Naarmate de hoeveelheid fijnstof toeneemt, neemt ook het aantal gevallen van dementie in een regio toe. Recente onderzoeken tonen aan hoe de deeltjes zich van de longen en neus naar de hersenen kunnen verplaatsen en daar schade kunnen aanrichten.

Mijn eerste dag in Mexico Stad was zwaar. De smog was zo dik dat ik naar lucht hapte toen ik de trap opliep. Ik had hoofdpijn verwacht; de stad ligt op een plateau 2250 meter boven zeeniveau en het zuurstofgehalte van de lucht is navenant lager dan aan de kust. Ik was echter verbaasd hoezeer de vervuilde lucht in mijn ogen en longen prikte.

In 1992 riepen de Verenigde Naties Mexico-Stad uit tot de meest vervuilde metropool ter wereld. Sindsdien heeft de regering veel gedaan om de situatie te verbeteren. Met enkele successen: De stad is terecht trots op haar kilometerslange fietspaden en weelderige parken. Maar een blik op de wazige horizon laat zien dat de inspanningen nog steeds niet genoeg zijn. Op de meeste dagen bevat de lucht veel meer roetdeeltjes dan de grenswaarden die worden aanbevolen door de Wereldgezondheidsorganisatie. Er zijn ook verhoogde niveaus van andere verontreinigende stoffen. Meer dan 9,6 miljoen voertuigen en naar schatting 50.000 fabrieksschoorstenen blazen hun uitlaatgassen het stadscentrum in. Deze hullen de metropool in een giftig brouwsel dat longen en harten beschadigt. Veel wetenschappers zijn het er nu over eens dat de vervuiling zelfs het zenuwstelsel aantast.

Een onderzoek gepubliceerd in 2018 vond destructie die kenmerkend is voor Alzheimer in de hersenen van inwoners van de stad. De proefpersonen waren allemaal jonger dan 40 jaar. Normaal gesproken verschijnen de eerste tekenen van de ziekte pas op veel oudere leeftijd. Mexico Stad is hierop geen uitzondering: Een paar jaar geleden publiceerde een team van Harvard University hun analyse van gegevens van tien miljoen Amerikaanse Medicare-ontvangers ouder dan 65 jaar die in 50 verschillende steden in het noordoosten van de VS wonen. De wetenschappers ontdekten een sterke correlatie tussen bepaalde luchtverontreinigende stoffen en de incidentie van verschillende neurodegeneratieve ziekten, waaronder de ziekte van Alzheimer..Verdere studies leverden vergelijkbare resultaten op. "De invloed van luchtvervuiling is een van de populairste gebieden in het onderzoek naar Alzheimer aan het worden," legt George Perry uit, een neurobioloog aan de Universiteit van Texas in San Antonio en hoofdredacteur van het Journal of Alzheimer's Disease. Veel deskundigen hebben erkend dat luchtvervuiling kan bijdragen aan de ontwikkeling van de ziekte, zegt Perry. Toxicoloog Masashi Kitazawa van de Universiteit van Californië in Irvine bevestigt dit. "In het onderzoek naar Alzheimer speelt het effect van genen een grote rol en lange tijd wilde bijna niemand verder kijken dan dat," zegt hij. "De laatste drie of vier jaar is het aantal artikelen waarin een verband wordt gelegd tussen luchtvervuiling en cognitieve achteruitgang echter geëxplodeerd." Bij de meest voorkomende vorm van Alzheimer, die op latere leeftijd begint, kunnen leefstijl en schadelijke milieu-invloeden verantwoordelijk zijn voor 40 tot 65 procent van het risico op het ontwikkelen van de ziekte. Luchtvervuiling is een van de belangrijkste factoren.

