Добровольцы, участвующие в канадском исследовании, дышат воздухом, уровень загрязненности которого сходен с тем, что наблюдается в современных мегаполисах. Таким образом ученые рассчитывают выяснить, насколько загрязнение атмосферы влияет на человеческие гены, рассказывает обозреватель BBC Future.
Провести два часа в подвале больницы, вдыхая выхлопные газы дизельного двигателя — не самое приятное начало дня. Но именно этим занимается Джулия, известная также как испытуемая COPA-03. Она сидит в герметичной стеклянной камере размерами 1,2 на 1,8 метра и 2,1 м в высоту и смотрит фильмы на своем айпэде.
Периодически девушка садится на велотренажер, чтобы изменить дыхательный ритм. Объем вдыхаемых ею с воздухом дизельных выхлопных газов примерно эквивалентен степени загрязнения воздуха в таких крупных городах, как Мехико или Пекин.
Цель исследования, в котором участвует Джулия, заключается не в том, чтобы привлечь туристов в загазованные мегаполисы.
Оно поможет ученым узнать, что происходит с человеческим организмом при вдыхании загрязненного воздуха, а также выработать методы лечения людей, входящих в группы риска.
В последнее время ситуация с вредными атмосферными выбросами вызывает все больше беспокойства во всем мире.
В конце 2014 г. немецкий автомобильный концерн Volkswagen оказался в центре крупного скандала — выяснилось, что компания оснащала миллионы своих дизельных автомобилей программным обеспечением, в режиме тестирования существенно занижающим реальные показатели вредных выбросов.
По прогнозам Всемирной организации здравоохранения, к 2030 г. хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) станет третьей из основных причин преждевременной смерти в мире.
ХОБЛ обычно (но не всегда) вызвана курением, но, согласно результатам исследований, в случае с некурящими пациентами причиной возникновения заболевания может быть загрязненный воздух — в том числе и загрязненный дизельными выхлопными газами.
В одном только Лондоне из-за плохого качества воздуха, по некоторым оценкам, умирает почти 100 000 человек в год — хотя в периоды особо выраженной загрязненности атмосферы, например, во время Великого смога 1952 г., уровень смертности бывал гораздо выше.
Дизельные выхлопные газы — широко распространенный атмосферный загрязнитель в развивающихся странах, где грузовики, испускающие клубы черного дыма, — обычное дело, говорит доктор Джереми Хирота из канадского Университета Британской Колумбии. Такой цвет им придают твердые частицы дизельных выхлопов.
Подобными газами, которые подаются от жужжащего дизельного генератора, установленного в глухом переулке за зданием ванкуверской многопрофильной больницы, дышит наша Джулия.
Перед тем как попасть в ее камеру, вредные газы смешиваются с чистым, отфильтрованным воздухом.
После двух часов контролируемого вдыхания этой смеси Джулию отвозят на такси в больницу Святого Павла, где ее снова сажают на велотренажер.
Затем она проходит в еще более тесную камеру, размером с телефонную будку — лаборант надевает ей на нос зажим и просит определенным образом дышать в специальную трубку.
Работа легких Джулии регистрируется прибором в виде нескольких волнистых линий — в лаборатории исследуют изменения в составе ее крови и мочи, а также в легочной функции.
Процедура, которую Джулии предстоит пройти после всего этого, рассчитана не на слабонервных.
Пульмонолог Крис Карлстен вставит в ее предварительно анестезированное горло трубку, впрыснет в верхние доли легких физраствор и извлечет кусочки легочной ткани, снятые с внутренней поверхности игольчатой щеткой.
Влияние загрязненной атмосферы на человеческий организм чаще всего исследуют путем сличения клинических картин тех или иных заболеваний с длинным списком загрязняющих веществ, способных их вызвать.
Но городской воздух представляет собой сборную солянку из разнообразных газов и мелких частиц, так что подобный подход — эпидемиологический, как его называют в медицине — на практике оказывается довольно неэффективным.
Именно по этой причине канадское экспериментальное исследование представляет такую ценность.
Поскольку каждый из добровольцев подвергается воздействию контролируемой смеси чистого воздуха с дизельными выхлопами (причем загрязненность воздуха варьируется в случайном порядке), испытуемые не знают, насколько чистым воздухом дышат, то есть фактически сами же играют роль контрольной группы.
Руководящие экспериментом Карлстен и Хирота — профессора медицинских наук в центре профессиональных и экологических заболеваний при Университете Британской Колумбии — изучают негативное влияние загрязняющих частиц на организм человека в реальном масштабе времени.
