загрязнение воздуха pm10 что это
Города и взвеси: концентрация вредных частиц в Москве повысилась
В Москве на этой неделе фиксируют повышение концентрации в воздухе вредных веществ — мелкодисперсных взвешенных частиц. По данным крупных международных систем мониторинга, их максимальная концентрация достигала в последние дни 157 баллов AQI (индекс качества воздуха). Такой уровень считается опасным для всех групп населения. При этом Мосэкомониторинг не отмечает существенного превышения экологических норм. Все дело в разных нормативах чистоты в странах ЕС и России, поясняют эксперты.
Какая разница
Мелкодисперсные частицы РМ2,5 и РМ10 находятся в атмосфере в виде аэрозоля, из-за малого веса не могут осесть на землю.
— Всемирной организацией здравоохранения РМ10 и РМ2,5 отнесены к приоритетным загрязняющим веществам, — сообщили «Известиям» в пресс-службе департамента природопользования и охраны окружающей среды Москвы.
Данные с крупного ресурса онлайн-мониторинга индекса качества воздуха (aqicn.org) на момент написания статьи (18 декабря) показывали, что в некоторых районах Москвы концентрация частиц РМ2,5 и РМ10 составляла 89 баллов AQI (индекс качества воздуха), при этом максимальный показатель прошедших дней — 157 баллов, а минимальный — 74. Согласно нормативам AQI, до 50 баллов воздух считается чистым, до 100 баллов — умеренно загрязненным. Значения до 150 баллов считаются нездоровыми для определенных групп граждан, например страдающих респираторными заболеваниями. Загрязнения свыше 150 баллов вредны уже для всех, а свыше 300 баллов — экстремально опасны.
Загрязнения свыше 150 баллов вредны для всех, а свыше 300 баллов — экстремально опасны
Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) определяет среднесуточную предельно допустимую концентрацию (ПДК) частиц РМ2,5 в размере 25 мкг/м³ и среднегодовую в размере 10. Для частиц РМ10 среднесуточная норма составляет 50 мкг/м³, а среднегодовая — 20. Страны Евросоюза придерживаются схожих норм, но среднегодовые предельные концентрации этих частиц там выше: 40 мкг/м³ для РМ10 и 25 мкг/м³ для РМ2,5.
Нос, как индикатор
В России нормы не такие жесткие: среднесуточная ПДК для частиц РМ2,5 равняется 35, а РМ10 может содержаться до 60 мкг/м³.
— В пересчете на комплексный индекс AQI это примерно равно 100 баллам, отмечает муниципальный депутат Академического района и экологический активист Василий Хорошилов. — Но для оценки воздействия на организм нужна более детальная шкала, которую имеют современные индексы. Когда загрязнение подходит к критической точке, мы чувствуем проблему носом, а по нашим нормативам всё в порядке.
Если несильный ветер дует со стороны какого-нибудь производства, станция мониторинга может также показать повышение уровня концентрации вредных веществ в воздухе
По данным Мосэкомониторинга, 18 декабря концентрация частиц РМ10 в столичном воздухе достигала 82, а максимальное количество частиц РМ2,5 43 мкг/м³. Это так называемые разовые концентрации, они в отличие от среднесуточных показателей, как правило, не успевают причинить серьезного вреда здоровью. Нормативы для максимальных разовых концентраций вредных частиц — 300 мкг РМ10 и 160 мкг РМ2,5.
— На концентрацию вредных веществ в воздухе сильно влияет погода. Когда сильный ветер — во всем городе хорошо. Если же погода безветренная, в отдельных местах разовая концентрация может зашкаливать, но любое дуновение ее рассеивает. Или, например, несильный ветер дует со стороны какого-нибудь производства, станция мониторинга может также показать повышение уровня, — пояснил Василий Хорошилов.
Стоп, машина
Частицы РМ2,5 — это фактически сажа, пыль, микрофрагменты асфальта и резины, минеральных солей (сульфаты, нитраты), соединения тяжелых металлов (в основном оксиды). Они получаются в результате работы некоторых производств, но часто рост их концентрации провоцируют автомобили.
Заслуженный эколог РФ Андрей Пешков именно в обилии автотранспорта видит причину повышения концентрации мелкодисперсных частиц в столичном воздухе.
Чтобы снизить уровень выхлопа, нужно вернуть реальный контроль за техническим состоянием транспорта
Влияние частиц PM2.5 и PM10 на атмосферу помещений
Нас часто беспокоит качество воздуха снаружи, а как обстоит дело с атмосферой внутри наших домов и офисов? Твердые частицы, присутствующие в воздухе, представляют угрозу для нашего здоровья и благополучия. Однако наивно полагать, что только атмосфера снаружи несет опасность для нашего самочувствия.
