Zusammenfassung
Zunehmend gewinnt die Analyse von Biomarkern im Atemexhalat — als relativ einfache und v.a. nicht invasive Methode — in der Diagnostik u.a. entzündlicher, allergischer und auch neoplastischer Atemwegs- und Lungenerkrankungen an Bedeutung. Mit zunehmender Sensitivität der Untersuchungsverfahren steigt auch die Anzahl der im Kondensat nachgewiesenen Substanzen.
Als wichtige Marker von Inflammationsprozessen des Respirationstraktes gelten Leukotrien B4 (LTB4) und die exhalierte Stickstoffmonoxid-Fraktion (FeNO).
Die Erfassung dieser Parameter in Korrelation u.a. zu Lungenfunktion, Allergiestatus und anamnestischen Angaben bei 3 Kollektiven mit speziellen beruflichen Expositionsprofilen und einer unbelasteten Kontrollgruppe war Ziel der hier vorgestellten Diagnostik Neben einer tätigkeits-assoziierten Tages- und Wochendynamik sollten mögliche Unterschiede zwischen den 3 Kollektiven, die beruflich gegenüber Nanopartikeln exponiert waren, verifiziert werden.
Kollektiv I (n = 10) umfasste Mitarbeiter der chemischen Nanotechnologie, Kollektiv II (n = 8) Zahnärzte und assistierendes Personal der Universitäts-Zahnklinik und Kollektiv III eine Gruppe von 9 Schweißern.
Aktuelle Arbeitsplatz-Analysen der drei Kollektive zeigten Partikelspitzenkonzentrationen bis 140.000 pt/cm beim Spritzlackieren in der Nanotechnologie, > 400.000pt/cm3 während der Verarbeitung von PMMA-Materialien in der Zahnheilkunde und sogar bis 6 Mill. pt/cm an Schweißarbeitsplätzen.
In allen aktuell untersuchten Atemkondensatproben ließ sich LTB4 in messbaren Konzentrationen nachweisen. Nur 7 von 108 Proben wurden aufgrund einer Speichelkontamination — bei erhöhter a-Amylase-Aktivität im EBC — für die folgende Beurteilung nicht mehr berücksichtigt.
Die niedrigsten LTB4-Konzentrationen bei geringer Variabilität wies die Kontrollgruppe (n = 8) mit Konzentrationen zwischen 9 und 19,3pg/ml (Mittelwert ± Standardabweichung 13,2 ± 3,85pg/ml) auf. Kollektiv Izeigte etwas höhere LTB4-Konzentratio-nen zwischen 0,5 und 117pg/ml (12,68 ± 23,04pg/ml). Noch höhere LTB4-Konzentrationen zwischen 0,9 und 206,70pg/ml (30,21 ± 41,21 pg/ml) konnten bei Kollektiv IIIerfasst werden. Kollektiv IIzeigte die höchsten LTB4-Konzentrationen zwischen 3,4 und 459,1 pg/ml mit ausgeprägter Streuung (94,59 ± 148,88pg/ml).
Somit wiesen alle 3 Kollektive beruflich Exponierter höhere LTB4-Konzentrationen als die unbelastete Kontrollgruppe auf. Ferner bestand eine positive Assoziation zwischen hohen LTB4-Konzentrationen und obstruktiven Ventilationsstörungen bzw. einer atopischen Diathese.
Vergleichbare FeNO-Werte zwischen 6 und 54ppb (Mittelwert ± Standardabweichung 23,90 ± 11,26ppb) bzw. 6 bis 69ppb (24,13 ± 22,40ppb) wies Kollektiv I bzw. die Kontrollgruppe auf. Kollektiv II zeichnete sich durch höhere FeNO-Werte zwischen 9 und 156 ppb (39,24 ± 41,13 ppb) aus. Erhöhte FeNO-Werte korrelierten mit klinischen Symptomen einer obstruktiven Atemwegserkrankung und dem Vorliegen von Sensibilisierungen auf ubiquitäre Inhalations- und Soforttyp-Allergene. Kollektiv III wies die niedrigsten FeNO-Werte zwischen 5 und 26 ppb auf (11,61 ± 5,92 ppb), zurückzuführen auf den hohen Anteil (67 %) an Personen mit fortgesetztem Zigarettenkonsum.
