Volgens epidemiologische studies blijft luchtvervuiling een van de grootste gezondheidsrisico’s ter wereld. De Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) heeft daarom recentelijk haar aanbevelingen voor acceptabele luchtverontreiniging aangescherpt. De chemische processen die ten grondslag liggen aan de nadelige gezondheidseffecten van luchtverontreiniging zijn echter nog grotendeels onduidelijk. Een dieper begrip van deze processen is nodig om verdere aanbevelingen te kunnen doen om luchtvervuiling in te dammen en zo ziekte en sterfte effectief terug te dringen.
Samen met collega’s van de University of California in Irvine hebben onderzoekers van het Max Planck Institute for Chemistry (MPIC) de chemische reacties gesimuleerd die optreden wanneer fijnstof, ozon en stikstofdioxide worden ingeademd. Deze luchtverontreinigende stoffen worden het sterkst geassocieerd met ziekten en zijn de belangrijkste componenten van stedelijke luchtvervuiling. Het internationale team gebruikte computermodellen om de chemische processen in de epitheelvloeistof na te bootsen, een dunne waterige laag die onze longen beschermt.
“Bij blootstelling aan verontreinigende stoffen kunnen de afweermechanismen in ons lichaam overweldigd raken, wat resulteert in de vorming van hydroxylradicalen die oxidatieve stress veroorzaken. Voor ons onderzoek hebben we deze processen in de longen nagebootst”, legt Thomas Berkemeier uit, hoofd van de groep Chemical Kinetics & Reaction Mechanisms bij het MPIC. “We ontdekten dat zelfs lage concentraties fijnstof ervoor kunnen zorgen dat de afweer van het lichaam wordt omzeild.” Voor inadembare deeltjes kleiner dan 2,5 micrometer (PM2,5) liet het model duidelijke effecten zien – zelfs bij relatief lage vervuilingsniveaus buiten stadscentra. Voor Berkemeier zijn de nieuwe WHO-richtlijnen dus consequent. De advieswaarde voor PM2,5 was eind september gehalveerd van 10 naar 5 microgram per kubieke meter lucht.
Verdedigingsmechanismen al omzeild bij lage vervuilingsniveaus
In de recent gepubliceerde studie staat het molecuul waterstofperoxide (H2O2) centraal in het chemische mechanisme. Het kan in kleine hoeveelheden worden gevormd en zich ophopen in de longen. Als we alleen schone lucht inademen, zetten enzymen het grootste deel van het waterstofperoxide om in onschadelijke moleculen zoals water. Verontreinigende stoffen concurreren echter met de enzymen en zetten het waterstofperoxide om in zeer reactieve hydroxylradicalen (OH), die biomoleculen zoals eiwitten en lipiden in de longen beschadigen en oxidatieve stress veroorzaken. Fijnstof kan, afhankelijk van de herkomst, koper- en ijzerionen bevatten die de omzetting van waterstofperoxide in hydroxylradicalen bevorderen. Chemici noemen dit de Fenton-reactie.
“Omdat ze zo reactief zijn, kunnen hydroxylradicalen niet effectief worden weggevangen door antioxidanten. De enige bescherming tegen deze radicalen is om te voorkomen dat ze zich in ons lichaam vormen”, zegt Steven Lelieveld, lid van de onderzoeksgroep en hoofdauteur van het onderzoek. “Dit kan alleen worden bereikt als de lucht die we inademen zo schoon mogelijk is.”
“Dit onderzoek is een grote stap naar een beter begrip van de nadelige gezondheidseffecten van luchtverontreiniging. Het nieuwe model is een kwantitatief hulpmiddel om de effecten en interacties van verschillende luchtverontreinigende stoffen te evalueren”, zegt Ulrich Pöschl, hoofd van de afdeling Multiphase Chemistry bij de MPIC. “Luchtvervuiling is nog steeds een van de belangrijkste oorzaken van oversterfte wereldwijd. We zullen de nieuw opgedane kennis koppelen aan epidemiologische gegevens om aanbevelingen te doen voor effectieve strategieën voor de bestrijding van luchtverontreiniging.”