Polski
Dansk
Deutsch
English
Español
Français
Italiano
Nederlands
Čeština
Green-Zones.eu › Środowisko & Zdrowie › Zanieczyszczenie powietrza

Zanieczyszczenie powietrza - mamutowe zadanie nowoczesnej medycyny

Od początku rozwoju technicznego wpływ na ludzi i środowisko naturalne nie zawsze był wyłącznie pozytywny. Od katastrofalnej jakości wody w Renie w latach 60-tych, spowodowanej przez ścieki przemysłowe, po warstwę ozonową zaatakowaną przez CFC w latach 80-tych, w ostatniej dekadzie coraz bardziej koncentrują się skutki zanieczyszczenia powietrza. Od 2008 r. wpływ pyłu zawieszonego i tlenków azotu, jak również innych szkodliwych substancji w powietrzu, stał się ważną częścią prawodawstwa europejskiego, nie tylko w wyniku dyrektywy UE w sprawie jakości powietrza 2008/50/WE, a obecnie w coraz większym stopniu jest przedmiotem badań medycznych. A wyniki każą ci siedzieć i zwracać na to uwagę. Przecież lista cierpień spowodowanych zanieczyszczeniem powietrza jest coraz dłuższa. Poza chorobami układu oddechowego, które są oczywiste przy oddychaniu złym powietrzem, coraz częściej wykrywane są uszkodzenia ważnych organów, takich jak serce i mózg, ale także narządów zmysłów. Ponadto problemy psychiczne i psychologiczne, takie jak depresja, są również związane z zanieczyszczeniem powietrza.

 

Około 55% ludności świata mieszka w miastach i jest stale narażona na niską jakość powietrza. Chociaż skutki zanieczyszczenia powietrza w Europie zostały już w ostatnich dziesięcioleciach znacznie ograniczone (22 ), wpływ pyłu zawieszonego (PM) na zdrowie ludzkie jest ogromny. W projekcie "Global Burden of Disease", który określa ilościowo choroby i zgony, szacuje się, że zanieczyszczenie powietrza, z około 4,2 mln zgonów na całym świecie, jest piątą główną przyczyną przedwczesnej śmierci (2). Europejska Agencja Środowiska uznaje zanieczyszczenie powietrza za największe zagrożenie dla zdrowia spowodowane przez czynniki środowiskowe, które doprowadziło do około 400 000 przedwczesnych zgonów w Europie w 2018 r. (22). W tym okresie często przekraczano wartości dopuszczalne ustalone przez UE. Na przykład w latach 2016-2018 4-8% ludności mieszkało na obszarach, na których przekroczono dopuszczalną wartość dla PM2,5 w UE. Wartość dopuszczalna WHO, do której PM2.5 nie jest uważany za szkodliwy dla zdrowia, jest znacznie wyższa niż dopuszczalna przez prawo UE, tak że aż 74-78 % ludności UE mieszkało na obszarach, gdzie wartość dopuszczalna została przekroczona (22).

 

Szkodliwe substancje są uwalniane do powietrza głównie w wyniku procesów spalania w transporcie pasażerskim i towarowym, ale także w przemyśle, rolnictwie i gospodarstwach domowych. W procesach tych powstają pierwotne cząstki stałe, takie jak cząstki metaliczne, które są uwalniane bezpośrednio do powietrza ze źródła, oraz cząstki wtórne, które są wytwarzane w powietrzu z gazowych prekursorów, takich jak azot. Wielkość cząsteczek jest wykorzystywana do klasyfikacji cząstek stałych na kategorie: na przykład, PM10 odpowiada cząstkom stałym o średnicy 10µm lub mniejszej (1). Podczas wdychania, cząstki stałe dostają się do płuc przez drogi oddechowe. Im mniejsze cząstki, takie jak PM2.5 lub PM0.1, tym dalej mogą one wnikać, a tym samym docierać do pęcherzyków płucnych i tkanki płucnej, a nawet przedostawać się do krwiobiegu. Stąd mogą one bezpośrednio dotrzeć i uszkodzić prawie wszystkie komórki ciała.

Europejska Agencja Środowiska wymienia raka płuc (17%), chorobę wieńcową serca, tj. niedostatek tlenu w sercu (12%), udary (11%) i przewlekłą obturacyjną chorobę płuc (POChP) (3%) jako główne przyczyny przedwczesnej śmierci związanej z zanieczyszczeniem powietrza (22). Z chorobą sercowo-naczyniową wiąże się w szczególności PM2.5 za pośrednictwem różnych mechanizmów. Obejmują one dysfunkcję śródbłonka, barierę między krwią a tkanką, skurcz naczyń, wysokie ciśnienie krwi, ogólnoustrojowe zapalenie i stres oksydacyjny wywołany przez wolne rodniki (3).

