KAYNAKÇILIK MARUZİYETİNDE KULLANILAN BİYOKİMYASAL BELİRTEÇLER Uzm.Dr.Sedat ABUŞOĞLU Selçuk Üniversitesi Tıp Fakültesi Biyokimya A.D KONYA-2013

Sunum Planı Biomarker? Beklentiler? Kaynakçılık Maruziyetinde Biyokimyasal Belirteçler? Yeni biomarker adayları?

Cebrail Şimşek. Kaynakçı Akciğeri. T Klin Tıp Bilimleri 1992, 12

BIOMARKER National Institue of Health (NIH) Tanımı: “ Normal sürecin, patolojik sürecin veya tedaviye yanıt şeklinde farmakolojik cevabın bir göstergesi olarak objektif ölçülen ve değerlendirilen bir özelliktir.” Biyomarkır tanımının net olarak ne zaman kullanılmaya başladığı belli değildir. 1960 ların sonu ve 1970 lerin başında kullanılmaya başladığı bilinmektedir.

İşe girişteki istenenler: Ayrıntılı iş anamnezi, maruz kaldığı tehlikeler, sigara kullanımı (kaç paket, bırakmış mı?), Solunum fonksiyon testi, detaylı morfolojik ve işlevsel akciğer muayenesi, göz muayenesi, işitme testi, tam kan sayımı Periyodik takipte: Yukarıdaki testlere ek olarak karaciğer ve böbrek fonksiyon testleri, kanda ağır metal incelemesi

BEKLENTİLER (Food And Drug Administration) İdeal bir biomarker mevcut hastalık tablosu ile spesifik olarak ilişkili olmalı ve diğer fizyolojik durumlarda değişmemelidir. Serum, tükrük, idrar gibi vücut sıvılarında ölçülebilmelidir. En düşük seviyedeki patolojik durumu yansıtabilmelidir. İnvaziv olmayan, ucuz, basit test olmalıdır. Ölçüm yapılacak örnekte stabil olmalıdır. Doku spesifikliği olmalıdır (PSA gibi).

Jürgen Angerer. Biological Monitoring Jürgen Angerer. Biological Monitoring. Prospects in Occupational and Environmental Medicine 2002 sayfa 6

Kewal K.Jain. The Handbook of Biomarkers. 2010 Sayfa 153

Biyomarker arayışında farklı yaklaşımlar Farklı örnek tipleri: Serum, idrar, saç, tırnak, tükrük Krishnan Sriram ve ark. fareleri kaynak dumanına maruz bıraktıkları çalışmada manganın beyin üzerinde dopaminerjik yolaklarda striatum ve beynin orta kısımda biriktiği striatal tirozin hidroksilaz ve Parkinson hastalığı ile ilişkili proteinleri (Park7) etkilediği gösterilmiştir. Bu bulguya kan mangan düzeyinin eşlik etmeyerek saptanamaz ölçüde düşük olduğu buna rağmen tırnak mangan düzeyinin beyindeki bu değişimlerle korelasyon gösterdiği saptandığından tırnak mangan düzeyinin uzun süreli mangan maruziyeti ve nörotoksisite açısında sensitif bir belirteç olabileceği ileri sürülmüştür. Sriram K, Lin GX, Jefferson AM, Roberts JR, Andrews RN, Kashon ML, Antonini JM. Manganese accumulation in nail clippings as a biomarker of welding fume exposure and neurotoxicity.Toxicology. 2012 Jan 27;291(1-3):73-82. doi: 10.1016/j.tox.2011.10.021

X.Ding ve ark. 103 kaynak işçisi ile yaptıkları bir çalışmada idrar kadmiyum ve β-2 mikroglobulin düzeylerini araştırmışlar ve idrar kadmiyum düzeyleri yüksek olan kaynak işçilerde idrar β-2 mikroglobulin düzeylerinin yüksek olduğunu bulmuşlardır. İdrar β-2 mikroglobulin düzeylerinin ölçümünün renal tubuler hasar belirteci olabileceğini önermişlerdir. Cystatin C ve Kidney injury molecule-1 den bahset Ding X, Zhang Q, Wei H, Zhang Z.Cadmium-induced renal tubular dysfunction in a group of welders.Occup Med (Lond). 2011 Jun;61(4):277-9.

