Globuli rossi circolanti
Interferenza nell'erogazione di ossigeno dell'emoglobina attraverso l'alterazione dell'eme
La funzione principale dei globuli rossi è quella di fornire ossigeno ai tessuti e rimuovere l'anidride carbonica. Il legame dell'ossigeno nei polmoni e il suo rilascio secondo necessità a livello tissutale dipendono da una serie accuratamente bilanciata di reazioni fisico-chimiche. Il risultato è una curva di dissociazione complessa che serve in un individuo sano a saturare al massimo i globuli rossi con l'ossigeno in condizioni atmosferiche standard e a rilasciare questo ossigeno ai tessuti in base al livello di ossigeno, al pH e ad altri indicatori dell'attività metabolica. L'erogazione di ossigeno dipende anche dalla portata dei globuli rossi ossigenati, funzione della viscosità e dell'integrità vascolare. All'interno dell'intervallo dell'ematocrito normale (il volume dei globuli rossi concentrati), l'equilibrio è tale che qualsiasi diminuzione della conta ematica è compensata dalla diminuzione della viscosità, consentendo un flusso migliore. Di solito non si osserva una diminuzione dell'apporto di ossigeno al punto che qualcuno è sintomatico fino a quando l'ematocrito non scende al 30% o meno; al contrario, un aumento dell'ematocrito al di sopra del range normale, come osservato nella policitemia, può ridurre l'apporto di ossigeno a causa degli effetti dell'aumento della viscosità sul flusso sanguigno. Un'eccezione è la carenza di ferro, in cui compaiono sintomi di debolezza e stanchezza, dovuti principalmente alla mancanza di ferro piuttosto che a qualsiasi anemia associata (Beutler, Larsh e Gurney 1960).
Il monossido di carbonio è un gas onnipresente che può avere effetti gravi, forse fatali, sulla capacità dell'emoglobina di trasportare ossigeno. Il monossido di carbonio è discusso in dettaglio nella sezione sostanze chimiche di questo Enciclopedia.
Composti produttori di metaemoglobina. La metaemoglobina è un'altra forma di emoglobina che non è in grado di fornire ossigeno ai tessuti. Nell'emoglobina, l'atomo di ferro al centro della porzione eme della molecola deve trovarsi nel suo stato ferroso ridotto chimicamente per poter partecipare al trasporto dell'ossigeno. Una certa quantità di ferro nell'emoglobina viene continuamente ossidata al suo stato ferrico. Pertanto, circa lo 0.5% dell'emoglobina totale nel sangue è metaemoglobina, che è la forma chimicamente ossidata di emoglobina che non può trasportare ossigeno. Un enzima NADH-dipendente, la metaemoglobina reduttasi, riduce il ferro ferrico in emoglobina ferrosa.
Numerose sostanze chimiche presenti sul posto di lavoro possono indurre livelli di metaemoglobina clinicamente significativi, come ad esempio nelle industrie che utilizzano coloranti all'anilina. Altre sostanze chimiche che sono state trovate frequentemente responsabili di metaemoglobinemia sul posto di lavoro sono i nitrobenzeni, altri nitrati e nitriti organici e inorganici, idrazine e una varietà di chinoni (Kiese 1974). Alcuni di questi prodotti chimici sono elencati nella Tabella 1 e sono discussi più dettagliatamente nella sezione relativa ai prodotti chimici Enciclopedia. Cianosi, confusione e altri segni di ipossia sono i soliti sintomi della metaemoglobinemia. Gli individui che sono cronicamente esposti a tali sostanze chimiche possono avere labbra bluastre quando i livelli di metaemoglobina sono circa il 10% o superiori. Potrebbero non avere altri effetti evidenti. Il sangue ha un caratteristico colore marrone cioccolato con metaemoglobinemia. Il trattamento consiste nell'evitare un'ulteriore esposizione. Possono essere presenti sintomi significativi, di solito a livelli di metaemoglobina superiori al 40%. La terapia con blu di metilene o acido ascorbico può accelerare la riduzione del livello di metaemoglobina. Gli individui con deficit di glucosio-6-fosfato deidrogenasi possono avere un'emolisi accelerata se trattati con blu di metilene (vedi sotto per la discussione del deficit di glucosio-6-fosfato deidrogenasi).
