Størrelse betyder noget for luftforurening - men det er ikke nok

Nuværende regler om luftforurening fokuserer hovedsageligt på massen af ​​partikler af et bestemt størrelsesområde i en prøve, og dette er blevet brugt som en markør for deres trussel mod menneskers sundhed. Men disse luftkvalitetsstandarder adresserer ikke de medicinske implikationer af de allermindste partikler – ej heller andre egenskaber, der kan være skadelige, såsom deres kemiske sammensætning.

'(Masse) er virkelig en nyttig målestok, men måske ikke nok alene, og laboratorieforskning kunne hjælpe med at etablere (andre) målinger for luftkvalitet, der er mere sundhedsrelaterede, " sagde Dr. Konstantina Vasilatou, der leder partikel- og aerosolerlaboratoriet ved det schweiziske føderale institut for metrologi (METAS).

Den rene luft forårsaget af reduceret vej- og lufttrafik under coronavirus-lockdowns, sammen med indikationer på, at luftforurening kan være forbundet med højere dødsrater for coronavirus, sætter spørgsmålstegn ved luftforureningens effekt på menneskers sundhed på banen.

Selvom vi ved, at luftforurening kan spille en væsentlig rolle i langsigtede sundhedsproblemer såsom luftvejs- og hjerte-kar-sygdomme, kræft og demens, der er stadig mangel på granularitet omkring de nøjagtige virkninger af forskellige typer partikler.

Kemi

Ved at studere en bestemt klasse af luftbårne forurenende stoffer - kendt som sekundære organiske aerosoler - Dr. Vasilatou har til formål at vurdere, hvordan deres kemi, såvel som deres fysiske egenskaber, kan påvirke cellerne i det menneskelige åndedrætssystem.

Disse forurenende stoffer dannes, når partikler fra naturlige eller menneskeskabte kilder, inklusive sod fra køretøjsmotorer, fabrikker eller brande, blive belagt med kemikalier dannet under nedbrydning af såkaldte flygtige organiske forbindelser (VOC) i luften. Det kan være dampe fra maling eller opløsningsmidler, eller endda de naturlige kemikalier, der giver fyrretræer deres duft.

Typisk, disse flygtige organiske forbindelser gennemgår oxidation ved interaktioner med ozon, nitrogenoxid eller hydroxylradikaler i atmosfæren, hjulpet på vej af sollys. De resulterende kemikalierester, kendt som sekundært organisk stof, aflejres derefter på partiklerne eller smelter endda sammen til nye.

Dr. Vasilatou og hendes kolleger i AeroTox-konsortiet har kørt eksperimenter for at vurdere, hvordan rene kulstofpartikler belagt med forskellige mængder sekundært organisk materiale påvirker lungevæv eller dele af den menneskelige luftrør, at måle deres cytotoksicitet - hvordan de beskadiger og ødelægger celler, eller forårsage betændelse.

"Jo mere vi belægger disse partikler, jo større er cytotoksiske virkninger, " Dr. Vasilatou sagde, tilføjer, at projektets tidlige resultater stadig analyseres, men vis tydeligt, at kemien i de coatede partikler spiller en rolle i at ødelægge celler.

Forskerne arbejder stadig på at forstå, hvordan massen eller overfladearealet af de coatede partikler kan påvirke cellerne, ud over deres kemiske sammensætning.

Etiske overvejelser udelukker sådanne tests på frivillige mennesker, men forskerne bruger doneret væv og tredimensionelle multicellulære lungestilladser, sammen med nye metoder til aerosol-celle-interaktion, at give et mere realistisk billede af, hvad der ville ske under inhalation, frem for blot at gennembløde celler i væske med de forurenende stoffer.

"Vi håber at kunne rådgive folkesundhedspolitikken, eller (hjælpe) nationale sundhedsmyndigheder ved at fremlægge beviser... for at træffe mere informerede beslutninger, " sagde Dr. Vasilatou.

Denne form for forskning kunne hjælpe med at genoverveje de nuværende luftforureningsstandarder, som normalt reguleres af massekoncentrationen af ​​partikler mindre end 10 mikrometer i diameter (PM10) eller mindre end 2,5 mikrometer (PM2,5).

Disse kategorier adresserer ikke i tilstrækkelig grad de ultrafine luftbårne partikler - mindre end 100 nanometer - der kan inhaleres i det fjerneste af lungerne, og, ifølge nogle undersøgelser, derefter krydse ind i blodbanen og båret rundt i kroppen. Disse partikler findes normalt i højere koncentrationer i områder med meget vejtrafik.

Ultrafin

Nogle epidemiologiske undersøgelser tyder på, at faldende partikelstørrelse kan have alvorlige negative helbredseffekter, selvom der er inkonsekvente resultater i at udforske sammenhænge mellem ultrafine partikler og dødelighed og hospitalsindlæggelser.

"Det er vigtigt at vide, om disse partikler spiller denne negative sundhedsrolle, fordi hvis de er, så kan man bringe tilgange ind, som reducerer deres produktion i samfundet, " sagde professor Frank Kelly, fra miljøforskningsgruppen i skolen for folkesundhed ved Imperial College London, Storbritannien.

En del af vanskeligheden ved at regulere sådanne ultrafine partikler er, at de er sværere at måle og overvåge, kræver mere sofistikeret og dyrt udstyr. Det ville ikke være levedygtigt at fastsætte regulatoriske standarder, som ikke kunne overvåges effektivt, Prof. Kelly siger.

Han overvågede et forskningsprojekt om ultrafin partikelforurening, mens han var på King's College London, bekræfter mistanken om, at vejtrafik var en vigtig kilde til ultrafine forurenende stoffer i fire europæiske byer med forskellige klimaer og andre forhold.

Men et overraskende resultat af Health1UP2-undersøgelsen var den bemærkelsesværdige indvirkning af flyemissioner på luftkvaliteten i de fire byer - Barcelona, Helsinki, London og Zürich - selv når lufthavnene var placeret langt fra bymidten.

"Mange, mange kilometer væk så vi stadig disse ultrafine partikler komme fra flyets emissioner, " sagde prof. Kelly.

Mens trafikken var den største bidragyder til bykoncentrationer af de målte luftbårne partikler, Health1UP2-forskningen viste, at Barcelona oplevede en stærk sæsonbestemt effekt i overfloden af ​​ultrafine partikler på grund af effekten af ​​solskin.

Dette var især mærkbart i de lyse sommermåneder, når sollys spillede en større rolle i at nedbryde gasser i atmosfæren og danne nye aerosoler.

Mens Health1UP2-forskningen ikke identificerede en sammenhæng mellem de påviste ultrafine partikler og dødeligheden i de fire byer, Prof. Kelly sagde, at det ville være nyttigt for fremtidig forskning at analysere dataene for enhver sammenhæng med hospitalsindlæggelsesrater for specifikke kroniske helbredstilstande.

Selv i mangel af nye regler for at reducere produktionen af ​​problematiske partikler, at viden kan hjælpe folk til at genkende deres kilder – og ændre deres adfærd og livsstil for at reducere deres eksponering.