Смисъл на броя: Атмосферно замърсяване и белодробни функции – особености в детска възраст

Дихателната система на детето се отличава с подобни на възрастните форма, строеж, размери и функции, но търпи значителни промени от ранното детство до зрелостта. Новородените и малките деца много по-често боледуват от респираторни заболявания, а възможните увреждания в растежа, развитието и функциите на белите дробове в тази възраст могат да имат дългосрочен негативен ефект върху белодробното здраве през целия живот.

Рисковите фактори, свързани с неблагоприятни въздействия, могат да окажат своя ефект още пренатално: наличие на генетични нарушения, тютюнопушене на майката по време на бременността, интраутеринно забавяне в растежа, преждевременно раждане, бронхопулмонална дисплазия и много други. Сред постнаталните рискови фактори се отличават атмосферното замърсяване, инфекциите на долните дихателни пътища, пасивното тютюнопушене, а през пубертета и активното тютюнопушене, вкл. и на нагреваеми тютюневи изделия.

Атмосферното замърсяване представлява един от рисковите фактори, които могат да бъдат регулирани, като в същото време то може да е причина не само за респираторни, но и за сърдечносъдови заболявания, които засягат и деца, и възрастни. Ефектите му могат да бъдат свързани с дългосрочна експозиция, но също и краткотрайното излагане на тези въздействия има неблагоприятен и увреждащ ефект^1,2.

През 2021 г. Световната здравна организация (СЗО) публикува „Насоки за качество на въздуха — обща актуализация“, с която се регламентират нови долни граници на основните типове атмосферни замърсители и на първо място фини прахови частици с размери < 2.5 µm [PM_2.5]. С тези обобщени насоки още веднъж се подчертава необходимостта от спешни превантивни мерки в глобален аспект за подобряването на качеството на въздуха, което ще предотврати появата на споменатите заболявания, които са възможни дори и при ниски нива на замърсяване³.

Атмосферното замърсяване и рисковете преди раждането

Белите дробове и дихателните пътища започват своето развитие вътреутробно и фазата на алвеоларизация се достига на възраст 36 гестационна седмица, но самият процес на окончателно образуване на алвеолите продължава до достигането на юношеството и дори до началото на зрелостта. С това процесите на изграждане на белодробната тъкан и структури заемат значителен период от време до достигането на индивидуалния пик.

Влиянието на атмосферното замърсяване преди раждането има дългосрочни ефекти по отношение на растежа и развитието на белите дробове и белодробното здраве⁴.

Въздействието на външни фактори, вкл. на атмосферното замърсяване, могат да увредят алвеоларизацията и така да засегнат белодробното развитие и функции след раждането. В този период репаративните механизми са все още несъвършени и това допълнително прави белите дробове по-чувствителни към засягане. Все още обаче не е установен точния времеви диапазон или времеви моменти, през който белите дробове са най-податливи на увреждане и то би имало най-значим ефект постнатално.

Негативните ефекти, свързани с преждевременно раждане, ниско тегло при раждането и възможната бронхопулмонална дисплазия допълнително могат да се насложат и да доведат до забавянето в нормалите процеси на растеж и развитие на белодробните структури. Добре известно е, че именно преждевременното раждане и ниското тегло при раждането са важни предиктори по отношение както на интраутеринното развитие, така и на функциите на респираторната система след раждането, често асоцииращи се с повишен риск от респираторни симптоми и по-ниски стойности на основните белодробни показатели⁵.

Друг важен аспект на влиянието на пренаталното атмосферно замърсяване е ролята му върху имунната система в ранния постнатален период, както и пряката връзка с риска от развитието на белодробна астма. Повлияна от оксидативния стрес, имунната система може да активира отговор, който да има отношение към ранното увреждане на белодробните функции.

