تاثیر آلودگی هوا بر مغز انسان

 

بر اساس گزارش سازمان بهداشت جهانی در میان 20 شهر آلوده ی جهان (از نظر میزان ریزگرد) 7 شهر از ایران نیز حضور دارند. بنابراین جای تعجب ندارد که افراد نگران سلامتی خود و تاثیرات مخرب آلودگی هوا باشند. در مقاله ی پیش رو به بررسی تاثیرات نوروسایکالوژیک آلودگی هوا بر روی مغز انسان پرداخته شده است

مقدمه

محققان به خوبی از نقش آلودگی هوا در ایجاد بیماری های قلبی- عروقی، تنفسی و افزایش مرگ در سنین کودکی آگاهی دارند. با این حال تحقیقات بر روی تاثیر آلودگی هوا بر شناخت و سلامت روانی سابقه چندانی ندارد. امروزه تحقیقات بسیاری نشان داده اند که آلاینده ها می توانند تاثیرات بسیار مخربی بر روی مغز بگذارند. بر اساس گزارش WHO 7 شهر از ایران در میان 20 شهر آلوده ی جهان ( بر اساس میزان ریزگردها) حضور دارند. بر این اساس توجه به تاثیرات آلودگی هوا در کشورمان می تواند از اهمیت ویژه ای برخوردار باشد

در تصویر بالا نمونه ای از شاخص آلودگی هوا، بر اساس استاندارد EPA را مشاهده می کنید. این استاندارد وضعیت آلودگی هوا را بر مبنای 6 آلاینده تبیین می کند که عبارتند از مونوکسید کربن، اوزون، دی اکسید نیتروژن، دی اکسید سولفور، ذرات با ابعاد کوچکتر از 5/2 میکرومتر و ذرات با ابعاد کوچکتر از 10 میکرومتر. تحقیقات در زمینه ی آلودگی هوا عموما بر اساس این شش آلاینده انجام می گیرند

نمونه ای از بررسی بر روی بزرگسالان

جنیفر رو دریافت که در سنین پیری خانم هایی که بیشتر در معرض آلودگی هوا قرار گرفته اند در مقایسه با خانم های همسال خود، دچار کاهش عملکرد شناختی بیشتری می شوند. او اطلاعات 19000 خانم 70 تا 80 ساله را از سراسر آمریکا جمع آوری کرد و بر اساس مکان زندگی آن ها در طول 14 سال گذشته میزان قرار گرفتن افراد در معرض آلاینده ها را تخمین زد. او به این نتیجه رسید که قرار گیری بلند مدت در معرض آلودگی هوا به طرز معناداری کاهش عملکرد شناختی افراد در سنین پیری را افزایش می دهد. در تحقیقی دیگر ملیندا پاور و همکارانش به بررسی رابطه ی کربن سیاه ( نوعی ریزگرد که ناشی از احتراق موتورهای دیزلی است) و توانایی شناختی در 850 مرد مسن در بوستون پرداختند. آن ها با توجه به محل زندگی افراد، میزان قرار گیری هر فرد در برابر کربن سیاه را تخمین زدند. نتایج نشان داد افرادی که در معرض کربن سیاه بیشتری بودند با کاهش توانایی های شناختی مواجه شده اند

نمونه ای از بررسی بر روی کودکان

تحقیقات همچنین نشان داده اند که آلودگی هوا می تواند بر روی شناخت در کودکان نیز تاثیر بگذارد. فرانکو ساگلیا و همکارانش به بررسی بیش از 200 کودک از تولد تا 10 سالگی پرداختند. آن ها دریافتند کودکانی که در معرض کربن سیاه بیشتری قرار می گیرند نمرات پایین تری در آزمون های حافظه و هوش کلامی کسب می کنند. اخیرا فردریکو فررا کودکان شهر نیویورک را از پیش از تولد تا 7 سالگی مورد بررسی قرار داده است. نتایج تحقیقات او نشان می دهد که قرار گرفتن در معرض نوعی آلاینده به نام هیدروکربن آروماتیک چندحلقه ای می تواند سبب نقص در توجه و نشانگان اضطراب و افسردگی شود

