Твердые частицы представляют собой одну из самых серьезных угроз для здоровья, связанных с загрязнением воздуха, и, согласно нескольким исследованиям, ежегодно от них умирают несколько миллионов человек. Это означает, что низкое качество воздуха и твердые частицы входят в пятерку наиболее важных факторов риска для здоровья, наряду с высоким кровяным давлением, курением, диабетом и ожирением.
Однако, что делает загрязнение твердыми частицами настолько опасным, пока точно не известно. Вместе с международной командой исследователи из Института Пауля Шеррера PSI выяснили, что количество твердых частиц – не единственный решающий фактор, когда речь идет о рисках для здоровья.
Окислительный потенциал твердых частиц как риск для здоровья
«В этом исследовании нас в первую очередь интересовали два момента», – говорит Каспар Далленбах из исследовательской группы газовой фазы и аэрозольной химии PSI. "Во-первых, какие источники в Европе несут ответственность за так называемый окислительный потенциал твердых частиц (также известных как аэрозоли), и, во-вторых, вызван ли риск для здоровья от этих твердых частиц их окислительным потенциалом."
Здесь термин «окислительный потенциал» относится к способности твердых частиц снижать количество антиоксидантов, что может привести к повреждению клеток и тканей человеческого тела. На первом этапе исследователи подвергли клетки дыхательных путей человека, так называемые клетки бронхиального эпителия, образцам твердых частиц и проверили их биологическую реакцию.
Когда эти клетки находятся в состоянии стресса, они выделяют сигнальное вещество для иммунной системы, которое запускает воспалительные реакции в организме. Исследователи смогли показать, что твердые частицы с повышенным окислительным потенциалом усиливают воспалительную реакцию клеток. Это говорит о том, что окислительный потенциал определяет, насколько вредны твердые частицы. По словам Далленбаха, причинная связь между повышенным окислительным потенциалом и опасностью для здоровья до сих пор не установлена. "Но исследование является еще одним явным свидетельством того, что эта связь действительно существует."
Партнерское исследование, проведенное Бернским университетом, показало, что клетки пациентов, страдающих особой уже существующей болезнью, муковисцидозом, демонстрируют ослабленную защиту от твердых частиц. В то время как в здоровых клетках механизм антиоксидантной защиты был способен остановить развитие воспалительной реакции, защитная способность больных клеток была недостаточной. Это привело к увеличению клеточной смертности.
Откуда берутся твердые частицы и их окислительный потенциал?
Кроме того, исследователи собрали образцы твердых частиц в различных местах Швейцарии. Используя метод масс-спектрометрии, разработанный в PSI, они проанализировали состав твердых частиц. Химический профиль, полученный таким образом для каждого образца твердых частиц, указывает на источники, из которых они происходят.
Кроме того, коллеги из Гренобля определили окислительный потенциал тех же образцов, чтобы получить указание на опасность для здоровья человека. Затем с помощью подробного анализа и статистических методов исследователи определили окислительный потенциал для всех соответствующих источников выбросов. На основе этих экспериментальных данных они использовали компьютерную модель для расчета местоположений в Европе с самым высоким окислительным потенциалом из-за твердых частиц в течение года, и они определили в основном столичные районы, такие как столица Франции Париж и долина реки По на севере Италия как критические регионы.
«Наши результаты показывают, что окислительный потенциал твердых частиц и количество твердых частиц не определяются одними и теми же источниками», – резюмирует Далленбах.
Наибольшая часть твердых частиц состоит из минеральной пыли и так называемых вторичных неорганических аэрозолей, таких как нитрат и сульфат аммония. С другой стороны, окислительный потенциал твердых частиц в первую очередь определяется так называемыми антропогенными вторичными органическими аэрозолями, которые образуются в основном при сжигании древесины, а также выбросами металлов в результате износа тормозов и шин в дорожном движении.
Исследователи обнаружили не только то, что население в городских районах подвергается воздействию более высокого количества твердых частиц, но также и то, что эти твердые частицы в этих регионах имеют более высокий окислительный потенциал и, следовательно, более вредны для здоровья, чем загрязнение твердыми частицами в сельской местности. «Наши результаты показывают, что регулирование количества твердых частиц само по себе может быть неэффективным», – говорит Далленбах. Кроме того, исследование Бернского университета предполагает, что группы населения с ранее существовавшими заболеваниями могут извлечь особую пользу из соответствующих мер по сокращению загрязнения твердыми частицами.