Вероятните патогенетични механизми на увреждане поради атмосферно замърсяване по време на бременността са свързани строго индивидуално с продължителността и типа на експозицията, промяната в начина на живот и наличието на допълнителни увреждащи фактори, съчетаното въздействие на които може да има сериозни последици. Най-общо се приема, че замърсителите според типа и размера на частиците могат да проникнат през алвеоларната стена и да предизвикат системна възпалителна реакция с ендотелна дисфункция и свързания с нея оксидативен стрес у майката, което да доведе до формирането на по-малка по размери плацента и нарушена доставка на нутриенти и кислород за плода. Друг предполагаем механизъм е проникването на наночастиците през плацентарната бариера и ефекта им директно върху плода, както по отношение на промяната на теглото при раждане, така и по отношение на функциите на имунната система, снижаването на белодробните функции и свързания с тях повишен риск от белодробни симптоми⁶.

Атмосферното замърсяване и ефекти в ранното детство

Ранното детство е периодът, в който децата са изключително чувствителни към увреждащите ефекти на атмосферното замърсяване поради редица причини. По време на този период те са особено предразположени към боледуване от остри респираторни инфекции, включително и засягащи малките бронхи и бронхиоли; по това време може да се появят първите симптоми на хрипове и началото на бронхиална астма. Физиологични особености допълнително могат да имат значение за повишената чувствителност и това са: продължаващият белодробен растеж; по-високата физическа активност; физиологично по-високата дихателна честота, както и недостатъчно зрялата имунна система.

В едно скорошно проучване сред две кохорти (n=99 и n=78) на здрави доносени кърмачета, родени в Стокхолм – The Etiologic Mechanisms for air pollution effects in the Infant Lung cohort (EMIL) се установява, че атмосферното замърсяване и експозицията на такова в ранното детство е свързано с понижени белодробни функционални показатели, както по отношение на калибъра, така и по отношение на белодробните обеми. Макар че е трудно да се определи кое има по-голяма тежест – пре- или постнаталната експозиция, получените данни недвусмислено сочат, че сравнително ниски нива на атмосферни замърсители могат да повлияят негативно на белодробните функции при кърмачета, което позволява по-доброто разбиране на увреждащите ефекти, настъпили по-късно в живота⁷.

При проведено наше проучване⁸ сред 659 малки деца на възраст от 3 до 6 години от град Пловдив, са измерени стойности на прах (грубо дисперсен – PM₁₀ и респирабилен – PM_2.5), значително надвишаващ средногодишните норми и допустимите отклонения, като най-замърсена е централната градска част. С получените данни след проведен анализ е разработен регресионния модел за всеки здравен показател (често боледуване – повече от 4 пъти годишно; затруднено дишане/астма; други алергични заболявания/състояния; постоянна кашлица; нощна суха кашлица; свиркащи хрипове). Установена е положителна зависимост между постоянната кашлица при изследваните деца и замърсяващия тип отопление в дома, който се съчетава с получените данни за атмосферното замърсяване⁸.

Понастоящем изследванията сред деца на възраст от 4 до 11, които отчитат ефектите на атмосферно замърсяване през всеки триместър на бременността с последващи измервания на белодробните функции при тези деца, не са много и обичайно включват малък брой участници. Според някои проучвания експозицията на грубо дисперсни и фини прахови частици, особено по време на втори триместър, е свързана с понижена белодробна функция при децата, въпреки че подобна връзка се открива и по отношение на другите триместри. Доказателствата и изследваните кохорти са недостатъчни, за да отчетат ясно специфичната зависимост между експозиция и белодробна функция. От друга страна, в редица проучвани популации е открита дори негативна връзка и липса на промени, особено в юношеската възраст.

В ALSPAC Cohort изследването са включени 14 541 бременни жени с 13 963 родени деца, като бременните са проследени на всеки триместър с отчитане на индивидуалните експозиции на грубо дисперсни и фини прахови частици; а децата за периодите 0-6 м.; 7-12 м.; 0–7 години и белодробните им функции са измерени на 8 (n = 5,276) и на 15 (n = 3,446) години. В анализите е използван регресионен модел, който да идентифицира най-чувствителните времеви периоди. На 8-годишна възраст 1 mg/m³ по-високата експозиция по време на първия триместър се асоциира с по-ниски стойности на FEV₁% предвиденото и FVC% предвиденото, като подобна асоциация се открива и за другите триместри и проследени периоди. Намерените корелации са по-силни сред момчетата, както и при тези, чиято майка е с по-ниска степен на образование и е пушила по време на бременността.

