Мелкодисперсные частицы что это
Мелкодисперсные частицы что это
Какое количество мелкодисперсной пыли содержится в воздухе?
Чтобы оценить качество и опасность воздуха для человеческого здоровья, массовая концентрация частиц PM2.5 является ключевым параметром. Согласно нормам ВОЗ, среднегодовой уровень fine suspended particles не должен превышать 10 мкг/м³, а за сутки не более 25 мкг/м³.
Чем же вызван ажиотаж вокруг частиц fine particles?
Что касается Китая, каждый житель имеет представление о мелкодисперсных взвешенных частицах. Но и в других частях мира они, к сожалению, становятся известными. Fine suspended particles опасны, их угроза жизни и здоровью становится всё более явной. Статистика на этот счет неутешительна: 3 млн. человек умерли в период с 1990 по 2010 гг. по причинам, связанным с PM2.5. Средняя продолжительность жизни из-за частиц сокращается на 1 год. Вдыхание воздуха с частицами PM2.5 провоцирует 3% смертей от заболеваний дыхательной и сердечно-сосудистой систем, и 5% смертей от рака лёгких.
Тонкодисперсная пыль опасна ещё и тем, что при её ежедневном вдыхании мгновенной негативной реакции нет. Они имеют накопительный эффект, который приводит к серьёзным проблемам со здоровьем. Именно поэтому в отчете ВОЗ речь идёт о хроническом воздействии данных частиц на организм человека, под которым жители мегаполисов находятся каждый день.
Влияние на организм fine suspended particles
Как уже было сказано выше, тонкодисперсная пыль – это вдыхаемая фракция. Она попадает в лёгкие, непосредственно в альвеолы, в которых совершается газообмен между лёгкими и кровеносными сосудами. При газообмене частицы PM2.5 попадают в кровь, что провоцирует возникновение сердечно-сосудистых заболеваний. Воздействуют как сами частицы, так и вещества, сорбированные на поверхности частиц.
Остановимся на двух гипотезах влияния частиц PM2.5 на сердечно-сосудистую и дыхательную системы, выдвинутых ученым Peters A.
Гипотеза №1: о «мгновенном» ответе (спустя 2 часа)
Основана на том, что в ответ на попадание частиц в дыхательную систему запускается рефлекс, меняется интенсивность дыхания и сердечный ритм. Таким образом, реагирует нервная система. В итоге: мгновенный ответ на инородный раздражитель.
Гипотеза №2: о «медленном» ответе (спустя 24 часа)
Мелкодисперсные частицы откладываются в легких и сосудах, приводят к воспалению. При этом в крови повышается число белков-цитокинов, запускающих цепь биохимических реакций. И это приводит к тромбозу, ишемической болезни сердца, инфаркту.
Для подкрепления гипотез фактами были проведены исследования за поведением тонкодисперсной пыли в организме, в ходе которых выявили шесть основных механизмов вредного воздействия PM2.5:
Как же обнаруживают мелкодисперсные взвешенные частицы?
Существует индекс загрязненности PM2.5, показывающий содержание этих частиц в воздухе. Во многих странах мира уже существуют специальные службы экологического мониторинга воздушной среды, к примеру, онлайн-мониторинг The World Air Quality Index.
Информация об индексе загрязненности PM2.5 имеется в Европе, США и Китае, где одновременно с прогнозом погоды показывают содержание частиц. В России, к сожалению, информации о наличии частиц в свободном доступе нет. Однако это не значит, что тонкодисперсная пыль в воздухе отсутствует. Хорошо справляются с измерением PM2.5 портативные анализаторы качества воздуха, что даёт возможность проводить замер содержания частиц практически каждому.
Как обстоят дела с PM2.5 в городах мира?
Согласно данным ВОЗ, по количеству в атмосфере частиц PM 2.5 лидируют США и КНР, однако Россию тоже не стоит списывать со счетов. Ещё во времена СССР учёные озаботились количеством смога в воздухе. Сейчас же, если не публикуют данные экологического мониторинга, то это вовсе не значит, что мелкодисперсных частиц нет в воздухе Москвы или Санкт-Петербурга. Другое дело, что и в других городах России PM 2.5 хватает. Всё зависит от сезона и погодных условий. Смог возникает и в других крупных городах бывшего СССР: Киев, Минск, Бишкек, Баку и другие. В отличие от Китая и США, в России не предпринимается существенных мер об информировании населения, так что здесь встретить человека с маской-респиратором можно редко. Однако вред от смога никуда не девается, и проблема не исчезает.
Другое дело, что если смог в Москве считается чрезвычайной ситуацией, то в Пекине, Гуанчжоу, Шанхае такое явление возникает почти каждый день. Люди научились защищать себя от воздействия, но ничего изменить не могут. Экосистемы этих городов настолько перегружены такими частицами, что только благоприятные погодные условия могут облегчить ситуацию.
Подводя итоги, хочется упомянуть, что опасность частиц PM2.5 в их накопительном постепенном воздействии на организм, потому что приведенные выше гипотезы никто не рискнет проверять на человеке. Люди городов по большей части вдыхают загрязненный воздух, но дома или на природе организм успевает очиститься от PM2.5. Тогда всех вышеперечисленных проблем удастся избежать. Если же накапливаются частицы PM2.5 быстрее, чем происходит очищение, то возникает отложенный эффект.
Согласно статистике, в день житель мегаполиса вдыхает 200 млрд. частиц PM2.5, половина из которых откладывается в лёгких. Одна такая доза не вызовет серьёзных последствий. При постоянном же воздействии есть повод задуматься о защите от частиц PM2.5. Спасением от них послужат маски-респираторы на улице или НЕРА фильтры в приточной вентиляции в домах. В Москве маска-респиратор вам почти не пригодится, а вот в Пекине, Токио, Лос-Анджелесе о ней не следует забывать. Не лишним будет позаботиться о приточной вентиляции в городах, так как дома мы проводим большую часть своей жизни.
Микроскопическая угроза: частицы PM10 и PM2,5
Введение
Взвешенные частицы (РМ — particulate matter) представляют собой широко распространенный загрязнитель атмосферного воздуха, включающий смесь твердых и жидких частиц, находящихся в воздухе во взвешенном состоянии.
К показателям, которые обычно используются для характеристики РМ и имеют значение для здоровья, относятся массовая концентрация частиц диаметром менее 10 мкм (PM10) и частиц диаметром менее 2,5 мкм (PM2,5). В PM2,5, которые часто называют мелкодисперсными взвешенными частицами, также входят ультрамелкодисперсные частицы диаметром менее 0,1 мкм. На большинстве территории Европы PM2,5 составляют 50–70% PM10.
РМ диаметром от 0,1 мкм до 1 мкм могут находиться в атмосферном воздухе в течение многих дней и недель и, соответственно, подвергаться трансграничному переносу по воздуху на большие расстояния. 2 РМ – это смесь, физические и химические характеристики которой меняются в зависимости от местонахождения. К наиболее распространенным химическим компонентам РМ относятся сульфаты, нитраты, аммиак, другие неорганические ионы, такие как ионы натрия, калия, кальция, магния и хлорид-ионы, органический и элементарный углерод, минералы земной коры, связанная частицами вода, металлы (в том числе ванадий, кадмий, медь, никель и цинк) и полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). В составе РМ также встречаются биологические компоненты, такие как аллергены и микроорганизмы.
Источники частиц
Частицы могут либо непосредственно выбрасываться в атмосферный воздух (первичные РМ), либо образовываться в атмосфере из таких газообразных прекурсоров, как двуокись серы, окислы азота, аммиак и неметановые летучие органические соединения (вторичные частицы). Первичные РМ и газообразные прекурсоры могут происходить как из искусственных (антропогенных), так и из природных (неантропогенных) источников. К антропогенным источникам относятся двигатели внутреннего сгорания (как дизельные, так и бензиновые), твердые виды топлива (уголь, бурый уголь, тяжелая нефть и биомасса), сжигаемые для выработки энергии в бытовом секторе и в промышленности, другие виды промышленной деятельности (строительство, добыча полезных ископаемых, производство цемента, керамики и кирпича и плавильное производство), а также эрозия дорожного покрытия вследствие движения автотранспорта и истирания тормозных колодок и шин. Основным источником аммиака является сельское хозяйство. Вторичные частицы образуются в воздухе в результате химических реакций газообразных загрязняющих веществ. Они являются продуктом происходящей в атмосфере трансформации окислов азота, которые выбрасываются главным образом автомобильным транспортом и при некоторых промышленных процессах, и двуокиси серы, образующейся в результате сжигания, содержащего серу топлива. Вторичные частицы в основном содержатся в мелкодисперсных РМ. Еще одним источником образования РМ является ресуспендирование почвы и пыли, особенно в засушливых районах или во время эпизодов переноса пыли на большие расстояния, например, из Сахары в Южную Европу.
Воздействие на здоровье человека
Взвешенные частицы сами по себе и в комбинации с другими загрязнителями представляют очень серьезную угрозу для здоровья человека. Эти частицы составляют 40–70% всех взвешенных частиц и являются наиболее опасными для здоровья людей. Эти частицы способны проникать глубоко в легкие и оседать там.
Согласно имеющимся оценкам, в глобальном масштабе насчет воздействия РМ относят приблизительно 3% случаев смерти от кардиопульмонарной патологии и 5% случаев смерти от рака легкого. В Европейском регионе ВОЗ эта доля в разных субрегионах составляет, соответственно, от 1% до 3% и от 2% до 5% (16). Полученные в одном из недавних исследований результаты показывают, что бремя болезней, обусловленное загрязнением атмосферного воздуха, может быть еще выше. Согласно расчетам, сделанным в этом исследовании, в 2010 г. на долю загрязнения атмосферного воздуха, выражающегося в годовой концентрации PM2,5, пришлось 3,1 миллионов случаев смерти и около 3,1% числа утраченных лет здоровой жизни во всем мире.
Заключение
Взвешенные частицы (РМ) представляют собой широко распространенный загрязнитель атмосферного воздуха, присутствующий в местах проживания людей.
Воздействие РМ10 и РМ2,5 на здоровье человека доказано многими исследованиями. Фактических данных, свидетельствующих о наличии безопасного уровня экспозиции или порогового уровня, ниже которого не наступают никакие последствия для здоровья, нет.
Поскольку негативное воздействие загрязнения воздуха на здоровье велико даже при относительно малых концентрациях, для сведения рисков для здоровья к нулю необходимо создать эффективно действующую систему обеспечения качества воздуха, целью которой будет достижение уровней, рекомендуемых в РКВ ВОЗ.
Во многих странах необходимо улучшить мониторинг РМ10 и/или РМ2,5 для того, чтобы оценить экспозицию населения и помочь местным органам власти разработать и принять планы улучшения качества воздуха. Имеются данные, которые свидетельствуют о том, что снижение уровней загрязнения воздуха взвешенными частицами в результате непрерывного внедрения соответствующих мер положительно сказывается на здоровье населения в обследуемых районах.
Эти положительные эффекты можно наблюдать практически при любом снижении концентрации РМ. Необходимо также оценивать и последствия бездействия с точки зрения здоровья населения и экономических издержек. Загрязнение воздуха взвешенными частицами может быть уменьшено с помощью имеющихся технологий (например, снижение потребления энергии, особенно энергии, вырабатываемой путем сжигания топлива, изменение способов передвижения, планирование землепользования).
Что такое взвешенные частицы PM 2.5 и действительно ли они опасны?
В последние годы люди стали больше думать о своём здоровье, следить за ним. В разных странах всё более популярен здоровый образ жизни. Однако от вредной еды, алкоголя или курения человек может самостоятельно отказаться, а вот не дышать мы не можем. Увы, то, чем мы дышим часто куда опасней для здоровья, чем лишний съеденный гамбургер или выкуренная сигарета. В этом материале расскажем о главном, пожалуй, загрязнителе воздуха — так называемых мелкодисперсных частицах PM 2.5.
В воздухе которым мы дышим, вообще-то, чего только нет. Качество воздуха определяется анализом наличия в нём нескольких загрязнителей и один из важнейших показателей в этом плане — присутствие в воздушной PM2.5.
Что такое PM 2.5
PM 2.5 — это мельчайшие частицы, размером от 0,001 до 2,5 микрометра (мкм), находящиеся в воздухе. Чтобы было понятно, такие размеры — это гораздо тоньше человеческого волоса (его толщина 40-120 мкм), меньше кровяного эритроцита (его диаметр — 7 мкм). Также фиксируются более крупные частицы в воздухе, размером 0-10 мкм — они называются PM 10. PM – это сокращенное английское Particulate Matter — твёрдые частицы. Значение PM2.5 и PM10 определяется в весе — количество микрограмм на кубический метр (мкг/м³).
1 мкм = 0,001 мм = 0,0001 см = 0,000001 м. Один микрометр — это милионная доля метра.
Откуда берутся частицы PM 2.5
Происхождение частиц PM 2.5, которые во взвешенном состоянии постоянно находятся в воздухе, различное — как природное, так и антропогенное.
Это, в том числе, микроскопические частицы минеральных солей, сажи, резины, песка и асфальта, соединения тяжёлых металлов, пыльца растений, продукты жизнедеятельности микроорганизмов (например, пылевых клещей), бактерии, мельчайшие капельки жидкостей (так называемые аэрозольные загрязнения), газы.
Интересно, что сажа, которой особенно много в воздухе больших городов, — по сути производное угля — это сорбент. Поэтому на частицах сажи часто осаждаются различные токсичные соединения (например, получающиеся из-за работы двигателей внутреннего сгорания). То есть, мы имеем не просто сажу в воздухе а сажу с вредными добавками.
Если немного углубиться в тему происхождения PM 2.5, можно выделить первичные и вторичные частицы. Первичные по происхождению частицы попадают в воздух уже готовыми, а вот вторичные образуются непосредственно в воздухе, благодаря различным химическим реакциям и соединениям разных субстанций.
Мелкодисперсные частицы PM 2.5 всегда есть в воздухе. Не важно, где вы находитесь и дышите — в горах, на морском берегу или в городе. Но в разных локациях воздух наполнен частицами разного происхождения и в разном количестве. Естественно, что воздух мегаполисов или вблизи крупных промышленных предприятий содержит гораздо больше таких загрязнений.
Для безопасной жизнедеятельности человека среднесуточный уровень PM 2.5 в воздухе, в соответствии с рекомендациями Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), не должен превышать 25 микрограмм (мкг) на кубический метр воздуха. В России и США, впрочем, установлены другие нормы — 35 мкг/м³, а в странах ЕС используется среднегодовой показатель — 25 мкг/м³, при этом ВОЗ рекомендует среднегодовой уровень не более 10 мкг/м³. Для справки: 1 микрограмм — это милионная доля грамма (0,000 001 г).
Данные ВОЗ: 91% мирового населения проживает в районах, где уровень загрязнения превышает значения, установленные в рекомендациях ВОЗ по качеству воздуха.
Как частицы PM 2.5 воздействуют на организм человека
Из-за своих сверхмалых размеров все те частицы различного происхождения, которые постоянно находятся в воздухе, при вдыхании его попадают в легкие и далее не задерживаются естественными биологическими барьерами, а проходят в кровоток. К сожалению, такие загрязнения — мелкодисперсные частицы — могут накапливаться в организме, что вполне может стать тригером различных неприятных последствий, связанных со здоровьем.
Какие это последствия? Самые разные, это зависит от состава и объема загрязнений, попадающих таким путём в организм. Например, различные аллергические реакции системы дыхания — бронхит, насморк, кашель и так далее. Это и инфаркты с инсультами, онкология, проблемы с развитием плода у беременных и даже возможность выкидыша. Дело в том, что накопительный эффект зачастую не позволяет связывать неприятности со здоровьем именно с тем, что человек, к примеру, 15 лет дышал грязным воздухом. Реакция организма на накопление в нём вредных веществ зачастую заметна не сразу.
Однако то, что грязный воздух отрицательно влияет на здоровье и становится причиной не только заболеваний, но и смерти подтверждается ВОЗ. По данным этой организации, около 4 миллионов случаев смерти каждый год являются результатом негативного воздействия загрязнения атмосферного воздуха.
Как обезопасить себя и близких от грязного воздуха
Абсолютного решения проблемы нет. Человек не может все время находится в месте со «стерильным» воздухом, даже если такую локацию удастся организовать: мы каждый день перемещаемся по городу и по миру, живём обычной жизнью, которая не предусматривает полную изоляцию.
Можно, конечно, пользоваться респираторами — защитными масками, которые фильтруют воздух при вдыхании. Но такая практика получает некоторое распространение только в случае явной и видимой угрозы — например, смога в городе.
Единственный вариант существенно улучшить качество вдыхаемого воздуха — использовать очистители воздуха. Они бывают разных типов — очищают воздух непосредственно в помещении или же имеют функцию подачи и очистки воздуха с улицы (так называемая приточная вентиляция).
Большинство бытовых очистителей обеспечивает механическую очистку воздуха — то есть, пропускают воздух через фильтры (как правило, их несколько). Вот несколько главных моментов, которые стоит учитывать при выборе очистителя воздуха:
Помните, что очистители рассчитаны на работу в помещении определенной площади, эта информация всегда указывается в технических характеристиках устройства. Однако речь идёт о пространстве без ограничителей — без внутренних стен, дверей и т.д. Поэтому для эффективной работы в квартире из нескольких комнат, как правило, одного очистителя мало, даже если он рассчитан на площадь большую, чем площадь квартиры.
Лучше иметь по очистителю в наиболее важных зонах, комнатах — там, где вы проводите больше всего времени: в спальне, возможно в кабинете (если он есть дома), рядом с рабочим местом в офисе. Очень желателен очиститель в детской комнате. Это, конечно, дополнительные расходы, но и как раз тот случай, когда без всякой иронии можно сказать: «здоровье дороже!»
Частицы РМ2.5: что это, откуда и почему об этом все говорят
Приветствуем всех в блоге компании Тион! Мы продолжаем рассказывать об «угрозах с воздуха». На этот раз речь пойдет о мелкодисперсных частицах РМ2.5. Сегодня о них говорят все: экологи, врачи, СМИ. Почему бы не поговорить и нам.
В своей самой первой статье на Geektimes мы писали про НЕРА фильтр, который очищает воздух от этих РМ2.5. А теперь, наконец-то, расскажем, что это за частицы, откуда они берутся и почему они вредят не только дыхательной, но и кровеносной системе. Готовы 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.
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 🙂
Сколько РМ2.5 в России? Вопрос на миллион. И ответа на него, по сути, нет. Потому что в России фактически нет данных о качестве уличного воздуха. Это очень просто показать с помощью того же The World Air Quality Index. Посмотрите, сколько данных в Европе:
Кроме полутора десятков станций в Москве (чего мало для покрытия большого города), информации по России считай что нет. Поэтому мы сейчас работаем над собственным мониторингом уличного воздуха CityAir.ru. Это масштабный проект, подробности о нем обязательно будут, но позже.
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».
Поймать РМ2.5 можно с помощью тех самых НЕРА фильтров. Поэтому разговоров о НЕРА фильтрах в последнее время не меньше, чем о самих РМ2.5. Мы не станем повторяться и снова рассказывать о фильтрации. Лучше объясним, что делают эти частицы с нашим организмом.
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.
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.
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.
Что делать? Ответ простой: защищаться от РМ2.5.
В Пекине имеет смысл защищаться и на улице (масками-респираторами), и дома (приточной вентиляцией с НЕРА фильтром). В Москве нет смысла заморачиваться с масками — не такая там концентрация РМ2.5 в уличном воздухе. А вот о приточной вентиляции стоит озаботиться. Большую часть времени мы проводим в помещении. И если все это время дышать воздухом с фоновым уровнем РМ2.5, наберется приличная среднесуточная доза частиц. Если же дышать чистым воздухом хотя бы дома, организм успеет очиститься от того, что в него попало на улице.
На этом все. Спасибо за внимание и будьте здоровы!