👨🏿 🅱️ 🧑🏿‍🤝‍🧑🏾 Particules PM2.5: qu'est-ce que c'est, où et pourquoi tout le monde en parle 👩🏽‍🤝‍👩🏼 🙇🏻 👋🏿

Bienvenue à tous sur le blog de la société Tion ! Nous continuons de parler de «menaces aériennes». Cette fois, nous parlerons des particules fines de PM2,5. Aujourd'hui, tout le monde en parle: les écologistes, les médecins et les médias. Pourquoi ne pas nous parler.

Dans notre tout premier article sur Geektimes, nous avons écrit sur le filtre HEPA, qui purifie l'air de ces PM2,5. Et maintenant, enfin, nous vous dirons de quel type de particules il s'agit, d'où elles proviennent et pourquoi elles nuisent non seulement aux voies respiratoires, mais aussi au système circulatoire. Prêt pour une longue lecture?

Qu'est-ce que les PM2,5 et d'où viennent-ils?

Il s'agit d'un polluant atmosphérique qui contient à la fois des microparticules solides et de minuscules gouttelettes de liquides. Ces deux et la taille d'environ 10 nm à 2,5 microns. Autres désignations et noms de particules PM2,5: FSP (particules fines en suspension), particules fines, particules fines, particules fines en suspension, poussières fines.

De très petites particules (de l'ordre de 1 nm ou moins) sont déjà des molécules de gaz. Par exemple, le diamètre d'une molécule d'eau et d'oxygène est de 0,30 nm, l'azote est de 0,32 nm et l'hydrogène est de 0,25 nm. Dans de tels petits corps, le comportement est très différent de celui des particules PM2,5. Nous parlerons des gaz une autre fois, ci-dessous nous parlons de microparticules solides.

Pourquoi exactement 2,5 microns? Pour l'avenir, disons: contrairement aux particules plus grosses, les PM2,5 pénètrent facilement dans les barrières biologiques et constituent donc la plus grande menace pour le corps.

Toutes ces particules et gouttelettes de taille inférieure à 2,5 microns sont en suspension dans l'air. Ils sont à la fois en forêt et en mer, mais c'est en ville qu'ils présentent le plus grand danger. Premièrement, il y en a généralement beaucoup plus dans la ville, et deuxièmement, la composition chimique des aérosols fins dans la ville est plus dangereuse que dans la nature. Soit dit en passant, dans différentes villes, la composition de l'aérosol PM2,5 et les paramètres des particules individuelles peuvent différer considérablement.

Que sont les particules PM2,5? Cela dépend d'où ils viennent. Par leur origine, les PM2,5 sont divisés en:

2.5
. , , (, ), ( ). ( ) 2.5.
. — , . , , . , « » .
Les PM2,5 secondaires
se forment directement dans l'atmosphère. Un exemple: les oxydes d'azote et de soufre sont émis dans l'air de la ville, ils forment des acides au contact de l'eau et des particules solides de sels (nitrates et sulfates) en sont déjà formées.

Par type de source, les particules PM2,5 sont divisées en:

Artificiel (anthropique)
La principale source anthropique de particules est le transport. Moteurs à combustion interne et processus industriels avec la combustion de combustibles solides (charbon, charbon, pétrole), la construction, l'exploitation minière, de nombreux types de production (en particulier la production de ciment, de céramique, de brique, de fusion), dans les villes, la source peut être l'érosion de la surface des routes et l'effacement des plaquettes de frein et des pneus. Même l'agriculture est une source d'ammoniac, à partir de laquelle des PM2,5 secondaires peuvent se former.
()
: .

2.5

La concentration massique de PM2,5 est un paramètre clé pour évaluer la qualité de l'air et sa menace pour la santé humaine. Selon les normes de l'Organisation mondiale de la santé (OMS), le niveau annuel moyen de PM2,5 ne doit pas dépasser 10 μg / m3, et le niveau quotidien moyen ne doit pas dépasser 25 μg / m3.

