Jak czynniki środowiskowe wywołują astmę u dzieci?

Naukowcy zidentyfikowali ponad 350 000 związków chemicznych w naszym otoczeniu, które mogą wpływać na rozwój astmy u dzieci. Badania eksposomiczne wykazały, że narażenie na zanieczyszczenia środowiskowe – od mikroplastików po substancje z codziennych przedmiotów – znacząco zwiększa ryzyko wystąpienia objawów astmy. Około 80% przypadków astmy rozwija się przed ukończeniem 6. roku życia, co podkreśla kluczową rolę wczesnej ekspozycji na szkodliwe czynniki.

Dzieci są szczególnie narażone na negatywne skutki zanieczyszczeń ze względu na większą objętość wdychanego powietrza w stosunku do masy ciała oraz niedojrzałość układów enzymatycznych odpowiedzialnych za detoksykację organizmu. To sprawia, że szkodliwe substancje pozostają w organizmie dziecka dłużej niż u dorosłych, wywołując silniejszą reakcję immunologiczną. Badania pokazują, że ekspozycja na substancje zaburzające funkcjonowanie układu hormonalnego może aktywować receptory arylowęglowodorowe, prowadząc do osłabienia systemu odpornościowego.

Koncept eksposomu – wprowadzony w 2005 roku przez Christophera Wilda – obejmuje wszystkie czynniki środowiskowe, na które człowiek jest narażony od urodzenia. W kontekście astmy dziecięcej naukowcy wyróżniają trzy obszary eksposomu: wewnętrzny (wiek, fizjologia, morfologia ciała), specyficzny (dieta, kontakt z chemikaliami) oraz ogólny zewnętrzny (klimat, status społeczno-ekonomiczny, miejsce zamieszkania). Każdy z tych obszarów może wpływać na równowagę kluczowych molekuł w organizmie.

Dlaczego rozpoznanie astmy u małych dzieci jest tak trudne?

Diagnoza astmy u dzieci poniżej 5. roku życia stanowi jedno z największych wyzwań w pediatrii. Podstawowe badanie – spirometria – wymaga wysokiego poziomu współpracy ze strony pacjenta, co jest niemożliwe do osiągnięcia u najmłodszych. Dodatkowo objawy astmy, takie jak kaszel, świszczący oddech i duszności, pokrywają się z objawami innych infekcji i chorób układu oddechowego, co utrudnia precyzyjne rozpoznanie.

Astma nie jest pojedynczym zaburzeniem, lecz złożoną chorobą charakteryzującą się bardzo zmiennymi przejawami, szczególnie u dzieci znajdujących się w dynamicznej fazie rozwoju. Naukowcy wyróżniają różne fenotypy kliniczne (astma alergiczna i niealergiczna) oraz endotypy zapalne oparte na mechanizmach molekularnych. U dzieci z astmą alergiczną obserwuje się podwyższone poziomy komórek Treg, podczas gdy u dzieci z astmą niealergiczną występują wyższe stężenia interleukiny IL-1β i IL-17.

Dokładna identyfikacja typu astmy jest kluczowa dla wyboru odpowiedniej formy leczenia. Tradycyjnie astmę klasyfikowano jako chorobę związaną z zapaleniem typu 2, mediowanym przez komórki pomocnicze Th2. Obecnie wiemy jednak, że różne endotypy astmy angażują odmienne mechanizmy i różnorodne komórki zapalne. Najbardziej rozpowszechniony podział obejmuje endotyp Th2-wysoki (z eozynofilowym zapaleniem dróg oddechowych) oraz Th2-niski (z neutrofilowym lub małogranulocytowym zapaleniem).

W jaki sposób nauka omics zmienia diagnostykę astmy?

Nowoczesne technologie omics – w tym spektrometria mas i chromatografia – rewolucjonizują diagnostykę i klasyfikację astmy poprzez dostarczanie informacji na poziomie molekularnym. Metabolomika, jeden z kluczowych nurtów badań omics, analizuje związki o niskiej masie cząsteczkowej (poniżej 1500 Da), które odzwierciedlają aktualny stan fizjologiczny organizmu. W przeciwieństwie do genów i białek, liczba metabolitów jest stosunkowo niewielka, ale ich poziomy mogą się znacząco zmieniać pod wpływem czynników zewnętrznych i wewnętrznych.

Badania obejmują również lipidomikę, która analizuje związek między stanem zapalnym w astmie a składem lipidowym. Szczególną uwagę poświęca się sfingolipidowi, glicerofosfolipidom oraz prostaglandynom i eikozanoidom – lipidowym mediatorom odgrywającym kluczową rolę w astmie i uważanym za istotne biomarkery. Badacze wykorzystują różnorodne próbki biologiczne: surowicę, mocz, kondensaty powietrza wydechowego, ślinę i plwocinę, co pozwala na identyfikację związków kluczowych dla danego stanu chorobowego.

Podejście multi-omics integruje różne nauki omics, umożliwiając kompleksową analizę astmy. Połączenie spektrometrii mas, technologii omics i narzędzi bioinformatycznych tworzy platformę wspierającą diagnozę opartą na cechach klinicznych i parametrach laboratoryjnych. To prowadzi do precyzyjniejszego rozpoznawania astmy i doboru spersonalizowanych terapii medycznych, szczególnie ważnych w przypadku dzieci, u których choroba rozwija się i zmienia dynamicznie.

Które substancje z otoczenia zagrażają dziecięcym płucom?

Świadomość społeczna dotycząca zanieczyszczeń środowiskowych powoli się zmienia – dziś wiemy, że zagrożenie nie pochodzi wyłącznie z kominów przemysłowych, ale również z przedmiotów codziennego użytku, takich jak plastikowe butelki, zabawki czy pojemniki. Badania identyfikują liczne związki chemiczne jako potencjalne czynniki ryzyka astmy, w tym ftalany (regulacje dla zabawek dziecięcych ograniczają ich zawartość do 0,1% wagowo) oraz parabeny (mieszanina parabenów w produkcie nie może przekraczać 0,8%).

Narażenie na trwałe zanieczyszczenia organiczne, w tym substancje zaburzające funkcjonowanie układu hormonalnego, może powodować szkody nawet przy niskich stężeniach ze względu na długotrwały kontakt. Dzieci są szczególnie wrażliwe na te substancje – ich układ detoksykacyjny nie jest w pełni rozwinięty, co wydłuża czas przebywania szkodliwych związków w organizmie. Aktywacja receptorów arylowęglowodorowych przez trwałe zanieczyszczenia organiczne jest już dobrze udokumentowanym mechanizmem skorelowanym z astmą.

Spektrum czynników środowiskowych zwiększających ryzyko astmy obejmuje: infekcje, zanieczyszczenie powietrza, alergeny, mikroplastiki oraz narażenie na dym tytoniowy z biernego palenia. Badania pokazują również nieoczekiwane źródła ekspozycji – na przykład używanie zmywarki do naczyń wiąże się z wyższą częstością występowania astmy i chorób alergicznych w porównaniu z myciem ręcznym. Proponowanym wyjaśnieniem jest fakt, że mycie ręczne może narażać na szerszą mikrobiotę, zapewniając większą stymulację układu odpornościowego.

Czy możemy skuteczniej chronić dzieci przed astmą?

Pomimo postępu naukowego w zrozumieniu związku między astmą a ekspozycją środowiskową, wiele pytań pozostaje bez odpowiedzi. Badania eksposomiczne mogą dostarczyć kluczowych informacji, łącząc źródła ekspozycji – takie jak zanieczyszczenia środowiska i substancje chemiczne – ze zmianami metabolomicznymi charakterystycznymi dla astmy. To szansa na przedstawienie szerszego kontekstu tego problemu zdrowotnego, szczególnie w przypadku astmy o wczesnym początku. Przyszłe badania powinny skupić się na rozwijaniu nowych metod przygotowania próbek zgodnych z zasadami zielonej chemii, ze szczególnym uwzględnieniem analitów występujących w śladowych ilościach. Wymaga to interdyscyplinarnego podejścia ze specjalistami z różnych dziedzin, w tym medycyny klinicznej, chemii, biologii i bioinformatyki.

Pytania i odpowiedzi