Los asesinos tóxicos en nuestro aire son demasiado pequeños para ver

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Los medidores de contaminación actuales no cuentan los contaminantes más pequeños: las nanopartículas. Investigaciones recientes sugieren que estas pequeñas sustancias tóxicas podrían ser una causa importante de enfermedad y muerte.

Por Tim Smedley

Después de años de titulares sobre la contaminación del aire, nos han engañado algunas cosas sobre el mayor problema de salud ambiental del mundo . Por ejemplo, se nos dice que «PM2.5» – partículas de contaminación sólida que miden 2.5 micrometros o menos – pueden pasar a través de nuestros pulmones y hacia nuestro torrente sanguíneo.

Pero, de hecho, la gran mayoría de ellos no puede.

También nos han dicho que los gases NOx, incluido el dióxido de nitrógeno, son la mayor amenaza para la salud dentro de las ciudades. Sin embargo, NOx es responsable de solo el 14% de las muertes atribuidas a la contaminación del aire en Europa .

El asesino más grande de todos nunca aparece en los titulares, no está regulado y apenas se habla de él más allá de los círculos científicos especializados (a pesar de sus mejores esfuerzos para cambiar esa narrativa): son las nanopartículas.

PM2.5 puede ser demasiado pequeño para verlo, siendo aproximadamente 30 veces más pequeño que el ancho de un cabello humano. Pero, en comparación con una nanopartícula, es un peso relativamente pesado. PM2.5 pisa fuerte a 2.500 nanómetros (nm), mientras que los verdaderos asesinos son de 100 nm o menos. Este problema es que las autoridades locales consideran que el PM2.5 y cualquier partícula más pequeña es igual, lo que significa que a menudo sus informes no representan los verdaderos riesgos.

La ciencia de por qué deberíamos preocuparnos por el número total de partículas que respiramos, no solo por su masa, se conoce desde hace algún tiempo. En 2003, Surbjit Kaur era una joven investigadora que terminaba su maestría en el Imperial College de Londres, cuando su supervisor le sugirió que se uniera al experimento Dapple (la dispersión de la contaminación del aire y su penetración en el entorno local). Kaur diseñó un estudio de exposición personal, con un equipo de seis voluntarios «vestidos como árboles de Navidad» con diferentes sensores de contaminación del aire, y les pidió que recorrieran una ruta establecida en el centro de Londres todos los días durante cuatro semanas.

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Los voluntarios «eran una combinación de amigos y personas en el departamento», dice Kaur, quien desde entonces dejó la ciencia y ahora trabaja como consultor de gestión. «Pero realmente no podría pedirle a la gente que hiciera esto si no lo estuviera haciendo yo misma». Ella se unió a ellos en la carretera, que se centraba alrededor de Marylebone Road, una importante autopista de siete carriles y hogar del museo de cera Madame Tussauds. , y sus largas colas esperando afuera. “Salimos allí sabiendo que nos enfermaríamos debido a esa exposición constante. Comenzamos a sentirnos bastante malhumorados después de un tiempo ”.

El equipo cubierto sobre los voluntarios y las mochilas interiores midieron los contaminantes del aire estándar, PM2.5 y CO (monóxido de carbono). Pero Kaur también incluyó un nuevo kit que acababa de salir al mercado: un contador de nanopartículas ‘P-Trak’. «Necesitábamos obtener todo tipo de aprobaciones para usarlos [en el trabajo de campo] porque se parecían un poco a los contadores Geiger y había preocupación de que el público pudiera entrar en pánico», se ríe. El dispositivo podría contar nanopartículas hasta 2 nm (muchas veces más pequeñas que una célula sanguínea humana) al aspirar aire, rociar alcohol sobre la superficie de las partículas para hacerlas visibles y contarlas individualmente con un rayo láser. Influenciado por el trabajo emergente de la Universidad de Rochester, Nueva York , y el Instituto Nacional de Salud Pública, Finlandia, Kaur tenía el presentimiento de que contar estas «partículas ultrafinas» podría agregar algunos datos interesantes. Ella no estaba equivocada.

