Nghiên cứu RL được hỗ trợ bởi Liên minh Châu Âu thông qua Sixth Framework Program for RTD (contract no FOOD-CT-2006- 016253), và bởi Award Number R01ES019222 từ Viện Khoa học Sức khỏe Môi trường Quốc gia (NIEHS). AE được hỗ trợ bởi nguồn tài trợ từ Viện Y tế Quốc gia (R01CA134218, RC2ES018741). Nội dung hoàn toàn do tác giả chịu trách nhiệm và không nhất thiết đại diện cho quan điểm chính thức của EU, Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ hoặc Viện Y tế Quốc gia. DD thừa nhận rằng Tập đoàn Hóa chất Afton đã cung cấp cho ông một khoản trợ cấp đi lại để tham gia Hội nghị Quốc tế Tây An.
Tóm tắt
Ảnh hưởng của các hạt được hít vào trong quá trình hô hấp tập trung nhiều lên hệ hô hấp và tim mạch. Hầu hết các nghiên cứu tập trung vào việc hít phải các hạt kim loại, trong khi lại có ít thông tin hơn về các loại hạt khác liên quan đến tác động lên não và các cơ quan ngoài phổi khác.
Chúng tôi xem xét ở đây các tài liệu hiện có về sự hấp thụ và vận chuyển của các hạt nano qua con đường khứu giác, dữ liệu thực nghiệm từ các nghiên cứu trên động vật và trong ống nghiệm, và các quan sát dịch tễ học ở người. Các hạt nano (<0,1 μm một chiều) có thể dễ dàng đến não từ đường hô hấp thông qua các nơron cảm giác và vận chuyển từ các phế nang xa (distal alveoli) vào máu hoặc bạch huyết dưới dạng các hạt tự do hoặc bên trong các tế bào thực bào.
Các cơ chế này và các phản ứng sinh học tiếp theo có thể bị ảnh hưởng bởi thành phần hóa học của các hạt được hít vào. Các nghiên cứu trên động vật với các hạt bụi (particulate matter[1]) và một số hạt khác cho thấy những thay đổi trong các dấu hiệu viêm thần kinh của stress oxy hóa và thoái hóa thần kinh trung ương. Các quan sát ở người cho thấy những thay đổi về vận động, nhận thức và hành vi, đặc biệt là sau khi tiếp xúc với kim loại dạng hạt ở trẻ em. Tiếp xúc với các chất đồng ô nhiễm (co-pollutant[2]) và/hoặc các trạng thái bệnh tiềm ẩn cũng có thể ảnh hưởng đến cả sinh động học (biokinetics[3]) và tác động của các hạt trong không khí (airborne particles[4]) trong não.
Cần phải có dữ liệu từ các vấn đề hít thở, thần kinh và độc chất kim loại trong các nghiên cứu thực nghiệm và con người sau khi tiếp xúc với đường hô hấp. Để bảo vệ những người nhạy cảm ở nơi làm việc và người dân nói chung thì việc nâng cao hiểu biết về chất độc thần kinh liên quan đến việc tiếp xúc với ô nhiễm không khí là rất quan trọng.
Vận chuyển khứu giác của các hạt và kim loại khi hít vào
Hệ thống khứu giác bắt nguồn từ các tế bào thần kinh khứu giác chuyên biệt được tìm thấy trong biểu mô khứu giác, nằm trên một phần của khoang mũi. Các phóng chiếu từ các tế bào thần kinh khứu giác hình thành nên dây thần kinh khứu giác (dây thần kinh sọ I), cuối cùng kết thúc trong hành khứu giác sau khi các đường dây thần kinh đi qua hộp sọ.
Vận chuyển của các xenobiotic[5] – bao gồm các hạt – dọc theo dây thần kinh khứu giác theo một lộ trình (từ mũi đến não) để phân phối đến hệ thống thần kinh trung ương (CNS) vượt qua hàng rào bảo vệ là máu não.
