Zastanawiasz się, jak wydać pracę doktorską, habilitacyjną lub monografie? Chcesz dokonać zmian w stylistyce i interpunkcji tekstu naukowego? Nic prostszego! Zaufaj Wydawnictwu Borgis - wydawcy renomowanych książek i czasopism medycznych. Zapewniamy przede wszystkim profesjonalne wsparcie w przygotowaniu pracy, opracowanie dokumentacji oraz druk pracy doktorskiej, magisterskiej, habilitacyjnej. Dzięki nam nie będziesz musiał zajmować się projektowaniem okładki oraz typografią książki.

© Borgis - Anestezjologia Intensywna Terapia 2/2001, s. 97-99
Roman Szulc, Krzysztof Szyfter
Anestetyki wziewne i aparat genetyczny człowieka*
Genetic risk of the exposure to the volatile anaesthetics
z I Kliniki Anestezjologii i Intensywnej Terapii;
kierownik: prof. dr hab. R. Szulc,
Instytutu Anestezjologii i Intensywnej Terapii,
dyrektor: prof. dr hab. W. Jurczyk – AM w Poznaniu
i z Zespołu Mutagenezy;
kierownik: prof. dr hab. K. Szyfter,
Zakładu Genetyki Człowieka;
kierownik: prof. dr hab. J. Nowak – PAN
Słowa kluczowe: anestetyki wziewne, genetyka.
Problem szkodliwego wpływu anestetyków wziewnych na organizm ludzki niepokoił badaczy jeszcze przed nowożytną erą znieczulenia. Doświadczenia dotyczące wpływu anestetyków na wzrost roślin dokonywał już w 1800 r. Humpry Davy nie dochodząc jednakże do wniosków o charakterze wiążącym dla praktyki klinicznej. Natomiast Claude-Bernard w 1878 r. pisał: „Jest faktem znanym wśród kwiaciarzy, iż wyższe stężenia eteru hamują wzrost sadzonek roślin i podziały komórkowe” [1]. W odniesieniu do innych niż eter anestetyków stwierdzono, iż długotrwałe stosowanie podtlenku azotu może wywoływać leukopenię. Badania lat siedemdziesiątych dwudziestego stulecia wzbogaciły naszą wiedzę w tym zakresie. Stwierdzono mianowicie, iż m.in. halotan zaburza transformację limfocytów ( Bruce, 1969, Cullen i wsp. 1972, wg 1). Informacje wskazujące jednoznacznie na wpływ anestetyków wziewnych na reprodukcyjne procesy komórkowe były z kolei bodźcem dla wysiłków badawczych zmierzających do uzyskania odpowiedzi na pytanie, czy anestetyki te są także mutagenami. Wiadomo bowiem, iż istnieje związek między wytwarzaniem mutacji i karcinogenezą powodowaną błędną replikacją DNA. Istnieje też domniemanie, iż nieprawidłowe podziały komórkowe powodowane przez anestetyki wziewne mogą mieć toksyczny wpływ na płód.
Dla dalszych rozważań możliwego wpływu anestetyków wziewnych na aparat genetyczny człowieka niezbędne wydaje się uwzględnienie ich stężeń. Wyróżnić tu można trzy poziomy [1]:
1) działanie w stężeniach wyższych w porównaniu z wykorzystywanymi klinicznie. Efektów działania takich stężeń nie można zatem wiązać z praktyką kliniczną;
2) efekty stężeń anestetyków wykorzystywanych klinicznie odnoszące się do znieczulanych pacjentów, nie zaś do osób wdychających te anestetyki z atmosfery pomieszczeń, z których zużyte powietrze nie jest odprowadzane;
3) efekty powodowane przez śladowe ilości anestetyków wziewnych, możliwe dziś do wykrycia.
Czynnikami, które należy uwzględniać także w kontekście możliwej genotoksyczności anestetyków są produkty ich biotransformacji. Istnieje bowiem zawsze możliwość wpływu tych produktów na replikację DNA.
