Мария Чолакова, Иван Стайков
д-р Мария Чолакова, проф. д-р Иван Стайков, д.м. – Клиника по неврология и медицина на съня, Аджибадем Сити Клиник, МБАЛ Токуда
Кореспонденция: Ivan Staikov, MD, PhD Professor of Neurology, Head of Neurology and Sleep Medicine Clinic, Acibadem City Clinic Tokuda Hospital, 51B „Nikola Vaptzarov“ Blvd., 1407 Sofia, Bulgaria; ivanstaikov@hotmail.com; Ivan.Staikov@acibademcityclinic.bg
Общоизвестен е неблагоприятният ефект на замърсения въздух върху здравето. По-малко е известно, че голяма част от заболеваемостта и смъртността, причинена от замърсяването на въздуха, се дължи на въздействието му върху сърдечно-съдовата система. Доказателства от епидемиологични проучвания са показали силна връзка между замърсения въздух и съдовите заболявания, включително с мозъчния инсулт.
Въпреки че относителният риск е малък на индивидуално ниво, повсеместното излагане на замърсения въздух го определя като равен на „традиционните“ рискови фактори за ССБ.
Основните биологични механизми, чрез които замърсителите на въздуха упражняват своя ефект върху съдовата система, са все още дискутабилни. Необходимо е по-добро разбиране на механизмите на неблагоприятните им сърдечносъдови ефекти, за да се разработят ефективни стратегии на индивидуално и политическо ниво за намаляването им.
Проведени са различни клинични проучвания за определяне механизма на въздействие на твърдите частици във въздуха за сърдечносъдови и мозъчносъдови инциденти. От значение са физикохимичните характеристики на различните замърсители и индивидуалната чувствителност. Класическата хипотеза за механизма на действието им определя възпалението като основна причина за настъпващите съдови инциденти. Твърдите частици, които се инхалират в белите дробове, се поглъщат от макрофагите, водейки до локална възпалителна реакция. Отделят се маркери на възпалението, които попадат в системното кръвообращение, оказвайки влияние върху съдовете1. Доказано е, че излагането на замърсен въздух в градовете води до белодробно възпаление, левкоцитоза, повишени нива на тумор-некротичен фактор-α, интерлевкин-1 и 6, CRP и фибриноген2-4. Възпалението е свързано и с оксидативен стрес, усилвайки патофизиологичните действия на замърсителите.
Оксидативният стрес води до намаляване на азотния оксид в ендотела, нарушавайки съдовия тонус и регулацията на кръвното налягане. Излагането на частиците от изгорялото дизелово гориво води до нарушаване на ендотелно медиираната вазодилатация, понижавайки азотният оксид5. Променят се и циркулиращите липиди, стимулира се отделянето на силно окислени фосфолипиди, окисляват се липопротеините с ниска плътност6. Тези частици са свързани и с увеличаване на плазмената липопротеин-свързана фосфолипаза А2 – независим рисков фактор за мозъчен инсулт7. Тези проатерогенни молекули дифундират в субендотелните клетки и предизвикват допълнителна ендотелна дисфункция.
Потенциалният риск от замърсяването на въздуха е свързан както с експозицията (концентрация, доза, време на излагане), така и с токсичността на замърсителите. Колкото по-малки са частиците на замърсения въздух, толкова по-голям е потенциалът им за увреждане поради способността да проникнат по-дълбоко в белия дроб и да засегнат по-голяма реактивна повърхност.
