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

a‰ bem sabido que aspartículas em suspensão podem representar um perigo para a saúde humana . Aspartículas, com dia¢metro ma¡ximo de dez micra´metros, podem penetrar profundamente no tecido pulmonar e aa­ se estabelecer. Eles contem espanãcies reativas de oxigaªnio(ROS), também chamados de radicais de oxigaªnio, que podem danificar as células dos pulmaµes. Quanto maispartículas estiverem flutuando no ar, maior seráo risco. Aspartículas chegam ao ar de fontes naturais, como florestas ou vulcaµes. Mas as atividades humanas, por exemplo nas fa¡bricas e no tra¢nsito, multiplicam a quantidade para que as concentrações atinjam umnívelcra­tico. O potencial do material particulado de trazer radicais de oxigaªnio para os pulmaµes, ou de gera¡-los la¡, 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 aspartículas se dissolvem no fluido desuperfÍcie do trato respirata³rio. O material particulado geralmente contanãm componentes qua­micos, por exemplo, metais como cobre e ferro, bem como certos compostos orga¢nicos . Esses a¡tomos de oxigaªnio trocam com outras molanãculas, e compostos altamente reativos são criados, como pera³xido de hidrogaªnio (H2O2), hidroxila (HO) e hidroperoxila (HO2), que causam o chamado estresse oxidativo. Por exemplo, eles atacam os a¡cidos 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 respirata³rias a esses processos. Atéo câncer pode ser desencadeado, já que as ROS também podem danificar o DNA do material genanãtico.

Já se sabe hálgum tempo que certas espanãcies reativas de oxigaªnio já estãopresentes empartículas na atmosfera e que entram em nosso corpo como as chamadas ROS exa³genas por meio do ar que respiramos, sem ter que se formar la¡ primeiro. Como agora se constata, os cientistas ainda não haviam olhado de perto o suficiente: "Estudos anteriores analisaram o material particulado com espectra´metros de massa para ver em que consiste", explica Peter Aaron Alpert, primeiro autor do novo estudo PSI. "Mas isso não da¡ nenhuma informação sobre a estrutura daspartículas individuais e o que estãoacontecendo 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 essaspartículas individualmente com uma resolução de menos de um micra´metro , mas atémesmo para olhar para aspartículas enquanto as reações estavam ocorrendo dentro delas. " Para isso, ele também usou um novo tipo de canãlula desenvolvido no PSI, em que uma grande variedade de condições atmosfanãricas 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 canãlula existe apenas um lugar no mundo", diz Alpert. O estudo, portanto, são teria sido possí­vel no PSI. Ele trabalhou em estreita colaboração com o chefe do Grupo de Pesquisa em Quí­mica de Superfa­cie do PSI, Markus Ammann. Ele também recebeu apoio de pesquisadores que trabalharam com os químicos atmosfanãricos Ulrich Krieger e Thomas Peter na ETH Zurique, onde experimentos adicionais foram realizados compartículas suspensas, bem como de especialistas trabalhando com Hartmut Hermann do Instituto Leibniz para Pesquisa Troposfanãrica em Leipzig.

Os pesquisadores examinarampartículas contendo componentes orga¢nicos e ferro. O ferro vem de fontes naturais , como poeira do deserto e cinzas vulcânica s, mas também estãocontido nas emissaµes da indústria e do tra¡fego. Os componentes orga¢nicos também vão de fontes naturais e antropogaªnicas. Na atmosfera, esses componentes se combinam para formar complexos de ferro, que então reagem aos chamados radicais quando expostos a  luz solar. Estes, por sua vez, ligam todo o oxigaªnio dispona­vel e, assim, produzem as ROS.

Normalmente, em um dia aºmido, uma grande proporção dessas ROS se difundiria daspartículas para o ar. Nesse caso, não representa mais perigo adicional se inalarmos aspartículas, que contem menos ROS. Em um dia seco, entretanto, esses radicais se acumulam dentro daspartículas e consomem todo o oxigaªnio dispona­vel em segundos. E isso se deve a  viscosidade: o material particulado pode ser sãolido como pedra ou la­quido como água- mas, dependendo da temperatura e da umidade, também pode ser semifluido como xarope, goma de mascar seca ou gotas de ervas sua­a§as para a garganta. “Esse estado da parta­cula, descobrimos, garante que os radicais permanea§am presos na parta­cula”, diz Alpert. E nenhum oxigaªnio adicional pode entrar de fora.

a‰ especialmente alarmante que as maiores concentrações de ROS e radicais se formem por meio da interação de ferro e compostos orga¢nicos nas condições climáticas cotidianas: com uma média abaixo de 60 por cento e temperaturas em torno de 20 graus C, também condições tipicas de quartos internos. "Costumava-se pensar que as ROS são se formavam no ar - se éque se formavam - quando aspartículas de poeira fina continham compostos comparativamente raros, como as quinonas", diz Alpert. Sa£o fena³is 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 dia¡rias completamente normais." Cerca de cada viganãsima parta­cula éorga¢nica e contanãm ferro.

Mas isso não étudo: "As mesmas reações fotoquímicas provavelmente ocorrem também em outraspartículas de poeira fina", disse o lider do grupo de pesquisa Markus Ammann. “Na³s atésuspeitamos que quase todas aspartículas suspensas no ar formam radicais adicionais dessa forma”, acrescenta Alpert. “Se isso for confirmado em novos estudos, precisamos urgentemente adaptar nossos modelos e valores cra­ticos com relação a  qualidade do ar. Podemos ter encontrado um fator adicional aqui para ajudar a explicar por que tantas pessoas desenvolvem doenças respirata³rias ou câncer sem uma causa especa­fica. "

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