Wat is het werkingsmechanisme van fijnstof?

Dat fijnstof in het lichaam terecht komt via inhalatie zal bekend zijn, dat een klein deel wordt opgenomen via de huid minder bekend. Maar wat gebeurt er met die fijne deeltjes? En hoe worden deze normaliter opgevangen en verwerkt of uitgescheiden

Uitscheiding van fijnstof

Normaal gesproken zal fijnstof dus worden ingeademd en zal het grootste deel weer worden afgevangen. Voor PM10 geldt dat de meeste deeltjes al zullen worden opgevangen door haartjes in de neusholte of door de slijmvliezen. Vervolgens zullen deze deeltjes door trilhaartjes omhoog worden bewogen en zal het lichaam door middel van hoesten de deeltjes weer uitscheiden.

Voor kleinere deeltjes geldt dat ze verder kunnen komen in het ademhalingstelsel. PM2,5 en PM0,1 zullen bijvoorbeeld minder worden afgevangen door haartjes in de neus. Deels zullen de slijmvliezen en de bronchiën fijnstof kunnen afvangen, echter zal dat niet voor alle deeltjes gelden. Deze ultra fijnetofdeeltjes (PM0,1) kunnen zelfs in de alveoli (longblaasjes) terechtkomen. Hier kunnen ze worden afgegeven aan de bloedbaan en vervolgens kunnen de stoffen worden afgebroken of uitgescheiden via de urine.

Ook epitheelcellen spelen een rol in het afvangen van fijnstofdeeltjes. Deze bevinden zich voornamelijk in de luchtpijp en bedekken de bovenste laag van de luchtwegen. Deze cellen kunnen de fijnstof opnemen. Dit verschilt echter per grootte en naar de chemische samenstelling.
PM0,1 zal eerder worden opgenomen door epitheelcellen, doordat de epitheel moleculen de gasvormige stoffen eerder door zullen laten. Bij PM0,1 is dit het grootste probleem. PM0,1 kan zich soms gasvormig gedragen waardoor het lichaam er ook op zal reageren zijnde een gas. Daardoor wordt de opname van PM0,1 verbeterd en zal het moeilijker zijn voor het lichaam om het uit te scheiden.

Aandoeningen

Op een bepaald moment zal het lichaam niet meer de capaciteit hebben om het fijnstof uit te scheiden. Dit kan komen door een blootstelling aan een hoge concentratie van fijnstof, een langdurige blootstelling aan een concentratie van fijnstof of doordat het lichaam (gedeeltelijk) incapabel is om de fijnstof af te vangen. Op dat moment wordt het fijnstof echt onfijn stof voor het lichaam en zullen er irritaties ontstaan in het lichaam.

Ontstekingen in de longen

In de longen vinden de meeste aandoeningen plaats of worden de fijnstofdeeltjes opgenomen in het bloed, waardoor ze terecht komen in andere organen en de bloedbaan. Naast dat de concentratie en de duur van de blootstelling een rol speelt is de samenstelling van de stofdeeltjes ook van belang. Zo zullen metalen andere effecten hebben op het lichaam dan roetdeeltjes. De deeltjes die aankomen in de longen en niet kunnen worden opgenomen door de bloedbaan, kunnen zorgen voor een ontsteking aan de luchtwegen. Ze kunnen namelijk de alveoli beschadigen en daardoor een voor een ontsteking zorgen. Deze ontsteking wordt vaak door ROS (Reactive Oxygen Species) veroorzaakt. Dit kan doordat de fijnstof zelf ROS bevat of doordat de fijn stof de productie van ROS in het lichaam stimuleert. Doordat ROS veel vrij radicalen bevat kan dit gevolgen hebben voor de redoxbalans in een cel. Hierdoor kan DNA worden beschadigd of kan lipid peroxidation op het membraam ontstaan. Door lipid peroxadtion kan er een vicieuze cirkel ontstaan waar een vrije radicaal schade toebrengt aan het membraam waardoor vervolgens cellen kunnen afsterven.

Echter kunnen anti-oxidanten, zoals vitamine E en C, deze cirkel voorkomen of doorbreken. Op het moment dat het lichaam niet genoeg van deze anti-oxidanten heeft door een overdosis van ROS of een tekort in het lichaam zal er een ontsteking ontstaan. Deze ontsteking zorgt ervoor dat de longcapaciteit minder wordt waardoor kortademigheid kan ontstaan. Vooral mensen met een luchtwegaandoening zijn hier gevoeliger voor, zoals astmapatiënten en COPD-patiënten. Tevens kan voor een gezond individu een langdurige blootstelling ook leiden tot een zodanige chronische longaandoening.