نمونه ای از تحقیقات حیوانی

رندی نلسون با تحقیق بر روی موش ها به بررسی تاثیرات آلودگی هوا بر روی مغز پرداخت. او به همراه لورا فانکن موش ها را 5 بار در هفته به مدت 8 ساعت در معرض ریزگردها قرار داد. بعد از گذشت 10 ماه آن ها دریافتند که موش هایی که در معرض هوای آلوده قرار گرفته اند نسبت به سایر موش ها به زمان بیشتری برای یادگیری تکلیف ماز نیاز دارند. این موش ها همچنین نشانه های افسردگی از خود به نمایش می گذاشتند. به عنوان مثال در آزمون شنا از سریع شنا کردن ممانعت کرده و دیگر آب شیرین نمی نوشیدند، در حالی که در گذشته این کار برای آن ها جذاب بود. هر دو رفتار با استفاده از ضدافسردگی ها وارونه شد. همچنین موش هایی که در معرض هوای آلوده قرار گرفته بودند نمرات بالاتری در آزمون پاسخ های افسرده وار کسب کردند. برای درک دلیل این تغییرات نلسون مغز موش های دو گروه را به یکدیگر مقایسه کرد و به نتایج جالبی دست یافت. موش هایی که در معرض آلاینده ها بودند، مقادیر بیشتری از سیتوکین در مغرشان داشتند. سیتوکین ها ملکول های سیگنال دهنده ی سلولی هستند که پاسخ های التهابی بدن را تنظیم می کنند. طبیعی است که او با التهاب بسیار بیشتری در مغز این موش ها مواجه شد. همچنین او با تغییرات عجیبی در سلول های هیپوکامپ موش ها رو به رو شد، منطقه ای که نقش مهمی در حافظه ایفا می کند. این موش ها دارای پیچیدگی دندریتی کمتری در بخش هیپوکامپ بودند که این معنای حافظه ی ضعیف تر است

در جدول زیر برخی از آثار روانشناختی آلاینده ها ذکر شده است. در ادامه به صورت جزئی تر به نقش ریزگردها، اوزون و فلزات اکسید شونده خواهیم پرداخت

اوزون

                کاهش نورون های دوپامینرژیک - کاهش فعالیت حرکتی - افزایش رفتار های منجمدانه - کاهش رفتار های جستجوگرانه - افزایش پروکسید لیپید - تباهی نورونی - آسیب به پیاز بویایی - آسیب به حافظه

مونوکسید کربن (CO)

                کاهش میزان اکسیژن سلول های بدن - افزایش مشکلات قلبی

دی اکسید سولفور (SO2)

                ایجاد مشکلات تنفسی - دخیل در اختلالات نورودژنراتیو و استرس اکسیداتیو

سرب

                کاهش توانایی های شناختی - افزایش زمان واکنش - عملکرد ضعیف تر در تفکر منطقی - پرخاشگری - رفتارهای افسرده وار

آهن، مس و روی

                دخیل در اختلالات نورودژنراتیو و استرس اکسیداتیو - محل تشکیل پلاک های بتا آمیلوئید -  کاهش عملکرد حافظه و یادگیری

 

 آلودگی هوا و سکته ی مغزی

سکته ی مغزی یکی از شایع ترین اختلالات دستگاه اعصاب مرکزی است که می تواند در اثر آلودگی هوا ایجاد شود. رابطه ی بین آلودگی هوا و سکته، ابتدا بعد از مه بزرگ لندن گزارش شده است، ولی داده های بسیاری از کشورهای مختلف این رابطه را تایید کرده اند. مهم ترین دلیل این ارتباط به نقش ریزگردها مربوط است که سبب انعقاد خون می شوند و به همین دلیل می توانند منجر به سکته ی مغزی شوند

آلودگی هوا و رشد عصبی

رشد طبیعی نورون ها فرایندی پیچیده است که شامل تکثیر کنترل شده ی سلول ها، مهاجرت نورونی از مکان تولد آن ها به مکان نهایی  و استقرار ارتباطات میان نورون ها و بافت های هدف می شود. تمامی این فرایندها به خوبی کنترل می شوند ولی ممکن است تحت تاثیر شرایط محیطی قرار گیرند. آلاینده های هوا می توانند در هر سنی مغز را تحت تاثیر قرار دهند ولی در سنین پایین، مغز در حال رشد به دلیل تکثیر شدید نورونی، متابولیسم نابالغ آن و ناقص بودن سد خونی مغزی آسیب پذیرتر است. اختلال در فرایندهای مغز می تواند منجر به اختلالات دائمی شود. جفت به عنوان سدی در برابر ترکیبات خطرناک محیطی عمل می کند، ولی نمی تواند جلوی تمامی آلاینده ها را بگیرد. تاثیر اوزون بیش از سایر آلاینده ها بر روی جنین بررسی شده است. قرار گرفتن جنین در معرض اوزون سبب آسیب به مخچه و سیستم مونوآمینرژیک مخچه می شود. به علاوه قرار گرفتن بلند مدت در معرض اوزون سبب تغییر در سطح فاکتورهای نوروتراپیک می شود. انسان ها و حیواناتی که در معرض اوزون قرار می گیرند، با کاهش فاکتورهای رشد نورونی در هیپوکامپ و افزایش فاکتورهای نوروتراپیک در استریاتوم مواجه می شوند