Ci sono malattie ereditarie che portano a metaemoglobinemia persistente, sia a causa di eterozigosi per un'emoglobina anormale, sia per omozigosi per carenza di metaemoglobina reduttasi dipendente da NADH. Gli individui che sono eterozigoti per questa deficienza enzimatica non saranno in grado di ridurre i livelli elevati di metaemoglobina causati da esposizioni chimiche tanto rapidamente quanto gli individui con livelli enzimatici normali.
Oltre ad ossidare la componente ferrosa dell'emoglobina, molte delle sostanze chimiche che causano la metaemoglobinemia, oi loro metaboliti, sono anche agenti ossidanti relativamente non specifici, che a livelli elevati possono causare un'anemia emolitica da corpi di Heinz. Questo processo è caratterizzato dalla denaturazione ossidativa dell'emoglobina, che porta alla formazione di inclusioni puntiformi di globuli rossi legati alla membrana noti come corpi di Heinz, che possono essere identificati con colorazioni speciali. Si verifica anche un danno ossidativo alla membrana dei globuli rossi. Sebbene ciò possa portare a una significativa emolisi, i composti elencati nella Tabella 1 producono principalmente i loro effetti avversi attraverso la formazione di metaemoglobina, che può essere pericolosa per la vita, piuttosto che attraverso l'emolisi, che di solito è un processo limitato.
In sostanza, sono coinvolte due diverse vie di difesa dei globuli rossi: (1) la metaemoglobina reduttasi NADH-dipendente necessaria per ridurre la metaemoglobina a emoglobina normale; e (2) il processo NADPH-dipendente attraverso lo shunt dell'esoso monofosfato (HMP), che porta al mantenimento del glutatione ridotto come mezzo per difendersi dalle specie ossidanti in grado di produrre anemia emolitica da corpi di Heinz (figura 1). L'emolisi da corpi di Heinz può essere esacerbata dal trattamento di pazienti metaemoglobinemici con blu di metilene perché richiede NADPH per i suoi effetti di riduzione della metaemoglobina. L'emolisi sarà anche una parte più importante del quadro clinico negli individui con (1) carenze in uno degli enzimi della via di difesa ossidante NADPH o (2) un'emoglobina instabile ereditaria. Fatta eccezione per il deficit di glucosio-6-fosfato deidrogenasi (G6PD), descritto più avanti in questo capitolo, si tratta di malattie relativamente rare.
Figura 1. Enzimi di difesa ossidante dei globuli rossi e reazioni correlate
GSH + GSH + (O) ←-glutatione perossidasi-→ GSSG + H2O
GSSG + 2NAF ←-Glutatione perossidasi-→ 2GSH + 2NADP
Glucosio-6-fosfato + NADP ←-G6PD-→ 6-fosfogluconato + NADPH
Fe+++·Emoglobina (Metaemoglobina) + NADH ←-Metaemoglobina reduttasi-→ Fe++·Emoglobina
Un'altra forma di alterazione dell'emoglobina prodotta dagli agenti ossidanti è una specie denaturata nota come sulfaemoglobina. Questo prodotto irreversibile può essere rilevato nel sangue di individui con significativa metaemoglobinemia prodotta da sostanze chimiche ossidanti. Sulfaemoglobina è anche il nome dato, e più appropriatamente, a un prodotto specifico che si forma durante l'avvelenamento da idrogeno solforato.
Agenti emolitici: Ci sono una varietà di agenti emolitici sul posto di lavoro. Per molti la tossicità che preoccupa è la metaemoglobinemia. Altri agenti emolitici includono naftalene e suoi derivati. Inoltre, alcuni metalli, come il rame e gli organometalli, come il tributilstagno, ridurranno la sopravvivenza dei globuli rossi, almeno nei modelli animali. Una lieve emolisi può verificarsi anche durante uno sforzo fisico traumatico (emoglobinuria di marzo); un'osservazione più moderna è un aumento della conta dei globuli bianchi con uno sforzo prolungato (leucocitosi del jogger). Il più importante dei metalli che influenza la formazione e la sopravvivenza dei globuli rossi nei lavoratori è il piombo, descritto in dettaglio nella sezione chimica di questo Enciclopedia.
