Экология и здоровье.

11.11.2023

Анализ влияния качества воздуха на здоровье человека.
Современные исследования  и перспективы.

В последние годы все больше внимания уделяется взаимосвязи между здоровьем человека и окружающей средой. Повседневное воздействие загрязнителей, изменение климата и ухудшение экологической обстановки непосредственно влияют на общественное здоровье и благополучие.

Данная статья предлагает анализ современных исследований, связанных с экологическими факторами и их влиянием на здоровье населения, и подчеркивает важность экологической осведомленности и профилактических мер.

Исследования последних десятилетий недвусмысленно указывают на прямую связь между качеством воздуха и заболеваемостью и смертностью от респираторных заболеваний. Эта статья представляет собой аналитический обзор, посвященный изучению воздействия загрязнителей воздуха, включая твердые частицы, диоксид серы, оксиды азота и озон, на развитие и прогрессирование респираторных заболеваний, таких как астма, хронический бронхит и хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ).

Респираторные заболевания являются одной из ведущих причин заболеваемости и смертности во всем мире. Качество воздуха играет существенную роль в этиологии этих заболеваний. Под воздействием различных загрязнителей воздуха происходит усугубление симптомов у уже больных людей, увеличивается риск развития новых случаев заболевания и может происходить хроническое ухудшение легочной функции у населения.

Многочисленные исследования подтверждают, что даже небольшое повышение уровней загрязнителей воздуха связано с увеличением числа обострений астмы, обращений в больницу по поводу ХОБЛ и других респираторных заболеваний. Кроме того, долгосрочное воздействие загрязненного воздуха может приводить к уменьшению легочной функции и повышению риска развития хронических легочных заболеваний.

Ниже перечислим воздействие частиц PM2.5 и PM10, озона, диоксида серы и оксида азота на респираторную систему человека.

Частички PM2.5 и PM10 в воздухе.

Загрязнение воздуха может оказывать воздействие на респираторные заболевания через различные механизмы, включая воспаление дыхательных путей, изменение иммунной ответной реакции легких и повреждение легочной ткани. Особенно опасны тонкие и ультратонкие твердые частицы, которые могут проникать в глубокие отделы легких и попадать в кровоток.

Степень проникновения частичек пыли в легкие завистит от размеров.

Исследования показывают, что повышенные уровни PM2.5, и PM10 коррелируют с увеличением количества случаев ОРВИ, их тяжести, а также другими респираторными заболеваниями, включая астму, ХОБЛ. Аббревиатурой PM (от анг. particulate matter — твёрдые частицы) обозначают частицы, которые находятся в воздухе во взвешенном состоянии.В зависимости от размеров выделяют частицы PM 2,5 и PM10.

Взвешенные частицы PM2,5 - это тонкодисперсная пыль, образущаяся в основном  от сжигания бензина, дизельного топлива, древесины, масла, а также частицы сажи, резины, асфальта. Их размер составляет от 10нм до 2,5 мкм, из-за чего они постоянно находятся в воздухе,имеют очень медленную скорость оседания (0,2мм/сек) и оседают на землю лишь вместе с дождем.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.По концентрации частиц оценивается индекс качества воздуха в городе. В отчете Всемирной организации здравоохранения о загрязнении воздуха и его влиянии на здоровье людей 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.

PM10 — достаточно крупные частицы размером от 2,5 до 10 мкм (для сравнения: человеческий волос в среднем составляет от 50 до 70 мкм в диаметре) их можно увидеть невооружённым глазом,они удаляются из воздуха через несколько часов после выброса. Источником обрахования этих частиц являются  пыль со строительных площадок, свалок и сельского хозяйства, лесные и торфяные пожары, сжигание  отходов, промышленные источники, переносимая ветром пыль с открытых земель, пыльца и фрагменты бактерий. PM10 могут оказывать кратковременное воздействие на здоровье в том числе затрудненное дыхание, кашель, раздражение глаз, носа и горла, стеснение в груди и боль, усталость, общий респираторный дискомфорт.

Сравнение размеров PM 2.5 и PM 10 с красным кровяным тельцем.

В атмосфере Москвы в обычные периоды, не связанные, например, с торфяными пожарами (в областях по соседству) или иными неблагоприятными событиями, массовая доля частиц PM10 составляет порядка 65%, PM2.5 – соответственно, 35%. То есть более опасных взвешенных частиц в атмосфере столицы, как правило, почти вдвое меньше. В любом случае концентрации взвеси следует постоянно измерять и этим занимается ГПБУ «Мосэкомониторинг» с 2003 года. Данные с автоматических станций (17 для РМ10 и 13 для РМ2.5 – по сост. на 08.2018) круглосуточно, в режиме реального времени отображаются на интернет-сайте учреждения – доступные абсолютно всем.

Высокие концентрации озона. 

Озон (O3) — это молекула, состоящая из трех атомов кислорода, которая встречается как в верхних слоях атмосферы, так и на уровне земли. Озон в стратосфере защищает землю от ультрафиолетового излучения, но приземный озон — это основной компонент фотохимического смога, который представляет собой значительную угрозу для респираторного здоровья человека.