La concentration réelle de particules dans l'air est estimée par divers services de surveillance environnementale dans le monde. Le plus grand système de surveillance de l'air en ligne est l'indice mondial de la qualité de l'air . Il montre l'indice de qualité de l'air dans les villes du monde entier. Cet indice est pris en compte pour tous les polluants atmosphériques. Et le principal est PM2.5.

Le service, soit dit en passant, est très bon. Bien que la traduction en russe laisse beaucoup à désirer :)

Combien de PM2,5 en Russie? Millionième question. Et la réponse est en fait non. Parce qu'en Russie, il n'y a pratiquement pas de données sur la qualité de l'air ambiant. C'est très facile à montrer en utilisant le même indice mondial de la qualité de l'air. Regardez la quantité de données en Europe:

En Chine:

Et en Russie:

En plus d'une douzaine de stations à Moscou (ce qui ne suffit pas pour couvrir une grande ville), considérez les informations sur la Russie qui ne le sont pas. Par conséquent, nous travaillons actuellement sur notre propre surveillance de l'air extérieur CityAir.ru. Il s'agit d'un projet à grande échelle, les détails le seront certainement, mais plus tard.

Pourquoi tout le monde a-t-il soudainement parlé des PM2,5

Dans la Chine moderne, presque tous les résidents de la métropole connaissent cette abréviation.

Dans le reste du monde, ces particules gagnent également en popularité. Cela est dû à un fait élémentaire: les particules PM2,5 sont dangereuses. Et ce danger devient de plus en plus évident. De 1990 à 2010, 3,1 millions de personnes sont décédées de causes associées aux particules PM2,5. Autre chiffre: les particules de PM2,5 raccourcissent l'espérance de vie de 8,6 mois en moyenne. Au total, 3% des décès par maladies du système cardiovasculaire et respiratoire et 5% des décès par cancer du poumon sont associés aux PM2,5. Source - Dernier rapport majeur de l'Organisation mondiale de la santé sur la pollution atmosphérique et ses effets sur la santé humaine. [1]

(Références à cela et à d'autres sources à la fin de l'article).

Tout le monde a l'habitude d'avoir peur des gaz nocifs: si vous les inhalez, vous serez immédiatement empoisonné. Ce sont peut-être des échos des années de guerre et des peurs des agents de guerre chimique, des catastrophes provoquées par l'homme et des images sombres de personnes portant des masques à gaz. Mais en fait, les particules ne sont pas moins dangereuses. Les gens les inhalent tous les jours. Il n'y a pas de réaction instantanée à de petites doses de PM2,5, comme un gaz toxique, mais elles s'accumulent dans l'organisme et peuvent entraîner de graves problèmes avec le temps.

C'est pourquoi le rapport de l'OMS ne parle pas des sauts de pointe des PM2,5 lors des émissions industrielles, mais des effets chroniques de ces particules sur l'organisme. L'impact auquel les habitants des grandes villes sont exposés quotidiennement.

Pourquoi les PM2,5 s'accumulent dans l'air

Dans l'air urbain, en principe, il existe de nombreuses particules différentes: petites et grandes, légères et lourdes. Seules les particules lourdes "tombent" sur le sol au fil du temps (rappelez-vous la neige noire à côté d'une plante), et les PM2,5 légers ne se déposent pratiquement pas. Il est plus difficile pour les petites particules de surmonter la résistance du milieu et de «tomber» au sol. Et pour les plus petites particules, le mouvement brownien exerce également une résistance.

Comme le montre le tableau, pour les particules PM2,5, la vitesse de sédimentation est 15 fois inférieure à celle des PM10 et est d'environ 0,2 mm / s. Cette valeur est compensée même par un léger flux d'air ascendant. Et pour les particules ultrafines dites PM0.1 (avec un diamètre allant jusqu'à 0,1 μm), le mouvement brownien prévaut complètement sur la vitesse de sédimentation. Par conséquent, cette plus petite fraction de particules ne peut jamais se déposer du tout.

