Oksidativni potencijal lebdećih čestica i organski markeri onečišćenja zraka – OxAirTracers

Trajanje projekta: 36 mjeseci
Početak projekta: 12. siječnja 2026.

Općenito

Kvaliteta zraka danas predstavlja jedno od glavnih javnozdravstvenih pitanja te je odgovorna za 4,2 milijuna prijevremenih smrti širom svijeta svake godine (WHO), a predviđa se da bi se taj broj mogao udvostručiti do 2050. godine. Najsnažniji dokazi o zabrinutosti za javno zdravlje odnose se na lebdeće čestice (PM, engl. particulate matter) koje smanjuju očekivani životni vijek, uzrokuju i pogoršavaju brojne bolesti te negativno utječu na ekosustave, klimatsku stabilnost i okoliš. Kratkoročna izloženost PM-u može dovesti do različitih oblika kardiovaskularnih i respiratornih bolesti, dok dugoročna izloženost može rezultirati urođenim srčanim manama i štetnim učincima na kardiovaskularni sustav. Izloženost PM-u povezana je i s neurološkim poremećajima, pretilošću, metaboličkim poremećajem poput dijabetesa, kognitivnim propadanjem i nepovoljnim ishodima trudnoće.

U znanosti o kvaliteti zraka, PM se klasificira prema veličini, pri čemu su najčešće kategorije PM₁₀ (aerodinamički promjer < 10 μm), PM_2,5 (< 2,5 μm), PM₁ (< 1 μm) i PM_0,1 (< 0,1 μm). Veličina čestica utječe na način njihovog ulaska u ljudski organizam – grube čestice (npr. PM_2,5–10) se mogu filtrirati u gornjim dišnim putovima, dok sitnije (PM_2,5 ili PM₁) prodiru dublje, čak do kardiovaskularnog i živčanog sustava, kao što je slučaj s PM_0,1. PM su smjesa čestica različitog kemijskog sastava, veličine i oblika, što ovisi o izvorima emisije i transformacijskim procesima u atmosferi. Posljedično, toksičnost PM-a znatno varira. Zdravstveni učinci PM-a ovise o izvorima i kemijskom sastavu aerosola, a neke komponente mogu ozbiljno oštetiti plućne stanice izazivanjem upale. Iako se masena koncentracija PM-a često koristi za procjenu rizika, ona ne odražava njihovu stvarnu toksičnost, koja ovisi o fizikalno-kemijskim svojstvima. Izloženost PM-u izaziva upalne reakcije u plućima, a oksidativni stres, uzrokovan neravnotežom između reaktivnih vrsta kisika (ROS) i antioksidativne obrane stanica, ključan je mehanizam njihove toksičnosti.

Oksidativni potencijal (OP), koji označava sposobnost PM-a da prenosi ROS ili potiče njihovu sintezu in vitro, sve se češće koristi kao pokazatelj toksičnih učinaka. PM može povećati razinu ROS-a izravnim prijenosom ili interakcijom s biološkim molekulama, narušavajući redoks ravnotežu organizma, što može dovesti do respiratornih, kardiovaskularnih i neuroloških poremećaja, uključujući astmu i kronični bronhitis. OP lebdećih čestica ovisi o njihovom kemijskom sastavu, no potpuno određivanje svih komponenti PM-a ostaje izazov. OP se smatra preciznijim pokazateljem toksičnosti od same mase PM-a jer procjenjuje sposobnost generiranja ROS-a, uzimajući u obzir veličinu čestica, specifičnu površinu i kemijski sastav. Frakcija PM_2,5 posebno je značajna zbog jačeg oksidativnog stresa koji izaziva. Iako postoje metode za određivanje OP-a u laboratoriju, još uvijek postoje i brojni izazovi u usporedbi različitih metoda ispitivanja.

Razvijeni su različiti acelularni testovi za mjerenje OP-a, koji se dijele na one koji mjere proizvodnju oksidansa i one koji prate iscrpljivanje antioksidansa. Testovi proizvodnje oksidansa uključuju hidroksilne radikalne (OH) testove i testove elektronske paramagnetske rezonance (EPR), dok testovi iscrpljivanja obuhvaćaju testove askorbinske kiseline (AA), glutationa (GSH) te ditiotreitola (DTT). Dok su AA i GSH ključni za staničnu i izvanstaničnu obranu, DTT se često koristi kao zamjena za biološke reducense. Uočeno je da postoji značajna razlika između rezultata dobivenih različitim metodama koja ovisi i o karakteristikama same lokacije mjerenja, odnosno prisutnim dominantnim izvorima onečišćenja zraka. Usporedba prostorne raspodjele OP-a s izvorima PM-a pokazala se korisnom za njihovu identifikaciju. Mnoge nepoznanice i dalje postoje u vezi OP testova, uključujući koji testovi su najpouzdaniji u predviđanju zdravstvenih ishoda i koje komponente PM-a generiraju signale zabilježene u tim testovima. Kemijski sastav PM-a i određivanje njihovog OP-a usko su povezani s biološkim odgovorom organizma.

U okviru projekta planira se uvođenje dviju najčešće korištenih metoda, što uključuje analizu DTT i analizu AA. AA je prevladavajući prirodni antioksidans u plućima, dok DTT djeluje kao kemijski surogat staničnih reducensa, poput nikotinamid adenin dinukleotida (NADH) i nikotinamid adenin dinukleotid fosfata (NADPH). Do potrošnje ovih antioksidansa dolazi kada komponente prisutne u PM-u katalitički prenose jedan elektron s molekule AA ili DTT na molekularni kisik, generirajući superoksidni anion i oponašajući ključni početni korak in vivo nastanka ROS-a. DTT oksidira u svoj disulfidni oblik nakon interakcije s redoks aktivnim spojevima prisutnim u PM-u, a linearna stopa raspadanja DTT-a koristi se kao indeks oksidativnog kapaciteta PM-a. Analiza AA po izvedbi je slična analizi DTT-a. Nakon kontrolirane inkubacije AA u vodenom ekstraktu, mjerenje smanjenja koncentracije AA tijekom vremena izravno se prati smanjenjem UV-Vis absorbancije askorbinskog iona. Iako su različite metode za analizu OP-a osjetljive na iste redoks aktivne vrste, one se razlikuju u povezanosti s kemijskim komponentama PM-a koje pridonose ukupnom OP-u. Analiza DTT-a uglavnom je osjetljiva na organske spojeve koji se većinom nakupljaju u finoj frakciji PM-a, dok AA uglavnom reagira na metale koji se uglavnom nakupljaju u grubim česticama. Prilikom određivanja OP-a predlaže se sinergijski pristup koji koristi višestruke metode za prikupljanje najpotpunijih informacija o reaktivnosti PM-a. Metodama razvijenim u ovom projektu provela bi se prva, indikativna mjerenja OP-a lebdećih čestica u Republici Hrvatskoj (RH) na više lokacija.