La enfermedad de Alzheimer es una enfermedad cerebral progresiva que, con el tiempo, priva a quienes la padecen de la capacidad de recordar, comunicarse y vivir de forma independiente. Para 2050, se prevé que afecte a casi 14 millones de estadounidenses y a sus familias, con un costo económico de un billón de dólares, superior al total combinado estimado para tratar las enfermedades cardíacas y el cáncer.
Entre las principales causas de muerte en Estados Unidos, la enfermedad de Alzheimer es la única que actualmente no podemos prevenir, curar ni siquiera frenar. Nuestra investigación más reciente busca cambiar esta situación ofreciendo una mejor comprensión de las causas y los mecanismos ambientales de la enfermedad.
Nuestros hallazgos nos llevan a concluir que la contaminación del aire exterior, en forma de diminutas partículas liberadas por centrales eléctricas y automóviles que penetran en los pulmones y la sangre, podría casi duplicar el riesgo de demencia en las mujeres mayores. Si nuestros resultados son aplicables a la población general, la contaminación por partículas finas en el aire ambiente podría ser responsable de aproximadamente uno de cada cinco casos de demencia.
Este estudio, el primero en combinar una investigación epidemiológica en seres humanos con experimentos en animales, se suma a un creciente conjunto de investigaciones de todo el mundo que vinculan la contaminación del aire con la demencia. También aporta las primeras pruebas científicas de que un gen clave de riesgo de Alzheimer, APOE4, interactúa con las partículas del aire para acelerar el envejecimiento cerebral.
Donde hay humo
Investigaciones anteriores de la Universidad del Sur de California ya han establecido que la contaminación del aire acelera el riesgo de sufrir un infarto. A partir de ese trabajo, creamos el Grupo AirPollBrain para examinar si la exposición a partículas finas —conocidas como PM2,5 porque miden 2,5 micrómetros o menos de diámetro— afecta al envejecimiento cerebral y de qué manera.
Diseñamos este estudio para responder a tres preguntas generales. Primero, queríamos saber si las personas mayores que viven en lugares con niveles más altos de PM2,5 exterior tienen mayor riesgo de deterioro cognitivo, especialmente de demencia. También queríamos saber si las personas portadoras del gen de alto riesgo de la enfermedad de Alzheimer, APOE4, son más sensibles al daño que podría causar la exposición prolongada a las PM2,5 presentes en el aire.
Nuestra tercera pregunta era si podían observarse hallazgos similares al exponer de forma controlada a partículas a ratones modificados para portar genes humanos de la enfermedad de Alzheimer. Si encontrábamos efectos similares en ratones, esto podría arrojar luz sobre los posibles mecanismos subyacentes a lo que ocurre en el cerebro humano.
Nos centramos en mujeres mayores y ratonas porque APOE4 confiere un mayor riesgo de enfermedad de Alzheimer a las mujeres que a los hombres.
Participantes humanos
Para el componente epidemiológico del estudio en seres humanos, colaboramos con investigadores del Estudio de la Memoria de la Iniciativa para la Salud de la Mujer, o WHIMS, que hizo seguimiento a un amplio grupo de mujeres mayores de todo el país a partir de finales de la década de 1990, cuando tenían entre 65 y 79 años, pero no padecían demencia ni ningún deterioro cognitivo significativo.
Combinamos datos de monitoreo de la EPA y simulaciones de calidad del aire para construir un modelo matemático que nos permitiera estimar los niveles cotidianos de PM2,5 exterior en distintos lugares donde vivían estas mujeres entre 1999 y 2010. Como el WHIMS hizo un seguimiento muy estrecho de las participantes del estudio, pudimos recopilar información detallada sobre otros factores que pueden afectar el riesgo individual de demencia, como el tabaquismo, el ejercicio, el índice de masa corporal, la terapia hormonal y otros factores clínicos de riesgo, como la diabetes y las enfermedades cardíacas. Esto nos permitió tener en cuenta esos otros factores y aislar mejor los efectos de la exposición a la contaminación del aire.
Descubrimos que las mujeres expuestas a niveles más altos de PM2,5 presentaban un deterioro cognitivo más rápido y un mayor riesgo de desarrollar demencia. Las mujeres mayores que vivían en lugares donde los niveles de PM2,5 superaban el estándar de la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos tenían un riesgo un 81 % mayor de deterioro cognitivo global y un 92 % más de probabilidades de desarrollar demencia, incluido el Alzheimer. Este riesgo ambiental derivado de la exposición prolongada a PM2,5 era entre dos y tres veces mayor en las mujeres mayores con dos copias del gen APOE4 que en las mujeres que solo tenían el riesgo genético de base, sin el gen APOE4.