Anestetyki wziewne a aparat genetyczny człowieka
1. Replikacja DNA
W odniesieniu do wszystkich używanych anestetyków wziewnych hamowanie namnażania komórek stwierdzono w gatunkach botanicznych, wśród bezkręgowców i kręgowców. W odniesieniu do człowieka stwierdzono, iż dawka ED50 (wywołująca 50% efektu hamowania namnażania linii komórek) jest około trzykrotnie wyższa od minimalnego stężenia pęcherzykowego (MAC) danego anestetyku. Anestetyki wziewne działają na wszystkie fazy cyklu komórkowego. Ekspozycja synchronizowanych linii kultur komórkowych na halotan w czasie fazy G-1 (od mitozy do początku syntezy DNA) powoduje jej wydłużenie celem umożliwienia naprawy DNA. Pociąga to za sobą obniżenie tempa proliferacji ( Sturrock i Nunn, 1976, wg 1). W kulturach komórek eksponowanych na działanie halotanu w czasie syntezy DNA następuje natychmiastowe zmniejszenie szybkości tej syntezy ( Bruce, Traurig, 1969, wg 1). W niesynchronizowanych liniach kultur komórkowych eksponowanych na działanie halotanu ma miejsce hamowanie profazy komórek, co sugeruje zatrzymanie podziału w postsyntetycznej lub premitotycznej jego fazie ( Sturrock i Nunn,1975, wg 1).
2. Mitoza i zaburzenia jądrowe
Anestetyki wziewne powodują zatrzymanie mitozy w metafazie. Efekt ten jednak wydaje się mało znaczący i jakkolwiek spostrzegany także u ssaków posiada większe znaczenie dla roślin i bezkręgowców ( Surrock i Nunn, 1975, 1976, wg 1). Przy ekspozycji kultur komórek kraba chińskiego na 2% stężenia halotanu spostrzegano zaburzenia podziałów komórkowych. Podtlenek azotu (75% w mieszaninie gazów) zmian takich nie powoduje, stwierdzono jednakże synergistyczny efekt jego działania z halotanem ( Sturrock i Nunn, 1976, wg 1). Zaburzenia mitozy spostrzegano bowiem u 25% kultur komórkowych poddanych działaniu mieszaniny gazów zawierających 1% halotanu i 75% podtlenku azotu.
3. Uszkodzenia chromosomów
Opisane wyżej zmiany określane są jako względnie łagodne, gdyż prawidłowy rozwój komórek zostaje przywrócony po zaprzestaniu ich ekspozycji na działanie anestetyku.
Wpływy środowiskowe mogą jednakże powodować aberracje chromosomów i zwiększenie częstości wymian chromatyd siostrzanych. Zmiany takie zachodzą w przypadkach ekspozycji dzielących się komórek na promieniowanie jonizujące i działanie wolnych rodników. Istnieje korelacja między wymianą chromatyd siostrzanych, mutagenezą i karcinogenezą. Badania z wykorzystaniem znieczulających stężeń halotanu, izofluranu i podtlenku azotu nie wykazały wpływu tych anestetyków na czynność chromosomów ( White i wsp.,1979, wg 1).
Przedstawione informacje wskazują, że anestetyki wziewne w stężeniach wyższych aniżeli niezbędne dla celów znieczulenia indukują nieprawidłowości w replikacji komórek. Wykorzystywane w praktyce klinicznej i nie zawierające rodnika winylowego anestetyki (halotan, enfluran, izofluran, podtlenek azotu) nie powodują zmian, które można by łączyć z karcinogenezą.
Oprócz możliwego wpływu na aparat genetyczny człowieka produktów biotransformacji anestetyków należy brać pod uwagę inny jeszcze rodzaj potencjalnie szkodliwego działania, jaki dotyczy jedynie podtlenku azotu. Już w 1968 r. ( Banks i wsp.,wg 1), w badaniach in vitro wykazano, iż podtlenek azotu utlenia jednowartościowy atom kobaltu w obrębie aktywnej witaminy B12 powodując jego przemianę w kobalt trójwartościowy. W wyniku tej reakcji powstaje nieczynna biologicznie kobalt-II-amina, na podobieństwo nieczynnej również methemoglobiny. Reakcja ta ma także miejsce w ustrojach żywych. U osób oddychających przez 24 godziny mieszaniną 50% podtlenku azotu i 50% tlenu spostrzegano inaktywację wit. B12 ( Amess i wsp., 1978, wg 1). Istnieją pośrednie dowody doświadczalne, że inaktywacja tej witaminy może mieć miejsce w czasie krótszym od opisanego. Witamina B12 jest kofaktorem w syntezie metioniny. W wątrobach szczurów eksponowanych na 50% stężenia podtlenku azotu hamowanie tej syntezy spostrzegano już po 30 minutach, a była całkowicie zahamowana po 6 godzinach ( Deacon i wsp., 1980, wg 1). Powrót syntezy metioniny po zaprzestaniu ekspozycji układu doświadczalnego na podtlenek azotu jest powolny i osiąga 50% szybkości reakcji sprzed doświadczenia dopiero po 3 dniach. Tłumienie syntezy metioniny ma z kolei wpływ na syntezę tymidyny u ludzi i gryzoni ( Amess, 1978, Deacon, 1980, wg 1). Tymidyna jest jedną z zasad DNA i bez jej syntezy replikacja komórek jest wspomagana wykorzystywaniem tej zasady z komórek martwych.
Kliniczne znaczenie utleniania witaminy B12 wskutek działania podtlenku azotu dostrzeżono już w latach pięćdziesiatych ( Lassen i wsp.1956, wg 1). Po trwającej ponad dwa dni ekspozycji pacjentów na działanie podtlenku azotu spostrzegano u nich leukopenię, zaś w obrębie szpiku kostnego wykładniki niedokrwistosci megaloblastycznej.
Podtlenek azotu jest zbyt słabym anestetykiem dla wywołania hamowania podziału komórek w stopniu powodujacym leukopenię ( Nunn i wsp., wg 1). Wydaje się zatem prawdopodobne, iż efekt ten jest wynikiem utleniania wit. B12 z towarzyszącą niedokrwistością megaloblastyczną. Możliwym skutkiem tych zmian są zaburzenia czynności ośrodkowego układu nerwowego w wyniku podostrej degeneracji rdzenia kręgowego. Podobne zmiany opisano u 15 chorych eksponowanych przypadkowo na podkliniczne stężenia podtlenku azotu przez dłuższy okres czasu ( Layzer, 1978, wg 1). Mimo braku wiedzy odnośnie precyzyjnego mechanizmu tych zmian istnieje domniemanie o związku przyczynowym między ekspozycją na działanie podtlenku azotu, a opisanymi zmianami neurologicznymi.
W kontekście przedstawionych informacji zasadne jest podjęcie działań zmierzających do uzyskania odpowiedzi na pytanie, czy inaktywacja wit. B12 może mieć miejsce w następstwie przewlekłej ekspozycji na śladowe ilości podtlenku azotu. Obliczono, iż dawka mniejsza niż 1 ml płynnego podtlenku azotu powoduje inaktywację wit. B12 w ustroju człowieka. Ilość ta jest z łatwością wchłaniana z atmosfery sali operacyjnej, z której nie usuwa się zużytego powietrza. Problem nie dotyczy jednakże tylko ilości anestetyku zdolnych do wywołania opisanych zmian, lecz również wielkości ciśnień parcjalnych. Nie są one dotychczas znane, wiadomo natomiast, iż hamowanie reakcji syntezy metioniny u szczurów spostrzegano przy ich oddychaniu przez okres 8 dni powietrzem zawierającym 5000 ppm ( parts per million) podtlenku azotu [1].