Основен източник на твърди частици (particulate matter-РМ) в атмосферния въздух е автомобилният трафик. Горивните емисии представляват над половината от замърсяването на въздуха от фини частици и по-голямата част от първичното органично вещество. Частиците се характеризират с определен размер и аеродинамични свойства: едри частици от 2,5 до 10 μm (PM10), фини частици, по-малки от 2.5 μm (РМ2.5), и ултрафини частици, по-малки от 0.1 μm. Частиците PM10 са респираторната фракция, произхождаща от източници като пътен и селскостопански прах, износени гуми, изгаряне на дърва, строителни и разрушителни дейности, мини, промишлени дейности. Общите химически съставки на РМ включват: сулфати; нитрати, амониеви йони, други неорганични йони като натрий, калий, калций, магнезий и хлориди, органичен и елементарен въглерод, вода, свързана с частици, метали (включително кадмий, мед, никел, ванадий и цинк) и полициклични ароматни въглеводороди. Намират се и биологични компоненти като алергени и микробни съединения. Установено е, че PM, особено РМ2.5, могат да останат във въздуха дълго време, да пътуват стотици мили, вкл. лесно да навлизат в сгради8. По този начин връзката между РМ2.5 и ССБ е по-изразена, отколкото от РМ10, при проведените епидемиологични проучвания9. По-малките наночастици са способни да проникнат в алвеоларните пространства на белия дроб и да преминат в кръвния поток, достигайки различни органи10. Химичният състав на частиците е друг решаващ фактор, определящ биологичните им ефекти. Частиците, получени от изгаряне, съдържат различни повърхностно активни химични вещества, включително реактивни преходни метали и органични въглеводороди, за които се смята, че са значими фактори, водещи до възпаление и оксидативен стрес11. Въпреки че епидемиологичните проучвания имат ограничения за доказване на причинно-следствената връзка между излагането на замърсяване на въздуха и мозъчно-съдовата болест, няколко клинични проучвания са предоставили приемливи доказателства, на които се основават тези асоциации12.
Биологичните механизми, чрез които замърсителите могат да причинят мозъчен инсулт, са сложни и все още не напълно изяснени. В in vitro проучвания при излагането на замърсен въздух с използване на култури от неврони, астроцити и микроглия се демонстрира повишена чувствителност към недостига на кислород и глюкоза, промяна в синаптичната функция и повишено отделяне на възпалителни цитокини13-15. Проучванията in vitro често се извършват чрез директно излагане на клетките на много високи концентрации на РМ. Дали частиците са способни да преминават от белия дроб в кръвта в достатъчна концентрация, за да предизвикат тези ефекти след инхалиране ин виво, е спорно.
Инхалираните частици или причиненото от тях белодробно възпаление също така стимулират нервните сензорни рецептори на алвеоларната повърхност, водейки до автономна дисфункция и променена сърдечносъдова хомеостаза16. Съществуват множество доказателства, демонстриращи промени в параметрите на вариабилността на сърдечната честота след излагане на РМ2.517. Намалената вариабилност е маркер за сърдечна автономна дисфункция, която е свързана с по-лоша прогноза при пациентите със сърдечни заболявания.
Предсърдното мъждене е добре известен рисков фактор за инсулт. Няколко проучвания върху животни са показали, че излагането на димни и дизелови частици увеличава честотата на аритмиите19.
Този механизъм може да обясни наблюдаваната връзка между замърсяването на въздуха и кардиоемболичните инсулти20. Разнообразието от патофизиологични механизми е основната причина за асоциациите между замърсяването на въздуха и мозъчния инсулт10. Изясняването на тези механизми ще даде представа за определянето на най-вредните типове замърсявания и податливите популации.
Послания за практиката
1. Съществуват доказателства, свързващи замърсяването на въздуха със ССБ, включително и с мозъчния инсулт. Епидемиологичните проучвания показват, че както краткосрочното, така и дългосрочното излагане на замърсен въздух увеличава риска от инсулт чрез индуциране на ендотелна дисфункция, атеросклероза, активиране на тромбоцитите и склонност към тромбообразуване.
2. Замърсеният въздух следва да бъде по-широко популяризиран рисков фактор, по-специално като модифицируем за сърдечно съдови инциденти, включително и за мозъчен инсулт.
3. Здравните специалисти имат важна роля в популяризирането на тези доказателства, не само за подобряване на грижите за отделните пациенти, но също и за насочване на общественото внимание към мерките за намаляване на замърсяването на въздуха като приоритет за общественото здраве.
