The role of fine particulate matter composition of PM2,5 and ROFA in the cell mutagenic potential and toxicity: a vegetable and animal bioassay study

O consenso sobre os efeitos prejudiciais da material particulado atmosférico (MP) para a saúde humana é apoiado por um grande número de trabalhos epidemiológicos e experimentais mas a capacidade para definir qual o componente mais importante envolvido em sua toxicidade é dificultado pela sua grande complexidade de composição. O objetivo deste estudo é avaliar os efeitos de diferentes partículas de poluição atmosférica, quanto à origem e quanto a sua composição, sobre o sistema biológico através de 3 experimentos. O efeito do PM2,5 urbano de São Paulo, Brasil, coletado durante greve de ônibus foi avaliada através do TRAD-MN para a mutagenicidade e o teste de inibição de mitose em células meristemáticas da raiz de Allium cepa. para a toxicidade. Utilizamos o palato de rã para avaliar os parâmetros funcionais (transporte mucociliar -TMC, freqüência do batimento ciliar - FBC e diferença de potencial - DP) e morfométricos (espessura do epitélio, produção de muco) do aparelho mucociliar exposto ao ROFA, proveniente de usina siderúrgica e ao PM2,5 urbano. A análise comparativa da composição do PM2,5 através da ativação com nêutrons, fluorescência de raio-X e cromatografia gasosa espectrometria de massa mostrou redução na concentração de elementos traços de metais, redução de enxofre (44,17%) e de orgânicos (39,3%) na amostra de PM2,5 nos filtros coletados no dia de greve que associou-se com redução do dano no DNA. O ROFA induziu dano funcional do aparelho mucociliar (queda do TMC e aumento da FBC) que foi recuperado pela ação de antioxidantes vitamina E e n-Propil galato. O PM2,5 urbano provocou danos funcionais (diminuição do TMC e aumento da FBC) e morfológicos (diminuição da espessura e produção de muco) do epitélio respiratório. A análise comparativa da composição do ROFA e do PM2,5, demonstrou que o ROFA possui composição predominante de ferro (57,729%±0,004%) enquanto o PM2,5 urbano possui composição mais heterogênea, com predominância de enxofre (37,594%±17,930%), ferro (14,490%±6,489%) e silício (13,142%±8,516%) e pequenas quantidade de níquel (0,0336%±0,312%) e vanádio(0,260%±0,006%). Concluímos que substâncias oxidantes presentes no MP possuem papel relevante na injúria do aparelho mucociliar e que os efeitos lesivos do MP sobre os sistemas biológicos são fortemente dependentes de sua composição.The association between atmospheric particulate matter (PM) and adverse human health effects have been consistently reported in epidemiological and experimental studies however, the ability to define the most important components involved in PM toxicity is hindered by its complex composition. In the present study we decided to further explore the effects of different atmospheric particles due to both source and composition, on the biologic system through 3 experiments. The mutagenicity and toxicity of urban PM2,5 of Sao Paulo, Brazil, from a bus strike day was evaluated by the TRAD-MN assay and inhibition of mitotic rate test of root tips Allium cepa. The frog palate was used to evaluate functional parameters (mucociliary transport ? MCT, ciliary beating frequency - CBF and potential difference ? PD) and morphometric data (epithelium tikness and mucus production) of the mucocliary apparatus exposed to ROFA from an a still plant, and to urban PM2,5. The comparative analysis of PM2,5 composition made by neutrons activation, fluorescence X-ray and gas cromatography/mass spectrometry showed decrease of trace elements, sulfur concentration (44,17%) and organics compounds (39,3%) in relation to the non strike day and was associated to coherent reduction in DNA damage. ROFA induced functional injury of the mucociliary apparatus (decrease of MCT and icrease of CBF) and the presence of antioxidants n-Propyl gallate and E vitamin protected against the mucociliary impairment induced by ROFA exposure. The comparative analysis between ROFA and PM2,5 composition showed that ROFA exhibited predominance of iron while PM2,5 showed heterogeneous composition presenting predominance of sulfur (37,594%±17,930%), iron (14,490%±6,489%) and silicon (13,142%±8,516%) and decrement of nickel (0,0336%±0,312%) and vanadium (0,260%±0,006%). We concluded that PM plays an important role in respiratory injury through oxidative stress and that adverse effects of PM on the biologic systems are strongly dependent on its composition