Đánh giá sự vận chuyển từ mũi đến não của các xenobiotic gặp rất nhiều thách thức về kỹ thuật (Dhuria và cộng sự, 2010). Cho đến nay, hầu hết các nghiên cứu thử nghiệm kiểm tra sự vận chuyển từ mũi đến não đều tập trung vào kim loại và thường sử dụng các đồng vị có nhãn phóng xạ. Việc thu thập mô sau khi chết có thể liên quan đến việc phẫu thuật vi mô (microdissection) khoang mũi và não hoặc kỹ thuật cắt lọc lạnh (cryosectioning) kết hợp với phóng xạ tự chụp (autoradiography[6]). Phương pháp chiếu xạ chất lỏng (Liquid scintillation), phổ gamma (gamma spectrometry), khối phổ (mass spectrometry), phát xạ tia X cảm ứng proton (PIXE), quang phổ hấp thụ (atomic emission) hoặc phát xạ nguyên tử (absorption spectroscopy) và các phương pháp phân tích chuyên dụng hơn khác được sử dụng để định lượng nồng độ kim loại trong mô. Sự chuyển động của các kim loại thuận từ cũng có thể được theo dõi bằng cách sử dụng hình ảnh cộng hưởng từ não (MRI). Một số kỹ thuật này chỉ là bán định lượng. Nhiều thí nghiệm dựa vào việc phân phối qua đường mũi, thường bằng cách nhỏ trực tiếp dung dịch chứa kim loại vào một lỗ mũi. Một phương pháp thay thế được sử dụng trong các nghiên cứu về đường hô hấp bao gồm việc bịt một lỗ mũi, do đó hạn chế sự vận chuyển khứu giác đến một bên của não ở bên cạnh lỗ mũi mở. Người đọc được hướng dẫn đến các nghiên cứu được trích dẫn trong bản thảo này để biết thêm chi tiết liên quan đến những nghiên cứu này và các cách tiếp cận phương pháp luận khác.
Mối liên quan giữa hít phải mangan (Mn) và độc tính thần kinh (Guilarte, 2010) đã thúc đẩy các nhà nghiên cứu xem xét vai trò của vận chuyển khứu giác trong việc cung cấp Mn đến não. Các nghiên cứu ban đầu kiểm tra sự vận chuyển trực tiếp từ mũi đến não của Mn dựa trên việc nhỏ 54Mn vào mũi (dưới dạng muối clorua hòa tan) và ghi nhận sự hiện diện của 54Mn trong khứu giác của chuột cống, chuột nhắt (Tjälve và Henriksson, 1999). Các nghiên cứu này ghi nhận rằng ion Mn vượt qua các khớp thần kinh trong con đường khứu giác và di chuyển dọc theo các tế bào thần kinh cấp hai và cấp ba đến các vị trí xa hơn trong não. Brenneman và các cộng sự (2000) là một trong những người đầu tiên nghiên cứu con đường vận chuyển này sau khi hít phải Mn. Brenneman đã sử dụng mô hình lỗ mũi bị tắc và cho thấy rằng việc phân phối theo đường khứu giác chiếm gần như tất cả 54Mn được tìm thấy trong hành khứu giác và đường dây thần kinh của não chuột sau khi tiếp xúc cấp tính qua đường hô hấp. Lewis và các cộng sự (2005) báo cáo rằng dây thần kinh sinh ba của chuột cũng có thể mang Mn từ khoang mũi đến não. Vận chuyển khứu giác nhanh chóng (trong vòng 8–48 giờ) mang Mn đến hành khứu giác và đường dây thần kinh. Tuy nhiên, dường như không hiệu quả trong việc mang Mn (đã được hít vào) tới các cấu trúc não xa hơn. Sử dụng MRI não, Cross và cộng sự (2004) cho thấy Mn được thấm qua đường mũi không bị vận chuyển đến thể vân (striatum[7]) chuột hoặc các cấu trúc não xa hơn khác. Tương tự như vậy, Dorman và các cộng sự (2006) đã sử dụng MRI não để chứng minh sự vận chuyển khứu giác giả định của Mn sulfat hít vào – chất này dễ hòa tan trong cơ thể – ở khỉ rhesus (khỉ vàng). Dorman đã không chứng minh được bằng chứng về sự chuyển dịch trực tiếp của Mn từ khứu giác sang globus pallidus[8], vùng có khả năng nhiễm độc thần kinh Mn.
Phần lớn bằng chứng thực nghiệm ủng hộ sự vận chuyển khứu giác của Mn đến từ các nghiên cứu trên loài gặm nhấm. Không giống như con người, loài gặm nhấm là loài bắt buộc phải thở bằng mũi và có cấu trúc đường thở và giải phẫu biểu mô riêng biệt. Những khác biệt này có thể ảnh hưởng đến việc cung cấp Mn đến biểu mô khứu giác và quá trình phân phối não sau đó. Mặc dù hiện nay vẫn chưa có bằng chứng trực tiếp về sự vận chuyển Mn bằng khứu giác ở người, nhưng con đường này có chức năng ở người. Shiga và cộng sự. (2010) đã đánh giá sự vận chuyển của thallium[9] (201Tl) qua đường mũi đến não người ở những người tình nguyện khỏe mạnh bằng cách sử dụng kết hợp chụp cắt lớp vi tính phát xạ photon đơn (SPECT), chụp cắt lớp vi tính tia X (CT) và MRI. Những nghiên cứu này đã chứng minh sự chuyển động đáng kể của Tl tới khứu giác của con người với các đặc tính động học vận chuyển phù hợp nhất với sự phân phối qua dây thần kinh khứu giác. Những quan sát này phù hợp với kết quả từ các nghiên cứu trên loài gặm nhấm chứng minh sự vận chuyển khứu giác của Tl (Kanayama và cộng sự, 2005), cho thấy rằng các cơ chế liên quan đến vận chuyển khứu giác của kim loại được bảo tồn giữa các loài khác nhau.
Cơ chế vận chuyển và ý nghĩa độc học của quá trình vận chuyển Mn qua khứu giác vẫn chưa được hiểu rõ. Henriksson và Tjälve (2000) phát hiện ra rằng việc thấm Mn qua đường mũi dẫn đến sự thay đổi biểu hiện hành khứu giác của protein có tính axit dạng sợi thần kinh đệm (GFAP) và S-100b ở chuột, cả hai đều là dấu hiệu kích hoạt tế bào hình sao. Ngược lại, Dorman và cộng sự, (2004) không quan sát thấy sự thay đổi nồng độ GFAP trong hành khứu giác của chuột sau khi hít phải Mn sulfat, mặc dù nồng độ Mn trong hành khứu giác đã tăng lên khoảng 3,5 lần so với đối chứng tiếp xúc với không khí. Gần đây hơn, Villalobos et al. (2009) cho thấy hành khứu giác của chuột phát triển thoái hóa tế bào thần kinh và không có tổ chức vỏ myelin[10] sau khi tiêm Mn liều cao vào phúc mạc. Các nghiên cứu gần đây đã gợi ý vai trò của chất vận chuyển kim loại hóa trị hai (DMT-1) trong vận chuyển khứu giác Mn với sự vận chuyển tăng cường xảy ra ở động vật thiếu máu (Thompson và cộng sự, 2007).
Mặc dù sự vận chuyển trực tiếp từ mũi đến não đã thu hút được sự chú ý của các nhà độc chất học thần kinh, nhưng cũng cần lưu ý rằng một số kim loại nhất định không trải qua quá trình vận chuyển khứu giác đáng kể. Ví dụ, tungsten [11] (Radcliffe và cộng sự, 2009) và sắt (dưới dạng muối sunfat) được vận chuyển kém từ khoang mũi (Rao và cộng sự, 2003). Việc đánh giá loại dữ liệu động học độc hại này có thể được hỗ trợ bằng cách sử dụng các mô hình dược động học dựa trên sinh lý học (PBPK) đã được phát triển để mô tả sự vận chuyển khứu giác của Mn, tungsten và sắt (Leavens và cộng sự, 2007).
Phép đo hạt nano
Ô nhiễm không khí là một hỗn hợp phức tạp của các thành phần ở giai đoạn khí và hạt có đầu vào từ các nguồn tự nhiên và con người. Thành phần của pha hạt phụ thuộc vào (các) nguồn, tuổi sol[12] khí và thành phần kích thước và có thể bao gồm muội than, kim loại, nguyên tố lớp vỏ, chất hữu cơ và sinh học (ví dụ: phấn hoa).
Các hạt trong không khí xung quanh tồn tại ở bốn loại kích thước, với loại nhỏ nhất là hạt siêu mịn hoặc hạt nano (NP). Các hạt nano được định nghĩa là có kích thước <0,1 μm ở ít nhất một chiều và bao gồm các vật liệu tự nhiên hoặc nhân tạo/được thiết kế. Những hạt này trong bầu khí quyển đô thị – khi hiện diện dưới dạng hạt đơn, không kết tụ – đóng góp rất nhỏ về khối lượng cho sự phơi nhiễm, nhưng cho đến nay là nhiều nhất trong không khí (Finlayson-Pitts và Pitts, 2000; Pekkanen và cộng sự, 1997) và cũng có tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích cao. Các NP được dự đoán sẽ lắng đọng với hiệu quả cao trong toàn bộ đường hô hấp (ICRP, 1994), bao gồm cả vùng mũi họng-thanh quản và phế nang. Các đặc điểm giải phẫu độc đáo của những vùng này bao gồm, đối với vùng mũi là sự hiện diện của các tế bào thụ cảm thần kinh khứu giác và đối với phế nang là vùng trao đổi khí oxy – carbonic với mạng mạch máu. Vai trò của con đường khứu giác trong việc vận chuyển các hạt nano và các xenobiotics khác đến não là một vấn đề mới nổi.
