Charakterisierung der proinflammatorischen und endotoxischen Aktivität von organischen Staubfraktionen aus Tierställen in Abhängigkeit ihres aerodynamischen Durchmessers

Abstract

Eine areogene Belastung mit entzündungsauslösenden Substanzen aus Bioaerosolen wird sowohl in der Humanmedizin als auch in der Veterinärmedizin mit einer Reihe von Krankheitserscheinungen und Lungenfunktionsbeeichtächtigungen in Verbindung gebracht. Zur Quantifizierung solcher aerogenen Belastungen mit entzündungsauslösenden Stoffen wird zurzeit hauptsächlich der LAL-Test zum Nachwies von Endotoxinen verwendet. Daneben werden in letzter Zeit auch verschiedene andere Nachweissysteme, die auf der Ausschüttung von proinflammatorisch wirkenden Botenstoffen aus verschiedenen Zellsystemen beruhen, angewendet. Diese Testsysteme erfassen im Gegensatz zum LALTest nicht nur Endotoxine, sondern auch andere proinflammatorisch aktive Stoffe wie z.B. Glucane. Zu diesen Testsystemen zählt beispielsweise der sogenannte humane Vollbluttest. Bei diesem Test werden proinflammatorisch wirksame Substanzen mit Vollblut inkubiert und die Ausschüttung von Interleukin 1ß aus den Blutmonozyten quantifiziert. In der vorliegenden Arbeit wurden der LAL-Test und der humane Vollbluttest hinsichtlich ihrer Quantifizierung von entzündungsauslösenden Stoffen in luftgetragenen Stäuben aus Tierställen verglichen. Hierzu wurden in verschiedenen Tierställen die einatembare, die alveolengänige, die PM10- und die PM1,0-Staubfraktion mit Standardfiltrationsmethoden gesammelt und anschließend in den Proben die Konzentration an Endotoxinen bzw. proinflammatorisch aktiven Substanzen mit den oben genannten Testsystemen bestimmt. Weiterhin wurden die erhobenen Daten dazu genutzt, abschätzen zu können, ob sich Endotoxine bzw. proinflammatorisch aktive Stoffe evtl. in einer der untersuchten Staubfraktionen anreichern. Bei allen innerhalb dieser Arbeit untersuchten Staubfraktionen konnte eine signifikante Korrelation zwischen der endotoxischen Aktivität im LAL-Test und der proinflammatorischen Aktivität im Vollbluttest nachgewiesen werden. Somit lässt sich hier zusammenfassend feststellen, dass der LAL-Test, obwohl er nur Endotoxine nachweist, geeignet ist, die aerogene Belastung mit entzündungsauslösenden Stoffen in Tierställen zu beschreiben. Dieses Ergebnis dürfte insbesondere darin begründet sein, dass Endotoxine in der Luft von Tierställen die quantitativ und qualitativ stärkste entzündungsauslösende Komponente darstellen. Die vorliegenden Ergebnisse der hier durchgeführten Untersuchungen weisen weiter darauf hin, dass sich Endotoxine bzw. proinflammatorisch aktive Substanzen in keiner der untersuchten Staubfraktionen spezifisch anreichern. Ein Vergleich der volumenbezogenen proinflammatorischen bzw. endotoxischen Aktivität der in dieser Arbeit untersuchten Staubfraktionen deutet darauf hin, dass der überwiegende Teil der endotoxischen bzw. proinflammatorischen Aktivität in der einatembaren Staubfraktion mit Partikeln assoziiert ist, die bereits in den oberen Bereichen des Atemtraktes abgeschieden werden. Staubmindernde Maßnahmen in Tierställen, die, wie beispielsweise das Vernebeln von Öl, besonders effektiv größere Partikel aus dem luftgetragenen Zustand entfernen, sollten somit auch zu einer signifikanten Reduktion der Gesamtbelastung von Arbeitspersonal und aufgestallten Tieren mit luftgetragenen Endotoxinen bzw. entzündungsauslösenden Stoffen beitragen.

Airborne exposure to inflammation-inducing substances from Bioaerosols in both human medicine and veterinary medicine is associated with a wide range of symptoms and lung impairments. Currently for the quantification of such airborne exposure to inflammationinducing substances the LAL-Test is basically used to determine endotoxins. In addition to LAL-Test, test systems are used, which depend on releasing of proinflammatoric mediators from different cell systems. In contrast to the LAL-Test, these tests detect not only endotoxins, but also other proinflammatoric active substances, such as Glucans. One of these test systems is for example the so called Human Whole Blood Test. In this test, effective proinflammatoric substances are incubated with whole blood, then the releasing interleukin 1ß from blood monocytes is quantified. In the present work, the LAL Test and the Human Whole Blood Test were compared for their quantification of inflammation-inducing substances in airborne dust fractions from animal houses. For this, the inhalable dust fraction, the respirable dust fraction, the PM10 dust fraction and PM1.0 dust fraction were collected with standard filtration methods in different animal houses. Then the concentration of endotoxins and proinflammatoric substances in the samples was determined by using the above mentioned test systems. Furthermore, the obtained data were used for assessing whether endotoxins and proinflammatoric active substances may accumulate in one of the investigated dust fractions. In all dust fractions that were investigated in this work, a significant correlation between the endotoxic activity through LAL-Test and the proinflammatoric activity through Whole Blood Test could be detected. Thus, summarized it can be concluded, even though LAL-Test detects only endotoxins, it is also suitable to describe the airborne exposure to inflammation-inducing substances in animal stables. This result should be based on the fact, that endotoxins represent quantitatively and qualitatively the strongest inflammationinducing component in the air of animal houses. Furthermore the results of here carried out investigations indicate, that there is no specific accumulation of endotoxins and proinflammatoric active substances in anyone of the investigated dust fractions. A comparison of the volume-related proinflammatoric and endotoxic activity of in this work investigated dust fractions indicates, that the major part of the endotoxic and proinflammatoric activity is in the inhalable dust fraction and associated with particles, which are already deposited in the upper regions of the respiratory tract. Dust reduction measures in animal stables which, for example the nebulizing of oil, are especially effective in removing larger particles from the airborne state, should also contribute to a significant reduction in the total exposure to airborne endotoxins and inflammation-causing substances by both work staff and animals.