Możliwa toksyczność przewlekłego narażenia na dwutlenek węgla związanego ze stosowaniem masek twarzowych, w szczególności u kobiet w ciąży, dzieci i młodzieży – przegląd zakresowy
Tłumaczenie fragmentów publikacji pt. Possible toxicity of chronic carbon dioxide exposure associated with face mask use, particularly in pregnant women, children and adolescents – A scoping review; Heliyon. 2023 Apr;9(4):e14117. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37057051/
Wprowadzenie: Podczas pandemii SARS-CoV-2 maski twarzowe stały się jednym z najważniejszych wszechobecnych czynników wpływających na oddychanie człowieka. Zwiększa opór i objętość martwej przestrzeni, prowadząc do ponownego wdychania CO2. Jak dotąd zjawisko to i możliwe implikacje dla wczesnego życia nie zostały dogłębnie ocenione.
Metoda: W ramach przeglądu zakresowego dokonano systematycznego przeglądu literatury dotyczącej ekspozycji na CO2 i stosowania masek na twarz.
Wyniki: Świeże powietrze zawiera około 0,04% CO2, podczas gdy noszenie masek przez ponad 5 minut wiąże się z możliwą przewlekłą ekspozycją na dwutlenek węgla w ilości od 1,41% do 3,2% wdychanego powietrza. Chociaż nagromadzenie zwykle mieści się w krótkoterminowych limitach ekspozycji, długoterminowe przekroczenia i konsekwencje muszą być brane pod uwagę ze względu na dane eksperymentalne. Eksperci ds. toksyczności Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych ustalili limity ekspozycji dla okrętów podwodnych przewożących żeńską załogę na 0,8% CO2 w oparciu o badania na zwierzętach, które wykazały zwiększone ryzyko urodzenia martwego płodu. Dodatkowo, u ssaków, które były przewlekle narażone na 0,3% CO2, dane eksperymentalne wykazały teratogenność z nieodwracalnym uszkodzeniem neuronów u potomstwa, zmniejszone uczenie się przestrzenne spowodowane apoptozą neuronów pnia mózgu i obniżonym poziomem krążącego insulinopodobnego czynnika wzrostu-1. Przy znaczącym wpływie na trzy parametry odczytu (morfologiczny, funkcjonalny, markerowy) ta przewlekła ekspozycja na 0,3% CO2 musi być zdefiniowana jako toksyczna. Istnieją dodatkowe dane dotyczące ekspozycji na przewlekłe działanie 0,3% CO2 u dorastających ssaków, powodujące niszczenie neuronów, co obejmuje mniejszą aktywność, zwiększony niepokój oraz zaburzenia uczenia się i pamięci. Istnieją również dane wskazujące na toksyczne działanie na jądra u nastolatków przy stężeniu wdychanego CO2 powyżej 0,5%.
Dyskusja: Istnieje potencjalne ryzyko negatywnego wpływu nakładania przedłużających się nakazów noszenia masek na twarz, szczególnie w przypadku wrażliwych podgrup. Istnieją poszlakowe dowody na to, że rozszerzone stosowanie masek może być związane z obecnymi obserwacjami martwych urodzeń oraz zmniejszoną motoryką werbalną i ogólną sprawnością poznawczą u dzieci urodzonych podczas pandemii. Istnieje potrzeba ponownego rozważenia obowiązku stosowania masek.
(…)
3.2. Ogólne skutki wdychania CO2 w niskich stężeniach (≤ 3%)
Z toksykologicznego punktu widzenia dwutlenek węgla jest biernie wchłaniany przez płuca z wdychanego powietrza. Ludzki metabolizm wytwarza również dwutlenek węgla, który naturalnie wymaga eliminacji. Dwutlenek węgla jest w dużej mierze przenoszony we krwi jako wodorowęglan, który jest katalizowany przez enzym anhydrazy węglanowej. Wydalanie odbywa się głównie przez płuca, chociaż nerki również wydalają niewielkie ilości. W literaturze fachowej oczekuje się, że stężenie >2% dwutlenku węgla we wdychanym powietrzu może powodować niekorzystne skutki zdrowotne[100]. Często po krótkiej ekspozycji na stężenie CO2 powyżej 1% obserwuje się wzrost rzutu serca.
Wdychanie od 2,5 do 3,5% dwutlenku węgla przez maksymalnie 10 minut może zwiększyć mózgowy przepływ krwi do 100%, a rozszerzenie mózgowych naczyń krwionośnych może być odpowiedzialne za silny ból głowy[77,100]. Ekspozycja na zwiększone stężenie dwutlenku węgla powoduje hiperwentylację. Co ciekawe, ze względu na mechanizmy kompensacyjne, takie jak obniżone pH krwi, zwiększona częstość oddechów i wentylacja, aklimatyzacja występuje przy przewlekle niskich stężeniach dwutlenku węgla[74,75,100].
Ostre objawy zwykle ustępują pomimo ciągłej ekspozycji na dwutlenek węgla w stężeniach do 3%. Jednak u zdrowych osób dorosłych zmiany metaboliczne są odpowiedzialne za niewielkie długotrwałe uszkodzenia (zmiana pH komórkowego, zaburzenie normalnej homeostazy komórek prowadzące do kwasicy i N-karboksylowych pochodnych peptydów, białek i aminokwasów) przy stężeniach <5%[100].
Niektóre mechanizmy adaptacji człowieka do niskiego poziomu narażenia na CO2 zostały ocenione eksperymentalnie, w tym poziomy 1-2% [74,75]. Biorąc pod uwagę przywołaną literaturę dotyczącą masek, w przypadku masek można przyjąć wartości poziomu dwutlenku węgla wynoszące 1–2%[64,65, 67-71,73]. W eksperymentach na ludziach z ekspozycją na niski poziom 1-2% CO2 wykryto zwiększoną objętość minutową oddechów o ponad 34%[75]. Ponadto wyższe poziomy PaCO2 i wodorowęglanów w tętnicach powodowały skuteczne buforowanie wdychanego CO2. Można było wykazać korelację między zmianami poziomu wapnia w osoczu, pH i CO2, co wskazuje, że magazyn CO2 w kościach jest czynnikiem determinującym wydłużone okresy retencji i eliminacji CO2. W badaniach na zwierzętach często obserwowano zwapnienie nerek i narządów, co podkreśla udział metabolizmu wapnia w adaptacji do podwyższonych poziomów dwutlenku węgla[56, 75,101-104]. W kompleksowym przeglądzie odnotowano związek dwutlenku węgla z przewlekłym i/lub przerywanym długotrwałym które mogą wywoływać stany patologiczne, w szczególności sprzyjając zmianom DNA, zapaleniu nosa i zapaleniu płuc[56].
3.3.1. Wdychanie CO2 na niskim poziomie: teratogenność i urodzenie martwego dziecka
Z dziesięcioleci badań nad toksycznością dwutlenku węgla wiadomo, że zaledwie 0,5% dwutlenku węgla przez kilka minut do godziny dziennie jest w stanie wywołać poród martwego płodu i teratogenne wady wrodzone u świnek morskich[106] (strona 14 wspomnianego dokumentu FDA). Osoby na odpowiedzialnych stanowiskach w Marynarce Wojennej Stanów Zjednoczonych zdawały sobie sprawę, że poziom 0,5% dwutlenku węgla w łodziach podwodnych jest często przekraczany.
W związku z tym przeprowadzili badanie na ciężarnych szczurach, którego szczegóły zostały opublikowane[58,107]. U szczurów pierwsze oznaki toksyczności dla młodych zaobserwowano na poziomie 3% ekspozycji ciężarnej matki na dwutlenek węgla, przy braku oznak toksyczności przy ekspozycji 2,5%. W grupie narażonej na 3% CO2 zaobserwowano statystycznie istotny średni odsetek utraty poimplantacyjnej w miocie (resorpcje występujące we wczesnej fazie ciąży) i odpowiadający mu statystycznie istotny niższy średni odsetek żywotnych płodów w miocie. Ponadto u jednego płodu stwierdzono wytrzewienie [ang. gastroschisis] (żołądek, kilka pętli jelit i wątroba wystające przez otwór w brzusznej linii środkowej), a u 2 innych płodów odnotowano miejscowy obrzęk płodu: jeden w tylnych kończynach, a drugi w okolicach szyi i klatki piersiowej. Biorąc pod uwagę współczynnik bezpieczeństwa między zwierzętami a ludźmi wynoszący około trzech, eksperci ds. toksyczności Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych ustalili limity narażenia dla okrętów podwodnych przewożących żeńską załogę na 0,8% dwutlenku węgla, a także narażenie awaryjne z limitem 24 godzin[58,107].
3.3.2. Wdychanie CO2 na niskim poziomie: neurotoksyczność
Aby określić negatywny wpływ złej jakości powietrza w pomieszczeniach na wczesny rozwój mózgu, w badaniu naukowym[108] narażono ciężarne szczury na dwutlenek węgla na poziomie 0,1-0,3%, co jest niestety powszechne w słabo wentylowanych zamkniętych budynkach[55]. Przy ekspozycji ciężarnych szczurów na dwutlenek węgla na poziomie 0,3%, młode wykazywały zmniejszoną zdolność uczenia się i zapamiętywania przestrzennego w wieku około 6 tygodni[108]. To zmniejszone uczenie się i pamięć przestrzenna zostały przypisane histologicznie udowodnionym uszkodzonym neuronom w części mózgu zwanej hipokampem[108]. Uszkodzenie to jest nieodwracalne i wpływa na zdrowie psychiczne w dłuższej perspektywie. Gdy ciężarne szczurzyce były narażone na działanie zaledwie 0,1% CO2, młode wykazywały zwiększony niepokój[108], który był jeszcze bardziej wyraźny, gdy ciężarne matki były narażone na działanie 0,3% CO2.
Ekspozycja na dwutlenek węgla, w zależności od czasu trwania i intensywności, może powodować stres oksydacyjny[109]. Stres oksydacyjny pośredniczy w apoptozie poprzez tworzenie wodoronadtlenków lipidów, które są wysoce toksyczne i powodują fragmentację DNA[110]. Stan ten powoduje uszkodzenie mitochondriów, co może prowadzić do uwolnienia cytochromu C, aktywacji kaspaz i ostatecznie śmierci komórki[111]. Powszechnie wiadomo, że niska jakość powietrza w salach lekcyjnych ma negatywny wpływ na zdolność uczenia się dzieci w wieku szkolnym[55,56,112]. Aby ustalić, czy wskazuje to jedynie na krótkotrwały efekt, czy też możliwe znaczne uszkodzenie funkcji mózgu, przeprowadzono i opublikowano badanie na myszach[113]. Dorastające myszy były narażone 24 godziny na dobę przez 7 tygodni na poziom 0,3% dwutlenku węgla, ale przy normalnym poziomie tlenu w atmosferze[113]. Pod koniec badania wykonano tak zwane ćwiczenie labiryntu wodnego. W tym przypadku myszy musiały znaleźć ratującą życie platformę w zbiorniku wodnym. Test ten rozróżnia wpływ na funkcje fizyczne i umysłowe. Myszy były testowane przez cztery kolejne dni. W pierwszym dniu testu myszy we wszystkich grupach (narażonych na działanie dwutlenku węgla i normalnego powietrza) potrzebowały zwykle około 40 sekund, aby znaleźć platformę. Zdrowe myszy wystawione na działanie normalnego powietrza nauczyły się szybciej znajdować platformę i po czterech dniach zdrowe myszy potrzebowały tylko 20 sekund, aby znaleźć platformę, podczas gdy myszy wystawione na działanie dwutlenku węgla nie były w stanie nauczyć się najkrótszej drogi do platformy. Chociaż myszy narażone na działanie dwutlenku węgla były w stanie pływać tak szybko, jak zdrowe myszy z grupy kontrolnej, nie były w stanie nauczyć się najkrótszej trasy. Pływały w bardzo zdezorientowany sposób dzień po dniu przez cztery dni testowe. Testy histologiczne wykazały apoptozę neuronów pnia mózgu u myszy narażonych na działanie 0,3% dwutlenku węgla[113]. Ta wywołana CO2 utrata neuronów jest nieodwracalna.
3.3.3. Wdychanie CO2 na niskim poziomie: toksyczny wpływ na męski układ rozrodczy
Ponieważ wzrost stężenia dwutlenku węgla podczas noszenia maski jest naukowo udowodniony (tabele 1 i 2), należy podać dalsze informacje na temat zjawiska toksycznego wpływu podwyższonego stężenia dwutlenku węgla we wdychanym powietrzu na płodność mężczyzn. Toksyczny wpływ ekspozycji na dwutlenek węgla na niskim poziomie na płodność mężczyzn był szeroko badany w doświadczeniach na zwierzętach. Narażenie dorastających szczurów na dwutlenek węgla na poziomie 2,5% raz na 4 godziny wywołało patologiczne objawy zmniejszonej płodności w jądrach szczurów[114]. Prawidłowe oszacowanie limitu narażenia dla ludzi na podstawie badań toksyczności na zwierzętach wymaga zastosowania współczynnika bezpieczeństwa[58,107,115]. Należy wziąć pod uwagę, że małe zwierzęta laboratoryjne, ewolucyjnie przystosowane do życia w norach i jaskiniach, są ograniczone jako wskaźniki dwutlenku węgla, ponieważ są na niego znacznie mniej wrażliwe niż ludzie[105]. Jak wspomniano powyżej, Marynarka Wojenna Stanów Zjednoczonych stosowała współczynnik bezpieczeństwa 3 z poziomu, który nie miał negatywnego wpływu na ciąże szczurów[58,107]. We wspomnianym badaniu funkcji jąder dwutlenku węgla u szczurów nie zaobserwowano tak zwanego poziomu, przy którym nie obserwuje się szkodliwych skutków [NOAEL, No-Observed-Adverse-Effect-Level][114]. Stosując poziom 2,5% z wyraźnym uszkodzeniem funkcji jąder i minimalny współczynnik bezpieczeństwa wynoszący 5, limit ekspozycji dla dorastających mężczyzn należy ustalić na poziomie 0,5% przez maksymalnie 4 godziny dziennie[58,107,114,115].
Zobacz na: Zagrożenia zdrowotne związane z noszeniem masek – Tammy Clark i Kristen Meghan [konsultantki OSHA]
Zawartość tlenu w powietrzu w masce – Jeff Neff [strażak]
Wykrywanie dwutlenku węgla i kontrola jakości powietrza wewnątrz pomieszczeń
Interwencje fizyczne mające na celu przerwanie lub ograniczenie rozprzestrzeniania się wirusów układu oddechowego – Cochrane Library
Maseczki nie działają: Przegląd literatury naukowej w kontekście zasadności polityki społecznej wobec COVID-19 – dr Denis Rancourt
Dlaczego maski na twarz nie działają: przegląd dr Johna Hardie dla dentystów [18 października 2016]