Высокие концентрации приземного озона могут вызывать ряд негативных эффектов для респираторной системы человека, включая:

Раздражение дыхательных путей: озон является сильным окислителем и может вызывать раздражение горла, грудной клетки и слизистых оболочек, что приводит к кашлю, большому количеству мокроты и болезненным ощущениям при глубоком дыхании.

Снижение легочной функции: даже кратковременное воздействие высоких концентраций озона может привести к снижению функции легких, что проявляется в уменьшении объема принудительного выдоха и других показателей легочной функции.

Усиление симптомов астмы и других респираторных заболеваний: люди, страдающие астмой или другими хроническими респираторными заболеваниями, особенно уязвимы к высоким концентрациям озона, что может привести к обострению симптомов и необходимости в медицинской помощи.

 Увеличение чувствительности к респираторным инфекциям: повышенные уровни озона могут ослабить иммунные защитные механизмы легких и увеличить восприимчивость к инфекциям, таким как ОРВИ.

Хронические респираторные заболевания: длительное воздействие озона связано с увеличением риска развития хронических заболеваний, включая ХОБЛ.

Озон воздействует на легкие следующим образом:

 Прямое окисление биомолекул: озон может вступать в прямую реакцию с биологическими молекулами в дыхательных путях, вызывая окислительный стресс и повреждение клеток.

 Инициирование воспалительного ответа: окислительное повреждение, вызванное озоном, может стимулировать высвобождение воспалительных медиаторов, что приводит к   воспалительным реакциям и дальнейшему повреждению тканей.

 Активация нейрогенного воспаления: озон также может вызвать нейрогенное воспаление, активируя нервные окончания, что ведет к рефлекторному сужению бронхов и усилению       симптомов.

Для минимизации риска негативного воздействия озона на здоровье рекомендуется:

Избегать нахождения на открытом воздухе, когда уровень озона повышен: Особенно в теплое время года во время "озоновых" предупреждений.

Использование кондиционеров с хорошими фильтрами: Это может помочь уменьшить уровень озона в помещении.

Озеленение городских пространств: Растения могут естественным образом поглощать некоторое количество озона, тем самым улучшая качество воздуха.

Поддержание здорового образа жизни: Включая физические упражнения в закрытом пространстве в дни, когда уровень загрязнения воздуха высок.

Повышение общественного осознания: Важно информировать население о рисках связанных с высокими уровнями озона и способах их минимизации

Диоксид серы (SO2) и оксиды азота (NOx)

Диоксид серы (SO2) и оксиды азота, которые включают оксид нитрогена (NO) и диоксид нитрогена (NO2), являются распространенными загрязнителями воздуха. Диоксид серы - это невидимый газ с сильным удушливым запахом разгорающейся спички, опасен в высоких концентрациях для легких, легко растворяется в воде,поэтому во влажном воздухе может образовать опасные кислотные дожди. В малых дозах используется как пищевой консервант Е220. 

Оксиды азота NOx в атмосфере образуются как вследствие естественных явлений, таких, как молнии и лесные пожары, так и в результате деятельности человека. Основным источником образования оксидов азота является сжигание ископаемого топлива. Примеси NO2 окрашивают промышленные дымы в бурый цвет, поэтому выбросы заводов с заметным содержанием оксидов азота названы «лисьими хвостами».В сельских местностях источником оксидов азота является использование синтетических удобрений. Выбросы NOx считаются одной из основных причин образования фотохимического смога. Оксиды азоты также легко растворимы в  воде и образуют азотную кислоту, которая наряду с диоксидом серы может вызвать образование кислотных дождей.

Диоксид серы может вызывать различные респираторные проблемы, включая:

   Раздражение дыхательных путей: SO2 стимулирует нервные окончания в дыхательных путях и вызывает кашель, затруднение дыхания и сужение дыхательных путей.

    Увеличение реактивности бронхов: Это приводит к усилению симптомов у людей с астмой и другими респираторными заболеваниями.

    Снижение функции легких: Даже кратковременное воздействие может ухудшить легочную функцию у чувствительных индивидов.

    Усиление симптомов существующих заболеваний: Люди с хроническими заболеваниями легких могут испытывать усиление симптомов и увеличение частоты и тяжести приступов.

Оксиды азота также воздействуют на респираторную систему:

    Воспалительные реакции: Оксиды азота могут вызывать воспаление в дыхательных путях, что приводит к отеку, раздражению и более высокому риску респираторных инфекций.

    Увеличение восприимчивости к инфекциям: NOx увеличивает чувствительность к респираторным инфекциям, ухудшая симптомы у людей с астмой и другими заболеваниями.

    Повреждение легких: Длительное воздействие может привести к изменениям в легких, что повышает риск хронических заболеваний, таких как эмфизема и ХОБЛ.

Механизмы воздействия:

    Раздражение слизистых оболочек: SO2 и NOx растворяются в воде слизистых оболочек и образуют кислоты, что вызывает раздражение.

