Komentarz od autora: wpis jest długi ale zachęcam do zapoznania się z nim ponieważ jest to solida porcja wiedzy.
Pył zawieszony w zależności od wielkości oddziałuje na różne struktury dróg oddechowy. Pyły stosunkowo duże, powyżej 5µm, docierają swobodnie do tchawicy i dużych oskrzeli natomiast pyły poniżej tej wielkości docierają aż do oskrzelików i pęcherzyków płucnych. Pył zawieszony w większości nie podlega akumulacji w drogach oddechowych, jego zdecydowanie większa część jest wydychana dzięki dodatniemu ciśnieniu końcowo wydechowemu. Część pyłów jednak pozostaje w drogach oddechowych i oddziałuje z ich powierzchnią. Dzieje się to za sprawą toksyn obecnych na ich powierzchni, gdzie szczególną rolę odgrywają jony metali przejściowych. Inicjują one reakcje oksydacyjne prowadząc do lokalnie wzmożonego zjawiska stresu oksydacyjnego. W jego wyniku dochodzi do rozwoju stanu zapalnego z powodu uszkodzenia struktur błon komórkowych tworzących dany odcinek dróg oddechowych. Jednocześnie w miejscu takim wzrasta aktywność syntazy tlenku azotu oraz wzmaga się wytwarzanie plwociny. Wszystko to charakterystyczne jest dla stanu obturacyjnych dróg oddechowych. Stan zapalny wywołany przez pył zawieszony jest natomiast sygnałem chemotaktycznym dla komórek żernych układu odpornościowego głównie makrofagów. Cząstka pyłu po sfagocytowaniu znacznie zwiększa swoją średnice i wraz z turbulentnym ruchem powietrza oraz wytworzoną w obrębie stanu zapalnego plwociną za pomocą rzęsek układu migawkowego jest przesuwana do jamy nosowej/ustnej. Za pomocą tego mechanizmu ok. 80-90% cząstek pyłu, które osadzą się w drogach oddechowych, jest usuwanych. Należy jednak pamiętać, że mechanizm ten ma ograniczone możliwości a dotyczy to głównie aparatu rzęskowo-migawkowego. Jego ciągłe narażenie na cząstki pyłu oraz obecność stanów zapalnych w drogach oddechowych powoduje, że rzęski zanikają. Jest to szczególnie nasilone u osób palących papierosy. Same makrofagi i inne komórki żerne nie są w pełni odporne na wszystkie toksyny, jakie na swojej powierzchni przenoszą cząstki pyłu. W skrajnych sytuacjach po sfagocytowaniu może dojść do uszkodzenia struktur komórki żernej i uwolnienia enzymów lizosomalnych, co gwałtownie nasila stan zapalny. Z tego względu całożyciowe narażenia na pył zawieszony, szczególnie jeżeli występuje on w ponadnormatywnym stężeniu, będzie prowadziło do rozwoju wielu ognisk zapalnych w obrębie dróg oddechowych, które mogą dawać początkowo nieznaczne objawy, a wrażliwość osobnicza oraz styl życia będą czynnikami, które mogą przyczynić się do rozwoju pełnej jednostki chorobowej.
Poczynając od górnych dróg oddechowych pył zawieszony wpływa tu niezwykle szkodliwe na struktury w obrębie szyi doprowadzając do rozwoju nowotworów, głównie krtani. Pył zawieszony jest czynnikiem o udowodnionym działaniu karcenogennym i jako taki został sklasyfikowany jako czynnik rakotwórczy dla człowieka (grupa 1 IARC). Potwierdzenie tego niezwykle szkodliwego zjawiska można odnaleźć w badaniu przeprowadzonym na populacji z Europy Centralnej. W doniesieniu tym przedstawiono w jaki sposób ogrzewanie domu wpływa na wystąpienie nowotworu w obrębie dróg oddechowych. Badanie ankietowe wykazało, że ogrzewanie domu węglem, co jest związane ze znaczną emisją pyłu zawieszonego, jest skorelowane z ryzykiem wystąpienie nowotworów w obrębie szyi szczególnie krtani. Jednocześnie w badaniu tym wykazano, że ten rodzaj wpływu pyłu zawieszonego na proces nowotworzenia jest skutkiem ekspozycji długoterminowej. Pył zawieszony może również przyczyniać się do rozwoju nowotworów w obrębie dolnych dróg oddechowych, a dokładnie płuc. W jednym z badań przeprowadzonym na osobach niepalących wykazano, że narażenie na pył zawieszony frakcji PM2,5 przyczynia się do nieznacznego ale istotnego wzrostu występowania nowotworu płuc. Informacja płynąca z tego badania jest niezwykle ważna dla osób, które mieszkają w rejonach o wysokich stężeniach pyłu zawieszonego w powietrzu. W innej publikacji wykazano, że wzrost stężenia drobnych pyłów prowadzi do kilkuprocentowego wzrostu ryzyka względnego wystąpienia zgonu z powodu nowotworu płuc. Z metaanalizy wykonanej w ramach projektu ESCAPE wynika, że narażenie na PM10 jest związane z wzrostem ryzyka względnego o 1,22 na 10 μg/m3 wzrostu jego stężenia w powietrzu, natomiast dla PM2,5 wzrost ryzyka względnego osiągnął wartość 1,18, dla ryzyka rozwoju nowotworów płuc. W obrębie powyższej metaanalizy zaobserwowano związek pomiędzy gruczolakorakiem płuc, a koncentracją PM10 i PM2,5, które przyczyniały się do rozwoju wspomnianego nowotworu prowadząc odpowiednio do wzrostu ryzyka względnego o 1,51 i 1,55.
