Los científicos de Virginia Tech han descubierto que las partículas increíblemente pequeñas de un óxido de titanio inusual y altamente tóxico que se encuentra en el smog de carbón y las cenizas pueden causar daño pulmonar en ratones después de una sola exposición, con daños a largo plazo en solo seis semanas.
Las pruebas fueron dirigidas por Irving Coy Allen, profesor del Colegio de Medicina Veterinaria Virginia-Maryland, con colaboradores de todo Virginia Tech e investigadores de la Universidad de Colorado, la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill, Universidad de East Carolina,y East China Normal University en Shanghai. Los hallazgos fueron publicados recientemente en la revista científica Fronteras en inmunología .
Siguen los hallazgos de 2017 del geocientífico de Virginia Tech, Michael Hochella, de que quemar carbón, cuando el humo no es capturado por los filtros de alta gama que se encuentran actualmente en las plantas de energía de EE. UU., Emite pequeñas partículas conocidas como nanopartículas de suboxide de titanio a la atmósfera.encontrado por el equipo de científicos de Hochella en cenizas recolectadas en las calles de la ciudad, las aceras y en los estanques y bahías cerca de las ciudades estadounidenses y chinas.
Utilizando modelos de ratón en un laboratorio, estas nanopartículas más pequeñas, tan pequeñas como 100 millonésimas de metro, ingresaron a los pulmones después de ser inhaladas. Una vez dentro de los pulmones, las nanopartículas encontraron macrófagos, las células defensivas de los pulmones que atrapany eliminar materiales extraños. Por lo general, estas células protegen los pulmones de los patógenos, como las bacterias y los virus. Pero contra estas nanopartículas, los macrófagos fallan.
"No pueden descomponer las nanopartículas de titanio, por lo que las células comienzan a morir, y este proceso recluta más macrófagos. Estos procesos comienzan un ciclo de retroalimentación con cada ronda de células moribundas concentrándose alrededor de las nanopartículas", dijo Allen, un miembrodel Departamento de Ciencias Biomédicas y Patobiología. "Las células moribundas que contienen nanopartículas comienzan a hacer depósitos en los pulmones y estos depósitos causan problemas. Comenzamos a ver impactos negativos en la función pulmonar, y básicamente los pulmones no funcionan correctamente."
En lo que Allen llama un "hallazgo sorprendente", su equipo descubrió efectos negativos después de una sola exposición a las nanopartículas tóxicas. El daño a largo plazo de los depósitos puede aparecer en tan solo seis semanas, lo que genera preocupación por las ciudades altamente contaminadas ".Nos dimos cuenta de que si alguien vivía cerca de una planta de energía, o cerca de una de estas fuentes de combustión de carbón, no estarían expuestos a una sola dosis, estarían expuestos a esto diariamente ", dijo." Tampoco vimosdepuración pulmonar después de una semana, por lo que cuando estas cosas están en sus pulmones, permanecen allí y permanecen allí durante un período prolongado de tiempo ".
Más aún, los pulmones dañados pueden conducir a una mayor susceptibilidad al virus o infección bacteriana, y podrían empeorar los síntomas asociados con el asma o la enfermedad pulmonar obstructiva crónica EPOC.
Sin embargo, los efectos exactos de estas nanopartículas tóxicas en humanos, otros animales, vegetación y sistemas de agua no se conocen y exigen más estudios por parte de investigadores internacionales, dijo Allen.
"Los pulmones de ratones y humanos son funcionalmente similares, pero anatómicamente diferentes en una variedad de formas sutiles", agregó Allen. "Si bien los estudios realizados en este documento se utilizan comúnmente para modelar trastornos de las vías respiratorias en personas, se necesitan datos clínicos más directos paracomprender completamente el impacto humano de la exposición a estas nanopartículas "
Las nanopartículas de suboxide de titanio, llamadas fases Magnéli por los investigadores, alguna vez se consideraron raras, se encontraron en la Tierra en algunos meteoritos, en un área pequeña de ciertas rocas en el oeste de Groenlandia, y ocasionalmente en rocas lunares. Sin embargo, Hochella, trabajando conotros investigadores en 2017 descubrieron que estas nanopartículas de hecho están muy extendidas a nivel mundial por la quema de carbón.
