😎 🚭 👩🏼‍🤝‍👨🏿 Partículas PM2.5: qué es, dónde y por qué todos hablan de eso 👩🏻‍💻 🗾 🎧

¡Bienvenidos a todos al blog de la compañía Tion ! Seguimos hablando de "amenazas aéreas". Esta vez hablaremos de partículas finas de PM2.5. Hoy todos hablan de ellos: ambientalistas, médicos y medios de comunicación. ¿Por qué no nos hablas?

En nuestro primer artículo sobre Geektimes, escribimos sobre el filtro HEPA, que purifica el aire de estos PM2.5. Y ahora, finalmente, le diremos qué tipo de partículas son, de dónde provienen y por qué dañan no solo las vías respiratorias, sino también el sistema circulatorio. Listo para una larga lectura?

¿Qué es PM2.5 y de dónde son?

Es un contaminante del aire que contiene micropartículas sólidas y pequeñas gotas de líquidos. Ambos y el tamaño de aproximadamente 10 nm a 2.5 micras. Otras designaciones y nombres de partículas PM2.5: FSP (partículas suspendidas finas), partículas finas, partículas finas, partículas suspendidas finas, polvo fino.

Las partículas muy pequeñas (del orden de 1 nm o menos) ya son moléculas de gas. Por ejemplo, el diámetro de una molécula de agua y oxígeno es de 0.30 nm, el nitrógeno es de 0.32 nm y el hidrógeno es de 0.25 nm. En cuerpos tan pequeños, el comportamiento es muy diferente de las partículas PM2.5. Hablaremos de gases en otra ocasión, a continuación hablamos de micropartículas sólidas.

¿Por qué exactamente 2.5 micras? Mirando hacia el futuro, digamos: a diferencia de las partículas más grandes, PM2.5 penetra fácilmente las barreras biológicas y, por lo tanto, representa la mayor amenaza para el cuerpo.

Todas estas partículas y gotas de un tamaño menor a 2.5 micrones están en suspensión en el aire. Ambos están en el bosque y en el mar, pero es en la ciudad donde representan el mayor peligro. En primer lugar, generalmente hay muchos más en la ciudad, y en segundo lugar, la composición química del aerosol fino en la ciudad es más peligrosa que en la naturaleza. Por cierto, en diferentes ciudades, tanto la composición del aerosol PM2.5 como los parámetros de las partículas individuales pueden diferir enormemente.

¿Qué son las partículas PM2.5? Depende de dónde vinieron. Por su origen, PM2.5 se dividen en:

2.5
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Los PM2.5 secundarios
se forman directamente en la atmósfera. Un ejemplo: los óxidos de nitrógeno y azufre se emiten al aire de la ciudad, forman ácidos al entrar en contacto con el agua y a partir de ellos ya se forman partículas sólidas de sales (nitratos y sulfatos).

Por tipo de fuente, las partículas PM2.5 se dividen en:

Artificial (antropogénico)
La principal fuente antropogénica de partículas es el transporte. Motores de combustión interna y procesos industriales con la quema de combustibles sólidos (carbón, lignito, petróleo), construcción, minería, muchos tipos de producción (especialmente la producción de cemento, cerámica, ladrillo, fundición), en las ciudades la fuente puede ser la erosión de la superficie de la carretera. y borrar pastillas de freno y neumáticos. Incluso la agricultura es una fuente de amoníaco, a partir del cual se puede formar PM2.5 secundario.
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2.5

La concentración masiva de PM2.5 es un parámetro clave para evaluar la calidad del aire y su amenaza para la salud humana. De acuerdo con los estándares de la Organización Mundial de la Salud (OMS), el nivel promedio anual de PM2.5 no debe exceder los 10 μg / m3, y el nivel promedio diario no debe exceder los 25 μg / m3.

Varios servicios de monitoreo ambiental en todo el mundo estiman la concentración real de partículas en el aire. El mayor monitoreo de aire en línea es el Índice Mundial de Calidad del Aire . Muestra el índice de calidad del aire en ciudades de todo el mundo. Este índice se considera para todos los contaminantes del aire. Y el principal es PM2.5.

El servicio, por cierto, es muy bueno. Aunque la traducción al ruso deja mucho que desear :)

¿Cuántos PM2.5 en Rusia? Pregunta millonésima. Y la respuesta, de hecho, es no. Porque en Rusia prácticamente no hay datos sobre la calidad del aire de la calle. Esto es muy fácil de mostrar usando el mismo Índice Mundial de Calidad del Aire. Mire cuántos datos hay en Europa:

en China:

y en Rusia:

además de una docena de estaciones en Moscú (que no es suficiente para cubrir una gran ciudad), considere información sobre Rusia que no lo es. Por lo tanto, ahora estamos trabajando en nuestro propio monitoreo del aire exterior CityAir.ru. Este es un proyecto a gran escala, sin duda lo serán, pero más adelante.

