Investigação magnética e microscópica de nanopartículas de óxido de ferro transportadas pelo ar no metrô de Londres
Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 20298 (2022) Citar este artigo
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Os níveis de concentração de material particulado (PM) no metrô de Londres (LU) são mais altos do que os níveis normais de Londres e além dos limites definidos pela Organização Mundial da Saúde (OMS). A abrasão de rodas, trilhos e freios são as principais fontes de material particulado, produzindo partículas predominantemente ricas em Fe que tornam o microambiente LU particularmente adequado para estudar usando magnetismo ambiental. Aqui combinamos propriedades magnéticas, microscopia eletrônica de alta resolução e tomografia eletrônica para caracterizar a estrutura, química e propriedades morfométricas das partículas LU em três dimensões com resolução em nanoescala. Nossas descobertas mostram que LU PM é dominado por partículas de 5–500 nm de maghemita, ocorrendo como aglomerados agregados de 0,1–2 μm, desviando a concentração fracionada por tamanho de PM artificialmente para tamanhos maiores quando medidos com monitores tradicionais. As propriedades magnéticas são amplamente independentes do tamanho do filtro PM (PM10, PM4 e PM2.5) e demonstram a presença de superparamagnético (< 30 nm), domínio único (30–70 nm) e vórtice/pseudodomínio único (70–700 nm) apenas sinais (ou seja, sem partículas multidomínio > 1 µm). A natureza oxidada das partículas sugere que a exposição ao PM no LU é dominada pela ressuspensão de partículas de poeira envelhecidas em relação a partículas metálicas recém-desgastadas do sistema de roda/trilho/freio, sugerindo que a remoção periódica de poeira acumulada de túneis subterrâneos pode fornecer um estratégia econômica para reduzir a exposição. A abundância de partículas ultrafinas identificadas aqui pode ter impactos particularmente adversos à saúde, pois seu tamanho menor possibilita a passagem dos pulmões para a corrente sanguínea. Métodos magnéticos são mostrados para fornecer uma avaliação precisa das características de PM ultrafinas, fornecendo uma rota robusta para monitoramento e potencialmente mitigando esse risco.
O metrô de Londres (LU) é uma opção de transporte popular para londrinos e visitantes, transportando 2 milhões de passageiros por dia. A concentração de material particulado (PM10, PM2.5 e, PM1) no LU é significativamente maior do que os níveis de PM de Londres. Um estudo anterior de monitoramento da poluição do ar no LU sugeriu que níveis mais altos de MP podem estar associados à idade e profundidade das plataformas e aos sistemas de ventilação deficientes1. As concentrações de PM2.5 em sistemas de metrô semelhantes ao LU foram relatadas como tendo concentrações que excedem as diretrizes de qualidade do ar da OMS para PM. No entanto, o nível de PM na LU tem atraído menos atenção. Embora algumas linhas da LU estejam acima da superfície, o sistema de transporte é considerado um ambiente interno para o qual o Departamento de Meio Ambiente, Alimentos e Assuntos Rurais (DEFRA do Reino Unido) não tem limites de diretrizes para PM. Estudos anteriores relataram composições químicas de PM2,5 no LU como sendo predominantemente óxido de ferro (47–67%), 1–2% de quartzo, outros metais pesados, 18% de carbono (carbono elementar e carbono orgânico) e 14% metálico e óxidos minerais1,2. As fontes de MP rico em Fe no LU se originam de diferentes componentes do sistema roda-trilho-freio. Estudos anteriores em Londres1,2,3 e Seul4 identificaram que MP rico em Fe é gerado pelo desgaste de componentes de aço e trilhos devido ao atrito, desgaste de peças do trem, como sapatas coletoras, que são feitas de ferro fundido, e materiais contendo Fe blocos de freio. Atualmente no LU, os vácuos de emissão localizada (LEVs) capturam uma proporção dos fumos de soldagem que são gerados quando os metais são aquecidos acima de seu ponto de fusão, vaporizam e condensam em aerossóis. Portanto, a maioria das partículas ricas em Fe provavelmente vem da abrasão do sistema de freio da roda (embora todas, exceto as linhas Bakerloo e Piccadilly, tenham frenagem regenerativa).
A exposição a partículas ultrafinas de poluição do ar ambiente tem sido associada a riscos à saúde associados a asma, danos cerebrais5, demência6, câncer de pulmão, doenças cardiovasculares, capacidade cognitiva reduzida7. Em particular, os efeitos da magnetita PM na saúde humana foram associados ao mal de Alzheimer8 e nanopartículas de magnetita também foram encontradas no cérebro, o que pode ter sérias implicações9,10. No entanto, foram realizados estudos de saúde limitados e inconclusivos sobre os impactos potenciais na saúde dos sistemas de trens subterrâneos11,12, que são ricos em Fe-óxido PM. Ainda não há evidências definitivas de que a exposição a partículas em um ambiente ferroviário subterrâneo seja mais perigosa do que a poluição do ar ambiente. Além disso, foi argumentado anteriormente que é improvável que o ambiente ferroviário subterrâneo represente um risco à saúde dos trabalhadores e passageiros devido aos diferentes efeitos à saúde dos óxidos de Fe e partículas geradas pela combustão e concentrações de PM mais seguras abaixo dos padrões recomendados para o local de trabalho2. Estudos toxicológicos anteriores realizados no metrô de Estocolmo (microambiente rico em Fe) não observaram um risco aumentado de infarto do miocárdio em motoristas de metrô em comparação com outros trabalhadores manuais em Estocolmo13. No entanto, um estudo in vitro recente de 14 usando PM das linhas Bakerloo e Jubilee da estação Baker Street no LU encontrou evidências de aumento do risco de infecção pneumocócica e mortalidade. Outro estudo in vitro de PM10 do metrô de Estocolmo também descobriu que o ar era 40 a 80 vezes mais genotóxico e 20 a 40 vezes mais potente em causar estresse oxidativo quando comparado com um ambiente de rua urbana15. Da mesma forma, um estudo de poluição ferroviária subterrânea descobriu que PM2.5 e PM1.8 têm maior capacidade de produzir espécies reativas de oxigênio (ROS) do que PM10 mais grosseiro; essas partículas podem penetrar na camada mucosa, causando uma resposta antioxidante16. Já se sabe que nenhum nível de exposição a PM pode ser considerado como um limite seguro para a saúde17 e a má ventilação em plataformas e túneis significa que os passageiros ficam expostos a altos níveis de partículas durante suas viagens.