Bien sûr, une partie des PM2,5 est précipitée, y compris avec les pluies, mais dans la ville, il y a tellement de sources de ces particules qu'elles s'accumulent constamment dans l'atmosphère. Si vous coupez le vent, «les briques commenceront à tomber de l'air de la ville » .

Vous pouvez attraper les PM2,5 en utilisant ces filtres HEPA . Par conséquent, il n'a pas été moins récemment question des filtres HEPA que des PM2.5 eux-mêmes. Nous ne répéterons pas et ne parlerons plus de filtrage. Nous expliquerons mieux ce que ces particules font à notre corps.

L'influence des PM2,5: deux hypothèses et six mécanismes

La principale source d'information sur les effets des PM2,5 sur le corps est un rapport sur la relation entre la pollution atmosphérique et les maladies cardiovasculaires [2].

Les particules de PM2,5 sont également appelées fraction respirable. Ils sont si petits qu'ils traversent les barrières biologiques de notre corps: cavité nasale, voies respiratoires supérieures, bronches. Les PM2,5 et l'air pénètrent directement dans les alvéoles - vésicules, dans lesquelles un échange de gaz se produit entre les poumons et les vaisseaux sanguins.

Les plus petites particules de PM2,5 lors d'un échange de gaz peuvent pénétrer dans le sang. Par conséquent, ils sont associés à des maladies non seulement du système respiratoire, mais également des maladies cardiovasculaires. De plus, ils polluent à la fois les particules elles-mêmes et les composés nocifs sorbés sur les plus petites particules de suie de charbon.

Au début des années 2000, un scientifique du nom de Peters a montré que l'exposition aux plus petites particules provoque deux réponses dans le corps humain:

Conditionnellement «rapide»: après 2 heures
Conditionnellement "lent": après 24 heures

Essayant de trouver une explication à cela, Peters a avancé deux hypothèses principales sur la façon dont les PM2,5 et généralement tous les polluants atmosphériques affectent les systèmes cardiovasculaire et respiratoire.

Hypothèse n ° 1: à propos de la réponse «rapide»
L'essentiel: les plus petites particules irritent certains récepteurs des voies respiratoires et déclenchent un réflexe qui modifie la fréquence cardiaque et la fréquence respiratoire. Le système nerveux fonctionne et la régulation nerveuse est toujours caractérisée par une réponse rapide au stimulus.

Hypothèse n ° 2: sur la réponse "lente"
Conclusion: les plus petites particules se déposent dans les poumons et les vaisseaux sanguins et y provoquent une inflammation. En réponse à l'inflammation dans le sang, le nombre de protéines de signalisation spéciales, les cytokines, augmente. Ils déclenchent une chaîne de réactions biochimiques qui conduisent finalement à une thrombose, puis à une maladie coronarienne, une crise cardiaque, etc. Une telle réponse de l'organisme prend plus de temps qu'une réaction nerveuse.

Pour étayer ces hypothèses par des faits, les chercheurs ont suivi les PM2,5 dans le corps et identifié six mécanismes de base des effets nocifs des particules:

Excitation des récepteurs pulmonaires: fréquence respiratoire, arythmie cardiaque
Destruction des cellules épithéliales pulmonaires
Le développement d'une réponse inflammatoire
Augmentation de la coagulation sanguine
Déstabilisation de la plaque athérosclérotique
Épaississement des parois des vaisseaux sanguins

1. Excitation des récepteurs pulmonaires: fréquence respiratoire, arythmie cardiaque

Les signaux provenant de récepteurs situés dans les parois des voies respiratoires pénètrent dans le cerveau par les fibres nerveuses: dans le nez, la bouche, le pharynx, le larynx, la trachée, les bronches et les poumons eux-mêmes. Ces récepteurs répondent à divers stimuli: température, stress mécanique, étirement des parois des bronches, etc. Et comme il s'est avéré, sur les particules PM2,5 aussi.

