كيف تساهم الجسيمات النانوية المستنشقة في أمراض الأوعية الدموية

العلاقة

ميلر مر، رافتيس جيه بي، لانغريش جي بي، وآخرون. تتراكم الجسيمات النانوية المستنشقة في مواقع أمراض الأوعية الدموية.ايه سي اس نانو. 2017;11(5):4542-4552.

موضوعي

لتحديد ما إذا كانت الجسيمات النانوية المستنشقة تسبب بشكل مباشر أمراض القلب والأوعية الدموية (CVD) عن طريق التحرك عبر الرئتين أو ببساطة تؤدي إلى استجابات التهابية جهازية.

مسودة

تعرض هذه الورقة نتائج سلسلة من الدراسات السريرية والحيوانية، كل منها مصمم للإجابة على سؤال محدد حول كيفية مساهمة الجسيمات النانوية في الإصابة بأمراض القلب والأوعية الدموية. في كل دراسة، تعرض المشاركون لجزيئات الذهب النانوية إما عن طريق الاستنشاق (البشر) أو التقطير المباشر من خلال القصبة الهوائية (الفئران)، تليها عينات الدم أو البول أو الأنسجة.

مشارك

شملت الدراستان الأولى (العدد = 14 رجلاً) والثانية (العدد = 19) متطوعين من البشر الأصحاء؛ كان المشاركون في الدراسة البشرية الثالثة من المرضى الذين عانوا مؤخرًا من حادث في القلب والأوعية الدموية وكان من المقرر أن يخضعوا لاستئصال باطنة الشريان السباتي (العدد = 12). شملت تجربة القوارض الأولى فئرانًا عادية؛ والثاني يتعلق بفئران خروج صميم البروتين الشحمي E (ApoE-/-) التي تم تغذيتها بنظام غذائي غني بالدهون لتسريع تطور آفات تصلب الشرايين.

التدخلات

في جميع التجارب، تعرض المشاركون لجزيئات الذهب النانوية، ولكن حجم الجسيمات ومدة التعرض تباينت. تعرض المشاركون في التجربة البشرية الأولى لجزيئات بحجم 3.8 نانومتر في المتوسط ​​لمدة ساعتين؛ وفي الدراسة البشرية الثانية، تم تعريض 10 منهم إلى جزيئات صغيرة (حوالي 4 نانومتر) و9 إلى جزيئات كبيرة (34 نانومتر). في التجربة الحيوانية الأولى، تم تعريض الفئران لأحجام مختلفة من 2 إلى 200 نانومتر؛ وفي التجربة الحيوانية الثانية، تم تعريض الفئران لجزيئات بحجم 5 نانومتر لمدة 5 أسابيع. في الدراسة البشرية الثالثة، تعرض 3 من أصل 12 مريضًا لاستنشاق جزيئات الذهب النانوية (5 نانومتر) لمدة 4 ساعات قبل الجراحة.

قد تساعدنا المعرفة المستمدة من هذه الدراسة في تجنب الزيادات في معدلات الإصابة بالأمراض من خلال تشجيع تنفيذ ممارسات التصنيع والتعامل الآمنة لتقليل التعرض العرضي.

تم استخدام جسيمات الذهب النانوية لأنها مماثلة في الحجم للجسيمات النانوية المشتقة من الاحتراق ولكن نشاطها البيولوجي منخفض؛ كما أنها أسهل في القياس. ونظرًا لأن مستويات الذهب الذاتية في الدم منخفضة، فقد يفترض الباحثون أن أي مادة تم اكتشافها تم الحصول عليها تجريبيًا.

المعلمات المستهدفة

تركيزات جسيمات الذهب النانوية في الدم والبول وأنسجة البلاك السباتي (تجربة الحيوان 2 والتجربة البشرية 3). تم تحديد محتويات الذهب باستخدام التحليل الطيفي لكتلة البلازما المقترنة حثيًا عالي الدقة (HR-ICPMS) ومجهر رامان.

نتائج

تم اكتشاف الذهب في دم متطوعين أصحاء تعرضوا للجسيمات النانوية المستنشقة في غضون 15 دقيقة، وظل موجودًا بعد 3 أشهر من التعرض. كانت التركيزات أعلى بكثير بعد استنشاق جزيئات أصغر (4-5 نانومتر) مقارنة بالجزيئات الأكبر (30+ نانومتر). في الفئران، كان التراكم أكبر بكثير في الجزيئات الأصغر (أقل من 10 نانومتر) منه في النطاق الأكبر (10–200 نانومتر).

في كل من الدراسات البشرية والحيوانية، تراكمت جزيئات الذهب النانوية بشكل تفضيلي في المناطق الأكثر التهابًا، وخاصة في الآفات الوعائية. استنتج الباحثون أن جزيئات الذهب النانوية المستنشقة تدخل بسرعة إلى الدورة الدموية الجهازية وتتراكم في مواقع التهاب الأوعية الدموية. وهذا يوفر آلية مباشرة تشرح العلاقة بين الجسيمات النانوية البيئية وأمراض القلب والأوعية الدموية.