¿Por qué todos de repente hablaron de PM2.5

En la China moderna, casi todos los residentes de la metrópoli conocen esta abreviatura.

En el resto del mundo, estas partículas también están "ganando popularidad". Esto se debe a un hecho elemental: las partículas PM2.5 son peligrosas. Y este peligro es cada vez más obvio. De 1990 a 2010, 3.1 millones de personas murieron por causas asociadas con partículas PM2.5. Otra cifra: las partículas PM2.5 acortan la esperanza de vida en un promedio de 8.6 meses. En total, el 3% de las muertes por enfermedades del sistema cardiovascular y respiratorio y el 5% de las muertes por cáncer de pulmón están asociadas con PM2.5. Fuente: el último informe importante de la Organización Mundial de la Salud sobre la contaminación del aire y sus efectos sobre la salud humana. [1]

(Referencias a esta y otras fuentes al final del artículo).

Todos están acostumbrados a tener miedo a los gases nocivos: si los inhala, se envenenará de inmediato. Quizás estos son ecos de los años de guerra y los temores de los agentes de guerra química, los desastres provocados por el hombre y las imágenes sombrías de personas con máscaras de gas. Pero, de hecho, las partículas no son menos peligrosas. La gente los inhala todos los días. No hay reacción instantánea a pequeñas dosis de PM2.5, como un gas venenoso, pero se acumulan en el cuerpo y pueden conducir a problemas graves con el tiempo.

Es por eso que el informe de la OMS no habla de los saltos máximos de PM2.5 durante las emisiones industriales, sino de los efectos crónicos de estas partículas en el cuerpo. El impacto al que están expuestos los residentes de las grandes ciudades todos los días.

¿Por qué PM2.5 se acumula en el aire?

En el aire urbano, en principio, hay muchas partículas diferentes: pequeñas y grandes, livianas y pesadas. Solo las partículas pesadas "caen" al suelo con el tiempo (recuerde la nieve negra al lado de alguna planta), y las PM2.5 ligeras prácticamente no se depositan. Es más difícil que las partículas pequeñas superen la resistencia del medio y "caigan" al suelo. Y para las partículas más pequeñas, el movimiento browniano también ejerce resistencia.

Como se puede ver en la tabla, para partículas PM2.5, la velocidad de sedimentación es 15 veces menor que para PM10 y es de aproximadamente 0.2 mm / s. Este valor se compensa incluso con un ligero flujo ascendente de aire. Y para las llamadas partículas ultrafinas PM0.1 (con un diámetro de hasta 0.1 μm), el movimiento browniano prevalece por completo sobre la velocidad de sedimentación. Por lo tanto, esta fracción más pequeña de partículas nunca puede asentarse en absoluto.

Por supuesto, parte de PM2.5 se precipita, incluso con lluvias, pero en la ciudad hay tantas fuentes de estas partículas que se acumulan constantemente en la atmósfera. Si apaga el viento, "los ladrillos comenzarán a caer del aire de la ciudad " .

Puede atrapar PM2.5 usando esos filtros HEPA . Por lo tanto, recientemente no se ha hablado menos sobre los filtros HEPA que sobre el propio PM2.5. No repetiremos y hablaremos sobre el filtrado nuevamente. Explicaremos mejor lo que estas partículas le hacen a nuestros cuerpos.

La influencia de PM2.5: dos hipótesis y seis mecanismos

La principal fuente de información sobre los efectos de PM2.5 en el cuerpo es un informe sobre la relación entre la contaminación del aire y las enfermedades cardiovasculares [2].

Las partículas PM2.5 también se denominan fracción respirable, respirable. Son tan pequeños que atraviesan barreras biológicas en nuestro cuerpo: cavidad nasal, tracto respiratorio superior, bronquios. Las PM2.5 junto con el aire ingresan directamente en los alvéolos - vesículas, en las cuales se produce el intercambio de gases entre los pulmones y los vasos sanguíneos.

Las partículas más pequeñas de PM2.5 durante el intercambio de gases pueden ingresar a la sangre. Por lo tanto, están asociados con enfermedades no solo del sistema respiratorio, sino también del cardiovascular. Además, contaminan tanto las propias partículas como los compuestos nocivos absorbidos en las partículas más pequeñas de hollín de carbón.

A principios de la década de 2000, un científico llamado Peters demostró que la exposición a las partículas más pequeñas causa dos respuestas en el cuerpo humano:

Condicionalmente "rápido": después de 2 horas
Condicionalmente "lento": después de 24 horas

Tratando de encontrar una explicación para esto, Peters presentó dos hipótesis principales acerca de cómo PM2.5 y, en general, cualquier contaminante del aire afecta los sistemas cardiovascular y respiratorio.

Hipótesis No. 1: sobre la respuesta "rápida"
El resultado final: las partículas más pequeñas irritan ciertos receptores en las vías respiratorias y desencadenan un reflejo que cambia la frecuencia cardíaca y la frecuencia respiratoria. El sistema nervioso funciona y la regulación nerviosa siempre se caracteriza por una respuesta rápida al estímulo.

Hipótesis No. 2: sobre la respuesta "lenta"
El resultado final: las partículas más pequeñas se depositan en los pulmones, los vasos sanguíneos y causan inflamación en ellos. En respuesta a la inflamación en la sangre, aumenta el número de proteínas de señalización especiales, citocinas. Desencadenan una cadena de reacciones bioquímicas que finalmente conducen a trombosis y luego a enfermedad coronaria, ataque cardíaco, etc. Tal respuesta del organismo lleva más tiempo que una reacción nerviosa.

Para respaldar estas hipótesis con hechos, los investigadores siguieron PM2.5 en el cuerpo e identificaron seis mecanismos básicos de los efectos nocivos de las partículas:

Excitación de los receptores pulmonares: frecuencia respiratoria, arritmia cardíaca.
Destrucción de células epiteliales pulmonares.
El desarrollo de una respuesta inflamatoria.
Aumento de la coagulación sanguínea
Desestabilización de la placa aterosclerótica
Engrosamiento de las paredes de los vasos sanguíneos

1. Excitación de los receptores pulmonares: frecuencia respiratoria, arritmia cardíaca.

Las señales de los receptores que se encuentran en las paredes del tracto respiratorio ingresan al cerebro a través de las fibras nerviosas: en la nariz, la boca, la faringe, la laringe, la tráquea, los bronquios y en los pulmones. Estos receptores responden a varios estímulos: temperatura, estrés mecánico, estiramiento de las paredes de los bronquios, etc. Y resultó que también en partículas PM2.5.

Una partícula cayó sobre el receptor: una persona puede toser, hacer cosquillas y ardor en el pecho. Al mismo tiempo, los bronquios se estrechan, los suspiros se acortan, la respiración se vuelve más frecuente y superficial. Entonces, el cuerpo trata de inhalar menos esta mugre y deshacerse de las partículas que lograron penetrar en su interior. Pero es posible que no existan reacciones tan obvias como la tos, y se desencadenará una respuesta refleja.

Además de la insuficiencia respiratoria, puede aparecer arritmia cardíaca. Aún no está claro cómo exactamente PM2.5 afecta el sistema cardiovascular, pero existe una relación estadísticamente significativa entre ellos, esto es un hecho. Un estudio de ejemplo sobre este tema: trabajo de 1999 de Wichmann con una muestra de 4,000 personas. Muestra que los pacientes con arritmia se volvieron más del 50% cada vez después de aumentar la concentración de PM2.5 en el aire urbano.

2. Destrucción de las células epiteliales pulmonares.

Las PM2.5 afectan no solo a los receptores en las paredes del tracto respiratorio, sino también a las células epiteliales pulmonares. Y esta influencia es especialmente peligrosa en la región de los alvéolos: vesículas pulmonares enredadas en una red de capilares.

El diámetro de estos capilares es muy pequeño, menos de 5 micras. Los glóbulos rojos literalmente "se atornillan" en ellos. En el momento del contacto de los eritrocitos con la pared capilar, se obtiene una única membrana de tres capas: la pared de los eritrocitos, la pared capilar y la pared de los alvéolos pulmonares. Tal contacto cercano entre las células sanguíneas y el tracto respiratorio facilita el intercambio de gases: la hemoglobina en los glóbulos rojos se une al oxígeno y el citoplasma emite dióxido de carbono, disuelto con la participación de la anhidrasa carbónica.

El endoteliocito es una célula de la pared capilar. Tensoactivo: "lubricación pulmonar" para facilitar el intercambio de gases.

Esta membrana alveolar-capilar es la primera barrera al aire sucio. Los estudios in vitro [3] han demostrado que las partículas PM2.5 destruyen esta barrera. Disminuyen el crecimiento y la reproducción de las células epiteliales pulmonares e incluso las matan. Si esto sucede in vitro, puede ocurrir en el cuerpo.

