آيا نانوذرات به سلامتي انسان آسيب مي‌رسانند؟

همزمان با توسعه دانش ما در مورد مواد در مقياس‌نانو و افزايش توانايي کار کردن با ساختارها در اين مقياس، فناوري‌نانو رفته رفته گسترش يافته و سرمايه‌گذاري جهاني در اين زمينه نيز افزايش مي‌يابد. فناوري‌هاي نانو در زمينه‌هاي گوناگوني همچون توسعه داروها، آلودگي‌زدايي آب‌ها، فناوري‌هاي ارتباطي و اطلاعاتي توليد مواد مستحکم‌تر و سبک‌تر داراي مزاياي بالقوه مي‌باشند. در حال حاضر شرکت‌هاي زيادي نانوذرات را به شکل پودر، اسپري و پوشش توليد مي‌‌كنند که کاربردهاي زيادي در قسمت‌هاي مختلف اتومبيل، راکت‌هاي تنيس، عينک‌هاي آفتابي ضدخش، پارچه‌هاي ضدلک، پنجره‌هاي خود تميزکن و صفحات خورشيدي دارند. تعداد اين شرکت‌ها روز به روز در حال افزايش است.
محدوده اندازه ذراتي که چنين علاقه‌مندي را به خود جلب کرده است، عموما کمتر از 100 نانومتر است. براي داشتن تصوري از اين مقياس لازم به ذکر است که موي انسان داراي قطر 10000 تا 50000 نانومتر، يک سلول قرمز خوني داراي قطر حدود 5000 نانومتر و ابعاد يک ويروس بين 10 تا 100 نانومتر است. با کاهش اندازه ذرات، نسبت تعداد اتم‌هاي سطحي به اتم‌هاي داخلي افزايش مي‌يابد. به عنوان مثال درصد اتم‌هاي سطحي يک ذره با اندازه 30 نانومتر، 5 درصد است، در حالي که اين نسبت براي يک ذره با اندازه 3 نانومتر، 50 درصد مي‌باشد.
بنابراين نانوذرات در مقايسه با ذرات بزرگ‌تر نسبت سطح به وزن بسيار بزرگ‌تري دارند. با کاهش اندازه ذرات به يک دهم نانومتر يا کمتر، اثرات کوانتومي پديدار مي‌شوند و اين اثرات، مي‌تـوانـند به مقـدار زيــادي ويـژگي‌هـاي نــوري، مغـناطيسي و الكتـريكي مواد را تغيير دهند. از طريق پي‌گيري ساختار مواد در مقياس نانو، امکان طراحي و ساخت مواد جديد با ويژگي‌هاي کاملا نو به وجود مي‌آيد. تنها با کاهش اندازه و ثابت نگهداشتن نوع ماده، ويژگي‌هاي اساسي از قبيل هدايت الکتريکي، رنگ، استحکام و نقطه ذوب ماده (که معمولا براي هر ماده مقدار ثابتي از آنها را در نظر مي‌گيريم) مي‌تواند تغيير کند.
در حال حاضر نانوذراتي که به طور ناخواسته، از طريق فرآيندهاي احتراق انجام شده جهت توليد انرژي يا در اتومبيل‌ها، فرآيندهاي خوردگي مکانيکي و يا فرآيندهاي صنعتي معمول به وجود مي‌آيند، بيش از توليد صنعتي نانوذرات بر محيط زيست و زندگي انسان تاثير مي‌گذارند. اما اثرات افزايش بيش از حد توليد و استفاده از نانومواد در سلامت کاركنان و مصرف کننده‌ها، سلامت عمومي و محيط زيست بايد به دقت مورد توجه قرار گيرد. از آنجايي که فرآيند رشد و واکنش‌هاي شيميايي کاتاليستي در سطح اتفاق مي‌افتند، يک مقدار مشخصي از ماده در مقياس نانومتري بسيار فعال‌تر از همان مقدار ماده با ابعاد بزرگ‌تر مي‌باشد. اين ويژگي‌ها ممکن است بر روي سلامتي و محيط زيست اثرات منفي داشته و منجر به سميت زياد نانوذرات شوند.
