Biomarkers of inflammation and oxidative stress in quarry workers exposed to dust containing free crystalline silica
La silice è il minerale più abbondante sulla terra. L’esposizione professionale alla silice libera cristallina è stata documentata fin dall’antichità per via dei suoi effetti negativi sull’apparato respiratorio e tutt’oggi molti lavoratori in tutto il mondo ne sono ancora esposti. È molto importante quindi continuare a documentare questo tipo di esposizione professionale e a monitorare gli effetti della silice negli ambienti di lavoro. Attualmente il valore limite di esposizione alla polvere di silice cristallina respirabile è stabilito dalla Direttiva UE 2017/2398 ed è di 0,1 mg/m3 (nelle 8 ore lavorative). Le particelle di silice sono talmente piccole da riuscire a raggiungere le basse vie respiratorie, andando a causare infiammazione e stress ossidativo a livello polmonare, che può progredire e svilupparsi in silicosi o altre malattie. L’uso di adeguate misure di sicurezza sul luogo di lavoro può diminuire drasticamente il rischio di sviluppare patologie a carico dell’apparato respiratorio nei lavoratori. Questo elaborato fornisce un quadro dettagliato sulla concentrazione di biomarcatori di effetto precoce (IL-17, IL-1β, IL-10, TNF-α, 8-isoprostano, MDA, KL-6 e TAP) in un gruppo di lavoratori professionalmente esposti a bassi livelli di polveri contenenti silice libera cristallina nell’ambito delle attività lavorative svolte in una cava. Per una migliore interpretazione dei dati sono stati anche forniti dei questionari, per raccogliere informazioni anagrafiche e comportamentali, che possono essere dei fattori confondenti, utili durante l’interpretazione dei risultati. È stato effettuato un campionamento biologico sui lavoratori, prelevando campioni di CAE (condensato dell’aria esalata) ed urina. I campioni sono stati analizzati in laboratorio con tecniche specifiche (ELISA, real time PCR e saggio colorimetrico) per ogni biomarcatore di interesse e successivamente i valori ottenuti sono stati analizzati statisticamente. L’analisi ha evidenziato un aumento del 123% della citochina pro- infiammatoria IL-17, un aumento del 46% dell’8-isoprostano urinario, un aumento del 25% di KL-6 e una diminuzione del 60% della citochina antinfiammatoria IL-10; dunque l’esposizione professionale ha contribuito significativamente alla variazione di questi biomarcatori, andando a sottolineare un modesto ma persistente stato di infiammazione e di attivazione di cascata pro- fibrotica e uno stato di stress ossidativo. Dai dati raccolti con il questionario sono stati presi in considerazione principalmente il fumo e l’utilizzo dei DPI. È emerso che il fumo è correlato positivamente all’esposizione e che i DPI hanno mitigato gli effetti dell’esposizione. Infatti è stata riscontrata una diminuzione del 18% di TAP che tuttavia ha perso di significatività nel momento in cui è stata inclusa la variabile sull’utilizzo dei DPI. IL-1β, TNF-α e MDA, invece, non si possono statisticamente associare all’esposizione professionale dei lavoratori alla silice libera cristallina. Sulla base dei dati ottenuti, si evidenzia una correlazione tra l’esposizione professionale e la modificazione nella fisiologia polmonare dei lavoratori; dunque, il tipo di studio che è stato condotto si può considerare vantaggioso per la valutazione di eventuali effetti precoci a carico dell’apparato respiratorio dei lavoratori e di conseguenza vantaggioso anche per la diagnosi precoce di malattie e per la valutazione dell’efficacia delle misure di prevenzione e sicurezza adottate.
Silica is the most abundant mineral on earth. Occupational exposure to free crystalline silica has been documented since ancient times due to its negative effects on the respiratory system and many workers around the world are still exposed to it today. It is therefore very important to continue to document this type of occupational exposure and monitor the effects of silica in the workplace. Currently, the exposure limit value for respirable crystalline silica dust is set by EU Directive 2017/2398 and is 0.1 mg/m3 (over 8 working hours). Silica particles are so small that they can reach the lower respiratory tract, causing inflammation and oxidative stress in the lungs, which can progress and develop into silicosis or other diseases. The use of adequate safety measures in the workplace can dramatically reduce the risk of workers developing respiratory diseases. This paper provides a detailed picture of the concentration of early effect biomarkers (IL-17, IL-1β, IL-10, TNF-α, 8-isoprostane, MDA, KL-6 and TAP) in a group of workers professionally exposed to low levels of dust containing free crystalline silica in the context of work activities carried out in a quarry. For a better interpretation of the data, questionnaires were also provided to collect personal and behavioral information, which can be confounding factors, useful during the interpretation of the results. Biological sampling was performed on the workers, taking samples of EBC (exhaled breath condensate) and urine. The samples were analyzed in the laboratory with specific techniques (ELISA, real time PCR and colorimetric assay) for each biomarker of interest and subsequently the values obtained were analyzed statistically. The analysis highlighted a 123% increase in the pro-inflammatory cytokine IL-17, a 46% increase in urinary 8-isoprostane, a 25% increase in KL-6 and a 60% decrease in the anti-inflammatory cytokine IL-10; therefore, professional exposure contributed significantly to the variation of these biomarkers, highlighting a modest but persistent state of inflammation and activation of a pro-fibrotic cascade and a state of oxidative stress. The data collected with the questionnaire mainly took into consideration smoking and the use of PPE. It emerged that smoking is positively correlated with exposure and that PPE mitigated the effects of exposure. In fact, an 18% decrease in TAP was found, which however lost significance when the variable on the use of PPE was included. IL-1β, TNF-α and MDA, however, cannot be statistically associated with the occupational exposure of workers to free crystalline silica. On the basis of the data obtained, a correlation between occupational exposure and the modification in the pulmonary physiology of workers is highlighted; therefore, the type of study that was conducted can be considered advantageous for the evaluation of possible early effects on the respiratory system of workers and consequently also advantageous for the early diagnosis of diseases and for the evaluation of the effectiveness of the prevention and safety measures adopted.