Bioacessibilidade em fluido pulmonar artificial de material particulado nas cidades de Curitiba e Manaus

Abstract

Resumo: O desenvolvimento econômico e o crescimento urbano das cidades influenciam a dispersão atmosférica de poluentes, concentração, tamanho de partículas e composição, que afetam a saúde humana. A fração solúvel do material particulado fino (MP2,5) no fluido pulmonar (fração bioacessível) é considerada como uma das principais rotas de transporte de metais tóxicos, capazes de se acumular no sangue. Um número limitado de estudos in vitro de MP2,5 em fluido lisossomal artificial (ALF) foi realizado usando diferentes tipos de poluentes para a via de inalação. No entanto, as possíveis consequências de várias fontes e das condições atmosféricas urbanas existentes não foram totalmente avaliadas nesses estudos. Para avaliar esses aspectos de forma contudente, duas cidades com localização geográfica e clima diferentes, e com distintas estratégias de desenvolvimento urbano foram usadas para ilustrar a influência que esses fatores têm sobre a composição química e o consequente destino do MP2,5 no organismo humano. A fração bioacessível em ALF do MP2,5 foi comparada durante os períodos de incubação de 1, 24 e 48 horas para as espécies Cu, Cr, Pb e Mn contidas nas amostras coletadas em Manaus, uma cidade industrial no centro da floresta amazônica e Curitiba, uma cidade planejada, um modelo internacional para o desenvolvimento sustentável. As concentrações atmosféricas médias totais foram: Mn> Pb> Cu> Cr e Pb> Mn> Cu> Cr para as cidades de Manaus e Curitiba, respectivamente. Mn e Cu apresentaram níveis até 5 vezes superiores em Manaus em relação aos encontrados em Curitiba. O procedimento in vitro utilizado nesse estudo revelou que as espécies de Mn apresentaram a menor solubilidade e a menor variação de fração solúvel entre todas as espécies investigadas, muito semelhante nas amostras de ambas as cidades. O cobre apresentou maior solubilidade em Curitiba que Manaus, sugerindo que, nesse caso, a fonte de tráfego de cobre pode ser mais prejudicial que a geração de energia térmica. Por outro lado, o Cr apresentou maior bioacessibilidade em Manaus que Curitiba, e o chumbo (Pb) foi o elemento com maior fração solúvel média entre todos os investigados nesta pesquisa. Este resultado é preocupante pela capacidade conhecida do Pb de se acumular nos tecidos do corpo, incluindo ossos e dentes. Os elementos avaliados na presente investigação apresentaram cinética máxima de dissolução no fluido ALF após um tempo de incubação de 1 hora, possibilitando o transporte da fração solúvel para o sistema circulatório. A população de Manaus está sujeita à poluição do ar e recebe aporte respiratório duas vezes (para Cu e Pb) e quatro vezes (para Cr e Mn) maior que a população de Curitiba, sugerindo que a comunidade de Manaus tem maior risco decorrente da exposição à poluição do ar, como câncer pulmonar e doenças neurológicas. Portanto, o desenvolvimento urbano e as diferentes atividades econômicas de Manaus e Curitiba desempenham papéis diferentes em relação aos riscos específicos da exposição à poluição do ar para o ser humano. Esses resultados indicam a importância de se controlar tanto a concentração total das emissões de poluentes atmosféricos quanto o tipo de espécies químicas bioacessíveis do MP2,5 no fluido pulmonar. Palavras-chave: MP2,5. Elementos metálicos. Saúde humana. Bioacessibilidade. Fluido lisossomal artificial. Fluido pulmonar artificial.

Abstract: Economic development and urban growing fate on the atmospheric pollutants dispersion, concentration, size fraction, and content, therefore also impact on human health. The soluble fraction of fine particulate matter (PM2.5) present in the lung fluid of humans (i.e., the bioaccessible fraction) has been considered as one of the main transport conduits of particle-phase heavy metals capable of accumulating in human blood. A limited number of in vitro PM2.5 studies in artificial lysosomal fluid (ALF) have been carried out using different kinds of pollutants through inhalation routes. Nevertheless, the possible consequences of various sources and prevailing urban atmospheric conditions were not fully accessed in these studies. To address this issue, two cities of different geographical location and climate, and with different urban development strategies were used to illustrate the influence that these factors have on the chemical composition and consequent fate of PM2.5 in the body. The bioaccessible fraction of PM2.5 was compared in ALF during incubation periods of 1, 24 and 48 hours for Cu, Cr, Pb and Mn species contained in samples collected in Manaus, an industrial city in the center of Amazon forest, and Curitiba, a planned city an international model for sustainable development. The total atmospheric mass concentrations were: Mn>Pb>Cu>Cr and Pb>Mn>Cu>Cr for the cities of Manaus and Curitiba, respectively. The highest concentrations of the analyzed species in Manaus were Mn and Cu which shown levels up to 5 times higher than that found in Curitiba. The in vitro procedure used in our study revealed that Mn species had the lowest solubility and the smallest variation of soluble fraction among all species investigated while presenting a soluble fraction very similar in the samples from both cities. Copper had higher solubility in Curitiba than Manaus, suggesting that in this case, the copper traffic source may be more harmful than the thermal power generation. On the other hand, Cr presented higher bioaccessibility in Manaus than Curitiba, and lead (Pb) was the element with higher soluble fraction average between all the investigated in this research. This result is very concerning due to the well-known capacity of Pb to accumulate in the hard tissues of the body, including bones and teeth. The elements examined in the present investigation have maximum dissolution kinetics in the ALF fluid after an incubation time of 1 hour, therefore enabling transport of the soluble fraction transport to the circulatory system. The Manaus population is subjected to air pollution exposure and receives a respiratory intake two times (for Cu and Pb) and four times (for Cr and Mn) greater than the population of Curitiba, suggesting that the Manaus community is at a higher risk of toxic health effects from air pollution exposure, such as pulmonary cancer and neurological effects. Therefore, urban development and the differing main economic activities of Manaus and Curitiba play different roles regarding the specific risks of human air pollution exposure. These findings point out the importance of controlling both the total concentration of pollutant emissions as well as the type of PM2.5 bioaccessible species in the lung fluid. Keywords: PM2,5, metallic elements. Human health. Bioaccessibility. Artificial lisossomal fluid. Artificial lung fluid.