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¿Existen estudios sobre el efecto de la reducción de los niveles de CO2 en la cognición humana?

¿Existen estudios sobre el efecto de la reducción de los niveles de CO2 en la cognición humana?


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Veo estudios que indican niveles elevados de CO2 (>> 400 ppm) que pueden causar deterioro cognitivo.

¿Existen también estudios que investiguen los efectos de la cognición en niveles bajos de CO2 (<< 400ppm)?


No puedo pensar en ninguna base biológica para tal estudio.

CO2 se produce como un producto de desecho del metabolismo y existe en la sangre y los pulmones a niveles mucho más altos que los niveles atmosféricos (~ 100X). En relación con el aire de los pulmones, la concentración atmosférica de CO2 bien podría ser cero.

CO atmosférico muy alto2 (relativo a los niveles atmosféricos normales) puede tener efectos cognitivos (entre otros) porque previene el CO2 aclaramiento de los pulmones y, por lo tanto, aumenta el CO en sangre2 (hipercapnia) y puede causar acidosis respiratoria.


La contaminación del aire provoca una "enorme" reducción de la inteligencia, revela un estudio

La contaminación del aire provoca una reducción "enorme" de la inteligencia, según una nueva investigación, que indica que el daño a la sociedad del aire tóxico es mucho más profundo que los conocidos impactos sobre la salud física.

La investigación se realizó en China, pero es relevante en todo el mundo, con el 95% de la población mundial respirando aire inseguro. Encontró que los altos niveles de contaminación llevaron a caídas significativas en los puntajes de las pruebas en lenguaje y aritmética, con un impacto promedio equivalente a haber perdido un año de educación de la persona.

"El aire contaminado puede hacer que todos reduzcan su nivel de educación en un año, lo cual es enorme", dijo Xi Chen de la Escuela de Salud Pública de Yale en los EE. UU., Miembro del equipo de investigación. “Pero sabemos que el efecto es peor para los ancianos, especialmente los mayores de 64 años, y para los hombres, y para aquellos con bajo nivel educativo. Si calculamos [la pérdida] para esos, pueden ser unos pocos años de educación ".

Investigaciones anteriores han encontrado que la contaminación del aire daña el rendimiento cognitivo de los estudiantes, pero esta es la primera en examinar a personas de todas las edades y la diferencia entre hombres y mujeres.

El daño en la inteligencia fue peor para los mayores de 64 años, con graves consecuencias, dijo Chen: "Por lo general, tomamos las decisiones financieras más críticas en la vejez". Rebecca Daniels, de la organización benéfica de salud pública del Reino Unido Medact, dijo: "Los hallazgos de este informe son extremadamente preocupantes".

La contaminación del aire causa siete millones de muertes prematuras al año, pero el daño a la capacidad mental de las personas es menos conocido. Un estudio reciente encontró que el aire tóxico estaba relacionado con una "mortalidad extremadamente alta" en personas con trastornos mentales y trabajos anteriores lo relacionaron con un aumento de las enfermedades mentales en los niños, mientras que otro análisis encontró que quienes vivían cerca de carreteras con mucho tráfico tenían un mayor riesgo de demencia.

El nuevo trabajo, publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, analizó pruebas de lenguaje y aritmética realizadas como parte de los estudios del panel de familias de China en 20.000 personas en todo el país entre 2010 y 2014. Los científicos compararon los resultados de las pruebas con registros de contaminación por dióxido de nitrógeno y dióxido de azufre.

Descubrieron que cuanto más tiempo las personas estaban expuestas al aire sucio, mayor era el daño a la inteligencia, con la capacidad del lenguaje más dañada que la matemática y los hombres más dañados que las mujeres. Los investigadores dijeron que esto puede deberse a diferencias en cómo funcionan los cerebros masculinos y femeninos.

Derrick Ho, de la Universidad Politécnica de Hong Kong, dijo que el impacto de la contaminación del aire en la cognición era importante y su grupo tenía hallazgos preliminares similares en su trabajo. "Es porque la alta contaminación del aire puede estar potencialmente asociada con el estrés oxidativo, la neuroinflamación y la neurodegeneración de los seres humanos", dijo.