Aaron Erdely ve ark. farklı kaynak dumanlarına maruziyet sonrası pulmoner ve sistemik inflamasyonun indüksiyonunu inceledikleri fare çalışmasında 340 mikrogram manuel metal ark paslanmaz çelik (MMA-SS), Gaz-metal ark paslanmaz çelik (GMA-SS) ve gaz-metal ark hafif çelik (GMA-MS) faringeal aspirasyon ile maruziyet oluşturmuşlardır. TagMan array ile farklı mRNA düzeylerinin salınımın incelendiği çalışmada sadece MMA-SS sonrası kardiyovasküler dokularda stres yanıt gen düzeylerinde artış olduğu görülmüştür. Farklı kaynak türlerinin farklı inflamasyon paternleri izlediği bildirilen çalışmada bronkoalveolar lavaj (BAL) laktatdehidrogenaz (LDH) aktivitesinin yine sadece MMA-SS te yüksek bulunduğu bu bulgunun pulmoner toksisite ile ilişkili olabileceği bildirilmiştir. Erdely A, Salmen-Muniz R, Liston A, Hulderman T, Zeidler-Erdely PC, Antonini JM, Simeonova PP.Relationship between pulmonary and systemic markers of exposure to multiple types of welding particulate matter.Toxicology. 2011 Sep 5;287(1-3):153-9. doi: 10.1016/j.tox.2011.06.008.

Dixin Wang ve ark. 28 kısa süreli maruziyet, 21 uzun süreli maruziyet ve 33 kontrol bireyiyle yaptıkları çalışmada ortamda ve tükrük örneklerinde mangan, bakır, çinko, kadmiyum ve kurşun düzeylerini araştırmışlardır. Kaynakçılarda tükrük mangan ve bakır düzeyleri kontrollere kıyasla yüksek bulunurken çinko düzeyleri düşük saptanmıştır. Tükrük kadmiyum ve kurşun düzeylerinde bir farklılık gözlenmemiştir. Yine tükrük ölçümlerinin çalışma süreleri ile korelasyon gösterdiği ve tükrük mangan düzeyinin ortamdaki metal dumanından etkilenme ve çalışma yılı ile ilgili bir marker olarak değerlendirilebileceği vurgulanmıştır . Wang D, Du X, Zheng W. Alteration of saliva and serum concentrations of manganese, copper, zinc, cadmium and lead among career welders. Toxicol Lett. 2008 Jan 4;176(1):40-7. Epub 2007 Oct 13.

K.T Palmer ve ark. 27 kaynak işçisi ve 31 kontrol ile gerçekleştirdiği çalışmada balgam örnekleri alınmış ve hücre sayımı, demir, demir bağlama kapasitesi, IL-8, TNF-α, Myeloperoksidaz (MPO), matriks metalloproteinaz-9 (MMP-9), IgA, α2-makroglobulin çalışılmıştır. Kaynakçılarda sadece balgamda demir içeriği yüksek demir bağlama değeri düşük bulunurken, eozinofil ve bazofil düzeyleri kaynak şiddeti ile ilişkili bulunmuş, diğer parametrelerde anlamlı değişim gözlenememiştir. Palmer KT, McNeill Love RM, Poole JR, Coggon D, Frew AJ, Linaker CH, Shute JK. Inflammatory responses to the occupational inhalation of metal fume. Eur Respir J. 2006 Feb;27(2):366-73.

Sellappa Sudha ve ark. örtülü metal ark kaynağı yapan 66 kaynak işçisi ve 60 kontrol bireyinde kaynağın DNA üzerine genotoksik etkilerini araştırmışlardır. Hegzavalan kromun etkilerinin bukkal hücrelerden alınan DNA örnekleri üzerine etkilerinin mikronükleus ve comet analizi ile incelendiği çalışmada, örtülü metal ark kaynakçılarında kromun DNA üzerine hasarının yüksek olduğu ve bioizlemin önemli olduğu sonucuna varılmıştır. Sudha S, Kripa SK, Shibily P, Joseph S, Balachandar V. Biomonitoring of genotoxic effects among shielded manual metal arc welders. Asian Pac J Cancer Prev. 2011;12(4):1041-4.