В целом мы проводим около 90% времени внутри помещений. Наибольшее значение для нашего здоровья несет воздушное окружение именно тех мест, в которых мы проводим основную часть своего дня. Внешние загрязнители не останавливаются у порога или окон нашего дома, во многих случаях они «успешно» проникают внутрь. Ситуация усугубляется тем, что внутри помещений присутствуют многочисленные дополнительные источники вредных соединений, включая чистящие средства, строительные материалы, выделения домашних животных, бактерии, плесень, пылевые клещи и другие вредные объекты. Часть этих опасных выделений является газовыми, тогда как многие другие представлены мельчайшей пылью.
Риск для здоровья наших детей
Вдыхание вредных частиц любого размера связано со значительными угрозами для здоровья, включая астму, хронический бронхит, снижение легочных функций. Исследованиями также показано, что наибольшему риску от воздушного загрязнения подвержены дети, здоровье которых более хрупкое. Дети дышат быстрее, чем взрослые, их легких все еще продолжают формироваться, что приводит к более сильному воздействию на их организм взвешенных частиц.
Взвесь твердых частиц
Воздушная взвесь может быть разделена на размерные категории. Обычно выделяют две основные фракции — pm10 и pm2,5. Частицы pm10 имеют размер меньше 10 микрон. Частицы pm2.5 имеют диаметр менее 2,5 микрон. Чем больше в воздухе содержится частиц определенной фракции, тем опаснее такая атмосфера для здоровья. Разумеется, помимо размеров частиц, значение имеет и их химический состав.
Частицы PM 2 5 настолько мелкие, что они легко проникают в легкие при дыхании. Благодаря мелким размерам они чаще преодолевают барьеры внутри дыхательной системы (волоски внутри носа, слизистые поверхности и т. д.) и достигают альвеол. Эта пыль настолько легка, что может сутками оставаться в воздухе, преодолевать с воздушными массами большие расстояния, оказывать воздействие на здоровье людей, проживающих очень далеко от мест первичного выброса. Несколько медицинских исследований, проведенных в ряде развитых стран, показали, что концентрация частиц PM2.5 внутри помещений зачастую существенно выше таковой снаружи.
Показано, что частицы PM 2.5 оказывают более негативное воздействие на здоровье, чем загрязнитель PM 10. Это обусловлено микроскопическими размерами частиц PM2.5, что позволяет им легче проникать внутрь легких, а далее попадать в кровеносную систему и распространяться по всему организму. Медицинские исследования показывают, что дети, находившиеся в помещениях со сниженным уровнем PM2.5, характеризуются улучшенными функциями дыхательной системы.
Угрозы для качества внутреннего воздуха
Воздух внутри жилых и рабочих помещений подвержен двойной нагрузке по сравнению с наружным воздухом. Ведь внутри помещений постоянно находятся люди, выделяющие углекислый газ, а также разнообразные приборы и предметы интерьера, ухудшающие качество внутренней атмосферы.
Медицинское исследование, проведенное в Великобритании, пришло к заключению, что более 3 миллионов людей в мире ежегодно умирает преждевременно по причине плохого качества воздуха внутри помещений. При этом пылевая фракция PM2.5 представляют наибольшую опасность по причине своей вездесущности, а также способности проникать глубоко в легкие и всасываться в кровь. По оценкам медиков пылевые частицы PM2.5 увеличивают риск преждевременной смерти, обусловленной сердечными заболеваниями, болезнями легких и раковыми заболеваниями.
Очищение окружающего воздуха
Есть два способа улучшения качества микроклимата внутри помещения:
Естественная вентиляция возможна далеко не во всех случаях. Во-первых, в зимний период года она быстро выстудит дом, может даже привести к формированию опасных для здоровья сквозняков. Также она принесет больше вреда, чем пользы, если здание расположено вблизи автотрассы или промышленной зоны. Поэтому на помощь приходят специальные воздухоочистительные приборы, фильтрующие внутренний воздух помещений, а также обеспечивающие приточную вентиляцию.
Бризер Tion О2, произведенный компанией Тион, эффективно выполняет эту функцию. Этот высокоэффективный прибор обеспечивает поступление в помещения многократно очищенного и нагретого до нужной температуры воздуха. Помимо бризера компания Тион предлагает очиститель-обеззараживатель Tion Clever, основной функцией которого является очистка атмосферы внутри помещений. Оба эти прибора укомплектованы фильтрами HEPA, которые эффективно удаляют частицы обеих фракций — pm 2 5 и PM 10.
Конструкция фильтров HEPA от компании Тион позволяет удалять из воздуха рекордное количество этих частиц с максимальной скоростью, обеспечивая людей внутри помещений свежим воздухом. При этом производится не только очистка от пыли, но и от других вредных соединений, включая опасные газообразные примеси. Также, благодаря работе бризера, внутрь помещений поступает воздух, богатый кислородом и обедненный углекислым газом, что еще более благотворно сказывается на качестве воздушной среды.