Modelos murinos
En los estudios de laboratorio, expusimos durante 15 semanas a ratonas con genes de Alzheimer a contaminación del aire con partículas de tamaño nanométrico. La tecnología de recolección de partículas del aire, inventada por nuestro colega Constantinos Sioutas, de la Escuela de Ingeniería Viterbi de la USC, recoge partículas del aire en el límite del campus de la USC, como muestra representativa del aire de las zonas urbanas.
Los datos experimentales mostraron que los ratones expuestos sistemáticamente a estas partículas acumularon mayores depósitos de proteínas llamadas beta-amiloide en el cerebro. En los seres humanos, la beta-amiloide se considera un factor patológico de la neurodegeneración y es un objetivo principal de las intervenciones terapéuticas para prevenir la aparición del Alzheimer o ralentizar su progresión. Al igual que en nuestra observación epidemiológica en mujeres mayores, estos efectos fueron más intensos en las ratonas APOE4, predispuestas a la enfermedad de Alzheimer.
Estudios futuros
En nuestros próximos estudios examinaremos si estos hallazgos también se aplican a los hombres y si algún fármaco en desarrollo podría ofrecer protección frente a la exposición a la contaminación del aire. También se necesita más trabajo para confirmar una relación causal y comprender cómo la contaminación del aire entra en el cerebro y lo daña.
El envejecimiento cerebral causado por la exposición a la contaminación del aire podría comenzar durante el desarrollo, por lo que también queremos estudiar la exposición a la contaminación del aire en las primeras etapas de la vida en relación con la enfermedad de Alzheimer. Ya sabemos que la obesidad y la diabetes son factores de riesgo de Alzheimer. También sabemos que los niños que viven más cerca de las autopistas tienden a tener más obesidad, un efecto que se agrava si los adultos del hogar fuman.
A partir de los modelos murinos existentes, cabría predecir que la exposición a la contaminación del aire durante el desarrollo podría aumentar el riesgo de enfermedad de Alzheimer. Esta es una pieza importante del rompecabezas científico que queremos comprender mejor.
Contaminación del aire, salud pública y políticas
La contaminación del aire no conoce fronteras. Esto confiere a nuestro estudio implicaciones mundiales que los responsables de formular políticas y los funcionarios de salud pública deberían tomar en serio.
La Ley de Aire Limpio exige que la Agencia de Protección Ambiental establezca Normas Nacionales de Calidad del Aire Ambiental que ofrezcan un margen de seguridad adecuado para proteger a las poblaciones sensibles, como los niños y las personas mayores. En 2012, la EPA endureció la norma estadounidense para PM2,5. Aun así, en 2015 casi 24 millones de personas vivían en condados que todavía registraban niveles insalubres de contaminación por partículas durante todo el año, y más de 41 millones vivían en condados que experimentaban picos de contaminación de corta duración.
Estudios recientes han demostrado que la prevalencia de la demencia en Estados Unidos disminuyó entre 2000 y 2012. Sin embargo, no sabemos si esta tendencia está relacionada con las normas sobre contaminación del aire o si la exposición a niveles más bajos de PM2,5 en los últimos años sigue suponiendo cierto grado de amenaza a largo plazo para los estadounidenses mayores, especialmente para quienes corren riesgo de demencia.
Si la exposición prolongada a PM2,5 realmente aumenta el riesgo de demencia, esto implicaría que las organizaciones de salud pública están subestimando la ya considerable carga de morbilidad y los costos de atención sanitaria asociados con la contaminación del aire. Por ejemplo, la evaluación más reciente de la Organización Mundial de la Salud sobre la carga mundial de morbilidad causada por las PM2,5 no incluye la demencia. Los niveles de contaminación del aire son mucho más altos en India, China y muchas otras naciones en desarrollo que en Estados Unidos.
De manera similar, la EPA ha calculado que la Ley de Aire Limpio generará beneficios de casi 2 billones de dólares estadounidenses entre 1990 y 2020, en gran medida gracias a la reducción de muertes y enfermedades. Si existe una relación entre la contaminación por partículas y la demencia, la Ley de Aire Limpio podría estar generando beneficios aún mayores que los estimados por la EPA.
El Plan Nacional de Estados Unidos para Abordar la Enfermedad de Alzheimer, establecido por una ley promulgada en 2011, tiene como objetivo prevenir o tratar eficazmente la enfermedad de Alzheimer para 2025. Creemos que cualquier medida que socave el funcionamiento de la EPA o flexibilice las normas sobre aire limpio tendrá consecuencias imprevistas que dificultarán el cumplimiento de este objetivo.
