Covid-19 und Umweltverschmutzung. Unsere Studie in Bergamo, Brescia und Mailand

Die Luftverschmutzung in der Zeit vor Covid erreichte mit einer Schätzung von ca 10 Millionen Todesfälle im Jahr 2019. Nach der Erklärung des Pandämie Covid-19, 11.3.20 von der WHO (Weltgesundheitsorganisation) haben mehrere Forschungsgruppen damit begonnen, die Rolle atmosphärischer Feinstaubpartikel auf die Ausbreitung, Morbidität und Mortalität des SARS-CoV-2-Virus zu analysieren. Hervorhebung einiger früher Korrelationen. Unsere Studie – basierend auf den von ARPA im Januar und Februar 2020 in Bergamo, Brescia und Mailand durchgeführten Erhebungen zur Luftqualität und den epidemiologischen Daten zu Covid-19 – in einer Vorschau auf die nachstehende Zusammenfassung.

Luftverschmutzung und Covid-19, mögliche Korrelationen

Covid-19, wie andere Viren, es könnte auch auf dem Luftweg übertragen werden. Und Feinstaub könnte eine Rolle spielen Träger durch das Aerosol, wodurch seine Diffusion erhöht wird.

Der Feinstaub verursacht Schäden in Lungenzellen, erhöht den Entzündungszustand und die Sterblichkeitsrate, mit schwereren Ausprägungen der Krankheit in den am stärksten verschmutzten Gebieten. Das Virus bindet an den ACE2-Rezeptor, um in die Zelle einzudringen. ACE2 wiederum erzeugt ein entzündungshemmendes Peptid und wird als Reaktion auf Entzündungen durch PM-Exposition überexprimiert (Feinstaub, feine Partikel), wodurch die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, dass Covid19 in die Zellen eindringt.

Diese Annahmen stellen den Ausgangspunkt für zukünftige Analysen zum positiven Zusammenhang zwischen der Ausbreitung von CoVid19 und Umweltverschmutzung dar.

Übertragung von Viren über die Luft. SARS-CoV-1 und SARS-CoV-2 im Vergleich

Die Krankheitserreger sie können über verschiedene Übertragungsmechanismen mit dem Organismus in Kontakt kommen. Einnahme (fäkal-oraler Weg, 1), Inhalation, Inokulation, Kontakt, iatrogene Übertragung und Paarung. Der häufigste Übertragungsweg beinhaltet die Austreibung von Krankheitserregern durch das Atmungssystem durch infizierte Personen und das Eindringen in den Empfängerwirt durch Inhalation. Die Speicheltröpfchen (Tröpfchen) des infizierten Subjekts legen aufgrund ihrer relativ beträchtlichen Größe und ihres Gewichts kurze Strecken zurück, bevor sie zu Boden fallen. In diesem Fall bezieht es sich auf die Übertragung durch engen Kontakt.

Übertragung durch Aerosol unterscheidet sich von der vorherigen, da es sich um eine Suspension sehr kleiner Partikel handelt (Tröpfchen Kernemit einem Durchmesser zwischen 0,001 und 100 Mikrometer), fest oder flüssig, in einer Gasphase. Diese Partikel setzen sich langsam ab und werden leicht von Luftströmungen getragen (daher bezieht sich dies auf eine Übertragung über große Entfernungen). DAS Tröpfchenkerne sie können sich daher in Suspension mit dem Aerosol verbinden und durch die Luft transportiert werden. Das Vogelgrippevirus wurde zum Beispiel nach den Staubstürmen in Asien in großen Konzentrationen in der Luft nachgewiesen, sogar in beträchtlicher Entfernung von den Entstehungsherden. (2)

das neue Coronavirus Sars-CoV-2 (covid19) wiederum könnte über Aerosol übertragen werden – ebenso wie durch Einatmen Tröpfchen (und in geringerem Maße über den fäkal-oralen Weg, direkten Kontakt und durch Schwangerschaft). Die Luftübertragung über Aerosole auf größere Entfernungen wird nur als zu überprüfende Hypothese vorgeschlagen, in einer ersten Analyse von Prof. Wang Zhou, unterstützt von einem Expertengremium, das sich mit der CoVid19-Epidemie in Wuhan befasst hat. (3)

Abbildung 1

Covid-19 gehört zur Familie der Coronaviren (CoV), einer großen Familie von Atemwegsviren, die leichte bis mittelschwere und schwere Erkrankungen verursachen können. Von der Erkältung bis zu respiratorischen Syndromen wie MERS (Atmungssyndrom im Nahen Osten) und SARS (schweres akutes Atemwegssyndrom). Der Name leitet sich von der Beobachtung der auf der Oberfläche vorhandenen Proteine ​​ab, die eine Kronenform darstellen. SARS verursachte 2003 eine kleinere, aber ebenso bedeutende Epidemie, woraufhin zahlreiche Studien zur Übertragung des Virus durchgeführt wurden.

