Principalele pericole în aerul pe care îl respirăm - top în funcție de gravitate

Bolile pulmonare care apar prin expunere la diverse particule (aeropoluanţi) depind de segmentul afectat (căi aeriene mari şi medii, bronşiolele terminale sau alveole) şi de tipul de inflamaţie indusă (acută, subacută sau cronică).

Agenţii implicaţi în patologia pulmonară determină apariţia îngustării căilor aeriene (astmul bronşic) şi obstruarea acestora. Bronhiolele terminale sunt sensibile la acţiunea diverselor particule care produc metaplazia celulelor caliciforme, formarea de dopuri de mucus şi fibroză peribronşiolară. În urma expunerii prelungite (continue) sau retenţiei unor particule la nivelul căilor aeriene, cu anomalii de exfoliere a celulelor afectate datorate metaplaziei scuamoase, pot apărea neoplazii.

La nivel alveolar există celule endoteliale de tip I (celule epiteliale pavimentoase) şi de tip II (metabolic active) care produc surfactantul specific plămânului şi dipalmitoil lecitină. Retenţia de particule are efect iritant la nivel alveolar cu stimularea activităţii proteazelor şi apariţia fibrozei. Această depunere de ţesut conjunctiv este întâlnită în silicoză şi azbestoză. Expunerea la particulele din fumul de ţigară determină eliberarea de enzime lizozomale (proteaze) la nivel pulmonar, cu apariţia emfizemului pulmonar.

Aerosolul este în esență o colecție de particule purtate (transportate) de aer. Mai poate fi definit ca și sistem de particule solide sau picături de lichid cu diametre suficient de mici pentru menținerea stabilității asemenea unei suspensii în aer. Un aerosol trebuie să conțină picături suficient de mari pentru a nu difuza ca o moleculă de gaz, dar și suficient de mici pentru a rămâne suspendate în aer o perioadă mai lungă de timp. Particulele cu aceste proprietăți variază de obicei între 0,1 și 10 μm. Aerosolii compuși din particule solide pot fi definiți ca praf atunci când particulele sunt produse prin dispersie sau ca fum dacă sunt produse prin condensare. Ceața (aburul) este un aerosol care conține particule lichide.

Particulele implicate în patologia pulmonară sunt reprezentate de bacterii, fungi, amibe, particule vegetale sau animale, substanţe chimice organice şi anorganice.
Bacteriile cel mai frecvent implicate sunt: Aerobacter cloacae întâlnit în aparatele de aer condiţionat şi umidificatoare, acţionând mai ales la nivel alveolar. Escherichia coli care produce endotoxine şi afectează muncitorii din industria textilă, putând fi localizat în căile aeriene şi alveole. Pseudomonas afectează lucrătorii de la canalizare, afectând căile aeriene şi alveolele.

Fungii care se asociază cu afecţiuni pulmonare sunt: Aspergillus este întâlnit la fermieri şi la cei din industria berii, cu localizare la nivelul căilor aeriene. Cladosporium poate afecta tot tractul respirator, inclusiv alveolele. Micropolispora faeni este asociată cu culesul de ciuperci, afectând căile aeriene şi alveolele. Penicillium casei este specific pentru industria brânzeturilor şi interesează doar căile aeriene.

Amibe precum Acanthamoeba castellani se găsesc în instalaţiile de aer condiţionat şi are localizare bronho-alveolară.

Particulele de origine vegetală sunt implicate în apariţia bolilor pulmonare. Cei care prăjesc boabe de cafea, lucrătorii de la moară, fermierii, ţesătorii, cei din industria forestieră sau muncitorii din tipografii pot dezvolta afecţiuni ale căilor aeriene, prin expunere îndelungată (cronică) la diverse tipuri de particule (fibre de bumbac sau iută, făină de grâu, gumă arabică, rumeguş).

Sursele de particulele de origine animală sunt foarte variate: Ascaris lumbricoides la zoologi, ascidiile la culegătorii de scoici, penele la cei care lucrează în industria creșterii de păsări, chitina de la insecte, părul de animale, urina sau materiile fecale de la șobolan la cei care lucrează în laboratoare de cercetare. Aceste particule au în general dimensiuni mai mari și se localizează la nivelul căilor respiratorii, dar există și unele care ajung până la nivel alveolar.

Surse de toxice anorganice: aluminiul, praful de cărămidă, cromul, hidroxidul de calciu, sulfatul de cupru, fibra de sticlă, nichelul, platina, cobaltul, metalele grele, oțelul inoxidabil, zincul. Sunt afectați cei din turnătorii, cei care lucrează la producerea de cărămizi sau în construcții, fotografii, muncitorii din rafinării, sudorii sau cei care construiesc tuneluri. Sunt afectate în special căile aeriene, însă unele toxice ajung și la nivel alveolar (metalele grele).

Există și surse de chimicale organice: fumul de țigară, rășina de pin, toluenul, penicilina, ampicilina, dieselul, cauciucul, fibrele sintetice (poliester, dacron, nailon), teflonul. Cei mai afectați sunt minerii, chimiștii, pompierii, cei care ambalează carnea, muncitorii din industria textilă și a plasticelor, lucrătorii din vopsitorii, asistentele medicale.

Modul de depunere și acumulare al particulelor aeropurtate la nivelul tractului respirator:

Căile aeriene superioare, dar mai ales nazofaringele, filtrează aerul inspirat și asigură o zonă largă de depunere a alergenilor și a particulelor potențial dăunătoare. De asemenea, aerul este încălzit și umidifiat. Aerosolii, care au dimensiuni variabile, se depun la nivelul mucoasei tractului respirator prin impactare, sedimentare gravitațională sau difuziune browniană. Cele mai multe particule sunt captate la nivelul căilor nazale anterioare. Bifurcațiile de la nivelul arborelui traheo-bronșic influențează depunerea particulelor inspirate. Particulele mai mari care au și o viteză de deplasare crescută nu sunt capabile să urmeze schimbările de direcție ale fluxului aerian la nivelul tractului respirator, fiind adesea captate la nivelul mucoasei prin impactare, la nivelul carinei sau al bifurcațiilor bronșice subcarinale. Particulele sub 5 μm ajung la nivelul căilor aeriene mici și sunt depozitate prin sedimentare gravitațională. Particulele foarte mici (sub 0.5 μm) sunt dezlocuite de molecule gazoase cu deplasare aleatorie și se ciocnesc de pereții căilor aeriene. Particulele de praf, în funcție de dimensiunea lor, sunt captate la nivelul căilor aeriene superioare (cavitate nazală și faringe), la nivelul arborelui traheo-bronșic și la nivel alveolar.

În cazul respirației nazale, mai mult de 90% din particulele cu diametrul cuprins între 2-20 μm sunt reținute la nivelul cavității nazale, și aproximativ 50% din particulele de 1-5 μm sunt captate la nivelul traheei și al bronhiilor. Puține particule mari (de 10-20 μm) ajung în zona traheo-bronșică. Jumătate din particulele cu dimensiuni de 1-5 μm sunt depozitate la nivel alveolar, cele mai mari de 10 μm neajungând până la acest nivel.

Reacția tractului respirator la contactul cu particulele poluante inhalate:

Iritația locală stimulează secreția mixtă a glandelor mucoase și seroase. Clearance-ul mucociliar are rol de protecție (particulele sunt înglobate în mucus și apoi eliminate la exterior). Virusul gripal și alte virusuri respiratorii produc exfolierea celulelor ciliate și apariția unui exudat seros, cu perturbarea clearance-ului. Înlocuirea celulelor epiteliale pseudostratificate durează minimum 14 zile, iar în absența refacerii continuității epiteliului se produce proliferarea fibroblastelor cu apariția unui țesut cicatricial. Astfel sunt afectate ventilația, clearance-ul mucociliar, funcția acinului pulmonar și poate apărea obstrucția lumenului. De asemenea, epiteliul respirator este infiltrat cu PMN-uri. Expunerea continuă la diverse particule (fum de țigară, particule din turnătorii, de la sudură, de la bumbac) induce hiperplazia celulelor caliciforme, hiperplazie glandulară și conversia glandelor mixte sero-mucoase predominant în glande mucoase. Astfel apare metaplazia scuamoasă care nu afectează funcția respiratorie atunci când sunt interesate doar căile aeriene mari. Există riscul de evoluție al leziunilor spre displazie și apoi carcinom in situ și invaziv.

Dimensiuni ale particulelor frecvente din aer:

• fumul de țigară: <1 μm;
• polenul: 10-30 μm;
• spori de mucegai: 2-50 μm;
• spori de actinomicete (microorganisme înrudite cu ciupercile inferioare): 1-2 μm;
• particule întâlnite în turnătorii: 50 μm.

Factori care influențează modul de depunere al particulelor:

• anatomia tractului respirator;
• diferitele tipare ale fluxului de aer;
• modul de inhalare;
• caracteristicile particulelor (dimensiune, densitate, încărcare).

Boli pulmonare majore produse de inhalarea de alergeni:

• boală alergică a căilor aeriene (astmul bronșic);
• boală alergică a parenchimului pulmonar (alveolita);
• infecții ale căilor aeriene sau ale parenchimului;
• boli pulmonare industriale (pneumoconioze-pneumopatii fibroase, cronice, cauzate de praful de cărbune, precum și alte substanțe inerte sau silicați aspirat pe căile respiratorii. Sunt cauzate de inhalarea unor materiale inerte, sunt frecvent asimptomatice și se caracterizează prin apariția unor infiltrate nodulare. Praful fin, format din particule microscopice, se depune în bronhii și în parenchimul pulmonar);
• boli pulmonare asociate mediului din construcții.

Boli pulmonare induse de aeropoluanți:

Plămânul este organul țintă al poluării aerului, expunerea la particule fine (cum sunt cele rezultate prin combustie, notate PM 2.5) se asociază cu reducerea capacității și funcției pulmonare, accentuarea procesului inflamator la nivel pulmonar, astm bronșic, infecții respiratorii recurente, cancer bronhopulmonar și exacerbări ale BPOC-ului, modificări care determină și susțin inflamația sistemică și stresul oxidativ, cu afectare cardiovasculară și cerebrală, contribuind la mortalitatea prematură. Populația susceptibilă la afecțiuni pulmonare determinate de poluarea aerului este compusă din copii, vârstnici și cei cu boli cronice. Copiii sunt mai sensibili la poluarea aerului deoarece au căi aeriene mai mici, frecvență respiratorie crescută raportată la greutate, sisteme metabolice și de detoxifiere imature, contact prelungit cu aerul atmosferic (petrec mult timp afară jucându-se).

Populația vârstnică și cei cu boli cronice sunt mai susceptibili în ceea ce privește patologia respiratorie, deoarece prezintă o eficacitate mai redusă a clearance-ului muco-ciliar și au un status imun deficitar (imunosupresie). Efectele adverse ale poluării atmosferice nu sunt limitate la sistemul respirator, particulele fine PM determină un răspuns inflamator sistemic și induc stresul oxidativ. De asemenea, particulele de ordinul nanometrilor pot fi translocate din plămân în alte țesuturi și organe, cu consecințe cardio-vasculare și cerebrale. Cele mai frecvente boli pulmonare produse de particulele PM sunt BPOC-ul, astmul bronșic, cancerul pulmonar și infecțiile respiratorii.

BPOC-ul sau boala pulmonară obstructivă cronică nu se asociază doar cu fumatul, având o incidență crescută și în rândul nefumătorilor. Factorii de risc pentru apariția BPOC-ului la nefumători constau în poluarea aerului din încăperi (ambiental, din interior, „indoor”) prin combustia biomasei și prin fumul de țigară, expunere profesională la diverse particule și poluarea atmosferică ("outdoor"). Exacerbările acute ale BPOC-ului pot fi induse de PM 2.5, ozon sau dioxid de azot (NO2), poluanți care cresc și mortalitatea în cazul pacienților cu acestă patologie. Îmbunătățirea calității aerului scade incidența BPOC-ului.

Poluarea atmosferică este implicată în apariția și exacerbările astmului bronșic. Expunerea în copilărie (1-12 ani) la aeropoluanți asociați traficului (TRAP) constituiți din particule ultrafine (UFPs) și PM 2.5, crește incidența astmului și sensibilitatea la alergeni comuni (hipersensibilitate bronșică). Intensitatea traficului și expunerea la PM 10, PM 2.5 sau oxid de azot, este corelată cu dezvoltarea astmului la adult.

În cazul cancerului bronhopulmonar, poluarea atmosferică și expunerea la particule precum PM reprezintă carcinogeni de grup I. Creșterea cu 10 μg/m3 a particulelor PM1 determină un risc cu aproape 50% mai mare de a dezvolta cancer pulmonar. Particulele PM 2.5 și dioxidul de azot se asociază cu dezvoltarea cancerului pulmonar.

Poluarea aerului (mai ales cea indusă de trafic) se asociază cu o creștere a incidenței infecțiilor respiratorii, mai ales la populația susceptibilă (copii, bătrâni, indivizi cu boli cronice, imunosupresați).

Impactul particulelor PM 2.5 la nivelul sistemului respirator:

Aceste particule au mai puțin de 2.5 micrometri în diametru și au o penetrabilitate bună la nivelul plămânilor, cu iritarea și corodarea peretelui alveolar, alterând funcția respiratorie a plămânului.

Mecanismele de acțiune ale PM 2.5 includ:

• producerea de radicali liberi care oxidează celulele pulmonare. Speciile reactive de oxigen sunt implicate în lezarea ADN-ului, inducând apariția de mutații și carcinogeneză;
• oxidarea lipidelor din membrana celulară cu creșterea concentrației de Ca intracelular. Concentrațiile crescute de calciu generează inflamație și leziuni celulare. Supraexpresia receptorilor sensibili la Ca se corelează cu apoptoza și necroza celulară;
• leziuni inflamatorii mediate de citokine, care pot induce migrarea de neutrofile, eozinofile și limfocite T la nivelul plămânului și al altor țesuturi, crescând sinteza de citokine inflamatorii și chemokine.

Măsuri necesare în cazul concentrațiilor crescute de PM 2.5 sau în cazul prezenței smog-ului:

• rămâneți în interior, cu geamurile și ușile închise;
• limitarea activităților în aer liber;
• purtarea unor măști de filtrare a aerului;
• bătrânii și cei cu patologie cardiovasculară trebuie să minimizeze contactul cu PM 2.5;
• pacienții cu afecțiuni cardio-pulmonare trebuie să-și urmărească starea de sănătate pentru a preveni agravarea simptomatologiei, și eventual să-și crească doza de medicație (bronhodilatatoare);
• profilaxie cu antioxidanți (alimente, suplimente alimentare cu acizi grași omega 3).