Mechanizmy molekularne i patofizjologia zależności między zanieczyszczeniem powietrza a chorobami układu krążenia
Badania eksperymentalne postulują istnienie trzech głównych mechanizmów biologicznych, wyjaśniających związek między zanieczyszczeniem powietrza a chorobami układu krążenia.
Pierwszym z nich jest tzw. klasyczna hipoteza, w myśl której inhalacja zanieczyszczonego powietrza indukuje lokalny stan zapalny w drogach oddechowych i nasila stres oksydacyjny. Istnieją dane z badań na zwierzętach oraz modelach komórkowych, które potwierdzają spójność tej hipotezy. W badaniach z wykorzystaniem płuc świnki morskiej ekspozycja na zanieczyszczone powietrze uruchamiała aktywację dróg przekaźnikowych zależnych od reakcji utleniania–redukcji i transkrypcję cytokin prozapalnych, takich jak interleukina 6 (IL6), interleukina 1b (IL1b) oraz czynnik martwicy guza α (TNFα).49 Jednocześnie odpowiedź układu immunologicznego jest wzmocniona przez uwalnianie wielu chemokin. Komórkami zaangażowanymi w proces zapalny są makrofagi pęcherzyków płucnych oraz neutrofile i monocyty aktywowane ze szpiku kostnego pod wpływem chemokin prozapalnych. Podrażnienie czuciowych zakończeń nerwowych w tkance płucnej powoduje uwolnienie neuropeptydów – substancji P i neurokininy A – co przyczynia się do aktywacji mediowanego neurogennie zapalenia. Zapalenie inicjowane w obrębie pęcherzyków płucnych powoduje reakcję systemową, cytokiny i chemokiny uwalniane do krążenia wywołują m.in. wzrost wątrobowej syntezy białka C-reaktywnego (CRP), czynników krzepnięcia, nasilenie wytwarzania reaktywnych form tlenu i zachwianie równowagi między procesami prooksydacyjnymi i antyoksydacyjnymi, określane mianem stresu oksydacyjnego. Stres oksydacyjny powoduje zaburzenie reakcji naczynioruchowych (upośledzenie rozkurczu, patologiczna odpowiedź skurczowa), dodatkowo reaktywne formy tlenu bezpośrednio uszkadzają układy strukturalne komórek, aktywują geny odpowiedzialne za angiogenezę, proliferację komórek i dalszą aktywację stanu zapalnego. We wcześniejszych badaniach wykazano, że ekspozycja na zanieczyszczone powietrze niezależnie od odpowiedzi lokalnej w płucach powoduje także aktywację systemowej reakcji zapalnej ze wzrostem krążących neutrofili wielojądrowych oraz limfocytów B i T oraz wzrostem syntezy molekuł adhezyjnych, co przyczynia się do nasilenia procesów uszkodzenia naczyń.50,51
W kontekście etiopatogenezy miażdżycy naczyń, postrzeganej obecnie jako choroba zapalna tętnic, powyższe mechanizmy aktywujące systemowy stan zapalny mają zrozumiałe przełożenie na ryzyko sercowo-naczyniowe.
Drugim mechanizmem wiążącym zanieczyszczenie powietrza z chorobami układu krążenia jest bezpośrednia toksyczność substancji zawartych w powietrzu przenikających do krwi. Pewne rodzaje zanieczyszczeń (substancje rozpuszczalne i cząsteczki pyłów zawieszonych o bardzo małej średnicy) mogą pokonywać barierę pęcherzykowo-włośniczkową i ulegać translokacji do komórek obwodowych. Chociaż w niektórych badaniach wykazano, że bezpośrednie przedostawanie się do krwiobiegu cząsteczek zanieczyszczeń jest możliwe, to nie ma badań ani dowodów potwierdzających występowanie takiego zjawiska u ludzi.52 Z drugiej strony hipoteza ta jest możliwa i prawdopodobna; postuluje się, że efekt nanocząsteczek przedostających się z płuc do krwi może polegać na bezpośredniej interakcji ze śródbłonkiem naczyniowym, nasileniu niestabilności blaszki miażdżycowej lub wręcz indukcji owrzodzenia lub pęknięcia blaszki, aktywacji płytek krwi i wyzwalaniu procesu aterotrombozy, a także promowaniu długofalowych procesów zapalnych w ścianie naczyniowej.
