Según la Organización Mundial de la Salud OMS, siete millones de personas en todo el mundo mueren como consecuencia de la contaminación del aire cada año. Durante alrededor de 20 años, los estudios han demostrado que las partículas en el aire afectan negativamente la salud humana. Ahora, además deLas fuentes de partículas ya investigadas, como las emisiones de los sistemas de calefacción, la industria y el tráfico por carretera, las emisiones de partículas de los motores de las turbinas de los aviones, a raíz del aumento del tráfico aéreo, también se han vuelto más importantes. Como resultado, la investigación científica de las partículas del tráfico aéreo es importantepara el desarrollo de normas ambientales en el sector de la aviación.
Las partículas sólidas primarias, es decir, las emitidas directamente desde la fuente, tienen el efecto más fuerte en las personas cercanas. Sin embargo, la toxicidad de las partículas sólidas de los motores de las turbinas de los aviones aún no se ha investigado ampliamente. Ahora, un equipo multidisciplinario, liderópor la investigadora pulmonar Marianne Geiser del Instituto de Anatomía de la Universidad de Berna, junto con colegas de Empa Dübendorf y la Universidad de Ciencias y Artes Aplicadas del Noroeste de Suiza FHNW, ha demostrado que las partículas de hollín primarias de la combustión de queroseno en motores de turbinas de aviones tambiéncausan daño directo a las células pulmonares y pueden desencadenar una reacción inflamatoria si las partículas sólidas, como se simula en el experimento, se inhalan en la vecindad directa del motor. Los investigadores demostraron por primera vez que los efectos dañinos también dependen decondiciones de funcionamiento del motor de turbina, la composición del combustible y la estructura de las partículas generadas.tudy fue publicado en la revista Biología de las comunicaciones de la naturaleza .
Partículas extremadamente pequeñas en el rango de nanoescala
Las partículas emitidas por los motores de las turbinas de los aviones son generalmente ultrafinas, es decir, más pequeñas que 100 nm. A modo de comparación, un cabello humano tiene un diámetro de aproximadamente 80,000 nm. Cuando se inhalan, estas nanopartículas, como las de otras fuentes de combustión, se depositan eficientementeen las vías respiratorias. En las personas sanas, los mecanismos de defensa bien desarrollados en los pulmones normalmente se encargan de hacer que las partículas depositadas sean ineficaces y eliminarlas de los pulmones lo más rápido posible. Sin embargo, si las partículas inhaladas logran superar estos mecanismos de defensa,Debido a su estructura o propiedades fisicoquímicas, existe el peligro de daños irreparables en el tejido pulmonar. Este proceso, ya conocido por los investigadores de experimentos anteriores con emisiones de partículas de motores de gasolina y diesel, ahora también se ha observado para las emisiones de partículas demotores de avión.
Configuración experimental interdisciplinaria única
En experimentos innovadores y combinados, los investigadores investigaron la toxicidad de las partículas del escape de un turboventilador CFM56-7B, que es el motor de turbina de avión más utilizado a nivel mundial. La turbina se ejecutó en modo de ascenso simulando el despegue ysubir y a velocidad de ralentí en tierra en las instalaciones de pruebas de SR Technics en el aeropuerto de Zúrich. En este marco, los investigadores pudieron utilizar un método de medición estandarizado a nivel mundial, aplicado para la certificación ambiental de motores de aviones. También se investigó la composición del combustible: la turbinael motor funcionaba con combustible de queroseno Jet A-1 convencional o biocombustible. Este último está compuesto de combustible de queroseno con 32% de HEFA "ésteres hidrogenados y ácidos grasos" de aceite viejo para freír, grasas animales, algas y aceites vegetales.
Una cámara de deposición de aerosol desarrollada específicamente para investigar la toxicidad de las nanopartículas inhaladas in vitro y construida en FHNW, hizo posible depositar las partículas generadas de forma realista en cultivos de células epiteliales bronquiales que recubren la superficie interna de los bronquios., los investigadores pudieron depositar un aerosol directamente sobre las células pulmonares humanas, lo que no habría sido posible en un experimento con personas de prueba humanas por razones éticas. Además, las partículas fueron analizadas por sus propiedades fisicoquímicas y estructurales para examinar posibles enlacescon los efectos de las partículas. "Este es un experimento único en todo el mundo, que combina la tecnología de medición de emisiones con análisis médicos en condiciones realistas", dice Benjamin Brem, investigador de aerosoles de motores de turbinas de avión en Empa, ahora en el Instituto Paul Scherrer.