تنفس نانوذرات
خطرات احتمالي نانوذراتي که در هوا پخش شده‌اند، يعني آئروسل‌ها از اهميت بيشتري برخوردارند. اين قضيه به دليل تحرک بالاي آنها و امکان جذب آنها از طريق ريه، که راحت‌ترين مسير ورود به بدن مي‌باشد، اهميت پيدا مي‌کند. اندازه ذرات تا حدزيادي تعيين‌کننده محل نشست اين ذرات در دستگاه تنفسي مي‌باشد. به خاطر راحت‌تر شدن کار، دستگاه تنفسي را به سه قسمت ناحيه‌اي و کارکردي تقسيم مي‌‌كنيم:
1- مسير‌هاي هوايي بالايي،
2- ناحيه نايژه‌ها، که هر دوي آنها به وسيله لايه موکوس حفاظت مي‌شوند. در اينجا ذرات بزرگ‌تر، از طريق نشستن بر روي ديواره مسير هوايي، از هواي ورودي به ريه جدا مي‌شوند. حرکات مژه‌هاي اين قسمت، خلط را به سوي گلو بالا برده و از آنجا يا در اثر سرفه خارج و يا بلعيده مي‌شوند. ذرات کوچکتر (کوچکتر از 2.5 ميکرومتر) و نانوذرات ممکن است وارد کيسه‌هاي هوايي شوند، که ناحيه مبادله گاز در ريه مي‌باشند. جهت تسهيل جذب اکسيژن و دفع دي‌اکسيد کربن، تمام غشاها و سلول‌ها در اين قسمت از ريه، نازک و آسيب‌پذير بوده و هيچ‌گونه لايه حفاظتي ندارند. تنها مکانيسم حفاظتي در اين قسمت از طريق ماکروفاژها مي‌باشد.
3- ماکروفاژها سلول‌هاي بزرگي هستند که اشياي خارجي را بلعيده و از طريق جابه‌جا کردن آنها، به عنوان مثال به سوي گره‌هاي لنفاوي، آنها را از کيسه‌هاي هوايي خارج مي‌کنند. نانوذرات تا حد زيادي از اين سيستم حفاظتي رها شده و مي‌توانند وارد بافت‌هاي تنفسي گردند. ذرات و الياف باقي‌مانـده مي‌تواننـد با بافت‌هاي مخاطي ريوي بر هم كنش داده و منجر به ايجاد التهاب شديد، زخم و از بين رفتن بافت‌هاي ريوي گردند. اين وضعيت ريه‌ها شبيه حالت به وجود آمده در بيماري‌هايي همچون بيماري باکتريايي ذات‌الريه، يا بيماري‌هاي ريوي صنعتي مهلک همانند سيليکوسيس يا آزبستوسيس مي‌باشد.
سيليکوسيس و آزبستوسيس
با وجودي که بيماري‌هاي سيليکوسيس و آزبستوسيس از طريق نانوموادي که به روش تکنيکي توليد شده‌اند به وجود نمي‌‌آيند، اما منشا ايجاد اين بيماري‌ها، تنفس موادي شبيه نانوذرات است که اطلاعات قديمي در مورد اثرات زيان‌بخش آنها بر روي سلامتي وجود دارد. سيليکوسيس زماني ايجاد مي‌شود که گرد و غبار حاوي سيليس به مدت طولاتي به درون ريه تنفس شود. سيليس بلوري براي سطح بيروني ريه سمي مي‌باشد. زماني که سيليس بلوري در تماس با ريه قرار مي‌گيرد اثرات التهابي شديدي به وجود مي‌آيد. در مدت زمان طولاني اين التهاب باعث مي‌شود تا بافت ريه به طور برگشت‌ناپذيري آسيب‌ديده و ضخيم شود که اين پديده به نام فيبروسيس ناميده مي‌شود.