Hersenen vervuild met stofdeeltjes

Gegevens over zwevende druppeltjes gevuld met giftige stoffen of vaste deeltjes met een diameter van ongeveer een dertigste van een menselijke haar zijn bijzonder zorgwekkend. Deze stofdeeltjes (ook wel PM2_.5 genoemd vanwege hun specifieke grootte) ontstaan meestal bij de verbranding van olie, gas, kolen en hout. Het wordt voornamelijk uitgestoten door auto's, vrachtwagens en elektriciteitscentrales. Bij elke ademhaling komen de deeltjes diep in de longen en van daaruit in het bloed terecht. Op deze manier heeft PM2_.5 verwoestende effecten op de menselijke luchtwegen en hart- en bloedvaten. Kanker, hartaanvallen, beroertes en vroegtijdige sterfgevallen nemen toe met de verontreinigingsniveaus.

"De invloed van luchtvervuiling wordt een van de populairste gebieden in het onderzoek naar Alzheimer" George Perry

Vroeger dacht men dat de hersenen beschermd waren tegen een dergelijke aanval. Ze hebben immers de bloed-hersenbarrière, een laag dicht opeengepakte cellen die de bloedvaten in de hersenen omgeeft. De barrière voorkomt dat giftige stoffen uit het bloed in het hersenweefsel sijpelen. Helaas is er overtuigend bewijs dat PM2_.5 toch op twee manieren de hersenen kan binnendringen: Ten eerste kunnen de deeltjes de bloed-hersenbarrière veranderen zodat deze meer doorlaatbaar wordt voor verontreinigende stoffen. Ten tweede kunnen ze de barrière volledig omzeilen door via de neus de reukzenuw binnen te dringen en van hieruit naar de bulbus olfactorius te reizen. De hersenen, zo blijkt, zijn niet beter beschermd tegen de onophoudelijke aanval van luchtvervuiling dan andere organen.

Vroege tekenen van Alzheimer zelfs bij baby's en peuters

Veel van het recente werk dat een verband legt tussen slechte luchtkwaliteit en hersenaandoeningen is gebaseerd op het onderzoek van Lilian Calderón-Garcidueñas. De neuropathologe van de Universiteit van Montana werd niet ver van Mexico City geboren en groeide op in de buurt van de metropool. Ze onderzoekt al tientallen jaren de gezondheidseffecten van de vervuiling in de regio. Begin jaren 2000 ontleedde ze 32 honden die in het zuidwesten van Mexico City hadden gewoond. Ze vond tekenen van degeneratieve processen in hun hersenen.

Deze ontdekking zette haar ertoe aan om mensen te onderzoeken die in vergelijkbare buurten hadden gewoond. Wat ze zag - afzettingen zoals gevonden bij Alzheimerpatiënten in de hersenen van baby's en kleine kinderen - alarmeerde haar. Blootstelling aan luchtvervuiling, schreef ze in 2008, moet worden beschouwd als een risicofactor voor de ziekte van Alzheimer. Dit geldt in het bijzonder voor mensen die door hun genetische opmaak vatbaarder zijn voor de ziekte.

Recentere studies ondersteunen de conclusies van Calderón-Garcidueñas. Jennifer Weuve, universitair hoofddocent aan de Boston University School of Public Health, leidde een van de eerste Amerikaanse onderzoeken naar het verband tussen luchtvervuiling en neurologische aandoeningen. Zij en haar team publiceerden de resultaten in 2012. "We hadden twee aanwijzingen voor het verband tussen verouderende hersenen en luchtvervuiling," legt ze uit. De eerste was het effect op het cardiovasculaire systeem: een toenemend aantal hartaanvallen en beroertes. "De hersenen zijn afhankelijk van een goed functionerende bloedsomloop. Dit gaf natuurlijk aanleiding tot bezorgdheid dat de hersenen ook aangetast zouden kunnen worden."

De tweede aanwijzing was subtieler. Toxicologen voerden verschillende goed gecontroleerde onderzoeken uit op dieren die werden blootgesteld aan lucht met hoge concentraties zwevende deeltjes. Deeltjes kwamen inderdaad in de hersenen terecht. "Sommige van deze deeltjes bevatten bekende neurotoxines zoals mangaan. We wisten dat dit niet goed kon zijn," zegt Weuve.

