برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۶/۰۹/۱۸ تا ۱۳۹۶/۰۹/۲۴

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۱۹۰
  • بازدید این ماه ۱۲۳
  • بازدید امروز ۳
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۰
  • قبول شدگان ۰
  • شرکت کنندگان یکتا ۰
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۰
واژه نامه فناوری نانو

نانو

nano

پيشوندي به معناي يک بيليونم يا (000،000،000،1/1). در متون فناوري‌نانو، معمولا براي مشخص کردن يک واحد اندازه‌گيري برابر با 10 به توان منفي 9 متر استفاده مي‌شود.

سطح مقاله

پیشرفته 2

نویسندگان
کلمات کلیدی
امتیاز کاربران

سمیّت نانوذرات به دنبال مواجهه تنفسی و بررسی ساز‌وکار‌های احتمالی

اگر چه انسان‌ها در مراحل تکاملی خود همیشه در معرض مواجهه با نانوذرات موجود در هوا ( nm100>) بوده‌اند امّا در طی چند قرن اخیر این مواجهه به‌طرز چشمگیری به دلیل افزایش منابع انسان‌زاد فزونی یافته است. سرعت بالای توسعۀ فناوری نانو سبب گردیده تا نانومواد مهندسی‌شده نیز به یکی دیگر از منابع مواجهه با نانو مواد تبدیل گردد. پژوهش‌های انجام‌شده، ارتباط بین مواجهه با ذرات موجود در هوای محیط و عوارض سوء بر سلامتی، افزایش ناتوانی‌‌ها و مرگ‌و‌میر را به اثبات رسانیده‌اند، لذا یکی از نگرانی‌های مهم، حفاظت از سامانۀ تنفسی انسان در مواجهه با ذرات هوابرد و نیز ذرات بسیار‌ریز معلق در هوا می‌باشد. ساختارهای نانو به احتمال زیاد سمی‌تر از مواد مشابه همان ماده در اندازۀ معمولی بوده و می‌توانند به اعماق ریه وارد شوند. اندازۀ بسیار کوچک نانوذرات و سطح بزرگ آن احتمالاً نقش مهمی در سمیّت نانو‌ذرات ایفا می‌نماید. در این مقاله، ساز‌وکار‌های احتمالی سمیّت نانوذرات به دنبال مواجهۀ استنشاقی و ضرورت اطلاع از خطرات بالقوّۀ آن مورد بررسی قرار گرفته است.
1- مقدمه
با گسترش محصولات نانو و تولید نانوذرات مهندسی‌شده، الگوی مواجهه با هواسُل‌ها (Aerosols) و ذرات معلق هوابرد امروزه به سرعت در حال تغییر است. در‌حالی‌که مواجهۀ تاریخی با بیماری‌های ریوی نظیر سیلیکوزیس و پنوموکونیوزیس به‌طور شاخص در اثر پیشرفت عوامل اندازه‌گیری و شیوه‌های کنترل در حال کاهش می‌باشد، مواجهه با نانوذرات به عنوان یک اضطرار در سلامت جوامع مطرح گردیده است. صدها تن از نانو‌ذرات سالانه به محیط‌زیست وارد می‌گردد و هنوز اطلاعات کمی از تداخلات و اثرات نانومواد بر سامانه‌های زیستی وجود دارد [1 و2]. تحقیقات نشان می‌دهد که مواجهۀ تنفسی با ذرات به خصوص ذرات بسیار ریز سبب بروز بیماری‌های قلبی‌عروقی و بیماریهای ریوی و مرگ‌و‌میر حاصل از آن‌ها می‌گردد. نفوذ نانوذرات به بخش‌های داخل و خارج سلولی، شامل سیتوپلاسم و کاریوپلاسم سلولهای مزوتلیا و اپیتلیال ریوی به وسیلۀ میکروسکوپ الکترونی اثبات شده است [1]؛ بنابراین لازم است تا احتمال ریسک تنفسی نانوذرات توسعه‌یافتۀ جدید و محصولات نانو قبل از ایجاد اثرات سوء در انسان مورد ارزیابی قرار گیرد. نانوذرات در مقایسه با مواد غیر‌نانو متداول همان ماده نه تنها در خواص فیزیکو‌شیمیایی، بلکه در خواص زیستی نیز ممکن است بسیار متفاوت ‌باشند. در یک مطالعۀ بالینی موردی، در 7 کارگر زن جوان مواجه‌یافته با پلی‌‌آکریلات حاوی نانوذرات به مدت 13-5 ماه، آسیب‌های جدی ریوی همراه با کوتاهی تنفس و تجمع مایع در فضای پلور گزارش شده است. در مطالعات آسیب‌شناسی، فیبروز ریوی (شکل 1) و گرانولوما جسم خارجی در پلور مشاهده شده است [3].

filereader.php?p1=main_c4ca4238a0b923820
شکل1- ریۀ طبیعی با آلوئول‌های طبیعی (چپ)، زخم فیبروز ریوی و ضخامت بافت اطراف و بین کیسه‌های هوایی ( آلوئول‌ها) در ریه (راست) [4].

