Effetti respiratori di attività lavorative con potenziale esposizione a cromo esavalente

Abstract

Il cromo esavalente (Cr VI) è un noto cancerogeno in grado di provocare tumore del polmone, delle cavità nasali e dei seni paranasali. Benché il Cr VI non sia in grado di reagire con il DNA, esso può attraversare le membrane plasmatiche; all’interno delle cellule, viene ridotto a Cr III, responsabile della formazione di addotti con gli acidi nucleici e di legami DNA-proteine. La riduzione del Cr VI a Cr III si associa inoltre a stress ossidativo. Le lavorazioni in cui si realizza una potenziale esposizione, principalmente per via inalatoria, a Cr VI sono diverse; quelle prese in considerazione in questo studio sono la saldatura di acciaio inox, la cromatura galvanica e l’utilizzo di vernici a base di cromato di stronzio. Lo scopo principale di questo studio è stato quello di utilizzare il condensato dell’aria esalata (CAE) per misurare biomarcatori di esposizione [(Cr e nel caso dei saldatori anche nichel e materiale particolato (PM)] e correlarli con biomarcatori di stress ossidativo, quali perossido di idrogeno (H2O2), malondialdeide (MDA), 4-idrossinonenale (HNE) e 8-isoprostano, integrando il monitoraggio biologico ed ambientale tradizionale. Per quantificare il danno ossidativo agli acidi nucleici sono stati valutati i rapporti tra le diverse forme ossidate e native della guanina urinaria. I risultati del monitoraggio ambientale hanno rilevato concentrazioni di Cr totale inferiori ai valori limite soglia (TLV) dell’ACGIH in tutte le categorie di lavoratori. Nei saldatori, nonostante la bassa esposizione, il Cr-CAE ha mostrato differenze tra il venerdì ad inizio e fine turno rispetto al lunedì dopo la pausa del fine settimana e le variazioni sono state osservate tra gli stessi tempi per il Cr urinario (Cr-U). Il Cr in aria ambiente correlava sia con Cr-CAE che con Cr-U. Il PM-CAE non ha mostrato differenze tra i tempi di campionamento, ma sono stati rilevati valori superiori rispetto a quelli misurati nei controlli. Tra i biomarcatori di effetto il H2O2 sembra essere influenzato dall’esposizione del singolo turno di lavoro, mentre la MDA e l’HNE dall’esposizione della settimana lavorativa. Le variazioni di MDA e HNE tra i tempi di campionamento sono state riscontrate anche nei montatori dell’industria aeronautica. Le due aldeidi correlavano tra loro in tutte le categorie di lavoratori ad indicare una via comune di induzione dello stress ossidativo. Sono state riscontrate differenze dei rapporti delle diverse forme ossidate e native della guanina tra i tempi di campionamento e correlazioni tra la forma ossidata della guanina legata all’RNA e il Cr-U. Inoltre, nei saldatori il rapporto 8-oxodGuo/dGuo ha risentito dell’esposizione del singolo turno, ha mostrato valori superiori rispetto a quelli determinati nei controlli e correlava con Cr-U il venerdì a fine turno. Le variazioni dell’escrezione urinaria delle forme ossidate della guanina, in relazione all’esposizione a Cr e ad altri agenti tossici, potrebbe riflettere un aumento del danno ossidativo che si traduce in una maggiore attività dei sistemi di riparazione degli acidi nucleici e/o in un aumento del turnover cellulare. La possibilità di utilizzare il CAE per la determinazione di biomarcatori rappresenta un progresso notevole per la Medicina del Lavoro. L’assenza di correlazioni tra i biomarcatori di esposizione e di effetto determinati nel CAE lascia ipotizzare che le variazioni di questi ultimi potrebbero essere attribuite ad altri agenti presenti in ambiente di lavoro tra cui l’ozono ed il particolato ultrafine. I risultati dimostrano ancora che il Cr-CAE è un biomarcatore di esposizione sensibile in quanto nei saldatori anche in condizioni di bassa esposizione sono state riscontrate differenze tra i tempi di campionamento. L’elevata sensibilità della metodica per la rilevazione della frazione esavalente permette, inoltre, non solo di stimare l’esposizione a Cr VI a livello dell’organo bersaglio, ma anche di escluderla.

Hexavalent chromium (Cr VI) is a well-known human carcinogen that can cause lung cancer and cancer of the paranasal sinuses and nasal cavity. Though Cr VI itself does not react readily with isolated DNA molecules, the toxicity of Cr VI is due to its ability to enter cell membranes; once inside a cell, it is mainly reduced to trivalent chromium (Cr III) that is responsible for DNA adducts and DNA-proteins links generation. The reduction of Cr VI to Cr III results in oxidative stress. Workers are mainly exposed to hexavalent chromium through inhalation in different occupation settings; in the present study, we included stainless steel welding, galvanic Cr plating and the use of paints containing strontium chromate. The main aim of the present study was to use exhaled breath condensate (EBC) in order to measure biomarkers of exposure [Cr, and also Nickel (Ni) and particulate matter (PM) in welders], and correlate their values with the presence of biomarkers of oxidative stress such as hydrogen peroxide H2O2, malondialdehyde (MDA), 8-isoprostane (8-IP), and 4-hydroxy-nonenal (HNE), implementing traditional biological and ambient monitoring procedures. Different forms of native and oxidized urinary guanine ratios were used to evaluate the systemic oxidative damage to nucleic acids. Cr airborne concentrations were largely below the threshold limit values (TLV) established by American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) in all workers. However, despite very low Cr environmental concentrations, Cr-EBC and urinary Cr (Cr-U) levels changed significantly at different sampling times; they were higher at Friday both before and after shift work than at Monday before shift work after a weekend of rest. Furthermore, we have also shown that environmental Cr levels correlated with both urinary and EBC Cr levels. PM-CAE levels did not significantly change at different sampling times, but they were higher than those found in controls. H2O2 levels were strictly related to shift work, whereas MDA and HNE levels were influenced by weekly exposure. Differences in MDA and HNE levels between different sampling times were shown also in aeronautical industry workers. Levels of two aldehydes showed a similar trend in all three workers group, thus supporting the hypothesis of a common oxidative stress pathway. Differences in native and oxidized urinary guanine ratios between sampling times and correlations between 8-oxo-7,8-dihydroguanosine and Cr-U were observed. Moreover, 8-oxodGuo/dGuo ratio was related to shift work and their values correlated with Cr-U at Friday after shift and they were significantly higher than those measured in controls. Changes in urinary excretion of oxidized guanine forms, related to exposure to Cr and to other toxic agents, may reflect an increase of oxidative damage resulting in increased of the nucleic acid repair system rate and / or cell turnover. The possibility of using CAE for the detection of biomarkers is a significant advance in Occupational Medicine. No relationships between the EBC biomarkers of exposure and the EBC biomarkers of effect were observed, therefore we speculate that other toxic agents in the workplace, such as ozone and particulate ultrafine, may have contributed to the time trends of EBC biomarkers of effect. The findings confirm that Cr-CAE is an extremely sensitive biomarker of exposure since in welders, despite low Cr environmental concentrations, differences between sampling times were found. Due to the high sensitivity EBC-Cr analysis, we were able to exclude the exposure to the carcinogenic fraction of Cr at target organ.