Implementarea unei soluţii pentru îmbunătăţirea calităţii vieţii pacienţilor alergici la bioparticule

Introducere

În ultimii ani, alergiile se află într-o expansiune exponenţială, afectând din ce în ce mai mult populaţia. Conform EAACI (European Association of Allergy and Clinical Immunology) şi European Parliament Interest Group, până în 2025, jumătate din populaţia Europei va fi afectată de boli alergice cauzate de alergeni, această expansiune fiind accentuată de creşterea concentraţiei de bioparticule din atmosferă, de poluare şi deschimbările climaterice (European Parliament Interest Group, 2019).

În România nu există un sistem integrat de monitorizare a bioparticulelor (polen de la arbori, graminee, buruieni, spori de mucegaiuri, acarieni etc.) şi de avertizare a populaţiei afectate. În prezent, particulele din aer sunt detectate şi clasificate pe diferite dimensiuni – PM1µ m, PM2,5µ m, respectiv PM10 µm, dar nu ca tip de particulă şi impactul acesteia asupra sănătăţii. Bioparticulele au dimensiuni între 1 şi 200 µm, din acest motiv unele dintre acestea (anumite tipuri de polen sau scuame) nici nu pot fi detectate de senzorii de calitate a aerului. De exemplu, polenul de ambrozia este de mai multe tipuri şi are dimensiuni între 16 şi 27 µm în diametru, mult peste detecţia PM10.

Bolile alergice au devenit o problemă majoră de sănătate la nivel mondial. Prevalenţa crescută a acestor afecţiuni este strâns legată de rata mare de urbanizare şi industrializare globală, care au crescut nivelul de poluare. Poluarea aerului este asociată cu exacerbarea bolilor alergice, inclusiv astm, rinită alergică şi alte afecţiuni atopice. Este bine cunoscut faptul că poluanţii atmosferici perturbă epiteliul şi induc afecţiuni atât la nivelul tractului respirator, cât şi la nivelul altor organe (Nanda et al., 2022). Efectele nocive pot rezulta direct, din toxicitatea poluanţilor, sau indirect, prin inflamaţie sistemică. Dintre substanţele nocive fac parte particulele în suspensie (PM), oxizii de azot, nanoparticulele şi microplasticul (Celebi Sozener et al., 2022).

Particulele în suspensie (PM2,5 şi PM10) fac parte din poluanţii comuni. Ele perturbă barierele epiteliale prin degradarea proteinelor implicate în joncţiunea celulelor, scad rezistenţa electrică transepitelială şi cresc permeabilitatea paracelulară (Xian et al., 2020), facilitând pătrunderea alergenilor şi dezvoltarea bolilor alergice. Acelaşi mecanism de acţiune îl au şi oxizii de azot, regăsiţi adesea în zonele cu trafic intens, aceştia crescând riscul de a dezvolta boli respiratorii (Celebi Sozener et al., 2022).

Aerul este adesea poluat şi cu nanoparticulele care trec prin membrana alveolocapilară şi pot intra în circulaţia sistemică. Ele stimulează direct celulele epiteliale, macrofagele şi fibroblastele, pentru a secreta mediatori proinflamatori şi profibrotici (Urbančič et al., 2018). Expunerea populaţiei susceptibile la poluanţii atmosferici poate provoca disfuncţii ale barierei epiteliale, stres oxidativ, schimbări epigenetice şi dezechilibre imunitare, care cresc incidenţa bolilor alergice (Yee et al., 2021).

În aer au mai fost detectate micro- şi nanoparticule de plastic care se pot infiltra cu uşurinţă în ţesuturi şi pot interacţiona cu moleculele structurale celulare (Xu et al., 2019). Microplasticul a fost considerat iniţial doar un poluant al oceanelor, însă există tot mai multe dovezi care indică niveluri ridicate de expunere umană zilnică la micro- şi nanoplastic prin inhalare şi ingestie. Odată ajunse în sistemul respirator, acestea pot modifica structura membranei celulare şi structurile secundare ale proteinelor, pot creşte secreţia de citokine proinflamatorii, pot modifica expresia proteinelor asociate ciclului celular şi pot induce chiar stres oxidativ şi moarte celulară. Aceste modificări ar putea contribui la dezvoltarea unor boli precum cancerul, tulburările metabolice şi pot afecta dezvoltarea neurologică. De asemenea, pot modifica alergenicitatea unor proteine şi permeabilitatea epiteliului respirator, astfel amplificând reacţiile alergice (Patil et al., 2022).

În ultimii ani, tehnologia digitală a evoluat foarte mult. Astfel, la ora actuală se pot implementa algoritmi de procesare inteligenţi, pe baza unor date obţinute din teren în timp real, interacţionând cu utilizatorul final, instituţiile guvernamentale şi diverse organizaţii, având ca rezultat acţiuni corective într-un proces bine definit.

Internetul Obiectelor (Internet of Things; IoT) şi, mai nou, Edge computing şi Big Data sunt tehnologii revoluţionare predominante, rezolvând multiple probleme locale, dar şi necesităţi cu care se confruntă planeta şi societatea. La ora actuală, există o linie directoare de digitalizare în achiziţionarea, stocarea şi prelucrarea datelor în rândul organizaţiilor, tendinţă care a generat în ultimii ani o sintetizare inteligentă şi o utilizare extraordinară a rezultatelor generate de aceste date prin modele predictive. Internetul Obiectelor se referă la un sistem de dispozitive fizice sau senzori conectaţi prin internet. Un „obiect” IoT colectează şi transferă date wireless fără intervenţie manuală cu ajutorul tehnologiei radio încorporate. Mai mult, dispozitivele detip Edge computing interacţionează cu mediul extern, interconectând local funcţionalităţi inteligente, cu scopul de a prelua datele de la senzori ultraperformanţi şi de a lua decizii locale, economisind energie şi reducând poluarea.

Tehnologia Big Data vine cu o gestiune inteligentă a datelor (fluxuri de ordin petabytes/gigabytes) care pot fi structurate sau semistructurate, precum şi cu analiza acestora, pentru a obţine informaţii preţioase asupra procesului urmărit. Aceste date pot fi preluate din mediul exterior, fiind legate de senzori sau de dispozitive fixe ori mobile, corelate apoi cu imagini preluate din satelit, drone şi telefoane inteligente.

În ceea ce priveşte proiectul actual, soluţia propusă constituie o premieră în domeniu, prin identificarea şi acţiunile ţintite pe diversetipuri de (bio)particule, cu scopul de a ameliora efectelor acestora asupra populaţiei, având următoarele obiective:

• Monitorizarea în timp real a calităţii aerului pe tip de (bio)particulă, calculul nivelului concentraţiei acestora şi apotenţialului alergenic, utilizând dispozitive inteligente interconectate şi servicii integrate.
• Alertarea persoanelor sensibile şi/sau afectate în funcţie de sensibilizarea la fiecare tip de (bio)particulă, recomandând acţiuni specifice şi monitorizând starea lor.
• Monitorizarea şi raportarea nivelului fenologic al plantelor alergenice care emit (bio)particule, în vederea alertării şi informării populaţiei cu mult înainte ca particulele să ajungă în atmosferă.
• Evaluarea prevalenţei alergiilor respiratorii şi stabilirea speciilor alergenice celor mai relevante clinic în zona de vest a României.
• Consiliere şi tratament proactiv ale persoanelor sensibile şi/sau afectate, precum şi monitorizarea evoluţiei acestora, reducând preventiv fluxul masiv din centrele de tratament sau spitale.
• Extinderea soluţiei-pilot prin interconectarea la nivel naţional cu sisteme de alarmare şi informare a populaţiei şi a autorităţilor.
• Îmbunătăţirea măsurilor care se impun întreprinse prin armonizarea legislaţiei naţionale cu cea europeană în domeniu.

Pentru îndeplinirea acestor obiective, în decembrie 2022 a fost semnat un acord de parteneriat între Universitatea de Medicină şi Farmacie „Victor Babeş” din Timişoara, Spitalul Clinic Judeţean de Urgenţă „Pius Brînzeu” din Timişoara şi Universitatea de Ştiinţe Agricole şi Medicină Veterinară a Banatului „Regele Mihai I al României”, din Timişoara, beneficiind de sprijinul financiar al Consiliului Judeţean Timiş, având ca obiect principal de activitate „Soluţie pentru îmbunătăţirea calităţii vieţii pacienţilor alergici la bioparticule”.

Detecţia şi identificarea bioparticulelor

Au fost achiziţionate trei analizatoare în timp real de bioparticule şi nivel fenologic, model Lumbara Edge (produs în Luxemburg şi SUA), fiecare fiind dotat cu modul ambiental (senzori, GPS, WLAN, BLE, intruziune, acumulator separat), modul de sol, modul monitorizare bioparticule, dotate cu panou solar de 60 W, plus modul de energie pentru punctul de alimentare maxim, acumulator 60 Ah, plus incintă sau conectare la o sursă de220 V.

Analizatoarele de bioparticule au la bază o tehnologie care captează particulele din aer şi utilizează algoritmul de machine vision pentru a le recunoaşte şi număra. Aerul este absorbit în interior, iar particulele (polen, praf etc.) sunt colectate cu ajutorul unei benzi speciale. Acest mod de lucru are avantajul că poate fi analizat şi mai târziu de un laborator pentru ADN şi, respectiv, a folosi informaţia pentru dezvoltarea de vaccinuri/medicamente. Astfel, staţiile au fost configurate pentru identificarea unor polenuri şi a unor spori de mucegaiuri (figura 1).

La 15 august 2023 au fost instalate echipamentele la Spitalul Clinic Judeţean de Urgenţă „Pius Brînzeu”, Timişoara, la Universitatea de Ştiinţe Agricole şi Medicină Veterinară a Banatului „Regele Mihai I al României”, Timişoara (Calea Aradului), la Primăria Dudeştii Noi şi în centrul comunei Dumbrăviţa, sub forma unei reţele de monitorizare periurbane (predominant nord), după cum se poate observa în figura 2.

Aceste staţii sunt complete, având şi modul de monitorizare a compoziţiei chimice a aerului (SO₂, NO₂, CO, O₃), care redă o radiografie completă a aerului în zona respectivă.

Iniţial, staţiile au funcţionat cu panou solar, iar ulterior au fost conectate la 220 V, cu protecţie pe baterie când tensiuneade 220 V nu există. S-au semnat procesele-verbale de punere în funcţiune şi s-a făcut instructajul persoanelor vizate. În ceea ce priveşte conectivitatea şi achiziţia de date, staţiile sunt conectate în platforma Alergotel.

Platforma şi aplicaţia Alergotel

O altă activitate a proiectului a fost dezvoltarea platformei Alergotel, care colectează datele legate de rapoarte, dar şi gestionează pofilurile şi pacienţii alergici.

Dezvoltarea platformei Alergotel presupune:

Implicarea cetăţenilor în procesul de combatere, prin aportul acestora în localizarea zonelor, respectiv trasabilitatea efectuării lucrărilor de combatere. Sesizarea făcută de cetăţeni (imagine, localizare) este preluată într-un flux detip „computing workflow”, care presupune identificarea imaginilor şi trimiterea acestora către organele competente.

Se pot trasa parcelele şi notifica proprietarii, iar apoi se poate transmite un răspuns înapoi către cetăţean, care poate verifica dacă s-a întreprins activitatea. Astfel, poliţia şi garda de mediu vor fi activ implicate.

Se pot transmite notificări către cetăţeni, în caz ca aceştia locuiesc în zonele expuse. Odată cu notificările respective, se specifică şi recomandări în funcţie de stadiul fenologic şi/sau denivelul de polen.

Se urmăreşte informarea din timp a proprietarilor parcelelor identificate în anii anteriori, ca aceştia să primească recomandări legate de modul şi momentul combaterii plantei.

În caz că utilizatorul este alergic, acesta poate fi îndrumat către centrele de alergologie, prin planificarea unei consultări medicale.

Platforma oferă o hartă GIS interactivă cu rapoartele şi zonele cu cel mai mare grad de infestare (figura 3).

Oferă trasabilitate pe fiecare raport, în funcţie de statusul utilizatorului, şi gestionează parcelele şi proprietarii identificaţi de organele competente pentru a trimite somaţii şi a acţiona conform legilor în vigoare.

Aplicaţia Alergotel funcţionează pentru telefoanele Android şi telefoanele iPhone şi se poate descărca din Google Play, respectiv din App Store. Până la versiunea curentă 1.1.0 (35) s-au făcut 35 de implementări şi upgrade-uri. Aplicaţia funcţionează gratuit (fără autentificare), adică utilizatorul nu are nevoie să facă un cont, şi în mod autentificare, în care utilizatorul este înregistrat cu număr de telefon şi e-mail. În modul subscriere, utilizatorul poate raporta zonele cu număr ridicat de alergeni, are acces la profilul lui alergic şi laalte funcţionalităţi care ţin de contul lui.

Deşi nu s-a făcut o campanie oficială de publicitate, până la momentul actual numărul de utilizatori care au descărcat aplicaţia, au creat cont şi s-au autentificat este în jur de 550.

Aplicaţia este inteligentă şi funcţionează doar dacă este interconectată la serviciile software oferite de platformă. Astfel, utilizatorul poate fi notificat despre nivelul de polen din aer, tipul de polen, harta cu locurile unde se află cea mai mare concentraţie, dar şi poate să primească sfaturi de prim ajutor sau preventive (figura 4).

Particulele colectate şi identificate de analizatoare

În perioada 15 august – 1 octombrie 2023 s-au identificat în aer peste 25 de tipuri de bioparticule, iar cercetările noastre s-au axat în special pe cele legate de polen şi fungi. În figura 5 se pot observa nivelurile atmosferice ale polenurilor de ambrozia şi de graminee, precum şi ale sporilor de Alternaria şi Cladosporium în această perioadă.

Alergiile respiratorii în judeţul Timiş

În judeţul Timiş, tendinţa alergiilor respiratorii este în creştere. Dintre pacienţii alergici identificaţi în perioada 2008-2023 (n = 15222 de pacienţi), aproape jumătate (40,60%) au fost diagnosticaţi cu rinoconjunctivită şi/sau astm indus de aeroalergeni, iar dintre aceştia, majoritatea erau sensibilizaţi la polenul de ambrozia.

Astfel, dintre pacienţii polisensibilizaţi (reprezentând majoritatea pacienţilor alergici – 59,52%), 61,44% prezentau şi sensibilizare la polenul de ambrozia (60,72% în 2023) (figura 6).

Dintre pacienţii monosensibilizaţi (reprezentând 30,48% din cazuri), 36,41% prezentau sensibilizare la ambrozia, fiind cel mai mare procentaj de pacienţi monosensibilizaţi (38,44% în 2023) (figura 7).

Prevalenţa anuală a sensibilizării la ambrozia s-a menţinut la unnivel înalt de-a lungul întregii perioade de studiu.

În unii ani, numărul pacienţilor monosensibilizaţi la ambrozia îl depăşeşte chiar şi pe cel al pacienţilor monosensibilizaţi la acarienii din praful de casă – alergenul cel mai important din mediul indoor; în 2023, numărul pacienţilor monosensibilizaţi la ambrozia a fost cu peste 50% mai mare decât al celor monosensibilizaţi la acarieni (figura 8).

Din datele noastre rezultă că mai mult de două treimi din pacienţii cu rinoconjunctivită alergică sau astm sunt sensibilizaţi la ambrozia, iar peste o treime din pacienţii alergici la un singur alergen sunt sensibilizaţi la ambrozia şi devin simptomatici în perioada august-septembrie, cu prelungire până în octombrie, în funcţie de condiţiile meteorologice.

În 2023, vârful prezentărilor la medicul alergolog în cazul pacienţilor sensibilizaţi la ambrozia a fost în august-septembrie, în aceste luni prezentându-se 33,33% din totalul pacienţilor sensibilizaţi la ambrozia din tot anul (figura 9).

Din totalul pacienţilor cu afecţiuni respiratorii alergice evaluaţi în serviciul nostru în 2023, s-au înregistrat 448 (44,8%) de pacienţi cu rinită alergică, 230 (23%) cu rinită şi astm alergic şi un număr de 44 (4,4%) de pacienţi cu astm alergic. Din totalul de 492 pacienţi cu afecţiuni respiratorii alergice, 297 (60,37%) au prezentat sensibilizare la ambrozie, iar 87 dintre aceştia (29,29%) au manifestat şi simptome de astm pe lângă cele de rinită alergică  (Figura 10).

Rezultatele relevă faptulcă majoritatea pacienţilor cu sensibilizare la ambrozia suferă de simptome de rinită alergică, dar un procentaj semnificativ prezintă şi simptome de astm exacerbate în sezonul polinic de vară/toamnă, când predomină expunerea la polenul de ambrozia.

Concluzii

Acest proiect de monitorizare şi analiză a polenurilor şi sporilor de mucegaiuri reprezintă un pas semnificativ în înţelegerea şi combaterea alergiilor respiratorii în regiunea de vest a României. Prin colectarea şi analizarea datelor despre tipurile şi concentraţiile de polen şi spori de mucegai din atmosferă, acest proiect oferă o perspectivă valoroasă asupra profilului alergenilor specifici zonei.

Rezultatele studiului indică o diversitate considerabilă de alergeni în regiune, contribuind la prevalenţa crescută a alergiilor respiratorii în această zonă. Identificarea surselor specifice de polen şi spori de mucegai, precum şi avariaţiilor sezoniere ale acestora, permit dezvoltarea de strategii mai eficiente de prevenţie şi tratament pentru persoanele afectate de astfel de alergii.

Mai mult, proiectul contribuie la conştientizarea publică şi educaţia în domeniul sănătăţii, oferind cetăţenilor informaţii esenţiale pentru gestionarea mai bună a expunerii la alergeni. De asemenea, rezultatele studiului pot ghida autorităţile locale în implementarea de politici de sănătate publică şi măsuri de mediu pentru reducerea impactului alergenilor aeropurtaţi.

Prin urmare, acest studiu nu numai că evidenţiază provocările legate de alergiile respiratorii în zona de vest a României, dar oferă şi un model valoros pentru alte regiuni care se confruntă cu probleme similare. Eforturile continue în monitorizarea şi analizarea alergenilor aeropurtaţi sunt vitale pentru îmbunătăţirea sănătăţii respiratorii şi a calităţii vieţii populaţiei.   

Autor corespondent: Carmen Panaitescu, e-mail: cbunu@umft.ro

Conflict de interese: niciunul declarat.

Suport financiar: niciunul declarat.

Acest articol este accesibil online, fără taxă, fiind publicat sub licenţa CC-BY.