Sharifian ve ark. manyetik alana maruz kalan 46 nokta kaynak işçisinin eritrosit içi süperoksitdismutaz (SOD) ve glutatyon peroksidaz (GPx) ve serum total antioksidan durum (TAS) düzeylerini araştırmışlardır. Serum TAS düzeylerinde anlamlı bir farklılık gözlenmezken eritrosit içi SOD ve GPx düzeylerinin manyetik alan şiddeti ile ters orantılı olduğunu bulmuşlardır. Sharifian A, Gharavi M, Pasalar P, Aminian O. Effect of extremely low frequency magnetic field on antioxidant activity in plasma and red blood cells in spot welders. Int Arch Occup Environ Health. 2009 Jan;82(2):259-66. doi: 10.1007/s00420-008-0332-2

Frank Hoffmeyer ve ark. 43 gaz-metal kaynağı işçisini nefes örneklerinde lökotrien B4(LTB4), prostaglandin E2 (PGE2) ve 8-izoprostan (8-iso PGF2α) düzeylerini incelemişler. Nefes örneklerinde krom olanlar ve olmayanlar şeklinde 2 grup tasarlamışlardır. Krom saptanmayan grupta LTB4 ve 8-izoprostan seviyelerinin daha yüksek olduğunu saptamışlardır. Hoffmeyer F, Raulf-Heimsoth M, Weiss T, Lehnert M, Gawrych K, Kendzia B, Harth V, Henry J, Pesch B, Brüning T; WELDOX Study Group. Relation between biomarkers in exhaled breath condensate and internal exposure to metals from gas metal arc welding. J Breath Res. 2012 Jun;6(2):027105. doi: 10.1088/1752-7155/6/2/027105.

Corradi M, Mutti A.Exhaled breath analysis: from occupational to respiratory medicine.Acta Biomed. 2005;76 Suppl 2:20-9.

Örnek alınma zamanı Perrine Hoet ve ark. çalışmasında 28 kaynakçı ve 5 kontrol bireyinin shift öncesi ve sonrası kan ve idrar örnekleri alınmış, ortam ölçümleri ile kıyaslanmıştır. Kaynak işçilerin %65 inde idrar mangan düzeyi saptanamaz ölçüdeyken shift sonrası plazma mangan düzeyi kontrol grubuna göre %33 daha yüksek bulunmuştur. Yine shift sonrası alınan kan örneğinde plazma mangan düzeyleri ile ortam mangan düzeyleri arasında korelasyon saptanmıştır. Hoet P, Vanmarcke E, Geens T, Deumer G, Haufroid V, Roels HA. Manganese in plasma: a promising biomarker of exposure to Mn in welders. A pilot study.Toxicol Lett. 2012 Aug 13;213(1):69-74. doi: 10.1016/j.toxlet.2011.06.013.

3 temel sistem klinik laboratuvarlarda kullanılıyor ICP-MS GC-MS LC-MS/MS

ICP-MS İNDÜKTİF OLARAK EŞLEŞTİRİLMİŞ PLAZMA-KÜTLE SPEKTROMETRESİ (Inductively Coupled Plasma – Mass Spectrometer) katı ve sıvı örneklerde çok sayıda elementin hızlı, ucuz (?) hassas niteliksel, niceliksel ya da yarı-niceliksel olarak ölçülmesine olanak sağlayan kütle spektrometresidir Cu Pb Zn Se Ba Li I Fe Mn Vn Mo Hg Co Cr Ag Au Ni Br Cs Rd Si Sr

Kewal K. Jain. Handbook of Biomarkers. Sayfa 19.2010

Sera from healthy or untreated controls Sera from patients Using the human ProtoArray®, clinical studies may be designed for the discovery of disease specific biomarkers. Very simply, sera from healthy or control individuals may be applied separately to protein arrays. Specific protein signals observed on the array are compared to signals observed on arrays applied with sera from diseased patients. This application is currently employed for the discovery of diagnostic markers of early stage cancer as well as markers that monitor drug efficacy and progress of treatment regimens. Comparison Protein microarrays: a new tool for discovery

