Nanotechnologie biedt ongekende mogelijkheden voor slimme toepassingen. Niettemin zijn er zorgen over de risico’s van blootstelling aan nanodeeltjes voor de gezondheid. Ook voor de mensen die er in hun werk mee in aanraking komen. Wat weten we eigenlijk van dit nieuwe risico?

Het NCvB was een van de organisatoren van een tweedaagse bijeenkomst in Praag over nieuwe ontwikkelingen in de relatie tussen gezondheid en blootstelling aan nanodeeltjes op het werk. Dit artikel geeft een overzicht van de huidige inzichten in de gezondheidsrisico’s.

Een artikel over de huidige inzichten in de gezondheidsrisico’s van werken met nanodeeltjes schrijven is met recht een uitdaging. Wie even zoekt op internet vindt zo’n massale hoeveelheid artikelen dat de moed in de schoenen zinkt.

Wat is nano eigenlijk? Een nanodeeltje (soms ook nano-partikel genoemd) is een deeltje met afmetingen in de orde van 1-100 nanometer (één nanometer is één miljoenste millimeter). Dergelijke deeltjes bestaan slechts uit enkele tot duizenden atomen of moleculen.

Nanodeeltjes kunnen ontstaan door zowel natuurlijke oorzaken (een bosbrand of een vulkanische uitbarsting) als door menselijk toedoen. Nanodeeltjes zijn geen nieuw fenomeen zijn. Er zijn allerlei “oude” processen waarbij altijd al kleine en zeer kleine deeltjes vrij kunnen komen: bijvoorbeeld verbrandingsprocessen in motoren, (ultra) fijnstof of lasrook. Maar door de opkomst van de nanotechnologie worden deeltjes steeds meer doelbewust gefabriceerd voor toepassing in onderzoek, producten of productieprocessen. Hierbij worden hele nieuwe specifieke deeltjes gemaakt. Veelgebruikte materialen voor nanodeeltjes zijn metaaloxides, silicium of koolstof. Maar in feite kunnen ze van zeer veel verschillende elementen gemaakt worden.

Kenmerken van nanodeeltjes
Het is gebleken dat nanodeeltjes enkele specifieke eigenschappen hebben die hen anders maken dan deeltjes met ’gewone’ afmetingen, zoals zandkorrels. Omdat de deeltjes zeer klein zijn, is het effect van hun dichtheid verwaarloosbaar ten opzichte van hun onderlinge aantrekkingskracht en thermische beweging. Dit maakt het mogelijk om van stoffen die normaliter niet zouden mengen of oplossen, toch een suspensie te maken. Nanodeeltjes hebben ook een groot oppervlak ten opzichte van hun volume wat de reactiviteit ten goede komt en hen geschikt maakt als katalysatoren. Verder blijkt dat ook fysische eigenschappen (optische, thermische, geleidingskenmerken etc.) op nanoschaal kunnen veranderen en onverwachte effecten opleveren.

Deze onverwachte effecten maken ook het onderzoek naar de eventuele gezondheidsschade door nanodeeltjes moeilijk omdat de nano-variant van een stof zich anders kan gedragen dan grotere deeltjes van dezelfde stof: niet-geleidend materiaal wordt bijvoorbeeld plots geleidend en zilveren nanodeeltjes worden veel dodelijker voor bacteriën. Bijkomend probleem is dat er veel variabelen zijn: het hangt niet alleen van de grootte af (10 of 100 nanometer) maar ook van de vorm (kubus of bol) of van de manier waarop ze in ons lichaam worden opgenomen (ingeademd of opgegeten). Ook kunnen nanodeeltjes samenklonteren of zich hechten aan andere stoffen waarmee ze samen het lichaam binnen kunnen dringen. Dit vraagt een heel nieuwe toxicologische analyse van stoffen.

Wat weten we op dit moment al wel over de gezondheidseffecten van met name de nanodeeltjes die speciaal gemaakt worden vanwege hun eigenschappen: de zogenaamde synthetische nanodeeltjes of “engineered nanoparticles”? Dat was een van de onderwerpen van de mede door medewerkers van het NCvB georganiseerde bijeenkomst over nieuwe ontwikkelingen in de relatie tussen gezondheid en blootstelling in het werk. Tijdens de tweedaagse bijeenkomst in Praag: “Occupational and environmental diseases; from nano-problem to big data” ging het zowel over kleine als grote dingen.

Hier gaf professor dr. Saou-Hsing Liou uit Taiwan in zijn presentatie een mooi overzicht van wat we in de bedrijfsgezondheidszorg nu weten over het werken met nanodeeltjes.

Het gebruik van synthetische nanodeeltjes in commerciële producten is sinds 2000 sterk in opkomst. De toepassingen lopen ver uiteen en omvatten elektronica, medische en andere gezondheidszorg producten, geavanceerde kunststoffen, voedsel, textiel, kleding en huishoudproducten. In augustus 2016 bevatte een inventarisatie van met nanodeeltjes gemaakte consumentenproducten al ruim 1800 verschillende producten (website) en dat zal de komende jaren snel stijgen. In Box 1 drie voorbeelden van al bestaande toepassingen in zonnebrandcrème, medicijnen en waterzuivering

Toxiciteit van nanodeeltjes – cases en onderzoek
Over de toxiciteit van synthetische nanodeeltjes is nog niet zoveel bekend. Weliswaar zijn veel dierstudies uitgevoerd, maar daarbij werden vaak zeer hoge doseringen gebruikt. Hierbij bleken de volgende risico’s op te treden: Inflammatie of granulomen in de longen, longfibrose, cardiovasculaire effecten, oxidatieve stress, longkanker en mesothelioom-achtige effecten.