2- فناوری نانو
به کاربرد دانسته‌های علمی برای ساخت و کنترل مواد در مقیاس نانو به‌منظور بهره‌مند شدن از خواص مرتبط با اندازه و ساختار و پدیده متمایز با موارد مرتبط با مولکول‌ها یا اتم‌های جداگانه یا مواد توده‌ای، نانوفناوری اطلاق می‌گردد [5]. نانوذرات به‌دلیل اندازۀ کوچک خود، ناحیۀ سطحی/ جرم بالایی داشته و دارای خواص فیزیکی و شیمیایی هستند که آن‌ها را از ذرات ریز ماده تشکیل‌دهندۀ خودشان متمایز می‌کند. این خواص منحصربه‌فرد در موارد مختلفی از جمله گیرنده‌های حسی، نیمه‌رسانا¬ها، سامانه‌های دارورسانی به بافت‌ها، تصویربرداری پزشکی، کرم‌های ضد آفتاب، لوازم آرایشی و پوشش‌ها کاربرد داشته و بهره‌برداری از آن‌ها رو به افزایش می‌باشد [6].
اگرچه بسیاری نانو‌ذرات و ذرات بسیار‌ریز (Nanoparticles and ultrafine particles) را هم‌معنی می‌دانند، به عنوان ذرات کوچکتر از nm 100، امّا عبارت بسیار‌ریز (Ultrafine) اصولاً برای مشخص کردن ذرات محیطی که به‌طور اتفاقی یا ناخواسته تولید می‌شوند، نظیر ذرات ریز حاصل از فرایند احتراق به کار می‌رود [7]. بنابراین بر پایۀ منبع تولیدی، نانومواد می‌توانند به دو الگوی اصلی (شکل2) طبقه‌بندی گردند:
الف) ذرات بسیار‌‌ریز: نانو‌ذرات تولید‌شده به‌صورت غیر‌عمدی و نسبتاً ناهمسان یا بس‌پراکنده (Polydispersed) با یک طبیعت پیچیده شیمیایی، مانند نانوذرات حاصل از موتورهای دیزلی.
ب) نانو‌ذرات مهندسی‌شده: نانو‌ذرات تولید‌شده به‌صورت عمدی و همسان یا ناپراکنده (Monodispersed) با خواص شیمیایی مهندسی‌شده، مانند نانو‌ذرات دی‌اکسید‌تیتانیوم.

filereader.php?p1=main_0b82639fb43ddb7a8           filereader.php?p1=main_c81e728d9d4c2f636
شکل 2 - یک مجموعه ذرات غیر یکنواخت یا ناهمسان (بس‌پراکنده) (راست)، یک مجموعه ذرات همسان (ناپراکنده) یا یکنواخت (چپ) [8].

واضح است که همۀ نانوذرات ساخته‌شده در اندازه‌های همسان نبوده و به فرایند تولید و تخلیص آن بستگی دارد. نانو‌مواد می‌توانند از مواد گوناگون در شکل‌های مختلف نظیر کروی، میله‌ای، سیمی و لوله‌ای تولید شوند. بیشتر نانوذراتی که امروزه تولید و به‌ کار برده‌ می‌شوند از فلزات واسطه، سیلیسیوم، کربن و اکسیدهای فلزی می‌باشند. گذشته از این تفاوت‌ها خصوصیات مشابه سمیّت‌شناختی برای آنها انتظار می‌رود [9 و10].
در ‌صورتی‌که نانوذرات در هر مرحله از چرخۀ زندگی از تولید، کاربرد تا پسماند، وارد هوا شوند، آثار تماس ریوی آن‌ها نیاز به ارزیابی دارد. این در حالی است که اطلاعات بسیار کمی ‌در رابطه با مقدار نانوذرات پراکنده در هوا در دسترس است. براساس گزارش داده شده مقادیر غبار قابلِ‌تنفس پراکنده در هوا در مجموعه‌های آزمایشگاهی تولید نانو‌لوله‌های کربنی تک‌جداره ((SWCNT) Single-walled carbon nanotubes) بسیار کم یعنی حدود 53 میکروگرم در هر متر مکعب بوده امّا طی فرایندهای حمل‌و‌نقل این مواد، وجود مقادیر بالای این نانوذرات در هوا گزارش شده است. علاوه‌بر ‌این در تحقیقات آزمایشگاهی نشان داده شده است که مقادیر نانو‌لوله‌های کربنی تک‌جداره پراکنده در هوا از طریق فرایندهای هم‌زدن نظیر استفاده از مخلوط‌کن یا یک ‍ژنراتور با بستر مایع، افزایش می‌یابد. لذا مقادیر نانوذرات پراکنده در هوا در کارگاه‌های فناوری نانو برحسب سطح انرژی فرایندهای درگیر با آن‌ها، از مرحلۀ تولید تا استفاده، و برخورداری از سامانه‌های کنترلی متفاوت می‌باشد [11].

