Jak zanieczyszczone powietrze niszczy mózg

O tym, że smog szkodzi układowi oddechowemu i układowi krążenia, wie już chyba każdy. Ale czy wiecie, że zanieczyszczone powietrze jest szkodliwe również dla mózgu? Dotyczy to nawet krótkotrwałego narażenia.

Szkodliwy wpływ zanieczyszczonego powietrza na nasze zdrowie to niestety żadna nowość. Wiemy, że pewne substancje oraz pyły wywołują choroby układu oddechowego i sercowo-naczyniowego, mogą powodować uszkodzenia nerek, wątroby, a także zwiększają ryzyko zachorowania na nowotwory [1]. Jakby tego było mało, coraz więcej badań dowodzi, że zanieczyszczenie powietrza jest bardzo niebezpieczne dla naszego najważniejszego organu, czyli mózgu.

Deficyty poznawcze u dzieci i… szczeniąt

Już kilka lat temu – w 2012 roku – badacze doszli do wniosku, że pewne składowe zanieczyszczonego powietrza mogą niszczyć tkankę mózgową i wywoływać w niej niebezpieczne procesy zapalne. Potwierdzili to zarówno w testach prowadzonych na zwierzętach, jak i na ludziach [2].

Szczególnie wrażliwi są najmłodsi przedstawiciele swoich gatunków, dlatego badacze postanowili objąć swoim projektem dzieci i szczenięta mieszkające w Mexico City (jednym z najbardziej zanieczyszczonych miast na świecie). Za pomocą kilku technik (między innymi MRI – obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego) oceniali zarówno strukturalny, jak i funkcjonalny stan mózgu badanych z zanieczyszczonego miasta oraz ich rówieśników mieszkających na terenach o czystym powietrzu.

Wykazali, że u większości dzieci i szczeniąt z zanieczyszczonych rejonów występowały istotne deficyty poznawcze, a także oznaki uszkodzeń tkanki mózgowej, takie jak: stan zapalny tkanki nerwowej, glejoza (patologiczny przerost gleju, który występuje w przebiegu chorób ośrodkowego układu nerwowego) czy odkładanie się w tkance mózgu ultradrobnych cząstek stałych [2].

Spowolnienie rozwoju uczniów

Te niepokojące wyniki potwierdziły inne badania, opublikowane w 2015 roku. Obejmowały one swoim zasięgiem ponad 2700 dzieci uczęszczających do różnych szkół podstawowych w Barcelonie. Badacze zwrócili uwagę na to, iż wiele szkół w dużych miastach położonych jest w pobliżu głównych ciągów komunikacyjnych, a przez to znajduje się w najbardziej zanieczyszczonych rejonach miast. W związku z tym, postanowili porównać, jak przebiega postęp w zakresie zdolności poznawczych u uczniów uczęszczających do placówek zlokalizowanych na bardzo zanieczyszczonych terenach oraz u tych, którzy chodzą do szkoły otoczonej względnie czystym powietrzem (ale w obrębie tego samego miasta).

Wyniki okazały się porażające – u pierwszej grupy dzieci (testowanej czterokrotnie na przestrzeni kilkunastu miesięcy) stwierdzono istotnie spowolniony rozwój poznawczy [3]. Rezultaty te dowiodły nie tylko, że dzieci z zanieczyszczonych miast mogą doświadczać efektu neurotoksycznego spowodowanego substancjami znajdującymi się w powietrzu, którym oddychają. Wykazały one również, że ogromne znaczenie ma nawet to, w jakim miejscu w obrębie tego samego miasta znajduje się szkoła dzieci: czy jest w centrum, czy raczej na obrzeżach, czy otoczona jest drzewami lub innym rodzajem barier, czy budynek stoi przy samej ulicy, czy jest od niej nieco oddalony.

Co istotne, autorzy omawianego badania uwzględnili w swoich analizach również inne zmienne, które mogłyby wpływać na spowolnienie rozwoju poznawczego dzieci, takie jak poziom zanieczyszczenia powietrza w miejscu zamieszkania, poziom wykształcenia rodziców czy status socjoekonomiczny rodziny. Okazało się, że decydujący wpływ nadal miało zanieczyszczenie utrzymujące się w szkole oraz w jej okolicach [3].