NSCLC: Non-Small Cell Lung Cancer

Genomik Yaklaşım Iarmarcovai ve ark. 27 erkek kaynak işçisi ve 30 kontrol bireyinde mikronukleus testi ile DNA tamir genleri (X-ray cross-complementing gene-1 ve 3) ile detoksifikasyon genlerindeki (Glutatyon S-transferaz S1 ve M1) polimorfizmleri araştırmışlardır. Kaynak işçilerinde kromozomal hasarın kontrol grubuna kıyasla yüksek olduğu, polimorfik bireylerde bu hasarın daha belirgin olduğunu bulmuşlardır. Iarmarcovai G, Sari-Minodier I, Orsière T, De Méo M, Gallice P, Bideau C, Iniesta D, Pompili J, Bergé-Lefranc JL, Botta A.A combined analysis of XRCC1, XRCC3, GSTM1 and GSTT1 polymorphisms and centromere content of micronuclei in welders.Mutagenesis. 2006 Mar;21(2):159-65.

Transkriptomik yaklaşım Jung-Hwa Oh ve ark. rat akciğerlerinde kaynak dumanı maruziyetinin inflamatuar etkilerini inceledikleri çalışmada kaynak dumanının akciğere verdiği hasar ile orantılı olarak yedi adet genin (Mmp12, Cd5l, LOC50101, LOC69183, SppI, Slc26a4, Trem2) up-regüle edildiğini saptamışlardır. Trem-2 :Triggering receptor expressed on myeloid cells 2 Oh JH, Yang MJ, Heo JD, Yang YS, Park HJ, Park SM, Kwon MS, Song CW, Yoon S, Yu IJ. Inflammatory response in rat lungs with recurrent exposure to welding fumes: a transcriptomic approach.Toxicol Ind Health. 2012 Apr;28(3):203-15. doi: 10.1177/0748233711410906.

Metabolomik yaklaşım Kuo CH. Ve ark. 35 erkek kaynakçı ve 16 ofis görevlisi (kontrol) bireyi ile yaptıkları çalışmada nükleer manyetik rezonans spektroskopi (NMR) yöntemi ile idrar metabolomik profilleri incelemişler, kan örneklerinde inflamasyon markerlarının seviyelerini araştırmışlardır. Kaynak işçilerinin idrarında taurin, betain, glisin, serin, S-sülfosistein, hippurik asit, glukonat, aseton ve kreatinin düzeylerini yüksek, idrar kreatin düzeylerini ise düşük saptamışlardır. Serumdaki inflamasyon markerlarından (IL-6, IL-8, Ribonucleoside-diphosphate reductase subunit M2, Neutrophil cytosol factor 1, prostaglandin-endoperoxide synthase 1) sadece TNF-α ile kaynak dumanı maruziyeti arasında ilişki saptanmıştır. Kuo CH, Wang KC, Tian TF, Tsai MH, Chiung YM, Hsiech CM, Tsai SJ, Wang SY, Tsai DM, Huang CC, Tseng YJ. Metabolomic characterization of laborers exposed to welding fumes.Chem Res Toxicol. 2012 Mar 19;25(3):676-86. doi: 10.1021/tx200465e.

Eun A.Kim ve ark. gemi tersanesinde çalışan 20 erkek kaynakçı ve 10 adet aynı yaşlarda kontrol bireyinin bazal ganglia manyetik rezonans spektroskopisi yapılmıştır. Bazal gangliada N-asetilaspartat/kreatinin oranının insan beyninde mangan maruziyetinin kümülatif etkisini yansıtabileceğini bulmuşlardır. Kim EA, Cheong HK, Choi DS, Sakong J, Ryoo JW, Park I, Kang DM. Effect of occupational manganese exposure on the central nervous system of welders: 1H magnetic resonance spectroscopy and MRI findings. Neurotoxicology. 2007 Mar;28(2):276-83.

TEŞEKKÜRLER