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自動車排出ガスに起因する環境ナノ粒子の生体影響調査(平成 18年度)
Health effects of environmental nanoparticles in the automobile exhaust.

予算区分
BY
研究課題コード
0610BY303
開始/終了年度
2006~2010年
キーワード(日本語)
環境ナノ粒子,組織透過性,ディーゼル排気
キーワード(英語)
ENVIRONMENTAL NANOPARTICLE, TISSUE PERMEABILITY, DIESEL EXHAUST

研究概要

ディーゼル粒子除去装置や触媒の開発、燃料の低硫黄化などにより、自動車排出ガスに起因する粒子状物質の質量濃度の低減は可能となっている。しかし、粒径が数十ナノメートル以下のナノ粒子といわれる極めて微小な粒子の低減に関しての対策は遅れており、依然として数濃度として高いものが排出される可能性があることが指摘されている。同時に現実の大気環境中においても、幹線沿道沿いではナノ粒子の個数濃度がラッシュアワー時に高くなることが指摘されている。ナノ粒子はその毒性・影響・性状・環境動態のいずれも未解明の部分が多い。これまでの二酸化チタンや炭素のナノ粒子では、大きな粒子状物質より炎症を引き起こしやすいことなど強い影響がある可能性や、呼吸器内に入った場合肺を通過し全身への影響を持つ可能性が示唆されているが充分な検討がなされていないのが現状である本研究では、自動車排ガス由来のナノ粒子の性状や、毒性・影響評価に必要な調査研究を行うことを目的とする。

全体計画

自動車排出ガスに対する規制強化や排ガス処理技術の開発により、排出される自動車排気粒子の重量濃度は減少するが、粒径数十ナノメートル以下の「環境ナノ粒子」といわれる極めて微小な粒子の数は減少せず増加する可能性も指摘されている。環境ナノ粒子はその毒性影響・性状・環境動態のいずれも未解明の部分が多く、大きな粒子状物質と比較し炎症を引き起こすことなどの強い影響がある可能性や肺のみならず全身への影響を持つ可能性が体内動態から示唆されている。
 そこで、環境ナノ粒子の性状や環境中の動態把握を基に新たに環境ナノ粒子曝露装置を作製し、毒性・影響評価に必要な調査研究を進め、健康影響についての適切な評価を行う。

今年度の研究概要

定常および過渡運転による曝露実験中については、曝露空気の質の監視、基礎データの収集を行う。すなわち、希釈トンネル、各曝露装置内における粒子の個数粒径分布をSMPS(scanning mobility particle sizer)、EEPS(Engine exhaust particle sizer)、CPC(condensation particle counter)を用いて測定する。NO, NO2, CO等のガス状物質についてもナノ粒子棟の設備を用いて測定する。また、曝露粒子の化学的性状を把握するために、定期的に各曝露装置内において、分級しないサンプリングを行う。
過渡運転の検討に関しては、回転数を固定してトルクと時間の関数となる台形モードを作成し、ナノ粒子が排出されやすいエンジンの運転条件を検討する。次に、チャンバー内に排気を導入し、過渡運転で排出された粒子がチャンバー内でどのような時間変動を及ぼすか、挙動を把握するとともに、希釈流量や二次希釈倍率の検討を行う。これらの試験には、EEPS用いて、瞬時の粒径分布を測定する予定である。
マウスBALBc、♂5〜8W、各群5匹)にアイドリング時に排出されるディーゼル排気ナノ粒子を曝露し、肺胞洗浄液中の細胞浸潤とサイトカイン類を測定することにより炎症惹起の評価をおこなうと共に、ナノ粒子に曝露した生体組織の電子顕微鏡用いた粒子の形態観察と組織の免疫組織化学的検討とタンパク量変化の検出を併用することにより、曝露影響評価と体内動態の検討を試みる。 また、粒子状物質の貪食に関わるマクロファージの受容体遺伝子(MARCO)を導入した細胞を用いて、環境ナノ粒子や模擬ナノ粒子の細胞内への取込みを定量的に把握する。
肺の深部に達したナノ粒子のうち多くの不溶性粒子は、肺の細胞表面を覆うサーファクタントと呼ばれる界面活性物質上に沈着する。ナノ粒子と肺胞表面被覆物質であるサーファクタントとの相互作用を調べるため、1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DPPC)を用いて展開単分子膜(LB膜)を作成し、LB膜にナノ粒子成分が沈着したときのLB膜の伸縮性及び形状に与える影響を、表面張力測定器、及び原子間力顕微鏡で分析する。
ナノ粒子を多く排出する運転条件下(定常運転下)でのディーゼル排気由来環境ナノ粒子を捕集し、化学的性状を粒子の酸化能、ラジカル、分光学的性質等の観点から検討する。また、肺構成細胞として肺の表面を覆うラット肺胞II型上皮細胞を用いて同条件下で捕集したナノ粒子の細胞に及ぼす影響を遺伝子発現の観点からDNA Chipを用い包括的に解析し、化学的性状との関連を検討する。
グラム陰性桿菌の内毒素、リポテイコ酸(又は生菌)をICRマウスに気管内投与し、ディーゼル排気由来環境ナノ粒子を曝露する。肺傷害の諸病態(好中球性気道炎症、肺水腫)にディーゼル排気由来環境ナノ粒子が及ぼす影響を検討する。H18年度は、気管支肺胞洗浄液中の細胞分画所見、肺水分含量の定量、病理組織学的な検討に加え、肺炎に関連する急性肺傷害と血液凝固異常へのナノ粒子曝露の影響を濃度依存的に検討する。
種々の濃度のディーゼル排気由来環境ナノ粒子により亜慢性曝露を行い、肺を介した全身の免疫系の変動と嗅細胞を含む鼻粘膜から嗅球への経路を介した反応とを解析し、どのように情報伝達系に影響を与えるかを明らかにする。
5-9週令のラットに実車由来ナノ粒子を全身曝露し(ナノ粒子の平均粒径は20〜50nmの予定)、心電図の変化及び心拍数の変化を記録し、心機能の変化を示すSDNNなどの心拍変動指標(HRV)について解析する。また、自律神経系機能の指標であるHF, LF等の解析を行う。曝露はげっ歯類の活動時間である午後10時?午前3時の5時間とし、3ヶ月間、毎日連続して行う(環境研、ナノ粒子健康影響実験棟の施設を使用)。1群ラット8匹として、清浄暴露群と3濃度の同時曝露を行い、チャンバー内の空いたスペースに短期曝露動物を入れる(総数224匹)。
曝露中は粒子の粒度分布をモニターする。短期曝露用ラットには曝露1週間前に、電極の埋入を行い、標準肢第?誘導による心電図を有線法によって記録し、覚醒時の無拘束に近い状態での心電図と心拍数の解析を行なう予定である。なお、動物はげっ歯類の中でも心電図、心拍数の解析の意味が判明しているフィッシャー344(F344)を使用する。

課題代表者

平野 靖史郎

  • 環境リスク・健康研究センター
  • フェロー
  • 医学博士
  • 医学,生化学,化学
portrait

担当者

  • 古山 昭子環境リスク・健康研究センター
  • 鈴木 明
  • 山元 昭二
  • 井上 健一郎
  • 小林 隆弘
  • portrait
    藤谷 雄二環境リスク・健康研究センター
  • 菅野 さな枝
  • 種田 晋二