Ανάπτυξη μεθοδολογίας για την εκτίμηση της τοξικότητας σωματιδιακών εκπομπών από οχήματα
Authors: Τζαμκιώζης Θεόδωρος 
Published: January 2014

Η παρούσα εργασία παρουσιάζει τα αποτελέσματα της ενοποίησης μεθόδων από διαφορετικά γνωστικά αντικείμενα, με στόχο την κατανόηση των επιδράσεων της σωματιδιακής ύλης στην ανθρώπινη υγεία. Για το σκοπό αυτό δείγματα σωματιδιακής ύλης από οχήματα διαφορετικής τεχνολογίας συλλέχθηκαν ως υδάτινα εναιωρήματα, με την βοήθεια ενός συστήματος εμπλουτισμού αερολυμάτων (VACES). Η τεχνική αυτή οδηγεί στη συλλογή σωματιδιακής ύλης, διατηρώντας αναλλοίωτα τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά των σωματιδίων. Δείγματα σωματιδίων συλλέχθηκαν από ένα βενζινοκίνητο όχημα προδιαγραφής Euro 3 και από δύο οχήματα diesel που τηρούσαν τις προδιαγραφές Euro 2 και Euro 4. Το όχημα προδιαγραφής Euro 2 εφοδιάστηκε με συμβατικό καύσιμο diesel και στη συνέχεια με 100% βιοντίζελ από σογιέλαιο. Το όχημα προδιαγραφής Euro 4 μετρήθηκε και εναλλακτικά με φίλτρο αιθάλης. Συνολικά, μετρήθηκαν πέντε διαμορφώσεις οχημάτων που οδήγησαν στη συλλογή πέντε αντίστοιχων δειγμάτων σωματιδίων. Σωματιδιακή ύλη από τις πέντε διαμορφώσεις οχημάτων συλλέχθηκε επιπρόσθετα με τον παραδοσιακό τρόπο σε φίλτρα. Στα δείγματα αυτά προσδιορίστηκε η ποσότητα στοιχειακού άνθρακα (EC), οργανικού άνθρακα (OC), υδατοδιαλυτού οργανικού άνθρακα (WSOC), μετάλλων και ανόργανων ιόντων και επιπλέον προσδιορίστηκανεπιμέρους οργανικά συστατικά (χοπάνια, στεράνια, οργανικά οξέα, πολυαρωματικοί υδρογονάνθρακες). Ο προσδιορισμός του οξειδωτικού στρες που προκαλεί το κάθε δείγμα ποσοτικοποιήθηκε με τη βοήθεια δύο αναλύσεων, μιας χημικής μεθόδου (κατανάλωση ουσίας Dithiothreitol) και μιας in vitro μεθόδου με την οποία προσδιορίζεται η παραγωγή δραστικών ριζών οξυγόνου (ROS) από τα κύτταρα. Τα δείγματα σε εναιωρήματα εγχύθηκαν ενδοτράχεια στους πνεύμονες ποντικών σε δύο επίπεδα δόσης (50 μl και 100 μl). Μετά από 24 ώρες οι ποντικοί υποβλήθηκαν σε βρογχοεκπλύσεις (BAL) με σκοπό τον προσδιορισμό οξείων φλεγμονών και αιματολογικών μεταβολών. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα δείγματα σωματιδιακής ύλης προκαλούν μέση αλλά στατιστικά σημαντική αντίδραση του οργανισμού τωνποντικών, η ένταση της οποίας εξαρτάται από το όχημα – πηγή της σωματιδιακής ύλης. Οι αντιδράσεις του οργανισμού παρουσιάζουν ισχυρή συσχέτιση με διάφορα οργανικά και ανόργανα συστατικά όπως το βένζο(a)ανθρακένιο, το χρυσένιο, τα Mn, Fe και Cu,ορισμένους βαρείς PAH αλλά και με το δυναμικό της σωματιδιακής ύλης να ερεθίζει τα κύτταρα με αποτέλεσμα αυτά να παράγουν ROS. Τελικά, σχεδιάζονται ποιοτικά καμπύλες «αντίδραση-δόση» για τις πέντε διαμορφώσεις οχημάτων που μετρήθηκαν. Τα αποτελέσματα αποκαλύπτουν ότι η φλεγμονώδης αντίδραση του οργανισμού δεν είναι γραμμική συνάρτηση της ποσότητας της δόσης με αποτέλεσμα η παρατηρούμενη τοξικότητα να εξαρτάται από το επίπεδο της δόσης. Η μέθοδος που αναπτύχθηκε επιτρέπει την εξαγωγή κάποιων αρχικών συμπερασμάτων σε σχέση με την επίπτωση των σωματιδίων από διαφορετικές πηγές στη λειτουργία κυττάρων και οργανισμών. Προφανώς, επιβεβαίωση και διευκρίνιση των συμπερασμάτων αυτών απαιτεί περαιτέρω μελέτη, με επέκταση ή/και επανάληψη των μετρήσεων σε συνδυασμούς οχημάτων/καυσίμων. Η