Відомо, що залізо токсично для клітин мозку, і, як вважають, крихітні магнітні частинки заліза (магнетит) беруть участь у розвитку неврологічних розладів. Зараз ми вперше ідентифікований рясна присутність цих високореактивних частинок в мозку людини.

Попередні дослідження запропонували що в мозку, ураженому хворобою Альцгеймера, є підвищена кількість магнетиту, і що ці частинки можуть бути пов’язані з розвитком хвороби. Ми задавались питанням, чи може цей збільшений магнетит мозку надходити від вдихання забрудненого повітря.

Дуже дрібні круглі частинки, виготовлені з магнетиту (так звані наносфери магнетиту), містять багато міського забруднення повітря. Вони утворюються при високих температурах і при охолодженні конденсуються у вигляді багатих на залізо крапель. Діаметр цих частинок варіюється від менш ніж 5 нм (нанометрів) до понад 100 нм (для порівняння ВІЛ становить 120 нм у діаметрі) і часто їх можна знайти разом із частинками забруднення, виготовленими з інших металів.

Транспортні засоби є основним джерелом цих наносфер магнетиту. Вони створюються спалюванням палива (особливо дизельного), зносом заліза від блоку двигуна та нагріванням тертям від гальмівних колодок. На додаток до деяких професійних умов, високі концентрації наночастинок забруднення магнетитом можуть вироблятися в приміщенні через відкриті вогнища або погано закриті печі, що використовуються для приготування їжі або опалення.

Більші частинки магнетиту можуть мати діаметр більше 10 мікрометрів (приблизно розмір краплі води в хмарі) і надходити з промислових джерел, таких як електростанції, але лише частинки забруднення магнетитом розміром менше 200 нм можуть потрапляти в мозок безпосередньо шляхом вдиху через ніс. Потім вони можуть подорожувати нервовими клітинами нюхової цибулини (див. Ілюстрацію).

Обминаючи гематоенцефалічний бар’єр. Патрік Дж. Лінч, CC BYГематоенцефалічний бар’єр - захисна клітинна стінка, яка перешкоджає потраплянню шкідливих речовин в мозок - не захищає від такого типу назального входу, тому ці дрібні частинки можуть відносно безперешкодно потрапляти в мозок. Після потрапляння наночастинок у ці нюхові зони вони можуть поширюватися в інші відділи мозку, включаючи гіпокамп та кору головного мозку, які є регіонами, ураженими хворобою Альцгеймера.

Наявність у мозку магнетиту може спричинити події, що ведуть до нейродегенеративних захворювань. Магнетит містить суміш двох видів заліза, що називається залізним і двовалентним залізом. Доведено, що двовалентне залізо є ефективним каталізатором для отримання дуже реакційноздатних і руйнуючих молекул, які називаються «активними формами кисню». Як відомо, пошкодження мозку внаслідок цих типів молекул виникають дуже рано при перебігу хвороби Альцгеймера.

Ключовою зміною мозку при цій хворобі є формування “старечі бляшки”, Які являють собою скупчення аномального білка, виявленого між нервовими клітинами. Встановлено, що частинки магнетиту безпосередньо пов’язані з ними старечі бляшки, а також для посилення токсичності білка, який знаходиться в центрі кожного з них.

Щоб дослідити, чи може магнетит із зовнішніх джерел існувати в мозку людини, ми використовували магнітні, електронно-мікроскопічні та інші методи для дослідження зразків мозку від 37 трупів - віком від трьох до 92 років на момент смерті - які жили в Мехіко або в Манчестері, Великобританія. Ми виявили, що багато високомагнітних зразків мозку брали люди у віці до 40 років із Мехіко, які зазнали високого рівня забруднення повітря, а у старих випадках у Манчестері (понад 65 років при смерті) із середньою та важкою хворобою Альцгеймера .

Більшість частинок магнетиту у зразках мозку були сферичними та відрізнялись за розмірами та формою від частинок магнетиту, які зустрічаються в природі у людей та тварин. Вони мали діаметр від 5 нм до 150 нм і були знайдені разом з наночастинками, що містять інші метали, такі як платина, нікель та кобальт, які природним чином не потрапляли б у мозок. Ми також витягли частинки магнетиту з мозку за допомогою ферменту. Фермент розчинив мозкову тканину і залишив цілісні частинки магнетиту. Потім ці частинки витягували за допомогою магніту. Частинки були вражаючим збігом для наносфер магнетиту, виявлених в забрудненні повітря.

Оскільки менше 5% випадків хвороби Альцгеймера передаються у спадок безпосередньо, цілком ймовірно, що довкілля відіграє важливу роль у захворюванні. Через їх поєднання дуже крихітних, відомих як токсичні для мозку, і дуже часто зустрічаються при забрудненні повітря, наночастинки забруднення магнетитом потребують вивчення як можливий ризик захворювань мозку, включаючи хворобу Альцгеймера. Якщо буде виявлено зв'язок із здоров'ям людини, це матиме серйозні наслідки для законів, що обмежують вплив цього виду забруднення повітря.

Про авторів

Барбара Махер, професор, екологія, Ланкастерський університет. Співдиректор провідного в світі Центру екологічного магнетизму та палеомагнетизму Ланкастера

Девід Олсо, професор кафедри неврології з Ланкастерського університету

Ця стаття була спочатку опублікована на Бесіда. Читати оригінал статті.

Суміжні книги

at InnerSelf Market і Amazon