Chen dijo que lo más probable es que la contaminación del aire sea la causa de la pérdida de inteligencia, en lugar de ser simplemente una correlación. El estudio siguió a los mismos individuos ya que la contaminación del aire variaba de un año a otro, lo que significa que muchos otros posibles factores causales, como las diferencias genéticas, se tienen en cuenta automáticamente.

Los científicos también tuvieron en cuenta la disminución gradual de la cognición que se observa a medida que las personas envejecen y descartaron que las personas sean más impacientes o no cooperen durante las pruebas cuando la contaminación es alta.

Se vio que la contaminación del aire también tiene un impacto a corto plazo en la inteligencia y Chen dijo que esto podría tener consecuencias importantes, por ejemplo, para los estudiantes que tienen que tomar exámenes de ingreso cruciales en días contaminados.

"Pero no hay atajos para resolver este problema", dijo. “Los gobiernos realmente necesitan tomar medidas concretas para reducir la contaminación del aire. Eso puede beneficiar al capital humano, que es una de las fuerzas impulsoras más importantes del crecimiento económico ". En China, la contaminación del aire está disminuyendo, pero se mantiene tres veces por encima de los límites de la Organización Mundial de la Salud (OMS).

Según la OMS, 20 de las ciudades más contaminadas del mundo se encuentran en países en desarrollo. China, hogar de varias de esas ciudades, ha estado involucrada en una "guerra contra la contaminación" durante los últimos cinco años.

Un trabajador migrante escucha la radio en su carro triciclo. Fotografía: Andy Wong / AP

Los resultados se aplicarían en todo el mundo, agregó Chen. Es probable que el daño a la inteligencia sea incremental, dijo, con un aumento de 1 mg en la contaminación durante tres años equivalente a perder más de un mes de educación. Se sabe que las pequeñas partículas contaminantes son especialmente dañinas. “Eso es lo mismo dondequiera que viva. Como seres humanos, tenemos más en común de lo que es diferente ".

Aarash Saleh, un registrador en medicina respiratoria en el Reino Unido y parte de la campaña Médicos contra el diesel, dijo: “Este estudio se suma al preocupante banco de evidencia que muestra que la exposición a la contaminación del aire puede empeorar nuestra función cognitiva. El tráfico rodado es el mayor contribuyente a la contaminación del aire en las áreas residenciales y el gobierno debe actuar con urgencia para retirar los vehículos muy contaminantes de nuestras carreteras ".

Daniels dijo: “El aire del Reino Unido está ilegalmente contaminado y daña la salud de las personas todos los días. Las políticas actuales no están a la altura del desafío: el gobierno debe comprometerse a llevar la contaminación del aire por debajo de los límites legales lo antes posible ".


CO2 en el cerebro

Las altas concentraciones de CO2 reducen nuestro rendimiento cognitivo, nuestra salud y nuestra comodidad.*. Los niveles altos de CO2 durante el sueño se asocian con un bajo confort según las medidas subjetivas de frescura del aire, estado mental, reposo y sequedad de la boca / piel [Strøm-Tejsen 2016]. En las escuelas de Washington e Idaho, los niveles elevados de CO2 se asocian con aumentos en las ausencias de los estudiantes: A 1000 ppm el aumento de la concentración de CO2 conduce a una reducción del 0,5% al ​​0,9% en la asistencia diaria promedio anual [Shendell 2004].

Incluso los astronautas sufren: en la Estación Espacial Internacional, las probabilidades de que un miembro de la tripulación informe un dolor de cabeza se duplica por cada 1300 ppm aumento de la concentración de CO2 [Ley 2014]. Y es difícil mantener bajos los niveles de CO2 en una caja hermética llena de gente.

*Convencionalmente, los niveles de CO2 en interiores por debajo 1000 ppm se consideran aceptables. Niveles de CO2 mucho más altos pueden tener efectos directos sobre la salud: 10,000 ppm (1% de CO2) provoca aumentos en la frecuencia respiratoria, 50.000 ppm (5%) provoca mareos y confusión, 100.000 ppm (10%) causa alteraciones visuales, temblores, vómitos, desorientación, hipertensión y pérdida del conocimiento, y 250.000 ppm (25%) puede causar la muerte [Lipsett 1994] [Rice 2003].