Już w rozwoju dziecięcym cząstki stałe PM2.5 mogą zaburzać rozwój rurek oskrzelowych i w ten sposób ograniczać późniejszą funkcję płuc (2) Ponadto wdychane cząstki stałe w płucach mogą osłabiać układ odpornościowy, hamując komórki wymiataczy. Naukowcy z Uniwersytetu w Cambridge stwierdzili, że komórki padlinożerców nie mogą już wchłaniać i trawić arsenu, cyny, antymonu i wanadu, bakterii i innych ciał obcych w obecności metali obecnych w cząstkach stałych, takich jak żelazo i miedź, ale także arsenu, cyny, antymonu i wanadu. Ponadto pod wpływem cząstek stałych makrofagi emitują zwiększone ilości substancji zapalnych, które mogą wywołać choroby zapalne, takie jak zapalenie oskrzeli i zapalenie płuc (4). Cząsteczki stałe mogą również zaburzać równowagę różnych typów białych krwinek i tym samym sprzyjać astmie (2).

Naukowcy z Uniwersytetu Wersalskiego St-Quentin-en-Yvelines stwierdzili również, że objawy nieżytu nosa, tj. zatkany lub duszny nos bez pojawienia się przeziębienia, nasilały się pod wpływem drobnego pyłu. PM10 w szczególności wywołał nasilenie objawów, ale PM2.5 i dwutlenek azotu (NO2) również doprowadziły do nasilenia objawów. Założonym mechanizmem wyzwalającym to nasilenie jest ponownie zwiększone występowanie stanu zapalnego w drogach oddechowych oraz stresu oksydacyjnego, czyli wolnych rodników, które mogą uszkadzać komórki (5).

 

W sercu cząstki stałe upośledzają funkcję mitochondriów, jak wynika z wyników badań Uniwersytetu w Lancaster. Mitochondria są składnikami ludzkich komórek, zwanych również elektrowniami komórek. Wytwarzają one cząsteczkę ATP, która działa jako dostawca energii. W sercu energia ta jest wykorzystywana m.in. do skurczu komór serca, które pompują krew, a tym samym świeży tlen przez organizm. Badacze stwierdzili, że cząstki stałe uszkadzały głównie błony mitochondriów, powodując, że komórki produkowały więcej białek stresowych (6).

Naukowcy znaleźli również znaczne ilości cząstek stałych w mózgu i zbadali ich działanie w tym miejscu. Na przykład, naukowcy z Uniwersytetu w Lancester znaleźli nanocząsteczki magnetytu w tkance mózgowej. Te magnetyczne cząsteczki tworzą wolne rodniki i zostały już powiązane z chorobą Alzheimera i innymi chorobami neurodegeneracyjnymi. Ze względu na wysoce zaokrąglony i wypolerowany kształt cząstek, naukowcy byli w stanie przypisać ich pochodzenie silnikom spalinowym i tarciu hamulców, ponieważ ciepło wytwarzane w tym procesie tworzy prawie kuliste cząstki. Ogromnie małe rozmiary tych cząsteczek (w większości przypadków poniżej 200 nanometrów) umożliwiły im również bezpośrednie przedostanie się do mózgu przez barierę krew-mózg po wdychaniu (7).

Podobnie jak w przypadku mózgu, cząstki stałe mogą mieć działanie neurodegeneracyjne w innych organach. Badanie przeprowadzone przez National Institute for Health Research w Londynie wykazało, że nawet zagrożenie dla wzroku można przypisać zanieczyszczeniu powietrza. Tak więc ludzie, którzy byli narażeni na podwyższony poziom cząstek stałych PM2.5 byli bardziej skłonni do rozwoju jaskry. Ta nieodwracalna choroba niszczy nerw wzrokowy i jest najczęstszą przyczyną ślepoty na świecie, dotykającą około 60 milionów ludzi. Badacze nie mogli powiązać zmiany ciśnienia w oku pacjentów, które często określa się jako przyczynę jaskry, z pyłem stałym. Badacze zakładają zatem, że przyczyną jaskry mogą być skutki neurotoksyczne, takie jak stres oksydacyjny i stan zapalny oraz związane z nimi zmiany naczyniowe (8).

Dlatego cząstki stałe mogą powodować ogromne szkody fizyczne. Wyniki badań idą jednak znacznie dalej i powiązały pył zawieszony z różnymi chorobami psychicznymi i umysłowymi.