Imagen conceptual de contaminación (Crédito: Emmanuel Lafont)

El estudio de Surbjit Kaur de 2003 en Londres encontró que los voluntarios fueron sometidos a hasta 130,000 partículas a la vez (Crédito: Emmanuel Lafont)

«Esperaba un cierto nivel de variación [en el número de partículas]», dice, «pero el nivel de fluctuación realmente me sorprendió … El volumen de autos que pasaron tuvo muy poco impacto en la exposición de las personas a PM2.5. Pero tuvo un impacto masivo en las ultrafinas ”. Mientras los voluntarios golpeaban los pavimentos, estuvieron expuestos a un mínimo de 36,000 partículas a la vez, hasta un máximo de 130,000. Cuando tomaron la misma ruta en bicicleta (complicado, pero no imposible, con todo el equipo), los máximos y mínimos aumentaron en otros 20,000 .

Sin embargo, los promedios más altos se registraron dentro de los automóviles y autobuses: cuanto más cerca de la fuente de la contaminación, los tubos de escape arrojan los humos, mayor es el número total de nanopartículas. La diferencia entre caminar por el borde de la carretera y por el lado del edificio, en el mismo pavimento, solo unos pocos pasos, fue un promedio de 82,000 partículas frente a 69,000. Las mismas lecturas no registraron cambios en PM2.5 .

Alrededor de 2006, justo cuando Kaur se alejaba de la ciencia (sus hallazgos no habían cambiado la forma en que las autoridades gubernamentales midieron la exposición a la contaminación del aire), un estudiante de doctorado de la Universidad de Cambridge recogió el testigo. Prashant Kumar ya había estudiado PM2.5 y PM10 para su maestría en el Instituto Indio de Tecnología (IIT) en Delhi. Pero al llegar a Inglaterra para su doctorado, “en conversaciones con mis supervisores, encontramos allí muy poco, o casi nada, en la comprensión [de las nanopartículas]: sus mediciones, las concentraciones en diferentes entornos. Así que tomé ese tema como un desafío ”. Su posterior flujo de artículos publicados a partir de 2008 se convirtió en un trabajo fundamental sobre la exposición a nanopartículas, y lo llevó a su cátedra en la Universidad de Surrey.

Una nube de mil millones de partículas de 10 nm tiene la misma masa que una sola partícula PM10, pero una superficie combinada un millón de veces más grande

«El primer estudio que realicé en 2008 fue un análisis exploratorio», recuerda Kumar. “Cuando los gases de escape salen de los vehículos, salen como gases y se enfrían en partículas [nano] más pequeñas. Luego comienzan a acumularse para formar partículas más grandes. Desde el tubo de escape puede obtener 10 a la potencia de seis (un millón) de partículas por centímetro en cubos de aire. En la carretera 100,000, en la carretera 10,000 ”. Sus estudios encontraron que hasta el 90% de todas las partículas en las carreteras transitadas son nanopartículas por debajo de 100nm.

Este es un problema para nuestra salud, explica Kumar, “debido a que las partículas más pequeñas que tiene, tiene una mayor superficie. Una mayor área de superficie significa más toxicidad [potencial], ya que están en contacto con una mayor área de superficie dentro de su cuerpo «.

Para visualizar esto, imagine pelotas de fútbol versus pelotas de golf. Un balón de fútbol (o balón de fútbol, ​​para lectores norteamericanos) tiene una circunferencia de 70 cm (28 pulgadas) y una superficie de alrededor de 1.500 cm2 (91,5 pulgadas). Una pelota de golf es obviamente mucho más pequeña, con una circunferencia de aproximadamente 13 cm (5,2 pulgadas), lo que hace que su superficie sea de 54 cm2 (3,3 pulgadas2). Por volumen, podría colocar 156 pelotas de golf en el mismo espacio que una pelota de fútbol, ​​pero la superficie total de todas esas pelotas de golf sería de 8.453 cm2, un considerable 6,9 ​​metros cuadrados más que la pelota de fútbol. En una nanoescala, esa diferencia se amplifica. Una nube de mil millones de partículas de 10 nm tiene la misma masa que solo una partícula PM10, pero una superficie combinada un millón de veces más grande. Y esa superficie viene recubierta con combustible tóxico no quemado de los gases de escape del vehículo.