Para mí, los estudios más convincentes, los estudios que me impulsaron a escribir esto, son un par de experimentos recientes doble ciego que analizan cómo los niveles de CO2 afectan el rendimiento cognitivo humano.

En ambos casos, los investigadores colocaron a sus conejillos de indias (estudiantes universitarios en un caso, profesionales que trabajan en el otro) en entornos de oficina simulados con niveles de CO2 controlados durante varias horas seguidas. Midieron la función cognitiva de los participantes utilizando una prueba estándar y bien validada de desempeño en la toma de decisiones con 9 métricas, que incluyen nivel de actividad básico (número de acciones tomadas), iniciativa (desarrollo de actividades nuevas o creativas), uso de la información (capacidad para utilizar la información de forma eficaz), amplitud de enfoque (flexibilidad en el enfoque), y estrategia basica (número de acciones estratégicas realizadas). Todas estas métricas son probablemente importantes para un buen desempeño en el trabajo y en la vida.

Ambos estudios llegaron a conclusiones similares. El primer estudio (Satish et al. 2012) encontró que el desempeño en la toma de decisiones de los estudiantes universitarios se veía enormemente afectado por los altos niveles de CO2. Promediado en todas las métricas, el rendimiento se redujo en 12% a 1000 ppm y en 51% a 2500 ppm en comparación con el 600 ppm escenario de control. A 2500 ppm, la función cognitiva de los participantes, inicialmente por encima del promedio en comparación con una población de referencia de 20.000 adultos estadounidenses, se redujo a niveles marginales o disfuncionales en 5 de las 9 métricas *. Tenga en cuenta que estas métricas cubren aspectos como la capacidad de usar información, ser creativo, tomar la iniciativa y tomar decisiones estratégicas. No es gran cosa.

* La gente realmente mejoró en la actividad enfocada con niveles más altos de CO2. La actividad concentrada también mejora con el consumo de alcohol, debido a la “concentración excesiva”, la tendencia a concentrarse en los pequeños detalles a expensas del panorama general. Esto es consistente con mi experiencia con personas borrachas.


Polución

Los niveles más altos de CO2 también exacerban el ozono y otros niveles de contaminación. Un estudio reciente encontró que la contaminación del aire mata a 9 millones de personas cada año. A medida que suba la temperatura, eso empeorará.

Un estudio de 2008 encontró que por cada grado Celsius que aumenta la temperatura debido a los niveles de CO2, se puede esperar que la contaminación por ozono mate a otras 22,000 personas a través de enfermedades respiratorias, asma y enfisema.

Al mismo tiempo, la contaminación del aire sin ozono relacionada con un clima más cálido aumentará las tasas de cáncer de pulmón, alergias y asma y enfermedades cardiovasculares.


Los niveles más altos de dióxido de carbono podrían confundir nuestro pensamiento

Crédito: CC0 Public Domain

Un equipo de investigadores de la Universidad de Colorado Boulder, la Escuela de Salud Pública de Colorado y la Universidad de Pensilvania ha encontrado evidencia que sugiere niveles más altos de CO2 Los niveles en el futuro pueden afectar negativamente las habilidades cognitivas de los estudiantes en las aulas. El grupo realizó una presentación en la reunión de la Unión Geofísica Estadounidense de este año en la que describió su investigación y publicó un artículo que describe los hallazgos en el servidor de preimpresión EarthArXiv.

Los humanos ahora están bombeando CO2 a la atmósfera a tal velocidad que está calentando la atmósfera. Pero como CO2 Si los niveles aumentan, es posible que nos enfrentemos a otro problema: el pensamiento confuso. Investigaciones anteriores han demostrado que los niveles de CO más altos de lo normal2 puede provocar problemas cognitivos. En este nuevo esfuerzo, los investigadores analizaron el problema del aumento de los niveles de CO2 en el ambiente y su impacto en el aprendizaje de los niños en el aula.

