Hava Kirliliği Beynimizi Nasıl Etkiler?

Los Angeles Kalifornia’da, Route 110 otoyoluna rüzgar yönünde 100 metre uzaklıkta, dikenli tel ile çevrili bir otoparkta, beyaz bir römorktan alüminyum bir hortum, ucu bir üst geçide doğrultulmuş şekilde, dışarı uzanıyor. Bu hortum, her gün, dakikada yaklaşık 300.000 araba ve yük kamyonundan çıkan egzozla karışık havanın yüzlerce litresini içine çekiyor.

Römorkun içinde genç bir kimya mühendisi olan Arian Saffari, kirleticileri yakalayan ve boyutlarına göre ayıran, karmaşık bir filtrasyon sisteminin bir parçası olan hortuma bağlı isli bir silindirin kapağını açıyor. Silindirin içi, insan saçından en az 200 defa daha küçük sülfat, nitrat, amonyum, siyah karbon ve ağır metal partikülleri ile dolu.

Güney Kaliforniya Üniversitesinde, Constantinos Sioutas tarafından yönetilen bir laboratuvarda çalışan Saffari, partiküllerin hava kirliliği sensörlerinin doğru şekilde ölçebilmesi için çok küçük boyutta olduklarını söylüyor. Tipik olarak 0.2 µm çapındaki bu “ultra küçük” partiküller, 2.5 µm veya daha küçük boyutlardaki partiküllerden oluşan ve PM2.5 denilen bir kirletici sınıfına giriyor. Zehirli partiküller için boyut önemli: Partiküller ne kadar küçük olursa, nüfuz ettikleri hücrelerde peroksit gibi yüksek reaktiviteye sahip moleküllerden kaynaklanan oksidatif stres seviyesi o kadar yüksek olur, bu da DNA’ya ve diğer hücresel yapılara zarar verir.

Küçük ve ultra küçük partikülleri solunmasıyla ilişkilendirilen astım, akciğer kanseri ve kalp hastalığı gibi sağlık sorunlarından bazıları iyice anlaşılmış durumda. Fakat ortaya çıkmaya devam eden yeni kanıtlar, kirli havanın beyne de zarar vererek, bilişsel yaşlanmayı hızlandırdığını, hatta Alzheimer ve bunama riskini arttırdığını gösteriyor.

Hava kirliliği ile bunama arasındaki ilişki hala tartışmalı bir konu. Bu fikrin savunucuları bile hava kirliliği ve bunama arasında nedensel bir ilişki olduğunu kanıtlamak ve partiküllerin nasıl beyne nüfuz edip hasara neden olduğunu anlamak için daha fazla araştırmaya ihtiyaç olduğunu söylüyorlar. Yine de, dünyanın her yerinde artan sayıdaki epidemiyolojik çalışmalar, hayvan modellerden ve insan beyni görüntüleme çalışmalarından elde edilen bulgular ve PM2.5 etkilerini modelleme tekniklerinin giderek gelişmesi tehlikeyi gözler önüne serdi. Hatta geçen hafta Translational Psychiatry’de yayınlanan 11 yıllık bir epidemiyoloji çalışmasında ^[1], USC çalışanları, Çevre Koruma Ajansı (EPA) tarafından bildirilen 12 µg/m3’lük standart değerin üzerindeki PM2.5 değerlerine maruz kalan bölgelerde yaşayan yaşlı kadınlarda bunama riskinin neredeyse iki katına çıktığını öne sürüyorlar. USC Keck Tıp Fakültesinde epidemiyolog olan, çalışmanın baş yazarı Jiu-Chiuan Chen’e göre, bu bulgu genel nüfusa uygulanabilirse, dünya çapındaki bunama vakalarının yaklaşık %21’inden hava kirliliğinin sorumlu olduğu anlaşılacak.

Üstelik bu ay The Lancet’te yayınlanan bir başka çalışmada ^[2], Toronto Üniversitesi araştırmacıları, Ontario’da yaşayan 6.6 milyon kişiden, anayola 50 metre uzaklıkta yaşayanların, 200 metre uzaklıkta yaşayanlara göre, %12 daha fazla bunama riski altında olduğunu bildirdiler (Anayola 50 metre uzaklıktaki küçük partikül seviyesi 150 metre uzaklıktakinin genelde 10 katı kadardır).

Indianapolis’teki Indiana Üniversitesi’nde nörolog olan Michelle Block bu araştırma alanının çok yeni olduğunu söylüyor. Yine de, kirlilik ve beyin arasındaki ilişkiyi çalışmak için “oldukça heyecan verici bir zaman” olduğunu dile getiriyor. Eğer hava kirliliğinin rolü kanıtlanırsa, bu bilgi sağlık çalışanlarına, Alzheimer riskini ciddi anlamda azaltmak için önemli bir araç sağlayacaktır. Bu, son derece yıkıcı olmasına rağmen tedavisi henüz bulunamamış bir hastalık için, önemli bir gelişme olacaktır.

Dünyanın havası en kirli şehirlerinden olan Meksiko’da 2000’li yılların başlarında bunama belirtileri gösteren köpekler üzerinde yapılan bir çalışma ^[3] hava kirliliğinin nörodejenerasyona (nöron kaybı ve bozuklukları) sebep olabileceğine dair ilk sinyalleri vermişti. Şimdilerde Missoula’daki Montana Üniversitesinde çalışan, nörolog Lilian Calderón-Garcidueñas, şehrin özellikle kirli olan bölgelerinde yaşayan, yaşı ilerlemiş köpeklerin sersem ve şaşkın hareketleri olduğunu ve hatta sahiplerini tanıma yetilerini bile kaybettiğini farketti. Calderón-Garcidueñas, bu köpekler öldüğünde beyinlerini inceledi ve daha az kirli şehirlerde yaşayan köpeklere kıyasla, daha fazla amiloid beta proteini – Alzheimer ile ilişkilendirilen plakları oluşturan protein– birikimi olduğunu buldu. Daha sonra, Meksiko’da kazalarda ölen çoçukların ve genç yetişkinlerin beyinlerinde de, benzer şekilde amiloid beta plaklarında artışın yanında, beynin bağışıklık sistemi hücreleri olan glia hücrelerinin aşırı aktif olması gibi inflamasyon belirtileri olduğunu saptadı ^[4]. Calderón-Garcidueñas’ın çalışmalarında titiz kontroller yapılmamıştı ve amiloid beta plaklarının bunama belirtisi olmayabileceğini hesaba katılmamıştı. Ancak sonraki çalışmalar Calderón-Garcidueñas’ın gözlemlerinin ağırlık kazanmasını sağladı.

110 otoyolundan alınan küçük partiküllerle dolu tüplerin bunda önemli bir rolü var. USC’de bir bodrum katı labotaruvarında, Sioutas ve ekibi ^[5] kirleticileri bir hastane püskürtücüsü ile aerosolleştirerek, kirli havayı, içinde insana ait amiloid beta proteini geni aktarılmış laboratuvar fareleri bulunan bir kafese gönderiyorlar. Aynı odada bulunan kontrol fareleri ise temiz, filtrelenmiş havayı soluyor. Belirlenen süre sonunda – örneğin, en son denemede belirlenen süre, birkaç hafta boyunca 220 saat – fareleri, öldürülüp beyinlerinde nörodejenerasyon belirtileri aranmak üzere, USC’deki meslektaşlarına gönderiyorlar.

Yaşlanma ve beyin üzerinde çalışan USC nörologları, Caleb Finch ve Todd Morgan, analizden sorumlu. Onların bulgularına göre, kirli hava soluyan farelerin beyinlerindeki mikrogliya hücreleri inflamatuvar moleküller salgılıyor. Bu moleküllerden biri de, Alzheimer’lı hastaların beyinlerinde artışı gözlenen ve hafıza kaybıyla ilişkilendirilen tümör nekroz faktörü-alfa. Kirli havaya maruz bırakılan farelerde başka beyin hasarları da görülmüş. Ekip son zamanlarda yayınladıkları birkaç makalede, kirli hava soluyan farelerde kontrol grubuna göre daha fazla amiloid beta görüldüğünü ve aksonlarda – sinir hücrelerinin diğer hücrelerle iletişim sağlayan uzantıları – küçülme ve körelme gözlemlediklerini belirtiyorlar.