ROS kan naast effect te hebben in alveoli ook al eerder in het lichaam schade toebrengen. Ook de epitheelcellen hebben een redoxbalans die kan worden verstoord door ROS. Soort gelijke processen ontstaan dan als bij de alveoli is beschreven. Ook metalen zoals ijzer, nikkel, koper, chroom en kobalt kunnen de productie van ROS stimuleren. De eindproducten die worden gemaakt bij de afbraak van ROS kunnen zowel mutageen als carcinogeen zijn. Echter blijkt uit onderzoek dat bij een langdurige blootstelling van PM10 er geen duidelijk statistisch verband kan worden gevonden ten opzichte van een toename in het aantal patiënten met longkanker.

Hart- en vaatziekten

Op het moment dat de kleinste deeltjes worden opgenomen in het bloed wordt het probleem verplaatst. In bloedbaan heeft het de kans om naar andere organen te gaan. Als motor van het lichaam zal het zuurstofrijke bloed vanuit de longen het hart passeren. Uit onderzoek blijkt dat PM2,5 dat het aantal hartslagen per minuut afnam. Bij een verhoogde concentratie van PM10 blijkt juist dat het aantal hartslagen per minuut toenam. Dit verschil kan te maken hebben met het feit dat PM2,5 mogelijk een direct effect heeft op het hart terwijl PM10 niet in de bloedbaan kan komen en dus indirect een reactie veroorzaakt. Luchtverontreiniging zoals fijn stof kan dus invloed een variabele invloed hebben op het hart. Naast de grootte van de stof zal dit ook afhankelijk zijn van de chemische samenstelling. Uit hetzelfde onderzoek bleek dat de variatie van het aantal hartslagen per minuut afnam. Een afname van de variatie in de hartslag kan hartaandoeningen tot gevolg hebben. Tevens blijkt uit onderzoek dat zowel de bloeddruk van het hart en in de slagaderen door PM2,5 kan stijgen. Dit kan samenhangen met de verstoring van hartritme, of het kan te maken hebben met dat de bloedvaten door de stoffen in de fijne stof worden aangetast. Ook kan het samenklonteren van deeltjes zorgen voor een opstopping in de bloedvaten Het gevolg hiervan kunnen verscheidene vaatziekten zijn.

Neurotoxische werking

Uit onderzoek blijkt dat er verschillende neurotoxische werkingen zijn van fijn stof. Hier komen wederom de vrije radicalen kijken die in het fijn stof en in ROS aanwezig zijn. Deze radicalen stimuleren namelijk de stress receptor. Daarnaast stimuleert fijnstof de aanmaak van zogenaamde inflammatory markers. Ook heeft het neurondegeneratie tot gevolg, wat inhoudt dat bepaalde neuronen kunnen worden beschadigd of zelfs kunnen afsterven. Microglia spelen waarschijnlijk hier een belangrijke rol in de verandering van het immuunsysteem van het hersenstelsel. Dit hangt samen met de stimulering van de aanmaak van inflammatory makers. Een microloglia is een macrofaag in het zenuwstelsel en ondervind dus invloed van de vrij radicalen binnen het zenuwstelsel.

Kinderen

Kinderen vormen een speciale klasse binnen de toxicologie. Dit komt omdat kinderen nog minder ontwikkeld zijn en relatief gezien aan grotere concentraties bloot staan. Dit geldt ook wat betreft de blootstelling aan fijnstof. De longen van een kind zijn nog niet volledig volgroeit waardoor het nog niet alle afweermechanismen heeft die een volwassene wel heeft. Daarnaast ademen kinderen meer lucht in, waardoor de blootstelling hoger wordt. Het blijkt dat kinderen die lang blootgesteld worden aan PM2,5 en PM10 meer last hebben van allergieën en daarnaast meer aandoeningen hebben aan luchtwegen en longen. De kleine luchtwegen lijken hier bij kinderen het meest gevoelig voor. Opvallend genoeg correspondeert dit met onderzoek naar het passief roken van kinderen en de gevolgen daarvan. Daarnaast blijkt PM2,5 een groter negatief effect te hebben op de longcapaciteit dan PM10. Dit komt waarschijnlijk doordat PM2,5 verder in de long kan infiltreren en door het verschil in chemische samenstelling.

Foetussen

Naast kinderen is het ongeboren leven een nog minder onderontwikkelde mens wat beschermt moet worden tegen mogelijke ontstekingen of toxische stoffen. Over het effect van fijnstof op foetussen is nog vrij weinig bekend. Wel is er veel onderzoek gedaan naar het effect van roken op het ongeboren leven. Roken is enigszins vergelijkbaar met fijnstof omdat sigarettenrook ook fijn stof bevat. Een groot verschil is dat de chemische samenstelling sterk verschilt en dat actief roken een bewuste actie is, terwijl aan fijnstof meestal onbewust en onvrijwillig wordt blootgestaan.

Uit onderzoek van het effect van roken op het prenatale leven blijkt dat onder andere de placenta wordt aangetast. Daarnaast zijn er nog andere effecten die voornamelijk worden veroorzaakt door koolmonoxide en nicotine. Tevens zullen de fijnstofdeeltjes die het bloed van de moeder bereiken ook in het kind terecht komen. Gevolgen hiervan zijn nog niet geheel duidelijk.