Arsina: Il normale globulo rosso sopravvive nella circolazione per 120 giorni. L'accorciamento di questa sopravvivenza può portare all'anemia se non compensata da un aumento della produzione di globuli rossi da parte del midollo osseo. Esistono essenzialmente due tipi di emolisi: (1) emolisi intravascolare, in cui vi è un rilascio immediato di emoglobina all'interno della circolazione; e (2) emolisi extravascolare, in cui i globuli rossi vengono distrutti all'interno della milza o del fegato.
Una delle più potenti emolisine intravascolari è il gas arsina (AsH3). L'inalazione di una quantità relativamente piccola di questo agente porta al gonfiore e all'eventuale scoppio dei globuli rossi all'interno della circolazione. Può essere difficile rilevare la relazione causale dell'esposizione all'arsina sul posto di lavoro con un episodio emolitico acuto (Fowler e Wiessberg 1974). Ciò è in parte dovuto al fatto che spesso c'è un ritardo tra l'esposizione e l'insorgenza dei sintomi, ma principalmente perché la fonte dell'esposizione spesso non è evidente. Il gas arsina viene prodotto e utilizzato commercialmente, spesso ora nell'industria elettronica. Tuttavia, la maggior parte delle segnalazioni pubblicate di episodi emolitici acuti è avvenuta attraverso l'inaspettata liberazione di gas arsina come sottoprodotto indesiderato di un processo industriale, ad esempio se si aggiunge acido a un contenitore di metallo contaminato da arsenico. Qualsiasi processo che riduce chimicamente l'arsenico, come l'acidificazione, può portare alla liberazione di gas di arsina. Poiché l'arsenico può essere un contaminante di molti metalli e materiali organici, come il carbone, l'esposizione all'arsina può spesso essere inaspettata. La stibina, l'idruro dell'antimonio, sembra produrre un effetto emolitico simile all'arsina.
La morte può verificarsi direttamente a causa della completa perdita di globuli rossi. (È stato segnalato un ematocrito pari a zero.) Tuttavia, una delle principali preoccupazioni a livelli di arsina inferiori a quelli che producono emolisi completa è l'insufficienza renale acuta dovuta al massiccio rilascio di emoglobina nella circolazione. A livelli molto più alti, l'arsina può produrre edema polmonare acuto e possibilmente effetti renali diretti. L'ipotensione può accompagnare l'episodio acuto. Di solito c'è un ritardo di almeno alcune ore tra l'inalazione di arsina e l'insorgenza dei sintomi. Oltre all'urina rossa dovuta all'emoglobinuria, il paziente lamenterà frequentemente dolori addominali e nausea, sintomi che si verificano in concomitanza con l'emolisi intravascolare acuta per una serie di cause (Neilsen 1969).
Il trattamento mira al mantenimento della perfusione renale e alla trasfusione di sangue normale. Poiché i globuli rossi circolanti affetti da arsina sembrano in una certa misura destinati all'emolisi intravascolare, una exsanguinotrasfusione in cui i globuli rossi esposti all'arsina sono sostituiti da cellule non esposte sembrerebbe essere una terapia ottimale. Come nelle emorragie gravi potenzialmente letali, è importante che i globuli rossi sostitutivi abbiano livelli adeguati di acido 2,3-difosfoglicerico (DPG) in modo da poter fornire ossigeno al tessuto.