Szczególnie dzieci i młodzi dorośli są ogromnie dotknięci zanieczyszczeniem powietrza podczas rozwoju mózgu. Również w tym przypadku naukowcy zakładają, że procesy neurotoksyczne wywołane przez pył zawieszony są czynnikiem wyzwalającym i mogą na przykład powodować zaburzenia w uczeniu się i rozwoju. Badania w Barcelonie wykazały, że dzieci, które uczyły się w szkołach o wysokim poziomie zanieczyszczenia powietrza, wykazywały obniżony rozwój poznawczy w różnych obszarach pamięci. Pamięć robocza tych dzieci, która jest ważna dla nauki czytania, pisania i arytmetyki, została w ten sposób zaburzona. Zwiększyła się również ich nieuwaga (9). Badania Uniwersytetu w Cincinnati wykazały, że dzieci, które w pierwszym roku życia mieszkały na ruchliwych ulicach, miały o 4% mniejszą objętość materii szarej w mózgu, gdy miały 12 lat. Materia szara związana jest z pamięcią, ale także z nauką języków obcych. Obszary mózgu wykonujące zadania sensoryczno-motoryczne oraz układu limbicznego, który częściowo odpowiada za emocje, były również znacznie mniejsze niż u dzieci, których wczesny rozwój dziecka nastąpił na terenach wiejskich (10).

Inne badania wykazały nawet związki między zanieczyszczeniem powietrza a zaburzeniami psychicznymi, takimi jak schizofrenia. Wykazano już, że zapalenie, na przykład ośrodkowego układu nerwowego, może powodować zaburzenia psychiczne (11). Dlatego naukowcy uważają, że cząstki stałe, które mogą powodować takie zapalenie, są możliwą przyczyną problemów ze zdrowiem psychicznym. Badania przeprowadzone przez Uniwersytet w Umeå w Szwecji wykazały, że dzieci i młodzież rzeczywiście bardziej cierpią na zaburzenia psychiczne, gdy są narażone na zwiększone zanieczyszczenie powietrza. Wzrost o 10 µg/m3 NO2 doprowadził do 9% wzrostu chorób psychicznych. Dla cząstek stałych (PM2.5 i PM10) zmiana była nieco mniejsza i wynosiła 4%. (12). Badania w hospicjum dziecięcym w Cincinnati wykazały również, że choroby psychiczne takie jak lęk, schizofrenia i depresja, a nawet myśli samobójcze były częstsze, gdy dzieci były narażone na zwiększone zanieczyszczenie powietrza (13). Kobiety w ciąży, które były narażone na wysoki poziom zanieczyszczenia powietrza tuż przed lub w trakcie porodu, były jeszcze bardziej narażone na urodzenie dzieci z autyzmem lub spektrum zaburzeń autystycznych (14).

Również u osób dorosłych zaburzenia koncentracji, ale także poważne choroby, takie jak choroba Alzheimera (21) i demencja, są związane z niską jakością powietrza.  Naukowcy z Pekińskiego Uniwersytetu Pedagogicznego stwierdzili, że zanieczyszczenie powietrza może znacznie ograniczyć zdolności poznawcze osób dorosłych. W szczególności osoby starsze wykazywały niepełnosprawność porównywalną z rocznym spadkiem poziomu wykształcenia (15). Eksperyment na Uniwersytecie w Maastricht wykazał, że szachiści znacznie częściej popełniali błędy w koncentracji, gdy stężenie pyłu zawieszonego wzrastało. Prawdopodobieństwo popełnienia błędu wzrosło więc o całe 26% przy wzroście o 10 µg/m3 cząstek stałych PM2.5 (16). Badania przeprowadzone w Londynie wykazały, że osoby mieszkające na obszarach o stężeniu NO2 powyżej 41.5 µg/m3 były istotnie bardziej narażone na ryzyko rozwoju demencji niż osoby mieszkające na obszarach o stężeniu NO2 poniżej 31.9 µg/m3 (17).

Perspektywy dla badań

Bezpośredni związek przyczynowy między zanieczyszczeniem powietrza a chorobami jest nadal trudny do ustalenia, pomimo rosnącej liczby badań. Wynika to głównie z faktu, że procesy te są trudne do zaobserwowania in vivo, tj. w żywych tkankach dotkniętych chorobą, przez długi okres czasu i że badania są zwykle prowadzone w warunkach laboratoryjnych. Tak więc, chociaż skutki działania pyłu zawieszonego można badać bezpośrednio w tkance, nadal trudno jest jednoznacznie przypisać takie dolegliwości, jak choroba płuc czy układu krążenia, do zanieczyszczenia powietrza i zidentyfikować je jako główną przyczynę (8, 11, 17, 20). Wynika to głównie z faktu, że predyspozycje genetyczne i czynniki środowiskowe, takie jak styl życia i odżywianie czy stres, mają wpływ na cierpienie dotkniętych nimi osób. Dokładne dane liczbowe dotyczące skutków zanieczyszczenia powietrza są zatem trudne do uzyskania, a zwykle istnieją jedynie szacunki dotyczące zarówno choroby, jak i śmierci (2, 19).

