auteur: Ursula Maria Bellut-Staeck
jaar: 2023
type onderzoek: hypothese met biologische onderbouwing
tijdschrift & DOI nummer: 10.4236/jbm.2023.116003
Relevantie:
De vraag die Bellut-Staeck zich stelt is of infrasound rechtstreeks mechanische stress kan uitoefenen op cellen en vooral op de cellen van de vaatwanden, de endotheelcellen.
Haar hypothese is gebaseerd op het concept van mechanotransductie: het proces waarbij cellen mechanische krachten omzetten in biochemische signalen. Zij stelt dat periodieke, impulsieve infrasound en trillingen de normale mechanotransductie kunnen verstoren, met name in endotheelcellen, en dat dit zou kunnen leiden tot verstoring van de microcirculatie, tot oxidatieve stress en uiteindelijk cardiovasculaire effecten. Bellut-Staeck legt dus de nadruk op het vaatstelsel in plaats van primair op het gehoor- of evenwichtssysteem. Dit is relevant voor de vraag naar een relatie tussen IS en hart- en vaatziekten, omdat het endotheel een centrale rol speelt bij de regulatie van de vaattonus, de bloeddruk, ontstekingsprocessen, trombose en de ontwikkeling van atherosclerose.
Als haar hypothese juist zou zijn, dan zou een chronische verstoring van endotheelmechanotransductie een mogelijke route kunnen vormen naar cardiovasculaire effecten. Haar werk wordt in discussies over hart- en vaatziekten vaak aangehaald.
Zij heeft een presentatie gegeven voor de Europese commissie tijdens de conferentie
Are windturbines a risk to human health?
De sterke punten uit haar werk zijn de verbinding die zij legt tussen inzichten uit de vasculaire biologie en mechanobiologie met een nieuwe hypothese over de invloed van infrasound op biologische organismen. De rol van mechanotransductie en van mechanogevoelige ionkanalen (zoals PIEZO1 en PIEZO2) in de fysiologie is breed erkend; dat deel van de biologische achtergrond is goed onderbouwd. Haar hypothese is toetsbaar en genereert concrete onderzoeksvragen.
De beperkingen op dit moment in de tijd: Er is nog weinig onafhankelijke onderzoek van haar specifieke hypothese en er zijn vooralsnog geen grote humane studies die aantonen dat de door haar voorgestelde mechanismen zich daadwerkelijk voordoen bij de blootstellingsniveaus rond windturbines. De hypothese wordt daarom nog niet breed beschouwd als gevestigde kennis binnen de cardiovasculaire of milieu-epidemiologische literatuur.
Bellut-Staeck is een van de eersten die probeert een integraal biologisch model te formuleren waarin akoestiek, mechanobiologie, endotheelbiologie en cardiovasculaire regulatie met elkaar worden verbonden. Dat maakt haar werk wetenschappelijk interessant, ongeacht of de hypothese uiteindelijk volledig, gedeeltelijk of niet wordt bevestigd. De stap van een biologisch plausibel mechanisme naar aangetoonde gezondheidseffecten in de algemene bevolking vereist echter nog aanvullend, onafhankelijk onderzoek.
Nederlandse samenvatting:
De microcirculatie van zoogdieren is een autonoom en complex, gesynchroniseerd systeem in reactie op de behoefte aan voedingsstoffen en zuurstof. Voor een ongestoord verloop van vitale functies zoals de groei, de bloeddrukregulatie, immuniteitsreacties en de embryogenese is de integriteit van het endotheel een voorwaarde. Vooral de ‘vasomotion’ (ritmisch samentrekken van capillairen) is ervan afhankelijk. Netwerken die bewegingen/ mechanische signaaloverdracht signaleren, spelen een cruciale rol in vitale cellulaire processen en zijn het beslissende fysiologische mechanisme voor een adequate afgifte van stikstofmonoxide- hoofdverantwoordelijk voor de autoregulatie van bloedvaten. Verstoorde endotheel integriteit, bijvoorbeeld vanwege chronische oxidatieve stress en/of mechanische (oscillerende) stress, leidt tot verstoring van de vasculaire contracties/ verwijding en een verstoring van redoxsystemen, de belangrijkste oorzaak voor de ontwikkeling van chronische ontstekingsziekten zoals atherosclerose en daaruit voortvloeiende secundaire hart- en vaatziekten, en mogelijk kanker.
Het endotheel ‘cytoskelet’, dat beweegt volgens een visco-elastisch “tensegriteitsmodel” (zie afbeelding), biedt de mogelijkheid voor voortgeleiding van bewegingen door zijn speciale constructie. De snelgroeiende kennis van de laatste jaren over de mechanische krachten in cellulaire detectie en regulatie (die culmineerde in de Nobelprijs voor de decodering van druk/ trilling gevoelige ion-kanalen), brengt ons tot de volgende hypothese: De externe stressor “Geluidsdruk” produceert onderbepaalde omstandigheden een oscillerend spanningsveld in het fysiologisch laminaire stromingbed van haarvaten, wat kan leiden tot verstoringen in de bewegingsoverdracht. Onderzoeksbevindingen laten een strikte afhankelijkheid van de frequentie zien van mechano-transductie, en laten drempels voor een 1:1 transmissie zien. De kennis, recent opgedaan over de bewegingsoverdracht binnen het endotheel, werpt een nieuw licht op de invloed van lage geluidsfrequenties. Dit zou een verklaring kunnen bieden voor de lang gezochte pathofysiologische manier waarop infrageluid op cellulair niveau een stressor-effect kan uitoefenen.
Aan lawaai blootgestelde burgers, die in de buurt van infrastructuren zoals een biogasinstallatie, warmtepompen, blokvormige thermische centrales en grotere industriële windturbines (IWT’s) wonen, vertonen wereldwijd vooral een symptomatologie die geassocieerd is met microcirculatiestoornissen. Denkbaar zijn ook effecten op insecten of vissen, aangezien de piëzo-ionkanalen worden gezien als evolutionaire structuren van alle meercellige organismen. Een experimenteel model wordt voorgesteld om de directe pathologische invloed van infrageluid van gedefinieerde sterkte, frequentie, effect/ tijdsprofiel en duur op de vasoconstrictie en verwijding aan te tonen.
Original abstract:
The microcirculation of mammals is an autoregulated and complex synchronised system according to the current demand for nutrients and oxygen. The undisturbed course of vital functions such as of growth, blood pressure regulation, inflammatory sequence and embryogenesis is bound to endothelial integrity. The sensible vasomotion is particularly dependent on it. Mechano-transduction signaling networks play a critical role in vital cellular processes and are the decisive physiological mechanism for an adequate NO-release, main responsible for the autoregulation of vessels. Disturbed endothelial integrity, originating, e.g., from chronic oxidative stress and/or mechanic (oscillatory) stress, leads to disturbance of vasomotion as well as a disequilibrium of redox systems, recognized as main cause for the development of chronic inflammation diseases such as atherosclerosis and corresponding secondary illnesses, possibly cancer. The endothelial cytoskeleton, which corresponds to a viscoelastic “tensegrity model”, offers the possibility for mechano-transduction via its special construction. The rapidly growing knowledge about mechanical forces in cellular sensing and regulation of the last years (that culminated in the Nobel Prize award for the decoding of pressure/vibration sensing ion channels), led us to the following hypothesis: Theextern stressor “Noise” produces under certain conditions an oscillatory stress field in the physiologically laminar flow bed of capillaries, which is able to lead to irregular mechano-transductions. Findings provide a strict dependence on frequency in mechano-transduction with determination of thresholds for a 1:1 transmission. The knowledge, recently gained on endothelial mechano-transduction, sheds a new light on the importance of low frequencies. This could indicate the long-sought pathophysiological way in which infrasound can exert a stressor effect at the cellular level. Noise-exposed citizens, who live near infrastructures such as a biogas installation, heat pumps, block- type thermal power stations and bigger industrial wind turbines (IWT’s), show worldwide mainly a symptomatology associated with microcirculatory disorder. Conceivable are also effects on insects or fishes, since the piezo-channels are recognised as conserved structures of all multicellular organism. An experimental design is proposed to demonstrate the direct pathological influence of infrasound of defined strength, frequency, effect/time profile and duration on the sensitive vasomotion.
bij welke vraag hoort dit artikel? Heeft infrasoon en laagfrequent geluid een negatief effect op omwonenden
Zoektermen/tags: hart- en vaatziekten; infrasound, mechanotransductie, oxidatieve stress, piëzo-kanalen