3- توکسیکولوژی تنفسی نانوذرات
مطالعات درون‌تنی (In vivo) نشان داده است که ذرات بسیار‌ریز به مقدار زیادی پاسخ‌های التهابی را در ریه القا کرده و در‌عینِ‌حال اثرات خارج ریوی در اعضای دورتر از ریه نیز ایجاد می‌کنند. این مطالعات نشان می‌دهد که مواجهۀ ریوی با نانوذرات پاسخ‌های التهابی حادتری را در مقایسه با غلظت جرمی هم‌ارز همان ترکیب شیمیایی با اندازۀ ذرات بزرگ‌تر ایجاد می‌کند. سمیّت نانوذرات عمدتاً مرتبط با خواص منحصربه‌فرد فیزیکوشیمیایی آن‌ها است. این خواص منحصربه‌فرد در اندازۀ نانو نه تنها بر خواص شیمیایی و فیزیکی آن‌ها بلکه بر رفتار این ذرات در سامانه‌های زیستی نیز اثر دارد [12]. در مجموع مهمترین عوامل مؤثر در توکسیکولوژی تنفسی نانو‌ذرات عبارتند از: ویژگی‌های نانوذرات، میزان نشست نانوذرات، توانایی ورود به بافت بینابینی آلوئول‌ها، میزان جابجایی در ریه و ورود به مویرگ‌های ریوی، مساحت سطحی و فشار اکسیدانی [6].

4- ویژگی‌های ذرات:
اندازۀ ذرات (Particle size)، ترکیب شیمیایی و خصوصیات فیزیکوشیمیایی‌ ذرات هوابرد جامد یا قطرات مایع، تعیین‌کننده رفتار هواسُل‌ها می‌باشد. تعیین مشخصات فیزیکی جهت ارزیابی رفتار ذرات هوابرد در سامانه‌های زیستی بسیار ضروری است (شکل3-A) [1]. به‌علاوه خواص فیزیکی و شیمیایی شاخص مهمی در الگوی توزیع و نشست ذرات هوابرد در راه‌های تنفسی بوده و سرانجام محل ته‌شست ذرات در راه‌های هوایی تعیین‌کنندۀ سرنوشت توکسیکولوژیکی ذرات تنفس‌شده می‌‌باشد (شکل3-B).

filereader.php?p1=main_a87ff679a2f3e71d9
شکل3- اثر برهم‌کنش ذرات با دستگاه تنفسی انسان، ویژگی‌های ذرات (A)، فعل‌و‌انفعالات دستگاه نفسی/ذرات (B)، ویژگی‌های دستگاه تنفسی (C) [1].

مشخصات خاص هر هواسل نظیر اندازه، شکل، چگالی، مساحت سطح، انحلال و واکنش‌پذیری تا حدود زیادی رفتار فیزیکی ذرات تنفس‌شده و متعاقباً اثرات آن بر سامانۀ تنفسی انسان را تعیین می‌کند [13و14]. اندازۀ ذره بر میزان تحرک ذره و نتیجتاً در بروز پدیده‌های فیزیکی نظیر انعقاد، پراکندگی، رسوب‌پذیری، گیرافتادگی، لختی و خاصیت پراکندگی نور آن ذره تأثیر دارد. اگرچه توزیع اندازۀ ذره مهمترین پارامتر است امّا ارزیابی سایر خواص نیز در مشخصه‌یابی یک ذره لازم و ضروری است. مطالعۀ شکل، چگالی و ابعاد خطی در تعیین خواص آئرودینامیک ذرات بسیار مهم می‌باشد. تجزیه و تفکیک تودۀ جامد به بخش‌های کوچک‌تر سبب کاهش اندازۀ ذرات و افزایش مساحت سطح کلی و بنابراین تغییر در سمیّت و خواص انفجاری ذرات می‌شود [15]. ذراتی نظیر TiO2 که به‌عنوان ذرات خنثی محسوب می‌‍‌‌‌‌‌‌شوند در اندازۀ نانو به سبب کاهش اندازۀ ذرات آن فعال می‌گردند. نه تنها خواص شیمیایی ذرات ماده در ابعاد نانو در مقایسه با همان ماده در حالت توده‌ای تغییر می‌یابد بلکه خواص نوری، مکانیکی و الکتریکی آن ذرات نیز تغییر یافته که همین امر سبب بروز اثرات غیرقابلِ‌پیش‌بینی آن‌ها می‌شود. نانوذرات و ذرات بسیار‌ریز به سبب اندازۀ کوچک مساحت سطح چشمگیری را فراهم کرده و همین امر سبب افزایش فعالیت شیمیایی و جذب بالاتر به نسبت همان جرم از مواد یکسان می‌گردد. بنابراین نانومواد، فعال‌تر از همان جرم از ماده اولیه در ذرات بزرگتر خواهند بود و قابلیت سمیّت بالاتری خواهند داشت [16].

