José Luiz Magalhaes Rios
Rios JLM, Boechat JL, Sant'anna CC, França AT. Poluição atmosférica e asma. - Revista de Pediatria SOPERJ. 2003;4(2):9-14
José Luiz Magalhaes Rios1; José Laerte Boechat1; Clemax Couto Sant'Anna2; Alfeu Tavares França1
1. Mestre em Imunologia pela UFRJ, membro do Departamentyo Científico de Alergia e Imunologia da SBP.
2. Professor Adjunto do Dep. de Pediatria da Fac. de Medicina da Univ. Federal do Rio de Janeiro (UFRJ).
3. Professor Titular de Alergia e Imunologia da Faculdade de Medicina da UFRJ.
OBJECTIVE: To offer to pediatric doctors updated concepts about atmospheric pollution and asthma.
METHODS: Review of the medical literature from MEDLINE indexed papers throgh the PUBMED search.
RESULTS: Asthma prevalence has increased in the last few years probably due to the effect of environmental factors, among them , the atmospheric pollution is outstanding. The atmospheric pollutants have been associated to noxious effects in asthmatics health and there are some evidence that air pollutants exposition may icrease the response to allergens. The atmospheric pollution contrution to the increased prevalence of asthma, however has still been the source of controversy.
Some air pollutants are capable of increasing the antigenic capacity of inhalants allergens, by conjugating with them, and to cause lesion of the bronchial epithelium. These effects allow a more close contact of the allergens with the immune system through the respiratory mucosa. The exposure to airborne pollutants like sulphur dioxide (SO2), nitrogen dioxide (NO2) and ozone (O3) may increase the reactivity of the airways to the inhaled allergens. Bronchial epithelial cells exposed to these atmospheric pollutants, and to diese exhaust particles (DEP), synthesise and release inflammatory mediators, such as interleucins, that will improove the respiratory mucosa inflammation.
DEP are able to act on the immune system inducing the production of immunoglobulin E (IgE). DEP exposure in the presence of an specific allergen increases the allergen-specific IgE production
CONCLUSION: Epidemiological studies show that the increased prevalence of asthma is associated to the atmospheric pollution
Keywords: Child, Adolescent, Asthma Atmospheric poluition
A prevalência de asma e outras doenças atópicas tem aumentado nos últimos cem anos, sobretudo nas últimas quatro décadas1, 2. Esse aumento tem sido atribuído ao efeito de fatores ambientais, devido ao curto período de tempo para se considerar a expressão de mutações genéticas3. Dentre os fatores ambientais destacam-se as mudanças no estilo de vida, hábitos de higiene, moradia e alimentação, novo perfil das infecções na infância, o tabagismo materno e a poluição atmosférica4,5.
A poluição atmosférica pode ser definida como o acúmulo de substâncias na atmosfera, geralmente artificiais, em níveis que a tornam nociva para os homens, animais ou vegetais6.
Pesquisas têm demonstrado que os poluentes atmosféricos estão associados a um grande espectro de efeitos adversos à saúde de indivíduos com asma e existem crescentes evidências de que a exposição a certos poluentes aéreos pode aumentar a resposta aos alérgenos7. Entretanto, a contribuição da poluição atmosférica para o aumento da prevalência de asma e outras doenças alérgicas, tem sido difícil de demonstrar cientificamente e ainda é motivo de controvérsias.
DEFINIÇÃO E PRINCIPAIS POLUENTES.
A poluição atmosférica predomina nas áreas industrializadas. A combustão de matéria orgânica para gerar calor e energia (carvão, petróleo e gás natural), resulta na liberação de gás carbônico (CO2) e outros subprodutos na atmosfera: gases e material particulado..
Dióxido de enxofre (SO2), óxidos de nitrogênio ( NOX) e monóxido de carbono (CO) são os principais gases poluentes resultantes da queima de combustível industrial e de veículos automotores. O ozônio (O3) é um gás poluente secundário que resulta da ação dos raios ultra-violeta sobre óxidos de nitrogênio e hidrocarbonetos da descarga de automóveis 6.
O material particulado é uma complexa mistura. Sua composição depende das fontes emissoras e seu efeito tóxico varia com o tamanho e características físico-químicas das partículas, que são muito variáveis. As partículas com diâmetro aerodinâmico menor ou igual a 10 |im, podem ser depositadas e causar danos nas vias aéreas inferiores e alvéolos quando inaladas e por essa razão são chamadas de material particulado inalável ou PM108.
