Částice ve vzduchu jsou nebezpečnější, než se dříve myslelo – mohou vyvolat zápal plic, astma nebo dokonce rakovinu

Vědci z Institutu Paula Scherrera PSI poprvé pozorovali fotochemické procesy uvnitř nejmenších částic ve vzduchu. Současně zjistili, že v těchto aerosolech se v každodenních podmínkách tvoří další kyslíkové radikály, které mohou být škodlivé pro lidské zdraví. O svých výsledcích informují dnes (19. března 2021) v časopise Příroda komunikace.

Je dobře známo, že částice ve vzduchu mohou představovat nebezpečí pro lidské zdraví. Částice o maximálním průměru deseti mikrometrů mohou proniknout hluboko do plicní tkáně a usazovat se tam. Obsahují reaktivní formy kyslíku (ROS), nazývané také kyslíkové radikály, které mohou poškodit plicní buňky. Čím více částic ve vzduchu plave, tím větší je riziko. Částice vstupují do ovzduší z přírodních zdrojů, jako jsou lesy nebo sopky. Lidské činnosti, například v továrnách a dopravě, však množí množství tak, aby koncentrace dosáhly kritické úrovně. Potenciál částic přivést kyslíkové radikály do plic nebo je tam vytvářet již byl testován na různé zdroje. Nyní vědci PSI získali důležité nové poznatky.

Z předchozích výzkumů je známo, že některé ROS se tvoří v lidském těle, když se částice rozpustí v povrchové tekutině dýchacího traktu. Částice obvykle obsahují chemické složky, jako jsou kovy, jako je měď a železo, a také určité organické sloučeniny. Vyměňují si atomy kyslíku s jinými molekulami a vytvářejí vysoce reaktivní sloučeniny, jako je peroxid vodíku (H2O2), hydroxyl (HO) a hydroperoxyl (HO2), které způsobují takzvaný oxidační stres. Napadají například nenasycené mastné kyseliny v těle, které pak již nemohou sloužit jako stavební kámen pro buňky. Lékaři těmto procesům připisují zápal plic, astma a různá další onemocnění dýchacích cest. Mohla by být spuštěna i rakovina, protože ROS může také poškodit genetický materiál DNA.

Nové poznatky díky jedinečné kombinaci zařízení

Již nějakou dobu je známo, že některé reaktivní typy kyslíku jsou již přítomny v částicích v atmosféře a že vstupují do našeho těla jako takzvaný exogenní ROS vzduchem, který dýcháme, aniž by se tam musely nejprve tvořit. Jak se ukázalo, vědci dosud dostatečně pečlivě nepozorovali: „Předchozí studie analyzovaly částice pomocí hmotnostních spektrometrů, aby zjistily, z čeho se skládají,“ vysvětluje Peter Aaron Alpert, první autor nové studie PSI. „Ale to ti nedává žádné informace o struktuře jednotlivých částic a o tom, co se v nich děje.“

Markus Ammann

Markus Ammann na jednom ze zařízení používaných k testování jemného prachu. Uznání: Paul Scherrer Institute / Markus Fischer

Naproti tomu Alpert využil možností, které nabízí PSI, aby se podíval blíže: „S jasným rentgenovým světlem ze švýcarského světelného zdroje SLS, mohli jsme se na takové částice nejen dívat jednotlivě s rozlišením menším než jeden mikrometr, ale dokonce se dívat na částice, zatímco v nich probíhaly reakce. „K tomu také použil nový typ článku vyvinutý v PSI, který dokáže simulovat širokou škálu atmosférických podmínek prostředí. Může přesně regulovat teplotu, vlhkost a expozici plynů a má ultrafialový LED světelný zdroj, který představuje sluneční záření. „V kombinaci s rentgenovou mikroskopií s vysokým rozlišením je na světě jen jedno místo,” říká Alpert. Studie by proto byla možná pouze na PSI. Úzce spolupracoval s vedoucím výzkumné skupiny pro povrchovou chemii PSI Marcusem Ammannem Podporu získal také od výzkumníků pracujících s atmosférickými chemiky Ulricha Kriegera a Thomase Petera na ETH v Curychu, kde byly provedeny další experimenty se suspendovanými částicemi, a také od odborníků pracujících s Hartmutem Hermannem z Leibnizova institutu pro výzkum troposféry v Lipsku.

Jak vznikají nebezpečné sloučeniny

Vědci zkoumali částice, které obsahují organické složky a železo. Železo pochází z přírodních zdrojů, jako je pouštní prach a sopečný popel, ale také se vyskytuje v emisích z průmyslu a dopravy. Organické složky také pocházejí z přírodních a antropogenních zdrojů. V atmosféře se tyto složky spojují a vytvářejí komplexy železa, které pak při vystavení slunečnímu záření reagují na takzvané radikály. Oni zase váží veškerý dostupný kyslík a tak produkují ROS.

