Skip to main content
SpringerLink
Log in

Arbeitsmedizinisches und präventivmedizinisches Untersuchungsprogramm bei Exposition mit Nanopartikeln und speziellen oder neuen Materialien

Occupational and preventive medical diagnostic program regarding exposure to nanomaterials and special or new materials

  • Published:
Zentralblatt für Arbeitsmedizin, Arbeitsschutz und Ergonomie Aims and scope Submit manuscript

Zusammenfassung

Die schnelle Entwicklung der Nanotechnologie, der Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts, erfordert eine adäquate Risikobetrachtung und Abschätzung von Gesundheitseffekten bei Exposition gegenüber Nanomaterialien. Da die miniaturisierten Stoffe teilweise andere physikalische, chemische (und biologische) Eigenschaften als das Ausgangsmaterial aufzeigen, sollten die für das bulk Material etablierten toxikologischen Erkenntnisse nur bedingt und mit Vorsicht auf Nanoobjekte übertragen werden.

Nach dem derzeitigen Kenntnisstand geht das größte gesundheitliche Risiko von inhalierbaren, nicht oder schwer löslichen Nanomaterialien aus. Diskutiert werden u.a. Wirkungen im Respirationstrakt wie Entzündungsreaktionen, oxidativer Stress und Lungenfibrosen, adverse Effekte im kardiovaskulären System und ZNS. Zudem bleibt eine kanzerogene Wirkung von Nanoröhren, die strukturelle Ähnlichkeit mit Asbestfasern aufweisen, zu befürchten.

Unter Berücksichtigung vielfältiger z.T. bekannter bzw. vermuteter Wirkmechanismen nanoskalierter Materialien haben wir aktuell ein umfangreiches arbeits- und präventivmedizinisches diagnostisches Programm ausgearbeitet mit Untersuchungen zur individuellen Gesundheit, zu persönlichen Risikofaktoren, zu Expositionen, zu speziellen Wirkmechanismen und zu präklinischen Markern von Organwirkungen, welches wir im Folgenden vorstellen.

Summary

The rapid development of nanotechnology, the key technology of the 21st century, merits an adequate evaluation of possible risk factors. There is an urgent need to calculate the health dangers caused by exposure to nanomaterials.

The miniaturized substances show different physical, chemical (and biological) properties than the bulk material — one should not automatically attribute the known same toxic effects of one to the other.

According to present knowledge, the greatest risk arises from inhalation of these not soluble or only slightly soluble particles. One tries to compare the result of exposure on the respiratory tract as a sort of inflammation, oxidation stress and fibrosis of the lung; one considers also the adverse effects on the cardiovascular system and on the central nervous system.

In addition nanotubes with their structure similar to asbestos- fibres may have an carcinogenic potential.

Taking into consideration the various possible working mechanism of nanomaterials, we have come up with an extensive occupational and preventive medical diagnostic program.

Here we would like to publish our examinations suitable for assessing individual health situations, for estimating risk factors, to exposure estimation, to special effect mechanism and to recognize preclinical signs of organ involvement.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Log in via an institution

Price excludes VAT (USA)
Tax calculation will be finalised during checkout.

Instant access to the full article PDF.

Institutional subscriptions

Literatur

  • Borm PJA, Robbins D, Haubold S, Kuhlbusch T, Fissan H, Donaldson K, Schins R, Stone V, Kreyling W, Lademann J, Krutmann J, Warheit D, Oberdörster E (2006). The potential risks of nanomaterials: a review carried out for ECETOC. Part Fibre Toxicol 3: 1–35

    Article  Google Scholar 

  • Brasch F und Müller KM (2004). Seltene pulmonale Berufskrankheiten — Bedeutung mikroanalytischer Zusatzbefunde. Wien Klin Wochenschr 116 (Suppl 1): 18–24

    PubMed  Google Scholar 

  • Buchter (Hrsg.): Diagnostik arbeitsbedingter Erkrankungen und arbeitsmedizinisch-diagnostische Tabellen, Med. Fakultät der Universität des Saarlandes, Homburg, 2000–2009, http://www.uniklinikumsaarland.de/mediadb/UniklinikHomburg/Kliniken/Arbeitsmedizin/diagnostische_tabellen/diag_tabellen.pdf