За PM₁₀,независимо от източниците, е установена асоциация между третия триместър и FVC% предвиденото, докато на 15-годишна възраст не са намерени подобен тип увреждащи ефекти върху белодробните функции.

Така изследващият екип намира връзката между експозицията на PM₁₀ по време на бременността и ранното детство, които са свързани с малко, но значимо снижение на белодробните функции в училищната възраст⁹.

Ефект на атмосферното замърсяване при юноши

Юношеството е етап от живота, който се характеризира с бърз скок в развитието, както на телесните размери, така и на белодробните структури и тъкан. Започват да се установяват отчетливо половите различия и белодробните функции физиологично са по-ниски при момичета и по-високи при момчета. Ефектите на атмосферното замърсяване по време на юношеството се съчетават и с допълнителните увреждащи ефекти на пасивното и на активното тютюнопушене сред тийнейджърите.

В наше проучване¹⁰ сред 108 здрави момичета на възраст 15 – 17 години се разглежда съчетания ефект на активното тютюнопушене и атмосферно замърсяване в различна степен. Почти половината от изследваните ученички са активни пушачи и ефектът от атмосферното замърсяване, добавен към вредните навици, показва снижени стойности не само по отношение на белодробните функции, но и на физическия капацитет. Съчетанието на два и повече увреждащи фактора се оказва, че има много по-значимо въздействие, отколкото ако са приложени поотделно.

Високата честота на тютюнопушене сред момичетата, ранното начало на активно пушене и фактът, че тези момичета ще продължат да пушат и като възрастни, е алармиращ и тревожен, тъй като крие потенциално опасни последици за тях като бъдещи майки¹⁰.

В изследването на Zhao Q et al.¹¹ са разгледани увреждащите ефекти на атмосферното замърсяване през първата година от живота и ефекта му върху дългосрочните изменения на дихателните функции при общо 915 деца от два немски града. Установено е забавено развитие в белодробните функции при децата на възраст от 6 до 15 години, при които е имало повишена експозиция на атмосферни замърсители по време на кърмаческия период, като от показателите FEV₁ е значително по-променен в сравнение с FVC. Заедно с това влиянието на замърсяването върху белодробните показатели е по-отчетливо при децата, родени от по-възрастни майки, кърмени за по-кратък период от 12 седмици и боледували от астма между 3 и 15-годишна възраст.

При съчетаването на високи нива на атмосферни замърсители и продължителна експозиция по време на ранното детство, сумарният ефект може да бъде установен до юношеските години и да е по-изразен по отношение на ограничаване на размера на дихателните пътища, а не толкова на дихателните обеми и рестрикцията им¹¹.

В едно от най-мащабните лонгитудинални изследвания Wang et al.¹² търсят връзката между атмосферното замърсяване и развитието на белодробните функции чрез 3-годишно проследяване на 21 616 ученици от два града в Северен Китай, в които се отчита съответно значително и леко атмосферно замърсяване. Намерените резултати са свързани с драматично снижение на степента на годишно нарастване на FVC в по-замърсения град, като в допълнение, на всеки 10 µg/m³ нарастване в годишните нива на PM_2.5 се установява снижение на годишното нарастване на FVC с 12.2 mL ( p < 0.001). Убедителни доказателства сочат още, че темпът на нарастване на FVC при момчетата е значимо по-чувствителен на увреждащите ефекти в сравнение с момичетата¹².

В поредица от систематични ревюта и метаанализи се потвърждават намерените резултати за значим и дългосрочен увреждащ ефект, както на PM₁₀, PM_2.5, така и на PM₁. Поради факта, че както PM_2.5, така и PM₁ са части от по-големи частици, то важно откритие е, че PM₁ има най-силен увреждащ ефект, сравнен с другите – напр. PM₁₀ и PM_2.5. Възможните патогенетични механизми са различни, но все още не са добре проучени. Колкото по-фин е аерозолът от атмосферни частици, толкова по-дълбоко прониква в белодробната тъкан и има по-голяма площ за транспорт, а също и по-висока степен за адсорбция на токсични частици¹³.

