Oct 1, 2019
Catherine Offord

Quando Lilian Calderón-Garcidueñas ha scoperto numerosi segni distintivi della malattia di Alzheimer in una serie di campioni di cervello umano alcuni anni fa, inizialmente non era sicura di cosa farne. La neuropatologa dell’Università del Montana stava studiando il cervello nell’ambito della sua ricerca sugli effetti ambientali sullo sviluppo neurale, e questa particolare serie di campioni proveniva da esami di autopsia effettuati su persone morte improvvisamente a Città del Messico, dove lavorava come ricercatore e medico. Sebbene Calderón-Garcidueñas avesse raccolto da sola gran parte del tessuto mentre partecipava alle autopsie in Messico, i vetrini per microscopio ottico che stava analizzando erano stati preparati dai suoi colleghi, quindi non sapeva da quale paziente provenisse ogni campione.
Alla fine del progetto, aveva identificato accumuli delle proteine ​​associate alla malattia di Alzheimer, l’amiloide-ß e la tau iperfosforilata in quasi tutti i 203 cervelli che aveva studiato. “Quando ho iniziato a controllare a chi appartenesse ogni campione . . . ero devastata”, afferma. Le persone di cui stava studiando il cervello non erano solo adulti, ma adolescenti e persino bambini. Il più giovane aveva 11 mesi. “Il mio primo pensiero è stato: ‘Che cosa ho intenzione di fare con questo? Che cosa ho intenzione di dire alla gente? Dice: “Non mi aspettavo una patologia così devastante ed estrema.”
Nonostante il suo shock, Calderón-Garcidueñas aveva un motivo per essere alla ricerca di segni di una malattia solitamente associata agli anziani in questi campioni. Negli ultimi tre decenni, aveva studiato gli effetti sulla salute dell’aria notoriamente inquinata di Città del Messico, una sventura che ha fatto guadagnare alla capitale la dubbia onorificenza di essere una delle megalopoli più inquinate del pianeta dalle Nazioni Unite nel 1992. Durante quel periodo, aveva scoperto molti legami tra esposizione all’inquinamento atmosferico e i segni di danni neurali negli animali e nell’uomo. Sebbene le sue scoperte siano state osservative e la patologia di proteine ​​come l’amiloide-ß non sia stata completamente compresa, Calderón-Garcidueñas sostiene che l’inquinamento atmosferico è il colpevole più probabile dietro lo sviluppo delle anomalie che ha visto nei suoi campioni post-mortem, oltre a molti altri dannosi cambiamenti scoperti nel cervello dei residenti di Città del Messico.

Sebbene un tempo controversa, la teoria secondo cui l’inquinamento atmosferico danneggia il cervello sta prendendo sempre più piede nella comunità di ricerca. Nonostan che che gli uffici governativi in Messico abbiano lavorato per migliorare la qualità dell’aria dagli anni ’90, negli ultimi due anni si è assistito a una forte caduta di smog sugli edifici, costringendo la chiusura periodica di scuole e uffici per impedire alle persone di avventurarsi nell’aria tossica. E non è solo il Messico. Mentre le aree urbane del resto del mondo con la congestione loro associata continuano ad espandersi, la maggior parte dei paesi sta assistendo ad aumenti dei contaminanti presenti nell’aria, dai gas nocivi come ossidi di azoto e ozono alle particelle fini come polvere, fuliggine e nanosfere di metalli che penetrano in profondità nel corpo umano. Un rapporto del 2018 del Health Effects Institute, società senza scopo di lucro con sede a Boston, avvertiva che quasi il 95% delle persone sulla Terra respirava aria non sicura
Queste tendenze sono accompagnate da una crescente incidenza di problemi respiratori e cardiovascolari, conseguenze dell’infiammazione e dei danni ai tessuti provocati da molteplici componenti dell’inquinamento atmosferico. Alla conferenza inaugurale dell’Organizzazione mondiale della sanità sull’inquinamento atmosferico lo scorso autunno, i funzionari sanitari si sono riuniti per discutere dei dati che dimostrano che l’aria sporca è implicata in oltre 7 milioni di morti l’anno, con il direttore generale dell’organizzazione, Tedros Adhanom Ghebreyesus, che dichiara la situazione una emergenza silenziosa per la salute pubblica. Solo negli ultimi anni, tuttavia, i ricercatori hanno iniziato a sollevare l’allarme sui collegamenti tra l’esposizione umana all’inquinamento atmosferico e la funzione cerebrale.
Epidemiologi, psicologi e neuroscienziati stanno ora lavorando per colmare le lacune nella conoscenza di come l’inquinamento atmosferico possa contribuire a questi effetti meno visibili sulla salute umana, sia documentando i cambiamenti cognitivi che si verificano nelle popolazioni umane esposte all’inquinamento atmosferico, sia guardando all’interno di cervelli umani e animali per cercare di decifrare i meccanismi sottostanti. Questo è l’inizio di un campo completamente nuovo, afferma Caleb Finch, gerontologo presso la University of Southern California (USC). “Questo studio è come la ricerca sul tabacco e il cancro 70 anni fa.”