Тихих убийц власть не замечает
Россия входит в десятку стран с высокой смертностью от загрязнений воздуха, включая твердые микрочастицы PM. Однако официально их уровень не измеряется и статистика смертей неизвестна.
РМ — это первые буквы английских слов Particulate matter — взвешенные частицы размером до 2.5 микрон (мн), а также от 2.5 до 10. Для сравнения: толщина человеческого волоса около 70 мн. В их состав входят твердые микрочастицы — соли металлов, в том числе тяжелых, сажа, пыль, капельки жидкостей. Они образовываются естественным (например, в пустынях при засухах) и рукотворным путями (процессы сгорания или же химического превращения других загрязнителей). Поэтому чем больше вредных выбросов, тем выше уровень РМ.
На небольшие их дозы не может быть мгновенной реакции, как, например, на отравляющий газ. Но они накапливаются в организме, а со временем могут привести к серьезным проблемам. В мире уже давно признано, что «пиэмы» — самый опасный загрязнитель и поэтому им уделяется главное внимание в контексте влияния на здоровье.
Опасность PM заключается в том, что они проникают глубоко в легкие и оседают там. Как отмечается в докладе Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) «Воздействие взвешенных частиц на здоровье» (2013 г.), только в период с 1999–2010 гг. более трех миллионов человек умерли от вдыхания мелкодисперсной пыли. Было также установлено, что РМ2.5 приводят к сокращению ожидаемой продолжительности жизни более чем на год.
Еще 20 лет назад ученые определили, что частицы откладываются в сосудах и легких, вызывая воспаление. Запускается цепь биохимических реакций, в конечном счете ведущих к тромбозу, а потом и к ишемической болезни сердца, инфаркту и т. д.
ВОЗ пришла к выводу, что вред причиняет хроническое воздействие РМ на человека. Существуют ли их безопасные нормы? Как отмечается в ее докладе, данных о безопасном уровне экспозиции или порогового значения, ниже которого нет последствий для здоровья, не существует. Но из-за того, что сейчас в мире концентрации РМ являются ключевыми в оценке качества воздуха и его угрозы для здоровья, ВОЗ ввела норму среднегодового уровня РМ2.5 — не больше 10 мкг/м3, а среднесуточная не выше 25 мкг/м3. И превышение не должно продолжаться более трех дней в году. По РМ10 среднегодовая концентрация — 20 мкг/м3, среднесуточная — 50 мкг/м3.
Все эти угрозы для здоровья подтверждаются в свежей публикации группы ученых «Вклад исходного сектора промышленности и топлива в атмосферные PM2.5 и соответствующую масштабную смертность» в авторитетном международном журнале Nature Communications. «Окружающие мелкие твердые частицы (PM2.5) являются ведущим фактором риска для здоровья», — утверждают ученые. Этот объемный труд стал за последние годы самым серьезным и всесторонним исследованием вклада отдельных секторов промышленности и видов топлива в бремя болезней в 21 регионе, 204 странах и 200 субнациональных регионах.
Как отмечается, в 2017 г. можно было избежать более миллиона смертей только за счет отказа от сжигания ископаемого топлива. Это более 27% от общего влияния PM2.5, причем уголь составляет более половины. Другие доминирующие глобальные источники включают выбросы от жилого сектора, на которые приходится 0,74 млн, от промышленности — 0,45 млн, а от энергетики — 0,39 млн смертей.
«Долгосрочное воздействие окружающих мелких твердых частиц диаметром менее 2.5 мкм (микрометра) является крупнейшим экологическим фактором риска для здоровья человека: по оценкам, это 4,1 миллиона случаев смерти во всем мире в 2019 г. То есть 7,3% от общего числа глобальных смертей», — сообщается в отчете. Замечу, это только за один год.
Во многих странах для государственных мониторинговых служб экологического контроля воздуха показатели «пиэмов» стали одними из важнейших измерений его качества. В режиме реального времени множество датчиков передают информацию об уровне загрязненности PM2.5. Такая информация актуальна и доступна давно уже в США и Европе. А в Китае каждый прогноз погоды указывает также и на наличие мелкодисперсных частиц — во многих его городах экологическая ситуация превратилась в катастрофу.
А как обстоят дела в России с измерениями, учетом рисков и смертей от киллеров-«пиэмов»? Да, в общем, никак. И об этом свидетельствует 247-страничный «Обзор состояния и загрязнения окружающей среды в Российской Федерации за 2019 год» государственной службы «Росгидромет», в котором нет даже такого понятия, как взвеси частиц PM2.5 и PM10. Хотя при новых знаниях в мире об угрозах и смертности от них (а этим открытиям более 20 лет) давно уже следовало бы и нашим службам перейти, как говорится, от сохи к трактору.