¿Cuál es el peligro de violación de la membrana alveolar-capilar? El hecho de que la función principal de los pulmones se interrumpe es el intercambio de gases. Y esto puede conducir a hipoxia (un poco de oxígeno) e hipercapnia (mucho dióxido de carbono). Recientemente escribimos sobre hipoxia e hipercapnia .

3. El desarrollo de una respuesta inflamatoria.

Algunas palabras sobre la inflamación infecciosa. Cuando los microbios ingresan al cuerpo, las células inmunes secretan proteínas especiales, las citocinas. Las citocinas transmiten una señal de peligro por todo el cuerpo. En la médula ósea, comienzan a producirse células inmunitarias especiales: macrófagos. Este es un destacamento de "siloviks" que puede absorber y "digerir" microbios. El campo de batalla de los macrófagos y los microbios: este es el foco de la inflamación.

La inflamación se desarrolla con una infección viral o bacteriana. Una pregunta razonable: ¿la inmunidad ni siquiera puede reaccionar a PM2.5? Pero él está reaccionando. Un estudio en conejos mostró una relación entre PM2.5 y neumonía. En conejos que inhalaron aire con un alto contenido de PM2.5, se observó una mayor actividad de la médula ósea. Y cuanto mayor es la actividad, más macrófagos en los pulmones.

La inflamación de los pulmones en conejos es un ejemplo. Como ya sabe, el PM2.5 más pequeño puede penetrar en el torrente sanguíneo y, con él, en cualquier parte del cuerpo. Por lo tanto, pueden causar inflamación no solo en los pulmones, sino también en las paredes de los vasos sanguíneos y en otros órganos.

Una vez recopilados dichos datos, un equipo de investigadores dirigido por Seaton y Dennekamp (Seaton, Dennekamp) sugirió: la respuesta inmune del cuerpo a PM2.5 es la misma que la respuesta a los microbios patógenos. Y no solo cualquier inflamación en sí misma puede llevar al hospital, sino que también desencadena otros dos procesos peligrosos.

4. Aumento de la coagulación de la sangre.

El primero de estos procesos es la aceleración de la coagulación de la sangre. La sangre se coagula bajo la influencia de muchos factores bioquímicos. Hablando de PM2.5, el fibrinógeno y la proteína CRP (proteína relacionada con C) deben distinguirse de estos factores. El mecanismo por el cual PM2.5 desencadena la coagulación de la sangre usando fibrinógeno y PCR se conoce en detalle.

En resumen, el mecanismo es el siguiente. Primero, los macrófagos capturan partículas. Al mismo tiempo, producen diversas sustancias, incluidas citocinas especiales que estimulan la médula ósea y el hígado. La médula ósea comienza a producir activamente glóbulos blancos y plaquetas (células involucradas en la coagulación de la sangre). Y el hígado comienza a secretar fibrinógeno y proteína CRP más rápido. Como resultado, la sangre se espesa y aumenta el riesgo de trombosis.

5. Desestabilización de las placas ateroscleróticas.

El segundo proceso después de la inflamación es la llamada desestabilización de los depósitos de grasa (lípidos) en las paredes de los vasos sanguíneos. Se trata de esas mismas placas ateroscleróticas de las que a menudo se habla en la televisión. Casi todos los adultos tienen estas placas en cantidades variables. Están ubicados en la pared interna del vaso y están protegidos por un engrosamiento fibroso especial, el llamado neumático.

Los macrófagos capturan partículas de PM2.5 y secretan proteínas de citocina; en respuesta a esto, la proteína MCP se libera de las paredes de los vasos. Él, como controlador de tráfico, dirige macrófagos y linfocitos T frescos al foco de la inflamación. Y si el foco está en los depósitos grasos, entonces los macrófagos y los linfocitos T "en batalla" pueden atacar no solo PM2.5, sino también las células del cuerpo mismo. Como resultado, en este lugar mueren las células en la pared del vaso, el engrosamiento fibroso se debilita y el contenido de la placa puede aparecer en la luz del vaso.

El aumento de la coagulabilidad de la sangre y los depósitos de lípidos que caminan a través de los vasos son dos factores que aumentan significativamente el riesgo de trombosis.

6. Engrosamiento de las paredes de los vasos sanguíneos.

Y para terminar completamente el sistema cardiovascular, las partículas de PM2.5 también constriñen los vasos sanguíneos. Un estudio con una gran muestra (5362 personas de 45 a 84 años) [4] mostró una relación estadísticamente significativa entre el envenenamiento por PM2.5 y el engrosamiento de las paredes de las arterias.

El mecanismo específico del proceso no se describe en el artículo. Quizás esta sea otra manifestación de procesos inflamatorios. Sea como fuere, el engrosamiento de las paredes es otro factor que afecta la luz de los vasos sanguíneos y el desarrollo de la aterosclerosis.

Generalización: lo que PM2.5 hace en el cuerpo

Imagine una situación en la que una persona respira aire con una concentración críticamente alta de partículas (por ejemplo, como en Beijing durante un smog severo). Y respirando todo el día, sin respiradores y sin esconderse en el apartamento con un respiradero. ¿Cómo reaccionará su cuerpo?

Al principio, PM2.5 irrita los receptores en las vías respiratorias, y el sistema nervioso envía una señal a los pulmones para que trabajen con más frecuencia. La luz de los bronquios se estrecha, la persona comienza a respirar con frecuencia y superficialmente. La carga sobre el corazón aumenta: arritmia, taquicardia. Todo esto sucede durante las primeras 2 horas después de la inhalación, esta es la llamada respuesta "rápida" a PM2.5.

Durante el día, el cuerpo puede desarrollar inflamación con una cascada de reacciones bioquímicas y fisiológicas. Un aumento en el nivel de citocinas, engrosamiento de la sangre, separación de placas ateroscleróticas, engrosamiento de los vasos sanguíneos, trombosis. Esta es una respuesta "lenta".

El resultado de este escenario: un mayor riesgo de enfermedad cardiovascular (enfermedad coronaria, infarto de miocardio, accidente cerebrovascular).

Conclusión

De hecho, la situación descrita anteriormente es extremadamente rara. Pocas personas se sentarán en la calle durante 24 horas cuando se declara un nivel de peligro rojo en la ciudad debido al smog. Es difícil imaginar que una persona sana en un día tendrá una enfermedad coronaria debido al aire sucio. Nuestra generalización es más bien un espantapájaros sobre la situación ambiental. Pero la realidad moderna está en el corazón de este espantapájaros, por lo tanto, no puede ser ignorada.

En una gran ciudad en el aire siempre hay partículas PM2.5. Esto es un hecho Y los respiramos de todos modos. Esto también es un hecho. La pregunta es qué dosis diaria promedio de PM2.5 recibe el cuerpo. Si el aire está sucio en la calle, pero en casa nos protegemos con respiradores o limpiadores, entonces reducimos la cantidad de partículas inhaladas por día, damos un descanso al cuerpo. Si logra despejarse de los escombros y recuperarse, la probabilidad de los problemas de salud anteriores será significativamente menor.

Otra cosa es si todos los días entran más partículas dañinas de las que logran salir. Luego se acumularán en el cuerpo. Los síntomas de “envenenamiento” PM2.5 serán imperceptibles: falta de aliento unos pasos antes de lo habitual, a veces dolor en el pecho, latidos cardíacos más frecuentes, etc. El cuerpo se desgasta lentamente por el aire sucio, pero no hay un deterioro agudo en el bienestar. El efecto negativo no es instantáneo, sino retrasado. Pero esto no es menos serio.

El principal peligro de PM2.5 no está precisamente en saltos bruscos de concentración, sino en el efecto crónico de estas partículas en el cuerpo.

El habitante promedio de la ciudad inhala 200 mil millones de partículas PM2.5 por día. La mitad de ellos se depositan en los pulmones. Una de esas dosis funcionará sin consecuencias graves. Pero con el tiempo, los depósitos de PM2.5 en el cuerpo excederán el nivel crítico, y luego todo puede empeorar.

Que hacer La respuesta es simple: defenderse contra PM2.5.

En Beijing, tiene sentido defender tanto en la calle (con máscaras respiratorias) como en el hogar ( ventilación forzada con un filtro HEPA) En Moscú, no tiene sentido molestarse con las máscaras: la concentración de PM2.5 en el aire de la calle no está allí. Pero la ventilación de suministro debe ser atendida. La mayor parte del tiempo pasamos en el interior. Y si todo este tiempo respira aire con un nivel de fondo de PM2.5, se acumulará una dosis diaria promedio de partículas decente. Si respira aire limpio, al menos en casa, el cuerpo tendrá tiempo para despejarse de lo que ingresó en la calle.

Eso es todo. ¡Gracias por su atención y sea saludable!

Fuentes:

Partículas PM2.5: qué es, dónde y por qué todos hablan de eso