Zachowania przestępcze

Trzy lata później, w roku 2018, naukowcy poszli o krok dalej i przebadali dzieci oraz młodzież z Południowej Kalifornii, w tym z zanieczyszczonego Los Angeles. Interesowało ich, czy skład powietrza może być powiązany z tak zwanymi zachowaniami przestępczymi młodzieży (definiowanymi i ocenianymi na podstawie Child Behavior Checklist) [4].

Dlaczego właśnie te nieprawidłowe zachowania interesowały autorów badań? Ponieważ wcześniejsze analizy (chociażby te z Mexico City) wykazały, że rejonem mózgu, w którym zanieczyszczenia wywołują najwięcej zmian patologicznych, jest kora przedczołowa, która nie tylko współodpowiada za funkcjonowanie pamięci roboczej, ale także pozwala planować działania, hamować gwałtowne reakcje emocjonalne czy przewidywać konsekwencje działań. Z tego też powodu, osoby o uszkodzonej korze przedczołowej mogą zachowywać się impulsywnie i w sposób nieakceptowany społecznie [5, 6]. Innymi słowy, nastolatki, u których występują nieprawidłowości w obrębie omawianej struktury mogą wykazywać wzorcowe oznaki demoralizacji.

„Demoralizacja” młodzieży a pyły w powietrzu

Idąc tym tropem, badacze z Południowej Kalifornii przeanalizowali przypadki ponad 680 dzieci w wieku od 9 do 18 lat. Uczestnicy byli badani pod kątem zachowań przestępczych co 2-3 lata, a równolegle analizowano narażenie dzieci na obecność PM2,5, czyli pyłu zawieszonego w powietrzu, o średnicy nie większej niż 2,5 μm (najbardziej szkodliwa grupa aerozoli atmosferycznych). Wykazano, że zarówno wielkość pierwotnego narażenia na PM2,5 (przed wkroczeniem w wiek nastoletni), jak i kumulatywne narażenie na te pyły były istotnie powiązane z obecnością zachowań przestępczych u młodzieży. Innymi słowy, dzieci z rejonów bardziej zanieczyszczonych wykazywały więcej niepożądanych wzorców zachowania [4].

Efekt wpływu pyłu PM2,5 na zachowanie młodzieży utrzymywał się nadal nawet wtedy, gdy badacze uwzględnili w swoich analizach również inne czynniki, które mogłyby zwiększać demoralizację dzieci, takie jak: zła jakość relacji dziecka z rodzicami, wysoki poziom stresu u rodziców czy objawy depresyjne występujące u opiekunów. Co więcej, okazało się, że chociaż narażenie na PM2,5 korelowało u wszystkich dzieci z objawami demoralizacji, to najbardziej na jego negatywny wpływ były narażone te dzieci, które dorastały w niekorzystnych warunkach psychospołecznych.

Według badaczy, to wskazuje, że chociaż żadne dziecko nie jest odporne na szkodliwy wpływ zanieczyszczonego powietrza, to w najgorszej sytuacji są te nastolatki, które poza wdychaniem szkodliwych substancji, narażone są na dodatkowe problemy społeczne, ponieważ to właśnie u nich efekt neurotoksyczny pyłów jest najsilniejszy [4].

Zanieczyszczenia w powietrzu upośledzają funkcjonowanie mózgu

Opisane badania doprowadzają nas do bardzo niepokojących wniosków: na zanieczyszczonych terenach mózg nie rozwija się prawidłowo. Niestety, okazuje się, że kumulatywna dawka zanieczyszczeń (czyli te zanieczyszczenia, których doświadczaliśmy przez całe dotychczasowe życie, ze szczególnym uwzględnieniem okresu dzieciństwa) to tylko część problemu.

Autorzy najnowszych badań, dotyczących wpływu szkodliwych substancji zawartych w powietrzu na funkcjonowanie mózgu, postanowili sprawdzić, czy wielkość przejściowej dawki zanieczyszczenia (czyli dawki, której doświadczamy w danym momencie) również może upośledzać funkcjonowanie mózgu, tym razem u dorosłych osób. Niestety, wyniki dostarczyły odpowiedzi twierdzącej [7].

Jak szybko dochodzi do efektu neurotoksycznego?