Zusammenfassend ließ sich somit eine Basisproduktion von LTB4 bei Gesunden und inhalativ nicht belasteten Personen sowie vergleichsweise erhöhte Konzentrationen bei allen 3 Kollektiven beruflich Exponierter feststellen. Dies könnte ein Hinweis aufeine Erhöhung der Leukotrienausscheidung in den Atemwegen z. B. im Rahmen einer neutrophilen Inflammation sein — zurückzuführen auf eine Exposition gegenüber Ultrafeinstäuben und Nanopartikeln. Diese Dynamik konnte durch die gleichzeitig bestimmten FeNO-Konzentrationen nicht belegt werden, die wiederum mit atopischer Diathese und Rauchgewohnheiten korrelierten.
Abstract
Analysis of biomarkers in the exhaled breath condensate (EBC) is a simple and non invasive method to evaluate inflammatory, allergic and neoplastic diseases of the respiratory tract. Due to the increasing sensitivity of diagnostics the number of detected substances in the EBC is on the increase.
Relevant markers ofinflammatory activity of the airways seem to be Leukotriene-B4 (LTB4) and exhaled nitric oxide (FeNO).
The aim of this diagnostic procedure was to measure these parameters in three groups (characterized by specific occupational exposures) and in one control group — correlating to pulmonary function test, allergy status and history of symptoms. The parameters of subjects — exposed to nano particles — should be assessed on a daily and weekly basis. Comparison between the different groups in consideration can be carried out.
Group I (n = 10) consisted of employees exposed to chemical nanotechnology. Group II (n = 8) was made up of dentists and dental assistants of the university dental clinic and group III of nine welders. Measurements of number concentrations of ultra-fine and nano particles showed maxima of up to 140.000pt/cm3 while spray-painting with a nano particle containing formulation, > 400.000pt/cm while working with methacrylates associated with dental prosthesis and 6 millions pt/cm during welding.
LTB4 was measured in all EBC samples. Only 7 of 108 samples were excluded from the assessment because of saliva contamination as shown by high concentrations of a-amylase-activity.
The lowest concentrations and slight variability of LTB4 werefound in the control group (n = 8, minimum — maximum 9-19,3 pg/ml, mean ± standard deviation: 13,2 ± 3,85 pg/ml). Group I showed elevated concentrations of LTB4 (0,5-117 pg/ml, 12,68 ± 23,04 pg/ml). Group III showed even higher concentrations of LTB4 (0,9-206,70 pg/ml, 30,21 ± 41,21 pg/ml) than group I. The highest concentrations of LTB4 (3,4 - 459,1 pg/ml, 94,59 ± 148,88 pg/ml) was measured in group II. This group also showed the highest variability.
We demonstrated that three exposed groups showed elevated concentrations of LTB4 in comparison to the control group. Futher-more, we showed a positive association between elevated concentrations of LTB4 and obstructive ventilation disorder and/or atopic diathesis.
Comparable levels of FeNO (minimum — maximum 6- 54ppb, mean ± standard deviation 23,90 ± 11,26ppb versus 6–69 ppb, 24,13 ± 22,40ppb) were found in group I versus control group. Group II showed elevated levels of FeNO (9-156 ppb, 39,24 ± 41,13 ppb). Elevated levels correlate to clinical symptoms of obstructive ventilation disorder and sensitization to inhalation and immediate allergens. Group IIIshowed the lowest levels of FeNO (5 - 26 ppb, 11,61 ± 5,92ppb). This group was mostly made up of active smokers (67 %).
In conclusion, we detected a basic production of LTB4 in healthy and not exposed persons. Further, we showed elevated concentrations in all 3 occupationally exposed groups — indicating an increase of LTB4 in the respiratory tract showing a neutrophilic airway inflammation due to ultrafine and nano particles. Elevated levels of FeNO exclusively correlated to atopic diathesis and smoking.
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Mittmann-Frank, M., Karabin, B., Berger, H. et al. LTB4 im Atemkondensat und exhaliertes Stickstoffmonoxid — eine vergleichende Analyse bei Exposition gegenüber Nanopartikeln. Zbl Arbeitsmed 61, 166–176 (2011). https://doi.org/10.1007/BF03344992
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