Altre malattie ematologiche
I globuli bianchi
Ci sono una varietà di farmaci, come la propiltiourea (PTU), che sono noti per influenzare la produzione o la sopravvivenza dei leucociti polimorfonucleati circolanti in modo relativamente selettivo. Al contrario, le tossine non specifiche del midollo osseo colpiscono anche i precursori dei globuli rossi e delle piastrine. I lavoratori impegnati nella preparazione o somministrazione di tali farmaci dovrebbero essere considerati a rischio. C'è un rapporto di granulocitopenia completa in un lavoratore avvelenato con dinitrofenolo. L'alterazione del numero e della funzione dei linfociti, e in particolare della distribuzione del sottotipo, sta ricevendo maggiore attenzione come possibile sottile meccanismo di effetti dovuto a una varietà di sostanze chimiche presenti sul posto di lavoro o nell'ambiente generale, in particolare idrocarburi clorurati, diossine e composti correlati. È richiesta la convalida delle implicazioni sulla salute di tali modifiche.
Coagulazione
Analogamente alla leucopenia, esistono molti farmaci che riducono selettivamente la produzione o la sopravvivenza delle piastrine circolanti, il che potrebbe rappresentare un problema per i lavoratori coinvolti nella preparazione o somministrazione di tali agenti. Altrimenti, ci sono solo segnalazioni sparse di trombocitopenia nei lavoratori. Uno studio implica il toluene diisocianato (TDI) come causa della porpora trombocitopenica. Le anomalie nei vari fattori del sangue coinvolti nella coagulazione non sono generalmente notate come conseguenza del lavoro. Gli individui con anomalie della coagulazione preesistenti, come l'emofilia, spesso hanno difficoltà ad entrare nel mondo del lavoro. Tuttavia, sebbene sia ragionevole un'esclusione attentamente ponderata da alcuni lavori selezionati, tali individui sono generalmente in grado di svolgere un normale funzionamento sul lavoro.
Screening e sorveglianza ematologica sul posto di lavoro
Indicatori di suscettibilità
A causa in parte della facilità nell'ottenere campioni, si sa di più sulle variazioni ereditarie dei componenti del sangue umano che su quelle di qualsiasi altro organo. Studi approfonditi avviati dal riconoscimento delle anemie familiari hanno portato a conoscenze fondamentali riguardanti le implicazioni strutturali e funzionali delle alterazioni genetiche. Di pertinenza alla salute sul lavoro sono quelle variazioni ereditarie che potrebbero portare a una maggiore suscettibilità ai rischi sul posto di lavoro. Esistono numerose variazioni verificabili che sono state prese in considerazione o effettivamente utilizzate per lo screening dei lavoratori. Il rapido aumento delle conoscenze riguardanti la genetica umana rende certo che avremo una migliore comprensione della base ereditaria della variazione nella risposta umana e saremo più capaci di prevedere l'entità della suscettibilità individuale attraverso test di laboratorio.
Prima di discutere il valore potenziale dei marcatori di suscettibilità attualmente disponibili, dovrebbero essere sottolineate le principali considerazioni etiche nell'uso di tali test nei lavoratori. È stato messo in dubbio se tali test favoriscano l'esclusione dei lavoratori da un sito piuttosto che concentrarsi sul miglioramento del cantiere a beneficio dei lavoratori. Per lo meno, prima di intraprendere l'uso di un marcatore di suscettibilità sul posto di lavoro, gli obiettivi dei test e le conseguenze dei risultati devono essere chiari a tutte le parti.
I due marcatori di suscettibilità ematologica per i quali lo screening ha avuto luogo più frequentemente sono il tratto falciforme e il deficit di G6PD. Il primo ha al massimo un valore marginale in situazioni rare, e il secondo non ha alcun valore nella maggior parte delle situazioni per le quali è stato sostenuto (Goldstein, Amoruso e Witz 1985).
L'anemia falciforme, in cui vi è omozigosi per l'emoglobina S (HbS), è un disturbo abbastanza comune tra gli individui di origine africana. È una malattia relativamente grave che spesso, ma non sempre, preclude l'ingresso nel mondo del lavoro. Il gene HbS può essere ereditato con altri geni, come HbC, che possono ridurre la gravità dei suoi effetti. Il difetto di base negli individui con anemia falciforme è la polimerizzazione dell'HbS, che porta al microinfarto. Il microinfarto può verificarsi in episodi, noti come crisi falciformi, e può essere accelerato da fattori esterni, in particolare quelli che portano all'ipossia e, in misura minore, alla disidratazione. Con una variazione ragionevolmente ampia nel decorso clinico e nel benessere di quelli con anemia falciforme, la valutazione dell'occupazione dovrebbe concentrarsi sull'anamnesi individuale. I lavori che hanno la possibilità di esposizioni ipossiche, come quelli che richiedono frequenti viaggi aerei, o quelli con una probabilità di significativa disidratazione, non sono appropriati.
