białkiem o bakteriobójczym działaniu, zwiększającym przepuszczalność błony zewnętrznej, jest BPI (ang. bactericidal/permeability-increasing protein), wytwarzane przez neutrofile. Wykazuje 45-procentową homologię strukturalną z LBP i – tak jak ono – wiąże LPS w rejonie lipidu A. Utworzony kompleks LPS z BPI uniemożliwia oddziaływanie z CD14 i hamuje prozapalne właściwości endotoksyny [26]. Dla aktywacji odpowiedzi immunologicznej niezbędne jest rozpoznanie LPS przez receptory TLR (ang. toll-like receptor), które występują na powierzchni komórek prezentujących antygen (ang. antigen presenting cells, APC). Ich stymulacja powoduje wytwarzanie mediatorów zapalnych. Ektodomena TLR posiada bogate w leucynę motywy, tzw. LRR (ang. leucine-rich repeats), a część cytoplazmatyczna – określana jako TIR (ang. Toll/IL-1R) – strukturalnie podobna jest do receptorów dla IL-1. Zidentyfikowano jest 10 typów tych receptorów, a ligandem dla TLR4 są właśnie lipopolisacharydy. Rozpoznanie endotoksyny przez TLR4 wymaga obecności co najmniej 3 białek – LBP, CD14 i MD-2 [24, 25, 27, 28]. LBP, działając jako kofaktor, wiąże LPS i transportuje je z błony bakteryjnej na cząsteczki CD14 – zarówno zakotwiczone na powierzchni komórek linii mieloidalnej (mCD14), jak i niezwiązane z komórkami, znajdujące się w osoczu (sCD14) [22, 25, 26, 28]. Taki kompleks aktywuje receptor TLR4, a następnie do jego domeny TIR dołączane jest białko adaptorowe MyD88 (ang. myeloid differentation factor), zawierające domeny śmierci, które warunkują przyłączenie do kompleksu kinazy serynowo-treoninowej IRAK (ang. IL-1R associated kinase). Powstające dalej kompleksy białkowe aktywują kinazę MAPK (ang. miogen associated protein kinase) oraz IKK (ang. IκB kinase), która bezpośrednio wpływa na aktywność czynnika transkrypcyjnego NF-κB. Fosforylacja inhibitora NF-κB prowadzi do jego degradacji poprzez ubikwitynację, a uwolnienie czynnika odsłania jego sygnał lokalizacji jądrowej (ang. nuclear localization signal, NLS) i umożliwia przedostanie się do jądra komórkowego, gdzie NF-κB zapoczątkowuje ekspresję genów kodujących mediatory reakcji odpornościowych [27-29]. |yRpªRyAoR®J|ª| yRRp|®¬Aol y-7l|-R|®|q Do najczęściej obserwowanych, u osób narażonych na bioaerozol, należą objawy ze strony układu oddechowego. Odnotowano łagodne obawy, o niewielkim wpływie na codzienne samopoczucie badanego, jak i ciężkie schorzenia wymagające specjalistycznej opieki lekarskiej [13]. Obserwowano częstsze niż w grupie kontrolnej podrażnienia nosa, gardła, występowanie duszności, kaszlu, także z odkrztuszaniem, świszczącego oddechu, chronicznego zapalenia oskrzeli czy atypowego zapalenia płuc [8, 12, 13, 15-17, 19]. Thorn i wsp. [15] porównywali stan zdrowia osób stale narażonych na bioaerozol w oczyszczalniach ścieków z pra- cownikami, u których kontakt ten był niewielki, bądź żaden. Wraz z intensywnością ekspozycji, nasilały się niekorzystne objawy ze strony układu oddechowego. Co czwarta narażona osoba, w ciągu ostatniego roku miała problemy z oddychaniem, także w czasie aktywności fizycznej, podczas gdy w grupie kontrolnej miało to miejsce w niespełna 13% przypadków. U operatorów i konserwatorów urządzeń prawie dwukrotnie częściej niż u pracowników biurowych codziennie występowało podrażnienie gardła (10,3% przypadków) czy nosa (23,3%) [15]. Prawie 75% ankietowanych skarżyło się z powodu kataru, u ponad połowy odnotowano częste pojawianie się płynnej wydzieliny z nosa lub przeciwnie – zatkanego nosa [12]. Osoby z takimi objawami wykazywały także znaczące podwyższenie poziomu IL-8 w popłuczynach jamy nosowej [16]. U osób eksponowanych na bioaerozol (zwłaszcza zawarte w nim endotoksyny) zaobserwowano symptomy podobne jak u astmatyków [13]. Nie miały one jednak pochodzenia alergicznego (prawidłowy poziom IgE i IgG), dlatego też nazwano je „zaburzeniem astmo-podobnym” (ang. asthmalike disorder) lub „astmą indukowaną czynnikiem drażniącym” (ang. irritant-induced asthma). Objawia się ona m. in. suchym kaszlem, dusznościami czy uciskiem w klatce piersiowej. Pojawia się tu – podobnie jak w przebiegu astmy oskrzelowej – okresowe i zwykle w pełni odwracalne – zwężenie dróg oddechowych, ale również chroniczne obniżanie wydolności płuc, typowe bardziej dla przewlekłej obturacyjnej choroby płuc (w astmie ubytek ten następuje w sposób umiarkowany). Zaobserwowano także, że u astmatyków pracujących w oczyszczalniach ścieków, objawy choroby mogą się zaostrzać przy ekspozycji na bioaerozol występujący na poziomie, który u zdrowych pracowników nie indukuje żadnych niekorzystnych objawów [8, 13]. Endotoksyny wywierają silny wpływ na przebieg astmy. Ich działanie jest swoistym paradoksem, ponieważ mogą być zarówno czynnikiem nasilającym intensywność objawów, jak i prewencyjnym, chroniącym przed zachorowaniem. Znane i wykorzystywane jest ich działanie w charakterze adjuwanta, stymulujące odporność typu komórkowego [29]. Kluczową rolę wydają się tu grać cząsteczki CD14. Po stymulacji endotoksynami zauważono zarówno zwiększoną ilość komórek CD14+ (komórek prezentujących antygen), jak i wolnej formy CD14 w błonie śluzowej układu oddechowego, co korelowało również ze podwyższonym poziomem neutrofili [29]. Lipopolisacharydy silnie aktywują produkcję IL-12 przez komórki prezentujące antygen oraz stymulują powstanie komórek TH1 produkujących INF-γ. To z kolei może zablokować produkcję cytokin prozapalnych (IL-4, IL-5, IL-13) przez komórki TH2, zapobiegać rozwojowi odpowiedzi immunologicznej i związanym z nią zaburzeniem [29, 30]. Jaka reguła rządzi więc kierunkiem działania lipopolisacharydów? Otóż ekspozycja na LPS we wczesnym dzieciństwie może wywierać ochronny wpływ na zdrowie. Wychowywanie dzieci na wsi, w otoczeniu zwierząt, w warunkach większej wilgotności, a nawet noszenie ubrań z naturalnych surowców (np. wełny) zmniejsza ryzyko wystąpienia astmy lub alergii w późniejszym wieku. Narażenie na endotoksyny w dalszym okresie życia, kiedy alergia już jest ugruntowana, może promować i nasilać odpowiedź zapalną. Istnieją jednak dowody na to, że długotrwała eks- &ARM0RZEGL.AUK pozycja na wysokie stężenia lipopolisacharydów niesie za sobą „odwrażliwienie” makrofagów, jako wynik adaptacji do istniejących warunków [30]. Jest to tzw. „efekt zdrowego pracownika” (ang. healthy worker effect) – dłuższa ekspozycja zawodowa