Según el estudio anterior, publicado en Comunicaciones de la naturaleza , casi todo el carbón contiene pequeñas cantidades de minerales rutilo o anatasa, tanto "normales", que se producen naturalmente, como óxidos de titanio relativamente inertes. Pero cuando se queman, estos minerales se convierten en suboxide de titanio. Las nanopartículas se transportan al aire si la central eléctricano está equipado con trampas de partículas de alta tecnología, como las de los Estados Unidos. Para los países sin regulaciones estrictas, las nanopartículas pueden flotar en las corrientes de aire a nivel local, regional e incluso a nivel mundial, dijo Hochella agregó que Estados Unidoscomenzó a usar precipitadores electrostáticos en pilas de carbón en la década de 1920
Los primeros estudios de biotoxicidad del grupo de Hochella con embriones de pez cebra mostraron signos de impacto biológico negativo de las nanopartículas, lo que sugiere un daño potencial para los humanos. Ahora, con este estudio, las probabilidades de toxicidad para los humanos son mucho mayores ". El problema con estas nanopartículases que no hay una manera fácil o práctica de prevenir su formación durante la quema de carbón ", dijo Hochella, Profesor Distinguido Emérito de Geociencias de la Universidad de Virginia Tech College of Science, tras la publicación del estudio anterior hace dos años.
Hochella y su equipo encontraron las nanopartículas de suboxide de titanio por casualidad mientras estudiaban el movimiento aguas abajo de un derrame de cenizas de carbón en 2014 en el río Dan de Carolina del Norte. El grupo luego produjo las mismas nanopartículas de suboxide de titanio al quemar carbón en simulaciones de laboratorio.Este peligro potencial para la salud se basa en los hallazgos establecidos de la Organización Mundial de la Salud: más de 3.3 millones de muertes prematuras que ocurren en todo el mundo por año debido al aire contaminado, y solo en China, se calculan anualmente 1.6 millones de muertes prematuras debido a lesiones cardiovasculares y respiratorias causadas por la contaminación del aire..
Esto plantea múltiples preguntas: ¿Las nanopartículas son absorbidas a través del cuerpo por otros medios, como el contacto con los ojos o la piel? ¿Pueden llegar a la vegetación, incluida la comida, a través del suelo? Si es así, ¿cuáles son las implicaciones para¿El tracto gastrointestinal? ¿Están presentes en el agua potable? Si un ratón experimenta daño a largo plazo a las seis semanas, ¿qué significa eso para los humanos que respiran el aire?
Allen insta a que las pruebas pasen a estudios centrados en humanos.
"Hemos identificado un contaminante único en el medio ambiente, y hemos demostrado que existe un posible problema de salud para los humanos, por lo que nos da un biomarcador que podemos monitorear más de cerca", dijo. "Deberíamos comenzar a observarestas partículas se acercan más a medida que nos damos cuenta de los peligros que plantean estas nanopartículas. Estas son preguntas que deben formularse ".
Ese camino, si bien es obvio, puede no ser tan simple, ética o políticamente. Los científicos no pueden exponer a los sujetos de prueba humanos al smog de carbón o cenizas y las nanopartículas tóxicas. Por lo tanto, un escenario probable: los científicos podrían estudiar estas partículas en el pulmón humanotejido de biopsias pulmonares y muestras clínicas. Sin embargo, muchos médicos se han mostrado reacios a participar en este esfuerzo en muchos de los países con mayor riesgo. Allen dijo que una de las razones puede ser la sensibilidad que estos países tienen hacia los problemas de calidad del aire.
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Materiales proporcionado por Virginia Tech . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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