Peter Alpert

Peter Aaron Alpert analyzuje procesy v nejjemnějších částicích ve vzduchu. Škodlivé látky se již vytvářejí v atmosféře, nejen v lidském těle. Uznání: Paul Scherrer Institute / Markus Fischer

Obvykle za vlhkého dne velká část těchto ROS difunduje z částic do vzduchu. V takovém případě již nepředstavuje další nebezpečí, pokud vdechneme částice, které obsahují méně ROS. V suchém dni se však tyto radikály hromadí uvnitř částic a během několika sekund tam spotřebují veškerý dostupný kyslík. A to kvůli viskozitě: Částice mohou být pevné jako kámen nebo kapalné jako voda – ale v závislosti na teplotě a vlhkosti mohou být také polotekuté jako sirup, sušená žvýkačka nebo švýcarské bylinné kapky v krku. „Zjistili jsme, že tento stav částice zajišťuje, že radikály zůstanou v částice zachyceny,“ říká Alpert. A zvenčí nemůže vstoupit žádný další kyslík.

Je obzvláště alarmující, že nejvyšší koncentrace ROS a radikálů jsou tvořeny interakcí železa a organických sloučenin v každodenních povětrnostních podmínkách: s průměrem pod 60 procent a teplotami kolem 20 stupňů C, což je také typické pro vnitřní podmínky. „Předpokládalo se, že ROS se tvoří ve vzduchu – pokud vůbec – pouze tehdy, když jemné prachové částice obsahují relativně vzácné sloučeniny, jako jsou chinony,“ říká Alpert. Jedná se o oxidované fenoly, které se vyskytují například v rostlinných pigmentech a houbách. Nedávno vyšlo najevo, že v částicích existuje mnoho dalších zdrojů ROS. „Jak jsme nyní zjistili, tyto známé radikální zdroje lze významně posílit v běžných každodenních podmínkách.“ Přibližně každá dvacátá částice je organická a obsahuje železo.

Ale to není vše: „Stejné fotochemické reakce pravděpodobně probíhají i v jiných jemných prachových částicích,“ říká vedoucí výzkumné skupiny Markus Ammann. “Dokonce máme podezření, že téměř všechny suspendované částice ve vzduchu vytvářejí tímto způsobem další radikály,” dodává Alpert. “Pokud se to potvrdí v dalších studiích, musíme urgentně upravit naše modely a kritické hodnoty s ohledem na kvalitu ovzduší.” Možná jsme zde našli další faktor, který vysvětlí, proč se u tolik lidí vyvine respirační onemocnění nebo rakovina bez jakékoli konkrétní příčiny. “

Alespoň ROS mají jednu pozitivní stránku – zejména během pandemie Covid-19 – jak naznačuje také studie: Také napadají bakterie, viry a jiné patogeny přítomné v aerosolech a činí je neškodnými. Toto spojení může vysvětlovat proč SARS-CoV-2 virus má nejkratší dobu přežití na vzduchu při pokojové teplotě a střední vlhkosti.

Odkaz: 19. března 2021, Nature Communications.
DOI: 10.1038 / s41467-021-21913-x

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Líheň je otevřená, stanici zabírá 10 členů posádky

Nově přidaný personál stanice, který se skládal z 10 členů, se shromáždil v servisní jednotce Zvezda, aby uspořádali uvítací ceremoniál s rodinnými příslušníky a...

Chronické virové infekce mohou mít hluboký trvalý účinek na imunitu člověka, podobně jako stárnutí

Analýza topologie sítě funkce imunitního systému představující desítky integrovaných buněčných odpovědí, které jsou během odstraňování viru hepatitidy C u lidí obráceny. Zkoumané signální...

Byly odhaleny bizarní dýchací orgány 450 milionů let starých mořských živočichů

Zápočet: UCR Trilobité měli při dýchání jednu nohu Nová studie našla první důkazy o vysoce vyvinutých dýchacích orgánech u mořských živočichů starých 450 milionů let. ...

“Čmáranice světla” v reálném čase

Vědci z Tokijské metropolitní univerzity vyvinuli zjednodušený algoritmus pro převod volně nakreslených čar na standardním stolním procesoru na hologramy. Dramaticky snižují náklady na...

Mineralogie hluboké kůry Země pohání hotspoty pro domácí život

Tým DeMMO Field zleva doprava: Lily Mumper, Britney Kruger a Caitlin Cesar vzorky zlomenin z vrtné soupravy DeMMO. Kredit: © Matt Kapost Pod zeleným...

Newsletter

Subscribe to stay updated.