    Google Scholar 

  • Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin, Bundesinstitut für Risikobewertung, Umweltbundesamt (Hrsg. 2006). Nanotechnologie: Gesundheits- und Umweltrisiken von Nanomaterialien. unter www.baua.de

  • Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (2007). Leitfaden für Tätigkeiten mit Nanomaterialien am Arbeitsplatz. www.baua.de

  • Bundesamt für Umwelt (BAFU), Bundesamt für Gesundheit (BAG) der Schweiz (Hrsg. 2007). Synthetische Nanomaterialien: Risikobeurteilung und Risikomanagement. unter www.umwelt-schweiz.ch

  • Bundesinstitut für Risikobewertung (2006). Nanotechnologie — Einsatz, Trends und Risiken. Umweltmed Forsch Prax 11 (2): 102

    Google Scholar 

  • Campen J, McDonald JD, Gigliotti AP, Seilkop SK, Reed MD, Benson JM (2003). Cardiovascular effects of inhaled diesel exhaust in spontaneously hypertensive rats. Cardiovasc Toxicol 3: 353–361

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  • Frampton MW, Utell MJ, Zarebra W, Oberdörster G, Cox C, Huang LS, Morrow PE, Lee FE, Chalupa D, Frasier LM, Speers DM, Stewart J (2004). Effects of exposure to ultrafine carbon particles in healthy subjects and subjects with asthma. Res Rep Health Eff Inst 126: 1–4

    PubMed  Google Scholar 

  • Geiser M, Rothen-Rutishauser B, Knapp N, Schürch S, Kreyling W, Schulz H, Semmler M, Im Hof V, Heyder J, Gehr P (2005). Ultrafine particles cross cellular membranes by nonphagocytic mechanisms in lungs and in cultured cells. Environ Health Perspect 113: 1555–1560

    Article  PubMed Central  PubMed  Google Scholar 

  • Hillyer JF, Albrecht RM (2001). Gastrointestinal persorption and tissue distribution of differently sized colloidal gold nanoparticles. J Pharm Sci 90 (12): 1927–1936

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  • Hirano S, Anuradha CD, Kanno S (2000). Transcription of krox-20/egr-2 is upregulated after exposure to fibrous particles and adhesion in rat alveolar macrophages. Am J Respir Cell Mol Biol 23: 313–319

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  • Hunt A, Abraham JL, Judson B, Berry CL (2003). Toxicologic and epidemiologic clues from the characterization of the 1952 London smog fine particulate matter in archival autopsy lung tissues. Environ Health Perspect 111: 1209–1214

    Article  CAS  PubMed Central  PubMed  Google Scholar 

  • Jani PU, McCarthy DE, Florence AT (1994). Titanium dioxide (rutile) particles uptake from the rat GI tract and translocation to the systemic organs after oral administration. J Pharmacol 105: 157–168

    CAS  Google Scholar 

  • Johnston CJ, Finkelstein JN, Mercer P, Corson N, Gelein R, Oberdörster G (2000). Pulmonary effects induced by ultrafine PTFE particles. Toxicol Appl Pharmacol 168: 208–215

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  • Krämer U, Ranft U, Seitner-Sorge G, Behrendt H, Ring J (2003). Einfluss von Luftverunreinigungen auf die Atemwegsgesundheit von Kindern. Umwelt-Medizin-Gesellschaft 16: 245–249

    Google Scholar 

  • Krüger-Brand HE (2007). Nanotechnologie: Viele Chancen, unbekannte Risiken. Deutsches Ärzteblatt, Jg. 104, Heft 9: 480–484

    Google Scholar 

  • Lam CW, James JT, McCluskey R, Hunter RL (2004). Pulmonary toxicity of single-wall carbon nanotubes in mice 7 and 90 days after intratracheal instillation. Toxicol Sci 77: 126–134

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  • Lam CW, James JT, McCluskey R, Arepalli S, Hunter RL (2006). A review of carbon nanotube toxicity and assessment of potential occupational and environmental health risks. Crit Rev Toxicol 36: 189–217

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  • Lockman PR, Koziara JM, Mumper RJ, Allen DD (2004). Nanoparticle surface charges alter blood-brain integrity and permeability. J Drug Target 12 (9–10): 635–641