Предыдущее исследование, проведенное Карлстеном, показало, что в результате всего лишь двухчасового вдыхания загрязненного воздуха человеческие гены подвергаются изменениям.
Эти изменения не затрагивают структуру ДНК, отвечающую за уникальность каждого из нас, но, как полагают ученые, в нашу геномную последовательность встраивается определенный химический элемент.
Последствия обратимы?
Речь идет о так называемом эпигенетическом изменении, объясняет доктор Дэвис Диас-Санчес, возглавляющий отделение клинических исследований Национальной научно-исследовательской лаборатории по вопросам влияния экологических факторов на здоровье при Агентстве по охране окружающей среды США.
По его словам, такие природные факторы, как атмосферное загрязнение, неправильное питание и стресс «могут включать или выключать определенные гены, а также оказывать влияние на взаимодействие между генами и клетками».
До недавнего времени связь между загрязнением атмосферы и химическими процессами на генно-клеточном уровне была изучена очень слабо, но ситуация постепенно меняется.
Обратимы ли эпигенические изменения, вызванные вдыханием загрязненного воздуха? Пока это неизвестно.
Ученые подозревают, что последствия носят временный характер, но, чтобы с уверенностью это утверждать, необходимо исследовать проблему глубже.
Даже если эти изменения краткосрочны, реакция человеческого организма на воздействие загрязненного воздуха не может не вызывать беспокойство, говорит доктор Нил Алексис из отделения педиатрии и центра экологической медицины, исследования астмы и легочной биологии при Университете Северной Каролины.
Одним из видов реакции легких является воспалительный процесс — то есть фактически включается защитный механизм организма.
Тем не менее, по словам Алексиса, в продолжительном воспалительном процессе в ответ на постоянное раздражение легких нет ничего хорошего, поэтому его необходимо либо купировать (задача иммунной системы), либо устранять раздражающий фактор.
Кроме того, при вдыхании загрязненного воздуха нарушается легочная функция, что приводит к затруднению дыхания.
У людей с фоновыми заболеваниями дыхательных путей, такими как ХОБЛ или астма, иммунная система уже и так испытывает нагрузку, в результате чего они или испытывают более ярко выраженные проблемы с дыханием в загрязненной среде, или, наоборот, дышат излишне интенсивно.
В обоих случаях организму это на пользу не идет, отмечает Алексис.
По подсчетам Карлстена, как минимум в 15% всех случаев заболеваемость ХОБЛ вызывается загрязнением воздуха. Это важное замечание: в отличие от астмы, ХОБЛ представляет существенное социальное и экономическое бремя для государств.
При астме нарушается проходимость дыхательных путей, и приступ можно быстро купировать при помощи медикаментов.
При ХОБЛ же в паутиноподобной легочной ткани возникает множество необратимых поражений.
«Ткань все еще остается на месте, но в ней появляются большие «прорехи» — участки, более не способные производить газообмен, в результате чего кровь недостаточно насыщается кислородом», — говорит Хирота.
Если взглянуть на историю изучения последствий загрязнения воздуха, «в основном речь идет об эпидемиологических или фундаментальных исследованиях», говорит Карлстен.
Третий необходимый компонент — контролируемые эксперименты над добровольцах, подобные тем, что проводят они с Хиротой: «Как правило, данные лабораторных экспериментов на людях оказывают большое влияние на позицию политиков при принятии решений относительно борьбы с атмосферным загрязнением».
Дело в том, объясняет Карлстен, что лоббистам предприятий, загрязняющих воздух, трудно оспаривать результаты, полученные в ходе лабораторных исследований.
Разумеется, самый эффективный способ избежать негативного влияния загрязненного воздуха на население — это перестать выбрасывать вредные вещества в атмосферу, отмечает Диас-Санчес.
«Альтернативы очищению воздуха от вредных примесей просто не существует», — говорит он.
Но во многих случаях этого по-прежнему непросто добиться. Поэтому так важна работа по выявлению групп населения, наиболее подверженных риску заболеть в результате воздействия загрязненного воздуха — она позволит разработать методы целевой терапии.
«Мы говорим об интенсивно развивающейся области научных исследований, — говорит Диас-Санчес. — Всего каких-нибудь пять лет назад подобных исследований было очень мало, но со временем актуальность этой работы будет только возрастать».
Так что не исключено, что вклад Джулии и десятков других добровольцев поможет в будущем очистить воздух наших городов.
Лесли Эванс Одген (Lesley Evans Ogden), 2 марта 2016 г.,
Источник: http://www.bbc.com/russian/science/2016/03/160302_vert_fut_what_air_pollution_makes_inside_you
http://www.bbc.com/future/story/20160210-the-tiny-changes-air-pollution-makes-inside-you