Imagen conceptual de contaminación (Crédito: Emmanuel Lafont)

Se cree que las personas dentro de los automóviles están sujetas a más nanopartículas que las que andan en bicicleta o caminan por el pavimento (Crédito: Emmanuel Lafont)

Otro de los estudios del profesor Kumar analizó la exposición de niños empujados en cochecitos a lo largo de la carretera de un pequeño pueblo. «Descubrimos que tienes una exposición alta cuando esperas en los semáforos, y que los niños tienen una exposición mucho más alta en comparación con los adultos … En algunos casos fue una exposición 20-30% mayor [a la altura del cochecito en comparación con la altura de un adulto]. Debido a que su sistema inmunológico aún se está desarrollando, son más vulnerables al impacto en la salud ”. El Estudio de Salud de los Niños de California , por ejemplo, encuentra que los niños que crecen a menos de medio kilómetro de una carretera transitada sufren una pérdida significativa en la capacidad pulmonar.

Las nanopartículas también pueden pasar a través de las paredes de los pulmones y al torrente sanguíneo, de una manera que las PM2.5 más grandes no pueden. Una vez en el torrente sanguíneo, causan el mismo daño inflamatorio que infligen en los pulmones, excepto que ahora pueden llegar a cualquier órgano o arteria del cuerpo. Hasta hace poco, no se sabía exactamente qué tamaño de partícula podría atravesar y cuál permanecía atrapado en los pulmones o las vías respiratorias superiores.

Primero, el equipo de Edimburgo consiguió que los ratones respiraran las nanopartículas de oro; luego, fue el turno de los voluntarios humanos

Esa pieza final del rompecabezas fue puesta en marcha por un equipo dirigido por el profesor David Newby en la Universidad de Edimburgo en 2017. La Dra. Jen Raftis, que fue parte del equipo de investigación, dice: «Hubo varias ideas sobre cómo podríamos mostrar Estas nanopartículas [en la sangre], diversas técnicas de imagen. Pero ninguna técnica de imagen realmente tiene ese tipo de resolución. Así que decidimos usar oro «.

Una máquina prestada de los Países Bajos utilizó electrodos para dispersar oro en nanopartículas de hasta 2 nm de tamaño. Primero, el equipo de Edimburgo consiguió que los ratones respiraran las nanopartículas de oro; luego, fue el turno de los voluntarios humanos. «Utilizamos oro porque sabemos que es realmente seguro», explica Raftis, tranquilizadoramente. «Se usa clínicamente porque es inerte, no reacciona a las cosas ni causa estrés oxidativo en el cuerpo». También es fácil de detectar, a diferencia de las partículas de carbono que están efectivamente camufladas dentro de nuestros cuerpos a base de carbono.

Los voluntarios dieron muestras de sangre y orina 15 minutos y 24 horas después de inhalar las partículas. He aquí que había oro en ellas . El equipo descubrió un punto de corte de 30 nm; cualquier cosa debajo de eso podría encontrarse nadando en el torrente sanguíneo, pero cualquier cosa arriba que no haya podido pasar los pulmones.

«Obviamente con los humanos no pudimos realizar una biopsia, pero con los ratones que hicimos», dice Raftis. «Encontramos las mayores acumulaciones [de partículas] en los pulmones principalmente, pero luego en el hígado, porque el hígado es donde la sangre pasa primero … el tamaño del poro en el riñón es de 5 nm, por lo que nada más grande que eso pasaría por el riñón». … También podría haber acumulaciones en otras partes del cuerpo, porque los tamaños de poro en todo el cuerpo difieren ”. El oro todavía estaba presente en la orina de los voluntarios tres meses después.