Los investigadores señalan que estudios anteriores han demostrado que la contaminación dentro de un aula (incluido el CO2) puede provocar problemas cognitivos, y que el problema normalmente se puede solucionar simplemente abriendo las ventanas para dejar entrar un poco de aire fresco. Pero los investigadores se preguntaron qué sucede cuando el aire fresco tiene altos niveles de CO2. Para averiguarlo, crearon un modelo con dos resultados. En el primer resultado, los humanos reducen la cantidad de CO2 bombeado a la atmósfera. En el segundo, no lo hacemos.

Los investigadores informan que en el primer escenario, los estudiantes todavía estaban expuestos a tanto CO2 que sus habilidades cognitivas se redujeron en un 25 por ciento para 2100. En el segundo, que era el escenario habitual, los estudiantes estaban expuestos a tanto CO2 cuando se abrieron las ventanas, experimentaron una reducción del 50 por ciento en la capacidad cognitiva.

Los investigadores señalan que el suyo es el primer estudio que analiza el impacto en las personas que respiran niveles de CO más altos de lo normal2 sobre una base regular. Además, señalan que este problema podría evitarse poniendo fin al CO2 emisiones.


Mecanismos epigenéticos

Los efectos biológicos y psicológicos de la EP podrían explicarse en parte a través de mecanismos epigenéticos. El término & # x0201cepigenetics, & # x0201d, acuñado por Waddington (1939), se basa en un modelo conceptual diseñado para explicar cómo los genes podrían interactuar con su entorno para producir el fenotipo (Waddington, 1939 Fernandes et al., 2017).

En particular, la epigenética se refiere a todos esos mecanismos, incluidas las modificaciones funcionales del genoma como la metilación del ADN, las modificaciones de histonas postraduccionales (es decir, acetilación y metilación) y la expresión de microARN (Deibel et al., 2015 Grazioli et al., 2017) ), que tienden a regular la expresión génica, modelando la estructura de la cromatina pero manteniendo inalterada la secuencia de nucleótidos del ADN.

La literatura actual demuestra claramente que estos mecanismos están fuertemente influenciados por diferentes factores biológicos y ambientales, como la EP (Grazioli et al., 2017), que determinan la naturaleza y el modo de activación de los mecanismos epigenéticos.

La epigenética juega un papel esencial en la reorganización neuronal, incluidas las que gobiernan la plasticidad cerebral (Deibel et al., 2015). Por ejemplo, un creciente cuerpo de evidencia indica que regula la neuroplasticidad y los procesos de memoria (Ieraci et al., 2015).

Varios estudios en animales revelan cómo la actividad motora es capaz de mejorar el rendimiento cognitivo actuando sobre los mecanismos epigenéticos e influyendo en la expresión de aquellos genes implicados en la neuroplasticidad (Fernandes et al., 2017). Los principales procesos moleculares que subyacen a los mecanismos epigenéticos son los siguientes: a través de la metilación del ADN, modificaciones de histonas y expresión de microARN (Fernandes et al., 2017).

La metilación del ADN es una modificación química covalente de la citosina de la molécula de ADN bicatenario. Se ha reconocido que la metilación del ADN juega un papel clave en la memoria a largo plazo (Deibel et al., 2015 Kim y Kaang, 2017). En particular, los mecanismos relacionados con la metilación del ADN alivian los efectos represivos de los genes supresores de la memoria para favorecer la expresión de genes promotores de la plasticidad y consolidación de la memoria. Varias evidencias mostraron que la PE es capaz de coordinar la acción de los genes implicados en la plasticidad sináptica que regulan la consolidación de la memoria (Molteni et al., 2002 Ding et al., 2006).

Las modificaciones de las histonas son cambios químicos postraduccionales en las proteínas de las histonas. Incluyen metilación / desmetilación de histonas, acetilación / desacetilación y fosforilación, todo debido a la actividad de enzimas específicas, que modifican la estructura de la cromatina, regulando así la expresión génica. Se ha demostrado que la acetilación de histonas es un requisito para la memoria a largo plazo (LTM) (Barrett y Wood, 2008 Fernandes et al., 2017). En los animales, la actividad motora aumenta estos mecanismos genéticos en el hipocampo y la corteza frontal, mejorando el rendimiento de la memoria en las tareas conductuales (Cechinel et al., 2016). Recientemente, luego de 4 semanas de ejercicio motor, se ha evidenciado un aumento de la actividad de las enzimas involucradas en la acetilación / desacetilación de histonas, los mecanismos epigenéticos que determinan un aumento en la expresión de BDNF (Maejima et al., 2018).

Los microARN (miARN) son pequeñas moléculas de ARN monocatenarias capaces de inhibir la expresión de genes diana. Se expresan ampliamente en el cerebro, participan en mecanismos epigenéticos y actúan como reguladores de numerosos procesos biológicos en el cerebro, que van desde la proliferación celular, diferenciación, apoptosis, plasticidad sináptica y consolidación de la memoria (Saab y Mansuy, 2014). Evidencias recientes demuestran que la EP puede mitigar los efectos nocivos de la lesión cerebral traumática y el envejecimiento sobre la función cognitiva al regular la expresión hipocampal de miR21 (Hu et al., 2015) y miR-34a (Kou et al., 2017). Además, la EP contribuye a atenuar los efectos del aumento de miR-124 relacionado con el estrés, implicado en la neurogénesis y la formación de la memoria (Pan-Vazquez et al., 2015).


¿Cómo se forma el dióxido de carbono?

Puede formarse mediante la quema de carbono o materiales orgánicos y, a veces, se lo denomina gas de efecto invernadero, con un papel en el cambio climático. Naturalmente, constituye alrededor del 0,04 por ciento del aire. Es absorbido por las plantas durante la fotosíntesis.

El dióxido de carbono también se crea mediante el metabolismo dentro del cuerpo humano y se elimina principalmente a través de la espiración de los pulmones. Por lo tanto, puede acumularse en la sangre cuando se interrumpe la respiración. Los niveles altos de dióxido de carbono pueden causar somnolencia y, en los niveles más extremos, pérdida del conocimiento, coma y muerte.


Agradecimientos

Agradecemos a LS De la Puente, M. Erbs, A. Fangmeier, P. Högy, M. Lieffering, R. Manderscheid, H. Pleijel y S. Prior por compartir datos de sus grupos con nosotros H. Nakamura, T. Tokida, C. Zhu y S. Yoshinaga por sus contribuciones al proyecto Rice FACE y M. Hambidge, W. Willett, D. Schrag, K. Brown, R. Wessells, N. Fernando, J. Peerson y B. Kimball por las revisiones de borradores o contribuciones conceptuales a este proyecto. V.R. agradece a A. L. Harvey por sus esfuerzos en la producción de los datos de fitatos incluidos aquí. La Organización Nacional de Investigación Agrícola y Alimentaria (Japón) proporcionó las muestras de granos de algunos cultivares de arroz. Agradecemos a las siguientes personas por el apoyo financiero de este trabajo: la Fundación Bill & amp Melinda Gates, la Fundación Winslow, el Departamento de Agricultura de la Commonwealth (Australia), el Instituto Internacional de Nutrición Vegetal (Australia), la Corporación de Investigación y Desarrollo de Granos (Australia), el Ministerio de Agricultura, Silvicultura y Pesca (Japón) Fundación Nacional de Ciencias (NSF IOS-08-18435) USDA NIFA 2008-35100-044459 La investigación en SoyFACE fue apoyada por el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos Servicio de Investigación Agrícola Consejo de Illinois para la Investigación Agrícola y Alimentaria (CFAR) Oficina de Ciencias del Departamento de Energía (BER) Centro Regional del Medio Oeste del Instituto Nacional para la Investigación del Cambio Climático en la Universidad Tecnológica de Michigan, con el número de premio DEFC02-06ER64158 y el Programa de Subvenciones Competitivas de la Iniciativa de Investigación de la Iniciativa de Investigación Agrícola y Alimentaria No . 2010–65114–20343 del Instituto Nacional de Alimentos y Agricultura del USDA. Las primeras etapas de este trabajo recibieron el apoyo de Harvard Catalyst | El Centro de Ciencias Clínicas y Traslacionales de Harvard (Centro Nacional de Recursos de Investigación y Centro Nacional para el Avance de las Ciencias Traslacionales, Premio de los Institutos Nacionales de Salud 8UL1TR000170-05).


Dióxido de carbono

Dióxido de carbono (CO2) es un gas importante que atrapa el calor (efecto invernadero), que se libera a través de actividades humanas como la deforestación y la quema de combustibles fósiles, así como procesos naturales como la respiración y las erupciones volcánicas. El primer gráfico muestra el CO atmosférico2 niveles medidos en el Observatorio Mauna Loa, Hawaii, en los últimos años, con el ciclo estacional promedio eliminado. El segundo gráfico muestra CO2 niveles durante los últimos tres ciclos glaciares, reconstruidos a partir de núcleos de hielo.

Durante los últimos 171 años, las actividades humanas han elevado las concentraciones atmosféricas de CO2 en un 48% por encima de los niveles preindustriales encontrados en 1850. Esto es más de lo que había sucedido naturalmente durante un período de 20.000 años (desde el Último Máximo Glacial hasta 1850, de 185 ppm a 280 ppm).

La siguiente serie de tiempo muestra la distribución global y la variación de la concentración de dióxido de carbono de la troposfera media en partes por millón (ppm). El color general del mapa cambia hacia el rojo con el paso del tiempo debido al aumento anual de CO2.


Un estudio revela cómo los glóbulos rojos pueden ayudar a prevenir el envejecimiento

Entre 1960 y 2015, la esperanza de vida promedio al nacer aumentó en una década en los Estados Unidos, de 70 a 79 años, y se espera que aumente aún más.

Si bien esto refleja el éxito de la medicina moderna, también significa que una proporción cada vez mayor de la población tiene que vivir con el deterioro físico y cognitivo que acompaña a la vejez.

Encontrar nuevas formas de ayudar a las personas a envejecer bien, y no solo a vivir más, se ha convertido en una prioridad.

Una pista para lograrlo radica en la idea de que el envejecimiento va acompañado de una disminución en el suministro de oxígeno a los tejidos. Los investigadores sugieren que esto desencadena cambios inmunes que promueven la inflamación crónica, que está relacionada con casi todas las condiciones de la vejez.

Entre las muchas consecuencias potenciales de esta "inflamación" podrían estar el deterioro cognitivo y la pérdida auditiva.

Sin embargo, existe evidencia de que mejorar el suministro de oxígeno puede revertir algunos signos celulares del envejecimiento. Por ejemplo, un pequeño estudio encontró que la terapia con oxígeno hiperbárico, que es un tratamiento que implica respirar oxígeno casi puro, pareció rejuvenecer las células inmunes en los adultos mayores.

Otro estudio encontró que los glóbulos rojos responden a las condiciones de bajo oxígeno de las grandes altitudes aumentando la cantidad de oxígeno que suministran a los tejidos. Lo hacen a través de un aumento de la señalización de un receptor en su membrana, conocido como receptor de adenosina A2B o ADORA2B, que promueve la liberación de oxígeno por la hemoglobina.

El envejecimiento en general, pero en particular algunas afecciones neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer, se asocia con una actividad reducida en la misma vía metabólica.

Ahora, una investigación en ratones dirigida por la Facultad de Medicina McGovern de la Universidad de Texas en Houston ha descubierto que ADORA2B también parece evitar algunos de los efectos del envejecimiento al aumentar el suministro de oxígeno a los tejidos.

En teoría, un fármaco que aumenta la actividad en esta vía podría ayudar a combatir las disminuciones relacionadas con la edad.

"Hasta ahora, no existe tal medicamento disponible", dijo el Dr. Yang Xia, quien dirigió el estudio. Noticias médicas hoy.

Sin embargo, también señaló que el descubrimiento de que el tratamiento con oxígeno hiperbárico puede revertir algunos de los efectos del envejecimiento en las células sanguíneas humanas sugiere que podría funcionar.

“Nuestro hallazgo destaca de inmediato que mejorar el suministro de O2 [oxígeno] mediado por la señalización de ADORA2B es probablemente un nuevo enfoque rejuvenecedor”, dijo.