Revista-Asma-2020-03-02

Bronte O, Urrutia I, Arrizubieta MI. Rev Asma. 2020;5(3):88-94

Contaminación del aire y asma

Autoras

Olaia Bronte, Isabel Urrutia, María Icíar Arrizubieta
Unidad de Asma y Enfermedades Ocupacionales y Medioambientales Respiratorias. Servicio de Neumología. Hospital Universitario de Galdakao.
Organización Sanitaria Integrada Barrualde-Galdakao-Vizcaya

Correspondencia

Olaia Bronte Moreno
Unidad de Asma y Enfermedades Ocupacionales y Medioambientales Respiratorias. Servicio de Neumología. Hospital Universitario de Galdakao. Barrio Labeaga 46 A, 48960 Galdakao (Vizcaya).
E-mail: olaiabronte@gmail.com

Resumen

Los niveles actuales de la contaminación del aire (CA) son responsables de una carga significativa de aumento en la incidencia de diagnósticos, exacerbaciones y mortalidad por asma. Los contaminantes ambientales como el ozono (O3), el dióxido de nitrógeno (NO2), el material particulado (PM), especialmente las PM2.5 y el dióxido de sulfuro (SO2), pueden tener un papel relevante en la génesis y el agravamiento del asma (en especial las partículas PM diésel).

La exposición prenatal a contaminantes del aire está asociada con sibilancias y asma en la primera infancia. En primera infancia, la exposición a la CA se asocia con el debut de asma antes de la adolescencia y el menor desarrollo de la función pulmonar, y es un predictor de enfermedad pulmonar en adultos. Finalmente, la exposición a CA en adultos parece estar relacionada con el inicio del asma en individuos mayores.

El desarrollo del asma por la exposición a CA se produce por varios mecanismos. De forma directa, puede inducir la activación del estrés oxidativo, desencadenar mecanismos inmunológicos y activar receptores de canales de potenciales transitorios. De forma indirecta, desencadena cambios epigenéticos y alteración del microbioma pulmonar. Finalmente, la interacción de las partículas diésel con diversos antígenos puede incrementar el potencial antigénico de estos últimos.

La rápida urbanización, el mayor consumo de energía y el aumento de emisiones actuales hacen que el tracto respiratorio se encuentre expuesto a mayor cantidad y variedad de CA. Por ello, no sorprende que estemos experimentando mayor incidencia de diagnósticos de asma, hospitalizaciones y exacerbaciones.

Introducción

El asma representa un problema de salud global, con una prevalencia a nivel mundial que supera los 350 millones de personas. Afecta aproximadamente al 6-12% de la población de los países desarrollados y se prevé que en 2050 pueda afectar a un billón de personas en el mundo1.

Si bien el incremento de la incidencia y de la prevalencia puede deberse a la mejora de las técnicas diagnósticas, factores como la exposición a contaminantes ambientales juegan también un papel determinante2,3.

La contaminación ambiental (CA) es un grave problema de salud pública. Según la OMS, más de 9 millones de muertes anuales (el 16% de todas las defunciones) a nivel mundial se deben a la contaminación. Los costes de la CA superan los 3,7 billones de euros anuales4.

En España, el 33,1% de la población respira un aire cuyos niveles de contaminantes exceden los límites marcados por la Unión Europea (UE), y un 95,5% según los valores recomendados por la Organización Mundial de la Salud (OMS). Esto se traduce en 2.600 muertes anuales relacionadas con las PM10, 6.100 con el NO2 y 500 con el O35,6.

Contaminantes

El O3, el NO2, el SO2 y, de forma notable, las PM, especialmente las PM2,5, se han relacionado con el desarrollo y el agravamiento del asma.

Las partículas diésel constan de un núcleo central compuesto principalmente de carbono. Este núcleo puede asociar otros componentes, como los compuestos orgánicos volátiles, que son los que se han identificado como más nocivos para la salud. La OMS las clasifica como carcinogénicas y mutagénicas7.

En la Tabla 1 se detallan los principales contaminantes y su origen.

Tabla 1.
Tipos de contaminantes, su abreviatura y su origen

Tipo de contaminante

Sigla

Origen

PRIMARIOS

Monóxido de carbono

CO

Combustión: industrial y automóviles

Dióxido de sulfuro

SO2

Emisiones diésel y combustibles fósiles Natural: erupciones volcánicas

SECUNDARIOS

Dióxido de nitrógeno

NO2

Combustión industrial y vehículos (combustibles diésel y fósiles) Centrales térmicas

Ozono

O3

Reacción fotoquímica de NO2 o VOC (componentes orgánicos volátiles)

PRIMARIOS Y SECUNDARIOS

Material particulado

PM

Centrales térmicas Tráfico rodado (diésel)

Fuente: elaboración propia

Contaminación y desarrollo del asma: mecanismos fisiopatológicos

Los mecanismos biológicos implicados en el desarrollo del asma no son del todo bien conocidos. Se han descrito mecanismos directos, en los cuales los agentes contaminantes interaccionarían directamente con células epiteliales de las vías respiratorias o los linfocitos, y mecanismos indirectos, como cambios en el microbioma pulmonar, cambios epigenéticos o interacciones de los contaminantes con agentes antigénicos.