سيليس بلوري عموما در ماسه‌سنگ، گرانيت، سنگ لوح، زغال سنگ و ماسه سيليسي خالص وجود دارد. بنابراين افرادي همچون کارگران کارخانه‌هاي ذوب فلزات، سفال‌گران و كارگراني كه با ماسه كار مي‌كنند، در معرض خطر قرار دارند. سيليس بلوري از سوي سازمان بهداشت جهاني به عنوان يک ماده سرطانزا معرفي شده است.
الياف پنبه نسوز داراي طول چند ميکرومتر مي‌باشند و در نتيجه جزء نانومواد قرار نمي‌گيرند. با اين‌ حال جزء ذرات و الياف مجموعه امراض شغلي قرار مي‌گيرند. پنبه نسوز يک فيبر معدني طبيعي است که در بيش از 3000 ماده ساختماني و محصول توليد شده به کار گرفته شده است. تمام انواع پنبه نسوز تمايل به خرد شدن به الياف بسيار ريز دارند.
به دليل کوچک بودن، اين الياف پس از پخش شدن در هوا ممکن است به مدت چند ساعت يا حتي چند روز معلق بمانند. الياف پنبه نسوز تخريب‌پذير نبوده و در طبيعت پايدار مي‌باشند. اين الياف در مقابل مواد شيميايي پايدار هستند، تبخير نمي‌شوند، در آب حل نمي‌شوند و در طول زمان تجزيه نمي‌گردند. پنبه نسوز موجب ايجاد سرطان ريه و مزوتليوما مي‌شود که نوعي تومور خطرناك غشايي است که ريه را مي‌پوشاند .
آلودگي ذره‌اي هوا در مشاغل ديگري همچون توليد و فرآوري کربن سياه و الياف مصنوعي نيز موجب ايجاد نگراني مي‌شود.

آلودگي ذره‌اي هوا
آلودگي هوا مخلوط كمپلكسي از تركيبات مختلف در فاز گاز، مايع و جامد است. خود مواد ذره‌اي مخلوطي ناهمگن از ذرات معلق هستند که ترکيب شيميايي و اندازه آنها متفاوت است. در مطالعات اپيدمي‌شناسي، انواع مختلفي از آلودگي‌هاي ذره‌اي هواي معـرفي شـده‌اند کـه از آن جمـله ميـتـوان بـه TPS (مجموع مواد معلق) و PM 10 (مواد ذره‌اي با قطر موثر آئروديناميک کمتر از 10 ميکرومتر) اشاره کرد. در سال‌هاي اخير مطالعات زيادي در زمينه مواد ذره‌اي ريز PM 2.5 (ذراتي با قطر آئروديناميک کمتر از 2.5 ميکرومتر) و فوق ريز (ذرات با قطر کمتر از 100 نانومتر) انجام گرفته است.
با وجودي که ميزان خالص آلودگي‌ ذره‌اي هواي شهري (يعني مقدار PM 2.5)، با کم شدن نشر ذرات از صنايع و مراکز توليد انرژي کاهش يافته است، غلظت ذرات فوق‌ريز ناشي از ترافيک افزايش يافته است. هر چند غلظت اين ذرات کوچک معمولاً مهمتر است اما سهم آنها معمولاً پايينتر از غلظت کل است. بنابراين اندازه‌‌گيري توزيع اندازه ذرات تا چند نانومتر ، براي توصيف ذرات پخش‌شده از ترافيک ضروري است.
با توسعه روش‌هاي اندازه‌گيري آثار روشن‌تري از ذرات با اندازه کوچک‌تر مشاهده گرديد. با اين‌حال، بسياري از مطالعات هنوز ادامه دارند و تعداد بسيار کمي از آنها تاکنون به نتيجه رسيده‌اند. پيشنهاد شده است که اثرات زيان‌آور آلودگي ذره‌اي هوا به طور عمده به غلظت ذرات کوچک‌تر از 100 نانومتر ارتباط دارد و به غلظت جرمي ذرات بزر‌گ‌تر بستگي چنداني ندارد. بنابراين معقول به نظر مي‌رسد که اطلاعات به دست آمده از اپيدمي‌شناسي محيطي را با داده‌هاي حاصل از مطالعات سم‌شناسي انجام گرفته بر روي حيوانات و يا ساير داده‌هاي تجربي ترکيب نماييم.