SARS-CoV-1, deren Verbreitung auch in einer geschlossenen Umgebung (Flugzeugkabine) analysiert wurde, Verbreitung durch Aerosole (große Entfernung, 21 %), enger Kontakt zwischen Individuen (Tröpfchen, 29%) und Kontakt mit Oberflächen (50%. V. 4).

SARS-CoV-2, in der kürzlich vorgeschlagenen Analyse an The New England Journal of Medicine, zeigt eine Aerosol- und Oberflächenstabilität, die der von SARS-CoV-1 nicht unähnlich ist. (5) Untersuchte Oberflächen sind Kunststoff, Edelstahl, Kupfer und Karton. Es wird beobachtet, dass CoVid19 länger auf Kunststoff (bis zu 72 Stunden) und Stahl überlebt, weniger auf Kupfer und Pappe.

Abbildung 2

Im Aerosol, CoVid19 bleibt für 3 Stunden und reduziert langsam die Infektionskapazität. Die Halbwertszeit von SARS-cov-2 und cov-1 ist im Aerosol ähnlich und beträgt im Durchschnitt etwa 1.1 bis 1.2 Stunden. Beide Viren persistieren daher tagelang auf Oberflächen und stundenlang in Aerosolen. (5) Dies erklärt die exponentielle Ausbreitung von SARS-CoV-1 in Krankenhäusern im Jahr 2003 mit einer offensichtlichen Korrelation zwischen Verbreitung und Effizienz von Lüftungssystemen. (6)

Abbildung 3

Zahlreiche Studien zeigen einen Zusammenhang zwischen SARS-CoV-1-Infektionen und Belüftung in Gebäuden, wie dies bei anderen Viren (Masern, Vogelgrippe) der Fall ist. Eine niedrige Belüftungsgeschwindigkeit erhöht die Wahrscheinlichkeit der Verbreitung von Viren durch die Luft, die mit einer turbulenten Strömung von einer Umgebung zur anderen zirkuliert, die die Bildung von Mikroumgebungen begünstigt, in denen sich Krankheitserreger vermehren. Die Entfernung, die die vom Aerosol getragenen Viren zurücklegen, hängt daher von der ab Design der Gebäude, in denen sie zirkulieren. Daher wird eine multidisziplinäre Studie vorgeschlagen, um diesen Effekt zu analysieren und die richtige Belüftungsgeschwindigkeit in Innenräumen zu bestimmen, um die Wahrscheinlichkeit der Verbreitung dieser viralen Krankheitserreger zu verringern. (6)

Die Analyse der Indoor-Übertragung von Viren wurde unter anderem während der SARS-CoV-1-Epidemie gemacht. SARS wird hauptsächlich übertragen durch Tröpfchen oder direkten Kontakt. Die Studie von Li Y et al. (2005) demonstriert die tatsächliche Möglichkeit einer Übertragung durch die Luft in einer Krankenstation in Hongkong während der Epidemie von 2003. Unter Hinweis darauf, wie i Tröpfchen beginnen nach der Freisetzung zu verdampfen und können an Größe und Größe abnehmen, bis sie in der Luft zirkulieren. In der betrachteten Situation wurde nach einer Analyse der Luftverteilung aufgezeigt, wie eine ungleichmäßige Verteilung der Luftauslässe zu einer Verbreitung des Virus Sars-cov-1 auf der Station führte, wo die Inzidenz größer war als die Zahl der Infizierten. (7)

Das Belüftungssystem und die Übertragung des Virus über die Luft wurden auch innerhalb eines Wohnkomplexes analysiert, in dem es eine hohe Anzahl von Infektionen gab Amoy-Gärten, in Hongkong. Diese Analyse unterstützt weiter die Notwendigkeit, die Raumluftqualität und die zu überprüfen Design Belüftung in Gebäuden, einschließlich Wohnungen und Büros, Hotels und Krankenhäusern. (8)

Geringe Belüftung und die schlechte Luftumwälzung in geschlossenen Umgebungen hat gezeigt, dass sie eine wichtige Rolle bei der Luftverteilung von Sars-cov1 selbst in Flugzeugkabinen spielt. Wo symptomatische Passagiere während des Fluges entlassen werden Tröpfchen mit dem Virus, das andere Passagiere über Aerosol erreichen kann. (9)

Sars-coV-1 und CoVid19 Daher weisen sie ähnliche Übertragungswege und Persistenz in der Luft auf, mit der Möglichkeit des Transports über größere Entfernungen als bei Ansteckung durch engen Kontakt. Aber warum hat sich das neue Coronavirus in einigen Gebieten stärker verbreitet?