5- تنفس هواسُل‌ها:
ذرات موجود در هوا ممکن است از طریق استنشاق به دستگاه تنفسی انسان وارد شوند. دستگاه تنفسی انسان از یک سطح وسیع داخلی و یک بافت بسیار نازک به‌منظور تسهیل تبادل هوا و خون تشکیل یافته است [17]. علاوه‌بر این، این سامانه با برخورداری از سه ناحیۀ متوالی(شکل3-C) و (شکل4):
الف) ناحیۀ بینی و حلق (Nasopharyngeal region)؛
ب) ناحیۀ نای و نایژه‌‌ها (Tracheobronchial region)؛
ج) ناحیه ریوی (Pulmonary region).
از موانع ساختاری و عملکردی تکامل‌یافته برای مقابله با ورود ذرات استنشاقی به اعماق ریه‌ها بهره‌مند می‌باشد [10].
filereader.php?p1=main_e4da3b7fbbce2345d
شکل4- دستگاه تنفسی انسان متشکل از سه ناحیۀ متوالی می‌باشد: ناحیۀ بینی و حلق، ناحیۀ نای و نایژه‌ها و ناحیۀ ریوی [10].

در‌هرحال سطح وسیع داخلی آلوئول‌ها و راه‌های هوایی که در مجموع نزدیک به 150 مترمربع است که سبب تسهیل دسترسی مواد استنشاق‌شده به بافت ریه و نیز جریان خون می‌گردد. بدیهی است که این سامانه همیشه نمی‌تواند در مواجهه با طیف وسیع مواد موجود در هوا در محیط‌های شهری یا محیط‌های شغلی کارایی کافی را داشته باشد. متناسب با ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی مواد استنشاق‌شده، سامانۀ تنفسی می‌تواند به‌عنوان یک محل بروز سمیّت برای سموم ریوی و نیز محلی برای جذب (Absorption) و انتقال مواد شیمیایی استنشاقی به اندام‌های دورتر از ریه و بروز اثرات توکسیک در محل‌های خارج ریوی باشد [18].

