Zanieczyszczenie powietrza atmosferycznego rozumiane jako smog, z definicji jest zjawiskiem atmosferycznym, które powstaje w wyniku zmieszania się mgły z dymem i spalinami. Powstaje on na skutek przedostawania się do powietrza szkodliwych związków chemicznych takich jak tlenki siarki i azotu, substancji stałych, czyli pyłów zawieszonych oraz wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych. Smog jest słowem zapożyczonym z języka angielskiego powstałym z hybrydy słów smoke-dym i fog-mgła. Powstaje wskutek zanieczyszczenia powietrza w zamglone i bezwietrzne dni. Zanieczyszczenie powietrza składa się z organicznych i nieorganicznych ciekłych i stałych cząstek zawieszonych w powietrzu. Obecnie dużą rolę w rozwoju schorzeń układu oddechowego i układu sercowo-naczyniowego przypisuje się tzw. cząstkom stałym PM (particulate matter, PM). W skład zanieczyszczonego powietrza wchodzą również różne rodzaje gazów (ozon, tlenki azotu i węgla, a także opary, jak np. lotne związki organiczne (volatile organic carbons, VOC).
Dramatycznym przykładem krótkotrwałego wpływu ostrego zanieczyszczenia powietrza o dużym stężeniu szkodliwych substancji na organizm ludzki jest sytuacja, która wydarzyła się w zimie 1952r w Londynie. Wówczas z powodu gęstej mgły oraz intensywnego ogrzewania węglem, w krótkim czasie zwiększyła się emisja do atmosfery pyłu węglowego i gazów (m.in. dwutlenku siarki) pochodzących ze spalania niskiej jakości opału. Dodatkowo wcześniej w Londynie wycofano transport tramwajowy, zastępując go wprowadzeniem autobusów napędzanych silnikami Diesla, co zwiększyło emisję zanieczyszczeń. Doszło do nagłego wzrostu liczby zachorowań i zaostrzeń przewlekłych chorób płuc. Liczba chorych przyjmowanych z powodu dolegliwości ze strony układu oddechowego wzrosła o 163%. Zanieczyszczenie powietrza było tak duże, że smog widoczny był nawet w zakładach pracy i budynkach mieszkalnych. W trakcie 5 dni grudnia zmarło ok. 4 tys. osób, w większości były to dzieci. Szacuje się, że ogólna liczba śmiertelnych ofiar wielkiego londyńskiego smogu wynosi ok. 12 tys. osób. Większość zgonów spowodowana była niewydolnością oddechową.
Raporty WHO donoszą, że ponad dwie trzecie ludzi na całym świecie może zamieszkiwać obszary, na których przekroczone są dopuszczalne normy stężenia pyłu zawieszonego, a ekspozycja na pyły zawieszone o małej średnicy cząstek jest odpowiedzialna za ponad cztery miliony zgonów rocznie na całym globie. Na tle krajów europejskich, pod kątem zanieczyszczenia powietrza, Polska zajmuje jedne z ostatnich miejsc. Z doniesień WHO wynika, że 33 z 50 miast w Unii Europejskiej o największym stężeniu pyłu PM 2,5 znajduje się w Polsce.
Głównym źródłem smogu wielkomiejskiego w warunkach polskich jest spalanie materiału biologicznego w słabej jakości piecach w domach i mieszkaniach jak również silniki samochodowe, zwłaszcza typu Diesla. Zanieczyszczenia pierwotne (cząstki sadzy, tlenki azotu i siarki) są emitowane do atmosfery przy spalaniu paliw kopalnych. Powstają one również podczas przemysłowego wytwarzania i przetwarzania energii w elektrociepłowniach. Wtórne zanieczyszczenia powietrza powstają na skutek dalszych reakcji chemicznych w atmosferze. Wśród najistotniejszych czynników wpływających na smog wymienia się złej jakości piece domowe, silniki spalinowe samochodów, zakłady przemysłowe, napływ zanieczyszczonego powietrza z zewnątrz miast, czynniki atmosferyczne- mgły, wiatry i bezwietrzne dni, zabudowę kanałów wietrzenia oraz położenie geograficzne miast.