 

Niemniej jednak, jak opisano tutaj, wyraźnie zbadano, że pył zawieszony działa toksycznie na komórki za pośrednictwem różnych mechanizmów, niszcząc ich błony i zachęcając je do produkcji wielu różnych substancji. W związku z tym jest ona wyraźnie związana z różnymi chorobami. Ponadto opisane tu projekty badań empirycznych wskazują na znaczny wzrost zachorowalności na różne choroby w populacjach narażonych na wysoki poziom zanieczyszczenia powietrza.

Instytucje badawcze rozpoczęły nawet badania nad wpływem pyłu zawieszonego na inne organizmy żywe. Wyniki nie są zaskakujące: to, co jest szkodliwe dla człowieka, zagraża również innym organizmom. Na przykład, zwiększona śmiertelność pszczół jest obecnie związana ze słabą jakością powietrza (18). Tak więc cząstki stałe mogą nie tylko mieć bezpośredni wpływ na nasze zdrowie, ale także pośrednio wpływać na czynniki w naszym życiu, takie jak nasza dieta. Jak dalece ten wpływ się rozciąga jest kwestią badań. W każdym razie już teraz wiadomo, że ze względu na szereg chorób i dolegliwości, zarówno fizycznych, jak i psychicznych, oraz ogromną liczbę osób codziennie narażonych na niską jakość powietrza, zanieczyszczenie powietrza wydaje się być mamutem współczesnej medycyny.

Źródła
  1. Umwelt Bundesamt (2020). Feinstaub. www.umweltbundesamt.de/themen/luft/luftschadstoffe/feinstaub
  2. D. E. Schraufnagel, et al. (2019). Air Pollution and Noncommunicable Diseases
  3. R.D. Brook, et al. (2010). Particulate Matter Air Pollution and Cardiovascular Disease
  4. L. Selley, et al. (2019). Brake dust exposure exacerbates inflammation and transiently compromises phagocytosis in macrophages.
  5. E. Burte, et al. (2019). Long-term air pollution exposure is associated with increased severity of rhinitis in 2 European cohorts.
  6. B.A. Maher, et al. (2020). Iron-rich air pollution nanoparticles: An unrecognised environmental risk factor for myocardial mitochondrial dysfunction and cardiac oxidative stress
  7. B.A. Maher, et al. (2016). Magnetite pollution nanoparticles in the human brain.
  8. S.Y.L. Shua, et al. (2019). The Relationship Between Ambient Atmospheric Fine Particulate Matter (PM2.5) and Glaucoma in a Large Community Cohort.
  9. J. Sunyer, et al. (2015). Association between Traffic-Related Air Pollution in Schools and Cognitive Development in Primary School Children: A Prospective Cohort Study
  10. T. Beckwith, et al. (2020) Reduced gray matter volume and cortical thickness associated with traffic-related air pollution in a longitudinally studied pediatric cohort.
  11. A. Kewalramani, et al. (2008). Asthma and Mood Disorders.
  12. A. Oudin et al. (2016). Association between neighbourhood air pollution concentrations and dispensed medication for psychiatric disorders in a large longitudinal cohort of Swedish children and adolescents.
  13. C. Brokamp (2019). Pediatric Psychiatric Emergency Department Utilization and Fine Particulate Matter: A Case-Crossover Study
  14. A.L. Roberts et al. (2013). Perinatal Air Pollutant Exposures and Autism Spectrum Disorder in the Children of Nurses’ Health Study II Participants
  15. X. Zhang et al. (2018). The impact of exposure to air pollution on cognitive performance
  16. S. Künn et al. (2019). Indoor Air Quality and Cognitive Performance.
  17. I.M. Carey et al. (2018). Are noise and air pollution related to the incidence of dementia? A cohort study in London, England.
  18. G.G. Thimmegowda et al. (2020). A field-based quantitative analysis of sublethal effects of air pollution on pollinators.
  19. WHO (2020). Air pollution. www.who.int/health-topics/air-pollution
  20. A.E. Budson (2020). Does air pollution cause Alzheimer’s disease? https://www.health.harvard.edu/blog/does-air-pollution-cause-alzheimers-disease-2020072320627
  21. J. Kilian & M. Kitazawa (2018). The emerging risk of exposure to air pollutionon cognitive decline and Alzheimer's diseaseeEvidence from epidemiological and animal studies
  22. European Environment Agency (2020). Healthy environment, healthy lives: how the environment influences health and well-being in Europe.
  23. J.E. Fisher, et al. (2016). Physical Activity, Air Pollution, and the Risk of Asthma and Chronic Obstructive Pulmonary Disease.