6- ساز‌وکار‌های ‌نشست ذرات در دستگاه تنفسی
برآورد میزان استنشاق هواسل‌ها نیازمند دانستن میزان انتقال، ‌نشست و پاک‌سازی در ریه است.
انتقال و ‌نشست ذرات در راه‌های هوایی تحت تأثیر سه شاخص اصلی زیر می‌باشد (شکل 3):
1- ساختار کالبدشناسی (Anatomic) راه‌های هوایی
2- الگوی جریان هوا
3- مشخصات آئرودینامیکی ذرات
الگوی ‌نشست ذرات در راه‌های هوایی وابسته به اندازه بوده و توزیع اندازۀ ذرات مهمترین شاخص تعیین‌کننده رفتارذرات هوابرد می‌باشد. در زمان تنفس هوای اشباع از ذرات، ذراتی که قادر باشند تا جریان هوا را دنبال کنند، وارد مجاری تنفسی می‌گردند. درحالی‌که ذرات تمایل دارند تا به حرکت خود در مسیر اصلی ادامه دهند، انحراف جریان هوا به سبب تغییر ناگهانی جهت یا دو شاخه‌شدن راه‌های هوایی ممکن است موجب برخورد (Impacted) ذره وجمع‌آوری آن در سطح گردد. معمولاً ذرات بزرگ‌تر (µm30-5) در ناحیۀ بینی و حلق با ساز‌و‌کار برخورد لختی (Inertial impaction mechanism) ته‌نشین شده و ذرات کوچکتر(µm 5-1) که در ناحیۀ بینی و حلق به دام نمی‌افتند در ناحیۀ نای و نایژه، با ساز‌و‌کار رسوب‌پذیری (Sedimentation)، ته‌نشین می‌شوند که این امر سبب جذب بیشتر یا حذف از طریق سامانۀ پاک‌سازی موکوسیلیاری (Mucociliary clearance) می‌گردد. در آخر مابقی ذرات زیر میکرون (µm1<) و نانوذرات (nm100<) با توزیع اندازۀ کوچک‌تر به اعماق ریه و ناحیۀ آلوئولی (Alveolar region) وارد و عمدتاً از طریق ساز‌و‌کار حذف ناکافی، انتشار (Diffusion) نشست می‌یابند [19و20].
ذرات ته‌نشین‌شده در نواحی عمیق ریوی، در مدت‌زمان طولانی‌تری از ریه حذف می‌شوند و به‌دلیل برهم‌کنش متقابل بیشتر بافت- ذره و سلول- ذره، احتمال ایجاد عوارض سوء بیشتری بر سلامتی را خواهند داشت [18]. کارایی بیگانه‌خواری سلول‌های درشت‌خوار (Macrophage) آلوئولی برای حذف نانوذرات تنفس‌شده در مقایسه با ذرات بزرگ‌تر، پایین می‌باشد [21]. همچنین ذرات بسیار‌ریز می‌توانند به توانایی درشت‌خوارها در بیگانه‌خواری و حذف سایر ذرات آسیب وارد کرده و در نتیجه می‌تواند نقش پیش‌التهاب‌زایی (Pro-inflammogenic) داشته باشند. ذرات در اندازۀ نانو قادر به دسترسی مؤثر به ناحیۀ آلوئولی ریه‌ها و برخورد نزدیک با اپیتلیوم آلوئولی می‌باشند. تنها ذرات بسیار ریز ته‌نشین‌شده‌ قادر به عبور از سد بافتی هوا – خون بوده و وارد جریان خون شده و به آسانی به سایر اعضای هدف دست می‌یابد؛ با ‌این‌حال، ذرات غیرقابل انحلال ممکن است در ریه به‌طور نامحدود باقی بمانند که این اقامت طولانی‌مدت در ریه ممکن است سبب آسیب و پاسخ‌های زیستی شود [19و22].
انتشار یک ساز‌و‌کار اصلی ته‌نشین شدن ذرات کوچکتر از nm 500 است که به سبب حرکت تصادفی ذرات در پی بمباران پیوسته توسط مولکول‌های هوا ایجاد می‌گردد. در طول توقف کوتاه بین فازهای ورود و خروج هوا، ذرات زیر میکرون و نانوذرات با تحرک بالای برونین (Brownian) ممکن است با ساز‌و‌کار انتشار به دام افتند. انتشار یک ساز‌و‌کار ته‌نشست مهم برای ذرات بسیار ریز در آلوئول‌ها، جایی که جریان هوا بسیار آهسته است، بوده و نقش عمده در ته‌نشست نانوذرات در اعماق ناحیه ریوی دارد. سایر ساز‌و‌کار‌های ته‌نشست ذرات در خصوص نانوذرات تأثیر ندارند با ‌این‌حال اگر نانوذرات بار الکتریکی مشخصی حمل‌کنند، رسوب الکترواستاتیکی نیز می‌تواند رخ دهد [10و22].

7-اندازه‌گیری میزان ‌نشست ذرات در دستگاه تنفسی:
علی‌رغم پیچیدگی بسیار دستگاه تنفسی در ساختار و ابعاد که مدل‌سازی هندسی کامل ریه را مشکل می‌سازد، هر دو مدل متقارن و نامتقارن هندسی ریه ارائه شده است. درحالی‌که پیش‌بینی ناحیه ته‌نشست ذرات از مدل هندسی متقارن به دست می‌آید تنها مدل‌های غیر‌متقارن می‌تواند پیش‌بینی ته‌نشست موضعی را امکان‌پذیر سازد. اندازه‌گیری ته‌نشست در ریه عموماً از طریق روش‌های غیر‌مستقیم اندازه‌گیری غلظت ذرات قبل از ورود و بعد از خروج از دستگاه تنفسی امکان‌پذیر است. این اندازه‌گیری غیر‌مستقیم تنها ‌نشست کلی ذرات را در ریه امکان‌پذیر ساخته و ته‌نشست منطقه‌ای ذرات را نشان نمی‌دهد. ازآنجائی‌که پاسخ‌های زیستی از مناطق خاص آغاز می‌شوند، دستیابی به مدل‌های جدید رسوب‌پذیری در ریه امکان پیش‌بینی دقیق‌تری را از رسوب‌پذیری ذرات در مناطق مختلف ریه فراهم خواهند نمود [23]. این مدل‌ها می‌توانند به‌عنوان ابزار پیشرفته در ارزیابی مواجهات انسانی ذرات با ذرات بسیار ریز به‌کار گرفته شوند. تنها با تعیین دُز (Dose) دقیق در مناطق خاص، می‌توان پاسخ‌های زیستی در مدل‌های برون‌تنی (In vitro) را مورد پژوهش و بررسی قرار داد. امروزه زیست‌شناسان سلولی روش‌های کشت سلولی که منجر به درک کامل واکنش‌های داخل و خارج‌سلولی می‌شود را فراهم نموده‌اند. استفاده هم‌زمان از دو یا چند سامانۀ سلولی می‌تواند نشانگر اثر متقابل سلول‌ها باهم و بدون دخالت سایر انواع سلول‌ها یا فرایندهای سامانه‌ای (Systemic) باشد. در برخی از مدل‌های برون‌تنی می‌توان ضریب توزیع، پیوندهای پروتئینی، گسستگی و انتقال سلولی را تعیین نمود. این داده‌ها می‌تواند برای تکمیل اطلاعات رسوب‌پذیری در بخش‌های مختلف در مدل‌های درون‌تنی مورد استفاده قرار گیرد [24].