MECANISMOS DIRECTOS

El epitelio de las vías respiratorias es un actor clave en el efecto agravante de la contaminación del aire sobre las respuestas alérgicas de las vías respiratorias. 

Son varios los mecanismos por los cuales la contaminación del aire modula la función epitelial, incluida la alteración de la integridad epitelial, la captación de partículas, la activación de receptores tipo Toll (LTR) y tipo NOD y la activación del receptor del factor de crecimiento epitelial e inducción de estrés oxidativo (ROS)8.

Los mecanismos fisiopatológicos se resumen en la Figura 1.

Figura 1.
Resumen de los mecanismos fisiopatológicos inmunológicos

Fuente: elaboración propia


Estrés oxidativo

La inhalación de contaminantes puede generar estrés oxidativo en la superficie de las células bronquiales. Los mecanismos de defensa antioxidante pueden contrarrestar este efecto en caso de que los niveles de especies reactivas de oxígeno (ROS) sean bajos. Sin embargo, si los niveles son moderados, la liberación de TSLP por parte de las células epiteliales puede estimular las células dendríticas y, consecuentemente, activar la vía Th2. Finalmente, en caso de que los niveles de ROS sean elevados, pueden inducir la ruptura y descamación del epitelio bronquial y la activación de la inflamación neutrofílica. Por su parte, algunas partículas diésel son capaces de general ROS intracelulares mediante la estimulación de receptores celulares. Esto podría activar el factor nuclear kappa beta (NF-kB) e inducir una respuesta Th2 o Th179.

Epitelio bronquial y mecanismos inmunológicos

Un mecanismo importante por el cual la contaminación del aire causa daño pulmonar es sin duda la inducción de un estado inflamatorio persistente mediado por el sistema inmunológico10.

La activación de los receptores tipo LTR y tipo NOD y del receptor del factor de crecimiento epitelial e inducción de estrés oxidativo (ROS) da como resultado la activación de las vías que conducen a la expresión de citocinas proinflamatorias, como IL-1β, IL-6 e IL-8, que están vinculadas con respuestas innatas de macrófagos y neutrófilos, e IL-33, IL-25 y TSLP (linfopoyetina del estroma tímico), que son importantes iniciadores de la respuesta de tipo 2, básicamente eosinofílica, ya sea por la activación de las células dendríticas, que migran a los ganglios linfáticos para inducir respuestas Th2 (sistema inmune adaptativo), ya por la activación de las células linfoides innatas tipo 2 (ILC2)8.

Por otro lado, determinados contaminantes pueden activar receptores de potencial transitorio e inducir broncoespasmo, síntomas respiratorios y debut de asma por mecanismos no inflamatorios11.

Finalmente, la exposición a partículas diésel podría inducir la liberación de IL-17A, IL-17F y CCL20 por parte del epitelio bronquial, dando lugar a la activación de linfocitos TH17 y generando una respuesta neutrofílica12.

MECANISMOS INDIRECTOS

Cambios epigenéticos

La metilación del ADN está involucrada en el asma y se ha demostrado que la exposición a CA conduce a cambios en la metilación del ADN en el dinucleótido de citosina-guanina (sitios CpG)8.

En áreas con altos niveles de contaminación se ha encontrado incremento de la metilación en el promotor Foxp3, asociado a la exposición de PM2,5, NO2 y CO, en individuos con asma relacionada con la exposición a estos contaminantes. En individuos asmáticos expuestos a NO2 se han hallado dos patrones de metilación de ADN relacionados con cambios en la función pulmonar8.

También se ha descrito la relación entre la exposición a contaminantes del aire y patrones de metilación asociados a la incidencia de asma, como HLA-DOB, CD40LG, FCERIA, FCERIG, IL-9, IL-13 o el gen de los TLR4, entre otros13.

In vitro, se han observado cambios de metilación en histonas que modifican la transcripción de factores reguladores de las funciones epiteliales y la respuesta inmune al estrés oxidativo mediante la exposición de células del epitelio bronquial a partículas diésel14.

Microbioma pulmonar

Los contaminantes inhalados se depositan en todo el tracto respiratorio; las partículas de menor diámetro y algunos gases son capaces de alcanzar las vías respiratorias inferiores, donde inducen estrés oxidativo local.

Las partículas diésel pueden producir cambios como la modificación del pH local y otras condiciones, que pueden alterar el normal crecimiento y mantenimiento del microbioma local. La alteración del microbioma pulmonar puede generar cambios epigenéticos indirectamente, posiblemente a través de un cambio en la actividad metabólica y, a partir de un crecimiento anómalo de estas bacterias, condicionar un desequilibrio en el balance antioxidante-proinflamatorio pulmonar. Estos cambios en el microbioma podrían ser responsables de asma de nuevo inicio y de la mayor susceptibilidad de los pacientes asmáticos a la contaminación inhalada15. Existen evidencias que respaldan esta hipótesis, como por ejemplo que los niños nacidos por cesárea pueden tener mayor probabilidad de presentar asma en relación con los nacidos por parto natural como consecuencia de presentar un microbioma pulmonar diferente16.

EL EFECTO DE LA CONTAMINACIÓN EN LOS NEUMOALÉRGENOS

Las esporas de hongos y fragmentos de polen con tamaños más finos (< 2,5 µm; PM2,5) presentes en el ambiente forman parte de los contaminantes atmosféricos y pueden penetrar en las vías respiratorias inferiores.

Los niveles de estos alérgenos y su capacidad alergénica han variado como consecuencia del cambio climático17.

Adicionalmente, la coexposición con contaminantes ambientales puede modificar la capacidad alergénica de estas proteínas18-23.

En este sentido, la mayor prevalencia y gravedad de asma o afecciones atópicas en entornos urbanos podría explicarse, en parte, por la exposición a la contaminación procedente del tráfico rodado, puesto que varios estudios señalan que puede contribuir al desarrollo de alergias.

Efectos a largo plazo de la exposición a CA en el asma

La contaminación es factor de riesgo en el desarrollo de asma tanto en el período prenatal como en el postnatal. Buena parte de los contaminantes del aire se han relacionado tanto con la génesis del asma como con la posibilidad de causar exacerbaciones.

La exposición crónica a la contaminación se ha relacionado con una mayor incidencia de asma; para el NO2 se ha observado un incremento de riesgo de 1,07 por cada aumento de 10 µm/m3. Otros estudios han relacionado también la incidencia de asma con la exposición de partículas de PM < 2,5 µm, con un incremento de riesgo de 1,16 por cada incremento de 10 µm/m3.24

PERÍODO PRENATAL

La exposición materna en el período prenatal a NO2, SO2 y PM10, especialmente en el segundo trimestre, puede condicionar la aparición de sibilantes y asma en niños25-27. En esta línea, Lavigne et al., tras el seguimiento de más de 160.000 niños durante 6 años, comprobaron que aquellos niños cuyas madres habían estado expuestas a partículas ultrafinas (PM < 0,1 µm) durante el segundo trimestre de embarazo presentaban mayor incidencia de asma a los 6 años27. Yang et al.26 estudiaron a niños de 7 años con seguimiento durante cuatro años. En el momento de su inclusión se observó que los niños expuestos de forma prenatal a PM10 tenían un OR de 1.694 (95% CI: 1.298-2.209) de tener hiperrespuesta bronquial. Durante el seguimiento, se observó que aquellos niños con hiperrespuesta bronquial y exposición intraútero en el segundo trimestre de embarazo a PM10 tenían un OR de 4.136 (95% CI: 1.657-10.326) de desarrollar asma.

PERÍODO POSTNATAL: INFANCIA Y ADOLESCENCIA

Varios estudios señalan que la CA puede ser causa de asma en la infancia. Un estudio sobre el impacto global de la CA en el asma en más de 55 países estimó que anualmente en torno a 1 millón y 16 millones de niños inician asma por estar expuestos a altas concentraciones de NO2 y PM2,5, respectivamente28.

Niveles elevados de CA en colegios próximos a vías con alta densidad de tráfico rodado aumentan la probabilidad de que los niños presenten síntomas respiratorios, disminución de la función pulmonar y diagnóstico médico de asma29-31.

Sin embargo, el impacto de los contaminantes a nivel pulmonar en la infancia no es el mismo en todas las edades. De este modo, la edad a la que el niño se expone a los contaminantes y los antecedentes familiares de asma parecen ser relevantes. En este sentido, Carlsten et al.32 observaron que lactantes con antecedentes familiares de asma expuestos a niveles bajos de PM2,5 presentaban más diagnósticos de asma a los 7 años respecto a aquellos niños también de familias con antecedentes de asma no expuestos a estas partículas. Similares resultados han sido hallados por Gehring et al.33 en una cohorte de más de 14.000 niños y en el estudio chino de Deng et al.34 en 2.490 niños.

Rice et al. evaluaron el impacto de la contaminación ambiental en el momento del nacimiento, a los 3-5 años y a los 7-10 años. Encontraron que la exposición a partículas PM2,5 se asoció con mayor incidencia de asma en niños de 3-5 años y vivir cerca de una carretera con gran densidad de tráfico rodado con mayor incidencia de asma entre los 7 y 10 años35.

En Barcelona, hasta el 48% de los casos anuales de asma infantil podrían atribuirse a la CA, en especial a la exposición a NO2, PM2,5 y carbón negro36.

EDAD ADULTA

En adultos, en comparación con la población infantil, los estudios disponibles son menos numerosos y en algunos casos contradictorios, por la presencia de factores confusores como el hábito tabáquico y las exposiciones laborales. Se ha observado una asociación entre inicio de asma y niveles de NO21. Según el estudio europeo ESCAPE, aumentos de 10 µg/m3 en los niveles de NO2 podrían ser los responsables de este hecho37.

Al igual que en niños, el riesgo de desarrollar asma en la edad adulta parece estar en relación con vivir más o menos cerca de una carretera con gran densidad de tráfico: se ha constatado que vivir a menos de 200 metros de una carretera mayor se asocia con el riesgo de desarrollar asma en la edad adulta13,38. Además, determinadas variantes genéticas de la glutatión S-transferasa, que controlan enzimas de la regulación del estrés oxidativo, pueden modular el impacto de residir en la proximidad de carreteras muy transitadas y, por tanto, la incidencia de asma en estos sujetos13,38.

Sin embargo, ¿puede ser prevenible esta situación? Las evidencias disponibles apuntan que se pueden prevenir más de 66.000 casos de asma (alrededor de un 11%) cada año mediante el cumplimiento de las recomendaciones de la calidad del aire de la OMS, reduciendo el nivel de las partículas de PM2,5 por debajo de 10 µg/m3.39,40

Efectos a corto plazo de la exposición a la contaminación en el asma

Los mecanismos fisiopatológicos de los efectos agudos de la CA en las agudizaciones del asma no son aún del todo bien conocidos pese a la creciente evidencia disponible.

Son varios los mecanismos propuestos. Por un lado, el estrés oxidativo induce la sobreproducción de IL-17 por el epitelio bronquial. Este hecho no solo se ha relacionado con la etiopatogenia del asma, sino también con su agravamiento41. Por otra parte, el estrés oxidativo desencadenado por las partículas diésel es capaz de alterar la función de la proteína D del surfactante pulmonar, lo que puede desregular la respuesta eosinofílica y agravar el asma42. Finalmente, en modelos animales se ha observado que el SO2 puede amplificar las respuestas inflamatorias de Th2 mediada por IL-443.

Múltiples estudios epidemiológicos señalan que la contaminación del aire se asocia con las exacerbaciones del asma. Niveles elevados de PM ozono, SO2 y NO2 pueden precipitar la aparición de síntomas, incrementando el número de visitas a los servicios de urgencias y de hospitalizaciones por agudización de asma en todas las edades44,45. Además, la exposición a PM2,5, NO2 y O3 se ha asociado a mayor mortalidad en individuos asmáticos46.

Finalmente, a pesar de que los estudios clínicos sean menos numerosos que los epidemiológicos, es importante destacar el estudio londinense de McCreanor et al. Estos investigadores evaluaron el impacto de los contaminantes del aire en 60 sujetos asmáticos a los que de forma aleatorizada y cruzada se les hizo pasear durante 2 horas por una zona con altos niveles de contaminantes (Oxford Street) y por una zona con bajos niveles de contaminantes (Hyde Park). Se observó que se producía un deterioro de la función pulmonar con mayor presencia de biomarcadores de inflamación neutrofílica tras pasear por Oxford Street. Así mismo, estos hallazgos fueron más importantes en individuos con asma persistente moderada47.

Conclusión

La contaminación del aire supone un grave peligro para la salud. Cada vez disponemos de más evidencia científica que señala que la contaminación del aire parece ser un factor de riesgo para el desarrollo y el agravamiento del asma, tanto en niños, en el período prenatal y postnatal, como en adultos.

La única forma de limitar el impacto nocivo de la contaminación del aire en la salud es mejorar la calidad del aire, mediante estrategias de control y normativas legislativas más estrictas, además de la involucración de toda la sociedad en su conjunto.

Agradecimientos

Al Dr. Xavier Muñoz Gall por su asesoramiento y al Dr. Josu Bronte Bienzobas por su dedicación.

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