Feinstaub im Aerosol

P.M., Feinstaub, gibt die Gruppe von Partikeln an, die für eine ausreichende Zeit in der Luft dispergiert sind, um Diffusion und Transport zu verursachen (Environmental Protection Agency, VEREINIGTE STAATEN VON AMERIKA). Diese Partikel unterschiedlicher Herkunft und Zusammensetzung werden in Bezug auf ihren Durchmesser (kleiner als 10 bzw. 2,5 Mikrometer) in PM10 und PM2,5 eingeteilt. Da feine Partikel mikroskopisch klein sind, werden sie von Menschen, die in verschmutzten Gebieten leben, unfreiwillig eingeatmet, was zu einer Schädigung der menschlichen Gesundheit führt. Ihre Toxizität wird durch ihre Fähigkeit, andere Schadstoffe wie PAK (polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe) und Schwermetalle zu absorbieren, verstärkt.

Abbildung 4. Das von der EPA vorgeschlagene Bild zeigt die geringe Größe von PM2.5- und PM10-Partikeln. Ihre geringe Größe ist für Menschen gefährlich, da sie die Partikel einatembar machen. https://www.epa.gov/pm-verschmutzung/particulate-matter-pm-basics#PM

ARPA Lombardei (Regionalagentur für den Schutz der Umwelt der Lombardei) assoziiert mit der Exposition der Bürger gegenüber atmosphärischen Feinstaubpartikeln:

- erhöhte vorzeitige Sterblichkeit aufgrund von Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Lungenkrebs,

- Anstieg der Krankenhauseinweisungen wegen Atemproblemen,

- chronische Bronchitis.

Zahlreiche Studien sie zeigen auch Korrelationen zwischen PM-Exposition und männlicher Unfruchtbarkeit, neurodegenerativen, kardiovaskulären und Lungenerkrankungen. Wie von SIMA (Italienische Gesellschaft für Umweltmedizin) analysiert, betrifft das größte Risiko die großen städtischen Gebiete der Welt, in denen die Anthropisierung der Gebiete hoch ist und die Menschen Feinstaub (PM10 und PM2,5), Ozon und Stickstoff stärker ausgesetzt sind Kohlendioxid (NO2). Die WHO hat wiederum angegeben, dass die Luftverschmutzung für ein ernstes weit verbreitetes Risiko für die Umwelt und die menschliche Gesundheit verantwortlich ist.

Umweltverschmutzung Innen-, insbesondere in großen städtischen Gebieten, verdient ebenfalls Beachtung. Es sollten auch multidisziplinäre Studien zur Wirksamkeit von Lüftungssystemen bei der Absorption von Feinstaub in geschlossenen Räumen durchgeführt werden, um die optimalen Anforderungen an die Geräte und Empfehlungen für ihre Verwendung zu definieren. Umso mehr, wenn man bedenkt, dass der Feinstaub im Aerosol es kann Krankheitserreger wie Viren und Bakterien beherbergen.

Die Rolle von Feinstaub bei der Virusübertragung

Luft ist also ein Vehikel durch die sich mikrobielle Wirkstoffe in der Umwelt bewegen können. Pflanzen- und Zellfragmente, Bakterien und Viren, Parasiten, Sporen und Pilze können ausmachen Bioaerosol. (10) Und atmosphärischer Feinstaub kann so wirken Träger, ein Transportvektor für viele Viren. In der Tat hätte PM auch die Wirksamkeit der Verbreitung von Viren im Aerosol erhöhen können, da es eine Mikroumgebung schafft, die für ihre Persistenz geeignet ist. (11) Beim Einatmen wiederum werden die Partikel – vor allem die kleiner als 2,5 Mikrometer (PM2,5 und ultrafeine Partikel) – tief in die Lunge transportiert. Dadurch kann das Virus in den Atemwegen wachsen und Infektionen verursachen.

Abbildung 5

Mikroorganismen mit Schadstoffpartikeln (PM10 und PM2,5) verbunden sind, können daher eingeatmet werden. Eine metagenomische Analyse der Zusammensetzung von Organismen, die unter Luftschadstoffen vorhanden sind – durchgeführt in Peking (China) in einer Zeit mit hohem Smog – identifizierte die Sequenzen verschiedener Krankheitserreger, einschließlich viraler (0,1 %, sowohl in PM10 als auch in PM2,5. 12). Indem mit zunehmender Schadstoffkonzentration die Zunahme der Menge an Krankheitserregern für die Atemwege erfasst wird. (XNUMX)

Die Korrelation positiv zwischen PM-Konzentration und Virusausbreitung wurde auch bei Masern in China beobachtet. Die Analyse der PM2,5-Konzentration in 21 chinesischen Städten zeigte eine positive Korrelation mit der Zahl der Masernfälle pro Tag in jeder Stadt. Feststellung einer signifikanten Zunahme der Inzidenz der Krankheit im Falle eines Anstiegs von PM2,5 gleich 10 μg / m3, begünstigt durch klimatische Bedingungen. (13)

So eine Analyse Daten zur Ausbreitung des Respiratory Syncytial Virus (RSV) in China im Jahr 2015 zeigen den gleichen Zusammenhang. Das RSV-Virus verursacht bei Kindern Lungenschäden und Bronchitis, und es wurde eine positive Korrelation zwischen dem Virus und der PM-Konzentration beobachtet. Umweltverschmutzung erhöht das Risiko einer RSV-Infektion. Die Grafiken in Abbildung 6 zeigen, wie der Trend der Schadstoffkonzentration tendenziell dem Trend der Anzahl RSV-positiver Kinder folgt. (14)