Gegevens uit andere epidemiologische studies bevestigen nu dat fijnstof een risicofactor is. Voor een studie die in 2018 werd gepubliceerd, volgden onderzoekers de gezondheid van ongeveer 131.000 Londenaren tussen 50 en 79 jaar gedurende acht jaar. Ze telden de meeste gevallen van dementie bij degenen die waren blootgesteld aan de ergste luchtvervuiling. De link tussen Alzheimer en PM2_{.5 deeltjes} was bijzonder sterk. Een onderzoek onder bijna 100.000 mensen in Taiwan kwam tot soortgelijke conclusies. Wetenschappers van de Universiteit van Toronto analyseerden gegevens van 6,6 miljoen mensen in de Canadese provincie Ontario. Mensen die binnen 50 meter van een hoofdweg woonden, hadden 12 procent meer kans op dementie dan mensen die meer dan 200 meter verderop woonden.

Allemaal toeval?

Zulke onderzoeken hebben hun beperkingen. Ze laten wel zien wanneer twee factoren - in dit geval luchtvervuiling en de ziekte van Alzheimer - steeds vaker samen voorkomen. Ze kunnen echter niet bewijzen of en hoe ze samenhangen. Hiervoor zijn studies nodig waarbij organismen specifiek worden blootgesteld aan een vermoedelijke risicofactor. Het zou echter onethisch zijn om mensen te vragen zichzelf maanden of jaren bewust bloot te stellen aan vervuilde lucht. Maar alleen met gegevens van zulke gecontroleerde experimenten kunnen onderzoekers bepalen of luchtvervuiling de inwoners van een gebied vatbaarder maakt voor Alzheimer of dat er andere factoren ten grondslag liggen aan de verhoogde gevallen van de ziekte.

"In een perfecte wereld zou iedereen een luchtvervuilingsmonitor dragen, zodat we realtime gegevens zouden krijgen over hun blootstelling aan vervuilende stoffen." Jennifer Weuve

"In een perfecte wereld zou iedereen een luchtvervuilingsmonitor dragen, zodat we realtime gegevens zouden krijgen over hun vervuilingsniveaus," zegt Weuve. "Maar we leven niet in een perfecte wereld." Daarom werkt haar team samen met experts die modellen maken om de vervuilingsniveaus in een regio in te schatten. Dit is echter niet genoeg: Bij Alzheimer is het de chronische, langdurige blootstelling die telt. "We hebben niet eens een wereldwijd register van Alzheimerpatiënten, laat staan genoeg middelen om mensen jarenlang te volgen voordat ze de ziekte ontwikkelen." In sommige delen van de wereld is de luchtvervuiling zo erg dat mensen sterven aan hartaandoeningen voordat ze ooit symptomen van Alzheimer kunnen vertonen.

Wetenschappers gebruiken diermodellen om het verband nader te onderzoeken. Met hun hulp sporen ze ook biologische mechanismen op die cognitieve achteruitgang zouden kunnen veroorzaken. In 2015 pompte een team onder leiding van neurobioloog Colin Combs van de Universiteit van North Dakota vervuilde lucht in kooien met genetisch identieke muizen. De onderzoekers varieerden de concentratie vervuilende stoffen en de duur van de behandeling. Hoe hoger de blootstelling, hoe meer schade ze vaststelden bij de dieren. "Onze gegevens ondersteunen de theorie dat langdurige blootstelling aan fijnstof in de lucht de hersenen verandert en de ontwikkeling van vroege Alzheimer-achtige pathologie bevordert," legt Combs uit. In 2018 rapporteerden wetenschappers van het Cedars-Sinai Medical Centre in Los Angeles dat zware metalen uit vervuilde lucht al na een paar maanden de hersenen van ratten binnendringen. De stoffen activeren daar blijkbaar genen die neurodegeneratieve processen en kanker bevorderen.

