Вдыхание распространенных в городе соединений быстро изменило работу мозга человека

Ученые уже знают, что вдыхаемые с воздухом микрочастицы убивают четыре миллиона человек в год, а также вызывают тяжелые, пожизненно инвалидизирующие заболевания. Но новый эксперимент на малой выборке показал, что и они, и другие распространенные в городской среде искусственные соединения еще и влияют на работу мозга, причем быстро и даже после небольшого времени вдыхания. Причем иногда влияние это может быть прямо противоположным ожидаемому.

В мире мало внешних факторов, которые действовали бы на людей сильнее антропогенного загрязнения воздуха. Учитывая, что достаточно детально оценено лишь число смертей от микрочастиц (четыре миллиона в год), а по другим соединениям цифры менее конкретные, трудно исключать, что совокупно атмосферное загрязнение всех типов убивает даже больше, чем умеренный холод (тот уносит 4,6 миллиона человек ежегодно).

Механизм таких смертей сходен: и холод, и микрочастицы в воздухе ведут к росту вязкости крови, артериального давления и, в итоге, образования тромбов. Повышение нагрузки на сердце и снижение проходимости сосудов ведут к инфарктам и инсультам, которые привычно списывают на стресс. Но есть и неубивающие последствия вдыхания загрязнений. Так, использование газовых, дровяных и угольных плит (а не электрических) значительно повышает вероятность ревматоидного артрита, пожизненно инвалидизирующего человека.

Авторы новой работы в NPJ Clean Air обратились к другим неубивающим последствиям загрязнения воздуха — их влиянию на работу мозга. Поскольку микрочастицы от 2,5 микрометра и менее не отсеиваются дыхательной системой, они напрямую попадают в кровь, отчего способны оказывать нейротоксическое воздействие.

В ходе эксперимента на малой выборке в 15 человек участникам давали вдыхать лимонен (крайне распространенная парфюмерная отдушка), выхлопные газы дизельного двигателя, выбросы, образующиеся при приготовлении пищи на кухне, и дым от сгорания древесины. Малая выборка характерна для экспериментов пониженной комфортности, поскольку невысокооплачиваемых добровольцев для них искать не слишком просто.

Результаты воздействия во многом были неожиданными для исследователей. Скорость реагирования в когнитивных тестах после вдыхания нейротоксичных продуктов выросла. Те, кто дышал чистым воздухом, реагировали в среднем за 341 миллисекунду, дышавшие продуктами сгорания дерева — за 335 миллисекунд, дизельного выхлопа — 333 миллисекунды. У тех, кто вдыхал продукты готовки оно почти не изменилось (342 миллисекунды).

Авторы пришли к выводу, что это объясняется действием оксидов азота. В дизельном выхлопе их 336 частей на миллиард, а в продуктах сгорания дерева — 37 частей на миллиард. Некоторые окислы азота обладают сосудорасширяющим действием, а это может стимулировать мозг реагировать быстрее. Проблема в том, что если ученые правы, то этот эффект проявляется при неожиданно низких концентрациях — 37 частей на миллиард частей воздуха. Ранее такую высокую чувствительность мозга к соединениям в воздухе не отмечали.

Исследователи сослались на более раннюю работу, где испытуемых подвергали концентрации оксидов азота, эквивалентных 90-минутному сидению рядом с работающей газовой плитой. Там выяснилось, что сосудорасширяющее действие окислов азота снижает как систолическое, так и диастолическое давление. Правда, это не значит, что так же будет рядом с реальной газовой плитой: кроме сосудорасширяющих окислов азота, она выделяет микрочастицы, вдыхание которых может, напротив, повышать давление.

Простые когнитивные задачи выполнялись чуть лучше теми, кто дышал воздухом с лимоненом. Но в более сложных тестах у них не было преимущества — как и у тех, кто вдыхал продукты сгорания древесины или солярки. Более того, в ряде тестов, несмотря на меньшее время реакции, корректность результатов была ниже как раз у тех, кто вдыхал выхлопные газы. В целом воздействие было умеренным, однако стоит учитывать, что дозировки в этих экспериментах были далеки от максимальных, встречающихся в реальной жизни (скажем, в пробке за автобусом и так далее).

Неожиданной стороной работы оказалось то, что когда люди дышали чистым воздухом, они не показывали более высоких результатов ни в каких тестах. Причины не вполне ясны, но одной из них может быть краткосрочность воздействия загрязнителей (60 минут) и то, что тесты проводили лишь через четыре часа после окончания вдыхания загрязнений. За это время кровоток мог в значительной степени освободиться от краткосрочного негативного воздействия.

Попутно ученые измеряли параметры легких (спирометрия) у участников эксперимента. Объем форсированного выдоха за одну секунду у них снизился даже несмотря на умеренные дозы. Наибольшее снижение произошло у вдыхавших древесный дым и лимонен. Последнее неожиданно, потому что регуляторные органы считают лимонен безопасным. Но по снижению объема выдоха после его вдыхания это не очевидно.

Авторы специально отметили, что хотя это снижение для лимонена не было клинически значимым (то есть не угрожало здоровью пациентов), оно все-таки вызывает удивление: эксперимент шел всего 60 минут при умеренной концентрации. Люди, использующие парфюмерию и бытовую химию в повседневной жизни, могут вдыхать это соединение куда дольше часа в день. Получается, некоторые уязвимые группы населения могут пострадать от лимонена, хотя формально он считается безопасным.

Работа интересна тем, что рассматривает далекие от экстремальных повседневных значений уровни загрязнения и даже с ними показывает заметное действие на центральную нервную систему человека — наиболее защищенную изо всех систем организма, что у него есть (за счет гематоэнцефалического барьера).