При том что общая картина загрязнений по стране в «Обзоре» выглядит удручающе и без использования новых показателей. Вот некоторая статистика. В так называемый приоритетный список населенных пунктов с наибольшим уровнем загрязнения воздуха в России в 2019 г. включены 18 городов, и их число увеличивается. В 40 городах уровень загрязнения воздуха высокий и очень высокий.
Максимальные концентрации загрязняющих веществ превышают 10 ПДК в 35 городах. В них проживает 10,7 млн человек. Концентрации бензапирена (одно из самых вредных веществ) превышают 5-10 ПДК в 75 городах с населением 22,5 млн. В 133 городах (больше половины, где проводятся наблюдения) средние за год концентрации какого-либо плохого вещества превышают один ПДК. В них проживает 50,6 млн. Больше трети страны. И это при том, что уровни ПДК вредных веществ (бензапирен, формальдегид, фенол) преступно снижены в России в разы.
Как сказано в «Обзоре», в 2019 г. наблюдения за загрязнением воздуха проводились в 250 городах страны на 677 станциях. Правда, регулярные наблюдения «Росгидромета» выполнялись в 221 городе на 611 станциях. И, как отмечено в докладе государственной геофизической обсерватории имени А.И. Воейкова «Состояние загрязнения атмосферы в городах на территории России в 2018 году», количество станций снижается. А в восьми субъектах, на территориях республик Адыгея, Алтай, Ингушетия, Кабардино-Балкария, Калмыкия, Марий Эл и Чеченской, Ненецкого автономного округа, государственной сети мониторинга загрязнения атмосферы вообще нет.
И если в обзоре «Росгидромета» о ситуации с PM не упоминается совсем, то из 250 страниц доклада геофизической обсерватории проблеме убийственных частиц РМ10 и РМ2.5 отведено аж два абзаца. Указано, что наблюдения за РМ10 проводятся в восьми городах на 14 станциях, РМ2.5 — в четырех городах на семи станциях. О чем тогда говорить?
Как отмечено в новом докладе группы ученых в журнале Nature Communications, в 2017 г. «91% населения мира испытывали среднегодовые концентрации (PM2.5), превышающие среднегодовые нормы ВОЗ». В России они в два раза выше рекомендованных ВОЗ. По данным американского исследовательского Institute for Health Metrics and Evaluation («Институт показателей и оценки здоровья»), за один только 2017-й «пиэмы» убили около ста тысяч россиян. Но отечественных данных уровней загрязнения этими частицами по стране в открытом доступе нет, так же, как и статистики по смертности от них. Да и зачем? У нас и так все хорошо, а враги нам просто завидуют.
Pm10 что это за вещество
Содержание
Источники и применение [ править | править код ]
УДЧ могут быть как антропогенного так и естественного происхождения. Горячая вулканическая лава, океанские брызги, а также дым — наиболее общие естественные источники УДЧ. Также УДЧ производятся специально для того, чтобы использовать в широком разнообразии приложений в медицине и технике. Еще УДЧ возникают как побочные продукты эмиссии, горения или работы оборудования, например, тонер для принтера или выхлопные газы автомобиля. [5] [6] Существует масса источников УДЧ в помещении, которая включает, но не ограничивается лазерными принтерами, факсами, копирами, кожурой цитрусовых фруктов, приготовлением пищи, курением табака, проникновением наружного воздуха и пылесосами. [3]
УДЧ имеют разнообразное применение в медицинской и технологической отраслях. Они используются в постановке диагнозов, и современных системах доставки лекарств, которые включают адресную доставку по кровеносной системе. [7] Некоторые УДЧ, например наноструктуры серебра, имеют антимикробные свойства, которые используются при лечении ран. а также ими покрываются поверхности инструментов, которыми делают операции, для того чтобы предотвратить заражение. [8] В области технологии, УДЧ на основе углерода, очень широко применяются в компьютерах. Сюда входит использование графена и углеродные нанотрубки в электронике, а также в других компьютерных и элементных компонентах. Некоторые УДЧ имеют характеристики схожие с газом или жидкостью и полезны в производстве порошков и смазки. [9]
Воздействие, риск и влияние на здоровье [ править | править код ]
Основной способ попадания УДЧ в организм — это вдыхание. Из-за их размера, УДЧ считаются вдыхаемыми частицами. В противоположность поведению при вдыхании частиц класса PM10 и PM2.5, УДЧ скапливаются в легких, [10] где они могут проникнуть в ткани и затем захвачены кровью, и после этого их затруднительно вывести из организма и они могут оказать немедленное воздействие. [2] Вдыхание УДЧ, даже если их компоненты сами по себе не очень токсичны, может вызвать окислительный процесс, [11] возбуждаемый высвобождением медиатора, и может вызвать заболевание легких или другие соматические эффекты. [12] [13] [14]
