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As partículas abaixo de 1 µm são nocivas ao meio ambiente e ao organismo humano, por se depositarem nos alvéolos pulmonares, por reduzirem a visibilidade. Os danos causados aos seres vivos podem, ainda, serem intensificados pela adesão de metais pesados à superfície das mesmas (Watanabe et al., 1995).

Atualmente, houve um aumento das evidências do efeito tóxico das partículas ultrafinas à saúde humana, que podem causar doenças e até mesmo a diminuição da expectativa de vida, como observado por Seaton et al. (1995 apud Preining, 1998).

Um dos males do século XXI, segundo D’Amato (2000), é a alergia respiratória que está se tornando epidêmica nas regiões industrializadas. As manifestações mais freqüentes são as rinites e bronquites, causadas principalmente por pólen de flores. Seu efeito é potencializado pela ação de ozônio no organismo e materiais particulados finos, que carregam o agente causador da alergia até a zona mais profunda do sistema respiratório. Desse modo, a alergia atinge maior número de pessoas nas áreas urbanas do que nas rurais.

No processo de inalação das partículas presentes no ar pelo ser humano, segundo Hinds (1982), o ar é inalado pelo sistema respiratório (representado na Figura 2.2) e durante o seu percurso muda várias vezes de direção e velocidade, em função da geometria do organismo humano. As partículas suspensas no ar seguem esse escoamento e uma significativa parcela das maiores é depositada, principalmente nas vias respiratórias superiores, sendo expelidas para o sistema gastrointestinal pela mucosa.

Já as partículas mais finas atingem as partes mais profundas do pulmão, os brônquios e alvéolos, de onde são removidas pela ação dos macrófagos. Estes fagocitam as partículas, limpando o pulmão, após o que são expelidos com o muco formado, minimizando a interação das mesmas com o organismo humano. Porém, quando as partículas entram em grandes concentrações, elas não são removidas efetivamente, entrando em contato com o epitélio e sendo absorvidas

rapidamente, em função do seu pequeno diâmetro. Por possuírem elevada área superficial, facilitam a liberação de metais e radicais livres que estejam a elas adsorvidos, os quais possuem ação oxidante sobre os macrófagos e o epitélio, causando danos às células em questão e o aumento da permeabilidade das partículas pelo tecido pulmonar (Donaldson et al., 1998). A diminuição da capacidade de fagocitar partículas é potencializada pelas partículas ultrafinas, conforme estudos de Renwick et al. (2001).

Figura 2.2 – Esquema do Sistema Respiratório (Handbook of Air Pollution USPHS, 1968 apud Hinds, 1982).

Turbinates Laringe Pulmão Pulmão Traquéia Narina Brônquios Nasofaringe Faringe Epiglote Alvéolo Saco Alveolar Bronquíolo Condutor Bronquíolo Terminal Duto Alveolar Bronquíolo Respiratório Seios Nasais

As partículas nesta faixa são depositadas no sistema respiratório pelo efeito do movimento Browniano. Assim, quanto maior o tempo entre uma captação de ar e outra, maior o tempo de residência das partículas, aumentando a sua coleta pelo organismo humano (Hinds, 1999). O sistema respiratório possui 75 m2 de área de troca e processa de 10 a 25 m3de ar/dia, segundo Hinds, o que acarreta uma grande área para contato com as partículas, que são inspiradas em grande quantidade.

As partículas causam um processo inflamatório das células, que pode levar a alterações fibrosas no pulmão, fazendo com que o mesmo enrijeça, o que causa uma perda da capacidade respiratória. Este fator é intensificado quando as partículas são muito pequenas, como as estudadas por Oberdörster et al. (1990) com diâmetro de 20 a 30 nm, proporcionando o aumento da produção de colágeno e tecido fibroso na região pulmonar.

Assim, as partículas finas podem ficar retidas no pulmão por longos períodos ou ainda penetrar na membrana celular, proporcionando, segundo Pui e Chen (1997), que materiais relativamente insolúveis adsorvidos a elas, atravessem o sistema respiratório.

Este fato, bem como estudos toxicológicos, foi o motivo a partir do qual Oberdörster et al. (1990) concluíram que as partículas abaixo de 100 nm apresentam maiores danos à saúde humana do que a mesma quantidade do material, porém em tamanhos maiores. Isto também foi observado por Donaldson, (1996 apud Pui e Chen, 1997), que mostrou que partículas ultrafinas, relativamente inertes e atóxicas no tamanho de mícrons, podem causar inflamações quando em tamanhos menores e por Ferin et al. (1990) que avaliaram

o efeito do aumento da toxicidade do TiO2 e Al2O3 em tamanhos menores, bem como sua maior penetração no organismo em estudo. Os pesquisadores afirmam que, mesmo quando estas partículas estão na forma de aglomerados, elas se dissociam quando depositadas, sendo rapidamente absorvidas.

Donaldson et al. (1997 apud Preining, 1997) demonstraram que as partículas menores liberam mais radicais hidroxil, agentes oxidantes, precursores de várias doenças.

Oberdörster (1995 apud Shi et al., 2001) realizou experimentos com politetrafluoretileno em ratos e observou que estas partículas danificam o pulmão, chegando a causar a morte de muitas cobaias.

As doenças pulmonares podem, ainda, ser causadas pela absorção de bactérias (< 2 µm), vírus e esporos de fungos, que variam de 0,05 a 0,5 µm, ou até mesmo por substâncias produzidas por tais organismos, que causam reações nos pulmões (Lau et al., 1996; Vogelzang et al., 1998 apud Neas, 2000).

Neas (2000) acrescenta que, além das doenças pulmonares, a inalação de partículas pequenas provoca problemas de coração. Um dos meios de causar tais danos, segundo Oberdörster et al. (1996 apud Neas, 2000) é através da absorção das partículas pela corrente sangüínea e sua deposição nos tecidos do coração, o que pode causar arritmia e morte.

A absorção das partículas pela corrente sangüínea também pode causar trombose, segundo as pesquisas de Nemmar et al. (2003). Este efeito foi observado quando trabalhando com partículas de 60 nm carregadas positivamente. As partículas maiores, com 400 nm, não apresentaram o mesmo resultado, apesar de causarem inflamações no pulmão.

O efeito das ultrafinas é agravado pela adsorção de metais pesados à superfície das mesmas, o que foi constatado por alguns pesquisadores. John et al. (2001) determinaram a presença de metais nas partículas menores que 1 µm, dispersas no ar da cidade de Dusseldorf na Alemanha, sendo estes: Cu, Pb, Sb, Cr, K, Mn, Ti, Ni e Zn. Liang et al. (2002) também realizaram o mesmo estudo, analisando as cinzas de um incinerador municipal, e concluíram que de 30 a 50 % do material adsorvido era Zn e que existiam ainda, em menor quantidade, Ca, Si, Na, K, Cl, Ps, S e Al e traços de mercúrio.

Wilson et al. (2000) observaram que partículas de carbono inorgânico em tamanho menor que 100 nm interagem com metais de transição, tornando-se potencialmente tóxicas. Eles observaram, em estudos com cobaias, que o carbono com elevada concentração de ferro causa inflamação do pulmão, quando os macrófagos não desempenham suas funções. Ferin et al. (1990) expõem que já foi detectada a presença de carbono inorgânico em vários órgãos e que o mesmo tem grande facilidade de se acumular no sistema linfático.

Harrison e Yin (2000) questionam-se se é a composição química ou o tamanho das partículas que causam seu efeito tóxico ao organismo humano. Suas pesquisas apontaram que as substâncias tóxicas não estão em concentração suficientes para causarem tantos males. Contudo, os autores apresentam algumas pesquisas que associam doenças com compostos específicos, como a morte de ratos devido à presença de sulfato (Pope et al., 1995 apud Harrison e Yin, 2000) e a inflamação de tecidos por radicais livres associados aos metais pesados. Quanto ao tamanho das partículas, é mais difícil de ser analisada devido à escassez de dados, segundo estes pesquisadores.

Com os resultados promissores de aplicação das nanopartículas em novas áreas, o que certamente provocará um aumento ainda maior de sua produção, justifica-se a preocupação com os efeitos que as mesmas causam à saúde humana e em métodos para a sua remoção do ar atmosférico.