Aerossóis ácidos, bioaerossóis, metais e partículas de hidrocarbonetos são componentes do PM10 que podem ter efeito sobre a saúde respiratória. As partículas de descarga de motores a diesel (Diesel Exhaust Particles - DEP) e as de metais de transição, como níquel, chumbo, ferro, cromo, manganês e alumínio são consideradas as mais nocivas9. As DEP chegam a constituir cerca de 40% do PM10, a maior parte como partículas ultrafinas (0,05 a 0,1µm), que alcançam as porções mais profundas das vias respiratórias10.
Os níveis de poluição atmosférica num determinado local são bastante influenciados por condições meteorológicas, das quais as mais importantes são as inversões térmicas e a baixa velocidade dos ventos. Essas variáveis impedem a dispersão vertical e horizontal dos poluentes, respectivamente6.
EFEITOS DA POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA SOBRE A ASMA.
Os níveis dos poluentes atmosféricos têm sido associados à piora dos sintomas de asma e aumento do uso de medicação sintomática.
Em Paris, observou-se forte associação entre crises de asma e aumento na concentração atmosférica de SO2 no mesmo dia. Também ocorreu maior consumo de β2 agonistas por asmáticos moderados e redução de 5% na medida do pico de fluxo expiratório (PFE) após um aumento de 50 µg/m3 de SO2 11. Na Suíça, crises graves de asma, tanto diurna quanto noturna, assim como o uso de medicação sintomática, foram significativamente associadas às concentrações médias diárias de NO2 12.
Nos EUA, em Utah, observou-se correlação significativa entre níveis elevados de PM10 e aumento do relato de sintomas respiratórios e do uso de medicação para asma 13. Exacerbações de asma, piora de sintomas respiratórios e redução do PFE, foram fortemente associados com os níveis atmosféricos de O3 entre crianças asmáticas de Nova York em acampamentos de férias 14. No Brasil, na cidade de São Paulo, demonstrou-se uma associação absoluta entre o número de internações pediátricas por causas respiratórias e as concentrações atmosféricas de PM10, CO e O3 15.
FACILITAÇÃO DA EXPOSIÇÃO ALERGÊNICA
Os poluentes atmosféricos, sob certas circunstâncias, podem conjugar-se aos alérgenos inaláveis e com isso aumentar sua capacidade antigênica. Knox e cols.16 demonstram, in vitro, que as DEP podem ligar-se ao principal alérgeno do pólem de gramíneas (Lol p 1), aglutinando várias moléculas, e assim funcionar como carreadores que transportam esses antígenos pelas vias respiratórias.
A poluição atmosférica também pode induzir lesão no epitélio respiratório e prejudicar a função mucociliar, facilitando dessa forma a penetração e maior contato de alérgenos inalados com células do sistema imune. Foi demonstrado que a exposição ao NO2 e ao O3 , em concentrações ambientais, pode provocar dano celular e aumento da permeabilidade epitelial brônquica, além de redução da atividade ciliar e liberação de mediadores inflamatórios17, 18. As DEP reduzem significativamente a freqüência de batimento ciliar das células epiteliais, o que provoca a retenção do alérgeno nas vias respiratórias 19.
EFEITOS SOBRE A REATIVIDADE BRÔNQUICA
A exposição de indivíduos asmáticos a O3, NO2 e SO2 pode resultar no aumento da reatividade brônquica a alérgenos inalados. A exposição de asmáticos leves a 400ppb de NO2, a 200ppb de SO2 e à mistura dessas concentrações por 6 horas, seguida de teste de provocação com o alérgeno inalado do ácaro Dermatophagoides pteronyssinus, resultou em redução significativa na PC20 VEF1 (concentração de alérgeno necessária para provocar queda de 20% na VEF1), quando comparados com a exposição prévia ao ar20. Foi demonstrado ainda que esse aumento de resposta ao alérgeno não ocorre só imediatamente após, mas persiste por 48 hs. após a exposição7. Resultados semelhantes foram observados com a exposição prévia de asmáticos ao ozônio 21.
A análise desses trabalhos indica que os poluentes atmosféricos possam desempenhar um papel chave na exacerbação das doenças alérgicas das vias aéreas. E o fato desses efeitos persistirem por 48 horas é altamente sugestivo de uma inflamação das vias respiratórias induzida pela poluição.