В допълнение се установява, че и дълготрайното, и краткосрочното излагане на контакт с атмосферни замърсители, най-вече частици с размер PM_2.5, са свързани с понижени белодробни функции при деца и юноши. Ролята на по-продължителния контакт се изтъква като по-значима при увреждането, но дори и краткотрайната експозиция има последици. Момчетата и момичетата с по-висок индекс на телесната маса имат по-изразен ефект върху белодробните показатели, като значение се отдава и на ефекта на ниските температури, високата влажност и продължителен контакт, които съчетани, имат много по-силен ефект върху белодробната функция¹⁴.

Ранното начало на белодробните заболявания – белодробни траектории

Белодробният растеж и развитие започват in utero и продължават през цялото детство до достигането на индивидуалните максимални стойности. Теорията за белодробните траектории се подкрепя от плавния, равномерен ход на белодробните функции, които започват рано, следват постоянен темп и достигат максимална фаза по време на ранната зрелост¹⁵.

Същевременно има достатъчно натрупани доказателства, че хроничните белодробни заболявания започват с промените в белодробните функции още съвсем рано. Така, според СЗО, третата водеща до смърт причина – ХОББ – може да започва именно тогава – в ранното детство¹⁶.

Увреждащите фактори, които имат най-значим ефект, включват: генетични аномалии; тютюнопушене на майката по време на бременността; недохранване по време на бременността; вътреутробно забавяне на растежа; преждевременно раждане (<37 гестационна седмица и по-рано), бронхопулмонална дисплазия; експозиция на атмосферни замърсители; инфекции на долните дихателни пътища; активно тютюнопушене по време на пубертета и могат да увредят растежа на белите дробове както in utero, така и след раждането. Астмата в детската възраст също се счита за предразполагащ фактор за понижени белодробни функции при възрастните¹⁷.

Хората, които в началото на зрелостта си имат по-ниски белодробни функции, имат по-висок риск да развият ХОББ по-късно в живота си, дори и темпът на намаляване на белодробните им функции да е нормален. Значението на ниските стойности на белодробните функции по време на детството за риска от развитие на ХОББ на средна възраст все още е ненапълно разгадано.

В своите изследвания Bui et al.¹⁸ установяват, че ниските стойности на белодробните функционални показатели в ранния живот имат дългосрочни последици и са свързани с развитието на ХОББ на средна възраст. Скринингът на белодробните функции при деца в училищна възраст може да има предиктивна роля за откриването на тези, които имат риск от трайно ниски стойности на показателите и с това по-голям шанс да развият хронично белодробно заболяване. Прилагането на нови подходи и мултидименсионални модели може да повлияе положително и да доведе до снижаване на честотата на хроничната белодробна патология при възрастните.

Налице е необходимостта от последващи проучвания, които да изяснят патогенетичните механизми, свързани с по-ниската белодробна функция при децата и връзката им с рисковите фактори при възрастните, чието взаимодействие довежда до драстичен спад в белодробните функции¹⁸.

Послания за клиничната практика

Атмосферното замърсяване представлява един от рисковите фактори, които могат да бъдат регулирани, като в същото време то може да е причина не само за респираторни, но и за сърдечно-съдови заболявания, които засягат и деца, и възрастни.

Влиянието на атмосферното замърсяване преди раждането има дългосрочни ефекти по отношение на растежа и развитието на белите дробове и белодробното здраве. Те могат да бъдат свързани с дългосрочна експозиция, но също и краткотрайното излагане на тези въздействия има неблагоприятен и увреждащ резултат.

По време на ранното детство рисковете от експозиция на замърсители са свързани с по-висока честота на респираторни заболявания и хронична кашлица. При децата в училищна и юношеска възраст са налице възможности за наваксване на ниските белодробни функции, но тогава допълнителен увреждащ фактор може да е активното тютюнопушене.

Пациентите, които в началото на зрелостта си имат по-ниски белодробни функции, имат по-висок риск да развият ХОББ по-късно в живота си, дори и темпът на намаляване на белодробните им функции да е нормален. Значението на ниските стойности на белодробните функции по време на детството за риска от развитие на ХОББ на средна възраст трябва да се проучи детайлно, за да бъдат разкрити определящите го патогенетични механизми.