Литература
1. Seaton A, MacNee W, Donaldson K, Godden D. Particulate air pollution and acute health effects. Lancet. 1995; 345:176–178
2. Ghio AJ, Kim C, Devlin RB. Concentrated ambient air particles induce mild pulmonary inflammation in healthy human volunteers. Am J RespirCrit Care Med. 2000, 162, 981–988
3. Hoffmann B, Moebus S, Dragano N, et al. Chronic residential exposure to particulate matter air pollution and systemic infl ammatory markers. Environ Health Perspect. 2009, 117, 1302–1308
4. Miller MR, Raftis JB, Langrish JP, et al. Inhaled nanoparticles accumulate at sites of vascular disease. ACS Nano. 2017, 11, 4542–4552
5. Mills NL, Törnqvist H, Robinson SD, et al. Diesel exhaust inhalation causes vascular dysfunction and impaired endogenous fi brinolysis. Circulation. 2005, 112, 3930–3936
6. Gong KW, Zhao W, Li N, et al. Air-pollutant chemicals and oxidized lipids exhibit genome-wide synergistic effects on endothelial cells. Genome Biol. 2007, 8, 149
7. Brüske I, Hampel R, Baumgärtner Z, et al. Ambient air pollution and lipoproteinassociated phospholipase A(2) in survivors of myocardial infarction. Environ Health Perspect. 2011, 119, 921–926
8. Vette AF, Rea AW, Lawless PA, et al. Characterization of indooroutdoor aerosol concertation relationship during the Fresno PM Exposure Studies. Aerosol Sci Technol. 2001, 34,118-126
9. Mustafi c H, Jabre P, Caussin C, et al. Main air pollutants and myocardial infarction: a systematic review and meta-analysis. JAMA. 2012, 307, 713–721
10. Miller MR, Shah AS. Bondy SC, Campbell A. Infl ammation, Aging, and Oxidative Stress. Cham, CH: Springer, 2016, 133–160
11. Tsai DH, Amyai N, Marques-Vidal P, et al. Effects of particulate matter on inflammatory markers in the general adult population. Part FibreToxicol. 2012, 9, 24.
12. Mills NL, Donaldson K, Hadoke PW, et al. Adverse cardiovascular effects of air pollution. Nat ClinPractCardiovasc Med. 2009, 6, 36–44
13. Davis DA, Akopian G, Walsh JP, et al. Urban air pollutants reduce synaptic function of CA1 neurons via an NMDA/NO pathway in vitro. J Neurochem. 2013, 127, 509–519
14. Guo L, Li B, Miao JJ, et al. Seasonal variation in air particulate matter (PM10) exposure-induced ischemia-like injuries in the rat brain. Chem Res Toxicol. 2015, 28, 431–439
15. Morgan TE, Davis DA, Iwata N, et al. Glutamatergic neurons in rodent models respond to nanoscale particulate urban air pollutants in vivo and in vitro. Environ Health Perspect. 2011, 119, 1003–1009
16. Pope CA, Verrier RL, Lovett EG, et al. Heart rate variability associated with particulate air pollution. Am Heart J. 1999, 138, 5, 890–899
17. Pieters N, Plusquin M, Cox B, et al. An epidemiological appraisal of the association between heart rate variability and particulate air pollution: a meta-analysis. Heart. 2012, 98, 1127–1135
18. Tsuji H, Larson MG, Venditti FJ, et al. Impact of reduced heart rate variability on risk for cardiac events. The Framingham Heart Study. Circulation. 1996, 94, 2850–2855
19. Nadziejko C, Fang K, Narciso S, et al. Effect of particulate and gaseous pollutants on spontaneous arrhythmias in aged rats. InhalToxicol. 2004, 16, 373–380
20. Chung JW, Bang OY, Ahn K, et al. Air pollution is associated with ischemic stroke via cardiogenic embolism. Stroke. 2017, 48, 17–23