Une particule est tombée sur le récepteur - une personne peut tousser, des chatouillements et des brûlures dans la poitrine peuvent apparaître. Dans le même temps, les bronches se rétrécissent, les soupirs deviennent plus courts, la respiration devient plus fréquente et superficielle. Le corps essaie donc de moins respirer cette boue et de se débarrasser des particules qui ont réussi à pénétrer à l'intérieur. Mais des réactions aussi évidentes qu'une toux peuvent ne pas exister et une réponse réflexe sera déclenchée.

En plus de l'insuffisance respiratoire, une arythmie cardiaque peut apparaître. On ne sait pas encore exactement comment les PM2,5 affectent le système cardiovasculaire, mais il existe une relation statistiquement significative entre eux, c'est un fait. Un exemple d'étude sur ce sujet: 1999 travail de Wichmann avec un échantillon de 4 000 personnes. Il montre que les patients atteints d'arythmie sont devenus plus de 50% à chaque fois après avoir augmenté la concentration de PM2,5 dans l'air urbain.

2. Destruction des cellules épithéliales pulmonaires

Les PM2,5 affectent non seulement les récepteurs dans les parois des voies respiratoires, mais aussi les cellules épithéliales pulmonaires elles-mêmes. Et cette influence est particulièrement dangereuse dans la région des alvéoles - vésicules pulmonaires enchevêtrées dans un réseau de capillaires.

Le diamètre de ces capillaires est très petit, inférieur à 5 microns. Les globules rouges "se vissent" littéralement en eux. Au moment du contact érythrocytaire avec la paroi capillaire, une seule membrane à trois couches est obtenue: la paroi érythrocytaire, la paroi capillaire et la paroi des alvéoles pulmonaires. Un tel contact étroit entre les cellules sanguines et les voies respiratoires facilite les échanges gazeux: l'hémoglobine dans les globules rouges lie l'oxygène et le cytoplasme dégage du dioxyde de carbone, dissous avec la participation de l'anhydrase carbonique.

L'endothéliocyte est une cellule de la paroi capillaire. Tensioactif - "lubrification pulmonaire" pour faciliter l'échange de gaz.

Cette membrane alvéolaire-capillaire est la première barrière à l'air sale. Des études in vitro [3] ont montré que les particules de PM2,5 détruisent cette barrière. Ils ralentissent la croissance et la reproduction des cellules épithéliales pulmonaires et les tuent même. Si cela se produit in vitro, cela peut se produire dans le corps.

Quel est le danger de violation de la membrane alvéolaire-capillaire? Le fait que la fonction principale des poumons soit perturbée est l'échange de gaz. Et cela peut entraîner une hypoxie (un peu d'oxygène) et une hypercapnie (beaucoup de dioxyde de carbone). Nous avons récemment écrit sur l'hypoxie et l'hypercapnie .

3. Le développement d'une réponse inflammatoire

Quelques mots sur l'inflammation infectieuse. Lorsque les microbes pénètrent dans le corps, les cellules immunitaires sécrètent des protéines spéciales - les cytokines. Les cytokines diffusent un signal de danger dans tout le corps. Dans la moelle osseuse, des cellules d'immunité spéciales commencent à être produites - les macrophages. Il s'agit d'un détachement de "siloviks" qui peuvent absorber et "digérer" les microbes. Le champ de bataille des macrophages et des microbes - c'est le foyer de l'inflammation.

L'inflammation se développe avec une infection virale ou bactérienne. Une question raisonnable: l'immunité ne peut même pas réagir aux PM2,5? Mais il réagit. Une étude chez le lapin a montré une relation entre les PM2,5 et la pneumonie. Chez les lapins qui inhalaient de l'air avec une teneur élevée en PM2,5, une augmentation de l'activité de la moelle osseuse a été notée. Et plus l'activité est élevée, plus il y a de macrophages dans les poumons.

L'inflammation des poumons chez le lapin en est un exemple. Comme vous le savez déjà, les plus petites PM2,5 peuvent pénétrer dans la circulation sanguine, et avec elle - dans n'importe quelle partie du corps. Par conséquent, ils peuvent provoquer une inflammation non seulement dans les poumons, mais aussi dans les parois des vaisseaux sanguins et dans d'autres organes.

Collectant de telles données, une équipe de chercheurs dirigée par Seaton et Dennekamp (Seaton, Dennekamp) a suggéré: la réponse immunitaire du corps aux PM2,5 est la même que la réponse aux microbes pathogènes. Et non seulement une inflammation peut conduire à l'hôpital, mais elle est également un déclencheur pour deux autres processus dangereux.

4. Coagulation sanguine accrue

Le premier de ces processus est l'accélération de la coagulation sanguine. Le sang coagule sous l'influence de nombreux facteurs biochimiques. En ce qui concerne les PM2,5, le fibrinogène et la protéine CRP (protéine liée au C) doivent être distingués de ces facteurs. Le mécanisme par lequel les PM2,5 déclenchent la coagulation du sang à l'aide de fibrinogène et de CRP est connu en détail.

En bref, le mécanisme est le suivant. Premièrement, les macrophages capturent les particules. En même temps, ils produisent diverses substances, dont des cytokines spéciales qui stimulent la moelle osseuse et le foie. La moelle osseuse commence à produire activement des globules blancs et des plaquettes (cellules impliquées dans la coagulation sanguine). Et le foie commence à sécréter plus rapidement le fibrinogène et la protéine CRP. En conséquence, le sang s'épaissit et le risque de thrombose augmente.

5. Déstabilisation des plaques athérosclérotiques

Le deuxième processus qui suit l'inflammation est la soi-disant déstabilisation des dépôts graisseux (lipides) sur les parois des vaisseaux sanguins. Il s'agit de ces mêmes plaques athérosclérotiques dont on parle souvent à la télévision. Presque tous les adultes ont ces plaques en quantités variables. Ils sont situés sur la paroi intérieure du navire et sont protégés par un épaississement fibreux spécial, le pneu.

Les macrophages capturent les particules PM2,5 et sécrètent des protéines de cytokines - en réponse à cela, la protéine MCP est libérée des parois des vaisseaux. En tant que contrôleur de la circulation, il dirige les macrophages et les lymphocytes T frais vers le foyer de l'inflammation. Et si l'accent est mis sur les dépôts graisseux, les macrophages et les lymphocytes T «au combat» peuvent attaquer non seulement les PM2,5, mais aussi les cellules du corps lui-même. En conséquence, à cet endroit, les cellules de la paroi du vaisseau meurent, l'épaississement fibreux s'affaiblit et le contenu de la plaque peut sortir dans la lumière du vaisseau.

Une coagulabilité sanguine accrue et des dépôts lipidiques en marchant dans les vaisseaux sont deux facteurs qui augmentent considérablement le risque de thrombose.

6. Épaississement des parois des vaisseaux sanguins

Et pour achever complètement le système cardiovasculaire, les particules de PM2,5 resserrent également les vaisseaux sanguins. Une étude avec un énorme échantillon (5362 personnes de 45 à 84 ans) [4] a montré une relation statistiquement significative entre l'empoisonnement aux PM2,5 et l'épaississement des parois des artères.

Le mécanisme spécifique du processus n'est pas décrit dans l'article. C'est peut-être une autre manifestation des processus inflammatoires. Quoi qu'il en soit, l'épaississement des parois est un autre facteur affectant la lumière des vaisseaux sanguins et le développement de l'athérosclérose.

Généralisation: ce que font les PM2,5 dans le corps

Imaginez une situation où une personne respire de l'air avec une concentration extrêmement élevée de particules (par exemple, comme à Pékin pendant un smog sévère). Et respirer toute la journée, sans respirateur et sans se cacher dans l'appartement avec un reniflard. Comment va réagir son corps?

