Efectos de la exposición a partículas en el aire urbano en el microbioma del tracto respiratorio superior humano: una revisión sistemática

Resumen

La exposición a los contaminantes del aire tiene un impacto directo en la salud humana, lo que resulta en un aumento de las tasas de mortalidad. Las partículas en el aire (PM) tienen efectos adversos importantes en la salud y pueden clasificarse como partículas respiratorias de alto riesgo (finas/pm2.5, diámetro aerodinámico <2,5 µm) o partículas torácicas (grueso/PM10, diámetro aerodinámico <10 µm). Además, el PM en el aire puede transportar comunidades microbianas que alteran la microbiota comensal y conducen a la disbiosis. Nuestro objetivo era sintetizar la evidencia de investigación actual que describe la asociación entre la exposición a la contaminación del aire y la composición del microbioma del tracto respiratorio superior (URT) de la población adulta. En este trabajo, se realizó una búsqueda sistemática de las bases de datos PubMed, Embase y Scopus. Se incluyeron un total de 9 estudios publicados de 2018 a 2023. El 66.5% de los participantes estuvieron expuestos a concentraciones de PM2.5 superiores a 40 µg/m3, y los datos mostraron que los niveles atmosféricos de PM2.5 se correlacionaron positivamente con PM10 (Rs = 0.95, P <0.001). Todos los estudios revisados ​​realizaron una secuenciación de ARNr 16S de la región V3 -V4 a partir de muestras URT, utilizando diferentes métodos. En general, se observó evidencia de alteraciones de microbioma URT después de una alta exposición de PM, con influencia estacional y geográfica. Se encontraron hallazgos discordantes sobre la diversidad bacteriana, con una disminución predominante después de la exposición a altos niveles de PM. Con respecto a la composición del microbioma, la abundancia relativa del filo Actinobacteria disminuyó después de la exposición a altos niveles de PM, pero la de Bacteroidetes y Fusobacteria aumentó. Los estudios mostraron un riesgo medio medio de sesgo debido a la heterogeneidad con respecto al procesamiento de muestras, los métodos de secuenciación y el control del factor de confusión. Para confirmar la evidencia observada de una asociación entre los niveles de PM y las alteraciones en el microbioma URT, recomendamos encarecidamente que se realice un trabajo de investigación futuro de acuerdo con las pautas estándar para informar estudios de microbiomas. En resumen, la entrada de partículas finas y gruesas en la URT se asocia con disbiosis microbiana, aumentando el riesgo de desarrollar enfermedades respiratorias y alergias.

Registro de prospero: esta revisión sistemática se registró en Prospero (#CRD42023416230)

Abstracto gráfico

Introducción

La contaminación del aire se considera una importante preocupación de salud pública, siendo la 13ª causa de mortalidad en todo el mundo, con 0,8 millones de muertes (1.4%) debido a cáncer de tráquea, bronquio y pulmón; patologías cardiorrespiratorias; o infecciones respiratorias (1). El término contaminación del aire se refiere a una combinación de sustancias nocivas como partículas (PM), óxidos de nitrógeno (NOX), ozono (O3), dióxido de azufre (SO2), aerosoles carbonosos, hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH) y metales pesados ​​que se emiten directamente a partir de fuentes primarias o formados por fotos fotográficas secundarias. Entre ellos, el componente con los mayores efectos adversos en la salud humana es PM, una mezcla compleja de productos químicos, polvo mineral, microorganismos y otras sustancias orgánicas (2).

PM se clasifica de acuerdo con su diámetro aerodinámico equivalente como partículas torácicas (grueso/PM10) con diámetros <10 µm (3), y partículas respiratorias de alto riesgo, incluidas partículas ultrafinas (UFP), con diámetros <0.1 µm y partículas finas (PM2.5), con diámetros <2.5 µm. Tanto PM10 como PM2.5, se ingiren y depositan en la vía aérea superior. El PM en el aire actúa como un vehículo de transmisión para posibles patógenos microbianos en el sistema respiratorio (4, 5). Las comunidades de microbiomas varían con la ubicación del cuerpo, y los cambios en su composición están directamente relacionados con el desarrollo de varias patologías.

El tracto respiratorio superior (URT) es la forma principal de la contaminación ambiental en el cuerpo humano. PM2.5, debido a su tamaño, puede penetrar profundamente en el tracto respiratorio inferior (LRT). Pero a medida que pasa a través de las vías respiratorias, la exposición a PM2.5 puede inducir alteraciones epiteliales, promoviendo así la inflamación y la disbiosis microbiana, aumentando el riesgo de sufrir la afección de URT con síntomas como la nariz de líquido o la tos (((6, 7). La alteración del epitelio unido al transporte de microorganismos en PM2.5, aumenta la susceptibilidad de sufrir infecciones respiratorias (8, 9). La colonización del hábitat de las comunidades bacterianas sanas puede inducir respuestas inmunes a través de la activación de las células Th17, lo que conduce a la inflamación y la alteración de la composición bacteriana de la URT (10, 11). La inflamación desencadenada después de la exposición a altos niveles de partículas finas o gruesas se asocia con un aumento de los trastornos respiratorios inflamatorios de la cavidad nasal, como la rinitis alérgica y la rinosinusitis crónica ((12,13,14). Además, una vez que PM2.5 y UFP cruzan la urta, pueden alcanzar el tracto pulmonar inferior y viajar a través de los alvéolos hasta el torrente sanguíneo (15). Además, las partículas, especialmente PM2.5, pueden ser cepilladas de los pulmones por el sistema mucociliar y alcanzar los intestinos (16), con el consiguiente cambio en el microbioma intestinal (17). Como consecuencia, la exposición a PM está especialmente relacionada no solo con el desarrollo de enfermedades respiratorias y cardiovasculares (18), pero también a trastornos inflamatorios gastrointestinales adicionales, como la enfermedad inflamatoria intestinal (EII), el cáncer colorrectal o la apendicitis (2, 19, 20), así como otras afecciones de órganos como el daño cerebral (21), y riñón e hígado crónico (22, 23) enfermedades.

Debido a la atribución de PM a la mortalidad por todas las causas, revisada sistemáticamente para la exposición a largo plazo (definido como meses o años) (24) y exposición a corto plazo (como días a cuatro semanas) (25, 26), en 2021, la OMS estableció recomendaciones más restrictivas para valores anuales y diarios: 5 µg/m3 para PM2.5 y 15 µg/m3 para PM10 y una exposición diaria máxima de 15 µg/m3 para PM2.5 y 45 µg/m3 para PM10 (27). Sobre la base de esas recomendaciones, los países deben establecer sus propias regulaciones o, dentro de la Unión Europea, seguir la Directiva de la UE. Como se muestra en la tabla 1los límites anuales difieren entre algunos países de 5 a 25 µg/m3 para PM2.5 o 15–40 µg/m3 para PM10, y los límites diarios varían en el rango de 15–35 µg/m3 para PM2.5 o 45–150 µg/m3 para PM10.

Valores limitados de la Tabla 1 para la exposición diaria y anual de PM2.5 y PM10Mesa de tamaño completo

En ausencia de conocimiento sistemático sobre el papel especial del PM de alto riesgo, nuestro objetivo fue realizar la primera revisión sistemática que investiga los efectos de la exposición a los niveles elevados de PM en el microbioma del tracto respiratorio superior y sus posibles consecuencias de la salud asociadas.

Métodos

Protocolo y registro

Esta revisión sistemática se realizó de acuerdo con los elementos de informes preferidos para las revisiones sistemáticas y el metaanálisis de las pautas de precisión de la prueba de diagnóstico (Prisma-DTA) y se registró en Prospero (#CRD42023416230).

Criterios de elegibilidad

La pregunta de investigación se desarrolló a través de la estructura PICO (participantes, intervenciones/exposiciones, comparaciones y resultados). La pregunta de PICO de esta revisión fue «¿cómo impacta la exposición en partículas en el aire la composición del microbioma del tracto respiratorio superior humano?». Los criterios de inclusión fueron los siguientes: (1) estudios clínicos aleatorios y/u estudios de observación; (2) Estudios que realizaron una secuenciación de alto rendimiento de ARNr 16S para determinar la abundancia relativa de la fila microbiana a partir de muestras nasofaríngeas o orofaríngeas; (3) estudios que incluyen adultos mayores de 18 años; y (4) estudios que evalúan la exposición de PM2.5 y/o PM10. Los criterios de exclusión fueron los siguientes: (1) estudios sin datos de secuenciación sin procesar de 16S ARNr o valores de abundancia microbiana; (2) estudios de microbioma en ubicaciones/tejidos que no son de URT; (3) estudios sin datos publicados cuantitativos sobre la concentración de exposición de PM; y (4) estudios con datos publicados solo en resúmenes o presentados como diapositivas, carteles o letras.

Fuentes de información y estrategia de búsqueda

Los estudios se identificaron realizando una búsqueda sistemática a través de Medline/PubMed, Embase y Scopus para artículos de investigación publicados hasta septiembre de 2024. La estrategia de búsqueda utilizó palabras clave, vocabulario controlado y operadores booleanos para describir cada intervención y resultado de interés. La búsqueda se realizó a través de artículos publicados en PubMed, Embase y Scopus, con los términos de búsqueda «(‘disparo’ o ’16S’ o» ARN, ribosomal, 16S «(términos de malla) o ‘secuencia*’ o ‘diversidad’ o ‘riqueza’ o ‘abundancia’) y (‘microbioma’ o ‘microbi*’ o» microbiota «(términos de Mesh)) y (abundancia») y (abundancia)) ‘faringeal’ o ‘nasal’ o ‘orop*’ o ‘oral’ o ‘bucal’) y (((«partícula» (términos de malla) o (‘partículas’ y ‘materia’) o ‘partícula’) y (‘2.5′ o ’10’)) o ‘pm2.5’ o ‘pm10’ o ‘contaminación aérea’ o ‘partículas aéreas’) «)». Los registros obtenidos se seleccionaron sobre la base del título y el resumen. Finalmente, los artículos de texto completo se evaluaron para la admisibilidad en función de los criterios de inclusión y exclusión de elegibilidad previamente establecidos.

Extracción de datos

La extracción de datos de los documentos incluidos fue realizado y verificado independientemente por dos investigadores (SAL y RR). Dos investigadores compilaron los valores límite de referencia para la concentración ambiente permitida de PM de acuerdo con las regulaciones actuales de calidad del aire ambiente (BNC y SGD). Cuando los datos no estaban claros o en duda, se consultó a otros investigadores (AFR y VB) para llegar a un consenso. En un intento de incluir la mayoría de los estudios y completar los datos incompletos o faltantes, los autores de estudios individuales fueron contactados por SAL hasta tres veces. Los estudios que cumplieron los criterios de inclusión pero cuyos resultados no se proporcionaron después de tres intentos de contactar a los autores del estudio fueron excluidos. Cuando se encontró más de un artículo que estudiaba la misma cohorte, solo el estudio con …

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