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As partículas são mais perigosas do que se pensava anteriormente
É bem sabido que as partículas em suspensão podem representar um perigo para a saúde humana . As partículas, com diâmetro máximo de dez micrômetros, podem penetrar profundamente no tecido pulmonar e aí se estabelecer.
Por Jan Berndorff - 19/03/2021


Markus Ammann em um dos dispositivos usados ​​para realizar os testes de poeira fina. Crédito: Instituto Paul Scherrer / Markus Fischer

Pesquisadores do Instituto Paul Scherrer PSI observaram pela primeira vez processos fotoquímicos dentro das menores partículas do ar. Ao fazer isso, eles descobriram que radicais de oxigênio adicionais que podem ser prejudiciais à saúde humana são formados nesses aerossóis em condições cotidianas. Eles relatam seus resultados hoje na revista Nature Communications .

É bem sabido que as partículas em suspensão podem representar um perigo para a saúde humana . As partículas, com diâmetro máximo de dez micrômetros, podem penetrar profundamente no tecido pulmonar e aí se estabelecer. Eles contêm espécies reativas de oxigênio(ROS), também chamados de radicais de oxigênio, que podem danificar as células dos pulmões. Quanto mais partículas estiverem flutuando no ar, maior será o risco. As partículas chegam ao ar de fontes naturais, como florestas ou vulcões. Mas as atividades humanas, por exemplo nas fábricas e no trânsito, multiplicam a quantidade para que as concentrações atinjam um nível crítico. O potencial do material particulado de trazer radicais de oxigênio para os pulmões, ou de gerá-los lá, já foi investigado por várias fontes. Agora, os pesquisadores do PSI obtiveram novos insights importantes.

De pesquisas anteriores, sabe-se que algumas ROS são formadas no corpo humano quando as partículas se dissolvem no fluido de superfície do trato respiratório. O material particulado geralmente contém componentes químicos, por exemplo, metais como cobre e ferro, bem como certos compostos orgânicos . Esses átomos de oxigênio trocam com outras moléculas, e compostos altamente reativos são criados, como peróxido de hidrogênio (H2O2), hidroxila (HO) e hidroperoxila (HO2), que causam o chamado estresse oxidativo. Por exemplo, eles atacam os ácidos graxos insaturados no corpo, que então não podem mais servir como blocos de construção para as células. Os médicos atribuem pneumonia, asma e várias outras doenças respiratórias a esses processos. Até o câncer pode ser desencadeado, já que as ROS também podem danificar o DNA do material genético.

Novos insights graças a uma combinação única de dispositivos

Já se sabe há algum tempo que certas espécies reativas de oxigênio já estão presentes em partículas na atmosfera e que entram em nosso corpo como as chamadas ROS exógenas por meio do ar que respiramos, sem ter que se formar lá primeiro. Como agora se constata, os cientistas ainda não haviam olhado de perto o suficiente: "Estudos anteriores analisaram o material particulado com espectrômetros de massa para ver em que consiste", explica Peter Aaron Alpert, primeiro autor do novo estudo PSI. "Mas isso não dá nenhuma informação sobre a estrutura das partículas individuais e o que está acontecendo dentro delas."
 
Alpert, por outro lado, usou as possibilidades que a PSI oferece para ter uma visão mais precisa: "Com a luz de raios-X brilhante da Swiss Light Source SLS, fomos capazes não apenas de ver essas partículas individualmente com uma resolução de menos de um micrômetro , mas até mesmo para olhar para as partículas enquanto as reações estavam ocorrendo dentro delas. " Para isso, ele também usou um novo tipo de célula desenvolvido no PSI, em que uma grande variedade de condições atmosféricas ambientais podem ser simuladas. Ele pode regular com precisão a temperatura, umidade e exposição ao gás, e tem uma fonte de luz LED ultravioleta que representa a radiação solar. "Em combinação com a microscopia de raios X de alta resolução, essa célula existe apenas um lugar no mundo", diz Alpert. O estudo, portanto, só teria sido possível no PSI. Ele trabalhou em estreita colaboração com o chefe do Grupo de Pesquisa em Química de Superfície do PSI, Markus Ammann. Ele também recebeu apoio de pesquisadores que trabalharam com os químicos atmosféricos Ulrich Krieger e Thomas Peter na ETH Zurique, onde experimentos adicionais foram realizados com partículas suspensas, bem como de especialistas trabalhando com Hartmut Hermann do Instituto Leibniz para Pesquisa Troposférica em Leipzig.

Como compostos perigosos se formam

Os pesquisadores examinaram partículas contendo componentes orgânicos e ferro. O ferro vem de fontes naturais , como poeira do deserto e cinzas vulcânicas, mas também está contido nas emissões da indústria e do tráfego. Os componentes orgânicos também vêm de fontes naturais e antropogênicas. Na atmosfera, esses componentes se combinam para formar complexos de ferro, que então reagem aos chamados radicais quando expostos à luz solar. Estes, por sua vez, ligam todo o oxigênio disponível e, assim, produzem as ROS.

Normalmente, em um dia úmido, uma grande proporção dessas ROS se difundiria das partículas para o ar. Nesse caso, não representa mais perigo adicional se inalarmos as partículas, que contêm menos ROS. Em um dia seco, entretanto, esses radicais se acumulam dentro das partículas e consomem todo o oxigênio disponível em segundos. E isso se deve à viscosidade: o material particulado pode ser sólido como pedra ou líquido como água - mas, dependendo da temperatura e da umidade, também pode ser semifluido como xarope, goma de mascar seca ou gotas de ervas suíças para a garganta. “Esse estado da partícula, descobrimos, garante que os radicais permaneçam presos na partícula”, diz Alpert. E nenhum oxigênio adicional pode entrar de fora.

É especialmente alarmante que as maiores concentrações de ROS e radicais se formem por meio da interação de ferro e compostos orgânicos nas condições climáticas cotidianas: com uma média abaixo de 60 por cento e temperaturas em torno de 20 graus C, também condições típicas de quartos internos. "Costumava-se pensar que as ROS só se formavam no ar - se é que se formavam - quando as partículas de poeira fina continham compostos comparativamente raros, como as quinonas", diz Alpert. São fenóis oxidados que ocorrem, por exemplo, nos pigmentos de plantas e fungos. Recentemente, tornou-se claro que existem muitas outras fontes de ROS em partículas. "Como já determinamos, essas fontes radicais conhecidas podem ser significativamente reforçadas em condições diárias completamente normais." Cerca de cada vigésima partícula é orgânica e contém ferro.

Mas isso não é tudo: "As mesmas reações fotoquímicas provavelmente ocorrem também em outras partículas de poeira fina", disse o líder do grupo de pesquisa Markus Ammann. “Nós até suspeitamos que quase todas as partículas suspensas no ar formam radicais adicionais dessa forma”, acrescenta Alpert. “Se isso for confirmado em novos estudos, precisamos urgentemente adaptar nossos modelos e valores críticos com relação à qualidade do ar. Podemos ter encontrado um fator adicional aqui para ajudar a explicar por que tantas pessoas desenvolvem doenças respiratórias ou câncer sem uma causa específica. "

Pelo menos os ROS têm um lado positivo - especialmente durante a pandemia COVID-19 - como o estudo também sugere: eles também atacam bactérias, vírus e outros patógenos que estão presentes em aerossóis e os tornam inofensivos. Essa conexão pode explicar por que o vírus SARS-CoV-2 tem o menor tempo de sobrevivência no ar em temperatura ambiente e umidade média.

 

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