Токсичные частицы после вдыхания могут попасть прямо в мозг

Загрязнение воздуха влияет не только на здоровье ваших легких и сердца. Недавние исследования показали, что мелкие твердые частицы могут также вызывать повреждение мозга, и ученые считают, что они наконец-то выяснили, как это происходит.

На мышиных моделях оказалось, что ультрамелкие частицы воздуха могут попадать в легкие, просачиваться в кровоток и в конечном итоге проникать в мозг.

Когда токсины оказываются в неврологической ткани, иммунной системе становится гораздо труднее очистить ее. Авторы обнаружили, что частицы из воздуха задерживаются в мозге дольше, чем в любом другом органе тела мыши.

Пока неясно, существуют ли такие же пути у людей, но результаты исследования позволяют предположить, что если частицы достаточно малы, они могут проскользнуть через гематоэнцефалический барьер - контрольный пункт, который обычно не позволяет опасным растворителям и другим вредным компонентам крови достичь центральной нервной системы.

Негерметичность гематоэнцефалического барьера уже связывали с когнитивными нарушениями, но нынешнее исследование - одно из первых, показавших, что загрязняющие воздух вещества могут проскользнуть мимо пограничного патруля мозга. 

Ранее ученые считали, что мелкие твердые частицы не могут преодолеть барьер кровеносного мозга. Вместо этого считалось, что частицы попадают в мозг через нос или нервные клетки кишечника, которые напрямую связаны с центральной нервной системой.

"Эта работа проливает новый свет на связь между вдыханием частиц и их последующим перемещением по организму", - объясняет специалист по экологическим нанотехнологиям Исеулт Линч из Бирмингемского университета в Великобритании.

Сегодня гораздо больше известно о том, как загрязнение воздуха влияет на сердечно-сосудистую систему, чем на центральную нервную систему.

Однако в последние годы хроническое воздействие загрязнения воздуха в крупных городах связывают с нейровоспалением и снижением когнитивных способностей даже у молодых людей. Некоторые повреждения выглядят до жути похожими на болезнь Альцгеймера, которая также связана с утечкой крови через мозговой барьер.

При анализе спинномозговой жидкости 25 человек, подвергавшихся хроническому загрязнению воздуха, исследователи обнаружили в ней (примерно у трети группы) частицы, являющиеся опасными загрязнителями воздуха, включая железо, кальций, малаит и анатазный диоксид титана.

Полученные результаты позволяют предположить, что токсичный воздух каким-то образом проникает в жидкость, которая омывает наш мозг.

Чтобы проверить эту идею, исследователи обратились к мышам.

Когда частицы черного углерода и диоксида титана были введены непосредственно в легкие, минуя нос, авторы обнаружили, что токсины проникли в мозг мышей через циркулирующую кровь.

"Поразительно, - отмечают авторы, - но структура [гематоэнцефалического барьера] была повреждена", что позволило увеличить утечку примерно на 20%. В нескольких срезах ткани мозга мыши токсичные частицы были обнаружены внутри и снаружи кровеносных сосудов вблизи гематоэнцефалического барьера, что еще раз подтверждает нарушение защиты.

В чашке Петри авторы также продемонстрировали прямую транслокацию ультрамелких частиц через клетки, составляющие гематоэнцефалический барьер.

Между тем, у мышей, которые не подвергались воздействию загрязнителей воздуха, не было обнаружено никаких признаков токсинов в тканях мозга.

У зараженных мышей авторы заметили экспоненциальное снижение содержания загрязнителей воздуха во всех органах тела мыши примерно через день, но мозг выводил токсины медленнее.

"Эти результаты, следовательно, предлагают ряд доказательств в подтверждение риска от загрязнения твердыми частицами для [центральной нервной системы] и в выяснении пути воздействия экзогенных частиц от вдыхания до мозга", - пишут авторы.

"Тем не менее, необходимы более прямые доказательства путей воздействия и транспортировки мелких частиц из окружающей среды при вдыхании через кровоток и повреждение [барьера между кровью и мозгом] в мозг, что требует дальнейшего детального изучения, включая эпидемиологические исследования, в будущем".

Исследование было опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences