Vliv dopravních emisí na imunitu člověka

Souhrn

Dopravní emise zatěžují nejen dýchací systém exponovaných osob, ale ovlivňují i celkový zdravotní stav organismu, jehož odrazem bývá změna imunitních funkcí. Autoři se zaměřili na sledování vlivu dopravních emisí na imunitní systém ve skupinách profesionálně nadměrně exponovaných osob ve srovnání s osobami nadměrně neexponovanými. Provedená imunologická vyšetření byla založena na odebrání podrobné anamnézy se zaměřením na projevy alergie a na laboratorním vyšetření humorální a buněčné imunity. Výsledky vyšetření humorální a buněčné imunity v souborech dopravních policistů a messengerů se nelišily od výsledků vyšetření pracovníků v bankovním sektoru. Atopická dispozice byla zjištěna ve všech vyšetřovaných skupinách v rozmezí 20–40 % vyšetřovaných osob. Tato hodnota odpovídá výskytu atopie v populaci. Klinické projevy alergického zánětu a subjektivní alergické obtíže byly však častěji zjištěny ve skupinách dopravních policistů a messengerů. Tento nález je možné vysvětlit právě zvýšenou expozicí obou skupin dopravním emisím oproti skupině porovnávací. Potvrzení této domněnky je dosud problematické vzhledem k počtu vyšetřených osob a relativně malému množství literárních údajů věnovaných vlivu dopravních emisí na imunitní systém člověka.

Klíčová slova:
dopravní emise, imunitní systém, exponované osoby.

Úvod

Dopravní emise zatěžují nejen dýchací systém exponovaných osob, ale ovlivňují i celkový zdravotní stav organismu, jehož odrazem bývá změna imunitních funkcí (3, 9). Inhalovaná xenobiotika se stávají podnětem pro aktivaci alveolárních makrofágů v dýchacích cestách, kde jsou tyto částice následně pohlceny, metabolizovány a „neodbouratelné“ tuhé částice – pokud nejsou odstraněny mukociliárním výtahem – jsou retinovány v lymfatických uzlinách nebo adventicii velkých cév. Dalším důsledkem je i aktivace prozánětové odpovědi a aktivace celého imunitního systému, jeho humorálních i buněčných součástí.

Imunitní systém člověka je pokládán za jeden z nejdůležitějších systémů organismu, který zajišťuje jeho homeostázu. Jeho funkce dělíme v souvislosti s imunitní odpovědí na

• nespecifickou imunitu (vrozenou), a 
• specifickou imunitu (získanou).

Obě tyto části se skládají z humorálních a buněčných složek, které spolu navzájem spolupracují. Součástmi nespecifické imunity jsou především makrofágy, přirození zabíječi (NK buňky – nature killers) a z humorálních složek například komplementový systém, specifickou imunitní odpověď zajišťují kromě T lymfocytů (producentů velké řady cytokinů) i B lymfocyty, které po přeměně na plazmatické buňky produkují specifické protilátky – imunoglobuliny.

V naší práci jsme se zaměřili na sledování vlivu dopravních emisí na imunitní systém ve skupinách profesionálně exponovaných osob v porovnání s výsledky vyšetření provedených u osob neexponovaných. V rámci imunologických vyšetření jsme sledovali anamnézu zaměřenou na projevy alergických onemocnění, funkce imunitního systému vyšetřované osoby a jeho případné změny ve smyslu imunodeficitu v humorální či buněčné imunitě, rozvoj autoimunitní reakce a autoimunitního onemocnění, alergie.

Soubor vyšetřovaných osob a metodika

Provedená vyšetření byla rozložena do roků 2005 a 2006-2007. V průběhu roku 2005 bylo provedeno jako pilotní studie imunologické vyšetření 20 osob (dopravní policisté, pracovníci v bance, věkové rozpětí 32–55 let, průměrný věk 41,65 roku). V průběhu roku 2006 pokračovalo řešení výzkumného projektu imunologickým vyšetřením další skupiny celkem 45 osob. Klinické a laboratorní vyšetření bylo provedeno u 30 zaměstnanců firmy Messenger service s.r.o. (věkové rozpětí 21–59 let, průměrný věk 29,75 roků). Porovnávací skupina byla tvořena zaměstnanci bankovního sektoru v počtu 15 osob (věkové rozpětí 40–54 let, průměrný věk 44,60 roků).

Imunologické vyšetření zahrnovalo klinické a laboratorní vyšetření. V rámci humorální imunity byly vyšetřeny nefelometricky hladiny imunoglobulinů IgG, IgA, IgM a IgE, koncentrace složek komplementu C3 a C4, stanovení cirkulujících imunokomplexů pomocí polyethylenglykolu (CIK PEG), hladina CRP nefelometricky a imunofluorescenční stanovení antinukleárních autoprotilátek ANAb. V rámci vyšetření buněčné imunity bylo po stanovení krevního obrazu s leukocytárním diferenciálem určeno procentuální a absolutní zastoupení jednotlivých subpopulací lymfocytů prostřednictvím určení exprese jejich různých povrchových antigenů průtokovou cytometrií (T lymfocyty, aktivované T lymfocyty, B lymfocyty, NK buňky). Plánovaná vyšetření byla předem schválena etickou komisí 1. LF UK.

Výsledky

2005

V rámci provedených imunologických vyšetření v průběhu roku 2005 v rámci pilotní fáze výzkumu byla zjištěna atopická dispozice u 8 osob z celkového počtu 20 vyšetřovaných (40,0 %). V rámci sledování klinického stavu vyšetřovaných osob byly projevy alergického zánětu a alergické obtíže zjištěny ve větší míře ve skupině dopravních policistů. Ostatní výsledky neprokázaly u sledovaných osob výraznější rozdíly mezi skupinou exponovaných osob a osobami bez zvýšené expozice dopravním emisím.

2006–2007

Ve skupině nadměrně exponovaných osob byly udávány subjektivní možné projevy alergie u 66,6 % osob, pozitivní alergologická anamnéza byla u 23,3 % osob. Kromě klinických projevů, které je možné řadit k projevům alergického onemocnění (rhinitida, konjunktivitida, ekzém), si sledované osoby také nejčastěji stěžovaly na bolesti kloubů a pateře, chronický kašel. Tyto subjektivní obtíže pravděpodobně souvisejí také s jejich pracovním zatížením a pohybem v prašném prostředí dopravních komunikací. U některých ze sledovaných osob se subjektivní projevy obtíží vzájemně kombinovaly. Přehled klinických projevů je uveden v tabulce 1.

Výsledky laboratorního vyšetření prokázaly v humorální imunitě u jedné osoby protilátkový imunodeficit IgG zároveň se snížením C4 složky komplementového systému (3,3 %). U 40,0 % osob byla zjištěna vyšší koncentrace imunoglobulinu IgE a u 15 osob (50,0 %) vyšší procentuální zastoupení eosinofilních leukocytů. Současné zvýšení IgE a eosinofilů bylo detekováno u 20,0 % osob. Zvýšená hladina IgG, IgA a IgM byla zjištěna vždy izolovaně u jedné osoby (3,3 %). V buněčné imunitě bylo zjištěno snížené relativní zastoupení CD8+ lymfocytů u 10,0 % osob, zvýšený poměr CD4/CD8 nad 2,5 u 16,6 % osob. U 6 osob byla prokázána polyvalentní alergie s laboratorním nálezem pozitivního specifického imunoglobulinu IgE (specifický IgE proti pylům směsi trav, směsi obilovin, směsi časných a pozdních stromů, plevelů, specifický IgE proti roztočům Dermatophagoides farinae a Dermatophagoides pteronyssimus, specifický IgE proti alergenům kočky).

Do porovnávací skupiny byly vybírány osoby bez klinických projevů inhalační alergie a jiných atopických onemocnění. V porovnávací skupině nebyl u žádné z vyšetřovaných osob zjištěn laboratorním vyšetřením protilátkový imunodeficit, zvýšení hladin protilátek bylo zjištěno v izotypu IgG u 13,3 % osob, zvýšení IgA a IgM samostatně vždy u 1 osoby (6,6 %), současné zvýšení IgA a IgM u jedné osoby (6,6 %). Vyšší hladiny imunoglobulinu IgE byly nalezeny u 33,3 % osob, relativní zvýšení eosinofilních leukocytů u 26,6 % osob. Současné zvýšení IgE a eosinofilů bylo detekováno u 20,0 % osob. U jedné osoby byla vyšší hodnota CRP (6,6 %) a u 2 osob zvýšení cirkulujících imunokomplexů sledovaných metodou CIK-PEG (13,3 %). V buněčné imunitě bylo u 13,3 % osob nalezeno relativní snížení CD3+ lymfocytů, snížení CD8+ lymfocytů u 26,6 % osob. U jedné osoby bylo zjištěno snížení NK buněk. Poměr CD4/CD8 byl u 26,6 % osob nižší než 1,0. U 20,0 % osob překračoval poměr CD4/CD8 hodnotu 2,5.

Výsledky imunologického vyšetření v obou skupinách sledovaných osob neprokázaly nález pozitivní autoprotilátky. Přehledné znázornění procentuálního nálezu osob s hodnotami vybraných imunologických parametrů mimo normální hodnoty je v grafu 1. V obou vyšetřovaných skupinách jsme zjistili stejné procentuální zastoupení osob se současným zvýšením hladiny imunoglobulinu IgE a procenta eosinofilních leukocytů v krevním obraze (20,0 %).

Diskuse

Znečištění ovzduší, které se zvyšuje úměrně s postupně se zvyšující se intenzitou silniční dopravy, představuje v současné době rostoucí problém z hlediska veřejného zdravotnictví. Látky obsažené ve výfukových plynech spolu s abrazí uvolňovanými materiály ze silničních povrchů a pneumatik spolu s emisemi hluku mají vliv na zdraví osob, které v blízkosti frekventovaných silničních tahů žijí nebo pracují. Dochází tak ke zvýšení zátěže profesionální i neprofesionální. Při sledování látek, které jsou ve znečištěném ovzduší přítomny, je velice obtížné stanovit všechny tyto součásti a jejich potenciální vliv na lidský organismus, ať samotných jednotlivých izolovaných látek, či jejich výsledného působení ve vzájemných interakcích.

Tyto emise zahrnují nejenom samotné plynné emise oxidů dusíku (NO_x), polycyklické aromatické uhlovodíky (PAU) a oxid uhelnatý (CO), ale i tuhé částice (PM – particulate matter), „road dust“ (vznikající z opotřebení pneumatik, brzdového obložení, katalyzátorů a abrazí silničního povrchu) a emise hluku. V organismu dochází k jejich xenotransformaci, při které vznikají další potenciálně škodlivé látky (1, 5, 6). V některých případech se stává xenobiotický materiál podnětem pro dlouhodobou aktivaci imunity. Vdechnuté látky působí po stránce imunologické jako antigen (případně alergen), nebo po stránce chemické jako možný mutagen. Výsledným efektem jejich působení je ovlivnění celého organismu, ve kterém se tak propojí možné prozánětlivé účinky spolu s chemickými. Známé jsou informace o emisích oxidu siřičitého, olova a uhlíkových partikulí, působících po inhalaci také na dýchací a kardiovaskulární systém, centrální nervový systém. Z hlediska imunologie je pak snaha o hlubší poznání vedena směrem ke zjištění možných faktorů vnějšího prostředí, které mohou imunitní odpověď ovlivnit a které nesouvisejí jenom s rozvojem alergické reakce, ale například s možným navozením autoimunitní reakce a vznikem autoimunitního onemocnění.

Působením různých faktorů vnějšího prostředí může také docházet ke změnám ve smyslu navození imunodeficitu. Výsledné změny jsou důsledkem interakce genetické dispozice a vnějších vlivů působících na daného jedince. Jejich výsledky se projeví často až v důsledku dlouhodobé aktivace imunitního systému při chronickém systémovém zánětu, stejně tak k nim může vést dlouhodobé lokální dráždění neodbouratelnou látkou, která má za následek rozvoj granulomatozního zánětu.

Obdobné změny imunitního systému a jeho funkcí se mohou projevit i v důsledku dlouhodobého působení dopravních emisí. Jejich složky mají vliv na zvýšenou nemocnost a zvýšení frekvence onemocnění především dýchacího systému osob exponovaných vyšším hodnotám dopravních emisí. Vyvolaná onemocnění mohou být nejenom nealergické povahy, ale často také dochází ke zhoršení alergických onemocnění a astmatu včetně možné exacerbace astmatického záchvatu (8).

Lokální zánět a následný rozvoj systémové reakce je předpokládán na základě zjištěné zvýšené in vitro produkce TNF-*alfa a IL-1*beta endoteliálními buňkami ovlivněnými emisemi vznikajícími při spalování v naftových motorech (2). Působením složek dopravních emisí dochází k aktivaci slizniční imunity, stimulaci alveolárních makrofágů a epiteliálních buněk; ke zvýšení sekrece interleukinů IL-1*beta, IL-6, IL-8 v mukóze nosní dutiny po expozici městskému prachu (10).

U sledovaných exponovaných osob bylo v bioptických vzorcích bronchiální mukózy zjištěno zvýšené zastoupení neutrofilních leukocytů, T lymfocytů CD4+ i CD8+ (11). V rámci vysoké míry expozice dopravním emisím může dojít i k rozvoji alergického zánětu. Při možné vazbě alergenu na pevné částice dochází ke změně jeho následné depozice v organismu, navázané částice mají často ještě adjuvantní efekt na vyvolanou imunitní odpověď organismu. Některé složky dopravních emisí se podílejí na modifikaci působení alergenu změnou například povrchu pylového zrna, a tím dochází následně i ke změně alergické reakce na původní i nově vzniklý alergen u senzibilizovaných osob. Nález zvýšené hladiny *alfa-1-antitrypsinu byl v předcházející práci prokázán u celníků v jednom termínu provedeného vyšetření u 18 % vyšetřených (12).

V místech velkého dopravního zatížení dochází často k velké akumulaci látek vznikajících přímo spalováním fosilních paliv či v důsledku použití zařízení k jejich spalování. Známé jsou informace o emisích oxidu siřičitého, olova a uhlíkových partikulí působících po inhalaci na dýchací a kardiovaskulární systém, centrální nervový systém, ale i na lokální imunitní procesy probíhající v plicích, které následně ovlivňující i celkový imunitní stav jedince. V souvislosti se změnami využívání těchto problematických zdrojů se v současné době objevují ve zvýšené míře i prvky vyskytující se dříve v minimálním množství, jako například paladium, které jsou schopné navodit alergickou reakci u senzitivních osob. Jiné z těžkých kovů, které jsou emitovány do ovzduší, mohou naopak ovlivnit rozvoj autoimunitní reakce či přímo autoimunitního onemocnění.

V souvislosti s rozšiřujícími se poznatky o těchto těžkých kovech a jejich možném působení na složky a funkce imunitního systému stojí nyní v popředí výzkumu zájem o podrobnější studium působení těchto látek na lidský organismus a jeho imunitní systém (4, 7). V rámci spalování pohonných hmot i přes používání automobilových katalyzátorů dochází k uvolňování četných látek do ovzduší. Některé prvky, například platina, se ve vyšších koncentracích objevují až se zvýšeným používáním vozidel s katalyzátory, ze kterých se tento kov uvolňuje. Spolu s partikulemi prachu se tak těžké kovy dostávají do dýchacího systému, působí na kůži lidí vystavených jejich zvýšeným koncentracím. V dýchacím traktu sice dochází k využití samočisticích mechanismů řasinkového epitelu a produkovaného hlenu, který je schopen zachytit část nečistot, který byly obsaženy ve vdechovaném aerosolu, ale na základě rozdílných velikostí mohou některé částice doputovat až do plicních alveolů.

Kritickou velikostí částic z hlediska jejich možné retence v plicích je rozměr 1–2 μm. V případě zachovaných funkcí plicních (alveolárních) makrofágů jsou zde tyto částice následně pohlceny a odbourány.

Vzhledem k nemožnosti přenášet veškeré poznatky získané v experimentech prováděných na laboratorních zvířatech na člověka je nutné zaměřit se na podrobnější studium působení těchto látek na lidský organismus a jeho imunitní systém, a to především formou podrobného vyšetření osob, které jsou exponovány částicím v aerosolu ve vdechovaném vzduchu. Vhodná vyšetření představují vyšetření jak humorální, tak i buněčné imunity, jelikož při rozvoji lokální a následné systémové zánětlivé odpovědi dochází k zapojení a aktivaci všech složek imunitního systému. Výsledky imunologických laboratorních testů nás mohou informovat o probíhající akutní nebo chronické zánětové reakci organismu, případném protilátkovém či buněčném imunodeficitu, o změnách organismu v rámci nespecifické imunity i autoimunitní reakce, ukázat možnou atopickou dispozici sledované osoby. Vzhledem k těmto známým faktům jsme zvolili jako vhodnou metodu monitorování zdravotního stavu exponovaných osob formu vyšetření jak humorální, tak i buněčné imunity, jelikož při rozvoji lokální a následné systémové zánětlivé odpovědi dochází k zapojení a aktivaci všech složek imunitního systému. Při využití výše zmíněných vyšetření je možné sledovat v souladu s klinickým stavem funkce imunitního systému vyšetřované osoby, jeho případné změny ve smyslu imunodeficience, rozvoje autoimunitní reakce a autoimunitního onemocnění, alergie. Právě zaměření alergologie na faktory, které mohou ovlivnit průběh alergických nemocí, je charakteristickým rysem posledních několika let. Ověřování platnosti „hygienické hypotézy“ v rámci rozvoje alergie u malých dětí je zatím však věnována větší pozornost než možnému ovlivnění projevů alergie u dospělých osob.

Ačkoli jsme ve skupinách vyšetřovaných osob s různou mírou expozice dopravním emisím zjistili stejné procentuální zastoupení osob (20,0 %) se současným zvýšením hladiny imunoglobulinu IgE a procenta eosinofilních leukocytů v krevním obraze, subjektivní obtíže spojené s projevy alergického zánětu byly vnímány vyšetřovanými osobami v různé intenzitě. Tyto výsledky nás vedou směrem k předpokladu možného vlivu dopravních emisí na potenciální rozvoj alergických reakcí u zvýšeně exponovaných osob. V souboru dopravních policistů se výsledky vyšetření humorální i buněčné imunity nelišily od výsledků vyšetření bankovních úředníků, atopická dispozice byla zjištěna u 40,0 % osob, klinické projevy alergického zánětu a alergické obtíže byly subjektivně výrazněji pociťovány ve skupině dopravních policistů. Tento závěr naznačovala již pilotní fáze výzkumu, výsledky jeho pokračování v letech 2006 – 2007 jej potvrzují.

Provedená imunologická vyšetření ve všech skupinách sledovaných osob nezjistila výrazné rozdíly mezi skupinami vyšetřovaných osob (zvýšeně exponovaných i srovnávacích). Zjištěné výsledky vyšetření stavu humorální a buněčné imunity se kromě výše zmíněných nálezů nelišily od normy. Je však nutné rozšířit počet vyšetřených osob i vzhledem k dosud relativně malému množství dostupných literárních údajů věnovaných vlivu dopravních emisí na imunitní systém člověka.

Projevy alergií u sledovaných nadměrně exponovaných osob nemůžeme ale jednoznačně dát do souvislosti pouze s profesní expozicí, protože laboratorní data korelují s anamnestickými údaji o dřívějších událostech (významné reakce na bodnutí hmyzem, astmatický záchvat v anamnéze, pozitivní testy na průkaz specifického IgE). Kontrolní osoby byly vybírány s ohledem na zdraví, takže frekvence alergických projevů je u nich menší než u nadměrně exponovaných osob. Pro rozhodnutí, zda se expozice prašnému prostředí a výfukovým plynům odrazí na funkcích imunitního systému, je potřeba provést dlouhodobé sledování, které by mohlo ukázat dynamiku změn i v mezích, které považujeme klinicky za normální.

Poděkování

Práce byla podporována grantem GA MD ČR č. 1F54H/098/520 a VZ MSM 0021620812.

MUDr. Mgr. Jitka Petanová, CSc.

Ústav imunologie a mikrobiologie

1. LF UK a VFN

Studničkova 7

128 00 Praha 2

E-mail: jitka.petanova@lf1.cuni.cz