8- ساز‌وکار‌های احتمالی در سمیّت نانوذرات:
پاسخ به مواد تنفس‌شده می‌تواند واکنش‌های فوری تا عوارض طولانی‌مدت مزمن در سطح یک بافت تا بیماری‌های سامانه‌ای (Systemic) را شامل شود. در مطالعات گسترده اپیدمیولوژیکی اثبات گردیده است که تماس با ذرات آلایندۀ‌ هوا و ذرات بسیار ریز در هوا سهم بسزایی در افزایش مرگ‌و‌میرها و بیماری‌های تنفسی و قلبی‌عروقی دارد [25].
نانوذرات مشتق‌شده از احتراق (Combustion derived nanoparticles (CDNP)) ترکیبات مهم ذرات آلاینده هوا در محیط‌زیست، یا ذرات PM2.5، بوده که سبب ایجاد عوارض سوء بهداشتی می‌گردد [6]. موتورهای دیزلی مهم‌ترین منبع ذرات با توزیع اندازه متفاوت شاملPM 10، PM 2.5 ، PM 1.0 و نانوذرات می‌باشد. ذرات دیزل شامل سطح بالایی از نانوذرات با قطر کمتر از nm 50 است. نانوذرات مشتق‌شده از سوخت شامل نانوذرات فلزی و هم آلی با مساحت سطح بسیار زیاد و توانایی انتقال به مغز (شکل5) و سایر اعضا می‌باشد و ممکن است سبب واکنش‌های ریوی از قبیل فیبروز، التهاب مزمن ریوی، تب فلزی و سرطان شود. نزدیکی مخاط بویایی به پیاز بویایی که بخشی ازسامانۀ عصبی مرکزی است، سبب شده است تا نانوذرات تنفس‌شده به‌خصوص ذرات زیر 10 نانومتر، که از طریق انتشار رسوب‌پذیری بالایی در مخاط بویایی دارند، شبیه به مولکول‌های هوابرد ̎بوی (Smell) ̎ که در این منطقه بر روی مژه‌های شاخه‌ای (Dendritic) بویایی رسوب می‌نمایند. جذب و پس از آن به مغز انتقال یابند. انتقال نانوذرات جامد در امتداد آکسون عصب بویایی در برخی پستانداران و جوندگان نشان داده است [10].

filereader.php?p1=main_1679091c5a880faf6
شکل 5- انتقال نانوذرات به سامانۀ اعصاب مرکزی از طریق بینی [10] .


