6-9. Substancje chemiczne

6-9.1.1.2. Wchłanianie

Niezależnie od drogi wchłaniania przejście substancji z miejsca pobrania do krwioobiegu, a także jej transport do różnych narządów i tkanek, wymaga przekroczenia licznych barier, jakie stanowią błony biologiczne. Najważniejsze w przypadku przenikania ksenobiotyków przez błony są mechanizmy dyfuzji biernej i pinocytozy.

Dyfuzja bierna zachodzi wyłącznie z gradientem stężeń i nie wymaga nakładu energii. Szybkość dyfuzji przez błonę jest wprost proporcjonalna do różnicy stężeń substancji po obu stronach błony i wielkości powierzchni kontaktu oraz odwrotnie proporcjonalna do grubości błony. Pinocytoza (pochłanianie przez komórkę substancji w postaci „kropli” i trawienie jej wewnątrz komórki) odgrywa istotną rolę w procesach wchłaniania aerozoli w drogach oddechowych, a także kompleksów białkowych - w przewodzie pokarmowym.

W drogach oddechowych są wchłaniane substancje w postaci par, gazów i aerozoli. Mechanizm wchłaniania substancji w postaci par i gazów jest oparty na zjawisku dyfuzji biernej. Na wydajność wchłaniania wpływają takie czynniki, jak współczynnik podziału krew/powietrze danej substancji oraz różnica stężeń cząstkowych substancji w powietrzu pęcherzykowym i w krwi żylnej dopływającej do płuc. Różnica ta zmniejsza się w miarę wysycenia tkanek.

Najszybciej wysyceniu ulega grupa narządów bogato ukrwionych i mózg. Skóra i mięśnie ulegają wysyceniu po ok. 90 min, tkanka tłuszczowa - zależnie od rozpuszczalności związku w tłuszczach. Na wydajność wchłaniania istotny wpływ wywiera obciążenie wysiłkiem fizycznym, powodujące wzrost wentylacji płuc oraz krążenia. Początkowo retencja substancji w płucach jest duża, a następnie ulega zmniejszeniu, dążąc do osiągnięcia stanu równowagi, na który wpływają procesy wchłaniania, rozmieszczenia, wydalania i metabolizmu.

Pojęcia „pył”, „mgła” i „para” rozporządzenie nr 1272/2008 (CLP) definiuje się w następujący sposób:

• pył: cząstki stałe substancji lub mieszaniny zawieszone w gazie (zwykle w powietrzu);
• mgła: ciekłe kropelki substancji lub mieszaniny zawieszone w gazie (zwykle w powietrzu);
• para: gazowa postać substancji lub mieszaniny uwolniona z jej ciekłego lub stałego stanu.

Pył zasadniczo powstaje w sposób mechaniczny. Mgła tworzy się zwykle poprzez skroplenie par przesyconych lub fizyczne ścinanie cieczy. Cząsteczki pyłów i mgieł mają zazwyczaj wielkość od mniej niż 1 do około 100 µm.

Aerozol - dwufazowe układy, ciało stałe-gaz lub ciecz-gaz, w których fazą rozpraszającą (gazową) jest powietrze. Aerozole ciał stałych przyjęto nazywać ziarnami, natomiast cieczy - kropelkami.

Wchłanianie aerozoli w drogach oddechowych odbywa się przez rozpuszczenie cząstek w wydzielinie pokrywającej ich powierzchnię, albo przez fagocytozę (wychwytywanie cząstek przez komórki zwane fagocytami) lub pinocytozę. Mgły w stanie ciekłym mogą być wchłaniane bezpośrednio, przez nabłonek oddechowy. Wchłanianie aerozoli nie jest całkowite. Część pyłów zostaje wydalona w śluzie, wykrztuszona w plwocinie lub połknięta. Udział poszczególnych odcinków dróg oddechowych (jama nosowo-gardłowa, tchawica, oskrzela, pęcherzyki płucne) jest zależny od wymiaru ziaren.

