Järn är känt att vara giftigt mot hjärnceller, och små magnetiska järnpartiklar (magnetit) anses vara involverade i utvecklingen av neurologiska störningar. Nu har vi för första gången identifierade den rikliga närvaron av dessa starkt reaktiva partiklar i mänskliga hjärnor.

tidigare studier har föreslagit att det finns ökade mängder magnetit i Alzheimers drabbade hjärnor och att dessa partiklar kan vara kopplade till sjukdomsutvecklingen. Vi undrade om denna ökade hjärnmagnetit kunde komma ifrån inandning av förorenad luft.

Mycket små, runda partiklar gjorda av magnetit (kallad magnetit nanospherer) är rikliga i stadsluftförorening. De bildas vid höga temperaturer och kondenseras som järrika droppar när de kyler. Dessa partiklar sträcker sig i diameter från mindre än 5nm (nanometer) till mer än 100nm (för att jämföra en HIV är 120nm i diameter) och finns ofta tillsammans med föroreningspartiklar gjorda av andra metaller.

Fordon är en viktig källa till dessa magnetit nanospheres. De skapas genom bränsleförbränning (särskilt diesel), järnslitage från motorblocket och friktionsuppvärmning från bromsbelägg. Förutom vissa yrkesinställningar kan höga koncentrationer av magnetitföroreningar nanopartiklar produceras inomhus genom öppna eldar eller dåligt förseglade spisar som används för matlagning eller uppvärmning.

Större magnetitpartiklar kan vara större än 10-mikrometer i diameter (ungefär molnvattendroppens storlek) och kommer från industriella källor, såsom kraftverk, men endast magnetitföroreningspartiklar som är mindre än 200nm kan komma in i hjärnan direkt genom att andas in genom näsan. De kan sedan resa genom luftslubbens nervceller (se illustration).

Biföra blod-hjärnbarriären. Patrick J. Lynch, CC BYBlod-hjärnbarriären - den skyddande cellväggen som förhindrar skadliga ämnen i hjärnan - skyddar inte mot denna typ av nasal ingrepp, så dessa små partiklar kan komma in i hjärnan relativt oförhindrad. Efter att nanopartiklar har gått in i dessa luktområden kan de spridas till andra delar av hjärnan, inklusive hippocampus och hjärnbarken, vilka är drabbade av Alzheimers sjukdom.

Närvaron i magnetins hjärna kan utlösa händelser som leder till neurodegenerativ sjukdom. Magnetit innehåller en blandning av två typer av järn, kallad järn och järn. Järnjärn har visat sig vara en effektiv katalysator för produktion av mycket reaktiva och skadliga molekyler som kallas "reaktiva syrearter". Hjärnskador på grund av dessa typer av molekyler är kända för förekommer väldigt tidigt i samband med Alzheimers sjukdom.

En viktig förändring i hjärnan i denna sjukdom är bildandet av "senila plack", Vilka är klumpar av onormalt protein som finns mellan nervcellerna. Magnetitpartiklar har visat sig vara direkt associerade med dessa senila plack, och för att öka toxiciteten hos proteinet som finns i mitten av varje.

För att undersöka om magnetit från externa källor kan existera i mänskliga hjärnor, använde vi magnetiska, elektronmikroskopiska och andra tekniker för att undersöka hjärnprover från 37-cadavers - i åldern tre till 92 år vid dödsfallet - som hade bott i Mexico City eller i Manchester, STORBRITANNIEN. Vi fann att många av de högt magnetiska hjärnproverna var från personer under 40s ålder från Mexico City som hade utsatts för höga luftföroreningar och i äldre Manchester-fall (över 65-år i dödsfall) med måttlig till svår Alzheimers sjukdom .

De flesta magnetitpartiklarna i hjärnproverna var sfäriska och olika i storlek och form från magnetitpartiklarna som naturligt förekommer hos människor och djur. De varierade i diameter från 5nm till 150nm och hittades tillsammans med nanopartikler innehållande andra metaller, såsom platina, nickel och kobolt, vilket inte skulle förekomma naturligt i hjärnan. Vi extraherade också magnetitpartiklarna från hjärnorna med hjälp av ett enzym. Enzymet löst hjärnvävnaden och lämnade magnetitpartiklarna intakta. Dessa partiklar extraherades sedan med användning av en magnet. Partiklarna var en slående match för magnetit nanosphererna som finns i luftföroreningar.

Eftersom mindre än 5% av Alzheimers sjukdomar är direkt ärvda, är det troligt att miljön spelar en viktig roll i sjukdomen. På grund av deras kombination av att vara väldigt liten, som är känd för att vara giftig för hjärnor, och som vanligtvis finns i luftföroreningar, måste magnetitförorening nanopartiklar undersökas som en möjlig risk för hjärtsjukdomar, inklusive Alzheimers. Om en länk till människors hälsa upptäcks skulle detta få stora konsekvenser för lagar som begränsar exponering för denna typ av luftförorening.

Om Författarna

Barbara Maher, professor, miljövetenskap, Lancaster University. Meddirektör för Lancasters världsledande centrum för miljömagnetism och paleomagnetism

David Allso, professor i neurovetenskap, Lancaster University

Den här artikeln publicerades ursprungligen den Avlyssningen. Läs ursprungliga artikeln.

relaterade böcker

at InnerSelf Market och Amazon