 

Vista aerea di città del Messico

Un legame tra qualità dell’aria e processo cognitivo

L’economista della Yale School of Public Health Xi Chen anni fa si è interessato a come la scarsa qualità dell’aria possa influenzare il cervello, quando ha iniziato a pensare al costo dell’inquinamento per la società umana. Ad oggi, la maggior parte dei ricercatori si è concentrata sulla valutazione degli effetti dell’inquinamento atmosferico sulla mortalità o sulla salute respiratoria. Ma i cambiamenti nella cognizione e nel comportamento sociale hanno anche profonde influenze sulla vita quotidiana di una persona, dal processo decisionale finanziario alle relazioni, sostiene Chen. “La società può perdere ancora di più con questo collegamento indiretto”.
Un paio di anni fa, Chen ha collaborato con i colleghi di Pechino per valutare tali effetti negli adulti esposti all’inquinamento atmosferico in tutta la Cina. I ricercatori hanno utilizzato China Family Panel Studies, un set di dati longitudinale che include i punteggi dei test verbali e matematici di oltre 20.000 adulti in tutto il paese tra il 2010 e il 2014 e hanno stimato l’esposizione all’inquinamento atmosferico per la città di ciascun partecipante nei giorni di test utilizzando record nazionali di livelli di biossido di azoto, biossido di zolfo e particolato. Hanno anche raccolto dati su altre variabili come il clima giornaliero e il background educativo dei partecipanti.
L’analisi ha rivelato che maggiore è l’esposizione stimata di una persona all’inquinamento atmosferico, maggiore è il calo dei punteggi dei test durante il periodo di studio. Gli uomini meno istruiti di età superiore ai 45 anni erano il gruppo più colpito e i punteggi verbali venivano colpiti più pesantemente dei punteggi in matematica. Le grandi dimensioni del campione e le molteplici coincidenze suggeriscono che esiste più di una semplice correlazione, afferma Chen. “Siamo più fiduciosi nell’affermare che la nostra scoperta è un effetto causale dell’inquinamento atmosferico sul funzionamento cognitivo“.

L’articolo è solo uno degli ultimi a tracciare una linea tra l’esposizione cronica all’inquinamento atmosferico e la riduzione delle capacità cognitive negli adulti, con numerosi studi che estendono il legame con le malattie neurodegenerative. Nel 2017, ad esempio, i ricercatori dell’Ontario hanno riferito che le persone che vivevano vicino a strade con traffico intenso avevano maggiori probabilità di ricevere una diagnosi di demenza. Sebbene i ricercatori non abbiano incluso l’inquinamento nelle loro analisi, essi lo hanno messo in evidenza come una possibile causa.

