Diesel exhaust particles sensitise airway TRPV1 and shift cardiac autonomic balance in healthy humans: a randomised, double-blind, crossover controlled exposure study of genotype-dependent susceptibility

Ogni giorno, l'aria che respiriamo trasporta minuscole particelle di fuliggine e polvere, spesso provenienti dallo scarico dei motori diesel. Da decenni, gli scienziati sanno che quando queste particelle aumentano nell'aria, un numero maggiore di persone soffre di attacchi cardiaci e problemi respiratori entro poche ore. Questa velocità è un enigma. È troppo rapida perché il corpo possa reagire attraverso la lenta e pesante macchina dell'infiammazione, che di solito impiega giorni per svilupparsi. Invece, questa reazione rapida suggerisce un tipo diverso di sistema di allarme: un segnale diretto, simile a un riflesso, che viaggia dai polmoni al cuore, bypassando i soliti messaggeri chimici. La chiave di questo allarme è un tipo specifico di fibra nervosa nelle vie aeree che agisce come un filo spinato sensibile. Quando questi nervi vengono stimolati, possono causare la tosse e possono anche inviare un segnale al cuore per cambiare il suo ritmo.

I ricercatori sospettavano da tempo che le particelle di scarico diesel potessero far scattare questo filo direttamente, ma dimostrarlo in esseri umani vivi era difficile. Avevano bisogno di vedere se l'inalazione di queste particelle potesse effettivamente rendere i nervi delle vie aeree più sensibili e spostare l'equilibrio del cuore verso uno stato di "lotta o fuga", il tutto entro una singola sessione. Volevano anche sapere perché alcune persone sembrano reagire fortemente all'inquinamento mentre altre no. La risposta potrebbe risiedere nei nostri geni, specificamente nelle minuscole variazioni del DNA che costruisce questi sensori nervosi. Se i sensori sono costruiti in modo leggermente diverso in alcune persone, potrebbero essere più facilmente stimolati dalla stessa quantità di inquinamento.

Per trovare la risposta, un team di scienziati dell'Ospedale Universitario di Padova, in Italia, ha progettato un esperimento accurato con ventitré adulti sani e non fumatori. Lo studio è stato impostato in modo che ogni persona servisse come controllo di se stessa, eliminando l'incertezza del confronto tra persone diverse. Ogni volontario ha visitato il laboratorio tre volte. Nella prima visita, hanno stabilito una linea di base. Nelle successive due visite, separate da almeno una settimana, hanno inalato una nebbia. In ordine casuale, hanno respirato o una innocua nebbia salina o una nebbia contenente una quantità precisa di particelle di scarico diesel. La quantità di diesel inalata è stata calcolata per corrispondere a quella che un lavoratore potrebbe respirare durante un intenso turno di due ore, ma era comunque al di sotto del limite legale per una giornata intera di lavoro. Né i volontari né gli scienziati sapevano quale nebbia venisse inalata in ogni momento, garantendo che i risultati non fossero influenzati dalle aspettative.

Dopo aver inalato la nebbia, i ricercatori hanno testato immediatamente le vie aeree e il cuore dei volontari. Per controllare le vie aeree, hanno utilizzato un test standard che prevede la capsaicina, la sostanza chimica che rende piccante i peperoncini. Hanno chiesto ai volontari di respirare quantità crescenti di capsaicina finché non tossivano due volte. Più bassa era la quantità necessaria per scatenare la tosse, più sensibili erano i nervi delle vie aeree. Per controllare il cuore, hanno registrato i battiti cardiaci dei volontari mentre giacevano immobili, cercando sottili cambiamenti nel ritmo che indichino se il corpo si stia orientando verso il rilassamento o lo stress. Hanno anche prelevato campioni di sangue per vedere se le difese naturali del corpo contro lo stress chimico venissero consumate.

I risultati sono stati chiari e immediati. Quando i volontari hanno inalato le particelle di diesel, le loro vie aeree sono diventate significativamente più sensibili. La quantità di capsaicina necessaria per farli tossire è diminuita di quasi la metà rispetto a quando avevano inalato l'innocua nebbia salina. Ciò ha dimostrato che le particelle di diesel avevano sensibilizzato direttamente le fibre nervose nei polmoni, rendendole più inclini a scattare. Allo stesso tempo, i cuori dei volontari hanno mostrato uno spostamento distinto dell'equilibrio. I dati hanno rivelato che il ritmo del cuore si è spostato verso uno stato di maggiore allerta, con la risposta allo stress del corpo che prendeva il sopravvento sulla risposta di rilassamento. Interessantemente, la frequenza cardiaca effettiva dei volontari non è cambiata; lo spostamento era nel sistema di controllo sottostante, un sottile ma potente riassetto di come il cuore viene gestito dal sistema nervoso.

I test del sangue hanno raccontato una terza parte della storia. Dopo aver inalato il diesel, il sangue dei volontari ha mostuto un brusco calo della loro capacità antiossidante naturale. Queste sono le sostanze chimiche che il corpo usa per neutralizzare le sostanze nocive. Il fatto che queste difese siano state consumate, mentre i livelli di sottoprodotti nocivi rimanevano stabili, suggerisce che il corpo stesse attivamente combattendo le particelle nel momento stesso in cui venivano inalate. Era una battaglia rapida e localizzata che avveniva entro pochi minuti, non giorni.

Forse il risultato più rivelatore riguardava il motivo per cui le reazioni variavano da persona a persona. I ricercatori hanno esaminato il DNA di ciascun volontario, concentrandosi sui geni specifici che costruiscono i sensori dei nervi delle vie aeree. Hanno scoperto che le persone che portavano un numero maggiore di specifiche variazioni genetiche in questi sensori mostravano le reazioni più forti nel ritmo cardiaco. Più variazioni possedeva una persona, più l'equilibrio del suo cuore si spostava verso lo stress dopo aver respirato il diesel. Questo legame genetico era specifico per l'esposizione al diesel per quanto riguarda il cuore; tuttavia, le stesse variazioni genetiche non mostravano un legame statisticamente affidabile con la sensibilità delle vie aeree, poiché tale associazione non reggeva dopo rigorosi controlli statistici. Ciò suggerisce che, per alcune persone, la loro costituzione genetica rende il controllo nervoso del cuore unicamente vulnerabile al contatto diretto dell'inquinamento, trasformando un'esposizione di routine in un evento fisiologico significativo, mentre la risposta di sensibilità delle vie aeree appare meno dipendente da questi specifici fattori genetici.

Questo studio fornisce la prima prova diretta in esseri umani che le particelle di scarico diesel possono innescare un rapido sistema di allarme basato sui nervi che influenza sia la respirazione che la funzione cardiaca. Dimostra che il pericolo dei picchi di inquinamento non riguarda solo i danni a lungo termine, ma anche le reazioni rapide e simili a riflessi che avvengono entro pochi minuti. Inoltre, identifica un fattore genetico che determina chi è più a rischio riguardo ai cambiamenti del ritmo cardiaco. Sebbene lo studio abbia coinvolto un piccolo gruppo di giovani adulti sani, i risultati suggeriscono che la risposta del corpo all'inquinamento da traffico è un complesso intreccio tra l'ambiente e la nostra biologia individuale, con i nostri geni che giocano un ruolo critico nel modo in cui i nostri nervi e i nostri cuori reagiscono all'aria che respiriamo.