Hava kaynaklı küçük partiküllerin farelerin burun boşluğundan beyne nasıl geçtiği ise henüz bilinmiyor. New York’taki Rochester Üniversitesinde Günter Oberdörster tarafından yönetilen bir araştırma grubu, izlenebilir radyoaktif karbon partikülleri kullanarak, 200 nanometreden küçük partiküllerin, farelerin geniz boşluğunda bulunan hassas dokulardan geçtiğini ve nöronlar aracılığıyla beynin arka kısmında bulunan beyinciğe kadar yayılarak, inflamatuvar reaksiyonları tetiklediğini gösterdiler ^[6].

Hayvanlar üzerinde yapılan bu çalışmaların insanlar için ne anlama geldiğini anlamak için ise, araştırmacıların, hava kirliliği ile insanlara ait beyin taramaları ve bilişsel test sonuçları arasında bir bağıntı bulmaları gerekiyor.

Kuzey Carolina’da bulunan Ulusal Çevresel Sağlık Bilimleri Enstitüsünde (NIEHS) yönetici olan Kimberly Gray’e göre bu kolay bir iş değil, zira kirliliğe maruz kalma ile ilgilli, geçmişe ait uzun vadeli fazla veri bulunmuyor. Bununla birlikte, 2016’nın eylül ayında yayınlanan, Tayvan, İsveç, Almanya, Çin, Birleşik Krallık ve ABD’de yapılan çalışmaları içeren bir derleme ^[7] mevcut. Bu derlemenin incelediği 18 çalışmadan, biri hariç hepsinde, yüksek derişimli hava kirleticilerinden en az biri ile bunama belirtilerinden en az biri arasında bir ilişki bulunduğu belirtilmiş. Neurotoxicology’de yayınlanan derlemede, 2012’de 19,000 Amerikalı emekli hemşireden alınan verilerle yapılmış bir analiz de incelenmiş. Bu analizde ^[8], yaşadıkları yerlerdeki hava kirliliği verilerine dayanarak, küçük partiküllere daha çok maruz kalan hemşirelerin, bilişsel testlerde daha hızlı gerileme gösterdiği bulunmuş. Boston Üniversitesinde epidemiyolog olan baş araştırmacı, Jennifer Weuve, fazladan soludukları her 10 mg/m3 kirli havanın, hemşirelerin hafıza ve dikkat testlerindeki performanslarına 2 yıl yaşlanmışlar gibi bir gerileme etkisi olduğunu belirtiyor.

Görüntüleme çalışmaları da kirliliğin beyni kötü yönde etkilediğini gösteriyor. 2015’te yapılan bir çalışmada, Framingham Kalp Çalışması’na (New England’da yapılan, uzun vadeli bir kardiyovasküler araştırma) katılan insanların beyin MRI taramalarının analizi sonucu, Boston’da bulunan Harvard Tıp Fakültesi araştırmacıları, anayola daha yakın yerlerde yaşayan, dolayısıyla PM2.5’a daha çok maruz kalan katılımcıların serebral beyin hacminin daha küçük olduğunu buldular ^[9]. Kirlilik ve beynin hacminde küçülme arasındaki ilişki, eğitim, sigara kullanımı, diyabet ve kardiyovasküler hastalıklar gibi faktörler hesaba katıldığında bile, geçerliliğini korudu.

Bu çalışmadan kısa süre sonra, Chen (USC) beyin küçülmesinin başka bir örneğini raporladı. 1403 yaşlı kadın üzerinde yaptığı incelemede, katılımcıların beyin taramaları yapılmadan önce, yaşadıkları yerlerin 6-7 yıllık hava izleme verileri toplandı. Beyin taramalarına göre, PM2.5 derişimindeki 3.5 µg/m3’lük artış, beyaz madde – beynin farklı bölümlerini birbirine bağlayan, yalıtılmış sinir lifleri– hacminde yaklaşık 6 cm3’lük küçülmeye sebep oluyordu. Block (Indiana Üniversitesi), PM2.5 maruziyetinin miyelin kılıfının – nöronların aksonlarını sararak yalıtan yağ tabaka – “bir yara bandı gibi uç kısımlardan soyulduğunu” gösteren nöron kültürü çalışmalarının Chen’in bulgularını desteklediğini söylüyor.