Milieuvervuiling beschadigt de bloedvaten en verhoogt zo het risico op Alzheimer en andere vormen van dementie. Het DNA van veel mensen met late Alzheimer bevat genvarianten die hen vatbaarder maken voor de ziekte. Luchtvervuiling zou met sommige van deze genvarianten kunnen interageren en zo de ontwikkeling van de ziekte kunnen bevorderen, legt klinisch psycholoog Margaret Gatz van de Universiteit van Zuid-Californië uit. De hersenen van de getroffenen zouden dan sneller verouderen en er zouden meer neuronen afsterven. "Er is bewijs dat vasculaire risicofactoren gevaarlijker zijn voor mensen met de _APOE4 genvariant," legt ze uit, "maar veel onderzoeken hebben zich gericht op het genetische risico van de ziekte en hebben de levensstijl en de omgevingscomponent vrijwel genegeerd.

"Wat giftige stoffen uit fijn stof doen met de hersenen sluit goed aan bij ideeën over hoe Alzheimer-gerelateerde schade zich ontwikkelt. Zoals neurotoxicoloog Deborah Cory-Slechta van de University of Rochester Medical Center uitlegt, stimuleren de stoffen bij zowel dieren als mensen immuuncellen in de hersenen, bekend als microglia, om cytokinen af te geven. Deze signaalmoleculen helpen de immuunafweer en ontstekingen te controleren. Onder normale omstandigheden beschermt dit onze hersenen tegen indringers van buitenaf.

Langdurige blootstelling aan vervuilde lucht kan leiden tot een overproductie van ontstekingsbevorderende cytokinen en dus tot chronische ontsteking, met het afsterven van zenuwcellen tot gevolg. "Ultrafijne deeltjes lijken de belangrijkste factor in dit proces te zijn," merkt Cory-Slechta op.

Het is echter moeilijk om te bepalen welke componenten van de deeltjes de problemen veroorzaken. "Ten eerste hebben we hier heel weinig historische gegevens over," legt de onderzoeker uit. Dit maakt het moeilijk om de relatieve concentratie van verontreinigende stoffen in het milieu te beoordelen. Ten tweede bevatten ze veel componenten die moeilijk afzonderlijk getest kunnen worden. Zwevende deeltjes in uitlaatgassen bestaan uit honderden stoffen, van giftige stoffen zoals zwaveldioxide en stikstofoxiden tot inhaleerbare deeltjes die afkomstig zijn van de slijtage van remmen, banden en koppelingen van motorvoertuigen.

Volgens Cory-Slechta stapelen luchtverontreinigende stoffen zich jarenlang op in de hersenen. Wat daar precies terechtkomt via de longen is nog niet helemaal duidelijk. Het is ook de vraag wanneer de stoffen problemen beginnen te veroorzaken. "IJzer, zink, koper en andere metalen hebben de hersenen nodig, maar alleen in bepaalde hoeveelheden," legt ze uit. "Te veel ijzer veroorzaakt oxidatieve stress, wat kan leiden tot neurodegeneratie. Sommige verontreinigende stoffen, zoals aluminium, spelen geen belangrijke rol in de hersenen, maar hebben de neiging om zich daar op te hopen en een ontstekingsreactie te veroorzaken." Niet alleen metalen zijn problematisch. Organische vervuilende stoffen zouden volgens de neurotoxicoloog ook betrokken kunnen zijn bij neurodegeneratieve ziekten.

Van de rioolwaterzuiveringsinstallatie naar het zenuwstelsel

Dit zijn bijvoorbeeld lipopolysacchariden. Ze komen oorspronkelijk van bacteriën. Ze worden verspreid in de omgevingslucht vanuit afvalwaterzuiveringsinstallaties en andere bronnen. Ze kunnen zich hechten aan kleine deeltjes en bij inademing een ontstekingsreactie in de longen veroorzaken. In dierproeven hebben wetenschappers aangetoond dat lipopolysachariden en andere organische stoffen soms de hersenen binnendringen en ontstekingen en neurodegeneratie veroorzaken.