الآثار السريرية

في السنوات الأخيرة، أفادت دراسات مختلفة عن وجود ارتباطات كبيرة بين التعرض للاستنشاق للجسيمات النانوية من عوادم المركبات وخطر الإصابة بالأمراض والوفيات. لدينا الآن تفسير لائق لماذا وكيف يحدث هذا. علاوة على ذلك، فإن النمو السريع في إنتاج واستخدام المواد النانوية لديه القدرة على زيادة تعرض الإنسان بشكل كبير. قد تساعدنا المعرفة المستمدة من هذه الدراسة في تجنب الزيادات في معدلات الإصابة بالأمراض من خلال تشجيع تنفيذ ممارسات التصنيع والتعامل الآمنة لتقليل التعرض العرضي. حتى الآن، كان فهمنا لآلية العمل التي تفسر الارتباط بأمراض القلب والأوعية الدموية بدائيًا. تعمل هذه الورقة على تعزيز فهمنا وتحث بالتأكيد على توخي الحذر.

أظهر الباحثون أن الجسيمات النانوية المستنشقة تمر من الرئتين إلى الدورة الدموية لدى البشر، وأن الجسيمات تتراكم في مواقع التهاب الأوعية الدموية. يبدو أن إزاحة الجسيمات تعتمد على الحجم، مع زيادة إزفاء وتراكم الجسيمات النانوية الأصغر.

أظهرت الأبحاث السابقة أن التعرض الحاد لعوادم الديزل يسبب خللًا في الأوعية الدموية، وتجلط الدم، ونقص تروية عضلة القلب لدى الأفراد الأصحاء والمرضى الذين يعانون من مرض الشريان التاجي.¹يرتبط التعرض المزمن لتلوث الهواء بالجسيمات بتطور وتطور تصلب الشرايين لدى كل من الحيوانات والبشر.²

لكن لم يكن من الواضح كيف يحدث هذا. ومن المعروف أن الجزيئات المستنشقة تستقر عميقا في الرئتين وتؤدي إلى الإجهاد التأكسدي والالتهاب.³إحدى النظريات هي أن الوسائط الالتهابية التي تسببها هذه الجسيمات تدخل الدورة الدموية العامة وتؤثر على خطر الإصابة بالأمراض. ويعتقد آخرون أن الجسيمات النانوية نفسها تخترق الظهارة السنخية وتدخل الدورة الدموية، مما يساهم بشكل مباشر في الإصابة بالمرض.⁴تشير هذه الورقة بقوة إلى أن الآلية الأخيرة هي الأكثر احتمالا. ربما ليس هذا الاختيار السهل. في النهاية، ربما سنفهم أن الجسيمات النانوية تؤدي إلى التهاب الأنسجة، مما يزيد من انتقال الجزيئات.⁵

في حين أن نتائج هذه الدراسة الحالية تقدم تفسيرًا مقنعًا لكيفية ارتباط خطر الإصابة بأمراض القلب والأوعية الدموية بالتعرض للجسيمات النانوية في البيئة، فإنها تقترح فقط تفسيرًا واحدًا محتملًا للنتائج التي أبلغ عنها باكيان وآخرون سيستادت،⁶أو نتائج دراسة رصدية أجراها باور وآخرون، والتي وجدت صلة بين تلوث الهواء والقلق.⁷يشير هذان المنشوران إلى أن الجسيمات النانوية لا تدخل الدورة الدموية العامة فحسب، بل تعبر أيضًا حاجز الدم في الدماغ وتسبب أيضًا أمراضًا عقلية.

هذه الدراسة لا تثبت وجود علاقة سببية. تظهر البيانات فقط أن الجسيمات النانوية تتراكم في مواقع أمراض الأوعية الدموية؛ ولم تثبت أن الجسيمات النانوية تسبب أمراض القلب والأوعية الدموية أو تؤدي إلى تفاقمها.

يجب أن تكون نتائج هذه الورقة والدراسات المماثلة مصدر قلق لمرضانا الذين يعانون من أمراض القلب والأوعية الدموية أو المعرضين لخطر الإصابة بها. إن الحد من التعرض لمصادر واضحة للجسيمات النانوية المستنشقة، وخاصة عادم الديزل، قد يساعد في الحد من تطور المرض. ومع ذلك، فإن المصادر الأقل وضوحًا للتعرض للجسيمات النانوية تشكل مخاطر أيضًا. يستمر عدد الجسيمات النانوية في بيئتنا اليومية في التزايد. على سبيل المثال، قد يتعرف عدد قليل من الأشخاص على أحبار مسحوق الحبر المستخدمة في الطباعة المنزلية والمكتبية باعتبارها مخاطر للإصابة بالأمراض القلبية الوعائية، ولكنها تطلق مواد نانوية (تستخدم لتحسين أداء مسحوق الحبر) وقد تم ربطها بمشاكل في الجهاز التنفسي.⁸تحتوي الأصباغ الغذائية أيضًا على جزيئات ثاني أكسيد التيتانيوم النانوية، والتي يمكن أن تدخل الجسم وتسبب الإجهاد التأكسدي.⁹

تعمل هذه الورقة على توسيع فهمنا للمشاكل التي يسببها الديزل والمنتجات الثانوية الأخرى لاحتراق الوقود الأحفوري. قد يكون لحجم وعدد الجسيمات الموجودة في الهواء أهمية أكبر في النهاية من الكتلة المطلقة، حيث يمكن أن تشكل الجسيمات الأصغر تهديدًا أكبر. وتنبهنا هذه الورقة أيضًا إلى الخطر المحتمل الذي تشكله مجموعة متنوعة من المواد النانوية التي تعتبر حميدة، ليس بسبب مكوناتها الكيميائية، ولكن بسبب حجمها وقدرتها على الحركة ومن ثم التراكم في مواقع الالتهاب.