Autorzy najnowszego badania dotyczącego wpływu kumulatywnego oraz przejściowego zanieczyszczenia powietrza na funkcjonowanie mózgu wykonali niemal 32 tysiące pomiarów obejmujących mieszkańców Chin w różnym wieku. Wszystkich uczestników prosili o wykonywanie dwóch rodzajów testów, pozwalających ocenić sprawność kognitywną danej osoby.

Pierwszy test dotyczył sprawności werbalnej, natomiast drugi – szeroko rozumianej sprawności matematycznej. Poza zmiennymi, takimi jak wiek badanych czy ich płeć, autorzy byli w stanie monitorować, od jak dawna respondenci narażeni są na wpływ zanieczyszczonego powietrza. Wyróżniono tu następujące przedziały czasowe: narażenie trwające 1 dzień, 7 dni, 30 dni, 90 dni, 1 rok, 2 lata oraz 3 lata. Mając te dane, badacze byli w stanie określić, po jakim czasie wyniki testów werbalnych oraz matematycznych ulegają istotnemu pogorszeniu (w stosunku do wyniku spodziewanego dla danej grupy demograficznej).

Okazało się, że istotne pogorszenie testów sprawności werbalnej nastąpiło zarówno u kobiet, jak i mężczyzn już po 1 dniu narażenia na zanieczyszczone powietrze. W kolejnych przedziałach czasowych efekt ten stawał się coraz silniejszy, to znaczy pogorszenie spodziewanych wyników było tym gorsze, im dłużej trwało narażenie na szkodliwe substancje w powietrzu.

Dodatkowo, wykazano, że mężczyźni są znacznie bardziej wrażliwi na wpływ zanieczyszczeń, ponieważ już po 30 dniach ich wyniki testów sprawności werbalnej były nie tylko istotnie niższe od spodziewanego rezultatu, ale też istotnie gorsze niż wyniki kobiet w tym samym wieku.

W odniesieniu do testu sprawności matematycznej natomiast zaobserwowano istotne pogorszenie wyników u obojga płci „dopiero” po 30 dniach, a dodatkowo – nie zanotowano istotnych różnic w wynikach osiąganych przez kobiety oraz mężczyzn [7].

Zanieczyszczone powietrze a sprawność poznawcza w późnym wieku

Autorzy badań nie poprzestali na powyższych analizach i postanowili sprawdzić, jak zależność pomiędzy zanieczyszczeniem a pogorszeniem zdolności poznawczych zmienia się wraz z wiekiem badanych. Okazało się, że dorośli przedstawiciele obojga płci mniej więcej do 40. roku życia są stosunkowo wytrzymali na szkodliwy wpływ zanieczyszczonego powietrza. Wykazano bowiem, że nawet przy trzyletnim narażeniu na szkodliwe substancje wyniki ich testów sprawności werbalnej nie ulegają znacznemu pogorszeniu.

Sytuacja ta zmienia się jednak drastycznie mniej więcej po ukończeniu 45 roku życia. W tym wieku trzyletnie narażenie na zanieczyszczone powietrze powoduje już istotne obniżenie wyników testu werbalnego (w porównaniu z tą samą grupą wiekową niedoświadczającą zanieczyszczenia) [7].

Negatywny wpływ trzyletniego narażenia na szkodliwe związki wzmaga się tym bardziej po 55. roku życia, kiedy to nie tylko dochodzi do dalszego pogorszenia sprawności werbalnej (w porównaniu z wynikami rówieśników z niezanieczyszczonych terenów), ale też do zwiększenia przepaści pomiędzy wynikami uzyskiwanymi przez kobiety i przez mężczyzn. Według badaczy, mężczyźni są znacznie bardziej podatni na negatywne oddziaływanie zanieczyszczenia i to właśnie u nich po 55 roku życia dochodzi do bardzo silnie zaznaczonego pogorszenia wyników testów sprawności werbalnej [7].

Jak się chronić przed zanieczyszczonym powietrzem?

Przeczytawszy ten artykuł, macie prawo czuć się – delikatnie mówiąc – zaniepokojeni. Ja z całą pewnością tak właśnie się czułam po dokonaniu przeglądu powyższych badań. Dlatego bardzo chętnie zakończyłabym ten tekst garścią doskonałych porad dotyczących tego, jak należy się chronić przed szkodliwym wpływem zanieczyszczonego powietrza.

