Air Pollution in an African Megacity: Source Apportionment and Health Implications
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Air pollution is the fourth leading risk factor for mortality worldwide. It is responsible for more deaths than many better-known risk factors such as malnutrition, alcohol use, and physical inactivity. Each year, more people die from air pollution-related diseases than from malaria and road traffic. Most developed countries have high-tech equipment and monitoring systems to collect and analyze data on air quality, which is then used to inform policy and the population, to forecast and to trigger the adoption of prevention and control measures. Many nations in Africa have some of the highest estimated levels of atmospheric pollution, but the poorest infrastructure in place for monitoring and tracking air quality. The scarcity of ground-based data on air quality is a real concern, pointing to a gap that needs to be urgently sealed to enable the continent to better understand the causes and related health risks. The availability of data can help to increase public awareness and broaden the vision by policymakers to adopt appropriate legislation and air quality management. APAM is centered in Luanda, although the findings may impact on other African regions, and aims to answer the following 3 main questions: What causes air pollution? What are the effects? What are the possible solutions to tackle it? For this purpose, an initial screening and base-line study will be conducted using passive samplers to obtain geographical patterns of the main air pollutants. A long-term monitoring campaign of inhalable particles PM10 and PM2.5, the most harmful form of air pollution, will be carried out at a representative location. Gaseous pollutants, meteorological parameters, PM1, PM2.5 and PM10 will be continuously monitored by conventional equipment, whose measurements will be compared with those of low-cost sensors. A vast array of cutting-edge analytical techniques will be applied to PM samples to obtain the detailed organic and inorganic composition. The application of the Positive Matrix Factorization PMF receptor model and the Multilinear Engine ME platform to the datasets, complemented with a mass balance methodology, will make it possible to identify sources and to estimate their contributions to the PM levels. Backward trajectory cluster analysis in conjunction with the redistributed concentration field RCF model will be applied to assess prevailing geographical origins of the identified sources. After a first toxicological screening by a luminescent bacteria bioassay, the cytotoxic and genotoxic properties of the PM-bound chemical constituents will be studied in vitro using several cell models of the human respiratory tract. Different endpoints will be evaluated: cell viability, oxidative stress, inflammation, oxidative DNA damage, cell cycle dynamics, and nuclear and mitotic abnormalities. The Ames test will be applied to investigate the potential mutagenicity caused by PM constituents. The bioaccessibility of PM-bound organic and inorganic components will be studied in vitro using physiologically based extraction assays. Following the USEPA methodology, carcinogenic risks via inhalation of bioaccessible fractions will be compared to those of total concentrations of contaminants. A dosimetry model will be applied for calculating internal doses of specific particle-bound metals, as well as the deposition, clearance and retention of particles in the human respiratory tract and the mass transferred to the gastrointestinal tract and blood. A user-friendly advisory document for application by stakeholders for assessing and mitigating air quality impacts will be released at the end of the project. APAM fits several societal challenges and United Nations Sustainable Development Goals related to climate action, health and wellbeing, and transports. The project is a joint proposal of UA, IPB and UAN, but has the support of various centers of excellence from different countries: IDAEA Barcelona, University of A Coruña, University of Florence, University of Pannonia and Technical University of Crete. Thus, APAM will benefit from complementary sampling, analytical, toxicity testing and modeling capabilities of collaborative partners, generating a transcontinental and multidisciplinary project of atmospheric scientists, chemists, toxicologists and modelers. It will contribute to advance academic, scientific and technological cooperation between different institutions to foster Angola’s skills in air quality monitoring through advanced training and capacity building.
A poluição do ar é o 4º fator de risco de mortalidade a nível mundial, sendo responsável por mais óbitos do que outros fatores de risco bem conhecidos, tais como a subnutrição, o alcoolismo e a inatividade física. Anualmente, as doenças causadas pela poluição atmosférica matam mais do que a malária e os acidentes rodoviários. A maioria dos países desenvolvidos possui equipamento de ponta e sistemas para monitorização da qualidade do ar, os quais são usados para informar os decisores e a população, para fazer previsão e para desencadear a adoção de medidas preventivas e de controlo. Muitos países africanos apresentam as estimativas mais elevadas de poluição atmosférica, mas as piores infraestruturas de monitorização da qualidade do ar. A escassez ou inexistência de dados de qualidade do ar é uma séria preocupação e revela uma lacuna que precisa de ser urgentemente colmatada para que o continente africano conheça melhor as causas e os riscos para a saúde. A disponibilidade de dados pode ajudar a aumentar a preocupação do público e a mudar a visão dos decisores políticos de forma a adotarem legislação específica e assegurarem uma gestão apropriada da qualidade do ar. O APAM está centrado em Luanda, embora os resultados possam ter impacto noutras regiões africanas. O projeto visa responder a 3 questões principais: Quais as causas da poluição do ar? Quais os efeitos? Quais as possíveis soluções para enfrentá-la? Com este propósito, será realizado um rastreio inicial usando amostradores passivos para obter a distribuição geográfica dos principais poluentes atmosféricos. Será depois selecionado um local representativo para realizar uma campanha de monitorização de longo prazo de partículas inaláveis PM10 e PM2.5, englobadas na categoria mais perigosa de poluentes atmosféricos. Vários poluentes gasosos, parâmetros meteorológicos, PM1, PM2.5 and PM10 serão monitorizados em contínuo por equipamento convencional, cujas medições serão comparadas com as de sensores de baixo custo. As amostras de PM serão sujeitas a um vasto leque de técnicas analíticas de ponta para escrutinar a composição orgânica e inorgânica. A aplicação de Factorização Positiva de Matrizes PMF e do programa Multilinear Engine ME-2, complementada com uma metodologia de balanço mássico, às bases de dados possibilitará a identificação das fontes e a estimativa das respetivas contribuições para as concentrações de PM medidas. A análise de clusters de retrotrajetórias de massas de ar, em conjunto com o modelo de Campos de Concentração Redistribuídos RCF, permitirá avaliar as origens geográficas predominantes das fontes identificadas. Após um 1º rastreio da toxicidade global através de um bioensaio com uma bactéria luminescente, serão avaliadas in vitro as propriedades citotóxicas e genotóxicas dos constituintes químicos do material particulado utilizando vários modelos celulares do trato respiratório humano. Serão avaliados diferentes parâmetros: viabilidade celular, stress oxidativo, inflamação, dano oxidativo ao ADN, dinâmica do ciclo celular e anormalidades nucleares e mitóticas. O teste de Ames será aplicado para investigar a potencial mutagenicidade causada por constituintes do PM. A bioacessibilidade de componentes orgânicos e inorgânicos do PM será estudada in vitro realizando extrações com fluidos de base fisiológica. Seguindo a metodologia estabelecida pela agência ambiental norte-americana, os riscos carcinogénicos por inalação das frações bioacessíveis serão comparados com os resultantes da exposição às concentrações totais de poluentes. Será aplicado um modelo de dosimetria para calcular as doses internas de metais específicos constituintes do material particulado, e ainda a deposição, eliminação e retenção de partículas no trato respiratório humano e a massa transferida para o trato gastrointestinal e sangue. No final do projeto será lançado um documento guia de fácil utilização pelas partes interessadas na avaliação e mitigação dos impactos na qualidade do ar. O projeto está alinhado com vários desafios societais e objetivos de desenvolvimento sustentável das Nações Unidas relacionados com ação climática, saúde e bem-estar e transportes. O APAM é uma proposta conjunta da UA, IPB e UAN, mas recebeu o apoio de vários centros de excelência de diversos países: IDAEA Barcelona, Universidade de A Coruña, Universidade de Florença, Universidade de Panónia e Universidade Técnica de Creta. Assim, o APAM beneficiará de complementaridade internacional no que toca a meios de amostragem e analíticos, bioensaios e aplicação de modelos computacionais, gerando um projeto transcontinental e multidisciplinar com cientistas nas áreas da atmosfera, química, toxicologia e modelação. O projeto contribuirá para o avanço da cooperação académica, científica e tecnológica entre diferentes instituições, a fim de capacitar Angola na monitorização da qualidade do ar através de treino científico avançado.
