Alliss 2013, Hässleholm Mikroorganismer i inomhusmiljöer, hälsoeffekter Lennart Larsson Inst f labmedicin, Lund Univ lennart.larsson@med.lu.se Disposition 1. Kvalitativa samband: Fukt/mögel inomhus och hälsa. 2. Mikrober och hälsa --- bakterier, mögel --- infektion, inflammation, allergi, överkänslighet --- mätning av mikrober i inomhusmiljöer 3. Kvantitativa samband: Mikrober inomhus och hälsa. 1
Samband 100-tals publicerade originalartiklar Ett flertal översiktsartiklar Mendell et al. (Environ Health Perspect 2011): Analys av data från IOM (t.o.m. 2003 från 45 originalartiklar) samt nya data från 103 originalartiklar (t.o.m. 2009) som uppfyllde ställda kriterier avseende studiedesign, statistik mm. Mendell: Med PubMed identifierades artiklar med tre grupper av keywords som analyserades mot varann: dampness, damp, water damage, moisture, humidity, fungi, fungus, mold, mould, bacteria, microorganisms mot health, asthma, hypersensitivity, wheeze, cough, respiratory, respiratory infection, lung, nasal, nose, alveolitis, allergy, hypersensitivity pneumonitis, eczema, bronchial, skin, inflammation mot building, house, home, residence, dwelling, office, school, day-care center 2
1. Resultat (Mendell) kvalitativa samband Positiva associationer (för vuxna, barn, atopiker, icke-atopiker) mellan observerad fukt/mögel (synligt mögel, kondens på insidan av fönster, mögellukt, vattenskada etc) och astmaattacker, hosta, pipande andning, övre luftvägssymptom, utveckling av astma, andnöd, luftvägsinfektioner, bronkit, allergisk rinit, eksem Man undrar Vilka fuktassocierade ämnen orsakar problemen? Bakterier/mögel? Kemikalier som bildas eller frigörs av fukt? 3
2. Mikrober och hälsa Mikrober har alltid funnits på jorden, långt innan det fanns människor. De är skadliga OCH nyttiga Mögel bildar antibiotika - men även dödliga toxiner, och kan ge allergi. Bakterier ger dödliga sjukdomar -men tillverkar vitaminer i tarmen. BAKTERIER Enkel struktur Cellväggen innehåller peptidoglykan för god stabilitet Fimbrier, flagella Kocker, stavar 0.3-10 um Gram-negativer har ett yttre membran med endotoxin Gram-positiver saknar ett yttre membran och endotoxin 4
SVAMP Större än bakterier Separata enheter inneslutna i membran för olika uppgifter Innehåller kitin, ergosterol och glukan Jästceller är encelliga, äggformade Mögel är flercelliga, bildar hyfer Inhalation av luftburna mikroorganismer kan ge... infektion (levande mikrober) Levande mikrober förökar sig i värden. Kemoterapi. inflammation (levande och döda mikrober samt annat biologiskt material) Rodnad, svullnad, värme, smärta 5
Luftburna infektioner Virus (influensa, förkylning) Bakterier (tuberkulos, Legionella) mögelsvamp (Aspergillus) <5% av de luftburna mikroberna inomhus är levande!! Inflammation/överkänslighet: allergi Orsakas av onormal reaktion i immunsystemet. Antikroppar (proteiner: immunglobuliner, Ig) skyddar oss mot främmande ämnen IgG, IgA, IgE, IgM 6
Allergiska reaktioner 1. Atopisk allergi (typ 1 allergi): IgE-antikroppar produceras i stora mängder när man exponeras för vissa främmande ämnen (allergen) vilket leder till produktion av histamin. Astma, hosta... Ärftlig disposition, omedelbar reaktion. 2. Andra allergier (typ 2-4), t ex nickelallergi. IgE är inte involverat. Fördröjd reaktion. Icke-allergisk ( annan ) överkänslighet Liknande symptom som vid allergi men utan att immunförsvaret är inkopplat 7
Yrkesmässig exponering till luftburna mikrober kan ge hälsoproblem (lantbruk, slakterier, djurhållning, i metallindustrin...) Men kan de små mängderna luftburna mikrober som finns i ickelantbruks/industriella miljöer verkligen ge problem? Det är lätt att mäta kemikalier i luft men svårt att mäta mikroorganismer! Att studera mikroorganismer i inomhusmiljöer Odling... - kan bara påvisa levande mikrober - relevant för infektion - många mikrober dör under provtagningen - flera olika odlingsmedier o temperaturer... CFU=Colony Forming Units. Användbart vid artbestämning 8