مطالعات اپيدمي‌شناسي زيادي ثابت کرده‌اند که ارتباط مستقيمي بين افزايش مقطعي مواد ذره‌اي و افزايش بيماري و مرگ و مير ناشي از نارسايي‌هاي قلبي و عروقي وجود دارد. بيماران مسن‌تري که سابقه بيماري‌هاي قلبي و يا تنفسي دارند و همچنين بيماران ديابتي، در معرض خطر بيشتري قرار دارند.
مدارک تجربي، مکانيسم‌هاي بيولوژيکي محتملي همچون تحريک دستگاه تنفسي و فشار اکسيدي جهازي را نشان مي‌دهند. در نتيجه اين تحريک‌ها، مجموعه‌اي از پاسخ‌هاي زيستي همانند موارد زير ممکن است ايجاد شوند:
تغيير جريان خون به نحوي که موجب ايجاد انعقاد در قسمتي از رگ‌هاي خوني گردد، به هم خوردن آهنگ ضربان قلب، عملکرد نادرست و بحراني رگ‌ها، ناپايداري پلاکت‌هاي خوني، و در طولاني مدت توسعه تصلب شرايين، التهاب مزاجي و ريوي ناشي از ذرات، تصلب شرايين تسريع شده و عملکرد تغيير يافته ارادي قلب.
اين موارد ممکن است بخشي از عوامل زيستي باشند که آلودگي ذره‌اي هوا را به مرگ و مير ناشي از بيماري‌هاي قلبي ارتباط مي‌دهند. همچنين نشان داده شده است که نشست ذرات در کيسه‌هاي هوايي شش‌ها منجر به فعال شدن توليد سيتوكين به وسيله ماکروفاژها و سلول‌هاي اپيتليال کيسه‌هاي هوايي گشته و موجب التهاب سلول‌ها مي‌شود. در نمونه‌هايي که به طور تصادفي از ميان بزرگسالان سالم در معرض آلودگي ذره‌اي هوا انتخاب شده بودند، افزايش ويسکوزيته پلاسما، فيبرينوژن و پروتئين فعال C مشاهده گرديد.
خلاصه و چشم‌انداز بحث
در مجموع مدارک بسيار زيادي حاصل از مطالعات اپيدمي‌شناسي وجود دارد که اثرات زيان‌آور ذرات فوق‌ريز را بر روي سلامتي نشان مي‌دهند. همچنين از مدت‌ها پيش مدارک زيادي مبني بر زيان‌آور بودن تنفس ذرات قابل تنفس در محيط‌هاي کاري وجود دارد. به طور کامل مشخص نيست که اين مسائل به نانومواد ساخت بشر مربوط است يا نه. با اين حال منطقي آن است تا زماني که بر اساس مطالعات بيشتر اپيدمي‌شناسي، همچنين مطالعات انجام شده بر روي حيوانات، اثرات زيان‌آور اين نانومواد کاملا مشخص نشده است، از اين داده‌ها چشم‌پوشي نکنيم.
در حال حاضر هيچ قانوني در مورد توليد و کاربرد نانومواد براي سلامتي کارکنان و مصرف‌كنندگان و همچنين براي مسائل زيست‌محيطي وجود ندارد. همچنين در زمينه قانون‌گذاري براي مواد شيميايي، هيچ گزينه‌اي براي اندازه ذرات در هنگام ثبت يک ماده مدنظر قرار نمي‌گيرد.
پيش از انجام هرگونه قانون‌گذاري در زمينه نانومواد، بايد اطلاعات بسيار زيادي راجع به اثرات فرآيندها و محصولات نانو، بر روي سلامتي انسان و همچنين محيط زيست به دست آيد. اما حتي با در نظر گرفتن عدم قطعيت علمي موجود، شواهد کافي براي انجام اقدامات پيشگيرانه در محيط‌هاي کاري و بسته وجود دارد.

منبع : سايت نانو