Abbildung 6

In den Vereinigten Staaten, wurden in einer kürzlich durchgeführten Studie statistisch signifikante Beweise für die Beziehung zwischen der langfristigen Exposition gegenüber PM2,5 und den Todesraten durch COVID-19 erzielt. Die Forscher, die ein statistisches Modell (korrigiert für Confounder) anwendeten, verbanden einen Anstieg der langfristigen Exposition gegenüber PM1 um 3 μg / m2,5, einen Anstieg der Sterblichkeitsrate von COVID-15 um 19 %. (fünfzehn)

Die Ergebnisse dieses Artikels deuten darauf hin, dass eine langfristige Exposition gegenüber Luftverschmutzung die Anfälligkeit für das Auftreten schwerwiegenderer Folgen von COVID-19 erhöht. Diese Ergebnisse stimmen mit der bekannten Beziehung zwischen der PM2,5-Exposition und vielen kardiovaskulären und respiratorischen Begleiterkrankungen überein, die das Todesrisiko bei COVID-19-Patienten stark erhöhen. (16)

Eine in der Lombardei durchgeführte Analyse 2018 hat es dann Krankenhauseinweisungen und die Anzahl neuer RSV-Fälle mit der PM10-Konzentration in Verbindung gebracht. Die Daten für die Analyse wurden von der ARPA (Regional Environmental Protection Agency) Lombardei gesammelt. Die Ergebnisse dieser Analyse zeigten, dass im festgelegten Zeitraum die meisten Krankenhauseinweisungen in Mailand stattfanden, einer Stadt, die die maximale PM10-Konzentration erreicht hatte. (17)

Atmosphärischer Feinstaub und SARS-CoV-2-Übertragung in der Lombardei

Der SIMA-Bericht (Italienische Gesellschaft der Ärzte für die Umwelt) über die mögliche positive Korrelation zwischen der Luftverschmutzung durch Feinstaub und der Verbreitung von Viren in der Bevölkerung hält PM a Träger wichtig, was möglicherweise tatsächlich zur Verbreitung von Covid-19 beigetragen hat. (11) Die hohe und rasche Ausbreitung von SARS-CoV-2 in der Poebene könnte daher mit den hohen Feinstaubkonzentrationen zusammenhängen, die anlässlich des ersten Ausbruchs sowohl in der Stadt Wuhan (Hubei, China) gemessen wurden , und in der Lombardei (Italien).

Abbildung 7

Bergamo, eine der italienischen Städte mit den meisten Infizierten, weist in den Monaten Januar und Februar 10 tatsächlich Konzentrationen auf, die über dem zulässigen Jahresdurchschnitt von PM2,5 und PM2020 liegen. Eine Kontrolleinheit in der Stadt (über die Meucci-Station) hat währenddessen festgestellt die über die zwei Monate eine durchschnittliche tägliche Konzentration von 44,28 μg / m3 für PM10 und 38,31 μg / m3 für PM2,5, beide Werte über den festgelegten Höchstgrenzen (40 μg / m3 bzw. 25 μg / m3). Abbildung 8). Erkennt auch über 44 Tage (PM 2,5) und 33 Tage (PM 10) tägliche Konzentrationen, die die zulässige durchschnittliche Jahreskonzentration überschreiten.

Abbildung 8. Die beiden Grafiken zeigen die Konzentrationswerte von PM10 und PM2.5 in Bergamo. Die rote Linie gibt die vorgeschriebene Grenze an, während die blaue Linie den Durchschnitt in den zwei analysierten Monaten angibt [Analyse der von ARPA Lombardia gesammelten Daten].

In Brescia, im gleichen Zeitintervall gibt es durchschnittlich 51.49 μg / m3 für PM10 und 40.678 μg / m3 für PM2,5 (Steuereinheit befindet sich im Villaggio Sereno). Werte sind immer Werte über dem Schwellenwert, wie in Abbildung 9 dargestellt. Mit 46 Tagen (PM 2.5) und 42 Tagen (PM 10) wird der Durchschnitt der zulässigen Jahreskonzentrationen überschritten.

Abbildung 9

in MailandDie ARPA-Kontrolleinheit im Bereich Città Studi wiederum weist in den zwei Monaten durchschnittliche Konzentrationen von 55.59 μg / m3 für PM10 und 42.18 μg / m3 für PM2,5 auf. Mit 49 und 45 Tagen (jeweils für PM 2.5 und PM10) mit Tageskonzentrationswerten deutlich über dem zulässigen Jahresmittel.

Abbildung 10

Abbildung 11

Analyse von Luftqualitätsdaten Die von ARPA Lombardia in den Monaten Januar und Februar 2020 gesammelten Daten zeigen Konzentrationen von PM10 und PM2,5 über den gesetzlichen Grenzwerten. In denselben Provinzen a Trend mit einem hohen und schnellen Anstieg der Infektionen zwischen Ende Februar und Ende März.

