Progetto Maia, per arrivare al cuore della materia (particolato)

Il progetto MAIA della NASA per studiare come l’inquinamento atmosferico da particolato influisce sulla nostra salute

Gli scienziati sanno da tempo che l’aria che respiriamo può essere pericolosa per la nostra salute. L’Organizzazione Mondiale della Sanità stima che oltre il 90% della popolazione mondiale respira aria contenente livelli nocivi di inquinanti. Il particolato aerodisperso (PM) è particolarmente pericoloso. Respirare queste minuscole particelle solide e / o liquide galleggianti di materia organica e inorganica, note anche come aerosol, provoca più di 4 milioni di morti premature ogni anno a causa di malattie cardiovascolari, respiratorie e di altro tipo, secondo un importante studio sanitario internazionale chiamato Global Burden of Disease.

Ora una nuova missione satellitare della NASA attualmente in fase di sviluppo promette di portare la ricerca sulle connessioni tra l’inquinamento atmosferico da PM e la salute umana a nuovi livelli. L’indagine MAIA (Multi-Angle Imager for Aerosols), prevista per il lancio nel 2022, produrrà mappe uniche dell’inquinamento atmosferico da PM che gli epidemiologi useranno per studiare come i diversi tipi di PM – miscele di particelle con diverse dimensioni, forme e composizioni – influenzano la nostra salute. L’indagine triennale segna la prima partnership in assoluto tra la NASA, gli epidemiologi e le organizzazioni sanitarie per utilizzare i dati spaziali per studiare la salute umana e migliorare la vita.

“Sappiamo che l’esposizione a particelle aerodisperse dalla combustione di combustibili fossili, traffico, fumo e polvere è associata a varie malattie e persino alla mortalità“, ha affermato David Diner, MAIA Principal Investigator del Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA nel sud della California. JPL sta costruendo lo strumento MAIA e gestisce il progetto. “È probabile che le infezioni da batteri, funghi o virus come COVID-19 possano essere esacerbate da problemi di salute legati all’inquinamento atmosferico che le persone hanno già, rendendole più suscettibili a malattie gravi e conseguenze negative per la salute“.

Inquinamento atmosferico da particolato: un pericolo non così chiaro ma presente

Quando si tratta di PM e salute, le dimensioni contano: particelle di dimensioni diverse sono associate a diversi effetti sulla salute. Le classificazioni dimensionali comunemente regolamentate sono PM ₁₀ (particelle inalabili con diametro di 10 micrometri e inferiore) e PM _2,5 (particelle respirabili con diametro di 2,5 micrometri e inferiore). Le particelle più grandi possono irritare le nostre vie respiratorie, mentre le particelle più piccole possono penetrare più in profondità nei nostri polmoni e causare infiammazioni che colpiscono altri organi. Gli scienziati hanno associato la PM _2.5 con un aumento del rischio di malattia coronarica, attacchi di cuore e ictus. Altri studi mostrano che le persone che respirano più PM hanno maggiori probabilità di sviluppare cancro ai polmoni, infezioni delle vie respiratorie inferiori, broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO) e problemi durante la gravidanza e il parto, come parto pretermine e basso peso alla nascita.

Meno compreso è quali componenti delle particelle sono più dannosi di altri. “Il particolato è complesso“, ha affermato il professor Diner. “Le particelle di polvere hanno una forma irregolare, mentre le goccioline sono sferiche. Le particelle hanno diversi componenti chimici e provengono da varie fonti, molte delle quali prodotte dall’uomo, come le emissioni dei veicoli e la combustione agricola. Le quantità variano anche ampiamente in base al luogo e alla stagione. ”

Tradizionalmente, gli scienziati utilizzano strumenti di monitoraggio a terra per misurare con precisione l’esposizione all’inquinamento atmosferico. Un tipo utilizza filtri per catturare le particelle sospese nell’aria che vengono pesate e analizzate in un laboratorio per calcolare la quantità di varie particelle. Altri strumenti utilizzano la diffusione della luce o l’assorbimento di elettroni per generare stime in tempo reale della concentrazione di massa delle particelle. Poiché il PM cambia da un luogo all’altro, sarebbe necessaria una fitta schiera di monitor per campionare adeguatamente un’intera città.

MAIA: Ottenere il quadro generale sull’inquinamento atmosferico

Dallo spazio, MAIA acquisirà i dati che verranno utilizzati per generare mappe dell’inquinamento atmosferico da PM in un insieme di aree target distribuite a livello globale. Gli epidemiologi – professionisti della sanità pubblica che studiano le cause, la distribuzione e la frequenza delle malattie nelle popolazioni umane – useranno le mappe per condurre studi sulla salute per determinare quali tipi e fonti di PM sono più dannosi.

Diner afferma che c’è una crescente consapevolezza tra gli scienziati del valore che i dati satellitari portano sul tavolo per lo studio dell’inquinamento atmosferico.

“Il modo più ovvio per monitorare gli aerosol vicino al suolo è installare sensori, raccogliere particelle e misurare le loro proprietà”, ha detto. “Ciò può diventare rapidamente scoraggiante a causa dei costi e delle complessità logistiche, soprattutto nei paesi in via di sviluppo. Al contrario, un satellite può acquisire immagini di aree in tutto il mondo e colmare le lacune di copertura, ma i dati sugli aerosol satellitari forniscono solo inferenze indirette sulla composizione delle particelle “.

Per determinare le concentrazioni e la composizione chimica di queste minuscole particelle, i dati dei satelliti MAIA saranno combinati con i dati degli strumenti terrestri e dei modelli computerizzati di come si formano e trasportano le sostanze chimiche nell’atmosfera. “Questa complementarità conferisce all’indagine la sua forza“, ha aggiunto Diner.

“Un aspetto unico di MAIA è l’integrazione delle esperienze e delle aspettative della comunità della sanità pubblica che utilizzerà i dati nel DNA della missione sin dall’inizio“, ha affermato Yang Liu, professore della Rollins School of Public Health presso la Emory University di Atlanta e componente del team scientifico MAIA. “La combinazione dei dati dello strumento satellitare e di varie reti di sensori a terra con la chimica atmosferica e modelli statistici, e la generazione di dati simulati prima del lancio per coinvolgere la comunità degli utenti, consentirà una transizione graduale dai dati alle applicazioni e massimizzerà i vantaggi sociali di MAIA“.

MAIA Health Studies

Tra le metodologie che gli epidemiologi MAIA utilizzeranno per studiare gli effetti dell’inquinamento da particolato misurato dallo strumento MAIA sulla salute umana ci sono le serie temporali e gli studi di coorte. Negli studi di serie temporali, vengono utilizzate le registrazioni dei decessi giornalieri e dei ricoveri in una particolare città o area urbana e vengono studiate le loro relazioni con le concentrazioni di inquinamento atmosferico a breve termine (uno o più giorni). Gli studi di coorte esaminano gli impatti dell’esposizione a lungo termine (un anno o più) all’inquinamento atmosferico sulla salute e la salute di un ampio gruppo di persone viene monitorata per diversi anni. Nella progettazione di questi studi, gli epidemiologi devono tenere conto di variabili estranee che potrebbero anche indurre le persone a contrarre le malattie in esame e potenzialmente influenzare i risultati degli studi. Dopo aver tenuto conto di tali “fattori di confusione” (esempi dei quali includono la storia familiare e il fumo) gli scienziati possono calcolare l’impatto dell’inquinamento atmosferico sul rischio di malattia di una persona.

I ricercatori del MAIA condurranno diversi studi epidemiologici nelle sue aree target primarie, a seconda del tipo di cartelle cliniche disponibili, degli studi effettuati in passato e dei tipi di PM presenti. Saranno studiate tre scale temporali di esposizione: acuta (picchi a breve termine di PM in un periodo da giorni a settimane), subcronica (durata moderata, concentrandosi sull’esposizione a PM da parte delle future mamme) e cronica (impatti sulla salute derivanti dal effetti accumulati delle esposizioni al PM per molti anni).

“Più malattie vengono associate all’esposizione al particolato“, ha affermato Diner. “Ad esempio, gli scienziati stanno trovando connessioni tra l’esposizione al particolato e disturbi neurologici, come il deterioramento cognitivo. Esiste un’ampia gamma di risultati sulla salute che le persone sono interessate a studiare e molti saranno guidati dalle fonti di dati sulla salute che il nostro team acquisirà “.

MAIA: un’indagine mirata sulle principali città

Sebbene l’orbita di MAIA occuperà gran parte del mondo, considerazioni pratiche limitano la raccolta dei dati a diverse dozzine di aree target, ciascuna delle quali misura circa 147.000 chilometri quadrati (quasi 57.000 miglia quadrate), o approssimativamente l’area della California meridionale. Da questo set, gli epidemiologi del MAIA concentreranno i loro studi sulla salute su una dozzina di aree target primarie contenenti città altamente popolate: Los Angeles, Atlanta e Boston negli Stati Uniti; Barcellona, ​​Spagna; Roma, Italia; Tel Aviv, Israele; Johannesburg, Sud Africa; Addis Abeba, Etiopia; Delhi, India; Pechino, Cina; Taipei, Taiwan; e Seoul, Corea del Sud. Le aree target primarie sono state selezionate in base a vari criteri, tra cui la popolazione, la variabilità della quantità e dei tipi di PM presenti, la nuvolosità, il livello di monitoraggio dell’area da parte degli strumenti di terra e l’accesso alle cartelle cliniche pubbliche.

Le misurazioni delle particelle verranno registrate anche in più di 20 aree target secondarie, tra cui Città del Messico, Messico; Santiago, Cile; Accra, Ghana; Nairobi, Kenya; e Bangkok, Thailandia.

Le misurazioni MAIA saranno particolarmente utili in aree metropolitane molto grandi e città in paesi che non hanno avuto le risorse per misurare l’inquinamento da particolato, ha detto il membro del team scientifico del MAIA Bart Ostro, un epidemiologo ambientale presso l’Università della California, Davis, ed ex capo dell’aria. epidemiologia dell’inquinamento presso la California Environmental Protection Agency. “Fornire dati per identificare fonti specifiche di particelle può aiutare i responsabili delle decisioni a stabilire le priorità delle strategie di controllo e ridurre i costi“, ha affermato.

Utilizzo dei dati MAIA

MAIA produrrà mappe gratuite e pubblicamente disponibili delle di PM _2.5 e PM ₁₀ concentrazioni per ciascuna area target primaria. Le PM _2.5 mappe saranno suddivise in diversi componenti chimici chiave: solfato, nitrato, carbonio organico, carbonio elementare e polvere. Gli epidemiologi MAIA useranno queste mappe insieme alle cartelle cliniche per esplorare i collegamenti statistici. I risultati saranno divulgati tramite pubblicazioni peer-reviewed.

Oltre agli studi epidemiologici, i dati MAIA supporteranno altre applicazioni, comprese le valutazioni dell’impatto dell’inquinamento da PM sull’ambiente naturale e umano, le informazioni per i regolatori della qualità dell’aria e i responsabili politici e la ricerca sulle interazioni di aerosol e nuvole con il clima terrestre.

Piccola missione, grandi contributi

Infine, Diner afferma che MAIA fornirà agli scienziati, alla comunità medica e ai responsabili delle decisioni che regolano la qualità dell’aria nuove informazioni che possono consentire un’aria più pulita, migliorare la salute pubblica e risparmiare sui costi.

“È mia speranza che MAIA aiuti a tracciare l’inquinamento da particolato alle sue fonti, fornendo alla salute pubblica e alle comunità di regolamentazione i dati di cui hanno bisogno per controllare le emissioni di particolato”, ha detto. “È gratificante far parte di qualcosa che potrebbe contribuire a ridurre gli oneri della malattia sulla società”.

Fonte: Nasa Global Climate Change

Traduzione e adattamento a cura della redazione di Ancler