همچنین تحقیقات نشان داده اند که قرارگرفتن پیش از تولد در معرض دود ناشی از احتراق دیزل نیز می تواند رشد عصبی مغز را تحت تاثیر قرار دهد. دوز پایین آن (1mg/m3) منجر به کاهش دوپامین در استریاتوم و فعالیت حرکتی می شود. به علاوه ریزگردهای دی اکسید تیتانیوم و سیلیکا در مغز جنین مشاهده شده اند که این بدان معناست که ریزگردها می تواند از سد maternal-fetal عبور کرده و منجر به مسمومیت جنین شوند. در تحقیقی دیگر کودکانی که پیش از تولد در معرض هیدروکربن های آروماتیک چندحلقه ای قرار گرفته بودند در سن 3 سالگی بررسی کردند. این کودکان در مقایسه با کودکان عادی از رشد ذهنی کمتری برخوردار بودند. تحقیقات الکتروفیزیولوژیک نیز اختلال در رشد مغز در اثر آلاینده های هوا را تایید کرده اند. BAEP[2] در دو گروه از کودکان که یکی در معرض آلودگی هوا قرار گرفته و گروه دیگر در هوای پاک تر بوده اند، مورد مقایسه قرار گرفت. کودکان محیط آلایندگی بالا تاخیر معناداری در زمان انتقال مرکزی BAEP نشان داد و این بدان معناست که آلودگی هوا می تواند منجر به آسیب بخش شنوایی شود

از دیگر مواردی که می توان به آن اشاره کرد، رابطه ی قرار گرفتن پیش از تولد در معرض ریزگردها و دو اختلال اسکیزوفرنی و اوتیسم است. البته تا به امروز مکانیزم های جداگانه و متفاوتی برای نحوه ی این تاثیرگذاری در کودکان نسبت به بزرگسالان یافت نشده است

آلودگی هوا و اختلالات نورودژنراتیو

آلزایمر شایع ترین اختلال نورودژنراتیو است و با رسوب بیرون سلولی فیبریل های پپتید بتا آمیلوئید ( پلاک های آمیلوئیدی) و تجمع پروتئین درون سلول مشخص می شود. پارکینسون دومین اختلال شایع نورودژنراتیو است و ناشی از تباهی نورون های دوپامینرژیک در عقده های پایه ای و کاهش انتقال دهنده ی دوپامین در هسته ی دمدار و پوتامن است. این اختلالات ناشی از عوامل محیطی و ژنتیکی هستند. قرار گرفتن در معرض فلزات، آلاینده های هوا و حشره کش ها خطر ابتلا به این اختلالات را به شدت افزایش می دهد. گرچه اختلالات نورودژنراتیو دارای علائم بالینی متفاوتی هستند ولی به طور کلی عموما مکانیزم های مشترکی در ابتلا به آن ها دخیلند. این مکانیزم ها شامل تجمع پروتئین، آسیب ناشی از استرس اکسیداتیو، التهاب عصبی، فعال سازی میکروگلیا و نقص عملکردی میتوکندری است که سبب از بین رفتن نورون ها می شوند. شواهد بسیاری نشان از آن دارد که قرار گرفتن در معرض هوای آلوده می تواند سبب راه اندازی این مکانیزم ها و ابتلا به اختلالات نورودژنراتیو شود

 

 مکانیزم های سلولی و ملکولی آسیب به نورون ها در اثر آلودگی هوا

 

آلودگی هوا می تواند از طریق مکانیزم های سلولی و ملکولی مختلفی بر روی دستگاه اعصاب مرکزی تاثیر گذارد. با توجه به طبیعت پیچیده ی آلاینده ها، آسیب به دستگاه اعصاب مرکزی می تواند یکی از نتایج تعامل مسیرها و مکانیزم های مختلف باشد. آلودگی هوا سبب استرس اکسیداتیو، التهاب عصبی، آسیب مغزی- عروقی و مرگ سلول ها می شود که این آسیب ها از جمله مرسوم ترین عوامل اختلالات تباه کننده ی عصبی هستند

 

در ادامه ابتدا به معرفی و تشریح التهاب عصبی و استرس اکسیداتیو پرداخته خواهد شد و سپس مکانیزم های تاثیرگذاری آلاینده ها بر روی اختلالات نورودژنراتیو مطرح خواهند شد

رادیکال های آزاد

 

رادیکال های آزاد، اتم ها یا مولکول هایی هستند که حاوی یک یا چند الکترون جفت نشده هستند، این حالت فعالیت شیمیایی یک اتم یا مولکول را تغییر داده و آن را فعال تر می سازد. مهم ترین رادیکال های آزاد عبارتند از رادیکال های سوپر اکسید O2، هیدروکسیل (OH-) ، رادیکال های پروکسیل (RO2-) و اکسید های نیتروژن. رادیکال های آزاد به علت وجود الکترون تک دائما در بدن در حال گردشند و آسیب های فراوانی را به ماکرومولکول های بدن جانداران همانند DNA ، پروتئین ها، لیپید ها و کربوهیدرات ها وارد می سازند. البته رادیکال های آزاد همیشه بد نیستند و نقش های فیزیولوژیک مهمی را در بدن بر عهده دارند. به عنوان مثال در عمل فاگوسیتوز، گلبول های سفید از رادیکال آزاد استفاده می کنند و میکروب های بلعیده شده را از بین می برند. همچنین رادیکال های آزاد مهمی چون نیتریک اکسید که توسط سلول های اندوتلیال عروق تولید می شوند باعث گشادی عروق  و در نتیجه کاهش فشار خون می شوند. واژه گونه های اکسیژن فعال (ROS) برای رادیکال های آزاد اکسیژنیو مولکول های غیر رادیکالی اکسید کننده که خیلی راحت می توانند به رادیکال های آزاد تبدیل شوند به کار می رود  HOCl  و O3مانند،