na pewien czynnik powoduje zmniejszanie niekorzystnych objawów wywoływanych przez ten czynnik. Taka sytuacja był również obserwowana u pracowników oczyszczalni ścieków z ponad 20-letnim stażem [19]. Wg danych literaturowych ok. 25-50% pracowników oczyszczalni ścieków cierpi z powodu bólów głowy [11, 12, 15, 19]. Są one odczuwane codziennie przez ok. 15% osób stale narażonych na bioaerozol, podczas gdy w grupie pracowników biurowych – przez 8% [15]. Powszechnie spotykane są także objawy „grypo-podobne” (ang. flu-like symptoms), do których należą gorączka, drżenie (niezwiązane z niską temperaturą otoczenia) czy pocenie się [11, 12, 15, 17, 19]. Zmęczenie oraz bóle stawowo-mięśniowe (nie związane z aktywnością fizyczną) występują ponad czterokrotnie częściej u pracowników oczyszczalni niż w grupie kontrolnej [11]. Objawy te korelują z podwyższonym poziomem białka C-reaktywnego we krwi (ang. CRP – C-reactive protein) [16], będącego indykatorem zakażenia bakteriami Gram-ujemnymi. Nasilenie i częstotliwość występowania zaburzeń przewodu pokarmowego także zwiększa się z intensywnością narażenia pracowników na bioaerozol. Częste są tu bóle żołądka, mdłości, niestrawność czy biegunki, które występują u prawie 40% pracowników [12], przy czym dwa do pięciu razy częściej u osób eksponowanych [11, 15, 19, 31]. Sporadycznie notuje się wymioty, utratę apetytu [19] czy wrzody żołądka [31]. Przypuszcza się, że niektóre z tych symptomów mogą być związane z infekcją Helicobacter pylori, prowadzącą do chronicznego zapalenia błony śluzowej żołądka, które może być prekursorem choroby nowotworowej [18, 31]. Friis i wsp. [31] sugerują także, że praca w oczyszczalni ścieków może nieść za sobą podwyższone ryzyko zachorowania na nowotwory mózgu czy nerek. Korelacji takich nie wykazano w przypadku nowotworów płuc. #ª-alp|ÍA|ªR Koncentracja bioaerozolu, a tym samym i lipopolisacharydów wykazuje zmiany w zależności etapu procesu oczyszczania ścieków, ich rodzaju i ilości, pory roku, warunków atmosferycznych czy klimatycznych [6, 7, 14, 18, 20]. Zimą stężenie endotoksyn jest zdecydowanie niższe niż latem, ponieważ wzrost mikroorganizmów hamowany jest przez niską temperaturę i mniejszą wilgotność powietrza [6, 20]. Na terenie oczyszczalni najwyższe stężenie endotoksyn występuje w miejscu przeróbki osadów ściekowych [6, 11], komór napowietrzania [14, 32] i zbiorników z osadem przefermentowanym [6, 17]. Najniższy poziom LPS notuje się przy osadnikach [32]. Co istotne, potwierdzono wysokie narażenie na szkodliwy bioaerozol w przypadku składowania przetworzonych stałych odpadów w dość dużej odległości od takiegoż składowiska. Jak podaje Low i współpracownicy [33], narażenie na biologiczne czynniki ryzyka w bioaerozlu było podwyższone w strefie do 165 metrów od źródła, w którym składowane były odpady. Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Zdrowia profilaktyka osób narażonych na czynniki biologiczne obejmuje ba- dania okresowe (RTG klatki piersiowej i spirometria) oraz szczepienia przeciwko patogenom mogącym występować na stanowisku pracy [3, 20]. O niekorzystnym oddziaływaniu lipopolisacharydów świadczy uznanie ich poziomu za miarę narażenia zawodowego na czynniki biologiczne. Wartości normatywne dla ekspozycji, która nie wywołuje efektu (ang. no effect level, NEL) wynoszą odpowiednio: 10 ng/m3 dla zapalenia dróg oddechowych, 100 ng/m3 dla efektów systemowych i 200 ng/m3 dla toksycznego zapalenia płuc [20]. Brak jest jednak odpowiednich przepisów prawnych, które określałyby dopuszczalne stężenie mikroorganizmów oraz endotoksyn w miejscu pracy [6, 18, 20]. Stwarza to więc konieczność zapewnienia pracownikom wszelkich możliwych środków ochronnych (odzież, maski, rękawice), szkoleń uświadamiających zagrożenia, z jakimi mogą się spotkać, a przede wszystkim przestrzegania przez nich samych podstawowych zasad higieny – częstego mycia rąk czy zmiany odzieży w czasie pracy, co znacznie może zmniejszyć ryzyko wystąpienia chorób zawodowych [20]. Edukacja i profilaktyka pozostają bowiem najważniejszą formą postępowania zabezpieczającą przed niekorzystnym dla organizmu specyficznych, ale naturalnie występujących w środowisku czynników. Piśmiennictwo 1. Stan bezpieczeństwa i higieny pracy w 2005 roku. Bezpieczeństwo Pracy – Nauka i Praktyka 2006; 1: 2-5. 2. Dyrektywa 2000/54/WE Parlamentu Europejskiego i Rady w sprawie ochrony pracowników przed ryzykiem związanym z narażeniem na działanie czynników biologicznych w miejscu pracy. 3. Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 22 kwietnia 2005 r. w sprawie szkodliwych czynników biologicznych dla zdrowia w środowisku pracy oraz ochrony zdrowia pracowników zawodowo narażonych na te czynniki (Dz. U. Nr 133 poz. 716) 4. Dutkiewicz J, Górny RL. Biologiczne czynniki szkodliwe dla zdrowia – klasyfikacja i kryteria oceny narażenia. Med Pr 2002; 53(1): 29-39. 5. Gołofit-Szymczak M, Zapór L. Zagrożenia biologiczne w oczyszczalniach ścieków komunalnych. Bezpieczeństwo Pracy – Nauka i Praktyka 2007; 3: 26-28. 6. Cyprowski M, Krajewski JA. Czynniki szkodliwe dla zdrowia występujące w oczyszczalniach ścieków komunalnych. Med Pr 2003, 54 (1): 73-80. 7. Madsen AM. Airborne endotoxin in different background environments and seasons. Ann Agric Environ Med 2006; 13: 81-86. 8. Swan JRM i wsp. A review of the use of CD 14: a biomarker for workplace airborne endotoxin exposure? Int Biodeterior Biodegradation 2002; 50: 127-134. 9. Laitinen S i wsp. Evaluation of exposure to airborne bacterial endotoxins and peptydoglicans in selected work environments. Ann Agric Environ Med 2001; 8: 213-219. 10. Główny Urząd Statystyczny, Departament Badań Regionalnych i Środowiska. Ochrona środowiska 2008. Wyniki badań GUS; 23 grudnia 2008 r. 11. Rylander R. Health effects among workers in sewage treatment plants. Occup Environ Med 1999; 56: 354-357. COPYRIGHT'RUPADR!2+WIECIÊSKIEGO)33. 12. Douwes J, Mannetje A, Heederik D. Work-related symptoms in sewage treatment workers. Ann Agric Environ Med 2001, 8, 39-45. 13. Douwes J i wsp. Bioaerosol Health effects and exposure assessment: progress and prospect Ann Occup Hyg 2003; 47 (3): 187-200. 14. Wlazło A, Pastuszka JS, Łudzień-Izbińska B. Ocena narażenia na aerozol bakteryjny pracowników niedużej oczyszczalni ścieków. Med Pr 2002; 53, (2); 109-114. 