Jiu-Chiuan Chen, arts en epidemioloog aan de Universiteit van Zuid-Californië, is gespecialiseerd in het bestuderen van luchtverontreinigende stoffen in de hersenen. Hoewel het nog steeds discutabel is hoe de afzonderlijke componenten werken, draagt het mengsel duidelijk bij aan hersenschade en cognitieve problemen, legt hij uit. Chen was co-auteur van een studie die in 2019 werd gepubliceerd en die een verband beschreef tussen fijnstofvervuiling, structurele veranderingen in de hersenen en geheugenverlies bij oudere vrouwen. Hij en zijn collega's analyseerden gegevens van beeldvormingstechnieken en cognitieve tests met behulp van een wiskundig model dat waarden uit twee verschillende bronnen over de luchtkwaliteit in de leefomgeving van de proefpersonen verwerkte.

Verzwakking van het langetermijngeheugen

"We ontdekten dat het episodisch geheugen eerder verslechterde bij vrouwen met de hoogste blootstelling aan vervuilende stoffen," legt hij uit. Dit type langetermijngeheugen stelt mensen in staat om zich een ervaring uit het verleden te herinneren - inclusief waar en wanneer het gebeurde en welke emoties het moment losmaakte. Het verlies dat Chen bij de vrouwen waarnam, trad al op vóór de symptomen van de ziekte van Alzheimer. Bovendien waren de effecten niet afhankelijk van de conditie van het cardiovasculaire systeem van de proefpersonen. Het is aangetoond dat mensen met een verzwakt episodisch geheugen een sterk verhoogd risico hebben op het ontwikkelen van de ziekte van Alzheimer.

"Er zijn meer dan tien onderzoeken die een verband leggen tussen een hoge blootstelling aan vervuilende stoffen op latere leeftijd en dementie," zegt Chen. "Het bewijs is behoorlijk overtuigend." Of blootstelling op jonge leeftijd ook een factor is, is echter minder duidelijk. "Toxicologen voeren al experimenten uit op jonge dieren en ze zien pathologische veranderingen. Het lijkt erop dat kleine deeltjes het proces van plaquevorming kunnen versnellen. Maar we weten nog niet zeker of dit ook bij mensen gebeurt." Hij voegt eraan toe dat er een genetische component zou kunnen zijn - sommigen zijn gevoeliger voor de effecten van vervuiling dan anderen. Er is misschien een subgroep van mensen met een zeer hoog risico. "Onze huidige onderzoeken zijn nog niet uitgebreid genoeg om deze vraag te beantwoorden."

Sommigen zien ook iets goeds in de bevindingen tot nu toe: ze bieden een kans om maatregelen te nemen om het ziekterisico voor veel mensen te verminderen. Epidemioloog Melinda Power van de George Washington University bestudeert aanpasbare risicofactoren voor cognitieve achteruitgang en dementie. "Op dit moment lijkt het erop dat preventie door het veranderen van milieu- en leefstijlfactoren onze beste kans is," zegt ze, "en vooral blootstelling aan luchtvervuiling lijkt belangrijk te zijn."

Epidemioloog Kelly Bakulski van de Universiteit van Michigan voegt eraan toe dat de gegevens een sterk pleidooi zijn voor strengere controles op de luchtkwaliteit. "In tegenstelling tot onze genen, kunnen we omgevingsfactoren beïnvloeden. Het verwijderen van vervuilende stoffen uit onze omgeving zal geen schadelijke effecten hebben, maar juist veel positieve," legt ze uit.

Veranderingen in de levensstijl helpen ook om het risico op ziekten te verminderen. "Het is aangetoond dat lichaamsbeweging het risico op Alzheimer vermindert," legt Margaret Gatz uit. Lichaamsbeweging verbetert de bloedtoevoer naar de hersenen. Het verhoogt ook de productie van een eiwit genaamd BDNF, dat de groei en het onderhoud van hersencellen bevordert. We kennen de verwoesting die de ziekte veroorzaakt. Daarom is het tijd om dergelijke preventieve maatregelen te nemen. "We hebben de middelen om dat te doen," zegt Bakulski, "en gezien het risico moeten we die gebruiken."

Auteur: