Wraz ze wzrostem ilości pyłu zawieszonego wzrasta liczba przypadków demencji w danym regionie. Ostatnie badania pokazują, w jaki sposób cząsteczki mogą przemieszczać się z płuc i nosa do mózgu i powodować tam uszkodzenia.

Mój pierwszy dzień w Mexico City był trudny. Smog był tak gęsty, że wchodząc po schodach łapałem powietrze. Spodziewałem się bólu głowy; miasto położone jest na płaskowyżu 2250 metrów nad poziomem morza, a zawartość tlenu w powietrzu jest odpowiednio niższa niż na wybrzeżu. Byłem jednak zaskoczony tym, jak bardzo zanieczyszczone powietrze szczypało mnie w oczy i płuca.

W 1992 roku Organizacja Narodów Zjednoczonych uznała Mexico City za najbardziej zanieczyszczoną metropolię na świecie. Od tego czasu jego administracja zrobiła wiele, aby poprawić sytuację. Z pewnymi sukcesami: Miasto słusznie szczyci się kilometrami ścieżek rowerowych i bujnymi parkami. Jednak rzut oka na zamazany horyzont pokazuje, że wysiłki wciąż nie są wystarczające. Przez większość dni powietrze zawiera znacznie więcej cząstek sadzy niż limity zalecane przez Światową Organizację Zdrowia. Zwiększony jest również poziom innych zanieczyszczeń. Ponad 9,6 miliona pojazdów i około 50 000 kominów fabrycznych wydmuchuje spaliny do centrum miasta. Spaliny te spowijają metropolię toksyczną mieszanką, która uszkadza płuca i serca. Wielu naukowców zgadza się obecnie, że zanieczyszczenie wpływa nawet na układ nerwowy.

Badanie opublikowane w 2018 r. wykazało zniszczenia charakterystyczne dla choroby Alzheimera w mózgach mieszkańców miasta. Wszyscy badani byli w wieku poniżej 40 lat. Zwykle pierwsze oznaki choroby pojawiają się dopiero w znacznie starszym wieku. Miasto Meksyk nie jest tutaj wyjątkiem: Kilka lat temu zespół z Uniwersytetu Harvarda opublikował swoją analizę danych dotyczących dziesięciu milionów amerykańskich odbiorców Medicare w wieku powyżej 65 lat mieszkających w 50 różnych miastach w północno-wschodniej części USA. Naukowcy odkryli silną korelację między niektórymi zanieczyszczeniami powietrza a występowaniem kilku chorób neurodegeneracyjnych, w tym choroby Alzheimera..Dalsze badania przyniosły podobne wyniki. "Wpływ zanieczyszczenia powietrza staje się jednym z najgorętszych obszarów badań nad chorobą Alzheimera" - wyjaśnia George Perry, neurobiolog z University of Texas w San Antonio i redaktor naczelny Journal of Alzheimer's Disease. Wielu ekspertów uznało, że zanieczyszczenie powietrza może przyczyniać się do rozwoju choroby, mówi Perry. Toksykolog Masashi Kitazawa z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine potwierdza tę ocenę. "W badaniach nad chorobą Alzheimera wpływ genów odgrywa główną rolę i przez długi czas prawie nikt nie chciał spojrzeć poza to" - mówi. "Jednak w ciągu ostatnich trzech lub czterech lat liczba artykułów łączących zanieczyszczenie powietrza z pogorszeniem funkcji poznawczych gwałtownie wzrosła". W najczęstszej postaci choroby Alzheimera, która rozpoczyna się w późnym wieku, styl życia i szkodliwe wpływy środowiskowe mogą stanowić od 40 do 65 procent ryzyka rozwoju choroby. Zanieczyszczenie powietrza jest jednym z głównych czynników.

Mózg zanieczyszczony cząstkami stałymi

Szczególnie niepokojące są dane dotyczące zawieszonych kropelek wypełnionych toksynami lub cząstkami stałymi o średnicy około jednej trzydziestej ludzkiego włosa. Ten pył zawieszony (znany również jako PM2_.5 ze względu na swój specyficzny rozmiar) jest zwykle wytwarzany podczas spalania ropy naftowej, gazu, węgla i drewna. Jest emitowany głównie przez samochody, ciężarówki i elektrownie. Z każdym oddechem cząsteczki dostają się głęboko do płuc, a stamtąd do krwi. W ten sposób PM2_. 5 ma niszczący wpływ na układ oddechowy i układ krążenia człowieka. Nowotwory, zawały serca, udary i przedwczesne zgony rosną wraz z poziomem zanieczyszczenia.

"Wpływ zanieczyszczenia powietrza staje się jednym z najgorętszych obszarów badań nad chorobą Alzheimera" - George Perry

Kiedyś uważano, że mózg jest chroniony przed takim atakiem. W końcu posiada on barierę krew-mózg, warstwę ciasno upakowanych komórek, które wyściełają naczynia krwionośne w mózgu. Bariera ta zapobiega przedostawaniu się toksycznych substancji z krwi do tkanki mózgowej. Niestety, istnieją przekonujące dowody na to, że PM2_.5 może jednak przedostawać się do mózgu na dwa sposoby: po pierwsze, cząsteczki mogą zmieniać barierę krew-mózg, czyniąc ją bardziej przepuszczalną dla zanieczyszczeń. Po drugie, mogą całkowicie ominąć barierę, przenikając przez nerw węchowy przez nos i podróżując stamtąd do opuszki węchowej. Okazuje się, że mózg nie jest lepiej chroniony przed nieustannym atakiem zanieczyszczeń powietrza niż inne narządy.

Wczesne oznaki choroby Alzheimera nawet u niemowląt i małych dzieci

Wiele z ostatnich prac łączących niską jakość powietrza z chorobami mózgu opiera się na badaniach Lilian Calderón-Garcidueñas. Neuropatolog z University of Montana urodziła się niedaleko Mexico City i dorastała w pobliżu metropolii. Od dziesięcioleci bada wpływ zanieczyszczeń w regionie na zdrowie. Na początku XXI wieku przeprowadziła sekcję 32 psów, które mieszkały w południowo-zachodniej części miasta Meksyk. Znalazła oznaki procesów degeneracyjnych w ich mózgach.

To odkrycie skłoniło ją do zbadania ludzi, którzy mieszkali w podobnych dzielnicach. To, co zobaczyła - złogi podobne do tych znalezionych u pacjentów z chorobą Alzheimera w mózgach niemowląt i małych dzieci - zaalarmowało ją. Jak napisała w 2008 roku, narażenie na zanieczyszczenie powietrza powinno być uważane za czynnik ryzyka choroby Alzheimera. Dotyczy to w szczególności osób, które są bardziej podatne na tę chorobę ze względu na ich uwarunkowania genetyczne.

Nowsze badania potwierdzają wnioski Calderón-Garcidueñas. Jennifer Weuve, profesor nadzwyczajny w Boston University School of Public Health, przeprowadziła jedno z pierwszych ogólnoamerykańskich badań dotyczących związku między zanieczyszczeniem powietrza a chorobami neurologicznymi. Ona i jej zespół opublikowali wyniki w 2012 r. "Mieliśmy dwie wskazówki dotyczące związku między starzeniem się mózgu a zanieczyszczeniem powietrza" - wyjaśnia. Pierwszą z nich był wpływ na układ sercowo-naczyniowy: rosnąca liczba zawałów serca i udarów mózgu. "Mózg jest zależny od sprawnego krążenia krwi. Oczywiście wzbudziło to obawy, że może to mieć również wpływ na mózg".

Druga wskazówka była bardziej subtelna. Toksykolodzy przeprowadzili kilka dobrze kontrolowanych badań na zwierzętach wystawionych na działanie powietrza o wysokim poziomie cząstek stałych. Cząsteczki rzeczywiście dostały się do mózgu. "Niektóre z tych cząstek zawierały znane neurotoksyny, takie jak mangan. Wiedzieliśmy, że to nie może być dobre" - mówi Weuve.

Dane z innych badań epidemiologicznych potwierdzają obecnie, że pył zawieszony jest czynnikiem ryzyka. W badaniu opublikowanym w 2018 r. naukowcy monitorowali stan zdrowia około 131 000 londyńczyków w wieku od 50 do 79 lat przez osiem lat. Najwięcej przypadków demencji odnotowano wśród osób narażonych na największe zanieczyszczenie powietrza. Związek między chorobą Alzheimera a_{cząsteczkami} PM2_,5 był szczególnie silny. Podobne wnioski przyniosło badanie przeprowadzone na prawie 100 000 osób na Tajwanie. Naukowcy z Uniwersytetu w Toronto przeanalizowali dane 6,6 miliona mieszkańców kanadyjskiej prowincji Ontario. Osoby mieszkające w odległości do 50 metrów od głównej drogi miały o 12 procent wyższe ryzyko demencji niż te, które mieszkały w odległości większej niż 200 metrów.

Zbieg okoliczności?

Takie badania mają swoje ograniczenia. Pokazują one, kiedy dwa czynniki - w tym przypadku zanieczyszczenie powietrza i choroba Alzheimera - coraz częściej występują razem. Nie mogą jednak udowodnić, czy i w jaki sposób są one ze sobą powiązane. Wymaga to badań, w których organizmy są specjalnie narażone na podejrzany czynnik ryzyka. Nieetyczne byłoby jednak proszenie ludzi o świadome wystawianie się na działanie zanieczyszczonego powietrza przez miesiące lub lata. Ale tylko dzięki danym z takich kontrolowanych eksperymentów naukowcy mogą ustalić, czy zanieczyszczenie powietrza sprawia, że mieszkańcy danego regionu są bardziej podatni na chorobę Alzheimera, czy też inne czynniki leżą u podstaw zwiększonej liczby przypadków tej choroby.

"W idealnym świecie każdy nosiłby monitor zanieczyszczenia powietrza, abyśmy mogli uzyskać dane w czasie rzeczywistym na temat ich narażenia na zanieczyszczenia". Jennifer Weuve

"W idealnym świecie każdy nosiłby monitor zanieczyszczenia powietrza, abyśmy mogli uzyskać dane w czasie rzeczywistym na temat poziomu zanieczyszczenia" - mówi Weuve. "Ale nie żyjemy w idealnym świecie". Dlatego jej zespół współpracuje z ekspertami, którzy tworzą modele szacujące poziom zanieczyszczenia w regionie. Jednak to nie wystarczy: W przypadku choroby Alzheimera liczy się przewlekła, długotrwała ekspozycja. "Nie mamy nawet globalnego rejestru pacjentów z chorobą Alzheimera, nie mówiąc już o wystarczających zasobach, aby monitorować ludzi przez wiele lat, zanim rozwinie się u nich choroba". W niektórych regionach świata zanieczyszczenie powietrza jest tak duże, że ludzie umierają na choroby serca, zanim pojawią się u nich objawy choroby Alzheimera o późnym początku.

Naukowcy wykorzystują modele zwierzęce do bardziej szczegółowego zbadania tego związku. Z ich pomocą śledzą również mechanizmy biologiczne, które mogą powodować pogorszenie funkcji poznawczych. W 2015 roku zespół kierowany przez neurobiologa Colina Combsa z University of North Dakota pompował zanieczyszczone powietrze do klatek z genetycznie identycznymi myszami. Naukowcy zmieniali stężenie zanieczyszczeń i czas trwania leczenia. Im wyższa ekspozycja, tym więcej uszkodzeń zaobserwowano u zwierząt. "Nasze dane potwierdzają teorię, że długotrwała ekspozycja na pył zawieszony w powietrzu zmienia mózg i sprzyja rozwojowi wczesnej patologii podobnej do choroby Alzheimera" - wyjaśnia Combs. W 2018 r. naukowcy z Centrum Medycznego Cedars-Sinai w Los Angeles poinformowali, że metale ciężkie z zanieczyszczonego powietrza przenikają do mózgów szczurów już po kilku miesiącach. Substancje te najwyraźniej aktywują tam geny, które sprzyjają procesom neurodegeneracyjnym i nowotworom.

Zanieczyszczenie środowiska uszkadza naczynia krwionośne, a tym samym zwiększa ryzyko choroby Alzheimera i innych form demencji. DNA wielu osób z późną postacią choroby Alzheimera zawiera warianty genów, które czynią je bardziej podatnymi na tę chorobę. Zanieczyszczenie powietrza może wchodzić w interakcje z niektórymi z nich, a tym samym sprzyjać rozwojowi choroby, wyjaśnia psycholog kliniczny Margaret Gatz z Uniwersytetu Południowej Kalifornii. Mózgi osób dotkniętych tą chorobą starzałyby się szybciej, a więcej ich neuronów umierałoby. "Istnieją dowody na to, że naczyniowe czynniki ryzyka są bardziej niebezpieczne dla osób z wariantem genu _APOE4", wyjaśnia, "ale wiele badań koncentrowało się na genetycznym ryzyku choroby i praktycznie ignorowało styl życia i komponent środowiskowy".

"To, co toksyczne substancje z cząstek stałych robią z mózgiem, dobrze pasuje do pomysłów na temat tego, jak rozwijają się uszkodzenia związane z chorobą Alzheimera. Jak wyjaśnia neurotoksykolog Deborah Cory-Slechta z University of Rochester Medical Center, zarówno u zwierząt, jak i u ludzi, substancje te stymulują komórki odpornościowe w mózgu, znane jako mikroglej, do uwalniania cytokin. Te cząsteczki sygnalizacyjne pomagają kontrolować obronę immunologiczną i stan zapalny. W normalnych warunkach chroni to nasz mózg przed zewnętrznymi intruzami.

Długotrwała ekspozycja na zanieczyszczone powietrze może prowadzić do nadprodukcji cytokin prozapalnych, a tym samym do przewlekłego stanu zapalnego, co prowadzi do śmierci komórek nerwowych. "Ultradrobny pył zawieszony wydaje się być najważniejszym czynnikiem w tym procesie" - zauważa Cory-Slechta.

Trudno jest jednak określić, które składniki cząstek powodują problemy. "Po pierwsze, mamy bardzo mało danych historycznych na ten temat" - wyjaśnia badaczka. Utrudnia to ocenę względnego stężenia zanieczyszczeń w środowisku. Po drugie, zawierają one wiele składników, które trudno jest badać oddzielnie. Cząstki stałe w spalinach obejmują setki substancji, od toksyn, takich jak dwutlenek siarki i tlenki azotu, po cząstki respirabilne pochodzące ze ścierania hamulców, opon i sprzęgieł w pojazdach silnikowych.

Według Cory-Slechty, zanieczyszczenia powietrza mają tendencję do gromadzenia się w mózgu przez wiele lat. To, co dokładnie dostaje się tam przez płuca, nie jest jeszcze w pełni zrozumiałe. Wątpliwe jest również, kiedy substancje te zaczynają powodować problemy. "Żelazo, cynk, miedź i inne metale są potrzebne mózgowi, ale tylko w określonych ilościach" - wyjaśnia. "Zbyt duża ilość żelaza wywołuje stres oksydacyjny, który może prowadzić do neurodegeneracji. Niektóre zanieczyszczenia, takie jak aluminium, nie odgrywają znaczącej roli w mózgu, ale mają tendencję do gromadzenia się tam i wywoływania reakcji zapalnej". Nie tylko metale stanowią problem. Według neurotoksykologa, zanieczyszczenia organiczne mogą być również zaangażowane w choroby neurodegeneracyjne.

Z oczyszczalni ścieków do układu nerwowego

Należą do nich na przykład lipopolisacharydy. Pierwotnie pochodzą one od bakterii. Są one rozprowadzane w otaczającym powietrzu z oczyszczalni ścieków i innych źródeł. Mogą przyczepiać się do drobnych cząsteczek i powodować reakcję zapalną w płucach podczas wdychania. W eksperymentach na zwierzętach naukowcy wykazali, że lipopolisacharydy i inne substancje organiczne czasami dostają się do mózgu i wywołują stan zapalny, a następnie neurodegenerację.