Pył zawieszony pomimo swoich właściwości kancerogennych w większym stopniu wpływa przede wszystkim na rozwój oraz nagłe zaostrzenia chorób dróg oddechowych przebiegających z obturacją. Powodowany przez niego stan zapalny w obrębie dolnych dróg oddechowych posiada wiele cech analogicznych z astmą oraz przewlekłą obturacyjną chorobą płuc (POChP). Wprawdzie wyniki badań wskazujące że pył zawieszony może być przyczyną rozwoju astmy i POChP są niejednoznaczne. Natomiast jest pewne, że pył zawieszony przyczynia się do szybszego rozwoju tych chorób oraz zwiększa ryzyko wystąpienia nagłych ich zaostrzeń, co jest sytuacją bezpośrednio zagrażającą życiu i zdrowiu. Przykładem ewentualnego wpływu pyłu zawieszonego na rozwój POChP jest badanie przesiewowe wykonane na populacji mieszkańców Stanów Zjednoczonych. Do analizy w tym badaniu wybierano osoby z symptomami przewlekłej obturacyjnej choroby płuc, która jest charakterystyczna dla palaczy i osób narażonych zawodowo na znaczne zapylenie. Wśród osób u których wykryto symptomy tej choroby aż 31% nie miała styczności z papierosami ani też nie była narażonych zawodowo na pył. W tym przypadku jedynym wyjaśnieniem może być wpływ środowiskowego pyłu zawieszonego. W przypadku astmy, która aktualnie zostaje rozpoznana w okresie dzieciństwa ciężko jest wskazać na czynnik ją wywołujący. Duże znacznie w przypadku astmy odgrywa osobnicza wrażliwość, a zaraz za nią cała grupa czynników środowiskowych w tym wewnętrzne jak i zewnętrzne zanieczyszczenia powietrza, gdzie nie bez znaczenia są nawyki opiekunów dziecka. Należy w tym miejscu zaznaczyć, że dzieci ze względu na swoją budowę oraz fizjologię funkcjonowania organizmu są dużo bardziej narażone na zanieczyszczenia powietrza w porównaniu z osobami dorosłymi. Spędzają stosunkowo dużo czasu na „świeżym powietrzu”, liczba ich oddechów na minutę jest wyższa przez co są dużo bardziej narażone na zanieczyszczenia powietrza w tym szczególnie szkodliwy pył zawieszony.
Prócz samego wpływu na ewentualny rozwój chorób w obrębie układu oddechowego, pył zawieszony PM10 jak i PM2,5 są czynnikami, które mogą doprowadzić do gwałtownego pogorszenia stanu chorobowego doprowadzając bezpośrednio do stanów zagrażających życiu, aż po zejścia śmiertelne. Dotyczy to głównie ich wpływu na astmę, POChP oraz inne stany chorobowe przebiegających z dusznością. Doniesień literaturowych z tego zakresu jest bardzo dużo, z tego względu przedstawiono wybrane, które miały charakter wielośrodkowy. Dotyczą populacji europejskiej lub obrazują rozwój stanu zapalnego w obrębie dróg oddechowych, co będzie punktem wyjścia przy omawianiu wpływu na układ krążenia. W badaniach z tego zakresu, pionierskie jest badanie smogu londyńskiego, gdzie bez użycia wysublimowanych metod analizy statystycznej dało się zauważyć wyraźny wpływ zanieczyszczeń na wzrost umieralności nagłej z powodu komplikacji oddechowych. Pierwszą prącą epidemiologiczną, która pokazała, że sam pył zawieszony jest szkodliwy dla zdrowia było doniesienie C. Arden Pope III z 1992, który zaobserwował, że wzrost poziomu umieralności dziennej przypada na okres, w którym działał lokalny zakład przemysłowy emitujący znaczne ilości zanieczyszczeń pyłowych. Od tego czasu zwrócono uwagę na fakt, że nie tylko incydenty smogowe, lecz niewielkie krótkotrwałe wzrosty stężenia pyłu zawieszonego mogą przyczyniać się do niekorzystnych sytuacji zdrowotnych. W 1997 opublikowano wyniki projektu APHEA (Air Pollution and Health: a European Approach) realizowanego w 12 miastach europejskich w tym 4 polskich (Kraków, Łódź, Poznań, Wrocław). Badanie to pokazało, że wzrostowi stężenia pyłu zawieszonego o 50µg/m3 towarzyszy wzrost umieralności nie tylko z powodu chorób układu oddechowego ale również krążenia, co będzie omówione w kolejnym rozdziale. Wyraźny wpływ pyłu zawieszonego na zdrowie w omawianym projekcie APHEA dotyczył głownie miast polskich, ale wyniki nie były jednoznaczne. Projekt APHEA był kontynuowany i na jego podstawie