Riskin hangi noktada en üst seviyeye ulaştığı henüz bilinmiyor. Petrol ve doğalgazdan, odun ve bitkiye kadar neredeyse her şeyin yakılması sonucu PM2.5 oluşuyor. Devlet tarafından finanse edilen hava kalite izleme ağları, politikacıların keyfine göre açılıp kapatılıyor ve gelişigüzel dağılım gösteriyor. Amerikan Akciğer Derneği verilerine göre, ABD’de yerleşim bölgelerinin, özellikle kırsal alanlarda daha seyrek olmak üzere, üçte birinden daha azında ozon ve partikül kirliliği izleyicileri var. Var olan izleme ağları ise yalnızca 1997 sonrası PM2.5 oranlarını ölçümlemiş durumda, bundan önce ise, Çevre Koruma Ajansı (EPA) PM10’dan daha küçük partiküllerin ölçümünü yapmıyordu.

Kimberly Gray (NIEHS), son yıllarda hesaplama modellerinin gelişmesi sayesinde, izleme verilerindeki boşlukları doldurmanın mümkün olduğunu söylüyor. 2016’nın eylül ayında, NIEHS ve Ulusal Yaşlanma Enstitüsü, bu hesaplama modellerinden faydalanarak, hava kirliliği ve beyin sağlığı arasındaki ilişkiyi incelemek üzere, bir dizi yeni epidemiyolojik çalışma başlattı. Bu çalışmalardan biri Seattle, Washington’da yürütülecek. Washington Üniversitesi’nde biyoistatistik bilimcisi olan Lianne Sheppard, katılımcıların ömürleri boyunca ne kadar PM2.5 kirliliğine maruz kaldıklarını kestirerek, bu veriler ile bunama oranı arasında bir bağıntı bulmaya çalışacaklarını anlatıyor.

Sheppard ve çalışma arkadaşları, Seattle bölgesinde yürütecekleri çalışma için, daha önce hava kirliliği ve damar sertliği üzerine yaptıkları bir çalışmada geliştirdikleri modelden yararlanacaklar. Sheppard bu modeli geliştirme sürecinin “çok yoğun bir sahne arkası çalışma” gerektirdiğini söylüyor. Önce ABD boyunca 600.000 lokasyondan PM2.5 ve diğer kirleticilerin 10 küsur yıllık hava izleme verilerini topladılar. Her lokasyon için, limanlara, rafinerilere, yakıt atıklarına, yollara uzaklıkları gibi, 800 farklı coğrafi değişkeni hesapladılar. Sonra, oluşturdukları modeli, 25’e 25 metrelik kısımlar halinde, izleme verilerine uydurdular ve her kısmın PM2.5 derişimlerinin kestirimini yaptılar.

Modele dayanarak, Sheppard ve çalışma arkadaşları, Seattle ve çevresindeki hava kirliliği seviyesinin geçmiş değerlerinin detaylı bir kestirimini yapabilecekler. Bölgedeki bunama oranını ölçebilmek için, Seattle bölgesinde yaşayan 5000 yaşlı birey üzerinde yapılmış, 20 yıllık izleme verileri içeren bir Yetişkinlerde Düşünce Değişimi çalışmasından yararlanacaklar. Bu çalışmanın verilerine göre, bütün katılımcılar başlangıçta bilişsel olarak normal olmalarına rağmen, 65 yaş civarına geldiklerinde, yaklaşık 1000 katılımcıda, 859 Alzheimer vakası dahil olmak üzere, bunama geliştiği görüldü. Katılımcılar ölüp beyinlerini bilime bağışladıklarında, patologlar beyin dokusundaki anormal protein birikimlerini, serebrovasküler hasarları ve hücresel stresle ilgili diğer belirtileri inceleyecekler. Bu analizler, genetik çalışmalarla birlikte değerlendirildiğinde, Sheppard ve grubuna, hava kirliliği ve bilişsellik arasındaki ilişkiyi derinlemesine inceleme fırsatı sunmasının yanında, hava kaynaklı kirleticilerin insan beynini nasıl etkilediğini açıklayan mekanizmaları da irdelemelerini sağlayacak.