Imagen conceptual de contaminación (Crédito: Emmanuel Lafont)

Se usaron partículas de oro para ver si las nanopartículas se acumulaban en otras partes del cuerpo (Crédito: Emmanuel Lafont)

David Newby, financiado por la Fundación Británica del Corazón, luego llevó el estudio más allá. Una vez más, se había teorizado, pero no probado, que la acumulación de nanopartículas en las arterias podría provocar accidentes cerebrovasculares y enfermedades cardíacas. Se acercó a los pacientes del hospital que debían someterse a una cirugía para extraer un depósito de grasa (conocido como ‘placa’) de una arteria. Si se respira en las nanopartículas de oro, serían éstos se encuentran en la placa eliminado durante la cirugía de un día más tarde?

«Sí, encontramos oro en la placa», dice Raftis, todavía entusiasmado por el hallazgo. “Era indicativo que las partículas de contaminación del aire de este tamaño y estructura se pueden enviar a una placa dentro de las 24 horas de inhalarlas. Ese es un riesgo bastante grande para los pacientes con enfermedades cardíacas … ya que la contaminación del aire es una exposición de toda la vida. Acabamos de hacer un experimento único, pero esto sucede todos los días «.

Piense en una placa como la escena de un accidente automovilístico, y la arteria como una carretera; Las nanopartículas son más autos que se acumulan detrás de él, causando un bloqueo mayor. Las nanopartículas también pueden ser la causa del choque, inflamando la arteria con químicos tóxicos adheridos a su superficie (el predecesor de Newby, el profesor Ken Donaldson, había destacado la toxicidad de las nanopartículas en la década de 1990 ). El estudio Global Burden of Diseases estima que la contaminación del aire podría representar el 21% de todas las muertes por accidente cerebrovascular y el 24% de las muertes por cardiopatía isquémica. Los vapores del tráfico se habían considerado durante mucho tiempo la pistola humeante, pero la bala había resultado esquiva. Ahora, muchos piensan que la bala son nanopartículas.

Por lo tanto, una lectura baja de PM2.5 en el sitio web del gobierno o la aplicación de teléfono móvil puede dar una falsa impresión de aire limpio cuando, de hecho, está girando con partículas que ingresan a nuestras arterias

La mayoría de los países, incluidos los EE. UU. Y la UE, tienen límites legales para los contaminantes atmosféricos más dañinos, incluidos PM2.5, NOx, monóxido de carbono y dióxido de azufre. Pero no existen límites regulatorios similares para las nanopartículas. La refutación típica es que «PM2.5 incluye todo hasta 1 nm», lo que técnicamente lo hace, pero como hemos visto, literalmente millones de nanopartículas todavía dan una lectura baja de PM2.5. Por lo tanto, una lectura baja de PM2.5 en el sitio web del gobierno o en la aplicación de teléfono móvil puede dar una falsa impresión de aire limpio cuando, de hecho, está girando con partículas que ingresan a nuestras arterias.

Un informe de 2018 sobre partículas ultrafinas por debajo de 100 nm para el Departamento de Medio Ambiente, Alimentación y Asuntos Rurales del Reino Unido (Defra), descubrió que debido a que «actualmente no hay límites de emisiones ni objetivos de reducción de emisiones establecidos en [nanopartículas] … no hay pautas o fuentes comunes de factores de emisión de [nanopartículas] para permitir el desarrollo de inventarios ”. La única regulación que existe, la prueba de emisiones de vehículos Euro 6, incluye un límite de número de partículas y mide hasta 23 nm. Pero eso significa, dice el informe de Defra, «más del 30% de las [nanopartículas] en entornos urbanos pueden no estar incluidas», y cubre solo una fracción de las que están por debajo del umbral de 30 nm identificado por el estudio de oro de Edimburgo.

