Nuvarande bestämmelser om luftföroreningar fokuserar främst på massan av partiklar av ett visst storleksintervall i ett prov, och detta har använts som en markör för deras hot mot människors hälsa. Men dessa luftkvalitetsstandarder tar inte upp de medicinska konsekvenserna av de allra minsta partiklarna – inte heller andra egenskaper som kan vara skadliga, såsom deras kemiska sammansättning.

'(Mass) är verkligen ett användbart mått, men kanske inte tillräckligt på egen hand och laboratorieforskning skulle kunna bidra till att etablera (andra) mätvärden för luftkvalitet som är mer hälsorelaterade, " sa Dr. Konstantina Vasilatou, som leder partikel- och aerosollaboratoriet vid det schweiziska federala institutet för metrologi (METAS).

Den rena luften som orsakas av minskad väg- och flygtrafik under spärrningar av coronaviruset, tillsammans med indikationer på att luftföroreningar kan vara kopplade till högre dödlighetstal i coronavirus, aktualiserar frågor om luftföroreningars inverkan på människors hälsa.

Samtidigt som vi vet att luftföroreningar kan spela en betydande roll vid långvariga hälsoproblem som luftvägs- och hjärt- och kärlsjukdomar, cancer och demens, det finns fortfarande en brist på granularitet om de exakta effekterna av olika typer av partiklar.

Kemi

Genom att studera en viss klass av luftburna föroreningar - kända som sekundära organiska aerosoler - Dr. Vasilatou syftar till att bedöma hur deras kemi, såväl som deras fysiska egenskaper, kan påverka cellerna i det mänskliga andningssystemet.

Dessa föroreningar bildas när partiklar från naturliga eller mänskliga källor, inklusive sot från fordonsmotorer, fabriker eller bränder, bli belagda med kemikalier som bildas vid nedbrytning av så kallade flyktiga organiska föreningar (VOC) i luften. Det kan vara ångor från färger eller lösningsmedel, eller till och med de naturliga kemikalierna som ger tallar sin doft.

Vanligtvis, dessa flyktiga organiska föreningar genomgår oxidation genom interaktioner med ozon, kväveoxid eller hydroxylradikaler i atmosfären, hjälpt av solljus. De resulterande kemiska resterna, känd som sekundärt organiskt material, avsätts sedan på partiklarna eller till och med smälter samman till nya.

Dr Vasilatou och hennes kollegor i AeroTox-konsortiet har genomfört experiment för att bedöma hur rena kolpartiklar belagda med olika mängder sekundärt organiskt material påverkar lungvävnad eller delar av den mänskliga luftstrupen, för att mäta deras cytotoxicitet – hur de skadar och förstör celler, eller orsaka inflammation.

"Ju mer vi belägger dessa partiklar, ju större cytotoxiska effekter, " Dr. Vasilatou sa, och tillägger att projektets tidiga resultat fortfarande analyseras, men visar tydligt att de belagda partiklarnas kemi spelar en roll för att förstöra celler.

Forskarna arbetar fortfarande med att förstå hur massan eller ytarean på de belagda partiklarna kan påverka cellerna, förutom deras kemiska sammansättning.

Etiska överväganden utesluter sådana tester på mänskliga frivilliga, men forskarna använder donerad vävnad och tredimensionella multicellulära lungställningar, tillsammans med nya metoder för aerosol-cell-interaktion, för att ge en mer realistisk bild av vad som skulle hända vid inandning, snarare än att bara blötlägga celler i vätska med föroreningarna.

"Vi hoppas kunna ge råd om folkhälsopolitik, eller (hjälpa) nationella hälsomyndigheter genom att tillhandahålla bevis... för att fatta mer välgrundade beslut, " sa Dr. Vasilatou.

Den här typen av forskning kan hjälpa till att ompröva nuvarande luftföroreningsstandarder, som vanligtvis regleras av masskoncentrationen av partiklar som är mindre än 10 mikrometer i diameter (PM10) eller mindre än 2,5 mikrometer (PM2,5).

Dessa kategorier adresserar inte de ultrafina luftburna partiklarna – mindre än 100 nanometer – som kan andas in längst bort i lungorna, och, enligt vissa studier, korsar sedan in i blodomloppet och bärs runt i kroppen. Dessa partiklar finns vanligtvis i högre koncentrationer i områden med mycket vägtrafik.

Ultrafin

Viss epidemiologisk forskning tyder på att minskad partikelstorlek kan ha allvarliga negativa hälsoeffekter, även om det finns inkonsekventa resultat när man utforskar sambanden mellan ultrafina partiklar och dödlighet och sjukhusinläggningar.

"Det är viktigt att veta om dessa partiklar spelar denna negativa hälsoroll, för om de är det, då kan man ta in metoder som minskar deras produktion i samhället, sa professor Frank Kelly, från miljöforskningsgruppen i folkhälsoskolan vid Imperial College London, STORBRITANNIEN.

En del av svårigheten med att reglera sådana ultrafina partiklar är att de är svårare att mäta och övervaka, kräver mer sofistikerad och dyr utrustning. Det skulle inte vara lönsamt att fastställa regleringsstandarder som inte kan övervakas effektivt, Prof. Kelly säger.

Han övervakade ett forskningsprojekt om ultrafina partikelföroreningar vid King's College London, bekräftar misstankarna om att vägtrafiken var en viktig källa till ultrafina föroreningar i fyra europeiska städer med olika klimat och andra förhållanden.

Men ett överraskande fynd av Health1UP2-studien var den anmärkningsvärda effekten av flygplansutsläpp på luftkvaliteten i de fyra städerna - Barcelona, Helsingfors, London och Zürich – även när flygplatserna låg långt från stadskärnan.

"Många, många kilometer bort såg vi fortfarande dessa ultrafina partiklar som kom från flygplanets utsläpp, " sa Prof. Kelly.

Även om trafiken var den största bidragsgivaren till stadskoncentrationer av de uppmätta luftburna partiklarna, Health1UP2-forskningen visade att Barcelona upplevde en stark säsongseffekt i överflöd av ultrafina partiklar på grund av effekten av solsken.

Detta var särskilt märkbart under de ljusa sommarmånaderna, när solljuset spelade en större roll för att bryta ner gaser i atmosfären och bilda nya aerosoler.

Medan Health1UP2-forskningen inte identifierade ett samband mellan de upptäckta ultrafina partiklarna och dödligheten i de fyra städerna, Prof. Kelly sa att det skulle vara användbart för framtida forskning att analysera data för eventuella associationer med sjukhusvistelse för specifika kroniska hälsotillstånd.

Även i avsaknad av nya regler för att minska produktionen av problematiska partiklar, att kunskap kan hjälpa människor att känna igen sina källor – och ändra sitt beteende och livsstil för att minska deras exponering.