Существует ряд потенциальных зон риска вдыхания УДЧ у людей работающих напрямую с УДЧ или в производстве в котором УДЧ являются побочным продуктом, [2] [15] а также от загрязненного наружного воздуха и других побочных источников УДЧ. [16] Для того, чтобы количественно оценить воздействие и риск вдыхания УДЧ, в настоящее время выполняются как in vivo, так и in vitro исследования образцов различных УДЧ на различных животных — мышах, крысах и рыбах. [17] Эти исследования стремятся установить токсикологические профили необходимые для оценки и управления рисками и потенциальной регуляцией и законодательством. [18] [19]
Устранение и миграция [ править | править код ]
УДЧ могут быть рассмотрены как постоянный загрязнитель воздуха. Миграция и устранение протекают крайне медленно из-за малого размера частиц. УДЧ могут быть уловлены фильтрами на основе диффузионного процесса. Единственно верный способ изменить количество частиц в помещении это контролирование источников частиц, а именно удаление или ограниченное использование потенциальных источников частиц. [20]
Регулирование и законодательство [ править | править код ]
Так как индустрия нанотехнологии активно развивается, наночастицы привлекают все больше общественного и нормативного внимания к УДЧ. [21] Исследования по оценке риска УДЧ в настоящее время находятся еще на очень ранней стадии. Продолжаются споры [22] и том, необходимо ли регулировать УДЧ и как исследовать и управлять риском здоровью, который они могут вызвать. [23] [24] [25] [26] На 19 марта 2008 года, Агентство по защите окружающей среды (США) еще не занималось регулированием и исследованием УДЧ, [27] но в черновом варианте пока есть Стратегия исследования наноматериалов, открытая для независимого, внешнего обзора с 7 февраля 2008. [28] Также ведутся споры о том как Европейский Союз (ЕС) будет регулировать УДЧ. [29]
Что такое PM10 и PM2.5?
Влияние PM2.5 и PM10 на здоровье
Факторы, которые могут повлиять на эффекты от воздействия тонкодисперсных частиц включают:
что это, откуда и почему об этом все говорят*
О мелкодисперсных частицах РМ2.5 сегодня говорят все: экологи, врачи, СМИ. Почему бы не поговорить и нам?
Что это за частицы, откуда они берутся и почему они вредят не только дыхательной, но и кровеносной системе? Приготовьтесь к долгому чтению.
Что такое РМ2.5 и откуда они
Это воздушный загрязнитель, в состав которого входят как твердые микрочастицы, так и мельчайшие капельки жидкостей. И те, и другие размером примерно от 10 нм до 2,5 мкм. Другие обозначения и названия частиц РМ2.5: FSP (fine suspended particles), fine particles, fine particulate matter, мелкодисперсные взвешенные частицы, тонкодисперсная пыль.
Совсем мелкие частицы (порядка 1 нм и меньше) — это уже молекулы газов. Например, диаметр молекулы воды и кислорода — 0,30 нм, азота — 0,32 нм, водорода — 0,25 нм. У таких мелких тел поведение сильно отличается от частиц РМ2.5. О газах мы расскажем в другой раз, ниже речь о твердых микрочастицах.
Почему именно 2.5 мкм? Забегая вперед, скажем: в отличие от более крупных частиц, РМ2.5 легко проникают сквозь биологические барьеры и поэтому представляют наибольшую угрозу для организма.
Все эти частицы и капельки размером меньше 2,5 мкм находятся в воздухе во взвешенном состоянии. Они есть и в лесу, и на море, но именно в городе представляют наибольшую опасность. Во-первых, обычно их в городе намного больше, а во-вторых, химический состав мелкодисперсного аэрозоля в городе опаснее, чем на природе. К слову, в разных городах могут сильно отличаться и состав аэрозоля РМ2.5, и параметры отдельных частиц.
Что из себя представляют твердые частицы РМ2.5? Зависит от того, откуда они взялись. По своему происхождению РМ2.5 делятся на:
По типу источника частицы РМ2.5 делятся на:
Сколько РМ2.5 в воздухе
Массовая концентрация РМ2.5 является ключевым параметром для оценки качества воздуха и его угрозы для здоровья человека. По нормам Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) среднегодовой уровень РМ2.5 должен составлять не больше 10 мкг/м3, а среднесуточный уровень не больше 25 мкг/м3.
Реальную концентрацию частиц в воздухе оценивают различные службы экомониторинга по всему миру. Крупнейший онлайн-мониторинг воздуха — The World Air Quality Index. Он показывает индекс качества воздуха в городах по всему миру. Индекс этот считается по всем воздушным загрязнителям. И основной из них — именно РМ2.5.
Сервис, кстати, очень хороший. Хотя перевод на русский оставляет желать лучшего 🙂
Почему все вдруг заговорили о РМ2.5
В современном Китае эту аббревиатуру знает почти каждый житель мегаполиса.