Sử dụng mô hình sol khí được tạo ra trong phòng thí nghiệm, các nghiên cứu về sự phân bố sinh học của các hạt nano kém hòa tan (cacbon, kim loại) đã được thực hiện. Các nghiên cứu này đã liên tục tìm thấy sự tích tụ nhỏ nhưng có ý nghĩa thống kê của các hạt nano trong các mô ngoài phổi, bao gồm gan, tim, thận, lá lách và não (Kreyling và cộng sự, 2009; Oberdörster và cộng sự, 2002; Semmler-Behnke và cộng sự., 2008). Ngoài ra, công trình của Kreyling và các cộng sự đã chứng minh rằng phản ứng này phụ thuộc vào kích thước (tích lũy nhiều hơn đối với các hạt nhỏ hơn), nhưng không phụ thuộc vào loại hạt (Kreyling và cộng sự, 2009; Semmler-Behnke và cộng sự, 2008). Do con đường tiếp xúc (hít vào trong khí quản), những nghiên cứu này không kiểm tra trực tiếp con đường mà hạt nano hoặc các thành phần của chúng xâm nhập vào não hoặc liệu chúng có thực sự vượt qua hàng rào máu não hay không.
Nghiên cứu được thực hiện với các hạt nano nguyên tố carbon (rất ít hòa tan) được cung cấp cho chuột khi tiếp xúc với đường hô hấp toàn bộ cơ thể đã chứng minh rằng khứu giác là nơi tích tụ hạt nano (Oberdörster và cộng sự., 2002). Sự hấp thu và vận chuyển của dây thần kinh khứu giác hoặc vận chuyển dưới màng cứng có thể giải thích cho sự hấp thu được quan sát thấy. Elder và các cộng sự (2006) cũng sử dụng bình xịt chứa hạt nano Mn oxit mới tạo (để mô phỏng khói hàn) để tiếp xúc với chuột qua đường hô hấp toàn thân, dẫn đến tăng hàm lượng khứu giác, thể vân, vỏ não và tiểu não. Mặc dù các hạt oxit Mn hòa tan rất kém, nhưng không thể loại trừ sự góp phần làm tăng khả năng hấp thụ của não từ việc hấp thụ sâu trong phổi và đường tiêu hóa. Tuy nhiên, khi tiếp xúc trong thời gian ngắn với khứu giác bên phải bị tắc, Mn chỉ tích lũy ở khứu giác bên trái. Những dữ liệu này ủng hộ ý tưởng rằng ít nhất sự tích lũy Mn sớm xảy ra thông qua quá trình vận chuyển khứu giác. Phát hiện này phù hợp với các nghiên cứu khác sử dụng các dạng Mn dễ hòa tan hơn (Brenneman và cộng sự, 2000).
Bằng chứng cho thấy độc tính thần kinh do ô nhiễm không khí
Bằng chứng ban đầu về mối liên hệ giữa ô nhiễm không khí và nhiễm độc thần kinh đã được cung cấp bởi Calderón-Garcidueñas và cộng sự (2003), liên quan tới các tổn thương bệnh lý thần kinh ở chó hoang sống ở Thành phố Mexico. Viêm khứu giác và suy giảm khứu giác cũng đã được quan sát thấy ở trẻ em Mexico sống trong các khu vực ô nhiễm cao (Calderón-Garcidueñas và cộng sự., 2010). Sự kết tụ tế bào thần kinh alpha-synuclein[13], một dấu hiệu bệnh lý thần kinh sớm của bệnh Parkinson tản phát (sporadic Parkinson’s disease), và sự tích tụ của 3 nitrotyrosine[14] và 8-hydroxydeoxyguanosine (8-OHdG)[15], bằng chứng của stress oxy hóa, cũng được phát hiện trong các thân não (brainstem nuclei)[16] của những trẻ em này (Calderón-Garcidueñas et al., 2011).
Như đã đề cập trước đó, mối liên hệ giữa việc hít phải một số kim loại và độc tính thần kinh cũng đã được thiết lập. Một trường hợp chắc chắn là nhiễm độc thần kinh Mn. Ví dụ, các chức năng vận động, nhận thức và hành vi được đánh giá ở trẻ em khỏe mạnh (11–14 tuổi) và người già (65–75 tuổi) cư trú ở Valcamonica, Ý. Trong khu vực này, sự gia tăng của bệnh parkinson đã được quan sát thấy là có liên quan đến mức Mn trong bụi lắng đọng từ khí thải từ hợp kim sắt trong không khí (Lucchini và cộng sự, 2007). Tiếp xúc cá nhân với các hạt trong không khí được đánh giá bằng cách lấy mẫu cá nhân trong 24 giờ và phân tích hóa học về nồng độ kim loại trong các bộ lọc. Nồng độ kim loại trong đất cũng được đánh giá là đại lượng của mức phơi nhiễm tích lũy từ khí thải trong không khí. Một số mối liên quan đã được quan sát thấy giữa việc tiếp xúc với Mn và các bất thường của chức năng vận động và khứu giác ở cả hai nhóm tuổi. Mô hình hồi quy cho thấy sự suy giảm khả năng phối hợp vận động (thử nghiệm Luria-Nebraska, p = 0,0005), sự khéo léo của bàn tay (thử nghiệm Aiming Pursuit, p = 0,0115) và xác định mùi (nhiệm vụ của Sniffin, p = 0,003) liên quan đến nồng độ Mn trong đất và cường độ run rẩy với tóc (p = 0,01) và Mn trong máu (p = 0,005), trong số thanh thiếu niên của khu vực bị ảnh hưởng (Lucchini và cộng sự). Các đối tượng cao tuổi cư trú tại các khu vực giống nhau cho thấy sự suy giảm khả năng phối hợp vận động, sự khéo léo của bàn tay và khả năng nhận biết mùi tương tự như thanh thiếu niên (Rentschler và cộng sự). Ảnh hưởng của tính đa hình di truyền được đánh giá dựa trên gen ATP13A2, còn được gọi là PARK9, có vai trò bảo vệ trong cả Bệnh Parkinson và ngộ độc Mn (Gitler, 2009). Đa hình rs4920608 và rs2871776 đã sửa đổi đáng kể ảnh hưởng của việc phơi nhiễm Mn đối với suy giảm phối hợp vận động ở người cao tuổi (p cho tương tác = 0,03, p = 0,04 tương ứng), cũng sau khi điều chỉnh theo tuổi và giới tính (Rentschler và cộng sự). Ngoài ra, alen rs2871776 G có liên quan đến tác động xấu nhất của Mn đối với sự phối hợp vận động có liên quan đến việc thay đổi vị trí liên kết đối với yếu tố phiên mã Insulinoma-liên kết 1 (INSM1). Gen này đóng một vai trò quan trọng trong sự phát triển của thần kinh trung ương, và đặc biệt là của các cơ quan khứu giác, thể hiện ở chuột (Rosenbaum và cộng sự, 2011) và phôi người (Duggan và cộng sự, 2008).
Trong khi sự tích tụ hạt nano trong não, dù là trong nhu mô thần kinh trung ương hay trong mạch máu, đã được chứng minh rõ ràng, nhưng vẫn còn ít thông tin hơn về (các) kết quả tiềm ẩn liên quan đến sức khỏe do tiếp xúc này. Elder và cồng sự (2006) cho thấy sự gia tăng các chất trung gian tiền viêm và dấu hiệu của stress oxy hóa và kích hoạt tế bào miễn dịch (ví dụ như yếu tố hoại tử khối u -α (TNF-α), superoxide dismutase[17], và GFAP[18]) trong các vùng não chuột nơi Mn tích lũy sau khi tiếp xúc hạt nano Mn oxit. Những phát hiện này cho thấy rằng tiếp xúc với hạt nano dẫn đến căng thẳng oxy hóa thần kinh trung ương và viêm.
Tiếp xúc với hạt, stress oxy hóa và Độc tính Thần kinh
Khi các báo cáo bắt đầu xuất hiện trong các tài liệu dịch tễ học cho thấy rằn việc hít phải ô nhiễm không khí xung quanh (ambient particulate air pollution)[19] có chứa hạt có thể gây ra các kết quả bất lợi cho sức khỏe tim mạch (Peters và cộng sự, 2000; Pope và cộng sự, 1999; Schwartz và cộng sự, 1999), các cơ chế cơ bản có thể giải thích các quan sát không rõ ràng. Hai cơ chế hợp lý đã được theo đuổi là:
- Giải phóng các chất trung gian hòa tan (viêm và/hoặc nội tiết tố) từ các tế bào đích của đường hô hấp
- Chuyển các thành phần ô nhiễm không khí ra khỏi phổi đến các mô đích thứ cấp.
Các cơ chế tương tự có thể được coi là lời giải thích hợp lý cho các phản ứng của thần kinh trung ương sau khi tiếp xúc với chất ô nhiễm.
Mối liên hệ giữa stress oxy hóa, các quá trình viêm và bệnh thoái hóa thần kinh hiện đang được nghiên cứu. Ví dụ, tốc độ giảm nhanh hơn hai lần ở bệnh nhân mắc bệnh Alzheimer (AD) có liên quan đến tình trạng viêm toàn thân cấp tính được xác định thông qua sự gia tăng TNF-α huyết thanh (Holmes và cộng sự, 2009). Hơn nữa, McAlpine và cộng sự (2009) đã chỉ ra rằng sự ức chế tín hiệu TNF làm giảm đáng kể sự lắng đọng protein amyloid[20] beta trong não ở mô hình chuột AD.
Các nghiên cứu tiếp theo với mô hình chuột bị tổn thương bởi stress oxy hóa (tức là ApoE -/-) và chủng nền C57BL/6 bình thường của chúng đã làm sáng tỏ thêm về vai trò của stress oxy hóa trong độc tính thần kinh do bụi (PM) gây ra (Veronesi et al., 2005). Veronesi đã cho những con chuột này tiếp xúc với các hạt vật chất xung quanh đã cô đặc (CAP) được thu thập từ một công viên tiểu bang ở Tuxedo, NY. Sau 6–7 tháng tiếp xúc, những con chuột bị giết và truyền formalin[21]. Não bộ được cắt thành từng đoạn và nhuộm mô miễn dịch để tìm tyrosine hydroxylase[22] (TH), một chất đánh dấu cho tế bào thần kinh dopaminergic[23] và cho GFAP, một dấu hiệu của sự tăng sinh tế bào hình sao. Sự mất mát tế bào thần kinh TH trong chất nền đã được phân tích theo hình thái học. Không có sự khác biệt đáng kể trong không khí hoặc chuột loại hoang dã tiếp xúc với CAPs được nhìn thấy. Tuy nhiên, sự suy giảm tế bào thần kinh TH đã giảm 29% được thể hiện ở não tiếp xúc với CAP của chuột Apo E -/- so với chuột Apo E -/- tiếp xúc với không khí. Tình trạng stress oxy hóa này được coi là một điều kiện dễ dẫn đến tổn thương não liên quan đến ô nhiễm không khí dạng bụi (Veronesi và cộng sự, 2005).
Vì microglia (đại thực bào não) rất quan trọng đối với quá trình thoái hóa thần kinh qua trung gian stress oxy hóa (Block et al., 2007), các tế bào BV2 (dòng tế bào microglial của chuột bất tử (C57/BL6)) đã được tiếp xúc với các mẫu CAP và phản ứng tế bào và hệ gen của chúng đã kiểm tra. Sự tiếp xúc của vi khuẩn BV2 với CAP làm giảm mức ATP trong tế bào và kích thích các cytokine tiền viêm TNF-α và interleukin-6 sau 6 giờ phơi nhiễm. Các microarrays trên CAPs tiếp xúc với BV2 microglia chỉ ra rằng tiếp xúc kích thích các gen liên quan đến các con đường miễn dịch bẩm sinh (ví dụ: tín hiệu Toll Like Receptor), viêm qua trung gian stress oxy hóa (ví dụ: lộ trình kích hoạt Notch cho tín hiệu yếu tố hạt nhân-kB) và các lộ trình đa pro-apoptotic (Sama và cộng sự, 2007). (Các) cơ chế gây độc PM-CNS vẫn chưa được giải quyết nhưng những nghiên cứu này và các nghiên cứu khác cho thấy rằng nhiễm độc thần kinh ở động vật tiếp xúc với bụi có liên quan đến stress oxy hóa và các con đường miễn dịch bẩm sinh.
Kết luận
Tương tác “mũi-não” như một con đường xâm nhập của các chất ô nhiễm không khí là một chủ đề mới nổi đáng được nghiên cứu thêm, đặc biệt là xem xét khả năng hạt nano có thể được vận chuyển đến các vùng não mục tiêu. Việc vận chuyển các thành phần độc hại khác của ô nhiễm không khí, chẳng hạn như khí (ôzôn, cacbon monoxit, oxit lưu huỳnh, oxit nitơ), các hợp chất hữu cơ (hydrocacbon thơm đa vòng và nội độc tố) và kim loại (vanadi, niken, mangan) cũng cần được xem xét. Bằng chứng trong phòng thí nghiệm và ngoài phòng thí nghiệm (trên động vật, bao gồm người) hỗ trợ bằng chứng dịch tễ học về nhiễm độc thần kinh sau khi tiếp xúc với ô nhiễm không khí, với vai trò quan trọng của đường khứu giác. Mặc dù các cơ chế dẫn đến bệnh lý thần kinh trung ương do ô nhiễm không khí chưa được hiểu rõ, nhưng bằng chứng mới cho thấy rằng sự hoạt hóa tế bào vi mô có thể là một thành phần quan trọng, với sự đóng góp quan trọng của các điều kiện khiến cá nhân bị stress oxy hóa.
Tóm lại, mặc dù sự vận chuyển của các hạt trong không khí và hạt nano qua đường khứu giác được chứng minh, nhưng vẫn phải tiếp tục nghiên cứu để giải thích các cơ chế của độc tính, tập trung vào những thay đổi gây viêm do loại tiếp xúc này gây ra. Dữ liệu ban đầu cũng cho thấy rằng trẻ em có thể có nguy cơ đặc biệt do tiếp xúc với ô nhiễm không khí từ khi còn nhỏ và tuổi vị thành niên là giai đoạn phát triển quan trọng của não liên quan đến những thay đổi động học, nhận thức và cảm xúc.
Nguồn: Lucchini, R. G., Dorman, D. C., Elder, A., & Veronesi, B. (2012). Neurological impacts from inhalation of pollutants and the nose-brain connection. Neurotoxicology, 33(4), 838–841. https://doi.org/10.1016/j.neuro.2011.12.001
Dịch: Sophia Ngo
Chú thích
[1] Bụi được gọi chung là Particulate Matter, ký hiệu pm, là danh từ chỉ một hỗn hợp phức tạp chứa các hạt vô cơ và hữu cơ ở dạng lỏng hoặc rắn, có khả năng bay lơ lửng trong không khí. (ND)
[2] Ví dụ như sulfur dioxide, nitrogen oxides,… (ND)
[3] Duy trì chất lượng cuộc sống thông qua việc sử dụng các hoạt động thể chất. (ND)
[4] Hạt bay: Toàn bộ những phân tử cực nhỏ lơ lửng trong không khí ở dạng hạt rắn hay giọt nhỏ li ti. Thành phần hóa học của các hạt này rất khác nhau tùy thuộc vào địa điểm và thời gian trong năm. (ND)
[5] Xenobiotic là một chất hóa học được tìm thấy trong một sinh vật không được sản xuất tự nhiên hoặc dự kiến có mặt trong cơ thể. Các hợp chất tự nhiên cũng có thể trở thành xenobiotics nếu chúng được hấp thụ bởi một sinh vật khác, chẳng hạn như sự hấp thu các hormon tự nhiên của con người do cá tìm thấy ở hạ lưu của các nhà máy xử lý nước thải, hoặc bảo vệ hóa học do một số sinh vật bảo vệ chống lại kẻ thù săn mồi.
Tuy nhiên, thuật ngữ xenobiotic thường được sử dụng trong bối cảnh các chất gây ô nhiễm như dioxin và polychlorinated biphenyl và tác động của chúng lên sinh vật, bởi vì xenobiotics được hiểu là các chất ngoại lai cho toàn bộ hệ sinh học, tức là các chất nhân tạo. Xenobiotic có thể được nhóm thành chất gây ung thư, thuốc, chất gây ô nhiễm môi trường, phụ gia thực phẩm, hydrocarbon và thuốc trừ sâu. (ND)
[6] Phóng xạ tự chụp là kĩ thuật chụp ảnh mẫu vật có chứa phần tử chứa chất phóng xạ nhờ đó xác định được vị trí của phần tử này trong mẫu cần nghiên cứu. Khác với chụp tia X phải dùng máy phát tia X chiếu vào phim, kĩ thuật này ghi ảnh của phân tử có chứa sẵn chất phóng xạ. (ND)
[7] Khu vực não thể hiện gen đặc trưng nhất của con người – bao gồm sản xuất dopamine – là vùng vân (striatum), một vùng liên quan chủ yếu đến sự vận động. (ND)
[8] Globus pallidus (GP), còn được gọi là palostriatum hoặc dorsal pallidum, là một cấu trúc dưới vỏ của não. (ND)
[9] Thallium (tali) là tên một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu Tl và số nguyên tử bằng 81. Nó có màu xám của kim loại yếu, trông giống thiếc nhưng thay đổi màu khi tiếp xúc với không khí. Tali rất độc và đã được dùng trong thuốc diệt chuột và côn trùng. (ND)
[10] Vỏ myelin là mô mỡ bảo vệ các tế bào thần kinh. (ND)
[11] Wolfram còn gọi là Tungsten hoặc Vonfram, là một nguyên tố hóa học có ký hiệu là W (tiếng Đức: Wolfram) và số nguyên tử 74. Là một kim loại chuyển tiếp có màu từ xám thép đến trắng, rất cứng và nặng. Dạng wolfram tinh khiết được sử dụng chủ yếu trong ngành điện nhưng nhiều hợp chất và hợp kim của nó được ứng dụng nhiều (đáng kể nhất là làm dây tóc bóng đèn điện dây đốt), trong các ống X quang (dây tóc và tấm bia bắn phá của điện tử) và trong các siêu hợp kim. (ND)
[12] Sol khí hay son khí, sôn khí, aerosol – là hệ keo của các hạt chất rắn hoặc các giọt chất lỏng, trong không khí hoặc chất khí khác. Aerosol có nguồn gốc từ tự nhiên hoặc từ con người. Ví dụ cho sol khí tự nhiên là sương mù, dịch tiết của rừng và mạch nước phun. (ND)
[13] Alpha-synuclein là một protein, ở người nó được mã hóa bởi SNCA gien. Nó có nhiều trong não, trong khi một lượng nhỏ hơn được tìm thấy trong tim, cơ và các mô khác. Trong não, alpha-synuclein được tìm thấy chủ yếu ở các đầu của tế bào thần kinh trong các cấu trúc chuyên biệt được gọi là thiết bị đầu cuối tiền synap. Mặc dù chức năng của alpha-synuclein chưa được hiểu rõ, nhưng các nghiên cứu cho thấy nó đóng một vai trò trong việc hạn chế tính di động của các túi tiếp hợp, do đó làm suy yếu tái chế túi khớp thần kinh và giải phóng chất dẫn truyền thần kinh. (ND)
[14] 3-nitrotyrosine (3-NO-Tyr) là sản phẩm chính của quá trình oxy hóa tyrosine. Nó được hình thành sau khi thay thế một hydro bằng một nhóm nitro trong vòng phenolic của các gốc tyrosine. (ND)
[15] 8-Hydroxy-2′-deoxyguanosine (8-OhdG) là sản phẩm của DNA bị hư hỏng do oxy hóa được hình thành bởi gốc hydroxyl, oxy đơn và tác động quang động trực tiếp. (ND)
[16] thân não bao gồm não sau và não giữa (ND)
[17] Superoxide dismutase là một enzyme giúp phân hủy các phân tử oxy có thể gây hại trong tế bào, có thể ngăn ngừa tổn thương mô. Lưu ý: Hiện nay vẫn chưa có đủ nghiên cứu về tác dụng của loại thuốc này. Bạn nên tham khảo ý kiến của bác sĩ trước khi sử dụng thuốc. (ND)
[18] Glial fibrillary acidic protein: sợi trung gian đặc hiệu cho tế bào hình sao ở hệ thần kinh trung ương. (ND)
[19] Ô nhiễm không khí xung quanh là một thuật ngữ rộng hơn được sử dụng để mô tả ô nhiễm không khí trong môi trường ngoài trời. (ND)
[20] Amyloid là những protein trong cơ thể bị “dị dạng” về cấu trúc. Chính vì có cấu trúc bất thường như vậy nên những protein này không thể tương tác tốt với những protein bình thường khác nên khi chúng xuất hiện trong thành mạch hoặc trong các tổ chức của bất cứ cơ quan nào thì nơi đó có nguy cơ bị… bệnh. Tùy theo sự bất thường về cấu trúc mà có nhiều loại amyloid protein khác nhau, gây bệnh ở các cơ quan khác nhau, ví dụ như beta-amyloid protein gây bệnh sa sút trí tuệ (Alzheimer), alpha-synuclein protein gây bệnh Parkinson, syrum amyloid A gây bệnh viêm khớp, alipoprotein Al gây bệnh xơ cứng bì, IAPP (Amylin) gây bệnh đái tháo đường týp 2… (ND)
[21] Formalin là chất sát khuẩn mạnh, có khả năng tẩy uế, nấm mốc, mầm bệnh ở dạng lỏng. (ND)
[22] Tyrosine hydroxylase hoặc tyrosine 3-monooxygenase là enzyme chịu trách nhiệm xúc tác quá trình chuyển đổi axit amin L-tyrosine thành L-3,4-dihydroxyphenylalanine (L-DOPA). (ND)
[23] Tế bào thần kinh dopaminergic của não giữa là nguồn chính của dopamine (DA) trong hệ thần kinh trung ương của động vật có vú. dopamine (DA) là một hóa chất hữu cơ có chức năng vừa là hoóc môn vừa là chất dẫn truyền thần kinh, đồng thời đóng một số vai trò quan trọng trong não và cơ thể. (ND)