Jiu-Chiuan Chen, lekarz i epidemiolog z Uniwersytetu Południowej Kalifornii, specjalizuje się w badaniu wpływu zanieczyszczeń powietrza na mózg. Chociaż nadal dyskusyjne jest, w jaki sposób działają poszczególne składniki, mieszanka ta wyraźnie przyczynia się do uszkodzenia mózgu i problemów poznawczych, wyjaśnia. Chen był współautorem badania opublikowanego w 2019 r., w którym opisano związek między zanieczyszczeniem pyłem zawieszonym, zmianami strukturalnymi w mózgu i utratą pamięci u starszych kobiet. On i jego koledzy przeanalizowali dane z technik obrazowania i testów poznawczych przy użyciu modelu matematycznego, który uwzględniał wartości z dwóch różnych źródeł na temat jakości powietrza w środowisku życia badanych.

Osłabienie pamięci długotrwałej

"Odkryliśmy, że pamięć epizodyczna pogorszyła się wcześniej u kobiet z najwyższą ekspozycją na zanieczyszczenia" - wyjaśnia. Ten rodzaj pamięci długotrwałej pozwala ludziom przypomnieć sobie przeszłe doświadczenia - w tym gdzie i kiedy się wydarzyły oraz jakie emocje wywołał ten moment. Straty, które Chen zaobserwował u kobiet, pojawiły się nawet przed wystąpieniem objawów choroby Alzheimera. Co więcej, efekty nie były zależne od stanu układu sercowo-naczyniowego badanych. Wykazano, że osoby z osłabioną pamięcią epizodyczną mają znacznie zwiększone ryzyko rozwoju choroby Alzheimera.

"Istnieje ponad dziesięć badań łączących wysokie narażenie na zanieczyszczenia w późniejszym życiu z demencją" - mówi Chen. "Dowody są dość przekonujące". Jednak to, czy narażenie w młodym wieku jest również czynnikiem, jest mniej jasne. "Toksykolodzy przeprowadzają już eksperymenty na młodych zwierzętach i obserwują zmiany patologiczne. Wydaje się, że małe cząsteczki mogą przyspieszyć proces tworzenia się płytki nazębnej. Ale nie jesteśmy jeszcze pewni, czy dzieje się tak również u ludzi". Dodaje, że może istnieć komponent genetyczny - niektórzy mogą być bardziej podatni na skutki zanieczyszczenia niż inni. Może istnieć podgrupa ludzi, którzy są narażeni na bardzo wysokie ryzyko. "Nasze obecne badania nie są jeszcze wystarczająco kompleksowe, aby odpowiedzieć na to pytanie".

Niektórzy widzą również coś dobrego w dotychczasowych odkryciach: oferują one możliwość podjęcia działań w celu zmniejszenia ryzyka chorób u wielu osób. Epidemiolog Melinda Power z George Washington University bada modyfikowalne czynniki ryzyka pogorszenia funkcji poznawczych i demencji. "Obecnie wygląda na to, że najlepszym rozwiązaniem jest zapobieganie poprzez zmianę czynników środowiskowych i stylu życia" - mówi - "a narażenie na zanieczyszczenie powietrza wydaje się być szczególnie ważne".

Epidemiolog Kelly Bakulski z University of Michigan dodaje, że dane te stanowią mocny argument za zaostrzeniem kontroli jakości powietrza. "W przeciwieństwie do naszych genów, możemy wpływać na czynniki środowiskowe. Usunięcie zanieczyszczeń z naszego środowiska nie będzie miało szkodliwych skutków, ale wiele pozytywnych" - wyjaśnia.

Zmiany w stylu życia również pomagają zmniejszyć ryzyko chorób. "Wykazano, że aktywność fizyczna zmniejsza ryzyko wystąpienia choroby Alzheimera" - wyjaśnia Margaret Gatz. Ćwiczenia fizyczne poprawiają przepływ krwi do mózgu. Zwiększają również produkcję białka zwanego BDNF, które wspomaga wzrost i utrzymanie komórek mózgowych. Wiemy, jakie spustoszenie powoduje ta choroba. Dlatego nadszedł czas, aby podjąć takie środki zapobiegawcze. "Mamy na to środki", mówi Bakulski, "a biorąc pod uwagę ryzyko, musimy z nich skorzystać".

Autor: