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工业空气污染会在大脑中留下磁性废物

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如果你生活在城市环境中,你很有可能在大脑上得到了纳米磁体 - 字面意思。新的研究表明,人类大脑中发现的大多数磁铁矿是磁性氧化铁化合物,来自工业空气污染。由于在阿尔茨海默病患者的大脑中发现了异常高浓度的磁铁矿,这些发现引起了人们对这种神经退行性疾病和其他神经退行性疾病令人担忧的新的环境风险因素的担忧。其他科学家仍然警告说,这种关联仍然是推测性的。

几十年来,科学家们已经知道大脑中含有磁性颗粒,但大多数人认为它们是从用于正常大脑功能的铁中自然产生的。大约25年前,地球物理学家Joe Kirschvink在  加利福尼亚理工学院在帕萨迪纳检测到人体大脑中生物形成的磁铁颗粒,为其天然来源提供证据。

磁铁矿的问题是它有毒。它会引起氧化应激,破坏正常的细胞功能,并促成破坏性自由基 - 不稳定分子的产生,从而损害其他重要分子。先前的研究也显示大量磁脑和阿尔茨海默病之间存在相关性,最近的研究表明它会增加该病的特征性β淀粉样蛋白斑块的毒性,这种斑块会干扰细胞信号传导。没有任何东西能明确地将磁铁矿与阿尔茨海默氏病联系起来,但它可能导致的细胞损伤与疾病中所见的一致。

英国兰开斯特大学环境磁学与古磁学中心联合主任,物理学家芭芭拉马赫想知道在大脑中发现的所有磁铁矿是否可以追溯到生物过程。作为环境磁性颗粒方面的专家,她知道包括磁铁矿在内的许多人在发电厂烟囱泄漏的空气污染中非常普遍。

马赫说:“迄今为止,范式一直是磁铁矿在大脑中自然形成的。 “鉴于磁铁矿颗粒在大气中多么多产,我想知道他们是否已经进入人脑。”

So Maher和一个英国和墨西哥科学家团队观察了37人的额叶皮质的脑内物质的死后样品大脑。大部分来自居住在墨西哥城的人,其他人来自英国曼彻斯特的前居民。使用各种高分辨率成像技术,研究人员检查了大脑样本磁铁矿的特征。

生物磁铁矿通常形成四面体或八面体形状,但本研究中发现的绝大多数磁铁矿颗粒都是圆形纳米球(如下图所示)。研究人员还在脑部样本中检测到其他意想不到的金属纳米粒子:铂,镍和钴。这些金属没有一种天然存在于大脑中,这表明环境起源。

对于Maher而言,磁铁的纳米球形状与其他金属的存在相结合,是一个传奇故事。 “他们显示所有的性能表明他们在高温下形成,”她说。这些温度因燃烧的燃料而异,但它们比人体高得多。 “[纳米球是]燃烧副产品,就像电站污染中发现的那样。”摩擦加热,就像汽车刹车片发生的情况一样,也会产生磁铁矿纳米球,她补充道。

研究人员还发现了生物形成的磁铁矿,但是对于这些颗粒中的每一个,他们发现至少有100个污染源磁性颗粒,他们今天在美国国家科学院院刊中报告。 Maher说,每克脑物质中含有数以百万计的磁铁颗粒。

Maher解释说,在150纳米或更小的直径下,这些磁铁矿纳米粒子足够小,可以通过鼻子吸入并通过嗅球进入大脑。此前在英国和墨西哥城进行的空气质量研究发现,城市地区,特别是在路边,拥有丰富的空气磁铁矿,她补充说,为人们提供了大量机会让这些有毒的纳米粒子进入他们的大脑。

其他 已经提出了阿尔茨海默病和其他神经退行性疾病的环境风险因素,并且不清楚磁铁矿如何适应总体风险图,或者是否存在特别危险的暴露阈值。马赫说,结果仍值得流行病学家和空气质量决策者特别关注。 “这是一个不幸的可能的风险因素,值得采取预防措施。决策者们已经试图在他们的环境法规中对此进行解释,但也许需要对这些做出修改。“

25年前,第一位在大脑中检测生物衍生磁铁矿的科学家Kirschvink确信研究人员确实发现了证据磁铁矿可以通过空气污染引入。研究的大脑样本中发现的特别高水平的磁铁矿是令人震惊的,尽管他们生活和工作在有大量空气污染的工业环境中,但这并不令人惊讶。

不过,他担心研究人员在大脑中发现了如此多的环境磁铁矿。他说,这种磁铁矿比生物成因的颗粒更危险。 “一旦开始获得大量[环境]磁铁矿,化学反应性就会上升,”他说。 “工业生成的磁铁纳米粒子能够进入脑组织令人不安。”

伦敦大学学院神经学家詹妮弗波考克在通过独立科学媒体中心发表的声明中表示,虽然她同意证据指向大脑中的污染性磁铁矿,需要更多的工作才能与阿尔茨海默症有密切的联系。 “例如,与生活在相对未受污染的地区的患者相比,需要进行更好的研究,将主要居住在城市的患者的磁铁矿浓度与其与磁铁矿浓度相关的阿尔茨海默病脑病理分析相关联。”

*更新日期,6月9日上午7:07:此故事已更新,以补充Jennifer  Pocock 在伦敦大学学院的神经科医生的反应

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