Zespół badawczy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN we współpracy z Uniwersytetem Karoliny Północnej w Chapel Hill i Principe Felipe Research Center w Hiszpanii doszedł do takich wniosków na podstawie badań, których celem było sprawdzenie, jak cząstki aerozolu pochodzące ze spalania biomasy wpływają na stan ludzkich komórek płuc i jakie to niesie ze sobą zagrożenie dla zdrowia człowieka.

Cząstki aerozolu, czyli pyły zawieszone, na których osiadają toksyczne związki organiczne, są wszechobecne w dolnych warstwach atmosfery, szczególnie nad obszarami zurbanizowanymi. Są to małe cząstki stałe (lub ciekłe) o niewielkich rozmiarach - nawet poniżej stu nanometrów, takie jak pyły mineralne, ziarna skał, szczątki roślin i pozostałości bakterii.

Ich ważnymi źródłami są procesy geologiczne, aktywność wulkaniczna, aktywność mórz i oceanów, ale także procesy spalania, w tym – wypalania obszarów zielonych oraz pożary, które poważnie niszczą ziemskie ekosystemy w regionach dotkniętych suszą, tłumaczą naukowcy w informacji prasowej przesłanej PAP. Mogą się one również uwalniać w wyniku działań człowieka, takich jak spalanie biomasy w celu ogrzewania gospodarstw domowych lub spalanie bioodpadów.

Cząstki te służą jako podłoże, na którym związki lotne ulegają kondensacji. Jest to początek wzrostu cząstek aerozolu organicznego. Co więcej, cienkie warstwy związków ulegają dalszym reakcjom chemicznym, w wyniku których powstają szkodliwe cząsteczki aerozolu.

Wdychając zanieczyszczone nimi powietrze narażamy swoje zdrowie, a w szczególności płuca.

Autorzy badań zwracają uwagę, że ludzkie komórki rozwinęły biochemiczne mechanizmy obronne, które mogą chronić przed szkodliwym wpływem tych cząstek. Jednak im mniejszy jest rozmiar cząstek wnikających do organizmu, tym łatwiej mogą one przedostawać się do innych tkanek, powodując stany zapalne i stres oksydacyjny (związany z nadmiarem wolnych rodników). Przez to ich niekorzystny wpływ na nasze zdrowie jest większy.

Polscy naukowcy we współpracy z zagranicznymi kolegami analizowali wpływ dwóch dominujących produktów spalania biomasy tj. 4-nitro­katecholu i lewoglukozanu, na zachowanie komórek ludzkiego nabłonka oddechowego, które stanowią pierwszą linię obrony przed toksycznymi związkami dostającymi się do krwiobiegu.

Doświadczenia prowadzono na linii komórek nienowotworowych - a dokładnie na komórkach nabłonka oskrzeli BEAS-2B hodowanych z ludzkich komórek nabłonka płuc - oraz na linii komórkowej gruczolakoraka nabłonka pęcherzyków płucnych, takich jak A549. Cykle oddychania przebiegają w tych komórkach odmiennie niż w komórkach nienowotworowych (poprzez tzw. efekt Warburga).

Okazało się, że ekspozycja komórek na 4-nitrokatechol wyraźnie zaburza gradient stężenia jonów wodorowych H+ pomiędzy zewnętrzną a wewnętrzną błoną mitochondrialną. Prowadzi to do zaburzenia potencjału błony mitochondrialnej i zakłóca biosyntezę wysokoenergetycznych cząsteczek ATP warunkujących funkcjonowanie komórki. Naukowcy wykazali, że obecność 4-nitro­katecholu w cytoplazmie indukuje hipoksję (niedobór tlenu w komórkach), zakłóca procesy oddychania komórkowego, a w rezultacie nasila proces apoptozy (samobójczej śmierci) komórek.

Ponadto zaobserwowano, że lewoglukozan również przyspiesza deformację błony komórkowej, ale z inną szybkością.

Wykorzystując techniki fluorescencyjne w połączeniu z testami biochemicznymi naukowcy obserwowali procesy zachodzące w mitochondriach komórek pod wpływem ekspozycji na badane produkty spalania biomasy. Apoptoza wystąpiła zarówno w komórkach zdrowych, jak i nowotworowych w ciągu zaledwie kilku godzin po ekspozycji na lewoglukozan, wykazując taką samą toksyczność przy nieco wyższych dawkach niż 4-nitrokatechol.

Zdaniem naukowców badania te wyraźnie pokazują toksyczność obu produktów spalania biomasy. Zarówno 4-nitro­katechol, jak i lewoglukozan powodują silną dysfunkcję komórek prowadzącą do ich śmierci, podkreślają autorzy pracy. Jak dodają, nie jest to obojętne dla zdrowia ludzi.

„Emisje aerozolu pochodzącego ze spalania biomasy (BBA) są jednym z największych źródeł drobnego aerozolu węglowego w troposferze i drugim co do wielkości źródłem śladowych gazów organicznych na świecie. Wdychanie, spożycie lub bezpośredni kontakt z organicznymi substancjami lotnymi uwalnianymi podczas spalania biomasy może powodować ostre i/lub przewlekłe narażenie i stanowić poważne zagrożenie dla zdrowia, w tym wzrost reaktywnych form tlenu (ROS), mutagenezę, uszkodzenie DNA, nadwrażliwość oraz systematyczne lub zlokalizowane (płucne) reakcje zapalne” – komentuje współautor pracy prof. Rafał Szmigielski z Instytut Chemii Fizycznej PAN.

Biorąc pod uwagę toksyczny wpływ 4-nitrokatecholu i lewoglukozanu na ludzkie komórki płuc naukowcy oceniają, że zarówno w Polsce, jak i w całej UE, konieczne jest udoskonalenia metod oceny jakości powietrza i uwzględnienie monitoringu stężeń tych związków w pyle zawieszonym, a szczególnie we frakcji PM2,5 (pyły o średnicy do 2,5 mikrometra).

Prof. Szmigielski zaznacza, że badania te są ważne, ponieważ ostre narażenie na aerozole spalania biomasy (BBA) w przypadku emisji, których źródłem są pożary na dużą skalę i spalanie drewna, może narazić populacje ludzi na wyższe niż normalne stężenia BBA.

„W związku z tym, monitorowanie stężeń 4-nitrokatecholu w pierwotnych i wtórnych regionach dotkniętych BBA jest uzasadnione w celu oszacowania ostrych skutków narażenia w płucach. Ogólnie rzecz biorąc, obecnie badane markery emisji BBA oszacowano jako bardziej toksyczne niż inne systemy zanieczyszczenia powietrza” – zauważył specjalista.

W opinii badaczy 4-nitrokatechol jest bardzo ważnym markerem skali zanieczyszczenia powietrza, a jego monitorowanie jest kluczowe do oceny potencjalnych skutków zdrowotnych zanieczyszczeń powietrza dla ludzi.

„Bez szybkich zmian w ocenie zawartości niektórych związków chemicznych we wdychanym powietrzu problem zwiększonej zachorowalności na choroby cywilizacyjne z pewnością nie zniknie. Wprowadzenie monitoringu 4-nitro­katecholu w powietrzu jest krokiem naprzód w ochronie zdrowia na świecie” – podsumowują naukowcy.

Wśród autorów pracy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN znaleźli się (oprócz prof. Szmigielskiego): dr Faria Khan, dr Karina Kwapiszewska i dr Krzysztof Rudziński.(PAP)

jjj/ bar/

Nauka w Polsce