Vplyv globálneho otepľovania na ľudské dýchacie cesty

Dokument s názvom „Globálne otepľovanie zvyšuje riziko dehydratácie a zápalu ľudských dýchacích ciest“ predstavuje štúdiu, ktorá skúma vplyv suchého vzduchu, spôsobeného zvýšeným odparovaním vody v dôsledku globálneho otepľovania, na zápal dýchacích ciest a potenciálne zhoršenie pľúcnych ochorení.

Základná hypotéza štúdie spočíva v tom, že odparovanie vody z hlienu v dýchacích cestách (proces nazývaný transpirácia hlienu) v suchom prostredí vedie k stenčeniu vrstvy hlienu a kompresii epiteliálnych buniek, čo následne spúšťa zápal. Táto hypotéza je založená na predpoklade, že zdravý hlien dýchacích ciest sa správa ako zosieťovaný hydrogél, ktorý podlieha transpirácii podobne ako rastlinné listy.

Metodológia štúdie kombinuje:

• Kontinuálnu matematickú analýzu: Táto analýza predpovedá, že odparovanie vody stenčuje vrstvu hlienu a stláča epiteliálne bunky počas dýchania.
• Experimenty na ľudských tracheobronchiálnych bunkách (HTB bunky): Bunky boli vystavené vzduchu s rôznymi stupňami suchosti (95%, 60% a 30% relatívnej vlhkosti pri 37 °C). Pozorovalo sa stenčovanie vrstvy hlienu a zvýšená sekrécia zápalových cytokínov (TNF-α, IL-33 a IL-6).
• Experimenty na myšom modeli: Myši s muco-zápalovým fenotypom (Scnn1b-Tg) boli vystavené intermitentnému suchému vzduchu počas 14 dní, čo viedlo k histopatologickým zmenám a alterácii zápalových infiltrátov. Divoké myši (WT) pri rovnakej expozícii nevykazovali zápalové zmeny.
• Simulácie klimatických modelov: Na základe teoretických a experimentálnych zistení boli vykonané simulácie pre kontinentálne Spojené štáty s cieľom preskúmať budúce následky zápalu dýchacích ciest v dôsledku globálneho otepľovania. Použitý bol model Community Earth System Model (CESM) verzia 2.1.3 pod scenárom RCP 8.5.

Kľúčové zistenia štúdie:

• Transpirácia hlienu: Hlien horných dýchacích ciest vykazuje transpiráciu, pri ktorej sa voda odparuje z povrchu hlienu. Rýchlosť odparovania je úmerná deficitu tlaku vodnej pary (VPD) v hrtane a rýchlosti ventilácie.
• Stenčovanie hlienu a kompresia buniek: Suchý vzduch spôsobuje stenčovanie vrstvy hlienu a kompresiu epiteliálnych buniek. Experimenty na HTB bunkách potvrdili, že s klesajúcou relatívnou vlhkosťou sa vrstva hlienu progresívne stenčuje.
• Zvýšená sekrécia zápalových cytokínov: Kompresia epiteliálnych buniek v dôsledku suchého vzduchu vedie k zvýšenej sekrécii prozápalových cytokínov TNF-α, IL-33 a IL-6. Najvyššie koncentrácie cytokínov boli pozorované pri najnižšej relatívnej vlhkosti (30%).
• Zápal v myšom modeli: Intermitentná expozícia suchému vzduchu vyvolala zápalovú odpoveď v pľúcach myší s dehydratovanými dýchacími cestami (Scnn1b-Tg), prejavujúcu sa infiltráciou eozinofilov a lymfocytov a fokálnou parenchymálnou konsolidáciou.
• Vplyv globálneho otepľovania: Klimatické modely predpovedajú, že v dôsledku globálneho otepľovania sa v neskoršej polovici tohto storočia výrazne zvýši riziko vysokého VPD v kontinentálnych Spojených štátoch, najmä počas letných mesiacov. To znamená, že väčšina územia USA bude vystavená zvýšenému riziku zápalu dýchacích ciest. Riziko vysokého VPD je vo všeobecnosti vyššie v mestských oblastiach, ale vzhľadom na rozlohu vidieckych oblastí s vysokým rizikom bude celkové riziko podobné pre mestské aj vidiecke komunity. Zimné VPD je nízke vonku, ale vykurovanie vnútorného vzduchu v zime zvyšuje laryngeálne VPD.
• Mouth breathing (dýchanie ústami) zvyšuje riziko vysokého laryngeálneho VPD a zápalovej kompresie epiteliálnych buniek v hrtane a priedušnici v porovnaní s nosovým dýchaním, ktoré zaisťuje vyššiu relatívnu vlhkosť vdychovaného vzduchu. Zvýšená prevalencia chronického dýchania ústami prispieva k tomuto riziku.