Nello stesso anno, i ricercatori dell’USC hanno riferito che le donne anziane di origine europea che vivono in aree degli Stati Uniti con livelli di particolato che hanno superato gli standard dell’Agenzia per la protezione ambientale degli Stati Uniti di 12 μg / m3 avevano l’81% in più di probabilità di sperimentare un declino cognitivo in generale e il 92% più probabilità di soffrire di demenza rispetto a quelle avute se avessero vissuto con un’esposizione al di sotto di tale limite. L’aumento del rischio nelle aree inquinate – una scoperta che rispecchia i risultati delle coorti di Londra e Taiwan – è risultato particolarmente elevato per le persone con varianti genetiche associate alla demenza o all’Alzheimer come APOE Ε4, suggerendo che l’inquinamento atmosferico potrebbe avere effetti più gravi in quelli geneticamente predisposti alla neurodegenerazione.

Altri ricercatori stanno accumulando prove di disfunzione cognitiva e psichiatrica nei giovani esposti all’inquinamento, i cui cervelli in via di sviluppo possono essere particolarmente vulnerabili. Nel 2016, i ricercatori hanno scoperto che i bambini e gli adolescenti svedesi avevano maggiori probabilità di ricevere la medicina psichiatrica se vivevano in aree con elevate concentrazioni di biossido di azoto, e la ricerca pubblicata alcuni mesi fa collegava l’esposizione all’inquinamento atmosferico con la depressione e ansia riscontrata nei dodicenni che vivono in Ohio.

In un recente progetto su larga scala, la psicologa di ricerca Helen Fisher del King’s College di Londra e i suoi colleghi hanno analizzato i dati, raccolti attraverso lo studio UK’s Environmental-Risk Longitudinal Twin Study nel Regno Unito, su oltre 2.000 bambini nati in Inghilterra e Galles nel 1994 e 1995. Secondo i risultati pubblicato all’inizio di quest’anno, quasi un terzo dei partecipanti aveva vissuto almeno un episodio psicotico di età compresa tra 12 e 18 anni e le esperienze erano più comuni tra gli adolescenti che erano cresciuti con la massima esposizione agli ossidi di azoto e al particolato.

Alcuni laboratori hanno collegato l’inquinamento atmosferico e lo sviluppo del cervello ancora prima nella vita, fino all’utero. Uno studio del 2014 su 250 bambini nati da donne afroamericane e dominicane non fumatrici a New York City ha scoperto che una maggiore esposizione prenatale agli idrocarburi policiclici aromatici (PAH), prodotti dalla combustione di combustibili fossili, era correlata con una maggiore prevalenza di anomalie comportamentali e cognitive, compresi i sintomi associati al disturbo da deficit di attenzione / iperattività (ADHD).

L’epidemiologo ambientale Jordi Sunyer dell Barcelona Institute for Global Health (ISGlobal) ha recentemente collaborato a un progetto che mirava a replicare il collegamento ADHD-inquinamento. Lo studio, che includeva i dati di quasi 30.000 coppie madre-figlio in otto coorti distinte in Europa, non è riuscito a trovare un modello di incidenza dell’ADHD in regioni con diverse qualità dell’aria. Ma il team di Sunyer ha riscontrato altri problemi cognitivi nei bambini che sono stati esposti all’inquinamento atmosferico durante la gestazione e dopo la nascita. Il gruppo ha recentemente riportato i risultati di uno studio su oltre 2.200 bambini che hanno riscontrato punteggi nei test sulla memoria di lavoro più bassi nei ragazzi che erano stati esposti a livelli più elevati di particolato dall’utero fino ai sette anni.

Naturalmente, gli studi osservazionali non possono dimostrare definitivamente che l’inquinamento atmosferico provochi cambiamenti cognitivi nell’uomo, anche perché è impossibile districare completamente i fattori che sono strettamente correlati all’inquinamento atmosferico, come il rumore. “Molte delle associazioni che stiamo vedendo sono con inquinanti legati al traffico, in particolare nelle città”, afferma Fisher. In alcuni casi, “è possibile che sia il rumore del traffico, non l’inquinamento atmosferico che le produce, e questo è problematico”.

Diversi laboratori stanno cercando di ridurre al minimo tali limiti raccogliendo livelli di inquinamento in tempo reale e altri dati ambientali, piuttosto che stimare l’esposizione dai set di dati esistenti. ISGlobal, ad esempio, prevede di reclutare 1.200 donne in gravidanza per uno sguardo approfondito alle connessioni tra l’esposizione prenatale all’inquinamento atmosferico e la salute infantile. I partecipanti monitoreranno l’ambiente circostante con “zaini, sensori a casa, GPS, misure di attività fisica, misure di rumore” e così via, afferma Sunyer.

Per fornire una valutazione più incisiva degli effetti dannosi dell’inquinamento atmosferico, i ricercatori stanno anche adottando un approccio più interdisciplinare, usando la risonanza magnetica (MRI) per cercare all’interno del cervello le caratteristiche neurologiche che possono integrare le valutazioni della funzione cognitiva. Inoltre, hanno iniziato ad associare i dati epidemiologici con studi sperimentali in laboratorio per conoscere i percorsi biologici che possono essere alla base dei collegamenti tra inquinamento dell’aria e cognizione. “Dobbiamo combinare studi su animali con studi in vitro su cellule, con dati epidemiologici sull’uomo”, afferma Sunyer, che ha recentemente rivisto la ricerca in questo spazio. “È la combinazione che deve adattarsi.”

Meccanismi di ingresso nel cervello
L’inquinamento atmosferico si riferisce a una vasta gamma di gas, liquidi e solidi sospesi nell’atmosfera.
Noto per avere effetti dannosi sui sistemi respiratorio e cardiovascolare, questi contaminanti sono ora implicati in
danni al cervello, un organo esposto all’aria attraverso più vie.

  1. Attraverso attraverso il naso
    I contaminanti respirati attraverso il naso possono entrare in contatto diretto con il bulbo olfattivo, una struttura neurale nel cervello anteriore dei vertebrati. Alcune ricerche sull’uomo e su altri animali suggeriscono che il particolato fine più piccolo di 2,5 micrometri può raggiungere la corteccia olfattiva e altre regioni del cervello attraverso questa via.
  2. Inspirato nei polmoni
    La maggior parte dei gas può facilmente attraversare l’epitelio nei polmoni per penetrare nel flusso sanguigno e alcuni studi sull’uomo e sui ratti suggeriscono che il particolato fine può fare lo stesso. I contaminanti circolanti possono logorare la barriera emato-encefalica e / o attraversarla per interagire direttamente con il tessuto neurale.
  3. Attraverso l’intestino
    Le sostanze inquinanti che penetrano nell’intestino nell’aria ingerita possono essere assorbite dalla parete intestinale e nel flusso sanguigno, dove possono viaggiare fino al cervello. Ma i ricercatori sono attualmente più interessati a come l’inquinamento può influenzare il cervello attraverso cambiamenti nella composizione della comunità microbica residente nell’intestino. Ricerche recenti mostrano che un’alta esposizione all’inquinamento atmosferico è associata a microbiomi intestinali alterati nell’uomo, mentre la ricerca sui topi mostra che il particolato inalato può modificare la composizione del microbioma in poche settimane. I cambiamenti del microbioma sono stati recentemente collegati alla funzione cognitiva, suggerendo che l’inquinamento atmosferico potrebbe agire sul cervello attraverso questo percorso indiretto.

Meccanismi che collegano l’inquinamento atmosferico alla funzione cerebrale

All’inizio degli anni 2000, Calderón-Garcidueñas aveva escogitato un modo per testare le sue teorie sugli effetti dell’inquinamento atmosferico sul cervello. I cani a Città del Messico sarebbero stati esposti alla stessa aria delle persone, ragionò, quindi nel 2003, usando cervelli di 40 ibridi eutanizzati – 26 di Città del Messico e 14 della città meno inquinata di Tlaxcala per fungere da controllo – Calderón-Garcidueñas e i colleghi hanno documentato le differenze neuropatologiche tra gli animali. In particolare, il team ha identificato segni di infiammazione elevata, danni al DNA, degradazione della barriera emato-encefalica e patologie di tipo Alzheimer nei canini di Città del Messico. Da allora ha replicato i risultati usando cervelli umani post mortem e altri cani.
I progetti di Calderón-Garcidueñas sono stati esempi fondamentali di quello che ora è uno sforzo in rapida espansione per elaborare spiegazioni meccanicistiche che collegano l’esposizione cronica all’inquinamento atmosferico con i cambiamenti cognitivi nell’uomo. Tale lavoro sta indicando un ruolo chiave per i relativi processi di neuroinfiammazione e stress ossidativo – una sovrapproduzione di specie reattive dell’ossigeno che possono causare danni cellulari – in risposta a contaminanti che raggiungono il cervello attraverso il naso o i polmoni. (Vedi l’illustrazione sopra)

La ricerca del gruppo di Finch, ad esempio, ha scoperto che le colture di cellule gliali di roditori rispondevano all’inquinamento atmosferico campionato da un’autostrada locale attivando il “recettore toll-like 4”, una proteina transmembrana coinvolta nella segnalazione infiammatoria. E i topi che hanno inalato l’aria inquinata per 10 settimane hanno mostrato l’attivazione di quegli stessi percorsi infiammatori nell’ippocampo, una regione del cervello nota per i suoi ruoli nell’apprendimento e nella memoria. Nel lavoro successivo, il gruppo di Finch ha scoperto che le linee cellulari di topo che esprimono una versione mutata del codice genetico per la proteina precursore dell’amiloide, un peptide implicato nella malattia di Alzheimer, hanno prodotto livelli più elevati di biomarcatori per lo stress ossidativo con una crescente esposizione al particolato di dimensione nanometrica. E l’anno scorso, un team in Cina ha riferito che il particolato fine ha innescato lo stress ossidativo nei neuroni dei ratti viventi e ha portato al degrado della guaina mielinica che circonda gli assoni delle cellule. I ratti esposti hanno mostrato deficit nell’apprendimento e nella memoria, nonché funzioni sensoriali compromesse rispetto ai controlli.
Il modo in cui tali scoperte potrebbero traslare in esseri umani cronicamente esposti all’inquinamento atmosferico è meno chiaro, sebbene alcuni dati della RM siano coerenti con l’idea che l’aria sporca favorisca il degrado dei tessuti. Uno studio USC su oltre 1.400 donne negli Stati Uniti, ad esempio, ha scoperto che l’esposizione stimata di una persona al particolato era inversamente correlata al suo volume totale di sostanza bianca – la parte del cervello costituita da fibre nervose ricoperte di mielina – una diminuzione della quale è associata alla demenza. Gli studi di risonanza magnetica di Calderón-Garcidueñas hanno anche riscontrato riduzioni della sostanza bianca tra i bambini a Città del Messico rispetto ai controlli incrociati con quelli che vivono in aree meno inquinate.

Uno studio condotto un paio di anni fa dai ricercatori di ISGlobal ha confrontato diverse regioni del cervello e ha scoperto che alcune aree potrebbero essere particolarmente sensibili. Il team ha riferito che gli scolari esposti a livelli elevati di PAH hanno mostrato una crescita particolarmente stentata nel nucleo caudato, una regione profonda all’interno del cervello che è collegata a disturbi comportamentali come l’ADHD. Questa regione genera già livelli relativamente elevati di specie reattive dell’ossigeno, spiega il coautore dello studio Marion Mortamais, ora all’INSERM in Francia. “L’ipotesi è quella. . . il meccanismo locale per combattere lo stress ossidativo è completamente sopraffatto da un’altra intrusione di stress ossidativo provocata dall’esposizione alla PAH.

Nel frattempo, Calderón-Garcidueñas ha suggerito che alcuni componenti dell’inquinamento atmosferico potrebbero svolgere un ruolo diretto nella patologia dell’Alzheimer. Nel 2016, i ricercatori dell’Università del Texas a San Antonio hanno riferito che le placche di amiloide ß nel cervello umano contenevano particelle di magnetite che, grazie al loro contenuto di ferro e proprietà magnetiche, possono promuovere la produzione di specie reattive dell’ossigeno e contribuire alla neurodegenerazione. Lo studio era agnostico riguardo all’origine di queste particelle; possono essere prodotte attraverso il metabolismo del ferro nel tessuto cerebrale. Ma quando Calderón-Garcidueñas e colleghi hanno esaminato più da vicino la magnetite identificata nel cervello post mortem da persone a Città del Messico e Manchester, nel Regno Unito, hanno scoperto che le strutture cristalline delle particelle mostravano segni di essere state generate ad alte temperature, proprio come particelle di magnetite trovate nell’inquinamento atmosferico legato al traffico.