Zagrożenia genetyczne w sali operacyjnej
Obawy przed szkodliwym wpływem anestetyków wziewnych na reprodukcję u personelu zatrudnionego w salach operacyjnych znane są od lat sześćdziesiątych. W jednym (niekontrolowanym) badaniu obejmującym nieliczną grupę osób wykazano wysokie liczby poronień samoistnych wśród pracownic sal operacyjnych, w których wykonywano znieczulenia metodą wziewną ( Vaisman, 1967, wg 2). Niezależnie od wartości merytorycznej badania takie miały tę zaletę, iż przyczyniły się do wprowadzenia w Stanach Zjednoczonych Ameryki i większości krajów Europy Zachodniej standardów w zakresie bezpieczeństwa ekologicznego środowiska sal operacyjnych. Obejmują one konieczność odprowadzania z tych pomieszczeń zużytego i zawierającego anestetyki wziewne powietrza, jego wymuszoną wymianę oraz przestrzeganie norm dotyczących najwyższych dopuszczalnych stężeń anestetyków (n.d.s.) w środowisku sal operacyjnych. Uwzględniane są dwie wartości tych norm, a mianowicie stężenia anestetyku w powietrzu, po dokonaniu pojedynczego pomiaru i w przeliczeniu na czas trwania zmiany roboczej (przeciętne stężenia równoważone czasem – time weighted averages, TWA, 3).
W Polsce obowiązują normy n.d.s. jedynie w odniesieniu do halotanu, zaś podtlenek azotu w przepisach bhp umieszczono w grupie tlenków azotu. Przeprowadzone w latach 1996-1997 badania dotyczące stężeń anestetyków wziewnych w kilkunastu salach operacyjnych poznańskich szpitali klinicznych [4] wykazały przekroczenia wartości n.d.s. rzędu kilkudziesięciu do kilkuset razy w odniesieniu do halotanu i izofluranu. Wartości n.d.s. dotyczące podtlenku azotu przekraczane były nawet kilka tysięcy razy (wobec braku norm polskich w odniesieniu do wartości n.d.s. dla izofluranu i podtlenku azotu posłużono się normami niemieckimi).
Przyjmuje się obecnie istnienie dwóch kategorii ekspozycji na możliwe uboczne działania anestetyków:
1) ostra ekspozycja na powodujące znieczulenie stężenia anestetyków. Dotyczą one pacjenta;
2) przewlekła ekspozycja na śladowe ilości anestetyków stanowiąca potencjalne ryzyko zawodowe personelu sal operacyjnych. Możliwy wpływ uboczny tych ekspozycji obejmuje działanie potencjalnie teratogenne i zmniejszoną płodność.
Problem dotyczy znaczącej liczby osób. Przyjmuje się, że w Stanach Zjednoczonych Ameryki 1 do 2% ciężarnych kobiet poddawanych jest w okresie ciąży leczeniu operacyjnemu. Liczba osób zatrudnionych w salach operacyjnych i gabinetach dentystycznych (w których do anestezji używany jest podtlenek azotu) wynosi w tym kraju ok. 250 000 [2].
Teratogenne ryzyko każdego z typów ekspozycji na anestetyki jest prawdopodobnie niewielkie. Przewlekła ekspozycja na ponadkliniczne stężenia niektórych anestetyków zwiększyła liczbę malformacji u zwierząt laboratoryjnych ( Mazze i wsp., 1988, Friedman, 1988, wg 2). Badania kliniczne przeprowadzone na dużych liczbowo grupach nie wykazały wzrostu liczby wad u płodów kobiet poddanych leczeniu operacyjnemu w anestezji wziewnej. Należy jednak stwierdzić, iż wykazanie niewielkiego wzrostu liczby zniekształceń jest trudne, częściowo z tego powodu, iż liczba wykrywanych defektów w populacji nieeksponowanej na działanie anestetyków ( base-line frequency) jest wysoka i wynosi 3 do 5%. Równoczesne monitorowanie wielu innych czynników oddziałujących na pacjenta w czasie operacji i mogących mieć (przynajmmniej potencjalnie) wpływ teratogenny (stres, ciepłota, choroba podstawowa, rodzaj zabiegu operacyjnego, możliwe zaburzenia metaboliczne) wydaje się niemożliwe. Zwiększa to zatem stopień trudności metodycznych tego rodzaju badań ( Lunn, 1986, wg 2). Uchybienia metodyczne dotyczą również przeprowadzonych już badań sugerujących istotny wpływ wydychanych anestetyków na liczbę poronień wśród personelu sal operacyjnych i zabiegowych ( Vessey, 1978, Axelsson, 1982, wg 2). Zmniejszenie o 50% płodności wśród asystentek dentystycznych eksponowanych w sposób przewlekły na wysokie stężenia podtlenku azotu wykazano w poprawnie zaplanowanym badaniu [5]. Dotyczyło to jednakże kobiet pracujących w pomieszczeniach pozbawionych wyciągów gazów i eksponowanych na działanie podtlenku azotu w czasie przekraczającym 5 godzin tygodniowo.
Zagrożenia związane z ekspozycją na anestetyki wziewne obejmują też procesy starzenia się. Zgodnie z aktualnymi poglądami jest ono wynikiem kumulacji efektów biologicznych wynikających ze stresu oksydacyjnego. Wydaje się, że wpływ wolnych rodników i reaktywnych form tlenu na strukturę komórki, jej homeostazę, oraz na stabilność genomu leży u podstaw szeregu cech komórkowego i biologicznego starzenia się. Lata ekspozycji na śladowe ilości anestetyków wziewnych, psychiczny i fizyczny stres związany z pracą w sali operacyjnej i wpływ tych czynników na produkcję wolnych rodników nie były dotychczas przedmiotem badań. Zdaniem Weinberga byłyby one warte podjęcia zważywszy fakt, jak stary czuje się anestezjolog po ciężkim dyżurze [2].
W 1978 r. Lecky (wg 6) przedstawił na kursie dla anestezjologów w Portsmouth następujący pogląd: „Dane obecne, jakkolwiek niepewne, implikują stanowczo związek przyczynowy między ekspozycją na anestetyki i narażeniem zdrowia. Siła tych danych leży w fakcie, iż o ile wyniki pojedynczych badań mogą nie być wiążące, spostrzegana jest jednak i powtarzająca się w badaniach tych zbieżność między wykrywanymi schorzeniami a wynikami badań uzyskanymi w eksperymencie. Jest zatem naszym obowiązkiem podnieść problem kontroli śladowych ilości gazów, dopóki rzetelne dane zaprzeczą ryzyku utraty zdrowia związanego z ekspozycją na nie”. Opinia ta nie straciła na znaczeniu u progu XXI wieku, czego dowodem jest m.in. rekomendowanie niskoprzepływowych, zmniejszających emisję gazów sposobów anestezji wziewnej i coraz częstsze wycofywanie się ze stosowania podtlenku azotu.
Piśmiennictwo
1. Nunn J. F.: Faulty cell replication: abortion, congenital abnormalities; in: Occupational Hazards to Operating Room and Recovery Room Personnel (Ed. J. E. Cottrell). International Anesthesiology Clinics, 1981, 19, 77-97.
2. Weinberg G.: Genetic risks in the OR. WCA 2000 Proceedings, 449-450.
3. NIOSH. Criteria for a recommended standard: occupational exposure to waste anesthetic gases and vapors. United States Department of Health, Education and Welfare, Washington 1977.
4. Szulc R., Taeger K., Jurczyk W.: Skażenie środowiska sal operacyjnych wziewnymi środkami znieczulenia: ocena stanu w Akademii Medycznej w Poznaniu. Nowiny Lekarskie 1998, 67, 671-690.
5. Rowland A.S., Baird D.D., Weinberg C., Skore D.L., Sky C.M., Wilcox A.J.: Reduced fertility among women employed as dental assistants exposed to high levels of nitrous oxide. New England Journal of Medicine 1992, 327, 993-997.
6. Azar J.: Anesthetic gas spillage and scavenging; in: Occupational Hazards to Operating Room and Recovery Room Personnel (Ed. J. E. Cottrell). International Anesthesiology Clinics 1981, 19, 1-37.
Adres do korespondencji:
I Klinika Anestezjologii i Intensywnej Terapii AM ul. Długa 1/2 61-848 Poznań

Anestezjologia Intensywna Terapia 2/2001