Imagen conceptual de contaminación (Crédito: Emmanuel Lafont)

Las partículas más pequeñas en realidad tienen una mayor área de superficie colectiva porque hay más de ellas y tienen un efecto más tóxico (Crédito: Emmanuel Lafont)

Tal vez el único bueno es que mientras que el número de partículas no se correlaciona bien con las mediciones de masa de partículas (PM 2.5), que no tienden a correlacionarse con las lecturas de NOx. Al igual que las nanopartículas, el NO2 es el más cercano a su fuente y luego se disipa rápidamente. El NO2 incluso reacciona con otros gases en el aire para formar algunas de las nanopartículas. Por lo tanto, abordar NO2 a menudo puede funcionar como un proxy para reducir las nanopartículas. «Se correlacionan bien», dice Kumar, «porque provienen de la misma fuente».

La solución para NOx y nanopartículas también es la misma: reemplazar la combustión por electrificación. Los autos eléctricos aún levantan el polvo del camino, pero no emiten nanopartículas derivadas de la combustión o NOx; y aunque se necesitan centrales eléctricas para tomar la electricidad, pasamos mucho más tiempo de pie en las carreteras que en las chimeneas de las centrales eléctricas (aunque esta es una razón más para pasar rápidamente al 100% de energía renovable). El verdadero transporte sin emisiones, como caminar y andar en bicicleta, es aún mejor. Cuanto más rápido podamos hacer esta transición, más vidas se salvarán. Mientras tanto, también necesitamos reducir nuestra exposición separando físicamente a las personas del tráfico basado en la combustión, a través de carriles bici segregados y barreras verdes ( árboles, setos y plantas trepadoras ) entre pavimentos y carreteras.

Dejé de quemar velas en mi casa. No uso ni tengo una estufa de leña en casa, a pesar de que me gustan … Siempre tengo la extracción cuando cocino alimentos – Jen Raftis

Kaur todavía encuentra sus propios hábitos influenciados por su investigación de nanopartículas, más de una década después. «¡Mis amigos encuentran divertido que abrace el lado del edificio cuando camino por una acera!», Se ríe. «Siempre que sea posible, corto el parque o tomo las carreteras secundarias».

En Edimburgo, Raftis va un paso más allá. “Dejé de quemar velas en mi casa. No uso ni tengo una estufa de leña en casa, a pesar de que me gustan … Siempre tengo la extracción cuando cocino los alimentos. No salgo a correr por las carreteras, siempre corro en un parque. No conduzco y no creo que pueda hacerlo conscientemente a menos que se trate de un automóvil eléctrico «. Ella realiza un ciclo, a pesar de la proximidad a un alto recuento de partículas, porque» incluso si circula en un tráfico pesado está compensando la exposición a la contaminación del aire con ejercicio «.

Le pregunto si la regulación y la política de emisiones deberían cambiar más hacia la exposición a nanopartículas. Ella no es una persona política, me dice, pero agrega rápidamente: «Simplemente no sé por qué no lo han hecho». Quiero decir, sientes que estás investigando e investigando y produciendo datos y no se hace nada al respecto, solo el servicio de los labios. Siento que tiene que moverse junto con la tecnología. PM2.5 es [solo] lo que miden los monitores ”.

Imagen conceptual de contaminación (Crédito: Emmanuel Lafont)

Dentro del mismo pueblo o ciudad, nuestra exposición diaria a la contaminación del aire puede diferir mucho según la persona, el modo de transporte y las rutas que tomamos (Crédito: Emmanuel Lafont)

Dentro del mismo pueblo o ciudad, nuestra exposición diaria a la contaminación del aire puede diferir mucho según la persona, el modo de transporte y las rutas que tomamos. La mayoría de las ciudades o países miden esto con un puñado de estaciones de monitoreo estacionarias, que solo pueden probar el aire inmediatamente al lado de ellas. Sin embargo, no pasamos nuestras vidas quietos.

«Todavía me parece fascinante», dice Kaur, que me habla desde sus oficinas del lado del Támesis, con vistas a la oficina del alcalde de Londres. «Si está introduciendo una política de contaminación del aire para el bienestar de los humanos, y basa esa guía en datos que no son relevantes, ¿realmente está ayudando a las personas o realmente está obstaculizando?»

Fuente e imágenes: BBC

Tim Smedley es el autor de Clearing The Air, publicado por Bloomsbury.

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