سیستم دفاع آنتی اکسیدانی

آنتی اکسیدان هر ماده ای است که در غلظت بسیار کم به طور قابل ملاحظه ای اکسیداسیون مواد قابل اکسید شدن را مهار کرده یا به تاخیر می اندازد. آنتی اکسیدان ها می توانند با مکانیزم های مختلفی عمل نمایند. مکانیزم هایی همانند برداشت اکسیژن یا کاهش غلظت موضعی اکسیژن، برداشت یون های فلزی کاتالیک مانند Cu2+ و Fe2+، برداشت گونه های فعال اکسیژن مانند سوپراکسید و هیدروژن پراکسید و قطع کردن واکنش های زنجیره ای. سلول ها سیستم های دفاعی مختلفی را بر علیه گونه های فعال اکسیژن و رادیکال های آزاد به عهده می گیرند که این ها در سطوح مختلف عمل نموده و صدمات ناشی از فعالیت عوامل اکسیداتیو مخرب را به حداقل می رسانند. برای مثال آنتی اکسیدان ها می توانند در سطوحی همانند جلوگیری از تشکیل رادیکال های آزاد، ترمیم صدمات ناشی از فعالیت رادیکال ها، افزایش دفع یا جذب مولکول های صدمه دیده و به حداقل رساندن موتاسیون عمل کنند

استرس اکسیداتیو

در سیستم های بیولوژیک تولید رادیکال های آزاد و گونه های فعال اکسیژن اجتناب ناپذیر است و بدن با طراحی مکانیزم های دفاع آنتی اکسیدانی، اثرات زیان بار آن ها را تا حدودی خنثی می نماید. اگرچه در صورت افزایش تولید رادیکال های آزاد و یا از طرف دیگر کاهش عوامل آنتی اکسیدان، صدمات ناشی از آن افزایش یافته که به این حالت استرس اکسیداتیو می گویند. به عبارت دیگر تعادل بین تولید رادیکال های آزاد و مواد پراکسیدان از یک طرف و سیستم دفاع آنتی اکسیدانی از طرف دیگر منجر به بروز استرس اکسیداتیو می شود

در صورت به وجود آمدن استرس اکسیداتیو خفیف یا ملایم، غالبا بافت ها با افزایش دفاع آنتی اکسیدانی اثر آن را خنثی می نمایند ولی در حال استرس اکسیداتیو شدید سلول ها صدمه دیده و ممکن است منجر به مرگ سلولی گردند. در نکروز و آپوپتوز یکی از عوامل مهم مرگ سلول ها، رادیکال های آزاد هستند.برخی از مواد از طریق تولید رادیکال های آزاد یا تهی سازی دفاع آنتی اکسیدانی و ایجاد استرس اکسیداتیو اثرات زیانباری را به وجود می آورند