Bazı insanlar, hava kirliliğinden, diğerlerine göre daha fazla etkileniyor olabilir. Translational Psychiatry çalışmasında, Chen’in ekibi, Alzheimer ile ilişkilendirilen APOE4 genine sahip kadınların hava kirliliği karşısında çok daha fazla risk altında olduklarını buldu. USC’den Finch’in kısa süre önce başlattığı başka bir çalışmada ise, PM2.5 ve sigara dumanı arasındaki örtüşme ve potansiyel sinerji araştırılıyor. Sigara dumanı yüksek oranda ultra küçük partikül içeriyor ve denek farelerinde amiloid plak ve nöroinflamasyon oluşumunu tetikleyebiliyor. Eskiden, sigara kullanımının Alzheimer’a karşı koruma sağladığı düşünülüyordu, fakat o zamandan beri yapılan çalışmalar tütün dumanının çok önemli bir risk faktörü olduğunu ortaya çıkardı. Örneğin Dünya Sağlık Örgütü, 2014’te yayınladığı bir raporda ^[10], dünya çapındaki Alzheimer vakalarının %14’ünü sigara kullanımına bağlıyor.

Hava kirliliğinin fakirler üzerinde daha büyük bir bilişsel bedeli olabilir. Bunun nedeni, kısmen, bu insanların anayollar ve limanlar gibi PM2.5 seviyeleri yüksek bölgelere yakın yerlerde yaşamaları olasılığının daha yüksek olması. USC sosyologlarından Jennifer Ailshire, fakirliğe bağlı stresin toksik partiküllerin etkilerini arttırabileceğini söylüyor. Son çalışmalarından birinde, yaşadıkları bölgeyi stresli olarak tanımlayan   – kargaşa ve suç eylemlerinin daha fazla olduğunu bildiren – yaşlı bireylerin, benzer hava kirliliği seviyesine maruz kaldıkları halde, daha az stresli bölgelerde yaşayan kişilere göre, bilişsel teslerde daha kötü sonuçlar aldıklarını gösterdi. “Los Angeles’ta yaşayan bireyler olarak, hepimiz çok fazla kirliliğe maruz kalıyoruz, ama bazılarımızın durumu daha iyi,” diyen Ailshire, hava kirliliğinin negatif etkilerini azaltmak için çalışan şehirlerin, hava kirliliğine karşı özellikle daha korunmasız olan topluluklara öncelik vermelerinin uygun olacağını belirtiyor.

 

Ancak, kirletici partiküllerin olası etkileri üzerinde çalışan araştırmacıların hiçbiri öncelik belirlemeye hevesli değil. PM2.5 kirleticilerinin etkileri gerçekten tahmin edilen düzeydeyse, tüm dünyadaki yetkililerin önceliğinin PM2.5 seviyelerini asağı çekmek olması gerektiği konusunda hemfikirler. Bütün araştırmalar göz önüne alındığında, Finch’in şu sözleri gerçeği yansıtıyor gibi görünüyor; “Bana öyle geliyor ki, aynı tütün gibi, hava kirliliğinin de güvenli bir eşik değerinin olmadığı ortaya çıkacak.”

Kaynak
http://www.sciencemag.org/news/2017/01/brain-pollution-evidence-builds-dirty-air-causes-alzheimer-s-dementia

Görseller
http://www.ibtimes.com/mexico-city-issues-first-air-pollution-alert-2005-report-says-2336449
http://www.sciencemag.org/news/2017/01/brain-pollution-evidence-builds-dirty-air-causes-alzheimer-s-dementia

Bahsi geçen araştırmalar:
[1] http://www.nature.com/tp/journal/v7/n1/full/tp2016280a.html
[2] http://thelancet.com/journals/lancet/article/PIIS0140-67361632399-6/fulltext
[3] http://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1080/01926230252929954
[4] http://journals.sagepub.com/doi/full/10.1177/0192623307313011
[5] http://aerosol.usc.edu/
[6] http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/08958370490439597
[7] https://www.researchgate.net/publication/304145020_Exposure_to_air_pollution_as_a_potential_contributor_to_cognitive_function_cognitive_decline_brain_imaging_and_dementia_A_systematic_review_of_epidemiologic_research
[8] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3622279/
[9] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4414870/
[10] http://www.who.int/tobacco/publications/mental_health/dementia_tks_14_1/en/