Abbildung 12

In Anbetracht der Inkubationszeit (ca. 14 Tage) kann eine positive Korrelation zwischen den PM-Konzentrationsdaten und der Anzahl der Infektionen beobachtet werden. Die hohen Feinstaubkonzentrationen im Januar und Februar könnten die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Virus Ende Februar/Anfang März in der Lombardei stärker als in anderen italienischen Regionen erhöht haben.

Der atmosphärische Feinstaub es könnte daher eine Rolle gespielt haben Träger von CoVid19. Die positive Korrelation zwischen der Verschmutzung in der Lombardei und dem Ausbruch der Epidemie könnte aber auch einen anderen Grund haben.

Es ist in der Tat bekannt - aus Daten in vitro, in vivo und aus epidemiologischen Studien an Bevölkerungsgruppen - dass eine dauerhafte Exposition gegenüber in der Luft verteilten Schadstoffen einen Zustand chronischer Entzündung in den Lungenzellen hervorruft. (18, 20, 21, 22, 24, 25, 26)

Atmosphärischer Feinstaub und Schädigung der Lungenzellen

Zahlreiche epidemiologische Studien sind aus mehreren Gründen, insbesondere Atemwegserkrankungen, mit Krankenhauseinweisungen verbunden. Es wurde auch ein Anstieg der Sterblichkeitsrate durch verschiedene Viruserkrankungen beobachtet. Neben der Analyse der Rolle von PM bei der Übertragung von Viren ist es daher hilfreich zu verstehen, wie die Exposition gegenüber Schadstoffen die Anfälligkeit und Schwere dieser Krankheiten erhöhen kann. Wie bereits erwähnt, ist Feinstaub klein und kann daher eingeatmet werden, und das wiederholte Einatmen dieser Partikel schädigt die Lungengesundheit. Langfristige Exposition gegenüber Feinstaub kann zu systemischen Schäden führen. (18)

Belastung durch Umweltverschmutzung Es wurde auch mit der hohen Sterblichkeit des SARS-Cov-1-Virus in Verbindung gebracht. Cui et al (2003) verwenden den API-Index (Luftverschmutzungsindex), fanden mehr als doppelt so hohe Sterblichkeit durch SARS in Regionen mit hohem API im Vergleich zu Regionen mit niedrigem API. Außerdem wurde in Gebieten mit einem moderaten API-Index eine fast doppelt so hohe Wahrscheinlichkeit festgestellt, sich mit dem Virus zu infizieren (+ 84 %), im Vergleich zu solchen mit einem niedrigen API-Index. Die Autoren schlussfolgern daher, dass eine anhaltende Exposition gegenüber PM sowohl die Inzidenz- als auch die Sterblichkeitsrate des Virus erhöhen würde. (19)

Abbildung 13

Die Zellen der Atemwege Ich bin der Erste Ziel Feinstaub, sondern auch das Hauptangriffsziel von Atemwegsviren. Es ist daher ratsam, den Zusammenhang zwischen der dauerhaften Exposition von Lungenzellen gegenüber PM, der Anfälligkeit des Probanden für das Virus und seiner Immunantwort auf eine Infektion zu untersuchen. Die Exposition von Lungenzellen gegenüber PM kann Folgendes verursachen:

- oxidativen Stress, durch die Stimulierung der Produktion von freien Radikalen, die Schäden in den Zellen hervorrufen,

- Entzündung zellulär, nach Aktivierung der durch PM induzierten Immunantwort.

Eine aktuelle Studie (Zerboni et al., 2019) analysiert die Wirkung verschiedener Partikel aus Dieselabgasen, In-vitro-, auf Lungen- und Gefäßzellen. Die Analyse hebt die Zunahme von ROS hervor, die reaktiven Sauerstoffspezies, die sie darstellen Marker oxidativen Stress. (18)

 

 

 

 

 

 

 

Feinstaub aus Diesel (DEP) enthält viele Metalloxide, die für den Menschen giftig sind. Eine Analyse von A549-Lungenzellen zeigte einen signifikanten Anstieg von IL8, Interleukin, das als Indikator für eine entzündungsfördernde Reaktion nach Schadstoffbelastung verwendet wird. (20)

Die Schadstoffe Sie verändern auch das Immunsystem, indem sie die antivirale Reaktion von Makrophagen modulieren, Zellen, die die Fähigkeit haben, Fremdpartikel, einschließlich Mikroorganismen, in ihr Zytoplasma aufzunehmen und zu zerstören. Tatsächlich zeigen einige Studien, wie die Exposition gegenüber Umweltverschmutzung die Fähigkeit von Makrophagen zur Phagozytose und damit ihre Fähigkeit, Viren ordnungsgemäß zu inaktivieren, verringern kann. (21)