Skutki zdrowotne związane z wdychaniem cząstek aerozoli są związane z ich właściwościami fizycznymi, chemicznymi i biologicznymi, które determinują los cząstek w układzie oddechowym i ich interakcję z komórkami i tkankami w miejscu zdeponowania w drogach oddechowych. W układzie oddechowym można wyróżnić kilka obszarów czynnościowych różniących się istotnie budową, rozmiarem oraz mechanizmami depozycji i eliminacji cząstek.

Zdeponowanie aerozoli w każdym z obszarów dróg oddechowych zależy od:

• rozmiaru aerodynamicznego cząstek,
• wymiarów dróg oddechowych oraz
• charakterystyki procesu oddychania (prędkości przepływu powietrza, częstości i sposobu oddychania).

Przyjęto, że depozycja aerozoli w drogach oddechowych w obrębie głowy jest związana ze zwiększonym ryzykiem rozwoju raka nosa u pracowników przemysłu drzewnego i skórzanego oraz rakowaceniem przegrody nosowej u pracowników rafinerii chromu. Cząstki aerozoli zdeponowane w obszarze tchawiczo-oskrzelowym mogą się przyczyniać do rozwoju nieżytów oskrzeli i raka oskrzeli, a cząstki aerozoli zdeponowane w obszarze wymiany gazowej mogą powodować rozedmę płuc i pylice płuc. Zagrożenia związane z wdychaniem cząstek mających działanie toksyczne poza drogami oddechowymi po ich rozpuszczeniu w krążących płynach ustrojowych, zależą raczej od depozycji w całym układzie oddechowym niż od depozycji w poszczególnych obszarach czynnościowych.

Definicje poszczególnych frakcji aerozoli zostały zamieszczone w rozporządzeniu Ministra Rodziny, Pracy i Polityki Społecznej z dnia 12 czerwca 2018 r. w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy (Dz. U. 2018, poz. 1286, ze zm.):

• Frakcja wdychalna – frakcja aerozolu wnikająca przez nos i usta, która po zdeponowaniu w drogach oddechowych stwarza zagrożenie dla zdrowia, określona zgodnie z normą PN-EN 481;
• Frakcja respirabilna – frakcja aerozolu wnikająca do dróg oddechowych, która stwarza zagrożenie dla zdrowia po zdeponowaniu w obszarze wymiany gazowej, określona zgodnie z normą PN-EN 481;
• Frakcja torakalna – frakcja aerozolu wnikająca do dróg oddechowych w obrębie klatki piersiowej, która stwarza zagrożenie dla zdrowia po zdeponowaniu w obszarze tchawiczo-oskrzelowym i obszarze wymiany gazowej, określona zgodnie z normą PN-EN 481.

Do pobierania próbek aerozoli frakcji wdychalnej, torakalnej oraz respirabilnej należy stosować przyrządy spełniające wymagania przyjętych definicji.

Skóra stanowi najważniejszą barierę oddzielającą organizm ludzki od środowiska zewnętrznego, jest jednak przepuszczalna dla bardzo wielu substancji chemicznych. Wyróżnia się dwa zasadnicze mechanizmy wchłaniania substancji przez skórę:

• dyfuzja przez kolejne warstwy naskórka (transport transepidermalny),
• dyfuzja przez przydatki skóry - mieszek włosa, przewód i gruczoł łojowy, gruczoły potowe (transport transfolikularny).

Na zasadzie dyfuzji biernej (transport transepidermalny) wchłaniają się związki organiczne o dużym współczynniku podziału olej-woda i małym stopniu jonizacji. Mechanizm ten odgrywa istotną rolę podczas wchłaniania przez skórę węglowodorów aromatycznych i alifatycznych, aromatycznych amin i związków nitrowych, fenoli, insektycydów fosforoorganicznych, disiarczku węgla, tetraetylku ołowiu. Wydaje się, że znaczenie wchłaniania przez skórę w przypadku kontaktu z rozpuszczalnikami organicznymi lub opryskiwania roślin pestycydami jest zdecydowanie niedoceniane. Transport transfolikularny ma drugorzędne znaczenie dla wchłaniania substancjistwarzających zagrożenie, ponieważ przydatki skóry zajmują zaledwie od 0,1% do 1% jej powierzchni. W ten sposób wchłaniają się elektrolity, metale ciężkie, w tym także ich połączenia organiczne.

Wchłanianie przez skórę substancji znajdujących się w powietrzu środowiska pracy w postaci par lub gazów nie ma istotnego znaczenia. Tą drogą może się wchłaniać około 1% ilości wchłanianej w drogach oddechowych. Wyjątkami są fenol, nitrobenzen i anilina; wydajność wchłaniania par tych substancji przez skórę może wynosić około 30% ilości zawartej w środowisku pracy.

Wiele czynników może zwiększyć wydajność wchłaniania przez skórę. Do najważniejszych należą: stan skóry, różnice anatomiczne, wiek, temperatura, wilgotność.

Wchłanianie substancji chemicznej z przewodu pokarmowego może się odbywać w różnych jego odcinkach: począwszy od jamy ustnej i przełyku poprzez żołądek do jelit. Substancje chemiczne ulegają wchłanianiu w tej części przewodu pokarmowego, w której występują w formie nie zjonizowanej. Słabe kwasy są wchłaniane głównie w żołądku, podczas gdy słabe zasady w jelitach. Błona śluzowa jelit jest fizjologicznie przystosowana do wchłaniania, toteż resorpcja szkodliwych substancji chemicznych zachodzi tu stosunkowo szybko. W przewodzie pokarmowym mogą się również wchłaniać metale występujące w środowisku pracy. Nie znane są mechanizmy i wydajności tego procesu. Istotne znaczenie ma forma chemiczna, w jakiej występuje dany metal.

 

6-9.1.1.2. Rozmieszenie

Substancja chemiczna wchłonięta do organizmu jedną z możliwych dróg dostaje się do krwi, skąd może być transportowana do tkanek, w których ulega przemianie i wywiera działanie na określony układ receptorów. Jej metabolity mogą zostać wchłonięte zwrotnie do krwi, skąd zostają wydalone. Możliwe jest też odłożenie substancji (a także metabolitu) w obszarze metabolicznie mało aktywnym (np. tkanka tłuszczowa, kości).

 

6-9.1.1.3. Metabolizm

Trudno rozpuszczalne w wodzie substancje organiczne ulegają przemianie w organizmie do związków bardziej polarnych, lepiej rozpuszczalnych w wodzie, co umożliwia ich wydalenie. Najważniejszym narządem z punktu widzenia przemian metabolicznych jest wątroba. Mniejszą zdolność do przemian metabolicznych mają płuca, nerki i jelita. Reakcje metabolizmu dzieli się na dwie fazy. W trakcie I fazy przemian biochemicznych, obejmujących reakcje utleniania, redukcji i hydrolizy, zwiększa się polarność związków i ich rozpuszczalność w wodzie. W wyniku przemiany zachodzącej w tej fazie mogą powstawać związki o mniejszej, zbliżonej lub większej toksyczności. W fazie II substancje lub ich metabolity, powstające w reakcjach I fazy, ulegają sprzęganiu z cząsteczkami endogennymi (występującymi w organizmie), zwiększa to ich polarność i umożliwia wydalanie z organizmu przez nerki lub drogi żółciowe. Na wydajność przemiany może wpływać wiele czynników, do których można zaliczyć: różnice międzygatunkowe i wewnątrzgatunkowe, wiek, odżywienie, stan zdrowia.

 

6-9.1.1.4. Wydalanie

Substancja może być wydalona z organizmu, zależnie od właściwości, z powietrzem wydychanym, z moczem lub z kałem. Z moczem są wydalane związki polarne (rozpuszczalne w wodzie) o małych cząsteczkach. Związki o dużych cząsteczkach są wydalane z żółcią, głównie w postaci polarnych produktów sprzęgania. Wydalanie z powietrzem wydechowym odgrywa istotną rolę w przypadku substancji lotnych, ulegających w niewielkim stopniu przemianom w organizmie. Wydalanie to zależy od współczynnika podziału substancji w układzie powietrze/osocze.