Molto più comune dell'anemia falciforme è il tratto falciforme, la condizione eterozigote in cui è presente l'ereditarietà di un gene per l'HbS e uno per l'HbA. È stato segnalato che gli individui con questo modello genetico vanno incontro a crisi falciformi in condizioni estreme di ipossia. È stata presa in considerazione l'esclusione di individui con tratto falciforme dai luoghi di lavoro in cui l'ipossia è un rischio comune, probabilmente limitato ai lavori su aerei militari o sottomarini e forse su aerei commerciali. Tuttavia, va sottolineato che gli individui con tratto falciforme si comportano molto bene in quasi tutte le altre situazioni. Ad esempio, gli atleti con tratto falciforme non hanno avuto effetti negativi dalla competizione all'altitudine di Città del Messico (2,200 m, o 7,200 piedi) durante le Olimpiadi estive del 1968. Di conseguenza, con le poche eccezioni sopra descritte, non vi è motivo di considerare l'esclusione o la modifica degli orari di lavoro per le persone con tratto falciforme.
Un'altra variante genetica comune di un componente dei globuli rossi è l'A- forma di deficit di G6PD. È ereditato sul cromosoma X come gene recessivo legato al sesso ed è presente in circa un maschio nero su sette e una femmina nera su 50 negli Stati Uniti. In Africa, il gene è particolarmente diffuso nelle aree ad alto rischio di malaria. Come per il tratto falciforme, il deficit di G6PD fornisce un vantaggio protettivo contro la malaria. In circostanze normali, gli individui con questa forma di deficit di G6PD hanno una conta dei globuli rossi e indici nel range normale. Tuttavia, a causa dell'incapacità di rigenerare il glutatione ridotto, i loro globuli rossi sono suscettibili all'emolisi in seguito all'ingestione di farmaci ossidanti e in alcuni stati patologici. Questa suscettibilità agli agenti ossidanti ha portato allo screening sul posto di lavoro sull'erroneo presupposto che gli individui con la A comune- variante del deficit di G6PD sarà a rischio per inalazione di gas ossidanti. Infatti, sarebbe necessaria un'esposizione a livelli molte volte superiori ai livelli ai quali tali gas causerebbero edema polmonare fatale prima che i globuli rossi di individui con deficit di G6PD ricevano uno stress ossidativo sufficiente da destare preoccupazione (Goldstein, Amoruso e Witz 1985) . Il deficit di G6PD aumenterà la probabilità di emolisi conclamata da corpi di Heinz negli individui esposti a coloranti all'anilina e altri agenti che provocano la metaemoglobina (Tabella 1), ma in questi casi il problema clinico primario rimane la metaemoglobinemia pericolosa per la vita. Mentre la conoscenza dello stato G6PD potrebbe essere utile in questi casi, principalmente per guidare la terapia, questa conoscenza non dovrebbe essere utilizzata per escludere i lavoratori dal posto di lavoro.
Esistono molte altre forme di deficit familiare di G6PD, tutte molto meno comuni del deficit di A- variante (Beutler 1990). Alcune di queste varianti, in particolare negli individui del bacino del Mediterraneo e dell'Asia centrale, hanno livelli molto più bassi di attività G6PD nei loro globuli rossi. Di conseguenza l'individuo affetto può essere gravemente compromesso dall'anemia emolitica in corso. Sono state segnalate anche carenze di altri enzimi attivi nella difesa contro gli ossidanti, così come emoglobine instabili che rendono i globuli rossi più suscettibili allo stress ossidativo allo stesso modo della carenza di G6PD.
