Международная команда ученых использовала ведущие в мире нейтронные источники в Институте Лауэ-Лангевин в Гренобле, Франция, и в Лаборатории Резерфорда Эпплтона в Великобритании, чтобы объяснить, как озон вызывает серьезные дыхательные проблемы и тысячи случаев преждевременной смерти каждый год, нападая на жирную оболочку наших легких.Вывеска качества воздуха, указывающая на озон, смотрит в Gulfton, ХьюстонВ исследовании, опубликованном в журнале Langmuir, команда наблюдала, как даже относительно низкая доза озона нападает на молекулы липида, которые выравнивают поверхность легкого. Присутствие молекул липида крайне важно для обмена кислородом и углекислым газом, поскольку они препятствуют тому, чтобы влажные поверхности легкого разрушились.
Озон главным образом произведен в верхней атмосфере как кислородные молекулы разделений Ультрафиолетового света Солнца, но это может также сформироваться на уровне земли из горения ископаемого топлива. Это, как известно, вредит нашим дыхательным системам и связано с астмой, бронхитом, сердечными приступами и другими сердечно-легочными проблемами.
Недавнее исследование нашло, что более строгие инструкции эмиссии озона в США могли предотвратить более чем тысячу преждевременных смертельных случаев и более чем миллион жалоб на дыхательные проблемы каждый год. Однако остается неясным, как точно озон наносит этот ущерб.
Одна теория, она нападает на поверхностные слои легкого, которые состоят из слоя воды, сидящей ниже смеси жирных молекул, названных липидами и белками, которые вместе известны как сурфактант легкого. Сурфактант помогает обмену кислородом и углекислым газом во время дыхания. Это делает это, снижая поверхностное натяжение, т.е. привлекательность, которую молекулы сопереживают друг другу, в жидком поверхностном слое выше, заставляя эти жидкости распространить и предоставить большую площадь поверхности газовому обмену.
Критически, отсутствие соответствующего сурфактанта, дефицит, часто находимый естественно в младенцах, родившихся преждевременно, может произвести подобные дыхательные медицинские заболевания упомянутым выше, даже приведя к смерти в некоторых случаях. Эта связь была далее установлена в 2011 учеными, которые продемонстрировали, что озон реагировал очень сильно со слоем липида, повреждая ее.
Однако то, что точно продолжается и как эти реакции могли бы препятствовать сурфактанту от выполнения его работы, было все еще неясно.Чтобы заняться расследованиями далее, команда управляла нейтронными исследованиями отражения искусственного монослоя липида, созданного, чтобы подражать поверхности легкого.
Слой липида был подвергнут воздействию разведенной газообразной смеси озона, и изменения в его структуре или поверхностном натяжении были изучены в режиме реального времени. Концентрация озона была приблизительно 100 частями за миллиард, эквивалентный тому, что Вы могли бы войти в загрязненный город летом.
Использование нейтронов означало, что ученые могли маркировать различные части образца, используя deuteration, процесс, посредством чего более тяжелый изотоп водорода, дейтерия, введен и противопоставлен недейтеризованным образцам, чтобы выбрать местоположение водородных атомов. Это позволило им контролировать различные части молекулы отдельно, когда они реагировали с озоном.
“Нейтроны — идеальный инструмент для изучения биологических материалов, особенно их реакции и взаимодействия на поверхностях и через интерфейсы. Они очень чувствительны к более легким атомам, таким как углерод, водород и кислород, которые составляют эти органические молекулы, и изотопическая маркировка может использоваться, чтобы определить структуру и состав межфазовых слоев”, объяснил соавтор исследования доктор Ричард Кэмпбелл от Института Лауэ-Лангевин.Используя эту технику, команда показала, что один из вверх стоящих хвостов липида, известных как часть C9, прерывается во время разрушения озонового слоя и потерян от поверхности полностью. Часть, все еще приложенная к голове липида тогда, переориентирует себя и проникает в водный воздухом интерфейс.
Потеря части C9 вызывает начальное уменьшение в поверхностном натяжении, которое временно увеличивает площадь поверхности для газового обменного и эффективного дыхания. Однако, этот эффект недолгий как проникновение остальной части молекулы в водные результаты в медленном, но явном повышении поверхностного натяжения, производя полное чистое увеличение.“Мы не абсолютно уверены, что вызывает вторую стадию увеличения напряженности. Поврежденный липид мог бы медленно распадаться в воде и оставлять интерфейс полностью, или медленная реакция могла бы происходить, который наносит ущерб другой части липида, на который не непосредственно нападает озон.
То, что мы можем сказать, — то, что медленное увеличение поверхностного натяжения, которое происходит в результате воздействия озона, конечно, повредило бы способность наших легких обработать кислород и углекислый газ, и могло составлять дыхательные проблемы, связанные с отравлением озоном”, сказала первый автор доктор Кэтрин Томпсон из Лондонского университета.Следующий шаг для команды должен посмотреть на адаптацию модели, чтобы представлять условие людей с различными формами хронической дыхательной проблемы и попытаться понять, почему озон, кажется, затрагивает их хуже, чем другие.