التهاب عصبی و آستروسیت ها

التهاب عصبی واکنشی است که در آن مغز به عفونت ها، بیماری ها و آسیب های مخرب پاسخ می دهد. دو گروه از سلول های ایمنی در واکنش های التهاب عصبی درگیر هستند: گروه اول شامل لنفوسیت ها، مونوسیت ها و ماکروفاژها در سیستم خونی و گروه دوم شامل میکروگلیاها و آستروسیت ها در دستگاه اعصاب مرکزیمی باشد. در  دستگاه اعصاب مرکزی میکروگلیاها مسئولیت اصلی ایمنی ذاتی و پاسخ به سیگنال های التهابی را بر عهده دارند، آن ها گیرنده هایی مانند TLRها را دارند که با کمک آن ها قادرند سیگنال های اخطاری را دریافت نموده و نسبت به عوامل مخرب آگاه شوند. التهاب عصبی باعث شکسته شدن سد خونی مغزی می گردد و اجازه می دهد که سلول های خونی از جریان خون خارج شوند و به نواحی آسیب دیده راه بیابند. سلول های ایمنی با حذف کردن بقایای ضایعات و تولید و فعال سازی موادی مانند کمپلمان ها، سیتوکین ها، کموکاین ها، گلوتامات، اینترلوکین ها، نیتریک اکسید، گونه های حاوی اکسیژن فعال (ROS)و فاکتورهای رشد به بیمار کمک می کنند تا بهبود یابد. این مواد آزاد شده هم اثر مفید و هم اثر مضریروی سایر سلول ها دارند و گاهی باعث آسیب بیشتر می گردند. آستروسیت ها در التهاب عصبی بدنبال آسیب دستگاه اعصاب مرکزیفعال می شوند که این فعالیتبرای پایداری و ادامه پاسخ های ایمنی و بازسازی  سد خونی مغزی و تقلیل مرگ بیشتر نورون ها ضروری می باشد. همچنینآستروسیت ها گیرنده های TLRرا بیان می کنند که با تحریک آن ها قادر به تولید سیتوکینهای پیش التهابی بالقوه سیتوتوکسیک هستند. التهاب عصبی در بسیاری از بیماریهای نورودژنراتیو مانند آلزایمر،پارکینسون، هانتینگتون و تصلب چندگانه نیز وجود دارد. در این بیماری ها پروتئین هایی تجمع مییابند که می توانند سلول های ایمنی را فعال کنند مثلاً دربیماری آلزایمر این پروتئین ها می توانند از طریق سیگنال هاییکه به گیرنده های RAGEارسال می کنند، منجر به تولید طیفوسیعی از فاکتورهای پیش برنده التهاب از آستروسیت ها شوند. آستروسیت های فعال  TGF-β1، TGF-β3، ILRANTES،TNF-α ، IL-1، MCP1 را تولید می کنند واین سلول ها در وضعیت های پاتولوژیکی و التهاب عصبی فعالیتخود را از یک سلول حامی به یک سلول ایمنی تغییر می دهندو نقش عمده ای در پاسخ التهاب عصبی دارند.TLRهاگیرنده های سطحی سلول هستند و برای القای پاسخایمنی ذاتی در مقابل اجزای غشای میکروبی عمل می کنند. خانواده TLRها دارای11 گیرنده می باشند ( TLR1-TLR11 ) و به محضفعال شدن، فرآیندهای شبه ایمنی مانند القاء آزادسازیسیتوکین های التهابی ( IL-1β، TNF-αو IL-6) و فاگوسیتوز را آغازمی کنند. سلول های میکروگلیا گیرنده های (TLR1-TLR9)را بیان می کنند که این گیرنده ها سلول های مذکور را در برابرهر نوعی از باکتری ها و ویروس ها حساس می کنند. TLRها در CNSارتباط نورون-گلیا را تنظیم می کنند

آستروسیت ها منبع سیتوکین ها و کموکین ها

سیتوکین ها و کموکاین ها پروتئین های ترشحی با نقش هایدخیل در رشد و فعالیت سلولی هستند که پاسخ هایایمنی ذاتی را تنظیم می کنند. سیتوکین ها در فعالیت های ایمنی و التهابی در گیر هستند و از نظر عملکردیبسته به تعادل اثرات آن ها در سیستم ایمنی به دو گروه عواملپیش التهابی و ضد التهابی تقسیم می گردند.سیتوکین ها و گیرنده های آن ها در هر دو حالتنرمال و پاتولوژیک بصورت دائم بیان می شوند اما بیان بیشاز حد سیتوکین ها در مغز یک فاکتور مهم در نورودژنراسیونبشمار می آید. از سیتوکین هایی که در CNSبیان می شوندمی توان به - IL-1, IL-5, IL-6، TNF-α، IFN-δ، TGF-βو    M-CSFاشاره کرد. آستروسیت ها قادرندطیف وسیعی از سیتوکین ها و کموکین ها را بیان و تولید کنند. این سیتوکین ها و کموکین ها نقش بسیار مهمیدر پیشرفت التهاب و بیماریهای نورودژنراتیو در CNSدارند. آستروسیت های فعال شده قادرند سیتوکاین هایپیش التهابی و ROSرا تولید کنند، تولید رادیکال های آزادسمی توسط آن ها منجر به انباشته شدن ROSدر سلول وآسیب به DNAمیتوکندریایی، هسته، غشاء و پروتئین میتواند پروتئین ها را فعال یا غیرفعال کند. این تخریب اکسیداتیو توسط میتواند ROS پروتئین ها را فعال یا غیرفعال کند یتواند پروتئین ها را فعال یا غیرفعال کند

