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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.5.2009.tde-25092009-144040
Document
Author
Full name
Cristiane Degobbi Coelho
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2009
Supervisor
Committee
Saldiva, Paulo Hilario Nascimento (President)
Alterthum, Flavio
Costa, Silvia Figueiredo
Gambale, Valderez
Pereira, Luiz Alberto Amador
Title in Portuguese
Análise dos contaminantes biológicos presentes no material particulado (PM2,5) de amostras da região metropolitana de São Paulo
Keywords in Portuguese
Endotoxina
Fungos
Inflamação
Interleucinas
Material particulado
Poluição do ar
Abstract in Portuguese
INTRODUÇÃO: A poluição do ar traz diversos efeitos à saúde e, em particular, o material particulado menor do que 2,5 μm (PM2,5), está associado ao aumento das taxas de morbidade e mortalidade devido a doenças cardiorespiratórias. A maioria dos estudos foca apenas na composição química do material, porém os componentes do bioaerossol podem ser responsáveis por aproximadamente 22% da massa total. OBJETIVOS: Nesse estudo, objetivamos determinar a contribuição relativa de fungos e endotoxinas (constituinte da parede celular de bactérias gram-negativas) no PM2,5 e verificar possíveis efeitos inflamatórios locais devido à exposição a fungos e PM2,5 em ratos. MÉTODOS: O estudo foi dividido em três partes: 1) comparação de metodologias de coleta de fungos em amostradores de ar de curta e longa duração realizada em ambiente externo e em ambiente de concentrador de partículas ambientais em Boston, MA. 2) Coleta de 4 tipos de filtros a partir de amostrador de ar de PM2,5 utilizados para análise separadamente de fungos, quantificação de endotoxinas, análise de elementos químicos e extração para instilação em ratos em São Paulo. Dados meteorológicos também foram coletados. 3) Instilação intratraqueal de PM2,5 e fungos originários da atmosfera de São Paulo em ratos machos Wistar divididos em 3 grupos: A (administração de 6,3x102 esporos/μg de PM2.5), B (18x102 esporos/μg de PM2.5) e C (controle - instilação a partir de extração de filtro branco). O sacrifício foi feito após 24 horas da exposição, depois da retirada do lavado broncoalveolar para contagem total e diferencial de leucócitos, além de quantificação de citocinas de respostas TH1 e TH2. RESULTADOS: O estudo de comparação de metodologias mostrou que, entre os amostradores de ar de curta duração, Personal Burkard recuperou maior diversidade e concentração do que Andersen (p<0,05). Entre os amostradores de longa duração, Recording Burkard mostrou-se o melhor em termos de diversidade e concentração de esporos do que filtros MCE (p<0,05). Também observamos que os fungos representaram relevante porção do PM2,5, chegando a concentrações de 2159 esporos/μg em ambiente de Concentrador de Partículas alocado em Boston, MA. A segunda parte do estudo mostrou novamente que os fungos representam porção relevante do PM2.5 alcançando valores médios de até 1345 esporos/μg de PM2,5 a partir de coletas da atmosfera de São Paulo. Da mesma forma, endotoxinas foram obtidas em concentrações médias de 5,52 EU/μg de PM2,5. Os modelos de regressão linear múltipla mostraram que a contagem total de fungos, de basidiósporos hialinos e de Cladosporium sp foi correlacionada positivamente com a presença do fator Ba/Ca/Fe/Zn/K/Si no PM2,5 (p<0,05). Os gêneros Penicillium/Aspergillus foram correlacionados positivamente à concentração de material particulado na atmosfera (p<0,05). Os ascósporos sem pigmentação foram correlacionados positivamente à umidade (p<0,05). As endotoxinas foram correlacionadas apenas à temperatura atmosférica (p<0,05). O modelo de instilação em animais mostrou que a administração de 6,3x102 esporos/μg de PM2,5 foi responsável por um aumento na concentração de TNF e IFN no lavado broncoalveolar (p<0,05). Não foi observado o mesmo efeito quando a concentração de esporos foi de 18x102 esporos/μg de PM2,5. Não foram observadas diferenças sgnificativas contagem total e diferencial de leucócitos. CONCLUSÕES: Fungos e endotoxinas são responsáveis por fração relevante do PM2,5. Esses contaminantes biológicos podem estar associados não apenas a fatores meteorológicos, mas também a elementos químicos presentes no Material Particulado, especialmente a elementos sinalizadores de tráfego de veículos e ressuspensão da crosta. Exposições a diferentes concentrações de fungos associados ao PM2,5 em ratos não sensibilizados podem levar a diferenças em respostas inflamatórias agudas, porém os mecanismos responsáveis por tais resultados devem ser objeto de estudos futuros.
Title in English
Analysis of biological contaminants in Particulate Matter (PM2.5) of Sao Paulo
Keywords in English
Air pollution
Endotoxins
Fungi
Inflammation
Interleukins
Particulate matter
Abstract in English
INTRODUCTION: It is well known that air pollution is associated with health effects, particularly, particulate matter (PM) is correlated with increment in morbity and mortality by cardiorespiratory diseases. A lot of studies have focused on chemical characterization of PM, although components of bioaerosols may comprise nearly 22% of the total mass. OBJECTIVES: The aims of this study were to determine the relative contribution of fungi and endotoxin (component of cell wall in gram-negative bacteria) in PM2.5 and verify acute local inflammatory response due to fungi and PM2.5 exposure in rats. METHODS: The study was divided in 3 parts: 1) Comparison among short and long term samplers located outdoor and in Ambient Particle Concentrator located in Boston, MA. 2) Sampling of 4 different filters types analyzed for fungi, endotoxin, chemical composition and extraction for instillation experiments in Sao Paulo. Meteorological data were also collected. 3) Intratracheal instillation of PM2.5 and fungi in male Wistar rats, divided in 3 groups: A (administration of 6.3x102 spores/μg of PM2.5), B (administration of 18x102 spores/μg of PM2.5) and C (control - blank filter). The animals were sacrificed 24 hours after exposure to collect bronchoalveolar lavage. Total and differential counts of leukocytes as TH1 and TH2 cytokines quantification were assessed. RESULTS: Sampling techniques comparisons showed that, the short term sampler Personal Burkard was able to collect more diversity and concentration of spores than Andersen sampler (p<0.05). The long term sampler Recording Burkard was also able to collect more diversity and concentration of spores than MCE filters (p<0.05). We also observed that fungi contribution to PM2.5 was relevant, representing up to 2159 spores/μg of PM2.5 in Ambient Particle Concentrator located in Boston, MA. The second part of the study demonstrated again that fungi represent a relevant portion of PM2.5, reaching average values of 1,345 spores/μg of PM2.5 in Sao Paulo atmosphere. Also, endotoxin concentrations reached averages values of 5.52 EU/μg of PM2.5. Multiple linear regression models showed that total fungi counts, hyaline basidiospores and Cladosporium sp were correlated with factor Ba/Ca/Fe/Zn/K/Si (p<0.05). The genera Penicillium/Aspergillus were correlated with PM2.5 mass (p<0.05). Colorless ascospores were correlated with relative humidity (p<0.05). Endotoxin was correlated only with temperature (p<0.05). Instilattion results showed that administration of 6.3x102 spores/μg of PM2.5 was responsible for an increase in TNF and IFN in bronchoalveolar lavage (p<0.05). The same pattern wasn't observed when 18x102 spores/μg of PM2.5 was administered. No significant differences were observed leucocytes total and differential counts. CONCLUSIONS: Fungi and endotoxin represent a relevant fraction of PM2.5. These biological contaminants can be associated not only with meteorological parameters, but with elementary composition, especially elements of traffic and crustal ressuspension. Acute exposure of non sensitized rats to different concentrations of fungi associated to PM2.5 might trigger different inflammatory responses, although the specific mechanisms remain unknown and further research is needed.
 
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CristianaDegobbi.pdf (1.59 Mbytes)
Publishing Date
2009-10-05
 
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