Smog a układ oddechowy

Objawy ze strony górnych dróg oddechowych u osób bez wcześniejszych dolegliwości przy ostrej ekspozycji wynikają z podrażnienia i obejmują uczucie suchości błony śluzowej nosa i jamy ustnej, upośledzenia przepływu przez nos, podrażnienie gardła i krtani, chrypkę.

 

Dłuższa, kilkunastodniowa ekspozycja osób bez wcześniejszych chorób górnych dróg oddechowych może prowadzić do rozwoju lokalnego stanu zapalnego przejawiającego się uszkodzeniem nabłonka i napływem komórek zapalnych do błony śluzowej nosa, a także uszkodzeniem DNA. Co istotne, objawy kliniczne i morfologiczne stanu zapalnego utrzymują się nawet kilka tygodni po ustaniu narażenia.

 

U osób z przewlekłymi schorzeniami górnych dróg oddechowych, takimi jak przewlekłe zapalenie błony śluzowej nosa lub krtani, narażenie na zanieczyszczenia powietrza prowadzi do zaostrzenia objawów choroby podstawowej.

 

Zanieczyszczenie powietrza może prowadzić również do nierównowagi oksydacyjno-antyoksydacyjnej, nadmiernego skracania telomerów, zwiększonej depozycji kolagenu, akumulacji komórek zapalnych w tkance śródmiąższowej płuc, zwiększenia stężenia TGF-β1 i ekspresji genu prokolagenu, a także zwiększenie poziomu białek związanych z przemianą nabłonkowo-mezenchymalną. Uważa się, że te procesy mogą odgrywać rolę w rozwoju zmian śródmiąższowych płuc, prowadzących do rozwoju takich chorób jak np. samoistne włóknienie płuc (idiopathic pulmonary fibrosis – IPF).

 

Wartościowych obserwacji dotyczących wpływu zanieczyszczeń powietrza na zapalenie dolnych dróg oddechowych dostarczyły badania chińskie, przeprowadzone w Pekinie podczas letnich igrzysk olimpijskich w 2008 roku, kiedy to władze chińskie doprowadziły do szybkiego i znaczącego spadku (nawet o 60%) zanieczyszczenia powietrza w metropolii.

 

W trakcie obserwacji zdrowych, niepalących młodych ludzi bez chorób przewlekłych wykazano, że w trakcie igrzysk olimpijskich (okres poprawy jakości powietrza) istotnie spadały markery stanu zapalnego i stresu oksydacyjnego w powietrzu wydychanym (tlenek azotu, 8-isoprostan, jony wodorowe, azotyny i azotany), po czym ponowie wzrastały po zakończeniu zawodów (okres powrotu do wyjściowej, złej jakości powietrza).

 

Nawet krótka ekspozycja na pył PM_2,5 i NO₂ chorych z POChP lub na O₃ i NO₂ chorych z astmą powoduje pogorszenie czynności płuc przejawiające się obniżeniem FEV₁ i/lub FVC. U osób zdrowych, niepalących wpływ krótkotrwałego narażenia na wysokie stężenia zanieczyszczeń powietrza (typowe podczas epizodów smogowych) jest praktycznie niezauważalny.

 

Wpływ przewlekłej ekspozycji na zanieczyszczenie powietrza na układ oddechowy zdrowych osób niepalących, palących i byłych palaczy tytoniu został przeanalizowany w badaniu SAPALDIA (Study on Air Pollution and Lung Diseases in Adults), w którym uczestniczyło niemal 10 000 osób w wieku od 18 do 60 lat, zamieszkujących osiem rejonów Szwajcarii. Ackerman-Liebrich i wsp. (1997) wykazali, że narażenie na PM₁₀, NO₂ i SO₂ oraz w mniejszymi stopniu O₃ prowadzi do obniżenia FEV₁ i FVC bez względu na status palacza. Najsilniejszy efekt był widoczny w przypadku PM₁₀. Oszacowano, że na każde 10 μg/m³ średniorocznego stężenia PM₁₀ odnotowuje się zmniejszenie FVC o 3,4%.

 

Ze względu na indukcję zapalenia, zmiany morfologiczne w dystalnych odcinkach dolnych dróg oddechowych i przyspieszone pogorszenie parametrów wentylacyjnych płuc postuluje się związek między zanieczyszczeniem powietrza a występowaniem POChP.

 

Brak jest jednak twardych dowodów na występowanie takiej zależności. Pojedyncze badania wykazały, że zwiększona kumulacyjna ekspozycja na PM₁₀ i NO₂ w powietrzu atmosferycznym wiąże się z wyższą częstością występowania POChP.

 

Ale łączne analizy dostępnych badań nie pokazują jednoznacznej zależności między stopniem zanieczyszczenia powietrza a występowaniem POChP, sugerując, że taka zależność może dotyczyć jedynie osób niepalących i kobiet mieszkających na obszarach o nasilonym ruchu samochodowym.

 

Zanieczyszczenia powietrza (osiągające wysokie stężenia podczas epizodów smogowych) niewątpliwe są czynnikiem sprzyjającym lub wywołującym zaostrzenia POChP.

 

Duże badania populacyjne wykazały, że ryzyko hospitalizacji związanych z POChP rośnie wraz ze wzrostem stężeń zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego występujących podczas epizodów smogu.

 

Szybki wzrost zanieczyszczenia powietrza pyłem PM₁₀ i NO₂ łączy się z nasileniem duszności i objawów nocnych oraz objawowym spadkiem szczytowego przepływu wydechowego u chorych na POChP. Zwiększanie stężenia NO₂ wiąże się również ze wzrostem zapotrzebowania na leki ratunkowe.

 

Metaanaliza 18 badań oceniająca wpływ PM₁₀ na zaostrzenia POChP wykazała, że wzrost stężenia PM₁₀ o 10 μg/m³ w ciągu dnia skutkuje wzrostem liczby hospitalizacji z powodu POChP o 2,7%.

 

Inna metaanaliza, obejmująca 96 badań, pokazała, że zwiększenie dziennego stężenia O₃ o 10 ppb prowadzi do wzrostu częstości hospitalizacji wywołanych zaostrzeniem dolegliwości ze strony układu oddechowego, w tym POChP o 5,06%.

 

Chociaż badania dotyczące związku między ekspozycją na zanieczyszczenia powietrza a rozwojem astmy skupiły się na populacji dziecięcej, pojedyncze badania, m.in. 10-letnie obserwacje z badania SAPALDIA, obejmujące ponad 2000 osób w wieku 18–65 lat, sugerują, że narażenie na składniki spalin samochodowych może zwiększać częstość występowania astmy wśród nigdy niepalących dorosłych.

 

Krótkotrwała ekspozycja na związki występujące w trakcie epizodów smogu może prowadzić u osób chorych na astmę do skurczu oskrzeli i obniżenia FEV₁ i FVC (O₃), wzrostu nadreaktywności oskrzeli (O₃, NO₂), nasilenia zapalenia dolnych dróg oddechowych (O₃, NO₂) i nasilenia reakcji po inhalacji alergenu (O₃, NO₂, SO₂). Efekty ostrej ekspozycji są tym większe, im bardziej nasilone zapalenie dolnych dróg oddechowych i cięższa postać astmy.

 

Długotrwałe narażenie na PM₁₀ i O₃ wiąże się ze złą kontrolą astmy. Zwiększenie dawek wziewnych glikokortykosteroidów może w ograniczonym stopniu zmniejszyć nasilenie objawów wywoływanych przez zanieczyszczenie powietrza, ale najskuteczniejszym działaniem poprawiającym kontrolę choroby jest redukcja narażenia.

 

Choroby śródmiąższowe płuc to heterogenna grupa nienowotworowych i nieinfekcyjnych chorób, które charakteryzują się występowaniem zmian rozsianych w obrazie radiologicznym klatki piersiowej oraz zaburzeniami wentylacyjnymi typu restrykcyjnego ze zmniejszeniem zdolności dyfuzyjnej płuc.

 

Do tej grupy chorób należy samoistne włóknienie płuc, którego dotyczy najwięcej badań analizujących wpływ zanieczyszczenia powietrza na zmiany śródmiąższowe płuc. IPF to szczególna postać przewlekłego, postępującego śródmiąższowego zapalenia płuc, charakteryzująca się niepomyślnym rokowaniem z medianą przeżycia 3–5 lat od rozpoznania.

 

Najczęściej opisywanymi w kontekście IPF zanieczyszczeniami powietrza są: O₃, ditlenek azotu (NO₂) i zanieczyszczenia pyłowe.

 

Po raz pierwszy znaczenie zanieczyszczenia powietrza dla patobiologii IPF analizowane było w kohorcie koreańskiej. Autorzy oceniali związek między O₃, NO₂, pyłem zawieszonym, ditlenkiem siarki (SO₂) oraz tlenkiem węgla (CO) a zaostrzeniami IPF.

 

Jako znamienne statystycznie zidentyfikowano poprzedzający sześciotygodniowy wzrost w średnim oraz maksymalnym stężeniu, a także przekroczenia powyżej akceptowalnych norm O₃ – współczynnik ryzyka (hazard ratio – HR) odpowiednio: 1,57 (95% CI: 1,09–2,24), 1,42 (95% CI: 1,11–1,82) i 1,51 (95% CI: 1,17–1,94), oraz NO₂ – HR odpowiednio: 1,41 (95% CI: 1,04–1,91), 1,27 (95% CI: 1,01–1,59) oraz 1,20 (95% CI: 1,10–1,31), sugerując istotny wpływ tych czynników na rozwój zaostrzeń IPF. Autorzy nie potwierdzili istotnego związku z SO₂, CO i pyłem zawieszonym.

 

Jednak opublikowany w 2018 roku przez Qiu i wsp. przegląd systematyczny oraz metaanaliza czynników ryzyka zaostrzeń IPF nie wykazały związku ryzyka zaostrzenia z zanieczyszczeniem powietrza.

 

Ekspozycja na cząstki stałe wydaje się związana ze zwiększoną umieralnością oraz obniżoną natężoną pojemnością życiową (FVC). Sesé i wsp. (2018) wyselekcjonowali 192 pacjentów chorujących na IPF, będących częścią kohorty COFI.

 

Stężenia zanieczyszczeń powietrza były wyznaczane dla każdego pacjenta na podstawie danych pochodzących ze stacji monitoringu jakości powietrza najbliższej geokodowaniu miejsca zamieszkania.

 

Autorzy tego badania potwierdzili związek zwiększonego średniego stężenia O₃ w okresie sześciu tygodni poprzedzających zaostrzenie IPF – HR 1,47 (95% CI: 1,13–1,92) na każde 10  µg/m³ (p = 0,005).

 

Dodatkowo wykazano istotny związek umieralności ze wzmożoną ekspozycją na zwiększone stężenia pyłu PM₁₀ – HR 2,01 (95% CI: 1,07–3,77) (p = 0,03) i pyłu PM_2,5 – HR 7,93 (95% CI: 2,93–21,33) na każde 10 µg/m³ (p < 0,001), podkreślając potencjalny wpływ długotrwałej ekspozycji na pył PM₁₀ i pył PM_2,5 na umieralność całkowitą w IPF.

 

Winterbottom i wsp. (2017) wykazali natomiast znamienny związek między stężeniem pyłu PM₁₀ oraz szybkością spadku FVC w trakcie badania (2007–2013) – autorzy stwierdzili dodatkowy spadek FVC wynoszący 46 ml/rok, odpowiadający każdemu μg/m³ wzrostu stężenia PM₁₀ (p = 0,008).

 

Johannson i wsp. (2018) przebadali natomiast 25 pacjentów chorujących na IPF, którzy przez okres do 40 tygodni za pomocą domowych spirometrów rejestrowali pomiary FVC i objawy choroby.

 

Wyniki były porównywane z szacunkową średnią ekspozycją na O₃ w warstwie przyziemnej, NO₂ oraz pył PM_2,5 i pył PM₁₀ (geokodowane adresy zamieszkania).

 

Dowiedziono, że niższe średnie wartości FVC wyrażone jako procent wartości (%FVC) należnej były związane znamiennie ze wzrostem średniej ekspozycji na pył PM₁₀ w 2–5 tygodni poprzedzających pomiar. Niższe średnie wartości %FVC w trakcie czasu trwania badania były odwrotnie powiązane ze średnimi stężeniami NO₂, pyłu PM_2,5 oraz pyłu PM₁₀.

 

Jednakże zmiany FVC tygodniowe oraz w czasie 40 tygodni czasu trwania badania były niezależne od ekspozycji na zanieczyszczenia.

 

Zagadnienie wpływu przewlekłej ekspozycji na zanieczyszczenie powietrza na występowanie IPF było z kolei badane przez Contiego i wsp. (2018).

 

Autorzy badali ekspozycję na NO₂, O₃ i pył zawieszony oraz ich związek z występowaniem IPF w północnych Włoszech w latach 2005–2010.

 

Dzienne przewidywania stężeń pyłu PM₁₀ uzyskano za pomocą modelu czasoprzestrzennego, a godzinowe stężenie NO₂ i O₃ ze stacji monitoringu jakości powietrza.

 

Autorzy zidentyfikowali obszary homogennej ekspozycji dla każdego z czynników oraz utworzyli ujemne modele dwumianowe w celu oceny związku między zależną od danego obszaru częstością występowania IPF, oszacowaną na podstawie danych administracyjnych, a średnimi, całkowitymi oraz okresowymi stężeniami pyłu PM₁₀, NO₂ oraz ośmiogodzinnymi maksymalnymi stężeniami O₃.

 

Uzyskane wyniki sugerują, że przyrost stężenia NO₂ o 10 µg/m³ był związany ze wzrostem pomiędzy 7,93% (95% CI: 0,36–16,08) oraz 8,41% (95% CI: -0,23–17,80) w częstości występowania IPF zależnej od okresu.

 

Podsumowując powyżej przedstawione badania, związek zanieczyszczenia powietrza z występowaniem IPF oraz historią naturalną tej choroby jest nadal niejednoznaczny i wymaga dalszych badań.

 

Należy też podkreślić ograniczenia, jakie niesie ze sobą analiza danych pochodzących z geokodowania adresów zamieszkania pacjentów.

 

Metoda może prowadzić do błędnej oceny ekspozycji na analizowane czynniki, a więc również znacząco wpłynąć na wnioski płynące z badania.

 

Także dane pochodzące z lokalnych stacji monitoringu jakości powietrza nie odzwierciedlają faktycznej ekspozycji, co utrudnia wnioskowanie dotyczące jej skutków biologicznych.

 

Istnieje zatem potrzeba dużych, bezpośrednich badań oceniających narażenie na badane substancje. Idealnym modelem byłaby oczywiście analiza narażenia w czasie rzeczywistym, umożliwiająca wiarygodne jej porównanie z danymi klinicznymi oraz badaniami czynnościowymi układu oddechowego.

 

Aktualne dane dotyczące związku zanieczyszczenia powietrza z rozwojem innych chorób śródmiąższowych są skąpe i nie pozwalają na wysnucie jednoznacznych wniosków.