La toxicidad depende de las condiciones de funcionamiento de las turbinas y del tipo de combustible
Las células se expusieron al aerosol durante 60 minutos. Durante este tiempo, se depositó una masa de partículas de 1,6 a 6,7 ng mil millonésimas de gramo por centímetro cuadrado de área de superficie celular mientras la turbina estaba funcionando al ralentí, y310 a 430 ng mientras estaba en modo de ascenso. Esto es equivalente a la ingesta diaria de aire en zonas rurales levemente contaminadas con 20 µg millonésimas de gramo de partículas por metro cúbico de aire hasta aire muy contaminado en una gran ciudad100-500? G de partículas por metro cúbico de aire.
Se identificó evidencia de un aumento en el daño de la membrana celular y el estrés oxidativo en los cultivos celulares. El estrés oxidativo acelera el envejecimiento de las células y puede desencadenar cáncer o enfermedades del sistema inmunitario. Las partículas resultaron causar diferentes grados de daño dependiendo deel nivel de empuje de la turbina y el tipo de combustible: se registraron los valores más altos para el combustible convencional al ralentí en tierra y para el biocombustible en modo de ascenso. Estos resultados fueron sorprendentes. Las reacciones de las células en las pruebas con combustible de queroseno convencional a plena potencia del motor - comparablecon el despegue y el ascenso, en particular, fueron más débiles de lo esperado. "Estos resultados pueden explicarse en parte por las muy pequeñas dimensiones y la estructura de estas partículas", dice Anthi Liati, especializado en la nanoestructura de aerosoles de combustión en Empa. Además, elLas células respondieron a la exposición a los biocombustibles aumentando la secreción de citocinas inflamatorias, que desempeñan un papel central en nuestro sistema inmunológico ". Esta reacción reduce la abiLa capacidad de las células epiteliales de las vías respiratorias para reaccionar adecuadamente ante cualquier infección viral o bacteriana posterior ", explica Marianne Geiser.
En general, según los investigadores, se ha demostrado que el efecto de daño celular causado por la exposición a partículas generadas por la combustión de gasolina, diesel y combustible de queroseno son comparables para dosis y tiempos de exposición similares. Además, un patrón similar fueencontrado en la secreción de citocinas inflamatorias después de la exposición a partículas de combustible de gasolina y queroseno.
"Los métodos de medición de vanguardia utilizados en nuestro estudio, el enfoque interdisciplinario y los resultados resultantes constituyen un paso importante en la investigación sobre contaminantes del aire y sus efectos en la salud humana", dice Geiser.
Aerosoles: la distancia desde la fuente es crucial
Los aerosoles son la mejor sustancia sólida o fluida suspendida en el aire. En los procesos de combustión, la composición de partículas ultrafinas es muy variable. Además, los aerosoles son inestables y se modifican después de su formación. Las partículas sólidas ultrafinas primarias tienen un altovelocidad de difusión. Como resultado, a altas concentraciones, tales partículas se unen o se unen a otras partículas. Por lo tanto, el efecto de las partículas ultrafinas primarias depende de la distancia desde la fuente, lo que implica que hay una diferencia dependiendo de si una persona está cercaa la fuente como personas al costado del camino o a una distancia mayor rodaje o despegue de aeronaves. Se necesita más investigación para aclarar qué tan fuerte sería el impacto a una mayor distancia del motor de una aeronave.
Medidas ambientales ya cumplidas - Compromiso especial de Suiza
Desde que se introdujo el "Plan de acción suizo para la materia de partículas" en 2006, la Oficina Federal de Aviación Civil BAZL, desde el principio de precaución, ha abogado por la introducción de la certificación de partículas para motores de aviones y un límite de emisión de partículas enla Organización de Aviación Civil Internacional OACI. La BAZL estableció una infraestructura de medición y creó la base para la investigación en SR Technics específicamente para este propósito. Ha estado apoyando la investigación de alto nivel en este campo, que ha mejorado significativamente la comprensión científicade emisiones de aviación y tecnología de medición de emisiones, a través de "Financiación especial de la aviación civil" desde 2012. La investigación condujo al primer estándar mundial de partículas para medir la masa y el número de partículas en 2016. En febrero de 2019, el comité de medio ambiente de la OACI, en el que todoslos principales países fabricantes estuvieron representados, acordaron una recomendación para los límites que deberían aplicarsea nuevos tipos de motor desde 01/01/2023.Los resultados del presente estudio contribuyeron a establecer estos límites globales.Hasta ahora, la aviación es el único sector que ha introducido límites globales sobre las emisiones de partículas ultrafinas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Berna . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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