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  • Marcato PD, Durán N (2008). New aspects on nanopharmaceutical delivery systems. JNN 8: 1–14

    Article  Google Scholar 

  • Möhlmann C (2005). Exposition gegenüber ultrafeinen Partikeln an Arbeitsplätzen. unter http://dialog-nanopartikel.de/09%20Moehlmann.pdf

  • Müller M, Fritz M, Buchter A (2008). Nanotoxikologie. Zbl Arbeitsmed 58: 238–252

    Google Scholar 

  • Nemmar A, Hoylaerts MF, Hoet PH, Nemery B (2004). Possible mechanisms of the cardiovascular effects of inhaled particles: systemic translocation and prothrombotic effects. Toxicol lett 149: 243–253

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  • Oberdörster G, Ferin J, Lehnert BE (1994). Correlation between particle size, in vitro particle persistance and lung injury. Environ Health Perspect 102 (5): 173–179

    PubMed Central  PubMed  Google Scholar 

  • Oberdörster G, Ferin J, Soderholm S, Gelein R, Baggs R, Morrow PE (1999). Increased pulmonary toxicity of inhaled ultrafine particles: due to overload alone? Inhal Toxicol 38: 295–302

    Google Scholar 

  • Oberdörster G, Sharp Z, Atudorei V, Elder A, Gelein R, Kreyling W, Cox C (2004). Translocation of inhaled ultrafine particles to the brain. Inhal Toxicol 16. 437–445

    Article  PubMed  Google Scholar 

  • Oberdörster G, Oberdörster E, Oberdörster J (2005). Nanotoxicology: An emerging discipline evolving from studies of ultrafine particles. Environ Health Perspect 7: 823–839

    Article  Google Scholar 

  • Oberdörster G (2005). Biokinetik von Nanopartikeln: Grund zur Besorgnis? Vortrag am 11. Oktober 2005 im BUM Bonn unter http://dialognanopartikel.de/05%20Oberdoerster.pdf

  • Peters A, Wichmann HE, Tuch T, Heinrich J, Heyder J (1997). Respiratory effects are associated with the number of ultrafine particles. Am J Respir Crit Care Med 155: 1376–1383

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  • Peters A, Dockery DW, Muller JE, Mittleman MA (2001). Increased particulate air pollution and the triggering of myocardial infarction. Circulation 103: 2810–2815

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  • Peters A, Veronesi B, Calderön-Garciduenas L, Gehr P, Chi-Chen L, Geiser M, Reed W, Rothen-Rutishauser B, Schürch S, Schulz H (2006). Translocation and potential neurological effects of fine and ultrafine particles, a critical update. Part Fibre Toxicol 3: 13

    Article  PubMed Central  PubMed  Google Scholar 

  • Poland CA, Duffin R, Kinloch I, Maynard A, Wallace WAH, Seaton A, Stone V, Brown S, MacNee W, Donaldson K (2008). Carbon nanotubes introduced into the abdominal cavity of mice show asbestos-like pathogenicity in a pilot study. Nature Nanotechnology 3: 423–428

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  • Pott F, Roller M (2003). Untersuchung zur Kanzerogenität granulärer Stäube an Ratten. unter www.baua.de/fors/f1843htm

  • Richter-Kuhlmann E (2008). Nanomedizin: Kleiner, genauer, gesünder. Deutsches Ärzteblatt, Jg. 105, Heft 50: 2284–2285

    Google Scholar 

  • Rothen-Rutishauser B, Muhfeld C, Blank F, Musso C, Gehr P (2007). Translocation of particles and inflammatory responses after exposure to fine particles and nanoparticles in an epithelial airway model. Part Fibre Toxicol 4: 9

    Article  PubMed Central  PubMed  Google Scholar 

  • Ryman-Rasmussen JP, Riviere JE, Monteiro-Riviere NA (2006). Penetration of intact skin by quantum dots with diverse physicochemical properties. Toxicol Sci 91 (1): 159–165

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  • Salomon M (2009). Gesundheitsrisiken durch synthetische Nanomaterialien. Umweltmed Forsch Prax 14 (1): 7–22