تعامل آلاینده های هوا با سلول ها و اجزای سلول

مکانیزم های موجودی که آلاینده های هوا می توانند از طریق آن ها با بافت های زیستی تعامل کنند به اندازه آن ها، ساختار، ترکیبات آلاینده ها و در نهایت میزان فعالیت ملکولی آن ها و مسیر نفوذشان بستگی دارد. ریزگردها می توانند به طرق مختلف وارد سلول ها شوندن که از جمله ی آن ها می توان به فاگوسیتوز، پینوسیتوز، اندوسیتوز، نفوذ مستقیم از غشای سلول و ترنسیتوز اشاره کرد. این که آلوده کننده ها از چه طریقی نفوذ کنند به ترکیب شیمی - فیزیک آن ها بستگی دارد. ریزگردهایی که نتوانند مستقیما به سلول نفوذ کنند می توانند با پروتئین های سطحی تعامل کرده و سیگنال دهی سلول را تغییر دهند. ذرات کوچکتر از 100میکرومتر را می توان در سلول های قرمز خونی که از لوب پیشانی مغز افراد پس از مرگ آن ها گرفته شده است مشاهده کرد. ریزگردها نسبت سطح به حجم بالایی دارند ( که به معنای واکنش پذیری زیاد است) و می توانند با پروتئین های درون سلولی و DNA واکنش دهند. این ذرات می توانند به بخش های مشخصی از سلول نظیر میتوکندری،، لیزوزوم ها و هسته ی سلول برسند و سبب احتراق اکسیداتیو شوند. آن ها همچنین باعث آزاد سازی تعدیل کننده های التهاب و سیتوکین توسط سلول می شوند. همچنین قرار گرفتن در معرض ریزگردها سبب آسیب به میتوکندری می شود. این آسیب می تواند باعث تغییر در تولید ROS شده و میزان ROS سلول را به شدت افزایش دهد و یا با مکانیزم های دفاعی آنتی اکسیدان سلول تداخل کرده و سبب استرس اکسیداتیو شود. به علاوه تعامل ریزگردها با پروتئین های سلولی سبب تخریب و افزایش نرخ فیبریل شدن پروتئین ها می شود که این فیبریل های پروتئین، از عوامل اختلالات نورودژنراتیو هستند

پاسخ های سلولی به استرس اکسیداتیو می تواند منجر به تغییر در میتوکندری و سایر اجزای سلول به خصوص شبکه ی اندوپلاسمی شده و سبب مرگ سلول شود. میتوکندری ها به عنوان تنظیم کننده های متابولسیم انرژی سلولی نقشی کلیدی در حیات سلول دارند. آسیب به شبکه ی اندوپلاسمی و سیستم تعادل حیاتی کلسیم می تواند منجر به نقص عملکردی نورون ها و تباهی در اختلالات نورودژنراتیو شود، چرا که نقش شبکه ی اندوپلاسمی برای بیوسنتز پروتئین بسیار کلیدی است. همان طور که پیش از این ذکر شد، اختلالات نورودژنراتیو معمولا با تجمع پروتئین های فیبریل شده شناخته می شوند

مرگ نورون ها و سلول های گلیا

تحقیقات پس از مرگ شواهد بسیاری درباره ی کاهش و مرگ سلول ها در نتیجه ی قرار گرفتن در معرض آلودگی هوا ارائه کرده اند. مرگ نورون ها می تواند در نتیجه ی فعال شدن میکروگلیا رخ دهد. لازم به ذکر است که انواع ریزگردها به خصوص ریزگردهای با ابعاد کوچکتر از 1/0 میکرومتر مستقیما میتوکندری را هدف قرار می دهند. این مسئله می تواند سبب اختلال در حلقه ی انتقال الکترون میتوکندری شده و باعث افزایش تولید رادیکال های سوپراکسید شود. به علاوه ریزگردها در نفوذپذیری مغناطیسی حفرات میتوکندری اختلال ایجاد کرده و سبب مرگ سلول می شوند. پایانه های پیش سیناپسی گلوتامرژیک نیز یکی از اهداف حضور ریزگردها بوده که می تواند موجب آسیب نورونی و تباهی نورونی شود

علاوه بر نورون ها سایر دستگاه های عصبی نیز می توانند هدف آلودگی هوا قرار گیرند. به عنوان مثال قرار گرفتن در معرض اوزون می تواند موجب مرگ آستروگلیاها شود. تحقیقات MRI بر روی کودکان در مکزیکوسیتی نشان می دهند که سلول های اولیگودندروگلیا تحت تاثیر آلودگی هوا قرار می گیرند. افزایش اتوفاژ نیز در اثر قرار گرفتن در مغرض ریزگردها مشاهده می شود. اتوفاژ فرایندی سلولی است که سبب دفع سلول های آسیب دیده و یا پروتئین های تغییر شکل یافته می شود. تداخل ایجاد شده توسط ریزگردها در فرایند اتوفاژ سبب تغییرات شدید ساختاری و مرگ سلول ها می شود. نقص در اتوفاژ از عوامل اختلالات نورودژنراتیو است

DNAبه  استرس اکسیداتیو و آسیب

در شرایط غیرطبیعی نظیر آلودگی هوا ممکن است ROS به میزان بسیار زیادی تولید شده و موجب آسیب به اجزای سلول از جمله پروتئین ها، لیپیدها و DNA شود. اختلال در واکنش های اکسایش-کاهش بافت سلول می تواند سبب ایجاد پروکسید و رادیکال های آزاد شده و اثر مخرب داشته باشد. به طور کلی مغز به دلیل فعالیت سوخت و سازی زیاد، فعالیت کم آنزیم های آنتی اکسیدان و میزان کم ممانعت کننده های رادیکال های درونی، میزان بالای لیپیدها و پروتئین ها و میزان بالای فلزات اکسید شونده نظیر آهن و مس در برابر استرس اکسیداتیو آسیب پذیر است. استرس اکسیداتیو با اختلالات نورودژنراتیو مربوط به سن مرتبط است و سبب تولید پروکسید لیپید، پروتئین های کربنیلی و آسیب به DNA می شود. اوزون، دی اکسید سولفور و ریزگردها، اکسیدان هایی هستند که می توانند مستقیما بر اجزای سلول عمل کرده و عملکردهای روانشناختی را دچار اختلال کنند. سلول ها برای دفع این مواد دست به واکنش هایی سوخت و سازی می زنند تا حل شوندگی این ترکیبات افزایش یابد. با این حال در حین این واکنش ها ترکیباتی فعال تولید می شود. تحقیقات بسیاری رابطه ی میان استرس اکسیداتیو و آسیب ناشی از آلاینده های هوا را تایید کرده است

فعالسازی میکروگلیاها

میکروگلیاها نقشی کلیدی در پاسخ های ایمنی مغز دارند. سلول های میکروگلیا از بافت ها محافظت کرده و ایمنی بدن را از طریق فاگوسیتوز پروتئین های تجمع کرده ی ناشی از بیماری و پاتوژن ها و عوامل تغذیه ی نورونی تامین می کنند. میکروگلیاها در برابر اختلال در تعادل حیاتی سیستم عصبی به سرعت مورفولوژی خود را تغییر می دهند که به این تغییر شکل، فعالسازی می گویند. فعالسازی میکروگلیا رخداد اصلی سلول در واکنش به التهاب عصبی است. فعالسازی میکروگلیا سبب آزادسازی بی شمار تعدیل کننده ی التهاب شامل نیتریک اسید، کموکین ها، سیتوکین ها، ROS و نیتروژن های فعال می شود که برای دستگاه اعصاب مرکزی مضر است. دود ناشی از احتراق موتورهای دیزلی، ریزگردها و فلزات موجود در هوا می توانند سبب فعالسازی میکروگلیاها شوند

التهاب عصبی

همان طور که پیش از این ذکر شد التهاب عصبی پاسخ مغز به محرک های آسیب زا و آسیب سلولی است. تحقیقات نشان داده اند که ریزگردها، ذرات کربن، سبب التهاب عصبی می شوند TiO2 و SiO2

فعالسازی آستروگلیاها

آستروگلیاها سلول های گلیایی ستاره ای شکل هستند. آن ها عملکردهایی نظیر حمایت از سلول های اندوتلیال که سد خونی مغزی را می سازند، تولید مواد غذایی مورد نیاز برای بافت اعصاب، حفظ تعادل یونی خارج از سلول، کنترل جریان خونی مغزی و ترمیم آسیب های مغز و نخاع شوکی دارند. فعالسازی آستروسیت یکی از جنبه های شایع اختلالات دستگاه اعصاب مرکزی است. در مراحل بعدی اختلال، آستروسیت فعال شده و سبب التهاب و تباهی عصبی می شود. تحقیقات نشان داده اند که در افرادی که در معرض آلودگی هوا قرار می گیرند، آستروگلیا فعال می شود

تاثیر بر روی سد خونی مغزی

سد خونی مغزی مهم ترین عامل کنترل انتقال مواد از خون به مغز است. این سد فیزیکی دستگاه اعصاب مرکزی را از توکسین ها و پاتوژن ها محافظت می کند. سد خونی مغزی با کنترل سلولی ملکولی موادی که به مغز وارد می شوند، عاملی کلیدی برای حفظ عملکرد صحیح مغز است. سلول های اندوتلیال مهم ترین سازنده ی سد خونی مغزی هستند. سد خونی مغزی در بسیاری از اختلالات دستگاه اعصاب مرکزی نظیر آلزایمر، پارکینسون و سکته ی مغزی آسیب می بیند. التهاب ایجاد شده ناشی از آلاینده ها می تواند از طریق اثر سیتوکین ها بر روی اندوتلیال منجر به تخریب سد خونی مغزی شود

تاثیر بر روی انتقال دهنده های عصبی

در میان آلاینده های هوا بیشترین تحقیقات در مورد ریزگردها صورت گرفته است. تحقیقات نشان می دهند که قرار گرفتن در معرض ریزگردهای با ابعاد کوچکتر از 5/2 میکرومتر سبب کاهش دوپامین شده و منجر به کاهش فعالیت های حرکتی و رفتارهای جستجوگرانه می شود. به علاوه همان طور که پیشتر ذکر شد کاهش دوپامین از عوامل ایجاد اختلال پارکینسون است. همچنین ریزگردها بر روی انتقال دهنده ی نوراپی نفرین نیز تاثیر گذاشته و سبب افزایش آن می شوند که منجر به افزایش رفتارهای پرخاشگرانه می شود

 

NO یک انتقال دهنده و یک تعدیل کننده در دستگاه اعصاب مرکزی و پیرامونی است. فعالسازی گیرنده های NMDA سبب آزادسازی NO می شود. فعالیت های nNOS با ادراک درد، کنترل خواب، اشتها و تنظیم حرارت، رشد نورونی و پلاستیسیتی سیناپسی ارتباط دارد. گیرنده های NMDA سبب فعالسازی nNOS در بخش های مختلف مغزی از جمله هیپوکامپ، استریاتوم، هیپوتالاموس و لوکوس سرولئوس می شوند. تحقیقات نشان داده اند که NO سبب آزادسازی گلوتامات می شود. این مکانیزم نقش مهمی در فرایند حافظه دارد. همچنین NO سبب افرایش آزادسازی نوراپی نفرین در هیپوکامپ می شود. افزایش دهنده های NO سبب تحریک آزادسازی نوراپی نفرین می شوند NO سبب کاهش آزادسازی نوراپی نفرین می شوند

یکی دیگر از آلاینده هایی که بر روی انتقال دهنده های عصبی تاثیر می گذارد هیدروکربن های ناشی از احتراق بنزین هستند. این آلاینده سبب افزایش گلوتامات و آسپارتات و کاهش گابا و گلایسین می شود. به علاوه سرب موجود در هوا به عنوان آنتاگونیست در گیرنده های[3] شده و باعث نقص در حافظه و یادگیری می شود NMDA عمل کرده و سبب اختلال در فرایند LTP

تاثیر بر روی نواحی مغزی

یکی از مهم ترین تاثیراتی که آلودگی هوا و به خصوص ریزگردها بر روی مغز می گذارند، ایجاد ضایعه در لوب های پیشانی و آهیانه ای مغز است. تحقیقات نشان می دهند که افرادی که در بلند مدت در معرض ریزگردها قرار گرفته اند دچار ضایعاتی در لوب پیشانی و آهیانه ای می شوند. این ضایعات با کاهش توجه، کاهش حافظه ی کوتاه مدت، عملکرد ضعیف تر در تکمیل تصاویر(حافظه ی تصویری) و هوش عمومی پایین تر ارتباط دارد

 

 

منابع

 

 

Priya Balasubramanian , Madhu P. Sirivelu, Kathryn A. Weiss , James G. Wagner , Jack R. Harkema , Masako Morishita, P.S. MohanKumar, Sheba M.J. MohanKumar, Differential effects of inhalation exposure to PM2.5 on hypothalamic monoamines and corticotrophin releasing hormone in lean and obese rats, (2012) NeuroToxicology

 

 

 

LK Fonken, X Xu, ZM Weil, G Chen, Q Sun, S Rajagopalan, and RJ Nelson. Air pollution impairs cognition, provokes depressive-like behaviors and alters hippocampal cytokine expression and morphology. (2011), Mol Psychiatry. 16(10)

 

 

 

Sermin Genc,1 Zeynep Zadeoglulari,1 Stefan H. Fuss,2 and Kursad Genc1. The Adverse Effects of Air Pollution on the Nervous System,(2012). Journal of Toxicology. 50-75

 

 

 

Bale AS, Tu Y, Carpenter-Hyland EP, Chandler LJ, Woodward JJ. Alterations in gluta-matergic and gabaergic ion channel activity in hippocampal neurons following exposure to the abused inhalant toluene. Neuroscience 2005;130:197–206.

 

 

 

Kinawy AA, et al. Inhalation of air polluted with gasoline vapours alters the levels of amino acid neurotransmitters in the cerebral cortex, hippocampus, and hypothalamus of the rat. Exp Toxicol Pathol (2014)

 

 

 

Elise vanKempen, PaulFischer, NicoleJanssen, DannyHouthuijs, IrenevanKamp, Stephen Stansfeld, FlemmingCassee. Neurobehavioraleffectsofexposuretotraffic-relatedairpollution and transportationnoiseinprimaryschoolchildren, Environmental Research, 115 (2012) 18–25

 

 

 

Jiu-Chiuan Chen, Joel Schwartz, Neurobehavioral effects of ambient air pollution on cognitive performance in US adults, NeuroToxicology, 30 (2009) 231–239

 

 

 

Nicole M. Gatto , Victor W. Henderson, Howard N. Hodis, Jan A. St. John, Fred Lurmann, Jiu- Chiuan Chen, Wendy J. Mack , Components of air pollution and cognitive function in middle-aged and older adults in Los Angeles, NeuroToxicology, 40 (2014) 1–7

 

 

 

Michelle L. Blockand Lilian Caldero Garciduenas, Air pollution: mechanisms of neuroinflammation and CNS disease, Trends in Neurosciences(2012).32 .9