Sorveglianza
La sorveglianza differisce sostanzialmente dai test clinici sia nella valutazione dei pazienti malati che nello screening regolare di individui presumibilmente sani. In un programma di sorveglianza opportunamente progettato, l'obiettivo è prevenire la malattia conclamata rilevando sottili cambiamenti precoci attraverso l'uso di test di laboratorio. Pertanto, un risultato leggermente anormale dovrebbe innescare automaticamente una risposta, o almeno una revisione approfondita, da parte dei medici.
Nella revisione iniziale dei dati di sorveglianza ematologica in una forza lavoro potenzialmente esposta a un'ematotossina come il benzene, ci sono due approcci principali che sono particolarmente utili per distinguere i falsi positivi. Il primo è il grado della differenza dal normale. Man mano che il conteggio si allontana ulteriormente dall'intervallo normale, vi è un rapido calo della probabilità che rappresenti solo un'anomalia statistica. In secondo luogo, si dovrebbe sfruttare la totalità dei dati per quell'individuo, compresi i valori normali, tenendo presente l'ampia gamma di effetti prodotti dal benzene. Ad esempio, vi è una probabilità molto maggiore di un effetto benzene se una conta piastrinica leggermente bassa è accompagnata da una conta dei globuli bianchi bassa, una conta dei globuli rossi bassa e normale e un volume corpuscolare medio dei globuli rossi normale. MCV). Al contrario, la rilevanza di questa stessa conta piastrinica per l'ematotossicità del benzene può essere scontata se le altre conte ematiche sono all'estremità opposta dello spettro normale. Queste stesse due considerazioni possono essere utilizzate per giudicare se l'individuo debba essere rimosso dalla forza lavoro in attesa di ulteriori test e se il test aggiuntivo debba consistere solo in un emocromo completo ripetuto (CBC).
Se c'è qualche dubbio sulla causa del conteggio basso, l'intero CBC dovrebbe essere ripetuto. Se la conta bassa è dovuta a variabilità di laboratorio oa qualche variabilità biologica a breve termine all'interno dell'individuo, è meno probabile che la conta ematica sia nuovamente bassa. Il confronto con il preposizionamento o altri conte ematiche disponibili dovrebbe aiutare a distinguere quegli individui che hanno una tendenza intrinseca a trovarsi all'estremità inferiore della distribuzione. Il rilevamento di un singolo lavoratore con un effetto dovuto a una tossina ematologica dovrebbe essere considerato un evento di salute sentinella, che richiede un'attenta indagine delle condizioni di lavoro e dei collaboratori (Goldstein 1988).
L'ampio intervallo dei normali valori di laboratorio per i conteggi ematici può presentare una sfida ancora maggiore poiché può esserci un effetto sostanziale mentre i conteggi sono ancora all'interno del range normale. Ad esempio, è possibile che un lavoratore esposto a benzene o radiazioni ionizzanti possa avere una diminuzione dell'ematocrito dal 50 al 40%, una diminuzione della conta dei globuli bianchi da 10,000 a 5,000 per millimetro cubo e una caduta della conta delle piastrine da da 350,000 a 150,000 per millimetro cubo, ovvero una diminuzione di oltre il 50% delle piastrine; eppure tutti questi valori rientrano nell'intervallo "normale" della conta ematica. Di conseguenza, un programma di sorveglianza che esamina esclusivamente i conteggi ematici "anormali" potrebbe perdere effetti significativi. Pertanto, le conte ematiche che diminuiscono nel tempo pur rimanendo nel range normale richiedono particolare attenzione.
Un altro problema impegnativo nella sorveglianza sul posto di lavoro è il rilevamento di una leggera diminuzione della conta ematica media di un'intera popolazione esposta, ad esempio una diminuzione della conta media dei globuli bianchi da 7,500 a 7,000 per millimetro cubo a causa di un'esposizione diffusa a benzene o Radiazione ionizzante. Il rilevamento e la valutazione appropriata di qualsiasi osservazione di questo tipo richiede un'attenzione meticolosa alla standardizzazione delle procedure dei test di laboratorio, la disponibilità di un gruppo di controllo appropriato e un'attenta analisi statistica.