В остальном мире эти частицы тоже «набирают популярность». Это связано с элементарным фактом: частицы РМ2.5 опасны. И опасность эта становится все более и более явной. С 1990 по 2010 год 3,1 млн людей умерли от причин, связанных с частицами РМ2.5. Еще одна цифра: частицы PM2.5 сокращают ожидаемую продолжительность жизни в среднем на 8,6 месяцев. Всего с РМ2.5 связаны 3% смертей от заболеваний сердечно-сосудистой и дыхательной системы и 5% смертей от рака легкого. Источник – последний крупный отчет Всемирной организации здравоохранения о загрязнении воздуха и его влиянии на здоровье людей. [1]
(Ссылки на этот и другие источники в конце статьи).
Все привыкли опасаться вредных газов: вдохнешь их — и сразу отравишься. Возможно, это отголоски военных лет и страхов перед боевыми отравляющими веществами, техногенными катастрофами и мрачными картинками людей в противогазах. Но на самом деле частицы не менее опасны. Люди вдыхают их каждый день. На небольшие дозы РМ2.5 нет мгновенной реакции, как на отравляющий газ, но они накапливаются в организме и со временем могут привести к серьезным проблемам.
Именно поэтому в отчете ВОЗ речь не о пиковых скачках РМ2.5 во время промышленных выбросов, а о хроническом воздействии этих частиц на организм. Том воздействии, под которым каждый день находятся жители крупных городов.
Почему в воздухе накапливаются РМ2.5
В городском воздух в принципе много разных частиц: мелких и крупных, легких и тяжелых. Только тяжелые частицы со временем «падают» на землю (вспомните черный снег рядом с каким-нибудь заводом), а легкие РМ2.5 практически не оседают. Мелким частицам сложнее преодолеть сопротивление среды и «упасть» на землю. А для самых мелких частиц сопротивление оказывает еще и броуновское движение.
Как видно из таблицы, для частиц РМ2.5 скорость оседания в 15 раз ниже, чем для РМ10, и составляет примерно 0,2 мм/с. Такое значение компенсируется даже легким восходящим потоком воздуха. А для так называемых ультрамелкодисперсных частиц РМ0.1 (диаметром до 0,1 мкм) броуновское движение и вовсе преобладает над скоростью оседания. Поэтому эта самая мелкая фракция частиц может вообще никогда не оседать.
Конечно, часть РМ2.5 осаждается, в том числе с дождями, но в городе столько источников этих частиц, что они постоянно накапливаются в атмосфере. Если выключить ветер, из городского воздуха «начнут падать кирпичи».
Влияние РМ2.5: две гипотезы и шесть механизмов
Основной источник информации о влиянии РМ2.5 на организм — доклад о связи между загрязнением воздуха и сердечно-сосудистыми заболеваниями [2].
Частицы РМ2.5 называют еще респирабельной, вдыхаемой фракцией. Они настолько мелкие, что проходят сквозь биологические барьеры в нашем организме: носовая полость, верхние дыхательные пути, бронхи. РМ2.5 вместе с воздухом попадают напрямую в альвеолы — пузырьки, в которых происходит газообмен между легкими и кровеносными сосудами.
Самые мелкие частицы РМ2.5 при газообмене могут попадать в кровь. Поэтому с ними связаны заболевания не только дыхательной системы, но и сердечно-сосудистой. Причем загрязняют и частицы сами по себе, и вредные соединения, сорбированные на мельчайших частицах угольной сажи.
В начале 2000-х годов ученый по фамилии Питерс (Peters) показал, что воздействие мельчайших частиц вызывает в организме человека два ответа:
Пытаясь найти объяснение этому, Питерс выдвинул две основные гипотезы о том, как РМ2.5 и вообще любые воздушные загрязнители влияют на сердечно-сосудистую и дыхательную системы.
Гипотеза №1: про «быстрый» ответ
Суть: мельчайшие частицы раздражают определенные рецепторы в воздухоносных путях и запускают рефлекс, меняющий сердечный ритм и интенсивность дыхания. Работает нервная система, а нервная регуляция всегда отличается быстрым ответом на раздражитель.
Гипотеза №2: про «медленный» ответ
Суть: мельчайшие частицы откладываются в легких, сосудах и вызывают в них воспаление. В ответ на воспаление в крови повышается количество специальных сигнальных белков – цитокинов. Они запускают цепь биохимических реакций, которые в конечном счете ведут к тромбозу, а потом и к ишемической болезни сердца, инфаркту и т.д. Такой ответ организма занимает больше времени, чем нервная реакция.