Bij mensen is in elk geval over vier gevallen gepubliceerd:

• China: Zeven jonge vrouwen (18-47 jaar) werden blootgesteld aan polyacrylaat nanodeeltjes gedurende 5-13 maanden, waarna ze met kortademigheid en pleuravocht in het ziekenhuis werden opgenomen. Bij long-biopsieën bleek sprake van non-specifieke long inflammatie, longfibrose en granolomen met lichaamsvreemd materiaal (Song et al. 2009)
• Zuid-Afrika: Acute respiratory distress syndrome (ARDS) en tubulaire necrose van de nier door blootstelling aan nikkel-nanodeeltjes bij een 38-jarige spuiter (Phillips et al, 2010)
• Duitsland: Een vrouw werkzaam op kantoor bezocht een arts vanwege diarree en gewichtsverlies. Bij laparoscopie werden zwarte stippen gevonden op het perineum wat bij nader onderzoek afzettingen waren van carbon nanodeeltjes met een diameter van 31-67 nm. Transport van carbon nanodeeltjes via de lymfe- en/of bloedvaten na inademing zou dit kunnen verklaren (Theegarten et al, 2011)
• Een vrouwelijke werknemer ontwikkelt een nikkelallergie met huid- en luchtwegklachten na het werken met nikkel-nanodeeltjes zonder special beschermende maatregelen (Journeay et al, 2014)

Ook bij mensen zijn circa 15 epidemiologische onderzoeken uitgevoerd bij lage(re) blootstelling. Ook zijn er nog een aantal studies gaande, onder meer in de Verenigde Staten, Frankrijk en Australië.  In de tabel worden de studies kort op een rij gezet
Professor Liou constateerde dat in alle cross-sectionele onderzoeken biologische veranderingen worden gevonden die kunnen wijzen op vroege gezondheidseffecten door blootstelling aan synthetische nanodeeltjes. Uit de studies in Taiwan komen ook aanwijzingen voor mogelijk allergische neus- en huidklachten.
De biologische aanwijzingen voor gezondheidseffecten kunnen worden onderverdeeld in verschillende categorieën. De eerste omvat aanwijzingen voor oxidatieve schade en omvat een variëteit aan biomarkers in de uitademingslucht (Exhaled Breath Condensate), in de urine en in bloed. Verder worden in de longen verhoogde concentraties gevonden van markers betrokken bij longfibrose en inflammatoire afwijkingen in de longen en ook aanwijzingen voor afname van de longfunctie (FEV1%, FEV1/FVC, MMF, PEFR, and FEF25%), en toename van cytokines (IL-1β, IL-6, IL-8, MIP-1β, and TNFα). Wat betreft hart- en bloedvaten zijn er verhogingen in bepaalde cardiovasculaire markers zoals fibrogeen en interleukine 6) en lijkt ook sprake van invloed op de bloeddruk en op het hartritme. Van de 4 longitudinale onderzoeken geeft er een (Taiwan) aanwijzingen voor een toename van de veranderingen in de biomarkers bij 6 maanden follow-up. Maar bij verlenging van de follow-up tot vier jaar kwam er niets uit.
Professor Liou concludeert dat er vanuit de wetenschappelijke literatuur aanwijzingen zijn dat blootstelling aan synthetische nanodeeltjes veranderingen geven in bepaalde biomarkers van gezondheidseffecten, vooral de markers die wijzen op oxidatieve schade en inflammatoire veranderingen in weefsels. Of sprake is van cumulatie is nog onvoldoende vastgesteld. Hiervoor is meer longitudinaal onderzoek nodig.

Niet zonder zorg
De relevantie van deze veranderingen in biomarkers voor (toekomstige) gezondheidsproblemen bij mensen die werken met nanodeeltjes zijn nog niet erg duidelijk. De biomarkers lijken momenteel vooral geschikt voor wetenschappelijk onderzoek en het vaststellen of werknemers blootgesteld zijn aan nanodeeltjes. Niettemin is het voor bedrijfsartsen en andere arbo-professionals goed om in de door hen verzorgde bedrijven na te gaan of en op welke manier synthetische nanodeeltjes worden toegepast en op welke manier werknemers ermee in aanraking zouden kunnen komen. Dat kan inzicht geven in de mogelijk te verwachten gezondheidsklachten, waarbij het naast de aard van de stof ook gaat om de vorm en de diameter van de nanodeeltjes. Synthetische nanodeeltjes bieden technisch zodanig grote mogelijkheden, dat zij niet meer zullen verdwijnen. Dus blijft het zaak om alert te zijn op de risico’s bij de verwerking ervan en waar mogelijk nu al passende maatregelen te nemen om het binnendringen van nanodeeltjes in het lichaam zoveel mogelijk te beperken.

Box 1 Enkele voorbeelden van toepassing van nanodeeltjes

Tabel 1 Overzicht van studies onder werknemers blootgesteld aan synthetische nanodeeltjes

EBC = Exhaled Breath Condensate
Varia = Verschillende stoffen (carbon nanotubes, siliciumdioxide, titaniumdioxide, nano-zilver, nano-hars)
MWCNT = Multi Walled Carbon Nano Tubes