powstał APHEA 2 realizowany w 28 europejskich miastach już bez udziału polskich miast i dotyczył on wpływu wzrostu koncentracji PM10 o 10µg/m3 na zgłaszalność do oddziałów ratunkowych z powodu astmy i POChP oraz wszystkich (skumulowanych) rozpoznań chorobowych dotyczących układu oddechowego (wg. ICD9 -460-519). Badanie to pokazało, że wzrost o 10µg/m3 koncentracji PM10 w miastach Europy zachodniej prowadzi do wzrostu zgłaszalności z powodu astmy o 1,2% dla osób w przedziale wieku 0-14 roku życia, o 1,1% w przedziale wieku od 15 do 64 lat, z powodu POChP o 1,0% u osób w wieku 65+. Natomiast wszystkie choroby układu oddechowego były związane z 0,9% wzrostem zgłaszalności w wieku 65+. Li i współpracownicy wykonali metaanalizę badań dostępnych przed rokiem 2015 dotyczących hospitalizacji nagłych oraz wzrostu poziomu umieralności dziennej z powodu POChP w zależności od stężenia PM2,5. Z analizy dostępnych badań wynika, że wzrost koncentracji PM2,5 o 10µg/m3 prowadzi do wzrostu ilości hospitalizacji z powodu POChP o 3,1%, natomiast w przypadku umieralności o 2,5%. W innym badaniu, gdzie analizowano historie wielokrotnych zgłoszeń do szpitala z powodu ostrych stanów chorobowych układu oddechowego, uzyskano wyniki, które wskazują, że pierwsze zgłoszenie do szpitala jest związane z pyłem zawieszonym w 3%, natomiast kolejne w 6%. Jednocześnie stwierdzono, że większy wpływ na drogi oddechowe wykazuje pył PM10. Badanie Tramuto F. i wsp. potwierdza wpływ pyłu zawieszonego PM10 na drogi oddechowe, a dokładnie wzrost jego koncentracji w powietrzu o 10µg/m3, zwiększa liczbę zgłaszalności z powodu obturacyjnych stanów dróg oddechowych o 3,9%. Badanie wykonane na Słowacji w ramach projektu CESAR dotyczyło wpływ TSP na występowanie u dzieci astmy, zapalenia oskrzeli i płuc. Wyniki analizy powyższego badania wskazują, że wzrost koncentracji TSP o 15µg/m3 zwiększają iloraz szans wystąpienia wymienionych chorób do 2,16 [57]. Powstały również badania, w których nie uzyskano jednoznacznych wyników wpływu pyłu zawieszonego na układ oddechowy i związane z nimi choroby i sytuacje prowadzące do przedwczesnego zgonu. Wykonano także prace badawcze w zakresie, których poszukiwano związku pomiędzy narażeniem na pył zawieszony, a rozwojem stanu zapalnego w obrębie układu oddechowego. W tym zakresie kierowano się głównie określeniem poziomu wydychanego tlenku azotu jako specyficznej odpowiedzi na obecność ogniska zapalnego. W badaniu autorstwa Adamkiewicz i wsp. wykazano, że średniodobowa koncentracja PM2,5 na poziomie 17,7µg/m3 jest związana ze wzrostem poziomu wydychanego tlenku azotu (FENO) o 15% (ppb). Badanie to potwierdza, że pył zawieszony przyczynia się do rozwoju stanu zapalnego w obrębie dróg oddechowych. Jest to szczególnie istotne w przypadku narażenia dzieci na zanieczyszczenia powietrza, ponieważ może to doprowadzić u nich do rozwoju astmy. Taki stan rzeczy został potwierdzony w badaniu na dzieciach niechorujących na astmę, u których po ekspozycji na PM2,5 zaobserwowano wzrost wydychanego tlenku azotu, co jest charakterystyczne dla stanu astmatycznego. W badaniu na dzieciach astmatycznych wykazano, że po 10-12 godzinnej ekspozycji na PM2,5 dochodzi do wzrostu FeNO o 7 ppb przy wzroście koncentracji pyłu o 10µg/m3, co w przypadku chorych dzieci astmatycznych może być przyczyną wystąpienia nagłego ataku astmy. Wpływ pyłu zawieszonego na wzrost liczby ataków astmy u dzieci został potwierdzony w licznych pracach.
Odziaływanie pyłu zawieszonego na struktury dróg oddechowych, inicjowanie w ich obrębie stanu zapalnego aż po stopniowy rozwój stanów chorobowych w przypadku dzieci i zaostrzenie stanów obturacyjnych u osób dorosłych są typowym skutkiem ich oddziaływania. Drogi oddechowe są swoistym pośrednikiem pomiędzy zanieczyszczeniami powietrza, a skutkami zdrowotnymi powodowanymi przez nie w obrębie innych układów szczególnie w obrębie układu krążenia.
Piśmiennictwo dostępne u autora wpisu – dr Jakub Krzeszowiak – mail: jkrz@czarnagoa.pl