παρούσα εργασία παρέχει ωστόσο τα εργαλεία για μια τέτοια διερεύνηση. Στο πλαίσιο αυτό, τα κύρια συμπεράσματα που εξήχθησαν μπορούν να συνοψιστούν στα ακόλουθα σημεία: 1. Χρησιμοποιήθηκαν πέντε διαφορετικές μεθοδολογίες εκτίμησης της τοξικότητας και η σύνοψη των αποτελεσμάτων δείχνει τα εξής: • Η μέθοδος DTT είναι ευαίσθητη στο οργανικό μέρος της σωματιδιακής ύλης. Έτσι, όταν τα αποτελέσματα εκφράζονται ανά μονάδα μάζας της σωματιδιακής ύλης τα οχήματα ιεραρχούνται με βάση την τοξικότητα τους ως εξής: B100 Euro 2> D Euro 4> D Euro 4+> D Euro 1> G Euro 3. Από την άλλη μεριά, αν τα αποτελέσματα εκφραστούν ανά οχηματοχιλιόμετρο, η σειρά αλλάζει και γίνεται: D Euro 1> B100 Euro 2> D Euro 4> G Euro 3> D Euro 4+. Τα οχήματα B100 Euro 2 και D Euro 4 βρίσκονται ψηλά στην ιεραρχία ανεξάρτητα από τον τρόπο έκφρασης της τοξικότητας. • Η μέθοδος ROS είναι εξαιρετικά ευαίσθητη στα μεταβατικά μέταλλα που βρίσκονται στη σωματιδιακή ύλη. Η μέθοδος αυτή αναδεικνύει το όχημα G Euro 3 ως το πιο τοξικό ανεξάρτητα από τον τρόπο έκφρασης των αποτελεσμάτων (είτε ανά μάζα, είτε ανά οχηματοχιλιόμετρο). Ακολουθούν τα οχήματα D Euro 1 και B100 Euro 2 με μεγάλη διαφορά στην τοξικότητα. Η τοξικότητα της σωματιδιακής ύλης που εκπέμφθηκε από τις δύο διαμορφώσεις του οχήματος Honda Accord δεν ήταν ανιχνεύσιμη με τη συγκεκριμένη μέθοδο. • Η μέθοδος BAL χρησιμοποιήθηκε για την ποσοτικοποίηση της οξείας φλεγμονώδους αντίδρασης του οργανισμού και της βλάβης των ιστών. Αναφορικά με την οξεία φλεγμονώδη αντίδραση, δύο ήταν τα οχήματα που οδήγησαν σε στατιστικά σημαντικά αποτελέσματα: το G Euro 3 και το D Euro 1. Από την άλλη μεριά, βλάβη σε ιστούς προκάλεσαν όλα τα οχήματα diesel, όταν στους ποντικούς δόθηκε η υψηλή δόση των 100 μl. Μάλιστα, η μεγαλύτερηβλάβη προκλήθηκε από το όχημα D Euro 4. Με τη δόση των 50 μl τα οχήματα που έδωσαν στατιστικά σημαντικά αποτελέσματα ήταν τα G Euro 3 και D Euro 1. • Η μέθοδος FMT έδωσε ενδείξεις για σημαντική τοξικότητα του οχήματος G Euro 3. • Η μέθοδος του κρυοστάτη έδωσε ενδείξεις για τοξικότητα του οχήματος με βιοντίζελ. 2. Από τα παραπάνω αποτελέσματα, ο χαρακτηρισμός του πιο τοξικού συνδυασμού οχήματος/καυσίμου μπορεί να αποδοθεί στη διαμόρφωση G Euro 3. Ακολουθούν τα οχήματα B100 Euro 2, D Euro 1 και D Euro 4. Ο λιγότερο τοξικός συνδυασμός οχήματος/καυσίμου είναι το όχημα D Euro 4+. 3. Η εργασία αυτή παρείχε τα εργαλεία για τη διεξαγωγή πειραμάτων εκτίμησης τοξικότητας με αποτελέσματα αρκετά ενθαρρυντικά. Εντοπίστηκαν ενώσεις που φαίνεται να συμμετέχουν κυρίαρχα στους μηχανισμούς τοξικότητας (Fe, Mn, Cu, βένζο(a)ανθρακένιο, χρυσένιο και βαρείς πολυαρωματικοί υδρογονάνθρακες). Ηδιαφορετική φύση των ουσιών αυτών (μέταλλα, υδρογονάνθρακες) αντικατοπτρίζουν τουλάχιστον δύο βασικούς μηχανισμούς τοξικότητας. Τέλος, αποκαλύφθηκε η αδυναμία εκτίμησης της τοξικότητας ενός δείγματος από μία μοναδική δόση. 4. Η επανάληψη των πειραμάτων με μεγαλύτερο αριθμό μετρήσεων και ποντικών και η επέκταση των μετρήσεων σε διαφορετικούς συνδυασμούς οχήματος/καυσίμου, αφενός θα ενισχύσει τη γνώση σχετικά με τους μηχανισμούς τοξικότητας, αφετέρου θα διευκολύνει την ανεύρεση των πραγματικών μηχανισμών τοξικότητας που ενεργοποιούνται από τη σωματιδιακή ύλη στα κύτταρα και στους οργανισμούς.