Чтобы подкрепить эти гипотезы фактами, исследователи проследили за РМ2.5 в организме и выявили шесть основных механизмов вредного воздействия частиц:
1. Возбуждение легочных рецепторов: учащение дыхания, сердечная аритмия
По нервным волокнам в головной мозг поступают сигналы от рецепторов, которые находятся в стенках дыхательных путей: в носу, ротовой полости, глотке, гортани, трахее, бронхах и в самих лёгких. Эти рецепторы реагируют на разные раздражители: температуру, механическое воздействие, растяжение стенок бронхов и т.д. И как оказалось, на частицы РМ2.5 тоже.
Попала частица на рецептор – человек может закашлять, может появиться першение и жжение в груди. При этом бронхи сужаются, вздохи становятся короче, дыхание – более частым и поверхностным. Так организм пытается меньше вдыхать эту гадость и избавиться от тех частиц, которые успели проникнуть внутрь. Но таких очевидных реакций, как кашель, может и не быть, а рефлекторный ответ будет запущен.
Кроме нарушения дыхания может появиться сердечная аритмия. Пока неясно, как именно РМ2.5 влияют на сердечно-сосудистую систему, но статистически значимая связь между ними есть, это факт. Пример исследования на эту тему: работа 1999 года Уичмана (Wichmann) с выборкой из 4 000 людей. В ней показано, что больных аритмией становилось больше на 50% каждый раз после увеличения концентрации РМ2.5 в городском воздухе.
2. Разрушение клеток легочного эпителия
РМ2.5 влияют не только на рецепторы в стенках дыхательных путей, но и на сами клетки легочного эпителия. И это влияние особенно опасно в районе альвеол – легочных пузырьков, опутанных сетью капилляров.
Диаметр этих капилляров очень маленький, меньше 5 мкм. Эритроциты буквально «ввинчиваются» в них. В момент контакта эритроцита со стенкой капилляра получается единая трехслойная мембрана: стенка эритроцита, стенка капилляра и стенка легочной альвеолы. Такой плотный контакт кровяных клеток и дыхательных путей облегчает газообмен: гемоглобин в эритроците связывает кислород, а цитоплазма отдает углекислый газ, растворенный с участием карбоангидразы.
Эндотелиоцит — это клетка стенки капилляра. Сурфактант — «легочная смазка» для облегчения газообмена.
Эта альвеолярно-капиллярная мембрана – первый барьер на пути грязного воздуха. Исследования «в пробирке» [3] показали, что частицы РМ2.5 разрушают этот барьер. Они замедляют рост и размножение клеток легочного эпителия и даже убивают их. Если такое происходит в пробирке, то может происходить и в организме.
Чем опасно нарушение альвеолярно-капиллярной мембраны? Тем, что нарушается основная функция легких — газообмен. А это может повлечь гипоксию (мало кислорода) и гиперкапнию (много углекислого газа). Про гипоксию и гиперкапнию мы писали недавно.
3. Развитие воспалительного ответа
Пара слов о инфекционном воспалении. Когда микробы попадают в организм, иммунные клетки выделяют специальные белки – цитокины. Цитокины распространяют сигнал об опасности по всему организму. В костном мозге начинают вырабатываться особые клетки иммунитета – макрофаги. Это такой отряд «силовиков», которые могут поглощать и «переваривать» микробов. Поле боя макрофагов и микробов — это и есть очаг воспаления.
Воспаление развивается при вирусной или бактериальной инфекции. Резонный вопрос: на РМ2.5 иммунитет может ведь и не среагировать? Но он реагирует. В исследовании на кроликах показана связь между РМ2.5 и воспалением в легких. У кроликов, которые вдыхали воздух с высоким содержанием РМ2.5, была отмечена повышенная активность костного мозга. И чем выше активность, тем больше макрофагов в легких.
Воспаление легких у кроликов — один из примеров. Как вы уже знаете, самые мелкие РМ2.5 могут проникать в кровь, а с ней — в любую часть организма. Поэтому они могут вызывать воспаления не только в легких, но и в стенках кровеносных сосудов, и в других органах.
Собрав подобные данные, группа исследователей под руководством Ситона и Деннекампа (Seaton, Dennekamp) предположила: иммунный ответ организма на РМ2.5 такой же, как ответ на болезнетворных микробов. И мало того, что любое воспаление само по себе может привести в больницу, оно еще и является триггером двух других опасных процессов.
4. Увеличение свертываемости крови
Первый из этих процессов – ускорение свертываемости крови. Кровь сворачивается под влиянием многих биохимических факторов. Говоря о РМ2.5, из этих факторов стоит выделить фибриноген и белок CRP (C-related protein). Детально известен механизм, по которому РМ2.5 запускают свертывание крови с помощью фибриногена и CRP.
Если коротко, то механизм такой. Сначала макрофаги захватывают частицы. При этом они продуцируют различные вещества, в том числе особые цитокины, стимулирующие костный мозг и печень. Костный мозг начинает активно вырабатывать лейкоциты и тромбоциты (клетки, участвующие в свертывании крови). А печень начинает быстрее выделять фибриноген и белок CRP. В итоге кровь сгущается и увеличивается риск тромбоза.
