Предлагаемый синергетический механизм паровой лихорадки металлов с участием наночастиц ZnO и Fe3O4.

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 15643 (2022) Цитировать эту статью

996 Доступов

Подробности о метриках

Лихорадка паров металлов (ЛФМ) — воспалительное состояние, механизм которого пока неясен, связанное с вдыханием паров металлов, особенно цинка. В этом исследовании мы экспериментально исследуем гипотезу о двухэтапном механизме возникновения MFF: (1) фотокаталитическое производство переносимой по воздуху перекиси водорода (H2O2) через ZnO и (2) образование гидроксильных радикалов (HOׄ) посредством реакции Фентона через магнетит. (Fe3O4) наночастицы. Продукты фотокатализа и реакции Фентона измеряли с использованием устройства с усиленным мультирассеянием поглощения и оценивали разложение бромфенолового синего с помощью микропланшетной фотометрии соответственно. Мы заметили, что в присутствии УФ-излучения ZnO производит в 3-4 раза больше H2O2, чем один только УФ-излучение или ZnO, не облученный УФ-излучением. В присутствии биологически значимых лигандов мы также измерили реакцию Фентона при физиологическом pH с наночастицами Fe(II), Fe(III) или Fe3O4. Наши результаты подтверждают гипотезу о двухэтапном механизме возникновения MFF, при котором предварительное присутствие Fe в легких усугубляет окислительный стресс, вызванный фотокатализом ZnO, - ситуация, которая может возникнуть при сварке оцинкованной стали. В более широком смысле это поднимает вопрос о роли механизма Фентона в респираторном воздействии металлических частиц и его возможном вкладе в другие заболевания легких.

Металлодымовая лихорадка (МЛЛ) — профессиональное заболевание, выявленное у сварщиков и характеризующееся острыми неспецифическими жалобами в виде гриппоподобных симптомов, лихорадки, озноба, головной боли, миалгий, недомогания, кашля и тошноты1. Симптомы обычно появляются через 4–10 часов после прекращения воздействия паров, содержащих металлы. Первоначальные клинические данные минимальны, частота дыхания, исследование легких и пульсоксиметрия в норме2,3. При непрерывном воздействии паров металлов в течение недели часто наблюдается тахифилаксия с наиболее тяжелыми симптомами после периода отсутствия воздействия (например, выходных) и улучшением симптомов в течение рабочей недели. В ретроспективном обзоре случаев наиболее частым днем ​​проявления симптомов был понедельник с постоянным снижением частоты в последующие дни недели1. Первоначальная рентгенограмма грудной клетки обычно нормальная; лабораторные исследования в большинстве случаев не необходимы, но могут выявить лейкоцитоз со сдвигом влево и повышение маркеров воспаления. Функциональная проба легких в острой фазе может выявить снижение жизненной емкости легких, которое нормализуется по мере выздоровления. Лечение MFF является поддерживающим, прогноз хороший, с быстрым и полным выздоровлением в течение 12–48 часов после прекращения воздействия в большинстве случаев3. Долгосрочные сиквелы – это очень необычно. Хотя тяжелые случаи MFF встречаются редко, доброкачественные случаи встречаются часто. В 2006 г. распространенность МФФ в США оценивалась в 1500–2500 случаев в год2.

Сварка предполагает генерацию электрической дуги как мощного источника энергии, способного плавить металлы, с широким спектральным излучением, охватывающим УФ-область4,5. Производство мелких/ультрамелких частиц оксидов металлов с помощью процесса испарительно-конденсационной сварки также хорошо известно. При сварке нержавеющей стали пары металла из расплава и электрода в условиях охлаждения и окисления образуют нанокристаллы и мелкие частицы магнетита6. В случае оцинкованной нержавеющей стали образующийся аэрозоль дополнительно обогащается частицами ZnO. Несмотря на сосуществование высокоэнергетического излучения и частиц оксидов металлов, которые могут вести себя как полупроводники, нынешние механизмы, предлагаемые для MFF, не рассматривают УФ и его возможные взаимодействия с металлическими частицами в качестве причинных переменных, а в основном фокусируются на сценариях вдыхания частиц. Было высказано предположение, что MFF возникает в результате вдыхания металлических частиц, выделяющихся, например, во время сварки. Действительно, размер этих частиц — обычно в микро- и нанометровом диапазоне — может легко достигать альвеолярной области легких. Считается, что воздействие концентраций до 77–600 мг Zn/м3 индуцирует MFF7. Тем не менее, недавно было показано, что воздействия 2 мг/м3 в течение 1 часа достаточно, чтобы вызвать повышение уровня гематологических маркеров8, в то время как у субъектов, подвергшихся воздействию 0,5 мг/м3 ZnO во время лечения, не наблюдалось никаких гематологических или сердечно-сосудистых эффектов. 2 ч9.