    Окислительный стресс: Оба газа способны вызывать окислительный стресс, что приводит к повреждению клеток и тканей легких.

    Гиперреактивность дыхательных путей: Эти газы могут увеличить реактивность дыхательных путей, что делает легкие более восприимчивыми к аллергенам и другим раздражителям.

Учитывая накопленные данные, необходимо разработать и внедрить стратегии по уменьшению уровня загрязнения воздуха. К таким мерам относятся:

    Сокращение выбросов: Уменьшение выбросов SO2 и NOx на уровне источников сгорания, таких как промышленные предприятия и транспортные средства.

    Регулирование и контроль: Применение и соблюдение жестких нормативных стандартов качества воздуха для защиты общественного здоровья.

    Личные меры защиты: Использование масок и ограничение времени пребывания на открытом воздухе во время высоких уровней загрязнения.

    Мониторинг качества воздуха: Осведомленность о текущем качестве воздуха с помощью прогнозов и мониторинга, особенно для людей с существующими респираторными заболеваниями.

Влияние качества воздуха на частоту и тяжесть острых респираторных вирусных инфекций (ОРВИ)

Острые респираторные вирусные инфекции (ОРВИ) являются одной из основных причин обращений к врачу во всем мире. Влияние качества воздуха на здоровье человека получает все большее признание в качестве фактора, способного модифицировать тяжесть и частоту инфекционных заболеваний. ОРВИ, вызванные различными вирусами, такими как риновирусы, коронавирусы, аденовирусы и другие, представляют собой значительную нагрузку на системы здравоохранения. Качество воздуха, в частности, было связано с риском развития и прогрессирования ОРВИ.

Загрязнение воздуха может усугублять острые респираторные вирусные инфекции (ОРВИ) через ряд механизмов, влияющих как на передачу вирусов, так и на уязвимость организма к инфекциям. Вот основные механизмы, через которые это может происходить:

Перенос вирусов: Загрязнители, такие как тонкие частицы PM2.5, могут служить векторами для вирусных частиц, помогая им путешествовать и распространяться на большие расстояния и проникать в более глубокие области легких, где они могут вызвать инфекцию.

Ослабление местного иммунитета: Частицы загрязнения могут повреждать слизистую оболочку дыхательных путей, нарушая ее целостность и защитные функции. Это позволяет вирусным патогенам легче проникать и приживаться в дыхательных путях.

Окислительный стресс: Многие загрязнители воздуха вызывают образование реактивных кислородных видов (РКВ), которые могут приводить к окислительному стрессу и воспалению, что, в свою очередь, может снижать способность организма сопротивляться вирусам и бороться с ними.

Воспаление дыхательных путей: Загрязнители могут стимулировать высвобождение воспалительных медиаторов и цитокинов, вызывая воспаление, которое может усиливать симптомы ОРВИ и облегчать распространение вирусов в дыхательных путях.

Усиление гиперреактивности: Загрязнение воздуха может усилить гиперреактивность бронхов, что особенно опасно для людей с респираторными заболеваниями, такими как астма. Это состояние может усугубить симптомы ОРВИ и сделать их более тяжелыми.

Прямое токсическое воздействие: Некоторые загрязнители, например, диоксид серы или оксиды азота, могут оказывать прямое токсическое воздействие на легочную ткань, что увеличивает риск развития и обострения респираторных инфекций.

Изменение микробиома: Загрязнение воздуха может изменять микробиом верхних и нижних дыхательных путей, что влияет на нормальное микробное равновесие и может способствовать развитию патогенной флоры.

Эти механизмы действуют синергетически, усиливая воздействие друг друга и вместе влияя на увеличение частоты, тяжести и продолжительности ОРВИ. Управление качеством воздуха и снижение уровня загрязнения могут играть важную роль в предотвращении заболеваний и улучшении общественного здоровья.

  Заключение

Изучение влияния качества воздуха на заболевания респираторной системы имеет важное значение для разработки эффективных мер общественного здравоохранения. Снижение уровня загрязнения воздуха, как в помещениях, так и на открытом воздухе, должно быть приоритетом для улучшения респираторного здоровья и снижения нагрузки на систему здравоохранения. Рекомендуется усиление контроля за качеством воздуха и принятие мер по снижению выбросов загрязняющих веществ.

Вот некоторые из основных мер, которые могут быть приняты на различных уровнях для уменьшения загрязнения воздуха:

Переход на чистые источники энергии - развитие и использование возобновляемых источников энергии, таких как солнечная, ветровая и гидроэнергия, вместо сжигания ископаемого топлива. Развитие общественного транспорта - расширение и улучшение сети общественного транспорта для снижения зависимости от личных автомобилей. Поддержка электромобилей и гибридных транспортных средств с созданием инфраструктуры. Энергоэффективное строительство и реконструкция. Регулирование промышленных выбросов - ужесточение норм выбросов для промышленности и введение систем контроля за соблюдением экологических стандартов. Озеленение городов - посадка деревьев и создание городских парков для улучшения качества воздуха и поглощения углекислого газа.