15. Thorn J, Beijer L, Rylander R. Work related symptoms among sewage workers: a nationwide survey in Sweden. Occup Environ Med 2002; 59: 562-566. 16. Thorn J, Beijer L. Work-related symptoms and inflammation among sewage plant operatives. Int J Occup Environ Health 2004; 10: 84-89. 17. Krajewski JA i wsp. Health complaints from workplace exposure to bioaerosols: a questionnaire in sewage workers. Ann Agric Environ Med 2004; 11, 199-204. 18. Cyprowski M i wsp. Ocena narażenia pracowników oczyszczalni ścieków na czynniki biologiczne występujące w miejscu pracy. Med Pr 2005; 56(3): 213-222. 19. Smit LAM, Spaan S, Heederick D. Endotoxin Exposure and symptoms in wastewater treatment workers. Am J Ind Med 2005; 48: 30-39. 20. Hołtyn A, Krause M. Czynniki biologiczne i charakterystyka zagrożeń związanych z pracą w oczyszczalni ścieków. Forum Eksploatatora 2007; 5: 17-21; 21. Kaszowska M. Budowa chemiczna i biosynteza lipopolisacharydu – ważnego składnika osłony komórkowej bakterii Gram-ujemnych. Postępy Hig Med Dośw 2004; 58: 333-342. 22. Mielnik G, Doroszkiewicz W, Korzeniowska-Kowal A. Struktury zewnętrzne bakterii Gram-ujemnych a bakteriobójcza aktywność dopełniacza. Postępy Mikrobiol 2004; 43(1): 39-57. 23. Lodowska J i wp. Metody derywatyzacji komponentów lipopolisacharydów w ocenie ich struktury chemicznej technikami chromatograficznymi. Postepy Hig Med Dosw 2006; 60: 113-128. 24. Erridge C, Bennett-Guerro, Poxton IR. Structure and function of lipopolysaccharides. Microbes Infect 2002; 4: 837-851. 25. Thompson PA i wsp. Lipopolysaccharide (LPS)-binding protein inhibits responses to cell-bound LPS. J Biol Chem 2003; 278 (31): 28367-28371. 26. Wilde GC i wsp. Bactericidal/permeability-increasing protein and lipopolysaccharide (LPS)-binding protein. LPS binding properties and effects on LPS- mediated cell activation. J Biol Chem 1994; 269(26): 17411-17416. 27. Thompson PA, Kitchens RL. Native High-Density Lipoprotein Augments Monocyte Responses to Lipopolysaccharide (LPS) by Suppressing the Inhibitory Activity of LPS-Binding Protein. J Immunol 2006; 177: 4880-4887. 28. Hamann L i wsp. Inhibition of LPS-induced activation of alveolar macrophages by high concentrations of LPSbinding protein. Biochem Biophys Res Commun 2002; 295: 553-560. 29. Liu AH. Endotoxin exposure in allergy and asthma: Reconciling a paradox. J Allergy Clin Immunol 2002; 3: 379-392. 30. Renz H, Herz U. The bidirectional capacity of bacterial antigens to modulate allergy and asthma. Eur Respir J 2002; 19: 158-171. 31. Friis L, Edling C, Hagmar L. Mortality and incidence of cancer among sewage workers: a retrospective cohort study. Br J Ind Med 1993; 50: 653-657. 32. Prażmo Z i wsp. Exposure to bioaerosols in municipal sewage treatment plant. Ann Agric Environ Med 2003; 10: 241-248. 33. Low SY i wsp. Off-site exposure to respirable aerosols produced during the disc-incorporation of class B biosolids. J Environ Eng 2007; 10: 987-994. Adres do korespondencji: Dr Ilona Bednarek Zakład Biotechnologii i Inżynierii Genetycznej Wydziału Farmaceutycznego z Oddziałem Medycyny Laboratoryjnej ul. Narcyzów 1; 41-200 Sosnowiec (032) 364 1040; tel. Kom. 0608 045 969 [email protected]