5. Дестабилизация атеросклеротических бляшек
Второй процесс, идущий вслед за воспалением, – так называемая дестабилизация жировых (липидных) отложений на стенках сосудов. Речь о тех самых атеросклеротических бляшках, про которые часто говорят по телевизору. Эти бляшки в тех или иных количествах есть почти у каждого взрослого человека. Они находятся на внутренней стенке сосуда и защищены специальным фиброзным утолщением, так называемой покрышкой.
Макрофаги захватывают частицы РМ2.5 и выделяют белки-цитокины — в ответ на это из стенок сосудов выделяется белок MCP. Он, как регулировщик, направляет свеженьких макрофагов и Т-лимфоцитов в очаг воспаления. И если очаг находится в жировых отложениях, то макрофаги и Т-лимфоциты «в боевом угаре» могут напасть не только на РМ2.5, но и на клетки самого организма. В итоге в этом месте клетки в стенке сосуда умирают, фиброзное утолщение ослабевает, и содержимое бляшки может выскочить в просвет сосуда.
Повышенная свертываемость крови и куски липидных отложений, гуляющие по сосудам, – два фактора, которые существенно повышают риск тромбоза.
6. Утолщение стенок сосудов
И чтобы совсем добить сердечно-сосудистую систему, частицы РМ2.5 еще и сужают кровеносные сосуды. В исследовании с огромной выборкой (5362 человека от 45 до 84 лет) [4] показана статистически значимая связь между отравлением РМ2.5 и утолщением стенок артерий.
Конкретный механизм процесса в статье не описан. Возможно, это еще одно проявление воспалительных процессов. Как бы то ни было, утолщение стенок – еще один фактор, влияющий на просвет сосудов и развитие атеросклероза.
Обобщение: что делают РМ2.5 в организме
Представим ситуацию, когда человек дышит воздухом с критически высокой концентрацией частиц (например, как в Пекине во время сильного смога). Причем дышит весь день, без всяких респираторов и не прячась в квартире с бризером. Как отреагирует его организм?
Сначала РМ2.5 раздражают рецепторы в дыхательных путях, и нервная система посылает сигнал легким работать чаще. Просвет бронхов сужается, человек начинает дышать часто и неглубоко, поверхностно. Нагрузка на сердце увеличивается: аритмия, тахикардия. Это все происходит в течение первых 2 часов после вдыхания, это так называемый «быстрый» ответ на РМ2.5.
В течение суток в организме может развиться воспаление с каскадом биохимических и физиологических реакций. Повышение уровня цитокинов, сгущение крови, отрыв атеросклеротических бляшек, утолщение сосудов, тромбоз. Это «медленный» ответ.
Итог такого сценария: увеличение риска сердечно-сосудистых заболеваний (ишемическая болезнь сердца, инфаркт миокарда, инсульт).
Заключение
На самом деле описанная выше ситуация случается крайне редко. Мало кто будет сидеть 24 часа на улице, когда в городе из-за смога объявлен красный уровень опасности. Сложно представить, что здоровый человек за одни сутки заболеет ишемической болезнью сердца из-за грязного воздуха. Наше обобщение — скорее пугалка об экологической обстановке. Но в основе этой пугалки современные реалии, поэтому игнорировать ее нельзя.
В крупном городе в воздухе всегда есть частицы РМ2.5. Это факт. И мы в любом случае вдыхаем их. Это тоже факт. Вопрос в том, какую среднесуточную дозу РМ2.5 получает организм. Если на улице воздух грязный, но дома мы защищаемся бризерами или очистителями, то мы снижаем количество частиц, вдыхаемых за день, даем организму передышку. Если он успевает очиститься от мусора и восстановиться, вероятность перечисленных выше проблем со здоровьем будет существенно меньше.
Другое дело, если изо дня в день в нас попадает больше вредных частиц, чем успевает выйти. Тогда они будут накапливаться в организме. Симптомы «отравления» РМ2.5 будут проявляться незаметно: запыхался на несколько ступенек раньше, чем обычно, иногда ноет в груди, сердце колотится чаще и так далее. Организм потихоньку изнашивается от грязного воздуха, но резкого ухудшения самочувствия нет. Негативный эффект не мгновенный, а отложенный. Но от этого не менее серьезный.
Основная опасность РМ2.5 заключается как раз не в резких скачках концентрации, а в хроническом влиянии этих частиц на организм.
В день среднестатистический городской житель вдыхает 200 миллиардов частиц РМ2.5. Половина из них откладывается в легких. Одна такая доза обойдется без серьезных последствий. Но со временем отложения РМ2.5 в организме перевалят за критический уровень, и тогда все может стать намного хуже.