EFEITOS SOBRE A INFLAMAÇÃO BRÔNQUICA
A ação dos poluentes sobre as vias respiratórias envolve várias células, resultando em inflamação e hiper-responsividade brônquicas. As células epiteliais têm um papel chave nesse processo. Sua posição espacial de primeira linha de defesa as coloca em contato com os poluentes, que exercem seus efeitos diretamente sobre elas.
A exposição de células epiteliais brônquicas humanas ao SO2 em doses ambientais provoca a liberação de LTC4, GM-CSF, TNF-α e ICAM-1 solúvel, pelas células epiteliais22. Indivíduos saudáveis não fumantes expostos a concentrações crescentes de NO2 apresentaram um aumento da quantidade de linfócitos, mastócitos e macrófagos alveolares no lavado broncoalveolar23. A ação do O3 sobre cultura de células epiteliais brônquicas humanas, provoca lesão dessas células e induz a liberação de IL-8, GM-CSF, TNF-α e ICAM-1 solúvel18.
O PM10 também pode promover a inflamação da mucosa respiratória. Provocação nasal de alérgicos com DEP associado a antígeno de ragweed resultou num aumento expressivo dos níveis de RNA mensageiro (RNAm) para IL-2, IL-4, IL-5, IL-6, IL-10 e IL-13. Os níveis de IgE específica para ragweed foram 16 vezes maior que os observados após a provocação somente com o alérgeno 24. Culturas de células epiteliais brônquicas humanas na presença de extratos de DEP aumentam a síntese e liberação de mediadores como citocinas e moléculas de adesão25.
Estudos recentes sugerem que, além das DEP, metais de transição presentes no PM10 do ambiente possam estar ligados à sensibilização alérgica e aumento da inflamação e da responsividade das vias respiratórias26. Ions de metais e de metais de transição podem estar aderidos à superfície das DEP e outras partículas ultra-finas de hidrocarbonetos, aumentando o seu efeito deletério sobre a mucosa brônquica por meio de stress oxidativo, ocasionado pela ação de radicais livres27. A exposição experimental de culturas de mastócitos a íons de Níquel, Alumínio e outros metais encontrados no ar ambiente, provocou a ativação dessas células e aumentou a ativação mastocitária antígeno dependente, acarretando maior liberação de mediadores inflamatórios como a IL-428.
Estudos revelaram que as DEP possuem a capacidade de atuar sobre o sistema imune, induzindo e diversificando a produção de IgE . Enquanto a exposição às DEP individualmente pode provocar um aumento da IgE total, a exposição às DEP na presença de um determinado alérgeno provoca um expressivo aumento de IgE alérgeno-específica29. As DEP também parecem atuar sobre eosinófilos, aumentando sua adesão às células epiteliais e provocando sua degranulação e a liberação de mediadores 30.
Revisão extensa da literatura postula que as DEP contribuem para a inflamação alérgica por meio da ativação de macrófagos e de outras células presentes na mucosa respiratória. Os macrófagos atuam como células apresentadoras de antígenos (APC) e como tal interagem com linfócitos. As DEP induzem a expressão de RNAm de CD80 e aumentam sua presença na superfície dos macrófagos. CD80 é uma molécula co-estimuladora que liga-se com alta afinidade ao CD28, principal co-receptor da célula T e que está envolvido na produção de citocinas induzida por antígenos. Esse seria um dos mecanismos pelos quais as DEP aumentam a produção de citocinas31.
Por outro lado, no processo de metabolização dos hidrocarbonetos constituintes das DEP, ocorre a produção de radicais reativos de oxigênio (Radicais Livres), por meio da indução do citocromo P450 1A1. Sabe-se que pelo menos duas classes de fatores de transcrição nuclear são regulados pelo estado de oxi-redução intracelular: o fator nuclear κB (NFκB) e a proteína ativadora -1 (AP-1). Há ampla evidência na literatura de que esses hidrocarbonetos podem induzir a atividade transcripcional da AP-1 e do NFκB. Entre os genes que potencialmente dependem da ação desses fatores de transcrição para sua ativação, incluem-se genes de citocinas, quimiocinas e moléculas de adesão, todas envolvidas em aspectos da inflamação alérgica, inclusive a produção de IgE31,32.