Najistotniejszymi szkodliwymi substancjami obecnymi w powietrzu są pyły zawieszone (PM). Mają działanie prozapalne i alergizujące. Ich działanie zależy zarówno od składu chemicznego jak i średnicy cząsteczki. Im mniejsza średnica pyłu tym większa jego penetracja. Cząsteczki pyłu o średnicy >10 µm szybko opadają na podłoże, natomiast mniejsze pyły mogą utrzymywać się w powietrzu przez dłuższy czas nawet do 30 dni. Cząsteczki tworzące pył zawieszony, mające średnicę <10 µm, są klasyfikowane jako frakcja PM10.Większe cząsteczki zatrzymywane są w górnych drogach oddechowych. Tam powodują swoje lokalne działanie toksyczne i stamtąd mogą być całkowicie lub częściowo i szybko usuwane przez mechanizm śluzowo-rzęskowy. Znacznie bardziej niebezpieczne są cząstki PM 2,5, które dostają się głęboko do pęcherzyków płucnych. Najmniejsze cząstki pyłu mogą poprzez drogi oddechowe przedostawać się do krwiobiegu. Obecnie ocenia się, że najistotniejsze działanie mają nano-cząsteczki pyłu o śr <0,1ug. Cząsteczki pyłu wraz z substancjami organicznymi tworzą niebezpieczne dla zdrowia aerozole. Pył zawieszony może zawierać wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, które mają silne działanie rakotwórcze.
Wdychanie zanieczyszczonego powietrza ma znaczny wpływ na nasze zdrowie, jakość naszego życia jak również jego długość. Jego działanie zależy od czasu ekspozycji, składu zanieczyszczeń, warunków atmosferycznych, a także wieku i chorób towarzyszących. Smog może stanowić przyczynek do rozwoju zarówno nowych schorzeń, jak również do zaostrzenia chorób przewlekłych. Smog przede wszystkim ma wpływ na układ oddechowy, układ krążenia, układ nerwowy, jak również stan psychiczny-poprzez nasilanie zespołów otępiennych, zaburzeń nastroju i koncentracji, ma działanie rakotwórcze na wiele narządów, a także wadotwórcze na dzieci w okresie prenatalnym.
Działanie krótkotrwałe zanieczyszczonego powietrza związane jest z krótką ekspozycją na silnie skażone powietrze. Może mieć dramatyczne skutki prowadząc do śmierci np. poprzez zatrucie tlenkiem węgla, czyli czadem, zwykle z piecyków gazowych z ograniczonym dostępem do tlenu, czy poprzez śmiertelne zatrucia spalinami samochodowymi w zamkniętych garażach.
Działanie długotrwałe obejmuje znacznie większą populację, poprzez wieloletnie, rozłożone w czasie działanie zanieczyszczonego powietrza o mniejszym stężeniu substancji toksycznych. Szacuje się, że w ostatnich latach w Polsce, zanieczyszczenie powietrza mogło być powodem do ok. 30–40 tys. przedwczesnych zgonów rocznie. Ocenia się, że zanieczyszczenie powietrza skraca w naszym kraju długości życia nawet o 10 miesięcy, a wśród pozostałych członków wspólnoty europejskiej o ponad 8 miesięcy. Większość zgonów przypisuje się działaniu drobnych pyłów (PM 2,5). Niektóre badania dowiodły, że każde zwiększenie stężenia pyłów PM2,5 o 10 µg/m3 powoduje wzrost śmiertelności całkowitej o 6%, a sercowo-naczyniowej o 11%. Narażenie na pyły PM2,5 zostało uznane za piąty modyfikowalny czynnik ryzyka zgonu, po skurczowym ciśnieniu tętniczym, paleniu tytoniu, stężeniu cholesterolu i glukozy.
Wpływ zanieczyszczenia powietrza na układ oddechowy.
Wchodzące w skład smogu związki chemiczne i pyły przyczyniają się do rozwoju astmy oskrzelowej, alergicznego nieżytu nosa i gardła, przewlekłego zapalenia krtani i oskrzeli, a także przewlekłej obturacyjnej choroby płuc.
Narażenie na zanieczyszczenie powietrza zwiększa częstość infekcji dróg oddechowych –głównie zapalenia płuc i zapalenia oskrzeli. Zwiększa się również ilość zaostrzeń astmy oskrzelowej oraz POChP, co w konsekwencji pogarsza jakość życia, zwiększa ilość stosowanych leków oraz zwiększa absencję w pracy. Ocenia się, że w Polsce narażenie osoby dorosłej na rakotwórczy benzopiren zawarty w smogu odpowiada wypaleniu od kilkuset do kilku tysięcy papierosów rocznie.
Według danych WHO zanieczyszczenie powietrza było przyczyną ok. 15% zgonów z powodu raka płuca na całym świecie. Szacuje się, że w Polsce, ze względu na obecność stężania pyłów PM2,5 ryzyko wystąpienia raka płuca wzrasta o 20-40%. Ponadto obserwujemy zmianę zachorowalności na poszczególne typy raka płuca- spadek częstości występowania raka płaskonabłonkowego na rzecz wzrostu raka gruczołowego. Według Międzynarodowej Agencji Badań nad Rakiem, zanieczyszczenie powietrza atmosferycznego, a zwłaszcza pyły zawieszone, zaliczono do pierwszej grupy czynników rakotwórczych dla ludzi. Bez wątpienia zanieczyszczenie powietrza atmosferycznego jest niezależnym czynnikiem rozwoju raka płuca i raka pęcherza moczowego, może także wpływać na rozwój nowotworów nosa, gardła, szyi i głowy. Niektóre badania potwierdziły zwiększoną zachorowalność na nowotwory szyi i głowy, zwłaszcza na raka krtani wśród osób opalających swoje domostwa węglem. Rak płuca jest jednym z najczęściej występujących nowotworów złośliwych u ludzi i jedną z najczęstszych przyczyn zgonów spowodowanych chorobami nowotworowymi. Jego związek z paleniem papierosów oraz czynnikami genetycznymi został już dawno udowodniony. Niemniej zanieczyszczenie powietrza uważa się również za istotny czynnik predysponujący do rozwoju raka płuca. Wśród krajów, gdzie zanieczyszczenie powietrza w miejskich aglomeracjach jest duże, zaobserwowano wzrost zachorowań na raka płuca na przestrzeni kilkudziesięciu lat wśród osób zamieszkujących duże aglomeracje miejskie, jak również w porównaniu z mieszkańcami obszarów wiejskich. Największe znaczenie w karcinogenezie mają drobne pyły zawieszone, dwutlenek azotu, siarczany oraz wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne i dioksyny. Znany jest także wpływ zanieczyszczenia powietrza na rozwój raka piersi i trzustki.
Oprócz pyłów zawieszonych, także inne elementy smogu mają negatywny wpływ na organizm ludzi. Dwutlenek węgla, który naturalnie powstaje podczas oddychania i spalania, należy do gazów cieplarnianych. Jego zwiększona emisja związana z antropogenizacją środowiska przyczynia się do globalnego ocieplania klimatu. Natomiast duże stężenia dwutlenku węgla oddziaływają bezpośrednio na organizm wywołując uczucie osłabienia, duszności, bóle i zawroty głowy, a także zmniejszając zdolności psychofizyczne. Powstający w warunkach ograniczonego spalania tlenek węgla (czad) jest silnie trującym gazem działającym poprzez łączenie się z hemoglobiną, która jest nośnikiem tlenu we krwi. Zatrucia czadem w okresie grzewczym, powodują rocznie kilkanaście zgonów w Polsce. Dwutlenek siarki, który powstaje podczas spalania paliw kopalnianych, zanieczyszczonych siarką, w zakładach przemysłowych, może w dużych stężeniach powodować stan zapalny górnych dróg oddechowych oraz spojówek oczu i skóry. Tlenki azotu oraz ozon powodują silne drażnienie układu oddechowego objawiające się dusznością i kaszlem, a także wywołują zaostrzenie przewlekłych chorób układu oddechowego, zwłaszcza astmy oskrzelowej i przewlekłej obturacyjnej choroby płuc. Są także przyczynkiem do częstszych infekcji dróg oddechowych. Zanieczyszczenie powietrza wpływa na nasilenie reakcji alergicznych w górnych i dolnych drogach oddechowych. Zaobserwowano wzrost częstości występowania astmy oskrzelowej u dzieci narażonych na większe stężenie ozonu oraz pyłu zawieszonego w powietrzu atmosferycznym. Ozon jest gazem o silnym działaniu zapalnym w obrębie śluzówek układu oddechowego. Uwalniając wolne rodniki, stymuluje przewlekłe zapalnie oskrzeli. Udowodniono, że osoby które mieszkają w dużych miastach częściej chorują na przewlekłe schorzenia układu oddechowego na tle alergii zwłaszcza na alergiczny nieżyt nosa oraz astmę oskrzelową w porównaniu z mieszkańcami wsi. Alergiczny nieżyt nosa jest chorobą związaną z zapaleniem śluzówek nosa oraz zatok, które wywołane jest wziewnymi alergenami. Oprócz innych ważnych czynników genetycznych i środowiskowych poznanych w rozwoju tego schorzenia, wymienia się także zwiększoną ekspozycję na spaliny z silników Diesla. Uważa się, że cząstki spalin mają bezpośredni mechanizm toksyczny na komórki śluzówki nosa i zatok, jak również mogą łączyć się z alergenami tworząc nowy ich rodzaj, co potęguje nadmierną odpowiedź immunologiczną organizmu. Wieloletni przebieg alergicznego nieżytu nosa sprzyja rozwojowi astmy o podłożu alergicznym w późniejszych latach. Wiele badań potwierdza wpływ pyłów zawieszonych PM 2,5 na zwiększoną częstość infekcji wirusowych i bakteryjnych zwłaszcza u dzieci oraz u chorych z astmą oskrzelową i POChP. Podkreśla się również większą skłonność do zachorowania na gruźlicę płuc oraz atypowe infekcje u osób narażonych na długotrwałe stężenia pyłów zawieszonych. Jednym z mechanizmów zwiększonej skłonności do zakażeń jest kumulacja jonów żelaza na powierzchni pyłów zawieszonych, które następnie wywołują stan zapalny w mechanizmie uwalniania wolnych rodników. Innym ważnym mechanizmem jest upośledzenie aparatu śluzowo-rzęskowego przez przewlekły stan zapalny wywoływany przez zanieczyszczone powietrze. W warunkach fizjologicznych ruch rzęsek w nabłonku przesuwa śluzową wydzielinę dróg oddechowych w kierunku gardła, gdzie dalej następuje odksztuszenie wydzieliny z zanieczyszczeniami. Zwiększoną skłonność do rozwoju gruźlicy płuc tłumaczy się immunomodulującym działaniem cząstek zawieszonych PM 2,5 powstających w spalinach silników Diesla, które zmniejszają zdolności obronne-przeciwprątkowe komórek odpornościowych poprzez utratę ekspresji receptorów Toll-like dla prątków gruźlicy.
W rozwoju przewlekłej obturacyjnej choroby płuc decydującym czynnikiem pozostaje palenie tytoniu, niemniej istotną rolę ma również zanieczyszczenie powietrza, czy to zawodowe w miejscu pracy, czy też związane z urbanizacją miast. Oprócz czynników zawodowych, których wpływ omówiono w innym artykule, dużą rolę przywiązuje się do palenia węglem niskiej jakości oraz spalania odpadów biologicznych i syntetycznych w domowych paleniskach. Spalanie biomasy w krajach o niskim statusie ekonomicznym jest głównym czynnikiem rozwoju przewlekłej obturacyjnej choroby płuc wśród kobiet, które nigdy nie paliły tytoniu. Udowodniono, że narażenie na pyły o dużym stężeniu nasila przewlekłe zapalenie oskrzeli, zwiększa częstotliwość zaostrzeń przewlekłej obturacyjnej choroby płuc, zwiększa ilość hospitalizacji w szpitalach, a także śmiertelność w przebiegu POChP.
Wpływ zanieczyszczenia powietrza na układ sercowo-naczyniowy.
Zanieczyszczenie powietrza zostało uznane przez ekspertów American Heart Association (AHA) za niezależny modyfikowalny czynnik ryzyka chorób układu krążenia. Frakcje pyłu PM2,5 oraz nanocząsteczek poprzez układ oddechowy penetrują głęboko do płuc, a tam przenikają do krwi poprzez barierę pęcherzykowo-włośniczkową. Dalej drogą krwi mogą wędrować do większości narządów i wywoływać odległe negatywne skutki. Postuluje się kilka mechanizmów negatywnego wpływu zanieczyszczeń powietrza na układ sercowo-naczyniowy. Inhalacja zanieczyszczonego powietrza wywołuje ograniczony, miejscowy stan zapalny w drogach oddechowych i nasila stres oksydacyjny. Zapalenie, które jest zapoczątkowane w obrębie pęcherzyków płucnych powoduje uogólnioną reakcję naczyniową. W konsekwencji dochodzi do uwalniania czynników zapalnych, czynników krzepnięcia, wytwarzania aktywnych form tlenu i zachwiania równowagi między procesami prooksydacyjnymi i antyoksydacyjnymi, które jest określane mianem stresu oksydacyjnego. Dalej rozwijający się stres oksydacyjny powoduje zaburzenie reakcji naczynioruchowych w postaci upośledzenia rozkurczu naczyń i patologicznej odpowiedzi skurczowej, a aktywne formy tlenu uszkadzają komórki. Innym mechanizmem może być bezpośrednie, toksyczne działanie zainhalowanych cząsteczek zanieczyszczeń na śródbłonek naczyń, co może powodować niestabilność blaszek miażdżycowych w naczyniach wieńcowych i mózgowych i w konsekwencji doprowadzać do ich pęknięcia oraz miejscowego wykrzepiania z zamknięciem światła naczynia. Podkreśla się także możliwy mechanizm stymulacji układu współczulnego poprzez bezpośrednią aktywację receptorów zakończeń nerwowych zlokalizowanych w tkance przegród międzypęcherzykowych, co ma powodować zaburzenie równowagi autonomicznego układu nerwowego.
Według niektórych badań w dni, w które stężenia zanieczyszczeń powietrza są szczególnie wysokie, liczba pacjentów z zawałami serca wzrasta ponad 10-krotnie, natomiast incydenty zatorowości płucnej występują 18% częściej niż podczas dni z lepszą jakością powietrza. Przewlekłe narażenie na zanieczyszczenie powietrza, zwłaszcza o dużym stężeniu, zwiększa ryzyko powstania miażdżycy tętnic wieńcowych oraz dogłowowych, wiążąc się tym samym ze wzrostem ryzyka ostrych incydentów sercowo-naczyniowych, a więc zarówno zawałów mięśnia sercowego jak i zawałów mózgu. Nie jest jasny związek pomiędzy zanieczyszczeniem powietrza a zapadalnością na nadciśnienie tętnicze oraz kontrolą nadciśnienia. Natomiast wykazano negatywny wpływ zanieczyszczenia powietrza na występowanie przewlekłej niewydolności serca przez organiczne uszkodzenie mięśnia serca w wyniku zwiększenia częstości incydentów wieńcowych. Nie potwierdzono w sposób pewny wpływu zanieczyszczenia powietrza na występowanie zaburzeń rytmu serca. Jednoznacznie potwierdzono zależność między zanieczyszczeniem powietrza a liczbą hospitalizacji i śmiertelnością z powodu udaru niedokrwiennego mózgu.
Wpływ zanieczyszczenia powietrza na zdrowie dzieci.
Wpływ zanieczyszczenia powietrza w sposób szczególny dotyczy zdrowia dzieci. Jest to spowodowane ich wzmożoną aktywnością fizyczną, fizjologicznie większą w porównaniu do dorosłych dynamiką oddychania, przejawiającą się np. zwiększoną liczbą oddechów w ciągu minuty oraz wciąż rozwijającym się układem oddechowym i układem odpornościowym. Skutkuje to zwiększeniem ryzyka nagłej śmierci łóżeczkowej (o ok 11% wraz ze wzrostem zanieczyszczenia powietrza) oraz częstszym, nawet trzykrotnie, występowaniem astmy oskrzelowej. Wykazano związek pomiędzy częstością rozwoju astmy oskrzelowej w wieku dziecięcym, a zwiększoną ekspozycją na zanieczyszczenie powietrza w dużych aglomeracjach miejskich, jak również potwierdzono wpływ odległości pomiędzy centrum zanieczyszczenia, a miejscem zamieszkania na częstość zaostrzeń astmy oraz stopień jej objawów. Udokumentowano niekorzystny wpływ smogu na najmłodsze dzieci. Charakteryzują się one niższą wagą urodzeniową, zwiększoną zapadalnością na infekcje dróg oddechowych oraz częstszym rozwojem astmy oskrzelowej, a także mniejszym ilorazem inteligencji. U dzieci narażonych na duże stężenie pyłów PM2,5, prawdopodobieństwo kolejnego zapalenia płuc było trzykrotnie większe w porównaniu do dzieci oddychających czystym powietrzem.
Piśmiennictwo:
- Smog: nowe zagrożenie w chorobach układu oddechowego dla dzieci oraz metody unikania jego skutków – praktycznie. Aleksandra Rurarz, dr hab. n. med. Wojciech Feleszko. Klinika Pneumonologii i Alergologii Wieku Dziecięcego WUM.
- Zanieczyszczenie powietrza a choroby układu sercowo-naczyniowego. dr hab. n. med. Agnieszka Olszanecka, prof. dr hab. n. med. Danuta Czarnecka. I Klinika Kardiologii, Elektrokardiologii Interwencyjnej oraz Nadciśnienia Tętniczego, Collegium Medicum, Uniwersytet Jagielloński w Krakowie.
- Smog a zdrowie. Paweł Sawicki 14.03.2019 Wykład dla Rady Miasta Krakowa.
- Zagrożenie dla zdrowia czy moda na ekologię? Wyd. 2018r. prof. dr hab. med. Henryk Mazurek.
- Co wiemy o smogu? Informowanie o zanieczyszczeniu powietrza. Stowarzyszenie Krakowski Alarm Smogowy. Kraków 2015.
- Zanieczyszczenie powietrza a choroby układu sercowo-naczyniowego-niedoceniany problem. Małgorzata Wojdat, Adam Stańczyk, Grzegorz Gielerak. Klinika Kardiologii i Chorób Wewnętrznych CSK MON WIN w Warszawie. Lekarz Wojskowy 1/2016.
- Wpływ zanieczyszczenia powietrza pyłami na układ krążenia i oddychania. Michał Krzyżanowski. Lekarz Wojskowy 1/2016.
- Wpływ zanieczyszczenia powietrza na choroby układu oddechowego. Kosmos 2016, tom 65. Nr 4. Anna Gładka, Tomasz Zatoński. Klinika i Katedra Otolaryngologii Chirurgii Głowy i Szyi Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu.