Ô nhiễm không khí và tổn thương não
Các nghiên cứu dịch tễ học đã tìm ra mối liên hệ giữa ô nhiễm không khí với chứng mất trí nhớ và các bệnh rối loạn não khác. Hiện nay, các nhà nghiên cứu đang cố gắng xác định các chất ô nhiễm ảnh hưởng đến não như thế nào.
Năm 2012, Deborah Cory-Slechta tại Đại học Rochester, New York, đã nhận được một “thùng não”. Một đồng nghiệp nghiên cứu về tác động của ô nhiễm không khí xung quanh trường đến tim và phổi chuột, đã nhờ Cory-Slechta kiểm tra xem não của những con chuột này có bị tổn thương không. Là một chuyên gia về độc tính thần kinh của chì, lúc đó Cory-Slechta nghĩ: “Ô nhiễm không khí ư? Nó có thể tệ đến mức nào?”. Tuy nhiên, những gì Cory-Slechta tìm thấy trong những bộ não này đáng kinh ngạc đến mức làm thay đổi toàn bộ trọng tâm nghiên cứu của bà.
Việc tập trung tìm hiểu ô nhiễm không khí làm tổn hại não như thế nào đã đưa Cory-Slechta bước vào một lãnh địa còn thưa dấu chân người. Hiện nay, các nhà khoa học biết rõ ô nhiễm không khí, dưới dạng vật chất dạng hạt, ozone hoặc các loại khí độc khác, đều góp phần gây ra bệnh hen suyễn, ung thư phổi và các bệnh về đường hô hấp khác, đặc biệt vật chất dạng hạt còn góp phần gây ra bệnh tim. Nhưng bà cho biết, vào thời điểm đó, có rất ít nghiên cứu về mối liên hệ giữa ô nhiễm không khí và não bộ – và số lượng các nhà khoa học thần kinh quan tâm đến ô nhiễm không khí còn ít hơn. Các bài thuyết trình của Cory-Slechta tại các hội nghị về khoa học thần kinh ít được sự chú ý đến nỗi bà đã ngừng tham dự các cuộc hội thảo.
Việc tiếp xúc lâu dài với các hạt vật chất trong không khí, oxit nitric và nitơ dioxide liên quan đến mức độ trầm cảm và lo âu cao hơn.
Giờ đây, lĩnh vực này đang nhận được nhiều sự chú ý và thu hút sự quan tâm trên toàn cầu. Các nghiên cứu liên tiếp chỉ ra mức độ ô nhiễm không khí cao hơn liên quan đến sự gia tăng nguy cơ mắc các chứng mất trí nhớ, trầm cảm, lo âu và rối loạn tâm thần. Các nhà nghiên cứu cũng tìm thấy mối liên hệ giữa ô nhiễm không khí với những điều kiện dẫn đến phát triển các bệnh thần kinh, chẳng hạn như tự kỷ và khiếm khuyết về nhận thức ở trẻ em.
Năm 2020, Ủy ban Lancet về chứng mất trí nhớ đã công nhận ô nhiễm không khí là một yếu tố có nguy cơ gây bệnh mất trí nhớ. Trong báo cáo năm ngoái, Ủy ban Lancet tuyên bố việc tiếp xúc với vật chất dạng hạt trong không khí “là mối quan tâm sâu sắc hiện nay”. Ngoài ra, vào năm 2022, Ủy ban Những ảnh hưởng y học của ô nhiễm không khí, thuộc Chính phủ Anh, đã kêu gọi nghiên cứu nhiều hơn về mối liên hệ giữa ô nhiễm không khí và chứng mất trí nhớ. Tương tự, các hướng dẫn về chất lượng không khí toàn cầu năm 2021 của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đã nhấn mạnh vào tầm quan trọng của việc nghiên cứu những ảnh hưởng thần kinh do ô nhiễm không khí đối với người trẻ và người cao tuổi.
Theo ước tính của WHO, 99% dân số thế giới đang tiếp xúc với ô nhiễm vượt quá mức khuyến nghị, với nhiều thành phố ở các quốc gia thu nhập thấp và trung bình có chất lượng không khí đặc biệt kém. Tuy nhiên, không chỉ người dân ở các thành phố lớn như Mexico City và Delhi phải đối mặt với rủi ro. “Ngay cả mức độ phơi nhiễm thấp mà mọi người nghĩ là an toàn cho sức khỏe cộng đồng cũng đang ảnh hưởng đến não bộ”, Megan Herting, nhà khoa học thần kinh tại Đại học Nam California ở Los Angeles, cho biết.
Các nhà nghiên cứu đang cố gắng tìm hiểu cơ chế đằng sau những vấn đề này để có biện pháp giảm thiểu, theo Ian Mudway, nhà độc chất học môi trường tại Đại học Hoàng gia London và là đồng tác giả của báo cáo của Chính phủ Anh năm 2022. Mudway cho rằng, câu hỏi nan giải và quan trọng nhất là “thứ gì trong không khí đã gây ra những tác động này?”
Tìm mối liên kết
Các nghiên cứu về bộ não của trẻ em và chó ở Mexico City vào cuối những năm 2000 và đầu những năm 2010 là một trong những nghiên cứu đầu tiên gióng lên hồi chuông cảnh báo về độc tính thần kinh của ô nhiễm không khí. Ảnh chụp thần kinh cho thấy nhiều trẻ em sống ở thành phố ô nhiễm nặng bị tổn thương ở các đường dẫn chất trắng – các bó sợi thần kinh (axons) trong não tạo điều kiện giao tiếp giữa các vùng não khác nhau – so với trẻ em ở những khu vực ít ô nhiễm hơn, và phần vỏ não trước trán cũng dễ bị tổn thương hơn. Ngoài ra, trẻ em sống ở các thành phố ô nhiễm cũng thực hiện các nhiệm vụ nhận thức kém hơn, dù không có yếu tố nguy cơ nào khác về các rối loạn não.
Ô nhiễm không khí là sự kết hợp cực kỳ phức tạp giữa các thành phần khí và hạt khác nhau tùy theo nguồn thải. Khí thải xe cộ và sản xuất công nghiệp là những nguồn chính tạo ra các hạt bụi ở các phân khúc kích thước khác nhau, ngoài ra, bếp nấu ăn, cháy rừng và bụi sa mạc cũng góp phần tạo ra các hạt này. Quá trình đốt nhiên liệu và các nguồn khác giải phóng khí nitơ và lưu huỳnh oxit, khí carbon monoxide (CO) và ozone. Các nghiên cứu ở nhiều quốc gia, bao gồm cả những quốc gia đã nỗ lực cải thiện đáng kể chất lượng không khí trong những thập kỷ gần đây, đã tìm thấy mối liên hệ giữa ô nhiễm không khí và các bệnh về não.
Một nghiên cứu được công bố năm 2023 dựa trên dữ liệu của hơn 389.000 người được lưu trữ tại Biobank Vương quốc Anh cho thấy việc tiếp xúc lâu dài với các hạt vật chất trong không khí, oxit nitric và nitơ dioxide liên quan đến mức độ trầm cảm và lo âu cao hơn. Guoxing Li, nhà độc chất học môi trường tại Đại học Bắc Kinh (Trung Quốc), tác giả chính của nghiên cứu, nhấn mạnh là ngay cả mức độ tiếp xúc rất thấp cũng làm gia tăng các tình trạng này.
Các nghiên cứu về não của những người đã qua đời cho thấy nhiều chất ô nhiễm – bao gồm các hạt nano và kim loại độc hại, tích tụ trong mô não. Các hạt siêu mịn và hóa chất trong PM2.5 và PM10 có thể di chuyển từ phổi vào máu, đi qua hàng rào máu não để vào não. Những hạt này cũng có thể xâm nhập trực tiếp vào não bằng cách di chuyển từ khoang mũi, dọc theo các dây thần kinh khứu giác hoặc các dây thần kinh khác.
Vào tháng 12 năm ngoái, một nghiên cứu kéo dài 16 năm trên hơn 200.000 cư dân ở Scotland phát hiện việc tiếp xúc với nitơ dioxide tích lũy cao hơn liên quan đến sự gia tăng số lần nhập viện do các rối loạn về sức khỏe tâm thần và hành vi.
Trong khi đó, các nghiên cứu ở Pháp, Mỹ và Trung Quốc nhận thấy ở những khu vực có chất lượng không khí được cải thiện, tỷ lệ mắc chứng mất trí nhớ, suy giảm nhận thức và trầm cảm ở người lớn tuổi đã giảm bớt.
Các nghiên cứu quan sát cũng đã tìm ra mối liên hệ giữa ô nhiễm không khí với sự thay đổi cấu trúc não, chẳng hạn như giảm thể tích hồi hải mã, liên quan đến nguy cơ mắc chứng mất trí cao hơn ở người lớn tuổi. Khi nghiên cứu dữ liệu ảnh chụp thần kinh não bộ của hàng nghìn người trẻ trên khắp nước Mỹ, Herting nhận thấy ô nhiễm không khí làm gián đoạn sự phát triển của các đường dẫn chất trắng. Năm ngoái, nhóm của bà đã báo cáo về việc tiếp xúc với ô nhiễm không khí làm thay đổi sự giao tiếp giữa các vùng não.
Tuy nhiên, những nghiên cứu này vẫn chưa làm rõ cơ chế tác động của ô nhiễm không khí đến não. Bà nghi ngờ thời điểm phơi nhiễm trong quá trình phát triển có thể hình thành các tổn thương.
Bất chấp mọi bằng chứng cho thấy mối liên hệ giữa ô nhiễm không khí với tổn thương não, các nhà nghiên cứu cho biết rất khó để xác định nguyên nhân rõ ràng thông qua các nghiên cứu quan sát. Ví dụ, những người thuộc các cộng đồng thu nhập thấp, thường sống ở những nơi có chất lượng không khí kém nhất, sẽ có nhiều nguy cơ mắc rối loạn não, căng thẳng, béo phì và trình độ học vấn thấp hơn so với những người ở các khu vực thu nhập cao hơn. Nhiều nghiên cứu hiện nay chỉ ước tính mức độ phơi nhiễm dựa trên nơi cư trú, mà không xem xét ảnh hưởng của yếu tố nghề nghiệp và lối đến mức độ phơi nhiễm.
Một vấn đề quan trọng là loại chất ô nhiễm cụ thể trong không khí. Các phương pháp quan trắc chất lượng không khí tiêu chuẩn dựa trên các thành phần khí chính và các hạt vật chất có đường kính nhỏ hơn 10 micromet (PM10) hoặc 2,5 micromet (PM2.5). Nhưng các hạt trong không khí chứa nhiều chất khác nhau, từ các loại muối đơn giản đến vô số hợp chất cực độc, thay đổi tùy theo địa điểm. “Tất cả các hạt được coi là độc hại như nhau”, Mudway nói, “song thực chất chúng là hỗn hợp hàng trăm nghìn loại hóa chất trong không khí”.
Ô nhiễm không khí có thể làm tăng nguy cơ mắc bệnh Alzheimer ở mức độ cao hơn với những người có biến thể gene APOE4 – một yếu tố nguy cơ đã biết đối với bệnh Alzheimer.
Một vấn đề nữa là các hạt siêu mịn (có đường kính nhỏ hơn 100 nanomet) không được quan trắc thường xuyên. Tuy nhiên, Cory-Slechta cho biết đây là các hạt có phản ứng hóa học mạnh nhất và có khả năng xâm nhập vào não và cơ thể nhiều nhất.
Dù khắc phục được vấn đề dữ liệu quan trắc, Mudway cho biết các nghiên cứu quan sát về những người hít phải nhiều chất ô nhiễm cũng không thể xác định được cơ chế tác động của từng chất cụ thể. Bệnh tim mạch là một yếu tố nguy cơ dẫn đến bệnh mất trí nhớ. Trong khi đó, ô nhiễm không khí lại ảnh hưởng đến vấn đề tim mạch, khiến việc xác định cơ chế càng thêm phức tạp. “Cách duy nhất để làm sáng tỏ mọi thứ là thông qua thí nghiệm”, Mudway nói.
Tiến hành thí nghiệm
Dưới điều kiện được kiểm soát, các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm cho thấy các hỗn hợp ô nhiễm trong không khí thực tế đã gây hại cho não. Đây là kết quả mà Cory-Slechta đã thấy vào năm 2012, khi bà so sánh não của những con chuột hít thở không khí xung quanh trường đại học với những con chuột hít thở không khí đã lọc. Các nghiên cứu tiếp theo từ phòng thí nghiệm của Cory-Slechta cho thấy những con chuột tiếp xúc với các hạt siêu mịn trong quá trình phát triển – bao gồm cả giai đoạn còn nằm trong tử cung, từ hơi thở của mẹ chúng – có các đường dẫn chất trắng và não thất phình to. Những con chuột này cũng có tính bốc đồng và suy giảm trí nhớ ngắn hạn nhiều hơn.
Sự thay đổi ở não bộ do ô nhiễm không khí có phần trùng lặp với những thay đổi ở não bộ của những người gặp vấn đề phát triển thần kinh, như chứng tự kỷ và tâm thần phân liệt. Ở những động vật lớn tuổi hơn, ô nhiễm không khí làm tăng tốc quá trình lắng đọng các protein tau và amyloid liên quan đến bệnh Alzheimer. Các nghiên cứu khác trên động vật đã phát hiện ra tổn thương ở cấp độ giải phẫu, tế bào và phân tử.
Mặc dù các dấu hiệu tổn thương khác nhau tùy theo nghiên cứu, Caleb Finch, nhà nghiên cứu về lão hóa tại Đại học Nam California, cho biết tất cả có một điểm chung, đó là phản ứng viêm. Các nghiên cứu ở phòng thí nghiệm của ông và những nơi khác cho thấy các gene điều hòa phản ứng viêm được kích hoạt; các chất dẫn truyền liên quan đến phản ứng viêm tăng lên; có dấu hiệu căng thẳng oxy hóa (tình trạng mất cân bằng giữa các gốc tự do và chất chống oxy hóa trong cơ thể); và các tế bào tiểu thần kinh đệm (có chức năng cảm nhận tổn thương và bảo vệ tế bào thần kinh) cũng được kích hoạt. Finch cho biết, mọi loại tế bào chính của não đều bị ảnh hưởng.
Nếu nguyên nhân là gây viêm, điều đó có thể giải thích tại sao ô nhiễm không khí là yếu tố nguy cơ gây ra nhiều bệnh. Viêm liên quan đến các rối loạn tâm trạng và sự suy giảm do tuổi tác, ảnh hưởng đến sự phát triển. Tình trạng viêm “khiến các hệ thống hoạt động kém hiệu quả hơn”, Herting cho biết. “Những nhân tố môi trường và phát triển khác trong cuộc sống hằng ngày của mỗi người có thể giúp cân bằng để tránh các nguy cơ rối loạn não”.
Các nghiên cứu về não của những người đã qua đời cho thấy nhiều chất ô nhiễm – bao gồm các hạt nano và kim loại độc hại, tích tụ trong mô não. Các hạt siêu mịn và hóa chất trong PM2.5 và PM10 có thể di chuyển từ phổi vào máu, đi qua hàng rào máu não để vào não. Những hạt này cũng có thể xâm nhập trực tiếp vào não bằng cách di chuyển từ khoang mũi, dọc theo các dây thần kinh khứu giác hoặc các dây thần kinh khác.
Cory-Slechta nghi ngờ rằng não không thể chịu được lượng kim loại xâm nhập này. Trong nhiều thập kỷ, các nhà nghiên cứu bệnh học đã thấy não của những người mắc các bệnh thoái hóa thần kinh có nồng độ kim loại cao. Hiện nay bà đang tìm hiểu các kim loại này đã tác động đến các phản ứng hóa học của não như thế nào.
Nhưng dù chưa xâm nhập vào trong não, các chất gây ô nhiễm không khí vẫn có thể làm não tổn thương. Các chất ô nhiễm trong máu có thể làm viêm hàng rào máu não, dẫn đến tình trạng viêm khắp não. Mặt khác, tình trạng viêm phổi có thể giải phóng các phân tử tín hiệu nội sinh, ảnh hưởng đến hàng rào máu não và chính não bộ, theo Paul Matthews, một nhà khoa học thần kinh lâm sàng tại Viện Rosalind Franklin ở Didcot, Vương quốc Anh.
Sự hợp lý của các cơ chế này đã thu hút Matthews – người đã có kinh nghiệm hàng chục năm nghiên cứu về các bệnh thần kinh, hợp tác với Mudway vào năm 2021 để nghiên cứu ô nhiễm không khí. Họ đang thử nghiệm những ý tưởng này trong các hệ thống nuôi cấy tế bào mô phỏng hàng rào máu não, và trên những tình nguyện viên có tiền sử gia đình mắc bệnh mất trí nhớ. Các tình nguyện viên sẽ hít thở các chất gây ô nhiễm không khí trong phòng thí nghiệm, chẳng hạn như khí thải giao thông hoặc khói gỗ. Thông qua các bài kiểm tra nhận thức, các nhà nghiên cứu sẽ xác định xem ô nhiễm không khí có ảnh hưởng đến chức năng não hay không. Họ cũng xét nghiệm các mẫu máu để tìm các phân tử gây viêm và các hóa chất được giải phóng khi não bị viêm.
Việc xác định đối tượng dễ bị tổn thương nhất do ô nhiễm không khí là điều quan trọng để tìm hiểu các cơ chế và nguy cơ rủi ro. Finch cho biết ô nhiễm không khí có thể làm tăng nguy cơ mắc bệnh Alzheimer ở mức độ cao hơn với những người có biến thể gene APOE4 – một yếu tố nguy cơ đã biết đối với bệnh Alzheimer. Các nghiên cứu khác trên chuột và người cho thấy sự khác biệt về tổn thương do ô nhiễm giữa các giới, có thể phụ thuộc vào giai đoạn phơi nhiễm trong đời.
Vẫn còn nhiều thách thức
Bên cạnh việc kêu gọi nghiên cứu sâu hơn về cơ chế tác động của ô nhiễm không khí đến sức khỏe, các nhà khoa học cũng thừa nhận vẫn còn nhiều thách thức phải đối mặt. Vấn đề này phức tạp hơn so với nghiên cứu tác động của một chất độc duy nhất. Ngoài ra, các nghiên cứu trên động vật mô phỏng sự phơi nhiễm của con người với các chất ô nhiễm đòi hỏi các thiết bị kiểm soát không khí đắt tiền, ít khi được sử dụng trong các phòng thí nghiệm khoa học thần kinh.
Nhưng nếu thành công, các nhà nghiên cứu có thể xác định cụ thể chất ô nhiễm nào gây hại nhiều nhất, từ đó cung cấp thông tin cho các chính sách cải thiện chất lượng không khí. Mudway cho biết, các biện pháp thường tập trung giảm thiểu các chất ô nhiễm phổ biến nhất, nhưng chúng có thể không phải là chất độc hại nhất với các tế bào thần kinh.
Một trong những điều quan trọng hiện nay là thu hút thêm sự tham gia của các nhà khoa học thần kinh trong lĩnh vực này – theo David Jett, Giám đốc chương trình tại Viện Rối loạn thần kinh và đột quỵ Quốc gia Mỹ (NINDS) tại Bethesda, Maryland, nơi đã khởi động một chương trình tài trợ vào năm 2021 để tìm hiểu sự phơi nhiễm với các yếu tố môi trường, bao gồm ô nhiễm không khí, góp phần gây ra các rối loạn thần kinh như thế nào. Theo ước tính của Jett, trong số hơn 22.000 đại biểu tham gia cuộc họp của Hiệp hội Khoa học thần kinh năm 2024 tại Chicago, Illinois, chưa đến 20 người nghiên cứu về ô nhiễm không khí. Ông đã tham dự để thông tin về bằng chứng hiện có và khuyến khích các nhà khoa học thần kinh nộp đơn xin tài trợ cho nghiên cứu ô nhiễm không khí. “Chậm nhưng chắc, nó đang tiến triển,” Jett nói. “Dù không nhanh như tôi muốn”. □
Thanh An dịch từ Nature
Nguồn: https://www.nature.com/articles/d41586-025-00053-y
Bài đăng Tia Sáng số 5/2025