Att studera mikrober i inomhusmiljöer 1. Flyktiga mikrobiella produkter luftprovtagning 2. Mikrobiella celler, cellkomponenter luftprovtagning? I damm på hyllor, på golv? I mögelfläckar på ytor inomhus?... - Direktmikroskopi - Proteiner (bakteriella toxiner, mögelallergener) -DNA - Kolhydrater (glukaner) - Lipider (steroler, mykotoxiner) -Antigen -Endotoxin Vilka analysmetoder? Immunologiska? Analytisk-kemiska?... Mikroskopi Snabb, sofistikerad...! Ger totalmängden (levande plus döda). Kan ge mycket information t ex då man använder olika färgningsmetoder. Immunoassays Antigen-antikroppsreaktioner vanligt i klinisk diagnostik. Man måste veta vad man letar efter! 9
Molekylärbiologi (polymerase chain reaction, PCR) Identifiering av specifikt DNA används mycket i klinisk diagnostik Man kan välja grad av specificitet Hög känslighet Problem med inhibitorer i miljöprov kan ge falskt negativa resultat Mycket lovande teknik för framtiden skiljer inte mellan levande och döda mikrober Kemiska markörer Bestämning av specifika mikrobiella komponenter: Ämne Källa Mikrobiellt ursprung Muraminsyra Peptidoglykan Bakterier 3-Hydroxyfettsyror Endotoxin Gram-negativer Ergosterol Cellmembran Svamp 10
Bakterier i fuktiga inomhusmiljöer Aktinomyceter, mykobakterier, Streptomyces Streptomyces kan vara lika aggressiva som olika toxiska mögel (Aspergillus, Stachybotrys) avseende inflammatorisk toxicitet, förstörande av DNA mm. Inflammatoriska, immunmodulerande d glykolipider, li id glykopeptider Bakterier i fuktiga inomhusmiljöer... VAD KAN VI MÄTA????!!!! 11
Endotoxin en familj av potenta bakteriekomponenter Höga koncentrationer ti av endotoxin i hemmiljöer förvärrar astmatikers besvär (Michel et al, Am J Respir Crit Care Med 1996) Koncentrationer av endotoxin i hemmiljöer korrelerar med förekomsten av pip i bröstet hos spädbarn (Milton et al, Am J Respir Crit Care Med 2001) Koncentrationer av endotoxin i madrassdamm för 812 barn (6-13 år) uppvisade en negativ korrelation med förekomst av hösnuva och atopisk astma (Braun-Fahrländer et al, N Engl J Med 2002). Endotoxin i miljöprov Mäts vanligen med det så kallade Limulus-testet Fördelar: Välkänd metod, låg detektionsgräns för fritt (icke partikelbundet) endotoxin Nackdelar: Skiljer inte mellan olika typer av endotoxiner, ej standardiserad, dålig reproducerbarhet mellan olika laboratorier. Vi har utarbetat en alternativ metod 12
Ämne Källa Mikrobiellt ursprung 3-Hydroxyfettsyror Endotoxin Gram-negativa bakterier Miljöprov innehåller många olika slags bakterier Endotoxiner från olika Gram-negativa bakterier har olika biologiska egenskaper De har också olika 3-hydroxyfettsyror (3-OH FAs) Med gaskromatografi/masspektrometri (GC-MS) kan man separera Med gaskromatografi/masspektrometri (GC MS) kan man separera dessa olika fettsyror 13
3-OH FAs (endotoxinmarkörer) i husdamm m/z 175 m/z 131 m/z 175 C10 m/z131 C12 C14 C16 C18 m/z 175 m/z 131 I.S. m/z 178 m/z 134 6 7 8 9 10 11 minutes Endotoxin i husdamm (GC-MS) 1. Hemstudie i Finland (Hyvärinen et al. Arch Environ Occup Health 61:149-157, 157, 2006) 2. Skolstudier i Kina (Zhao Z et al. Ped Allerg Immunol 19:455-465, 2008; Zhang X et al. Science of the Total Environ 409: 5253-5259, 2011) 3. Skolstudie i Malaysia (manuskript) RESULTAT: 3-OH FAs med långa kedjelängder relaterar till luftvägsbesvär medan 3-OH FAs med korta kedjelängder relaterar till avsaknad av besvär. 14
80 70 pmol per mg of dust 60 50 40 30 20 Jordan Poland Sweden 10 0 3-OH C10 3-OH C12 3-OH C14 3-OH C16 3-OH C18 Mikrobiella markörer (GC-MS): Resultat från vår forskning 1. Vissa endotoxiner (från Gramnegativa bakterier) verkar hälsobefrämjande, andra inte. 2. Peptidoglykan (från bakterier) verkar skyddande 3. Mögelsvamp (ergosterol) ger ingen säker trend 15
Mögel Ett stort antal publikationer som visar på samband mellan mögel och symptom i luftvägarna. Också många rapporter om avsaknad av samband. Vissa forskare menar att de sporer man kan påvisa i luften är för få för att kunna orsaka negativa hälsoeffekter. Gorny et al, Appl Environ Microbiol 2002: En luftström sveptes över mögel (Aspergillus, Penicillium, Cladosporum) odlat på agarplatta samt olika byggmaterial. Resultat: Ultrasmå mögelfragment frisattes ut i luften, så små att de aldrig sedimenterar. Förekomst av dessa fragment kan innebära hundratals gånger Förekomst av dessa fragment kan innebära hundratals gånger större exponering än om man bara beaktar sporer. Fragmenten har samma antigen som sporer, och inehåller mykotoxiner. 16