Mentre i ricercatori affrontano questi problemi, i risultati di altre discipline suggeriscono che il quadro generale potrebbe essere ancora più complicato. Sembra probabile, ad esempio, che l’inquinamento atmosferico possa influenzare il cervello attraverso meccanismi indiretti. L’anno scorso, un team nei Paesi Bassi ha scoperto che le persone esposte all’inquinamento atmosferico per sole due ore avevano una maggiore abbondanza di diversi microRNA circolanti, alcuni dei quali possono aiutare a guidare le malattie legate all’inquinamento. E diversi studi indicano ora che i batteri commensali che vivono nell’intestino potrebbero influenzare la neurodegenerazione, probabilmente attraverso l’infiammazione del rivestimento intestinale. Ricerche recenti sui topi mostrano che l’inalazione di particolato altera la composizione del microbioma in poche settimane.

Pulizia

Mentre i ricercatori continuano a sondare gli effetti dell’inquinamento atmosferico, diversi gruppi stanno studiando se il danno apparente può essere mitigato. Ad esempio, gli spazi verdi urbani sono riconosciuti dall’Organizzazione mondiale della sanità (OMS) come contribuenti alla salute mentale, in parte perché possono migliorare la qualità dell’aria. Uno studio pubblicato a maggio ha scoperto che gli alberi di betulla d’argento, sambuco e tasso erano particolarmente efficaci per assorbire il particolato fine in un ambiente di laboratorio e la ricerca di ISGlobal suggerisce che gli spazi verdi all’interno e intorno alle scuole potrebbero aiutare a stimolare lo sviluppo cognitivo nei bambini e migliorare attenzione, sebbene i meccanismi alla base di questi effetti non siano del tutto chiari.
Cambiamenti significativi, tuttavia, richiederanno qualcosa di più che migliorare la qualità dell’aria per una particolare scuola o regione, afferma Chen. È un’esposizione a lungo termine associata a un danno, quindi la soluzione deve essere una riduzione globale dell’inquinamento atmosferico, sostiene, una sfida, “perché sappiamo tutti che l’inquinamento atmosferico non ha confini fisici”. Suggerisce che la mitigazione dell’inquinamento richiede lo stesso tipo di mentalità della lotta ai cambiamenti climatici, con accordi internazionali che fissano obiettivi globali per la qualità dell’aria esterna, così come hanno per le emissioni di anidride carbonica, dice. “[L’aria] è un bene collettivo, lo consumano tutti”.

Fortunatamente, la letteratura più consolidata sugli effetti respiratori e cardiovascolari dell’inquinamento atmosferico ha già fornito lo slancio per muoversi verso tali sforzi internazionali. La conferenza dell’OMS sull’inquinamento atmosferico dell’anno scorso ha portato all’agenda d’azione di Ginevra [20 maggio 2019 ndr] per la lotta all’inquinamento atmosferico, che stabilisce le priorità che vanno dal monitoraggio della qualità dell’aria migliore alla fornitura di sostegno alle città che cercano di ridurre l’inquinamento urbano. L’adesione dei paesi a tali obiettivi è volontaria e difficile da garantire. Proprio quest’anno, il governo degli Stati Uniti ha lanciato piani per ridurre il monitoraggio dell’inquinamento atmosferico e dei suoi effetti sulla salute e ridurre le stime del danno che provoca. Il Messico, nel frattempo, è stato alle prese con accuse di corruzione poiché le misure del governo per ridurre le emissioni sono state minate da funzionari locali e centri di ispezione delle auto.
Non mi arrenderò“, dice Calderón-Garcidueñas. “È un argomento difficile, ma è molto interessante. Dico a mio marito che probabilmente ci vorranno altri venti anni per riconoscere quello che stiamo facendo in questo momento“.

Fonte: traduzione di M.Gloria Perrella
questo articolo è stato pubblicato da The Scientist
Data: 01/10/2019