    CAS  Google Scholar 

  • Salvi S, Blomberg A, Rudell B, Kelly F, Sandstrom T, Holgate ST, Frew A (1999). Acute inflammatory responses in the airways and peripheral blood after short-term exposure to diesel exhaust in healthy human volunteers. Am J Respir Crit Care Med 159: 702–709

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  • Sayes CM, Wahi R, Kurian PA, Liu Y, West JL, Ausman KD, Warheit DB, Clovin VL (2006). Correlating nanoscale titania structure with toxicity: a cytotoxicity and inflammatory response study with human dermal fibroblasts and human epithelial cells. Toxicol Sci 92 (1): 174–185

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  • Schneider J, Freitag F, Rödelsperger K (1994). Durch Zirkonium-Einwirkung am Arbeitsplatz verursachte exogen-allergische Alveolitis. Arbeitsmed. Sozialmed. Umweltmed. 29: 382–385

    Google Scholar 

  • Schulenburg M (2004). Nanotechnology: Innovation for tomorrow’s world. Brüssel: European Comission, Directorate-General for research

    Google Scholar 

  • Singh S, Shi T, Duffin R, Albrecht C, van Berlo D, Höhr D, Fubini B, Martra G, Fenoglio I, Borm PJA, Schins RPF (2007). Endocytosis, oxidative stress and IL-8 expression in human lung epithelial cells upon treatment with fine and ultrafine TiO2: Role of the specific surface area and of surface methylation of the particles. Toxicol Appl Pharmacol 222 (2): 141

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  • Suwa T, Hogg JC, Quinlan KB, Ohgami A, Vincent R, van Eeden SF (2002). Particulate air pollution indices progression of atherosclerosis. J AM Coll Cardiol 39: 935–942

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  • Takagi A, Hirose A, Nishimura T, Fukumori N, Ogata A, Ohashi N, Kitajima S, Kanno J (2008). Induction of mesothelioma in p53+/− mouse by intraperitoneal application of multi-wall carbon nanotube. J Toxicol Sci, 33 (1): 105–116

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  • Triebig G, Kentner M, Schiele H (2008). Arbeitsmedizin, Handbuch für Theorie und Praxis. 2. Auflage, Stuttgart

  • Volkheimer G (1974). Passage of particles through the wall of the gastrointestinal tract. Environ Health Perspect 9: 215–225

    CAS  PubMed Central  PubMed  Google Scholar 

  • Wang J, Deng X, Yang S, Wang H, Zhao Y, Liu Y (2008). Rapid translocation and pharmacokinetics of hydroxylated single-walled carbon nanotubes in mice. Nanotoxicol 2 (1): 28–32

    Article  CAS  Google Scholar 

  • Westedt U, Barbu-Tudoran L, Schaper AK, Kalinowski M, Alfke H, Kissel T (2002). Deposition of nanoparticles in the arterial vessel by porous balloon catheters: localization by con-focal laser scanning microscopy and transmission electron microscopy. AAPS Pharm Sci 4: E41

    Article  Google Scholar 

  • Yang W, Peters JI, Williams RO 3rd (2008). Inhaled nanoparticles — A current review. International Journal of Pharmaceutics 3568 (1–2): 239

    Article  Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

  1. Institut und Poliklinik für Arbeitsmedizin und Präventivmedizinisches Zentrum für arbeits- und umweltbedingte Erkrankungen, Universitätsklinikum des Saarlandes, Gebäude 80.2, 66421, Homburg, Deutschland

    Michaela Mittmann-Frank,  Hendrik Berger &  Axel Buchter

Authors
  1. Michaela Mittmann-Frank
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  2. Hendrik Berger
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  3. Axel Buchter
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

Corresponding author

Correspondence to Michaela Mittmann-Frank.

Rights and permissions

Reprints and permissions

About this article

Cite this article

Mittmann-Frank, M., Berger, H. & Buchter, A. Arbeitsmedizinisches und präventivmedizinisches Untersuchungsprogramm bei Exposition mit Nanopartikeln und speziellen oder neuen Materialien. Zbl Arbeitsmed 59, 336–343 (2009). https://doi.org/10.1007/BF03344248

Download citation

  • Published:

  • Issue Date:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/BF03344248

Schlüsselwörter

Key words

Search

Navigation