Mykotoxiner Pikogram-mängder av vissa mykotoxiner (citrinin, gliotoxin samt patulin, som bildas av Aspergillus och Penicillium) sattes till mononukleära blodceller. Detta resulterade i en ökad kvot Th2/Th1 (Wichmann et al 2002) Th2/Th1-balansen: Th2-celler bildar IL-4 (leder till IgE-produktion) medan Th1-celler bildar IFN-gamma (motverkar IgE-produktion). Mätning av mykotoxiner i inomhusmiljöer (innan 2011 ) I luftburet husdamm: Brasel et al 2005, Charpin-Kadouch et al 2006 (ELISA); Gottschalk et al 2008 (tandem MS) I husdamm som sedimenterat I andningszonen: Bloom et al 2007a, 2007b, 2008 (tandem MS) I mattdamm: Engelhart et al 2002 (tandem MS) I byggmaterial: Få studier, mest från Danmark/Finland. 17
Mykotoxiner i vattenskadade byggnader Stachybotrys chartarum: Makrocylliska trikotecener såsom satratoxin G, H samt roridiner E och L-2, trikodermin Aspergillus: Sterigmatocystin, aflatoxiner, okratoxin A, orlandin, nigragillin Penicillium: Meleagrin, krysogin 3-metoxy-viridicatin, verrukosidin, verrukofortin Chaetomium: Chaetoglobosin A and C Alternaria: Alternariol samt alternariol monometylether Bloom & Larsson 67 % av alla byggmaterial med synlig mögelväxt (n=168) var positiva för de undersökta mykotoxinerna Material gipsskiva trä Inoleum- golv tapet övrigt 2 damm RCS odling Antal prov n= 80 n= 47 n=13 n= 13 n= 15 n= 39 n= 45 62 27 3 12 9 10 23 Antal mykotoxin- positiva prov % mykotoxin- positiva prov 78 5 23 92 60 26 51 18
Luftburna mykotoxiner (Bloom/Larsson) Mykotoxiner från Stachybotrys chartarum och Aspergillus versicolor påvisades i damm som hade sedimenterat på ovansidan av en dörrkarm i en byggnad där mögelskadan inträffat på motsatta sidan av rummet. Framsteg i toxin/metabolitanalyser (Taubel et al. 2011, Peitzsch et al. 2012) HPLC-MSMS analys av damm från dammsugare samt extrakt av sedimenterat damm samt mögliga ytor av >150 mykotoxiner. Mer än 30 toxiner identifierades i skolbyggnader i Europa. Till exampel alamethicin, apicidin, beauvericin, emodin, enniatin A, equisetin, enniatin A1, enniatin B, enniatin B1, griseofulvin, meleagrin, penicillic acid, physcion, trichodermol, verrucarol, alternariol-methylether, dihydrosergol, fumigaclavin, 3-nitropropionic acid, roquefortine C, stachybotrylactam, sterigmatocystin, valinomycin, fumigaclavin, penicillic acid, ochratoxin A, satratoxin G and H,. Analyser av hälsorelevansen pågår... 19
3. Resultat (Mendell) kvantitativa samband mikrober/hälsa Motstridiga resultat med odling samt endotoxin (med Limulus) För få studier för endotoxin med GC-MS samt peptidoglykan För få studier med PCR Delvis motstridiga resultat för ergosterol För få studier av mykotoxiner ALLTSÅ... Starka samband mellan konstaterad fukt/mögelskada i hus och negativa hälsoeffekter, både bland atopiker och icke-atopiker samt bland barn och vuxna Alltså: Acceptera ej mögellukt eller synligt mögel inomhus! Inga säkra samband mellan mängd mikrobiella ämnen i fuktskadade/mögelskadade hus och hälsoeffekter. Forskning pågår! Fuktskada i byggnad ger ALDRIG några positiva hälsoeffekter utan alltid negativa effekter 20
En fuktskadad yta inomhus emitterar olika ämnen......nedbrytning/hydrolys av byggmaterial......flyktiga organiska ämnen, toxiner, mikrobiella partiklar...... sekundära reaktionsprodukter...... vattenånga...... mögelämnen vid golvvinklar Vad gör man åt problemet? Riv vägg o tak, riv upp golv, byt angripet material mot nytt: Ofta både dyrt och tidskrävande. Luftrenare och ökad ventilation: Billigare och enklare - men späder bara ut emissionerna och hindrar dem inte från att nå fram till människor i lokalerna! le 21
En ny uppfinning: en ytemissionsinfångare (surface emissions trap: ctrap) www.ctrap.se ctrap är en flexibel duk med fyra skikt: - ett inre skyddande skikt - ett adsorptionsskikt -ett semipermeabelt membran - ett yttre skyddande skikt En fuktskadad yta inomhus emitterar olika ämnen......nedbrytning/hydrolys av byggmaterial......flyktiga organiska ämnen, toxiner, mikrobiella partiklar...... sekundära reaktionsprodukter...... vattenånga...... mögelämnen vid golvvinklar 22
ctrap ctrap blockerar och binder samtliga emissioner förutom vattenånga Man löser problemet vid källan... vattenånga... Tack för uppmärksamheten! 23