Alliss 2013, Hässleholm
Mikroorganismer i inomhusmiljöer,
hälsoeffekter
Lennart Larsson
Inst f labmedicin, Lund Univ
[email protected]
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
Vilk fuktassocierade
Vilka
f kt
i d ämnen
ä
orsakar
k problemen?
bl
?
Bakterier/mögel?
Kemikalier som bildas eller frigörs av fukt?
3
2. Mikrober och hälsa
Mikrober har alltid funnits på jorden,
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
g
har ett yttre
y
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,
g äggformade
gg
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....................
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,
(steroler mykotoxiner)
Antigen
Endotoxin
Vilka analysmetoder? Immunologiska? Analytisk-kemiska?...
Mikroskopi
Snabb, sofistikerad...! Ger totalmängden (levande plus döda).
K ge mycket
Kan
k t iinformation
f
ti t ex då man använder
ä d olika
lik
färgningsmetoder.
Immunoassays
Antigen-antikroppsreaktioner
Antigen
antikroppsreaktioner – vanligt i klinisk diagnostik.
Man måste veta vad man letar efter!
9
Molekylärbiologi (polymerase chain reaction, PCR)
Identifiering
g av specifikt
p
DNA – används mycket
y
i klinisk diagnostik
g
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.
I fl
Inflammatoriska,
t i k immunmodulerande
i
d l
d glykolipider,
l k li id
glykopeptider
Bakterier i fuktiga inomhusmiljöer...
VAD KAN VI MÄTA????!!!!
11
Endotoxin – en familj av potenta bakteriekomponenter
Hö kkoncentrationer
Höga
t ti
av endotoxin
d t i ih
hemmiljöer
iljö
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
testet
Fördelar: Välkänd metod, låg detektionsgräns för ”fritt” (icke
partikelbundet) endotoxin
Nackdelar: Skiljer inte mellan olika typer av endotoxiner, ej
standardiserad, dålig
g reproducerbarhet
p
mellan olika laboratorier.
Vi har utarbetat en alternativ metod………………
12
Ämne
3-Hydroxyfettsyror
Källa
Endotoxin
Mikrobiellt ursprung
Gram-negativa bakterier
Miljöprov innehåller många olika slags bakterier
Endotoxiner från
å olika Gram-negativa bakterier har olika biologiska
egenskaper
De har också olika 3-hydroxyfettsyror (3-OH FAs)
Med gaskromatografi/masspektrometri (GC
(GC-MS)
MS) kan man separera
dessa olika fettsyror
13
3-OH FAs (endotoxinmarkörer) i husdamm
m/z 175
m/z 131
m/z 175
m/z131
C16
C18
C12
C10
m/z 175
m/z 131
I.S. m/z 178
6
C14
7
m/z 134
8
9
10
11
minutes
Endotoxin i husdamm (GC-MS)
1. Hemstudie i Finland (Hyvärinen et al. Arch Environ Occup
Health 61:149-157,
61:149 157, 2006)
2. Skolstudier i Kina (Zhao Z et al. Ped Allerg Immunol 19:455465, 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
pmol per mg of dust
70
60
50
Jordan
40
Poland
30
Sweden
20
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
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)
g p
)
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
d undersökta
de
d ökt mykotoxinerna
k t i
Material
Antal prov
Antal
mykotoxinmykotoxinpositiva prov
% mykotoxinmykotoxinpositiva prov
gipsskiva
trä
InoleumInoleumgolv
tapet
övrigt2
damm
RCS
odling
n= 80
n= 47
n=13
n= 13
n= 15
n= 39
n= 45
62
27
3
12
9
10
23
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
HPLC-MSMS
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
g resultat för ergosterol
g
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...
p
... 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
lok le n !
lokalerna!
21
En ny uppfinning: en ytemissionsinfångare
(surface emissions trap: cTrap)
www.ctrap.se
cTrap är en flexibel duk med
fyra skikt:
-
ett
ett
ett
tt
ett
inre skyddande skikt
adsorptionsskikt
semipermeabelt
i
b lt membran
b
yttre skyddande skikt
En fuktskadad yta inomhus emitterar olika
ämnen....
...nedbrytning/hydrolys av byggmaterial...
...flyktiga organiska ämnen, toxiner,
mikrobiella partiklar...
... sekundära reaktionsprodukter...
p
... vattenånga...
... mögelämnen vid golvvinklar
22
cTrap
cTrap blockerar och binder
samtliga emissioner förutom
vattenånga
Man löser problemet vid källan
... vattenånga...
Tack för uppmärksamheten!
23