Au début, les PM2,5 irritent les récepteurs des voies respiratoires et le système nerveux envoie un signal aux poumons pour travailler plus souvent. La lumière des bronches se rétrécit, la personne commence à respirer souvent et superficiellement. La charge sur le cœur augmente: arythmie, tachycardie. Tout cela se produit pendant les 2 premières heures après l'inhalation, c'est la réponse dite «rapide» aux PM2,5.

Pendant la journée, le corps peut développer une inflammation avec une cascade de réactions biochimiques et physiologiques. Une augmentation du niveau de cytokines, un épaississement du sang, une séparation des plaques athérosclérotiques, un épaississement des vaisseaux sanguins, une thrombose. C'est une réponse "lente".

Le résultat de ce scénario: un risque accru de maladie cardiovasculaire (maladie coronarienne, infarctus du myocarde, accident vasculaire cérébral).

Conclusion

En fait, la situation décrite ci-dessus est extrêmement rare. Peu de gens resteront assis dans la rue pendant 24 heures lorsqu'un niveau de danger rouge est déclaré dans la ville en raison du smog. Il est difficile d'imaginer qu'une personne en bonne santé souffre en une journée d'une maladie coronarienne due à l'air sale. Notre généralisation est plutôt un épouvantail de la situation environnementale. Mais la réalité moderne est au cœur de cet épouvantail, elle ne peut donc pas être ignorée.

Dans une grande ville dans l'air, il y a toujours des particules PM2,5. C’est un fait. Et nous les respirons de toute façon. C’est aussi un fait. La question est de savoir quelle dose quotidienne moyenne de PM2,5 le corps reçoit. Si l'air est sale à l'extérieur, mais à la maison, nous nous protégeons avec des respirateurs ou des nettoyants, puis nous réduisons la quantité de particules inhalées par jour, donnons une pause au corps. S'il parvient à se débarrasser des débris et à récupérer, la probabilité des problèmes de santé ci-dessus sera considérablement moindre.

Une autre chose est que chaque jour, plus de particules nocives pénètrent en nous que n'en parviennent. Ensuite, ils s'accumuleront dans le corps. Les symptômes de «l'empoisonnement» des PM2,5 seront imperceptibles: essoufflement quelques pas plus tôt que d'habitude, parfois douloureux dans la poitrine, battements de cœur plus fréquents, etc. Le corps s'use lentement de l'air sale, mais il n'y a pas de forte détérioration du bien-être. L'effet négatif n'est pas instantané, mais retardé. Mais ce n'est pas moins grave.

Le principal danger des PM2,5 n'est précisément pas les sauts brusques de concentration, mais l'effet chronique de ces particules sur le corps.

Le citadin moyen inhale 200 milliards de particules PM2,5 par jour. La moitié d'entre eux sont déposés dans les poumons. Une telle dose fera sans conséquences graves. Mais au fil du temps, les dépôts de PM2,5 dans le corps dépasseront le niveau critique, puis tout peut devenir bien pire.

Que faire La réponse est simple: défendre contre les PM2,5.

À Pékin, il est logique de se défendre à la fois dans la rue (avec des masques respiratoires) et à la maison ( ventilation forcée avec un filtre HEPA) À Moscou, cela n'a aucun sens de s'embêter avec des masques - la concentration de PM2,5 dans l'air des rues n'est pas là. Mais la ventilation d'alimentation doit être prise en charge. La plupart du temps, nous passons à l'intérieur. Et si pendant tout ce temps vous respirez de l'air avec un niveau de fond de PM2,5, une dose quotidienne moyenne décente de particules s'accumulera. Si vous respirez de l'air pur au moins à la maison, le corps aura le temps de se débarrasser de ce qui s'y trouve dans la rue.

C’est tout. Merci de votre attention et soyez en bonne santé!

Sources:

Particules PM2.5: qu'est-ce que c'est, où et pourquoi tout le monde en parle