در اعضای هدف ساز‌وکار‌های متفاوتی احتمالاً مسئول بروز اثرات زیستی نانوذرات می‌باشند؛ مانند:
تولید گونه‌های فعال اکسیژن (ROS) و تنش اکسایشی (Oxidative Stress)؛
اختلال میتوکندریایی (راکیزه‌ای)؛
التهاب؛
جذب توسط سامانۀ رتیکوآندوتلیال (Reticulo-endothelial system)؛
واسرشتگی پروتئین (Protein denaturation)؛
نقص در بیگانه‌خواری؛
نقص در سلول‌های اندوتلیال؛
تولید نئوآنتی‌ژن‌ها؛
تغییر نظم چرخه سلولی؛
آسیب DNA.
در بررسی‌‌ها نشان داده شده است که التهاب و تنش اکسایشی یکی از مهمترین دلایل سمیّت‌زایی نانوذرات بوده که می‌تواند از چند مسیر اولیه ایجاد گردد:
الف) تماس سطح ذرات باعث بروز تنش اکسایشی در نتیجه افزایش کلسیم داخل‌سلولی و فعال شدن ژن؛
ب) تنش اکسایشی، افزایش کلسیم داخل‌سلولی و فعال شدن ژن به سبب فلزات واسطۀ منتشرشده از ذرات؛
ج) فعال شدن گیرنده‌های سطح سلول توسط فلزات واسطۀ آزاد شده از ذرات و متعاقب آن فعال شدن ژن؛
د) توزیع درون‌سلولی نانوذرات (NSPS) به میتوکندری (راکیزه) و ایجاد تنش اکسایشی؛
به‌طور‌کلی، سمیّت ذرات تحت تأثیر پارامترهای زیادی از قبیل نوع ذره، غلظت، توزیع اندازۀ ذرات، انحلال‌پذیری در آب، واکنش‌پذیری شیمیایی، تکرار و طول مدت تماس، تداخل با سایر ترکیبات شیمیایی هوابرد، تهویۀ ریوی و شرایط خاص ایمنی‌شناسی می‌باشد (شکل6). تحقیقات نشان می‌دهد که اثرات زیستی نانوذرات عمدتاً تحت تأثیر خواص فیزیکوشیمیایی منحصربه‌فرد آن‌ها می‌باشد که می‌توانند به‌طور جداگانه یا ترکیبی اثرگذار باشند [10و27و26].

filereader.php?p1=main_8f14e45fceea167a5
شکل 6- برهم‌کنش فرضی سلول با نانوذرات؛ EGFR، گیرندۀ فاکتور رشد می‌باشد [10].

در جدول 1 به‌طور خلاصه ویژگی‌های نانومواد و اثرات زیستی احتمالی آن‌ها آمده است (جدول1). در تحقیقات بعدی جا دارد که به بررسی اثرات احتمالی هر یک از این ویژگی‌ها در بروز سمیّت تنفسی پرداخته شود.

جدول1- خلاصۀ اثرات زیستی احتمالی و ویژگی‌های نانومواد [1].

filereader.php?p1=main_c9f0f895fb98ab915

9- نتیجه‌گیری:
نانو‌ذرات قابلیت ورود به اعماق ریه و ناحیۀ آلوئولی را داشته و عمدتاً از طریق ساز‌وکار انتشار نشست می‌یابند. توانایی عبور از سد بافتی هوا – خون و ورود به جریان خون سبب شده است تا به آسانی به سایر اعضای بدن دست ‌یابند. این ذرات و به‌ویژه ذرات زیر 10 نانومتر، توانایی جذب و انتقال مستقیم به سامانۀ عصبی مرکزی و مغز را از طریق ناحیۀ بویایی دارا می‌باشند. فاکتورهای مؤثر بر ته‌نشست، جذب و پاک‌سازی نانو‌ذرات تعیین‌کنندۀ میزان سمیّت نانوذرات در مطالعات توکسیکولوژی بوده، لذا شاخص‌های مؤثر در هریک از این فرایند‌ها که شامل اندازۀ ذرات، ماهیت شیمیایی، مساحت سطح، ویژگی‌های سطحی، واکنش‌پذیری، انحلال‌پذیری، انبوهه شدن می‌بایست در مطالعات توکسیکولوژیکی درون‌تنی و برون‌تنی و مدل‌سازی ته‌نشست نانوذرات مورد ارزیابی قرار‌گیرند. از مهم‌ترین ساز‌وکارهای مؤثر در سمیّت نانو‌ذرات می‌توان به تولید گونه‌های فعال اکسیژن (ROS) و ایجاد تنش اکسایشی، اختلال میتوکندریایی (راکیزه‌ای)، نقص در بیگانه‌خواری، تغییر نظم چرخۀ سلولی و آسیب DNA اشاره نمود.

منابـــع و مراجــــع

[1] Shahnaz Bakand, Amanda Hayes. “Nanoparticles: a review of particle toxicology following inhalation exposure”, Inhal Toxicol, 24(2), 125–135, (2012).

[2] Borm P, Robbins JA, Haubold D, Kuhlbusch S, Fissan T, Donaldson H, Schins KR, Stone V, Kreyling W, Lademann J, Krutmann J, Warheit D, Oberdorster E. “The potential risks of nanomarerials: a review carried out for ECETOC”, Part Fibre Toxicol, 3, p.1–35, (2006).

[3] Song Y, Li X, Du X. “Exposure to nanoparticles is related to pleural effusion, pulmonary fibrosis and granuloma”, Eur Respir J, 34(3), p.559–567, (2009).

[4] Mayo Clinic Staff. "Definition [of pulmonary fibrosis]". Mayo Foundation for Medical Education and Research. Retrieved 26 July (2014), available at: http://www.mayoclinic.org/diseases-conditions/pulmonary-fibrosis/home/ovc-20211752

[5] سازمان ملّی استاندارد، استاندارد شمارۀ 21206 ، فناوری نانو- راهنمای مشخصه‌یابی فیزیکوشیمیایی مواد نانومقیاس مهندسی‌شده برای ارزیابی توکسیکولوژیک؛ سال انتشار: 1395.

