2022 | Pavasaris

2022 | Pavasaris

Alergeninės žiedadulkės: sukurti novatoriškų tyrimų metodai ir unikalios žiedadulkių bibliotekos

Prof. Ingrida Šaulienė, doc. Laura Šukienė, doc. Ričardas Skorupskas ir doc. Gintautas Stankūnavičius, Šiaulių akademija, Chemijos ir geomokslų fakultetas

Sukurta: 06 gegužės 2022

Alergeninės žiedadulkės: sukurti novatoriškų tyrimų metodai ir unikalios žiedadulkių bibliotekos

Prof. Ingrida Šaulienė, doc. Laura Šukienė, doc. Ričardas Skorupskas ir doc. Gintautas Stankūnavičius, Šiaulių akademija, Chemijos ir geomokslų fakultetas

Žiedadulkių sukeltos alerginės ligos – sparčiai didėjanti visuomenės sveikatos problema. Dėl žiedadulkių sukeltos alergijos ar astmos 15–40 proc. Europos šalių gyventojų blogėja gyvenimo kokybė, o patiriamos tiesioginės ir netiesioginės išlaidos sveikatai dėl šios vienos iš Europoje labiausiai paplitusių lėtinių ligų sudaro 50–150 milijardų eurų per metus.

Lietuvoje 2019 m. užregistruotas ligotumas dėl žiedadulkių sukelto alerginio rinito atskirose savivaldybėse siekė iki 34 asmenų 10 tūkst. gyventojų. Liga vyrus vargina dažniau nei moteris, vaikus iki 14 metų dažniau nei suaugusiuosius, miestų gyventojus dažniau nei kaimiškosiose vietovėse gyvenančius asmenis.

Žiedadulkių gausiausia – pavasarį

Iš vėjadulkių augalų (pvz., beržų, ąžuolų, kiečių) kasmet išbyra milijardai žiedadulkių. Dalis jų nusėda ant žmonių akių, burnos, nosies gleivinių arba kartu su įkvepiamu oro srautu patenka į kvėpavimo takus, kur cheminių reakcijų metu išskiria alergizuojančius baltymus. Lietuvoje didžiausia vėjadulkių žiedadulkių koncentracija ore būna balandžio–gegužės mėnesiais (1 pav.).

62 psl. 1 pav

 

1 pav. Vėjadulkių augalų žiedadulkių vidutinis krūvis Lietuvoje, apskaičiuotas pagal 2005– 2019 m. aerobiologinius duomenis apie ore pasklidusių žiedadulkių koncentraciją

Tuo metu Lietuvoje alergines reakcijas gali sukelti beržų, kiečių, lazdynų, alksnių, skroblų, uosių, ąžuolų, gluosnių ir kitų medžių žiedadulkės. Gegužės pabaigoje baigiasi medžių ir prasideda miglinių, gysločių, balandų, burnočių, rūgštynių ir kitų žolinių augalų žydėjimas, bet jų žiedadulkių koncentracija yra 5–7 kartus mažesnė nei žydint medžiams.

Vasarai persiritus į antrąją pusę, oro žiedadulkių spektre atsiranda gana daug šalies gyventojų įjautrinančių kiečio žiedadulkių. Jų poveikį sustiprina kietinės ambrozijos žiedadulkės (2 pav.).

2 pav Kietinės ambrozijos žiedynai

 

Ambrozijos – stipriausias iš žiedadulkinių alergenų

Alergeniniu požiūriu ambrozijos priskiriamos agresyviausių žiedadulkių grupei, nes vos 5 žiedadulkės kubiniame metre oro gali tapti įsijautrinimo priežastimi. Europoje modeliuojama, kad ambrozijų žiedadulkėms įsijautrinusių asmenų gali padidėti daugiau nei dvigubai – nuo maždaug 33 milijonų žmonių šiandien iki 77 milijonų 2041–2060 m. Nors augalai nėra įsitvirtinę Lietuvoje, kasmet jų žiedadulkių aptinkama Vilniuje, o kai kuriais metais – ir kituose šalies regionuose surinktuose oro mėginiuose.

Iš žiedų išbirusios žiedadulkės gali būti pernešamos tūkstančius kilometrų, todėl rudenėjant susidaro ambrozijos žiedadulkių pernašų. Daugiamečiai tyrimai rodo, kad didelius atstumus nukeliauja ne tik ambrozijų, bet ir pušų, beržų ar alksnių žiedadulkės. Lietuvoje pavasarį, bent 2–3 savaites iki prasidedant vietinių alksnių žydėjimui, jų žiedadulkių jau sklando ore. Iš Lenkijos, Vokietijos ar kitų piečiau Lietuvos esančių teritorijų atneštų žiedadulkių koncentracija ore kartais būna gana didelė, pasiekia įsijautrinimui būdingą ribą ir kartu paankstina alergijos sezono pradžią.

Kaip žiedadulkės atkeliauja iš kitų šalių?

Vidutinis pagrindinės žiedadulkių masės sklidimo aukštis virš paklotinio paviršiaus dar nėra pakankamai ištirtas. Dažnai laikoma, kad žiedadulkės keliauja tolimus atstumus kartu su oro dalelėmis, taigi jų kelius galima nustatyti oro dalelių trajektorijos tyrimo metodais. Tačiau oro dalelės per kelias paras gali ne tik nukeliauti tūkstančius kilometrų, bet ir pakilti iki tropopauzės bei vėl leistis iki pat paviršiaus žemyn. Be to, jos gali būti išplautos iš atmosferos įvairaus intensyvumo kritulių, kauptis po sulaikančiais atmosferos sluoksniais.

Vis dėlto didžiausia keliaujančių žiedadulkių koncentracija yra panašesnė į vertikalų drėgmės pasiskirstymą, kai drėgmės (vandens garų) kiekis sparčiai mažėja tolstant nuo šaltinio, t. y. paviršiaus. Todėl ir maksimali pernešamų žiedadulkių koncentracija turėtų apsiriboti paribio sluoksniu. Šis meteorologinis parametras yra labiau oro mases nei konkrečios vietos drėgnumą indikuojantis rodiklis ir įgauna maksimalias reikšmes drėgnų tropinių oro masių buvimo vietose. Ir atvirkščiai, minimalios šio parametro reikšmės vasarą būdingos sausoms ir vėsioms poliarinėms oro masėms.

2011 m. vasaros pabaigoje Lietuvoje surinktuose oro mėginiuose buvo aptikta išskirtinai didelė (140 žiedadulkių kubiniame metre oro) ambrozijų žiedadulkių koncentracija. Mokslininkai mano, kad tuo metu pagrindinė ambrozijų žiedadulkių masė Lietuvą pasiekė kartu su greitai judančia šilta ir drėgna tropinės kilmės oro mase, kuri buvo užfiksuota 2011 m. rugpjūčio 27 d. judanti nuo Viduržemio jūros per Alpes Baltijos regiono link.

Klimato kaita didina žiedadulkių koncentraciją

Vietinių augalų žydėjimas ir žiedadulkių išbarstymo intensyvumas priklauso nuo meteorologinių sąlygų. Anksti pavasarį pražystantys augalai (ypač alksniai ir lazdynai) jautriai reaguoja į besikeičiančią oro temperatūrą, o vėliau žydintiems reikšmingesniu veiksniu tampa drėgmės sąlygos. Keičiantis klimatui, augalai reaguoja į aplinkos pokyčius ir gali pakeisti vystymosi ypatumus. Pavyzdžiui, išanalizavus daugiamečius oru pernešamų žiedadulkių stebėjimų duomenis iš 17 šalių, nustatytas kasmetinis žiedadulkių barstymo ankstėjimas (beveik viena para anksčiau nei prieš metus). Kitas tyrimas, apimantis daugiau nei 30 metų skirtinguose geografiniuose regionuose surinktus duomenis, parodė reikšmingą alksnių ir lazdynų žiedadulkių koncentracijos didėjimą dėl klimato kaitos nulemtų pokyčių. Lietuvoje per 15 metų surinkti aerobiologiniai duomenys rodo žymų alksnių ir lazdynų žiedadulkių pagausėjimą Vilniuje, nors Klaipėdoje ir Šiauliuose žiedadulkių koncentracijos ore poslinkiai išlieka maži. Alergeniniu požiūriu reikšmingiausių vasarą žydinčių miglinių šeimos ir kiečių genties augalų žiedadulkių koncentracija ore mažesnė nei prieš dešimtmetį. Tikėtina, kad sumažėjimas gali būti susijęs su urbanizuotų teritorijų želdynų priežiūra, įskaitant laiku vykdomą teritorijos šienavimą.

Lietuvoje mažai analizuojama tema yra oru sklindančių miglinių augalų žiedadulkių poveikis sveikatai, ypač astmos priepuolių padažnėjimams, perkūnijos metu. Daugiausia tokių tyrimų atlikta Australijoje, Italijoje, Didžiojoje Britanijoje, kur deklaruojama, kad astma smarkiai paūmėja po perkūnijos miglinių augalų žydėjimo laikotarpiu. Perkūnijų metu, susidarius specifinėms sąlygoms, ore esančios žiedadulkės plyšta atpalaiduodamos alergenus, jie patenka į žmogaus kvėpavimo takus ir sukelia astmos priepuolius. Kintant klimatui ir dažnėjant ekstremalioms oro sąlygoms, baiminamasi, kad perkūnijų sukeltų astmos priepuolių dažnės. Vertinant žolių žiedadulkių projekcinį poveikį sveikatai ateityje, yra apskaičiuota, kad jei CO2 atmosferoje lygis padvigubėtų, žolių žiedadulkių alergijos sezono „sunkumas“ padidėtų iki 60 proc.

Ne tik klimatiniai ar meteorologiniai veiksniai lemia žiedadulkių elgseną atmosferoje. Ne mažiau svarbi ir oro tarša. Žinoma, kad regionuose, kuriuose yra didelė oro tarša, oro teršalų dalelės gali pernešti pakitusius oro alergenus, o žiedadulkės savo ruožtu ne tik perneša alergenus, bet ir teršalų daleles. Lietuvoje atliktais tyrimais nustatytas ryšys tarp beržų, alksnių, lazdynų, miglinių žiedadulkių koncentracijos ore ir ozono bei kietųjų dalelių. Rezultatai rodo, kad vienu metu žmogaus organizmą gali veikti ir žiedadulkės, ir oro teršalai.

Žiedadulkės gali paveikti jautrumą koronavirusui

Jautrumas vėjadulkių augalų žiedadulkių išskiriamiems baltymams ar alerginė reakcija yra imuninės sistemos atsakas į dirgiklį. Organizmo atoveiksmis, padedantis „išstumti“ žiedadulkes, sukelia tokius alergijos požymius kaip čiaudulys, kosulys, sloga arba užsikimšusi nosis, akių niežėjimas, paraudimas arba ašarojimas, gerklės, burnos, nosies ir ausų niežulys ar net kvapo praradimas. Jei žiedadulkių poveikis nėra sumažinamas, reakcijos stiprėja sukeldamos smilkinių ar kaktos maudimą, galvos ar ausų skausmą ir perauga į nuovargį. Alergijos pažeistiems žmonėms pablogėja miego kokybė, sunku atlikti kasdieninę veiklą, įskaitant mokymosi ar darbo užduotis ir laisvalaikio užsiėmimus. Kaip rodo tyrimai dėl rinovirusinės infekcijos, žiedadulkės gali netiesiogiai paveikti jautrumą SARS-CoV-2, pavyzdžiui, sutrikdydamos nosies ar bronchų epitelio barjero funkciją arba antivirusinį imunitetą. 31 pasaulio šalyje (įskaitant Lietuvą) surinktų duomenų analizė parodė, kad, alergizuojančių žiedadulkių koncentracijai ore pasiekus 100 žiedadulkių kubiniame metre oro, sergamumas COVID-19 liga augo vidutiniškai 4 proc.

Asmeninė alergijos simptomų prognozė

Mokslo erdvėje dažnai diskutuojama, kaip žiedadulkių alergijos prognozes pritaikyti skirtingu jautrumu žiedadulkėms pasižymintiems asmenims, t. y. prognozę sudaryti kiekvienam asmeniui individualiai. Anksčiau visa prieinama alergijos žiedadulkėms prognozė buvo teikiama atsižvelgiant į vidutinį nuo alerginio rinito kenčiantį Lietuvos gyventoją, be galimybės suasmeninti žiedadulkių prognozę. Vilniaus universiteto Šiaulių akademijos ir užsienio mokslininkų komandai sukūrus nemokamą asmeninės alergijos simptomų prognozės sistemą (angl. Personal Alergy Symptoms Forecasting System, PASYFO), visi Lietuvos gyventojai gali gauti individualią, tik jiems tinkančią alergijos rizikos prognozę. Labai svarbu, norint gauti asmeninę informaciją, pildyti „Žiedadulkių dienoraštį“, kurį galima rasti PASYFO mobiliojoje programėlėje. Nepildant šio dienoraščio, asmeninės alergijos simptomų prognozės gauti neįmanoma. Simptomų prognozės modelis sujungia žiedadulkių koncentracijos ore, oro kokybės, meteorologinius duomenis ir asmens alergijos simptomų raiškos įrašus ir apskaičiuoja tikėtiną alergijos riziką. Iki šiol tai yra vienintelis veikiantis personalizuoto alergijos rizikos įrankio, skirto žiedadulkėms jautriems asmenims, pavyzdys.

Tyrimo metodika tobulinama bepiločiais orlaiviais

Šiuo metu mokslininkų turimos žinios apie biologinės kilmės dalelių elgseną ore yra grindžiamos fragmentiškais tyrimų duomenimis, kurie renkami pasitelkiant įvairius antžeminius būdus ar stacionarius paaukštinimus – inžinerinės infrastruktūros objektus. Siekiant patobulinti matavimo duomenų ir surenkamos informacijos kiekį, tokiuose tyrimuose galėtų būti naudojami fiksuoto sparno tipo bepiločiai orlaiviai. Esminis jų privalumas – automatizuoto skrydžio galimybės pagal iš anksto sudarytą skrydžio planą apimant daugybę tyrimams aktualių priežemio atmosferos horizontų.

2021 m., pasitelkus fiksuoto sparno bepiločius orlaivius ir supaprastintos konstrukcijos bioaerozolių mėginiams surinkti skirtą įrenginį, 7 skirtinguose atmosferos aukščiuose buvo atlikti bandomieji tyrimai, kurie iš esmės ir padiktavo svarbiausius techninio pobūdžio pokyčius. Pagrindinė identifikuota problema buvo siejama su mažu žiedadulkių surinkimo įrenginio funkcionalumu (vienas skrydis – vienas mėginys, o tai reikšmingai padidina tyrimams būtino laiko sąnaudas) ir bepiločių orlaivių skrydžių rizika, kuri didėja dėl dažnai pasikartojančių kilimų ir tūpimų. Tokia situacija paskatino mokslininkus imtis kurti įrenginį, kuris leistų vieno skrydžio metu surinkti bioaerozolio mėginius skirtinguose atmosferos aukščiuose nepriklausomai nuo vietos geografinių sąlygų. Veikiantis tokio pobūdžio įrenginys sukurtų prielaidas naujo tipo tyrimams, kurie padėtų gauti trūkstamų žinių apie biologinės kilmės dalelių sklaidos tendencijas, skridimo trajektorijas, plitimo kryptis, nusėdimo mechanizmus.

Sukurtos unikalios žiedadulkių bibliotekos

Šiuo metu pasaulyje žiedadulkių sklaidos atmosferoje stebėjimai dažniausiai vykdomi taikant šeštajame praėjusio amžiaus dešimtmetyje sukurtą metodą, todėl duomenys nuo surinkimo momento vėluoja iki 10 dienų. Mėginiams paruošti, žiedadulkėms identifikuoti per mikroskopą (3 pav.), duomenims įvertinti ir apskaičiuoti reikalingi skirtingo lygio specialistai ir didelės laiko sąnaudos, o tai neleidžia gauti operatyvios informacijos apie žiedadulkių koncentraciją. Tokia situacija nebeatitinka poreikių, bet sprendimų iki šiol nerasta. Vilniaus universiteto mokslininkų, tyrinėjančių žiedadulkių elgseną atmosferoje, dėmesys sutelktas į novatoriškų metodų ir priemonių, leisiančių gauti operatyviam naudojimui tinkamus duomenis, kūrimą. Pakeitus matavimų paradigmą, ne tik patobulėtų visuomenei teikiama informacija, bet ir atsivertų galimybės panaudoti duomenis augalininkystės ir miškininkystės sektoriuose, kontroliuojant invazinių rūšių plėtrą ekosistemose ar stebint klimato pokyčius.

3 pav Beržų ziedadulkes

3 pav Ambrosia ziedadulkes

 

3 pav. Beržų (nuotrauka viršuje) ir ambrozijų (apačioje) žiedadulkės per optinį mikroskopą

Neseniai rinkoje pasirodė detektoriai, kuriuos galima paruošti automatizuotam biologinės kilmės dalelių identifikavimui beveik realiuoju laiku. Prietaisų technologijos skirtingos – automatinis mikroskopavimas, lazerio indukuota fluorescencija (4 pav.), holografija (5 pav.), bet jų tikslumas ir žiedadulkių identifikavimo gebėjimai – vis dar mokslinių diskusijų objektas. Ne mažiau svarbu gaunamą informaciją susieti su įrankiais, kurie leistų visuomenei pasinaudoti naujausia informacija.

4 pav 2

4 pav. Biologinės kilmės dalelės, ore aptiktos automatiniu dalelių identifikavimo prietaisu, šviesos sklaidos atvaizdas. Duomenys iš Šiaulių aerobiologinės stotelės

 5 pav

5 pav. Biologinės kilmės dalelės, ore aptiktos automatiniu dalelių identifikavimo prietaisu, šviesos sklaidos atvaizdas. Duomenys iš Šiaulių aerobiologinės stotelės

Vilniaus universiteto mokslininkų atliekamų tyrimų rezultatai leido sukurti unikalias žiedadulkių bibliotekas, tarptautiniu mastu naudojamus dalelių identifikavimo algoritmus, vykdyti gautų duomenų patikrą ir verifikaciją. Šiuo metu Vilniuje ir Šiauliuose įrengtais automatiniais biologinės kilmės dalelių identifikavimo prietaisais yra tiriamos ne tik oro kilmės žiedadulkės, bet ir kitos atmosferos bioaerozolio dalelės. Operatyvi informacija apie žiedadulkių kiekį ore laisvai prieinama visuomenei tinklalapyje https://miestoplauciai.vilnius.lt/ziedadulkes/

Straipsnio nuotraukų autorė Laura Šukienė