Partikel aus Flugzeugtriebwerken betrifft airways

In einem einzigartigen, innovativen experiment, die Forscher unter Leitung der Universität Bern haben untersucht, die Auswirkungen von Partikeln im Abgas von Flugzeugen, Turbinen-Motoren, die auf menschliche Lungenzellen. Die Zellen reagierten am stärksten auf Partikel emittiert, während der Boden im Leerlauf. Es wurde auch gezeigt, dass die zytotoxische Wirkung ist nur zum Teil vergleichbar mit Teilchen von Benzin-und diesel-Motoren.

Nach Angaben der World Health Organization (WHO), sieben Millionen Menschen weltweit sterben als Folge der Luftverschmutzung jedes Jahr. Seit rund 20 Jahren Studien haben gezeigt, dass luftgetragenen Feinstaub wirkt sich negativ auf die menschliche Gesundheit. Jetzt, zusätzlich zu den bereits untersuchten Partikel Quellen wie Emissionen aus Heizungen, Industrie und Straßenverkehr, Flugzeug turbine engine Partikel-Emissionen, im Zuge der steigenden Flugverkehr, auch wichtiger geworden. Als Ergebnis der wissenschaftlichen Forschung der Partikel aus der Luft-Verkehr ist wichtig für die Entwicklung von Umweltstandards in der Luftfahrt.

Die primäre, Feste Partikel, also solche, die direkt emittiert von der Quelle, die stärkste Wirkung auf die Menschen in seiner unmittelbaren Umgebung. Jedoch die Giftigkeit von festen Partikeln von Flugzeug-Turbinen-Motoren ist noch weitgehend unerforscht. Jetzt ein multidisziplinäres team unter der Leitung von Lungen-Forscherin Marianne Geiser des Instituts für Anatomie an der Universität Bern zusammen mit Kollegen der Empa Dübendorf und der University of Applied Sciences and Arts Northwestern Switzerland (FHNW), hat gezeigt, dass die primären Rußpartikel, die durch die Kerosin-Verbrennung in aircraft turbine engines auch verursachen direkte Schäden an der Lunge und Zellen auslösen können eine entzündliche Reaktion, wenn die festen Teilchen—wie simuliert, im experiment—werden Sie eingeatmet, in der direkten Nähe des Motors. Die Forscher zeigten zum ersten mal, dass die Wirkung auch abhängig von der Betriebsbedingungen der turbine-Motor, der Zusammensetzung des Brennstoffs und die Struktur der erzeugten Partikel. Die vorliegende Studie wurde in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ die Biologie.

Extrem kleine Partikel im nanoskaligen Bereich

Teilchen von Flugzeug-Turbinen-Motoren sind in der Regel ultrafeine, also kleiner als 100 nm. Zum Vergleich, ein menschliches Haar hat einen Durchmesser von etwa 80.000 nm. Beim einatmen dieser Nanopartikel—wie jene von anderen Verbrennungsanlagen -effizient Ablagerung in den Atemwegen. Bei gesunden Menschen, die gut entwickelten Abwehrmechanismen in der Lunge normalerweise kümmern sich um das rendering der deponierten Partikel unwirksam und entfernen Sie Sie aus der Lunge so schnell wie möglich. Allerdings, wenn die eingeatmeten Teilchen verwalten der überwindung dieser Abwehrmechanismen, die aufgrund Ihrer Struktur oder physikalisch-chemischen Eigenschaften, es ist eine Gefahr für irreparable Schädigung des Lungengewebes. Dieser Prozess, der bereits bekannt, dass Forscher aus Experimenten mit Partikel-Emissionen von Benzin-und diesel-Motoren, hat sich nun auch beobachtet worden, für die Partikel-Emissionen von Flugzeugmotoren.

Einzigartige, interdisziplinäre experimentelle setup

Innovative, kombinierte Experimente, die Forscher untersuchten die Toxizität von Partikeln aus dem Abgas von einem CFM56-7B turbofan-Triebwerk, das am häufigsten verwendet aircraft turbine engine weltweit. Die turbine wurde ausgeführt im Aufstiegs-Modus (Simulation von Flugzeug take-off und climb) und am Boden der Leerlaufdrehzahl bei der SR Technics-Anlage testen am Flughafen Zürich. Innerhalb dieses Rahmens, die Forscher waren in der Lage, eine Global standardisierte Messung-Methode, angewendet für die Umwelt-Zertifizierung von Flugzeug-Motoren. Kraftstoff-Zusammensetzung wurde ebenfalls untersucht: die turbine-engine ausgeführt wurde, mit herkömmlichem Kerosin Jet A-1 Kraftstoff oder Biokraftstoff. Die letztere besteht aus Kerosin mit 32% HEFA („hydrierte Ester und Fettsäuren“) aus altem Frittieröl, Tierische Fette, Algen und pflanzlichen ölen.

Ein aerosol deposition chamber entwickelt, die speziell für die Untersuchung der Toxizität der inhalierten Nanopartikel in vitro und gebaut bei der FHNW, die es möglich gemacht haben, um die Kaution der erzeugten Partikel auf eine realistische Art und Weise auf die Kulturen der bronchialen Epithelzellen, welche Linie die innere Oberfläche der Bronchien. So konnten die Forscher die Hinterlegung einer aerosol-direkt auf menschliche Lungenzellen, und das wäre nicht möglich gewesen, in einem experiment mit menschlichen Probanden aus ethischen Gründen. Darüber hinaus wurden die Partikel analysiert, für Ihre physikalisch-chemischen und strukturellen Eigenschaften zu untersuchen, mögliche Verknüpfungen mit den Wirkungen der Partikel. „Dies ist ein weltweit einzigartiges experiment, die Kombination von emissions-Messtechnik mit medizinischen Analysen unter realistischen Bedingungen“, sagt Benjamin Brem, aircraft turbine engine aerosol-Forscher an der Empa, der jetzt an der Paul-Scherrer-Institut.

Die Toxizität ist abhängig von den Betriebsbedingungen der Turbinen und die Art des Kraftstoffs

Die Zellen wurden ausgesetzt, um die aerosol-für 60 Minuten. Während dieser Zeit, die eine Partikel-Masse von 1,6 auf 6,7 ng (Milliardstel Gramm) pro Quadratzentimeter der Zelle Oberfläche abgeschieden, während die turbine lief auf Masse im Leerlauf und 310 430 ng während es im Aufstiegs-Modus. Dies entspricht der täglichen Atemwege Zufuhr von leicht verschmutzten ländlichen Luft mit 20 µg (Millionstel Gramm) von Partikeln pro Kubikmeter Luft bis stark belastete Luft in einer großen Stadt (100-500 µg Partikel pro Kubikmeter Luft).

Hinweise auf einen Anstieg der Zellmembran Schäden und oxidativem stress in der Zellkultur identifiziert wurde. Oxidativer stress beschleunigt das Altern von Zellen und können ein Auslöser für Krebs oder Erkrankungen des Immunsystems. Die Partikel stellte sich heraus, dass Sie unterschiedliche Grade der Schäden abhängig von der turbine Schub Umfang und die Art des Brennstoffs: die höchsten Werte wurden aufgezeichnet für konventionelle Brennstoffe im Boden, im Leerlauf, und für Biokraftstoffe im Aufstiegs-Modus. Diese Ergebnisse waren überraschend. Die Zelle Reaktionen in den tests mit konventionellen Kerosin bei voller Schub—vergleichbar mit Start und Aufstieg—insbesondere, waren schwächer als erwartet. „Diese Ergebnisse können teilweise erklären durch die sehr kleinen Abmessungen und die Struktur dieser Partikel“, sagt Anthi liati erweitert, spezialisiert in der Nanostruktur der Verbrennung Aerosole an der Empa. Außerdem, die Zellen reagierten auf Biokraftstoff Exposition durch die Erhöhung der Sekretion von inflammatorischen Zytokinen, die eine zentrale Rolle spielen in unserem Immunsystem. „Diese Reaktion reduziert die Fähigkeit der Atemwege epithelialen Zellen angemessen zu reagieren, um etwaige spätere virale oder bakterielle Infektionen“, erklärt Marianne Geiser.

Insgesamt, so die Forscher, es hat sich gezeigt, dass die Zell-schädigende Wirkung, die durch die Exposition mit Teilchen erzeugt durch die Verbrennung von Benzin, diesel und Kerosin vergleichbar sind, für die ähnliche Dosen und expositionszeiten. Darüber hinaus ist ein ähnliches Muster fand sich in der Sekretion inflammatorischer Zytokine nach Exposition gegenüber Benzin und Kerosin Partikel.

„Die state-of-the-art-mess-Methoden in unserer Studie, der interdisziplinäre Ansatz und die daraus resultierenden Ergebnisse alle bilden einen weiteren wichtigen Schritt in der Forschung zu Luftschadstoffen und deren Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit“, sagt Geiser.

Aerosole: Entfernung von der Quelle ist entscheidend

Aerosole sind feinste Feste oder flüssige Substanz die in der Luft schweben. In Verbrennungsprozessen, die Zusammensetzung der ultrafeinen Partikel ist sehr variabel. Darüber hinaus Aerosole sind instabil, und Sie sind, geändert nach Ihrer Entstehung. Primäre ultrafeine Feste Teilchen haben eine hohe diffusionsgeschwindigkeit. Als ein Ergebnis, zu hohe Konzentrationen solcher Teilchen entweder zusammenhalten oder befestigen auf andere Teilchen. Daher ist die Wirkung der primären ultrafeinen Partikel hängt von der Entfernung von der Quelle, was bedeutet, dass es einen Unterschied gibt, je nachdem, ob eine person nahe der Quelle (wie die Leute am Straßenrand ) oder in einem größeren Abstand (aircraft taxiing oder ausziehen). Weitere Forschung ist erforderlich, um zu klären, wie stark die Auswirkungen wären in einem größeren Abstand von einem Flugzeug-Motor. .

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