Пути проникновения наночастиц в организм человека - Безопасность жизнедеятельности в сфере производства нанотехнологий

Наночастица электроника токсичность организм

Их четыре -- через легкие, обонятельный эпителий, кожу и желудочно-кишечный тракт.

Наиболее доступны для наночастиц Легкие. Они состоят из двух различных частей -- воздушных путей, транспортирующих воздух в легочную ткань (трахеобронхиальный и назофарингеальный регионы), и составляющих легочную ткань альвеол, где происходит газообмен. Легкие человека содержат около 2300 км воздушных путей и 300 млн альвеол. Общая поверхность легких взрослого человека 140 м2, что больше теннисного корта. Воздушные пути хорошо защищены от проникновения крупных частиц благодаря активному эпителию и вязкому слизистому слою на его поверхности. Но в газообменной области альвеол барьер между альвеолярной стенкой и капиллярами очень тонок, всего 500 нм и легко для них проницаем (рис. 3).

схематическое изображение строения альвеолы по [17]

Рис. 3 Схематическое изображение строения альвеолы По [17]

Распространение наночастиц по дыхательным путям может показаться весьма неожиданным для специалистов, привыкших моделировать эти процессы в диапазоне 1-10 мк (рис. 4).

предпочтительное фракционное отложение ингалированных частиц в назофарингеальном, трахеобронхиальном и альвеолярном регионах респираторного тракта человека при носовом дыхании. по [8]

Рис. 4 Предпочтительное фракционное отложение ингалированных частиц в назофарингеальном, трахеобронхиальном и альвеолярном регионах респираторного тракта человека при носовом дыхании. По [8]

Например, до 90% ингалированных 1-нм частиц оседает в назофарингеальном тракте, до альвеол они "не доходят". 5-нм частицы распределяются относительно равномерно по назофарингельному тракту, трахеобронхиальному тракту и альвеолам (~ по 30%). Частицы диаметром в 20 нм наиболее эффективно оседают в альвеолах (~ 50%). В тоже время в трахеобронхиальном и назофарингеальном регионах задерживается ~ по 15 % от их общего количества. Такое дифференцированное распределение наночастиц разных размеров в различных разделах легких неизбежно сказывается на их экстрапульмонарном распределении (рис. 5).

экстрапульмонарное распределение наночастиц разных размеров

Рис. 5. Экстрапульмонарное распределение наночастиц разных размеров. 1 - проникновение в сенсорные нейроны через обонятельный эпителий; 2 - проникновение в желудочно-кишечный тракт; 3 - проникновение интерстиций; 4 - проникновение в лимфатические узлы; 5 - проникновение в кровеносное русло. По [8]

Наночастицы после ингаляции проникают в кровеносное русло по разным механизмам. Скорость этого процесса может варьировать для наночастиц разных размеров и химического состава. Но в некоторых случаях этот процесс может осуществляться очень быстро. Например, ингалированные углеродные частицы размером менее 100 нм уже через одну минуту после экспозиции можно обнаружит в крови экспериментального животного [9].

"Новинкой", характерной именно для частиц нанодиапазона, является возможность их проникновение в организм человека по нервным волокнам, идущим от обонятельного эпителия; и через кожу. Еще 60 лет назад было установлено, что полиовирус (30 нм), введенный экспериментальному животному интраназально, может через луковицу обонятельного нерва проникать непосредственно в ЦНС [10]. Но, как оказалось, наночастицы способны проникать в ЦНС этим же путем.

проникновение наночастиц в мозг через обонятельный эпителий носовых ходов. по [8]

Рис. 6 Проникновение наночастиц в мозг через обонятельный эпителий носовых ходов. По [8]

Cкорость транспорта полиовирусов и наночастиц по обонятельному нерву примерно одинакова -- 2,4...2,5 мм/час [11]. Помимо транснейронального проникновения в ЦНС, наночастицы легко преодолевают гематоэнцефалический барьер По [12]..

Возможны три пути проникновения наночастиц через кожу: между клеток, через клетки и через волосяные фолликулы. Например, липосомы с размерами в пределах от 20 нм до 200 нм легко "проходят" между клетками. Проникновение в организм человека через кожные покровы для наночастиц облегчается тонкостью верхнего слоя кожи -- эпидермиса. Лежащий же под ним слой -- дерма -- очень богат макрофагами крови и тканей, лимфатическими узлами, дендритными клетками, в него "выходят" окончания сенсорных нервов пяти различных типов; все эти "обитатели" дермального слоя способны поглощать и распространять нанообъекты за пределы их первоначальной аппликации (рис. 7).

проникновение наночастиц через кожу

Рис. 7 Проникновение наночастиц через кожу

То, что любые незначительные механические повреждения кожи делают ее "проницаемой" для наночастиц, понятно. Но Tinkle et al. (2003) продемонстрировали, что неповрежденная кожа в местах сгиба, например, в области запястья, может становиться проницаемой для наночастиц [13]. Уже в 2008 г. опубликованы экспериментальные данные, показывающие, что ультрафиолетовое облучение кожи значительно повышает ее проницаемость для наночастиц [14]. Видимо, в ближайшие годы будут обнаружены и другие сюрпризы подобного рода, так как изучение проблемы проникновения в организм человека объектов наноразмера, еще только начинается.

Патологическое действие веществ субмикронного диапазона не является чем-то неожиданным для токсикологов. После появления в 1916 г. на фронтах Мировой войны у воюющих армий угольных противогазов, многим специалистам казалось, что теперь "противогаз победил газ". Однако в июле 1917 г. германской армией во Фландрии впервые были применены новые отравляющие вещества раздражающего действия -- арсины (дифенилхлорарсин, адамсит, дифенилцианарсин). В отличие от использовавшихся ранее фосгена, хлора, синильной кислоты, арсины -- это твердые вещества. Они диспергировались специальными снарядами до образования Частиц субмикронного диапазона, преодолевавших противодымные фильтры противогазов. Борьба с такими "дымами" оказалась более сложной, чем с ОВ, применявшимся в газообразном состоянии. До конца войны не было создано удовлетворительных противодымных фильтров [15].

Похожие статьи




Пути проникновения наночастиц в организм человека - Безопасность жизнедеятельности в сфере производства нанотехнологий

Предыдущая | Следующая