[6] Nancy A. Monteiro-Riviere, C. Lang Tran. “Nanotoxicology: characterization, dosing and health effects”, USA: CRC Press Inc, 14, p.225–236, (2007).

[7] Warheit DB, “Nanoparticles health impacts”, Mater Today, 7(2), p.32–35, (2004).

[8] https://en.wikipedia.org/wiki/Dispersity

[9] Drobne D. “Nanotoxicology for safe and sustainable nanotechnology”, Arh Hig Rada Toksikol, 58(4), p.471–478, (2007).

[10] Oberdörster G, Oberdörster E, Oberdörster J. “Nanotoxicology: an emerging discipline evolving from studies of ultrafine particles”, Environ Health Perspect, 113(7), p.823–839, (2005).

[11] Maynard AD, Baron PA, Foley M, et al, “Exposure to carbon nanotube material: aerosol release during the handling of unrefined single-walled carbon nanotube material”, J Toxicol Environ Health, Part A, 67(1), p.87–107, (2004).

[12] Seaton A. “Nanotechnology and the occupational physician”, Occup Med (Lond), 56(5), p.312–316, (2006).

[13] Stine KE, Brown TM. “Principles of Toxicology”, 2th ed, USA (Boca Raton): CRC Press, p.143-163 (1996).

[14] David A, Wagner GR. “Respiratory system. In: Encyclopaedia of occupational health and safety”, 4th ed, Geneva: International Labour Office, 10.1–10.7, (1998).

[15] Schlesinger RB. “Interaction of gaseous and particulate pollutants in the respiratory tract: mechanisms and modulators”, Toxicology, 105(2–3), p.315–325, (1995).

[16] Dechsakulthorn F, Hayes A, Bakand S, Joeng L, Winder C. “In vitro cytotoxicity of selected nanoparticles using human skin fibroblasts”, AATEX, 14, p.397–400, (2008).

[17] Bakand S, Winder C, Khalil C, Hayes A. “Toxicity assessment of industrial chemicals and airborne contaminants: transition from in vivo to in vitro test methods: a review”, Inhal Toxicol, 17(13), p.775–787, (2005).

[18] Blank F, Gehr P, Rutishauser RR. “In vitro human lung cell culture models to study the toxic potential of nanoparticles. In:Nanotoxicity: From in vivo and in vitro models to health risks”, UK: John Wily & Sons Ltd, p.379–395, (2009).

[19] Asgharian B, Wood R, Schlesinger RB. “Empirical modeling of particle deposition in the alveolar region of the lungs: a basis for interspecies extrapolation”, Fundam Appl Toxicol, 27(2), p.232–238, (1995).

[20] Rozman KK, Klaassen CD. “Absorption, distribution and excretion of toxicants. In: Casarett and Doull’s Toxicology: the Basic Science of Poisons”, 6th ed, New York: McGraw-Hill, p.105–132, (2001).

[21] Mublfeld C, Gebr P, Rutishauser BR. “Translocation and cellular entering mechanisms of nanoparticles in the respiratory tract”, Swiss Med Wkly 138(27–28), p.387–391, (2008).

[22] Siegmann K, Scherrer L, Siegmann HC. “Physical and chemical properties of airborne nanoscale particles and how to measure the impact on human health”, J Mol Struct (Theochem), 458(1–2), p.191–201, (1999).

[23] Asgharian B, Hofmann W, Miller FJ. “Dosimetry of particles in humans: from children to adults. In: Toxicology of the Lung”, 4th ed, USA (Boca Raton): Taylor & Francis, p.151–195, (2006).

[24] Barile F. “Principles of toxicology testing”, USA (Boca Raton): CRC Press, Taylor & Francis Group, p.147–172, (2008).

[25] Rückerl R, Schneider A, Breitner S, Cyrys J, Peters A. “Health effects of particulate air pollution: A review of epidemiological evidence”, Inhal Toxicol, 23(10), p.555–592, (2011).

[26] Gojova A, Guo B, Kota RS, Rutledge JC, Kennedy IM, Barakat AI. “Induction of inflammation in vascular endothelial cells by metal oxide nanoparticles: effect of particle composition”, Environ Health Perspect, 115(3), p.403–409, (2007).

[27] Donaldson K, Stone V, Gilmour PS, Brown DM, Macnee W. “Ultrafine particles: mechanisms of lung injury”, Phil Trans R Soc Lond A, 358(1775), p.2741–2749. )2000(.