Fijnstof overheerst de afbraak van waterstofperoxide

Dit kan leiden tot nadelige gezondheidseffecten door oxidatieve stress.

Volgens epidemiologische studies blijft luchtvervuiling één 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 geven 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 internationaal team gebruikte computermodellen om de chemische processen in de epitheel vloeistof , een dunne waterige laag die onze longen beschermt, na te bootsen.

“Bij blootstelling aan verontreinigende stoffen kunnen de afweermechanismen in ons lichaam overweldigd raken, wat resulteert in de vorming van hydroxyl radicalen die oxidatieve stress veroorzaken. Voor ons onderzoek hebben we deze processen in de longen nagebootst”, zegt Thomas Berkemeier, 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 niveaus van vervuiling buiten stadscentra. Voor Berkemeier zijn de nieuwe WHO-richtlijnen dus consequent. De advieswaarde voor PM2,5 werd eind september gehalveerd van 10 naar 5 microgram per kubieke meter lucht.

Verdedigingsmechanismen al omzeild bij lage niveaus van vervuiling.

In de recent gepubliceerde studie staat de molecule waterstofperoxide (H2O2) centraal in het chemisch mechanisme. Ze 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 de waterstofperoxide om in zeer reactieve hydroxyl radicalen (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 hydroxyl radicalen bevorderen. Chemici noemen dit de Fenton reactie.

“Omdat ze zo reactief zijn, kunnen hydroxyl radicalen 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 nieuw model is een kwantitatief hulpmiddel om de effecten en interacties van verschillende luchtverontreinigende stoffen te evaluëren”, zegt Ulrich Pöschl, hoofd van de afdeling Multiphase Chemistry bij de MPIC. “Luchtvervuiling is nog steeds één 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.”

Vertaling: Andre Teirlinck