Являются ли твердые частицы причиной многочисленных видов рака и респираторных заболеваний?
Еще в 2020 году отчет Европейского агентства по окружающей среде (EEA) показал, что более 400 000 человек в Европе ежегодно умирают преждевременно из-за загрязненного воздуха. Большая часть загрязнения воздуха связана с содержащимися в нем твердыми частицами. Исследовательская группа из Швейцарии теперь смогла расшифровать, почему это так вредно для здоровья.
Исследователи из Института Пауля Шеррера (PSI) впервые смогли наблюдать фотохимические процессы внутри мельчайших частиц в воздухе. Команда выяснила, что эти аэрозоли, которые часто встречаются в повседневных условиях, образуют кислородные радикалы, которые могут нанести вред здоровью человека. Результаты были недавно представлены в известном журнале Nature Communications.
Двойной вред мелкодисперсной пыли
Давно известно, что твердые частицы вредны для здоровья, но вредное воздействие в основном объяснялось тем, что мелкие частицы с максимальным диаметром десять микрометров могут проникать глубоко в легочную ткань и поселиться там. Команда PSI показала, что эти маленькие частицы могут также содержать реактивные соединения кислорода (АФК), также известные как «кислородные радикалы», которые вызывают дополнительное повреждение клеток в легких.
Больше твердых частиц приводит к большему ущербу
«Чем больше частиц витает в воздухе, тем выше риск», - подчеркивают исследователи в пресс-релизе о результатах исследования. По данным рабочей группы, источники человеческой деятельности, такие как фабрики и транспорт, в частности, приводят к «вызывающей беспокойство концентрации».
Как кислородные радикалы образуются в твердых частицах
Источник твердых частиц также имеет решающее значение, поскольку они обычно содержат химические компоненты, такие как металлы и некоторые органические соединения. Мелкие частицы пыли обмениваются атомами кислорода с другими молекулами в дыхательных путях, что приводит к образованию очень реакционноспособных соединений, таких как перекись водорода (H2O2), гидроксил (HO) или гидропероксил (HO2).
Что кислородные радикалы вызывают в организме
Такие соединения вызывают так называемый окислительный стресс, поскольку они атакуют, например, ненасыщенные жирные кислоты в организме, которые в результате больше не могут служить строительным материалом для клеток. Исследования также показывают, что окислительный стресс способствует пневмонии, астме и другим респираторным заболеваниям и даже участвует в развитии рака, поскольку кислородные радикалы также могут повреждать генетический материал (ДНК).
Точная структура твердых частиц на сегодняшний день мало изучена
Кроме АФК, которые только образуются в организме, существуют также виды АФК, которые уже содержатся в мелкодисперсной пыли и, по словам исследователей, попадают в дыхательные пути. До сих пор мало что было известно о воздействии этих кислородных радикалов - в основном потому, что люди не присматривались к ним достаточно внимательно. «В предыдущих исследованиях использовались масс-спектрометры для анализа того, из чего состоят твердые частицы», - объясняет ведущий автор исследования Питер Аарон Альперт. Вы не получаете никакой информации о структуре отдельных частиц и не знаете, что происходит внутри частиц.
Новейшие технологии позволили получить более глубокое понимание
В настоящее время команда PSI использует другие методы, чтобы получить более точное представление о твердых частицах. «Благодаря великолепному рентгеновскому излучению Swiss Light Source SLS мы не только смогли увидеть такие частицы по отдельности с разрешением менее одного микрометра, но даже смогли заглянуть внутрь них, пока внутри них происходят реакции». говорит Альперт. Все это происходило в камере нового типа, которая может имитировать условия окружающей среды, такие как температура, влажность, воздействие газа и ультрафиолетовое излучение.
«Эта комбинация - рентгеновский микроскоп высокого разрешения и кювета - существует только один раз в мире», - подчеркивает Альперт. Поэтому исследование было возможно только в PSI.
Как образуются кислородные радикалы в воздухе
Исследователи показали, что комплексы железа образуются из органических компонентов и частиц железа в воздухе и реагируют с образованием радикалов под воздействием солнечного света. Они связываются с частицами кислорода из воздуха и, таким образом, образуют вредные АФК.
Распад или сохранение этих АФК зависит в первую очередь от погодных условий. Условия, при которых может образовываться большинство АФК, даны при средней влажности около 50 процентов и температуре около 20 градусов - неблагоприятный климат в помещении.
Информация о твердых частицах устарела
«Раньше считалось, что АФК в воздухе - если вообще возникают - только тогда, когда мелкие частицы пыли содержат сравнительно редкие соединения, такие как хиноны», - говорит Альперт. Это окисленные фенолы, которые содержатся, например, в пигментах растений и грибов. Недавно стало ясно, что в твердых частицах есть много других источников АФК. «Как мы теперь обнаружили, эти известные источники АФК могут быть значительно усилены в совершенно повседневных условиях», - сообщает первый автор.
Скрытая причина респираторных заболеваний и рака?
«Мы даже подозреваем, что почти все взвешенные частицы в воздухе таким образом образуют дополнительные радикалы», - добавляет Альперт. Если это подтвердится в дальнейших исследованиях, следует срочно рассмотреть модели и предельные значения качества воздуха. Исследовательская группа считает, что, возможно, это одна из причин, по которой у многих людей развиваются респираторные заболевания или рак без видимой причины.
АФК также атакуют патогены
Исследователи также показали, что АФК не только повреждают клетки, но и атакуют такие патогены, как бактерии, вирусы и другие патогены, прикрепленные к аэрозолям. «Эта связь могла бы объяснить, почему коронавирус SARS-CoV-2 наименьшее время выживает в воздухе при комнатной температуре и средней влажности», - резюмирует исследовательская группа.