Niestety, prawda jest taka, że tu nie ma jednego, prostego „lifehacka”, który natychmiast rozwiąże problem jak za dotknięciem magicznej różdżki. Problem jest złożony i dlatego podejście do niego również powinno być wielopłaszczyznowe. W Crazy Nauce pojawiły się już wcześniej teksty o tym, jak można chronić się przed smogiem, jakie rośliny sadzić, by oczyszczać powietrze w swoim domu, a także: czy stosować oczyszczacze powietrza wewnętrznego.

Najważniejsze jest oczywiście wprowadzenie drastycznych zmian systemowych (związanych chociażby z przemysłem, transportem czy sposobem grzania), ale naukowcy radzą dodatkowo, by w centrach miast tworzyć niskoemisyjne, otoczone zielenią strefy, szczególnie tam, gdzie znajdują się szkoły i inne placówki, do których uczęszczają dzieci [8], a także, by wybierać inne niż samochód środki transportu oraz trasy [1].  Z raportów wynika, że każda opcja jest lepsza i zdrowsza niż samochód, a z eksperymentu naturalnego (przeprowadzonego w warunkach naturalnych, a nie kontrolowanych, takich jak laboratorium) przeprowadzonego przez Healthy Air wynika, że narażenie na szkodliwe substancje jest następujące: jazda samochodem > jazda autobusem > poruszanie się na piechotę zaraz przy głównym ciągu komunikacyjnym > poruszanie się na rowerze > poruszanie się na piechotę w niewielkim oddaleniu od głównego ciągu komunikacyjnego [9].

Powyższa kolejność ma, według autorów eksperymentu, wynikać między innymi z tego, że samochody i autobusy ustawione są jeden za drugim, przez co spaliny z poprzedzającego pojazdu wylatują wprost na kolejnego użytkownika drogi. Dodatkowo, warto zauważyć, że narażenie na spaliny podczas jazdy na rowerze można zmniejszyć dzięki zastosowaniu odpowiedniej maski.

Najważniejsze wydaje się jednoczesne działanie na wielu płaszczyznach: krótkoterminowe unikanie zanieczyszczeń i długoterminowa ich redukcja, wybieranie zdrowszych alternatyw transportu zawsze wtedy, gdy to możliwe, a także bieżące monitorowanie aktualnego stanu zanieczyszczenia.

Bibliografia

1. Royal College of Physicians (2016). Every breath we take: the lifelong impact of air pollution. RCP, London.
2. Calderón-Garcidueñas, L., Mora-Tiscareño, A., Ontiveros, E., Gómez-Garza, G., Barragán-Mejía, G., Broadway, J., & Henríquez-Roldán, C. (2008). Air pollution, cognitive deficits and brain abnormalities: a pilot study with children and dogs. Brain and cognition, 68(2), 117-127.
3. Sunyer, J., Esnaola, M., Alvarez-Pedrerol, M., Forns, J., Rivas, I., López-Vicente, M., & Viana, M. (2015). Association between traffic-related air pollution in schools and cognitive development in primary school children: a prospective cohort study. PLoS medicine, 12(3), e1001792.
4. Younan, D., Tuvblad, C., Franklin, M., Lurmann, F., Li, L., Wu, J., & Chen, J. C. (2017). Longitudinal analysis of particulate air pollutants and adolescent delinquent behavior in Southern California. Journal of abnormal child psychology, 1-11.
5. Yang, Y., & Raine, A. (2009). Prefrontal structural and functional brain imaging findings in antisocial, violent, and psychopathic individuals: a meta-analysis. Psychiatry Research: Neuroimaging, 174(2), 81-88.
6. DeYoung, C. G., Hirsh, J. B., Shane, M. S., Papademetris, X., Rajeevan, N., & Gray, J. R. (2010). Testing predictions from personality neuroscience: Brain structure and the big five. Psychological science, 21(6), 820-828.
7. Zhang, X., Chen, X., & Zhang, X. (2018). The impact of exposure to air pollution on cognitive performance. Proceedings of the National Academy of Sciences, 115(37), 9193-9197.
8. Mudway, I. S., Dundas, I., Wood, H. E., Marlin, N., Jamaludin, J. B., Bremner, S. A., & Beevers, S. (2018). Impact of London’s low emission zone on air quality and children’s respiratory health: a sequential annual cross-sectional study. The Lancet Public Health.
9. Healthy Air (2014). Which transport option is the healthiest? https://www.healthyair.org.uk/healthiest-transport-option-video/