Exposition gegenüber Schadstoffen Daher verändert es die Immunantwort von Lungenzellen und induziert eine Zunahme von oxidativem und entzündlichem Stress. Dieser Zustand der Zellen erleichtert den Angriff von Viren und erhöht die Schwere von Virusinfektionen bei Personen, die luftgetragenen Partikeln ausgesetzt sind. Mit dem doppelten Effekt, die Immunantwort sowohl auf das Virus als auch auf PM10 zu reduzieren. Wie in Fällen von Entzündungen der Atemwege, die durch das Synzytialvirus (RSV) verursacht werden, eine häufige Ursache für virale Lungenentzündungen bei Säuglingen und älteren Menschen, in Episoden hoher PM10-Belastung. (22)

Die Poebene - wo sich Mailand in Norditalien befindet - stellt eines der am stärksten verschmutzten Gebiete in Europa dar. Sowohl aufgrund der Konzentration von Industrie, Straßen- und Autoverkehr als auch aufgrund der geografischen Beschaffenheit, die es zwischen zwei Gebirgszügen (Alpen und Apennin) einschließt. Proben von PM10 und PM2,5, die 2010 in Mailand (Torre Sarca) gesammelt wurden, wurden gesammelt und Mäusen durch Inhalation verabreicht, um die Schäden zu analysieren, die die Exposition gegenüber diesen Partikeln in der Lunge verursacht. Die mikrobiologische Analyse hob das Vorhandensein von in den Partikeln absorbierten Krankheitserregern und die Aktivierung starker Entzündungsreaktionen in der Lunge hervor, die durch hohe Konzentrationen entzündungsfördernder Zytokine wie TNF-alpha und IL6 ausgedrückt werden. (23) Es sollte betont werden, dass das letztere IL6, Interleukin, für den Entzündungssturm verantwortlich ist, der in den schwersten Fällen von Patienten mit Covid19 auftritt.

PM10 es übt auch eine toxische Wirkung auf das Lungenparenchym aus. Die Analyse des BALBf-Gehalts (Flüssigkeit aus der bronchoalveolären Lavage der Maus) zeigte einen Anstieg von Marker auf Zytotoxizität hinweisen. PM enthält auch Metalle mit einer sehr hohen zytotoxischen Wirkung auf Zellen. Zusätzlich zur Induktion von Entzündungen und oxidativem Stress. So wird ein deutlicher Anstieg einiger Proteine ​​(HO-1 und Hsp70) beobachtet, die auf die Reaktion von Lungenzellen auf oxidativen Stress hinweisen. (24, 25)

Exposition gegenüber Feinstaub PM2,5 Es bestimmt auch eine Variation in der Expression einiger Gene mit systemischen schädlichen Auswirkungen auf den menschlichen Organismus. Eine längere Exposition gegenüber hohen Feinstaubmengen stellt daher eine erhebliche Bedrohung für Menschen dar, insbesondere für ältere Menschen, die gesund erscheinen mögen, aber dennoch auf der Ebene des Lungen- und Herz-Kreislauf-Gewebes beeinträchtigt sind. (26)

Exposition gegenüber ultrafeinen Partikeln (UFP) ist generell gesundheitsschädlich. In diesem Zusammenhang wurde auch beobachtet, dass DEP, die Partikel, die aus Dieselabgasen stammen, giftiger sind als BB, Partikel, die aus der Verbrennung von Biomasse stammen. Schadstoffe aktivieren im Allgemeinen oxidativen Stress und Entzündungsreaktionen. Nach wiederholter Exposition aktiviert die Lunge einen Kompensationsmechanismus, um die toxische Reaktion zu begrenzen. Und es gilt als wahrscheinlich, dass in der Lunge entwickelte Entzündungsmediatoren in das Herzparenchym und andere Organe wandern und zu systemischen Schäden führen. (27) Einige Studien haben auch das erhöhte Risiko von Patienten mit systemischen Erkrankungen hervorgehoben, schwere Formen einer CoVid-Infektion zu entwickeln19. (28)

COVID-19 und Entzündungen

Coronaviren sie können milde oder sehr schwere pathologische Reaktionen hervorrufen. Wenn sie die unteren Atemwege angreifen, verursachen sie schwere Atemschäden, die tödlich sein können. Entzündungen sind ein unverzichtbarer Bestandteil der Reaktion unseres Immunsystems und doch wurde bereits bei SARS-CoV-1 beobachtet, dass es bei Patienten mit einem schlechteren Krankheitsverlauf zu einem „Zytokinsturm“, also einer überschießenden Reaktion kommt dysreguliert. (29)

Covid-19 wiederum kann zu verschiedenen physiologischen Wirkungen führen, von milderen wie Erkältung und Fieber bis hin zu schwereren wie Lungenentzündung, die sich beim akuten Atemnotsyndrom (ARDS) verschlimmern können, einer Art Atemversagen, das für die Ansammlung von Flüssigkeit in der Lunge und eine übermäßige Verringerung des Sauerstoffs verantwortlich ist im Blut. 10 % der CoVid19-Fälle können diesen pathologischen Zustand erreichen, der eine mechanische Beatmung erfordert und in einigen Fällen zum Tod führt.

Der Krankheitsverlauf es ist komplexer für Patienten im fortgeschrittenen Alter und mit anderen Begleiterkrankungen. Und die sehr hohe Menge an Interleukin (IL6) im Blut ist auf jeden Fall signifikant, Marker des Entzündungszustandes. Daher wird auch in diesem Fall ein Entzündungssturm beobachtet. Die Immunantwort infizierter Zellen besteht darin, Zytokine freizusetzen, die Entzündungen signalisieren, aber ein Überschuss dieser entzündungsfördernden Signale kann Zellen im Lungenepithel schädigen.

Die italienische Arzneimittelagentur (AIFA) autorisierte die erstere Versuch um bereits verfügbare Medikamente an CoVid19-Patienten zu testen. Der Ansatz besteht darin, die durch eine übermäßig starke Immunantwort verursachte Entzündung zu senken, indem entzündungshemmende Medikamente eingesetzt werden, die darauf abzielen, den Entzündungssturm zu stillen. Beispielsweise ist Tocilizumab ein monoklonaler Antikörper, der an den IL6-Rezeptor bindet, indem er ihn deaktiviert. Durch Sperrung der Weg die Transduktion von IL6 könnte daher den Entzündungszustand verringern. (30)

Die Veranlagungen Der entzündliche Sturm kann auch auf das Vorhandensein anderer Pathologien (aufgrund derer die Spiegel der entzündlichen Zytokine höher sind), auf das fortgeschrittene Alter (das den Organismus in Richtung eines entzündungsfördernden Zustands aus dem Gleichgewicht bringt) oder auf eine Veranlagung zurückzuführen sein. (31) Zu diesen Annahmen könnte eine Prädisposition aufgrund einer PM-Exposition hinzugefügt werden. Tatsächlich wurde beobachtet, dass einer der Wirkungsmechanismen von PM auf Zellen darin besteht, einen Entzündungszustand auszulösen, wobei Interleukine wie IL8 und IL6 produziert werden. Man könnte daher eine Veranlagung – seitens der Personen, die PM im Laufe der Zeit am stärksten ausgesetzt waren – für die Manifestation dieses Zytokinsturms nach einer Infektion durch CoVid19 mit einem komplizierteren Krankheitsverlauf vermuten. Diese Hypothese könnte die positive Korrelation zwischen CoVid19, der PM-Konzentration und der hohen Sterblichkeitsrate in der Lombardei erklären.

Beziehung zwischen COVID-19, atmosphärischem Feinstaub und ACE2-Rezeptor

COVID-19 hat einige Proteine ​​(Spikes), auf der Krone, die es ihm ermöglichen, an den ACE2-Rezeptor (Angiotensin-umwandelndes Enzym 2) auf Lungenzellen und dringen durch Endozytose in sie ein und infizieren sie. ACE2 ist ein Membranenzym in den Zellen der Lunge, Arterien, des Herzens, der Niere und des Darms, das den Blutdruck reguliert. Durch die Katalyse der Spaltung des Vasokonstriktor-Peptids (Angiotensin 2) in einen Vasodilatator und Entzündungshemmer (Angiotensin 1-7).

Abbildung 16. ACE2 als Eingangsrezeptor für Sars-cov2. Quelle: https://www.microbiologiaitalia.it/virologia/infezione-da-coronavirus-sars-cov2-ed-evoluzione-della-patologia-unanalisi-del-recettore-ace2-seconda-parte/

Es wird vermutet dass der Körper mit zunehmendem Alter eine größere Anzahl von ACE2 auf Zellmembranen exprimiert, als kompensatorische Reaktion auf den Anstieg des Blutdrucks, der oft mit dem Alter verbunden ist. Die Zunahme der ACE2-Expression steigt jedoch auch i Ziel die den Zugriff auf den CoVid19-Virus ermöglichen. Da einige Antihypertensiva die Expression von ACE2 erhöhen, ist es ratsam, diese Korrelation zu überprüfen.

ACE2 unter anderem hat es auch eine entzündungshemmende Funktion, durch das Peptid Angiotensin 1-7. Es wurde beobachtet, dass die ACE2-Aktivierung die Schwere von Lungenschäden durch Hyperoxie verringern kann, indem sie die Entzündungsreaktion und oxidativen Stress hemmt: ACE2 kann tatsächlich das intrazelluläre Signal von NFKB hemmen (Weg die die Entzündungsreaktion aktiviert) und die von NRF2 aktivieren (Weg die die entzündungshemmende Reaktion aktiviert) zur Abwehr von ROS. (32) Einerseits erhöht also ein Anstieg von ACE2 die Wahrscheinlichkeit eines Angriffs durch CoVid19, andererseits blockiert das Virus durch Bindung an ACE2 dessen Aktivität, was stattdessen sehr wichtig für die Immunabwehr und Abwehr von Entzündungen zu sein scheint, die wir haben als Hauptursache für Todesfälle durch CoVid-19 gesehen haben.

Eine dauerhafte Exposition gegenüber PM2,5 es löst oxidativen Stress und Entzündungen aus und aktiviert beide Weg oben erwähnt. Nrf2, um auf oxidativen Stress und NFKB zu reagieren, was stattdessen den Entzündungszustand stimuliert. (33) Die Exposition gegenüber PM 2,5 induziert darüber hinaus a akute Lungenverletzung (ALI), akute Lungenschädigung, die zu einer verstärkten Entzündung mit erhöhten Zytokinspiegeln führt. Auswirkungen von PM2,5 wurden sowohl bei Wildtyp (wt) als auch bei ACE2-freien Mäusen beobachtet (Knockout). Beachten Sie, wie nur beim ersten (wt) Lungenschaden im Laufe der Zeit abnahm. Bestätigung der grundlegenden Rolle von ACE2 bei der Abwehr von Zellen gegen die entzündungsfördernde Wirkung von PM2,5. Aber der wichtige Punkt ist, dass Mäuse PM2,5 ausgesetzt sind. führt zu einem signifikanten Anstieg von ACE2. (34)

zusammenfassen, ACE2 ist wichtig, weil: a) es aktiviert die Weg von Nrf2 (entzündungshemmend) und schaltet stattdessen NFKB (entzündungshemmend) aus, um eine fehlregulierte Reaktion auf Entzündungen zu vermeiden; b) CoVid19, die Bindung an ACE2 verändert diesen Mechanismus; c) ACE2 wird nach Exposition gegenüber PM 2.5 überexprimiert. Es erscheint daher plausibel, dass die Exposition gegenüber atmosphärischem Feinstaub die Wahrscheinlichkeit einer CoVid19-Infektion erhöhen kann, auch aufgrund des Stimulus von ACE2 als Schlüssel zum Eintritt des Virus.

Die zahlreichen Werke berichtete wissenschaftliche Studien stützen die Hypothese, dass es einen Zusammenhang zwischen Luftverschmutzung und der Ausbreitung von CoVid 19 gibt. Die wissenschaftliche Studie muss abgeschlossen werden, denn Korrelation bedeutet nicht unumstößliche Kausalität.

Forschungsperspektiven

Diese Analysen zur PM-CoVid19-Korrelation legen den Grundstein für den Beginn einer breiteren Forschung. Beispielsweise kann es eine interessante Idee sein, Partikelsammeleinheiten an einigen strategischen Punkten zu platzieren, z. B. auf den Stationen von Krankenhäusern mit geringer Belüftung, und die vorhandenen Mikroorganismen durch Metagenomik für die Suche nach CoVid19-Virus-RNA zu analysieren. Die zweite Hypothese hingegen kann untersucht werden, indem die Zunahme der CoVid19-Infektion nach der Überexpression von ACE2 nach PM-Exposition verifiziert wird. Eine Erhöhung der Infektionsanfälligkeit könnte daher an PM-exponierten und nicht-exponierten Lungenzellen getestet werden.

Paola Palestini, Silvia Comunian, Dario Dongo

Hinweis

(1) Gu J., Han B., Wang J. COVID-19: Gastrointestinale Manifestationen und mögliche fäkal-orale Übertragung. Gastroenterologie. 2020 ;. doi: 10.1053 / j.gastro.2020.02.054

(2) Chen PS, Tsai FT, Lin CK, et al. Ambient Influenza und Vogelgrippevirus während Staubsturmtagen und Hintergrundtagen. Umweltgesundheitsperspektive. 2010; 118 (9): 1211-1216. doi: 10.1289 / ehp.0901782

(3) Wang Zhou. Das Coronavirus-Präventionshandbuch: 101 wissenschaftlich fundierte Tipps, die Ihr Leben retten können. 2020; ISBN13: 9781510762411

(4) H. Lei, Y. Li, S. Xiao et al. Übertragungswege von Influenza A H1N1, SARS CoV und Norovirus in der Flugkabine: Vergleichende Analysen. Raumluft. 2018; 28 (3): 394-403. doi: 10.1111 / ina.12445. Siehe auch Liu J., Liao X., Qian S. et al. Gemeinschaftliche Übertragung des schweren akuten respiratorischen Syndroms Coronavirus 2, Shenzhen, China, 2020. Emerg Infect Dis 2020 doi.org/10.3201/eid2606.200239, Chan J, Yuan S, Kok K et al. Ein familiärer Cluster von Lungenentzündungen im Zusammenhang mit dem neuartigen Coronavirus von 2019, der auf eine Übertragung von Mensch zu Mensch hinweist: eine Studie eines Familienclusters. Lancet 2020 doi: 10.1016/S0140-6736 (20) 30154-9 und Li Q, Guan X, Wu P, et al. Frühe Übertragungsdynamik einer neuartigen Coronavirus-infizierten Lungenentzündung in Wuhan, China. N Englisch J Med 2020; doi: 10.1056 / NEJMoa2001316

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