Спирометрията е златен стандарт в оценката на белодробните функции и тя може да има предиктивна роля, когато е изследвана в различни възрасти, тъй като може да открие лицата с ниска белодробна функция, които са изложени на риск от белодробни заболявания на средна възраст.

Литература:

1. Aithal SS, Sachdeva I, Kurmi OP. Air quality and respiratory health in children. Breathe 2023; 19: 230040 [DOI: 10.1183/20734735.0040-2023].
2. Veras MM, deOliveira Alves N, Fajersztajn L, et al. Before the first breath: prenatal exposuresto airpollution and lung development. Cell Tissue Res. 2017; 367(3):445-455. doi: 10.1007/s00441-016-2509-4.
3. S. Bose. Air Pollution and Child Lung Health: Critical Thresholds at Critical Times, DOI: 10.1513/Annals ATS.202202-122ED
4. Korten I, etal. Air pollution during pregnancy andl ungdevelopment in the child. Paediatr. Respir. Rev. (2016), http://dx.doi.org/10.1016/j.prrv.2016.08.008
5. Butler JP, Loring SH, Patz S, et al. Evidence for adult lung growth in humans. N Engl J Med 2012; 367(3):244–7.
6. Olesiejuk K, Chałubiński M. How does particulate airpollution affect barrierfunctions and inflammatory activity of lungvascularen dothelium? Allergy. 2023;78(3):629-638. doi: 10.1111/all.15630.
7. Lundberg B, Gruzieva O, Eneroth K, et al. Air pollution exposure impairs lungfunction in infants. Acta Paediatr. 2022;111(9):1788-1794. doi: 10.1111/apa.16412.
8. Т. Търновска, С. Петрова, И. Велчева, и кол. Атмосферно замърсяване и здраве при деца от предучилищна възраст.
9. Cai Y, Hansell AL, Granell R, et al. Prenatal, Early-Life, and Childhood Exposureto Air Pollutionand Lung Function: The ALSPAC Cohort. Am J RespirCrit Care Med. 2020 1;202(1):112-123. doi: 10.1164/rccm.201902-0286OC.
10. Turnovska T, Mandadzhieva S, Marinov B, et al. Respiratory and cardiovascular functions among smoking and nonsmoking girls from two regions with different airpollution degree, Int J of Hygiene and Environ Health 2007; 210; 1: 61-68. https://doi.org/10.1016/j.ijheh. 2006.08.002.
11. Zhao Q, Kress S, Markevych I, et al. Air pollution during infancy and lungfunction development into adolescence: The GINIplus/LISA birth cohorts study. Environ Int. 2021;146:106195. doi: 10.1016/j.envint. 2020.106195.
12. Wang T, Wang H, Chen J, et al. Association between air pollution and lung development in schoolchildren in China. J Epidemiol Community Health. 2020; 74(10): 792-798. doi: 10.1136/jech-2020-214283.
13. Zong Z, Zhao M, Zhang M, et al. Association between PM1 Exposure and Lung Function in Children and Adolescents: A Systematic Review and Meta-Analysis. Int J Environ Res Public Health. 2022; 29;19(23):15888. doi: 10.3390/ijerph 192315888.
14. Zhang W, Ma R, Wang Y, et al. The relationship between particulate matter and lungfunction of children: A systematic review and meta-analysis. Environ Pollut. 2022 15;309:119735. doi: 10.1016/j.envpol. 2022.119735.
15. Agusti A, Faner R. Lungfunction trajectories in health and disease. Lancet Respir Med. 2019;7(4):358-364. doi: 10.1016/S2213-2600(18)30529-0.
16. Melén E and Guerra S. Recent advances in understanding lung function development F1000 Research 2017, 6 (F1000 Faculty Rev):726 https://doi.org/10.12688/f1000research.11185.1
17. Martinez FD. Early-life origins of chronic obstructive pulmonary disease. N Engl J Med2016; 375: 871–78
18. Bui DS, Burgess JA, Lowe AJ, et al. Childhood Lung Function Predicts Adult Chronic Obstructive Pulmonary Disease and Asthma-Chronic Obstructive Pulmonary Disease Overlap Syndrome. Am J Respir Crit Care Med. 2017; 1; 196(1):39-46. doi: 10.1164/rccm.201606-1272OC.