Ostatnim postulowanym mechanizmem związku między zanieczyszczeniem powietrza a zachorowalnością na choroby układu krążenia jest zaburzenie równowagi autonomicznego układu nerwowego (hipoteza centralnej regulacji układu krążenia). Bezpośrednia aktywacja receptorów zakończeń nerwowych zlokalizowanych w tkance przegród międzypęcherzykowych powoduje zmianę częstości rytmu serca oraz jego zmienności.53 Główną konsekwencją tej odruchowej zmiany napięcia układu współczulnego jest wzrost ciśnienia tętniczego, częstości rytmu serca oraz rejestrowane w zapisach elektrokardiograficznych cechy sympatykotonii (zmiany okresu repolaryzacji). Stan nierównowagi współczulno-przywspółczulnej może być podłożem patogenetycznym nadciśnienia tętniczego, zaburzeń metabolicznych oraz niewydolności serca, a nagłe zmiany napięcia układu współczulnego mogą wywoływać zaburzenia rytmu serca.
Zalecenia towarzystw naukowych dla pacjentów dotyczące zapobiegania zagrożeniom chorobami układu krążenia wynikającym z zanieczyszczenia powietrza
Aktualizowane w 2010 roku stanowisko AHA8 oraz stanowisko ekspertów ESC z 2015 roku9 zgodnie podkreślają, że działania i zalecenia ograniczenia zanieczyszczenia powietrza wpływającego na zdrowie powinny być prowadzone dwutorowo – jako kampanie społeczne i spersonalizowane. Z jednej strony powinny koncentrować się na promowaniu społecznych zachowań ograniczających emisję zanieczyszczeń, a z drugiej – na stworzeniu rekomendacji zmniejszających indywidualne narażenie na zanieczyszczenia powietrza.
Eksperci ESC i AHA do metod ograniczających negatywny wpływ zanieczyszczenia powietrza na zdrowie zaliczają:
- w aspekcie zmniejszenia emisji zanieczyszczeń
- wybór transportu publicznego lub roweru zamiast samochodu
- modernizację domowych systemów grzewczych, unikanie opalania materiałami niskiej jakości, preferowanie zaopatrzenia w energię pochodzącą ze źródeł odnawialnych
- w aspekcie zmniejszenia narażenia na zanieczyszczenie powietrza
- informowanie pacjentów o szkodliwości zanieczyszczenia powietrza i zachęcanie do monitorowania informacji o lokalnym zanieczyszczeniu
- unikanie spacerowania i innych aktywności (np. jazdy na rowerze) wzdłuż dróg z dużym natężeniem ruchu kołowego, szczególnie w godzinach szczytu
- prowadzenie aktywności fizycznej w parkach i ogrodach, ale nie w pobliżu dróg z nasilonym ruchem; w dniach, w których wzrasta stopień zanieczyszczenia, unikanie dużego wysiłku fizycznego i ewentualnie wykonywanie mniej nasilonych ćwiczeń (marsz zamiast biegu) lub prowadzenie aktywności fizycznej w pomieszczeniach z systemem filtrowania powietrza w dniach, w których zanieczyszczenie powietrza wzrasta szczególnie
- ograniczenie czasu spędzanego na zewnątrz w dniach, w których wzrasta stopień zanieczyszczenia, zwłaszcza przez osoby z grup ryzyka – dzieci, ciężarne, osoby starsze i ze schorzeniami układu oddechowego oraz krążenia
- rozważenie instalacji systemów wentylacji i filtrowania powietrza w mieszkaniach, zwłaszcza w rejonach o dużym zanieczyszczeniu powietrza.
W opinii ekspertów nie ma obecnie wystarczających danych, aby rekomendować powszechne używanie masek przeciwsmogowych.
Biorąc pod uwagę złożony i wielowymiarowy wpływ zanieczyszczenia powietrza na zdrowie, należy podkreślić, że oprócz działań kierowanych na zmniejszenie ekspozycji na zanieczyszczenia oraz zmniejszenie ich emisji z lekarskiego punktu widzenia bardzo istotne pozostają identyfikowanie i kontrola wszystkich klasycznych czynników ryzyka sercowo-naczyniowego. Istnieją doniesienia nie tylko na temat wpływu zanieczyszczeń na opisane powyżej zmiany w układzie krążenia, ale także na większą częstość występowania otyłości,54 mniejszą skuteczność redukcji masy ciała55 oraz na ryzyko stłuszczenia wątroby.56,57 Tym bardziej na prewencję chorób układu krążenia należy spojrzeć w kontekście wszystkich modyfikowalnych czynników ryzyka i wdrażać zalecenia dotyczące zmian stylu życia i skutecznej kontroli już zidentyfikowanych takich czynników.