脳の健康と汚染

重金属への曝露は、特定の遺伝的素因と組み合わさると、自閉症を発症するリスクを高める可能性があります。2010年の研究で明らかになったように、酸化ストレス、神経炎症、ミトコンドリア機能障害などの中枢神経系の病態生理の多くの例は、汚染などの環境ストレス要因の副産物である可能性があります。^{[ 64 ]}

幼少期の大気汚染への曝露は、自閉症のリスク要因となる可能性がある。妊娠後期に高速道路や交通関連の汚染物質の近くに住む母親の子供は、ASDを発症する可能性が2倍高かった。^{[ 65 ]}高速道路の近くとは、1,014フィート（サッカー場3.5個分弱）の距離を指す。METと呼ばれる遺伝子の変異と高レベルの大気汚染への曝露が組み合わさると、リスクが高まる可能性がある。^{[ 65 ]}

水銀、鉛、ヒ素などの重金属への出生前および幼児期の曝露、亜鉛やマンガンなどの必須金属のレベルの変化、農薬、その他の汚染物質は懸念を引き起こします。^{[ 65 ]}双子の研究では、乳歯を使用して、自閉症の子供と自閉症ではない双子の鉛、マンガン、亜鉛のレベルを測定して比較しました。^{[ 65 ]}自閉症の子供は、生命に不可欠な金属であるマンガンと亜鉛が不足していましたが、研究された特定の発達時期には有害な金属である鉛のレベルが高くなっていました。体内の金属代謝を調節する亜鉛-銅サイクルの変化は、ASD の場合に障害されます。 ^{[ 65 ]}

妊娠初期の母親の殺虫剤への曝露は、子供の自閉症リスクの上昇と関連していた。ビスフェノールA、フタル酸エステル、難燃剤、ポリ塩化ビフェニルなどの汚染物質も研究されている。^{[ 65 ]}

大気汚染への曝露は、統合失調症のリスク上昇と関連している可能性がある。^{[ 67 ] [ 68 ] [ 69 ] [ 10 ]}

複数の大気汚染物質がてんかんのリスクと関連していると考えられている^{[ 70 ]。}例えば、一酸化炭素、オゾン、二酸化硫黄、二酸化窒素、大型粒子状物質、および微粒子状物質などである。大気汚染物質は、炎症性メディエーターを増加させ、酸化ストレス源を提供することで、最終的に血液脳関門の機能を変化させ、脳の炎症を引き起こすことにより、てんかんのリスクを高めるという仮説が立てられている。脳の炎症はてんかんの危険因子であることが知られている。したがって、一連の事象は、遺伝的にてんかんに脆弱な個人において、汚染がてんかんのリスクを高める可能性のあるもっともらしいメカニズムを提供する。^{[ 70 ]}

神経炎症は神経変性の増加率と関連している。^{[ 71 ]}炎症は加齢とともに自然に増加する傾向がある。大気中の微粒子や重金属などの汚染物質は炎症を促進することで、中枢神経系の老化を早める。多くの晩発性疾患は神経変性によって引き起こされる。多発性硬化症、パーキンソン病、筋萎縮性側索硬化症（ALS）、アルツハイマー病^{[ 31 ]}はすべて炎症プロセスによって悪化すると考えられており、その結果、個人は通常予想されるよりも若い年齢でこれらの疾患の兆候を示す。^{[ 71 ]}

多発性硬化症は、慢性炎症によってオリゴデンドロサイトが障害され、それがミエリン鞘の破壊につながることで発症します。その後、軸索に損傷の兆候が現れ始め、それがニューロンの死につながります。多発性硬化症は、大気中の粒子状物質濃度が高い地域に住むことと関連付けられています。^{[ 72 ]}

Lancet (2021)によると、「パーキンソン病に関連する神経細胞や脳回路に有害であることが知られている、殺虫剤 (パラコートなど) や化学物質 (トリクロロエチレンなど) などの毒素による環境汚染」への曝露は、パーキンソン病と関連している。^{[ 73 ]}数十年にわたる研究では、農業労働、殺虫剤への曝露、農村居住と関連してパーキンソン病の発症リスクが高まることが明らかになっている。ドライクリーニングや脱脂などの商業および工業用途で使用される塩素系溶剤は、特にトリクロロエチレンにおいて、PD リスクの増加と関連している。^{[ 74 ] [ 75 ]}その他の化学的リスク要因には、マンガン、交通排気ガスからの浮遊粒子、水銀や鉛などの他の重金属への曝露などがある。^{[ 75 ] [ 76 ]}

アルツハイマー病の場合、炎症プロセスは軸索の成長を阻害し、プロテオグリカンを生成するアストロサイトを活性化することでニューロンの死を引き起こします。この生成物は海馬と皮質にのみ沈着するため、これがアルツハイマー病でこれら2つの領域が最も高いレベルの変性を示す理由である可能性があります。^{[ 77 ]}微粒子（例えば、人工ナノ粒子や燃焼ナノ粒子排出物、マンガンを含むものを含むナノ材料とも呼ばれる）は、血液脳関門（体のろ過システム）を迂回して、吸入されると脳に入ることができます。^{[ 78 ] [ 79 ] [ 80 ]}

_{大気汚染への曝露は、}脳卒中による入院リスクの増加（PM2.5、PM10、SO2 、NO2 _、 CO、O3 _）、発症率（PM2.5、SO2 、 _NO2）、および死亡率（PM2.5、PM10、SO2 _、 NO2 _）と正の相関関係にある。^{[ 81 ]} PM2.5と血管損傷、および認知症における血管損傷の役割の間には「よく知られた関連性」がある。^{[ 82 ]}脳血管系における大気汚染は、「脳卒中、血管性認知症、またはその他のタイプの認知症」を引き起こす可能性がある。^{[ 83 ]}アルツハイマー病や血管性認知症を含む認知症のリスクは、PM2.5への長期曝露によって増加する可能性がある。^{[ 84 ]}

大気汚染物質が脳に及ぼす可能性のある影響への関心は、2002 年頃にカルデロン・ガルシドゥエナスらが、メキシコシティの大気汚染にさらされた犬がアルツハイマー病に関連するタイプの神経病理学的変化を示したと報告したことから始まった。この研究は、1990 年代に行われたメキシコシティの大気汚染が人間と犬の嗅上皮に及ぼす影響に関する研究の延長であった。その後、大気汚染物質への曝露が認知機能の低下や認知症の発症と関連していることを示唆する疫学研究によって、脳への可能性のある影響への関心が強まった。^{[ 85 ]}

脳内では、外因性起源を示唆する形態を持つ磁鉄鉱ナノ粒子が発見されている。同様の鉄ナノ粒子は、英国の交通路脇で採取された空気中にも見つかっている。これらのナノ粒子は、嗅神経や嗅球、あるいは血液脳関門の透過性が高い脳室周囲器官を介して脳に到達する可能性がある。さらに、血液脳関門は、大気汚染物質への曝露が既知のリスク因子である全身性炎症によって透過性が低下する可能性がある。血液脳関門は、乳幼児や高齢者でも透過性が高いため、これら2つのライフステージはナノ粒子が脳に侵入し、神経損傷を引き起こす可能性がある。^{[ 85 ]}

ナノ粒子が脳に到達することによる直接的な影響に加えて、汚染物質が脳損傷を引き起こす可能性のある間接的なメカニズムも存在する。これには、血管系の損傷による脳虚血や、フィブリノーゲンなどの神経毒性タンパク質の血管外漏出が含まれる。脳損傷は、大気汚染に対する全身性炎症反応の二次的な原因となる可能性もある。^{[ 85 ]}

カルデロン・ガルシドゥエナスらは、メキシコシティの子供と若者を対象とした研究をレビューし、子供と若年成人にアルツハイマー病に似た神経病理学的変化が見られることを報告した。神経炎症と血管損傷が増加しており、シクロオキシゲナーゼ-2、インターロイキン-1β、CD14のmRNA発現が亢進し、前頭葉と側頭葉皮質、海馬台、脳幹の血管周囲に単核細胞の集塊と活性化ミクログリアが見られた。また、アミロイドβ42、α-シヌクレイン、過リン酸化タウの沈着、酸化ストレス、神経損傷、神経細胞死の証拠も発見された。大気汚染レベルが高いメキシコシティの子供たちも血清BDNF濃度が低かった。^{[ 85 ]}

白質容積の研究では、大気汚染への曝露と白質容積の減少との関連性が認められた。^{[ 85 ]}大気汚染物質への長期曝露は認知機能低下や認知症発症リスクと関連していることが示唆されている。^{[ 85 ]}さまざまな大気汚染物質への曝露と、認知機能低下の加速や認知症の誘発など、神経系への多くの影響との間に因果関係があることを示唆する疫学的証拠がある。^{[ 85 ]}

認知症は、脳の働きに影響を与え、記憶力、思考力、推論能力を低下させる様々な状態の総称です。主に高齢者に発症し、時間とともに悪化します。高血圧や喫煙などの健康および生活習慣要因は、認知症の発症リスクを高めることが知られています。^{[ 86 ]}

英国の大気汚染物質の医学的影響に関する委員会（ COMEAP）は、ヒト集団における約70件の研究（疫学研究）をレビューし、大気汚染が高齢者の精神能力の低下や認知症の一因となる可能性が高いと考えている。大気汚染、特に微粒子汚染は、心臓や循環器系、脳への血流にも影響を与えることが知られている。これらの影響は、脳の血管の損傷によって引き起こされる血管性認知症（認知症の一種）と関連している。 ^{[ 86 ]}したがって、大気汚染は血管への影響によって精神機能の低下や認知症の一因となる可能性が高い。大気汚染は脳内の免疫細胞を刺激し、神経細胞を損傷する可能性もある。^{[ 86 ]}

COMEAPは2022年に、大気汚染物質と、加齢に伴う認知機能低下の加速、および認知症発症リスクとの関連性を示唆する証拠があると結論付けました。^{[ 86 ]} 大気汚染物質が脳に影響を与え、認知機能低下や認知症の加速につながる可能性のある生物学的メカニズムはいくつか考えられます。これらのいくつかは実験研究で実証されています。大気汚染物質が心血管系に及ぼす影響が脳に二次的な影響を与えるという強い根拠があります。COMEAPはすでに、大気汚染物質への長期曝露が心血管系に損傷を与えることを結論付けています（COMEAP 2006、2018）。このような影響が脳への血液供給に影響を与える可能性が高いです。このような影響が脳の損傷につながる可能性が高いと考えられます。したがって、大気汚染物質への曝露と認知機能低下および認知症への影響との関連性は、このメカニズムに関して因果関係にある可能性が高いと考えられています。^{[ 86 ]}

大気汚染物質が脳に直接影響を与えるメカニズムとして、いくつかの説が提唱されている。これには、微粒子が肺から血流を経て脳へ移行することが含まれる。証拠によれば、吸入された非常に小さな粒子のごく一部が、血液から、また鼻腔から嗅球へ伸びる嗅神経を介して脳に入り込む可能性がある。^{[ 86 ]}粒子状物質の環境濃度への曝露が、脳に損傷を与えるのに十分な移行を引き起こすかどうかは、はるかに不明瞭である。文献の調査では、脳に入り込んだ粒子は、もし除去されるとしても、非常にゆっくりとしか脳から除去されないことが示唆されている。これは明らかに、脳に入り込んだ粒子状物質が有害な影響を引き起こす可能性があるという説を支持する点である。^{[ 86 ]}超微粒子状物質、ディーゼルエンジンの排気ガス、またはオゾンの動物実験および試験管内実験では、いずれも脳または脳細胞への影響が示されている。関与するメカニズムには、脳内でのフリーラジカルの生成と放出、および炎症反応の誘発が含まれます。これら 2 つのメカニズムは関連している可能性が高いようです。多くの一般的な汚染物質が脳機能に影響を与える可能性があります。^{[ 86 ]}

COMEAPは次のよ​​うに結論付けた。

• 疫学的証拠は、大気汚染物質への曝露と認知症の発症リスクおよび認知機能低下の加速との間に関連性があることを示唆している。疫学文献では、どの汚染物質がこれらの影響に最も関連しているかについては一貫性がない。^{[ 86 ]}
• 大気汚染、特に粒子状大気汚染が、脳血管疾患を含む心血管疾患のリスクを高めるという証拠がある。これらの疾患は認知機能に悪影響を及ぼすことが知られている。粒子状大気汚染と高齢者の認知機能への影響の間には因果関係がある可能性が高い。^{[ 86 ]}
• 2022年現在、大気汚染に関連する認知機能低下や認知症の直接的な定量化は、未知の不確実性を伴うだろう。^{[ 86 ]}
• 粒子状物質による汚染が心血管疾患に及ぼす影響に起因する認知機能への影響を定量化する間接的な方法を開発できる可能性がある。^{[ 86 ]}

健康的なライフスタイル要因には、喫煙（タバコ、マリファナ、電子タバコ）を避けること、飲酒しないこと、定期的な運動を行うこと、健康的な食事を摂ることが含まれます。これらの要因は、炎症を軽減し、神経可塑性を高め、心血管機能を改善することにより、脳の健康を促進します。大気汚染は認知機能や実行機能に悪影響を与える可能性がありますが、健康的なライフスタイルは有益な効果をもたらし、粒子状物質（PM _2.5）などの汚染物質の有害な影響を打ち消すのに役立つ可能性があります。 ^{[ 96 ] [ 97 ]}_{例えば、ある研究では、中強度から高強度の身体活動（MVPA）を13.6分追加することで、PM 2.5}が10 μg/m3増加した場合の認知機能への悪影響を相殺するのに役立つことが示唆されています。^{[ 98 ]}

運動は有益ですが、汚染された環境での運動は避けるように注意する必要があります。有酸素運動中の呼吸数の増加は、有害な粒子状物質の肺への吸入を増加させる可能性があります。^{[ 99 ] [ 100 ]}屋外の粒子状物質レベルが高いと報告されている場合は、屋内で運動することを検討してください。交通量の多い道路など、汚染度の高い場所の近くでの運動は避けてください。^{[ 32 ]}

ウォーキングやサイクリングなどの運動は通常、脳由来神経栄養因子（BDNF）の産生を刺激します。BDNFは新しい脳細胞の成長を助けるタンパク質です。交通量の多い場所やスモッグからの汚染物質はBDNFの産生を妨げます。^{[ 101 ]}

NIEHSが資金提供した研究では、妊娠中にビタミン剤を摂取すると自閉症のリスクが低下する可能性があることがわかっています。ビタミンやサプリメントを摂取すると、妊娠中に特定の環境汚染物質にさらされた人に対して保護効果が得られる可能性があります。^{[ 65 ]}妊娠前3か月間と妊娠1か月目に毎日妊娠中用ビタミン剤を摂取した女性は、ビタミン剤を摂取しなかった女性に比べて、自閉症の子供を産む可能性が低いことがわかりました。この発見は、自閉症を発症しやすい遺伝子変異を持つ女性と子供においてより顕著でした。^{[ 65 ]}

葉酸は、妊娠前ビタミンの保護効果の源です。妊娠1ヶ月目に推奨される1日量を摂取した女性は、自閉症の子供を産むリスクが低くなりました。 ^{[ 65 ]}妊娠初期の葉酸摂取は、大気汚染や農薬への曝露が多い女性の場合、自閉症の子供を産むリスクを低下させる可能性があります。^{[ 65 ]}

マルチビタミンを摂取した妊婦は、鉄分や葉酸の追加摂取の有無にかかわらず、自閉症や知的障害のある子供を産む可能性が低かった。^{[ 65 ]}また、妊娠初期の母親のビタミン摂取は、高リスク家庭の自閉症スペクトラム障害（ASD）の子供の兄弟姉妹におけるASDの再発を減らす可能性もある。^{[ 65 ]}