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Acute systemic and lung inflammation in C57Bl/6J mice after intratracheal aspiration of particulate matter from small-scale biomass combustion appliances based on old and modern technologies.

小規模の生物量燃焼機器からの粒子状物質の気管内吸引の後のC57Bl/6Jマウスにおける急性全身および肺炎症は、古いおよび最新の技術に基づいた。

Published date

Author

Oskari J Uski, Mikko S Happo, Pasi I Jalava, Thomas Brunner, Joachim Kelz, Ingwald Obernberger, Jorma Jokiniemi, Maija-Riitta Hirvonen

Affiliation

Department of Environmental Health, National Institute for Health and Welfare , Kuopio , Finland.

Abstract

Inflammation is regarded as an important mechanism behind mortality and morbidity experienced by cardiorespiratory patients exposed to urban air particulate matter (PM). Small-scale biomass combustion is an important source of particulate air pollution. In this study, we investigated association between inflammatory responses and chemical composition of PM(1) emissions from seven different small-scale wood combustion appliances representing old and modern technologies. Healthy C57Bl/6J mice were exposed by intratracheal aspiration to single dose (10 mg/kg) of particulate samples. At 4 and 18 h after the exposure, bronchoalveolar lavage fluid (BALF) as well as serum was collected for subsequent analyses of inflammatory indicators (interleukin (IL)-6, IL-1β, IL-12, and IL-10; tumor necrosis factor-α (TNF-α); keratinocyte-derived chemoattractant (KC), and interferon-γ (IFN-γ)) in multiplexing assay. When the responses to the PM(1) samples were compared on an equal mass basis, the PM from modern technology appliances increased IL-6, KC, and IL-1β levels significantly in BALF at 4 and 18 h after the exposure. In contrast, these responses were seen only at 4 h time point in serum. Increased cytokine concentrations correlated with metal-rich ash related compounds which were more predominant in the modern technology furnaces emissions. These particles induced both local and systemic inflammation. Instead, polycyclic hydrocarbon (PAH) rich PM(1) samples from old technology (OT) evoked only minor inflammatory responses. In conclusion, the combustion technology largely affects the toxicological and chemical characteristics of the emissions. The large mass emissions of old combustion technology should be considered, when evaluating the overall harmfulness between the appliances. However, even the small emissions from modern technologies may pose significant toxic risks.

 

炎症は、都市空気粒子状物質(PM)にさらされる呼吸循環患者によって経験される死亡率と罹患率の後の重要な機序と考えられている。
小規模の生物量燃焼は、粒子性大気汚染の重要なもとである。
この研究において、我々は、古いおよび最新の技術を意味している7台の異なる小規模の木の燃焼機器からのPM(1)放出物の炎症反応と化学組成の間の関係を調査した。
健康なC57Bl/6Jマウスは、気管内吸引によって粒子性検体の単回投与(10mg/kg)を浴びた。
暴露の後の4と18時間に、血清と同様に気管支肺胞洗浄液(BALF)は、炎症性指示薬の以降の分析のために集められた(インターロイキン(IL)-6、IL-1β、IL-12とIL-10;腫瘍壊死因子-α(TNF-α);ケラチノサイトから派生した化学遊走物質(KC)と多重化分析のインターフェロン-γ(IFN-γ))。
PM(1)検体への反応が等しい大量のベースで比較されたとき、最新の技術機器からのPMは暴露の後4と18時間にBALFで有意にIL-6、KCとIL-1βレベルを上昇させた。
対照的に、これらの反応は、血清で4時間の時点だけに見られた。
増加したサイトカイン濃度は、現代の技術炉分泌液でより優性だった金属の豊富な灰関連の合成物と相関した。
これらの粒子は、両方の局所および全身性炎症を誘発した。
その代わりに、古い技術(OT)からの多環式炭化水素の豊富な(PAH)PM(1)検体は、軽度の炎症反応だけを引き起こした。
結論として、燃焼技術は、主に放出の毒物学的および化学特徴に影響を及ぼす。
機器の間に全体の有害性を評価するとき、古い燃焼技術の大規模な大規模な放出は考慮されなければならない。
しかしながら、最新の技術からの小さい放出物さえ、有意な中毒リスクを有する可能性がある。


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