Diskusia a závery:

Štúdia dospela k záveru, že transpirácia hlienu predstavuje potenciálny chronický zdroj mechanickej kompresie epiteliálnych buniek dýchacích ciest, ktorá môže prispievať k patogenéze chronických respiračných ochorení. Zistené zvýšenie zápalových cytokínov v dôsledku vystavenia suchému vzduchu (VPD = 4,4 kPa) je spojené so zápalmi charakteristickými pre astmu.

Autori zdôrazňujú, že riziko zápalu dýchacích ciest v dôsledku globálneho otepľovania pravdepodobne narastie. Chronická expozícia vzduchu s vysokým VPD sa zvyšuje aj v dôsledku presunu populácie do interiérov a nárastu prevalencie dýchania ústami.

Štúdia identifikuje určité obmedzenia, ako napríklad zameranie sa na časovo priemerné procesy dýchania a neadresovanie vplyvu chronickej kompresie hlienu v menších dýchacích cestách. Taktiež simulácie rizika v súvislosti s globálnym otepľovaním nezohľadňovali extrémne počasie ani riziko zápalu z vnútorného vzduchu.

Napriek týmto obmedzeniam štúdia zdôrazňuje dôležitosť pochopenia následkov dýchania vzduchu so zvýšeným VPD a potrebu manažmentu hydratácie dýchacích ciest v kontexte klimatických zmien. Spring

Štúdia je publikovaná v časopise nature

---

Glosár Kľúčových Pojmov

• Vapor Pressure Deficit (VPD): Tlakový deficit pary, rozdiel medzi tlakom nasýtenej pary vody a aktuálnym tlakom pary vody vo vzduchu. Charakterizuje „suchosť vzduchu“ a jeho tendenciu prijímať ďalšiu vlhkosť.
• Transpirácia hlienu: Proces vyparovania vody z hlienovej vrstvy v dýchacích cestách do vdychovaného vzduchu, podobný transpirácii vody z rastlinných listov.
• Mukociliárny transport: Mechanizmus čistenia dýchacích ciest, pri ktorom koordinovaný pohyb riasiniek na epitelových bunkách posúva hlien a zachytené častice smerom nahor, odkiaľ sú odstránené.
• Zápalové cytokíny: Proteíny uvoľňované bunkami imunitného systému a epitelovými bunkami v reakcii na poškodenie alebo infekciu, ktoré spúšťajú a regulujú zápalovú odpoveď (napr. TNF-α, IL-33, IL-6).
• Epitelové bunky dýchacích ciest: Bunky tvoriace výstelku dýchacích ciest, ktoré produkujú hlien a majú riasinky. Zohrávajú kľúčovú úlohu pri ochrane dýchacích ciest a imunitnej odpovedi.
• Muco-zápalový fenotyp: Stav charakterizovaný prítomnosťou nadmerného množstva hlienu a zápalu v dýchacích cestách, často spojený s chronickými respiračnými ochoreniami.
• Histopatologické zmeny: Mikroskopické zmeny v tkanivách, ktoré poukazujú na prítomnosť ochorenia alebo patologického procesu.
• Bronchoalveolárna laváž (BAL): Procedúra, pri ktorej sa do pľúc vstrekne a následne odsaje tekutina, aby sa získali bunky a iné zložky z povrchu dolných dýchacích ciest na diagnostické účely.
• Reprezentatívna koncentračná cesta (RCP 8.5): Scenár budúceho vývoja emisií skleníkových plynov, ktorý predpokladá vysoké emisie a výrazné oteplenie planéty do konca 21. storočia.
• Osmotický tlak: Tlak, ktorý vzniká v dôsledku rozdielu v koncentrácii rozpustených látok medzi dvoma roztokmi oddelenými semipermeabilnou membránou. V kontexte hlienu ovplyvňuje jeho hydratáciu a viskozitu.