Acredita-se que os metais de transição também atuem através da oxiredução sobre esses fatores de transcrição nuclear, contribuindo para a expressão de mediadores pró-inflamatórios 27. Existem evidências de que os metais de transição podem estimular respostas imune tipo TH2 e induzirem a produção de IgE33.
A questão mais polêmica consiste em saber se a poluição atmosférica é capaz de induzir a sensibilização do indivíduo a um antígeno, de forma a provocar uma resposta alérgica e assim contribuir para o aparecimento de alergia. Pesquisa com um neoalérgeno sintetizado em laboratório (o KLH) foi desenvolvida para investigar a sensibilização primária em humanos. Provocação nasal com esse neoantígeno produziu uma resposta humoral de Imunoglobulinas A e G. Porém, quando essa provocação nasal foi precedida de exposição a DEP, ocorreu uma resposta IgE específica para o KLH, acompanhada de aumento local de IL-434. Esses achados sugerem que as DEP possam estar envolvidas na promoção da sensibilização alérgica.
No Japão, no fim da Segunda Guerra Mundial, a polinose era considerada inexistente, hoje sua prevalência, devida ao Japanese Cedar, um tipo de cedro japonês, supera 10% da população. Esse impressionante aumento coincide com a rápida expansão do número de veículos a diesel naquele país 35. Foi demonstrado ainda, que a incidência de polinose é muito maior entre os residentes ao longo de rodovias de tráfego intenso cercadas de Japanese Cedar, do que entre os que moram em florestas de Japanese Cedar onde há menos tráfego de veículos, apesar da contagem de pólens ser semelhante nas duas áreas 36.
Estudo com 843 crianças em oito cidades da Áustria que apresentavam níveis distintos de poluição atmosférica, revelou uma associação significativa entre a concentração atmosférica de NO2 e a prevalência de asma e sintomas respiratórios37. Em Munique, 4320 escolares foram pesquisados para se avaliar a relação entre densidade do tráfego rodoviário próximo a escolas, alterações na função respiratória e o relato de sintomas de asma. Observou-se redução significativa do pico de fluxo expiratório (PFE) associada ao aumento do número de veículos que passavam diariamente próximo à escola (0,71% por aumento de 25.000 carros), assim como uma correlação positiva entre o volume de tráfego e a prevalência de sibilos e dispnéia recorrentes38.
Na Coréia, a comparação entre escolares de duas áreas próximas entre si, mas com níveis distintos de poluição atmosférica, demonstrou maior prevalência de sintomas de asma e de hiper-responsividade brônquica entre os moradores da localidade mais poluída. Embora a sensibilização atópica aos antígenos inalantes, medida por testes cutâneos, fosse semelhante nas duas áreas39.
No Rio de Janeiro, pesquisa que desenvolvemos demonstrou uma associação positiva entre a prevalência de asma e a poluição atmosférica. Foram avaliados 4040 alunos com 13 e 14 anos de idade de Duque de Caxias e 1080 de Seropédica, municípios próximos entre si, mas com distintos níveis de poluição do ar. Utilizou-se o questionário ISAAC para determinação de sintomas de asma. Em Duque de Caxias, onde a concentração atmosférica de PM10 era inadequada, a prevalência de asma entre os adolescentes foi significativamente maior do que em Seropédica, que não apresentava poluição do ar40.
Existe um consenso que a exposição à poluição atmosférica exacerba a asma e a rinite. No entanto, as provas de que os poluentes atmosféricos contribuem para o aumento da prevalência de doenças alérgicas têm sido questionadas. É possível que a maior prevalência de asma esteja traduzindo uma maior proporção de alérgicos que passem a sibilar, por aumento da resposta inflamatória brônquica aos alérgenos inalados, devido à exposição a fatores como o O3 e as DEP41.
A ausência de informações sobre a exposição individual a cada poluente talvez seja a mais grave limitação aos estudos epidemiológicos acerca dos efeitos da poluição atmosférica sobre a asma. Estudos experimentais por outro lado, não refletem as inúmeras situações possíveis capazes influenciar na resposta das vias aéreas. É inegável o aumento da poluição atmosférica nos últimos anos, mas a presumível associação causal entre este e a prevalência de asma tem sido mais difícil de provar do que inicialmente admitido. Mudanças no estilo de vida, nos hábitos alimentares e a menor exposição a infecções naturais, ocorridos nos últimos 40 anos certamente também estão envolvidos157 42.
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