🏚️ 🏽 ◽️ Partículas PM2.5: o que é, onde e por que todo mundo fala sobre isso 🤶🏿 🙍🏾 🤺

Sejam bem-vindos ao blog da empresa Tion ! Continuamos a falar sobre "ameaças aéreas". Desta vez, falaremos sobre partículas finas de PM2.5. Hoje todo mundo está falando sobre eles: ambientalistas, médicos e a mídia. Por que não falar conosco?

Em nosso primeiro artigo sobre o Geektimes, escrevemos sobre o filtro HEPA, que purifica o ar desses PM2.5. E agora, finalmente, diremos a você que tipo de partículas são essas, de onde elas vêm e por que prejudicam não apenas o sistema respiratório, mas também o sistema circulatório. Pronto para uma longa leitura?

O que é o PM2.5 e de onde eles são?

É um poluente do ar que contém micropartículas sólidas e pequenas gotículas de líquidos. Ambos e o tamanho de cerca de 10 nm a 2,5 mícrons. Outras designações e nomes de partículas PM2.5: FSP (partículas finas em suspensão), partículas finas, material particulado fino, partículas suspensas finas, poeira fina.

Partículas muito pequenas (da ordem de 1 nm ou menos) já são moléculas de gás. Por exemplo, o diâmetro de uma molécula de água e oxigênio é 0,30 nm, nitrogênio é 0,32 nm e hidrogênio é 0,25 nm. Em corpos tão pequenos, o comportamento é muito diferente das partículas PM2.5. Falaremos sobre gases outra vez, abaixo, sobre micropartículas sólidas.

Por que exatamente 2,5 mícrons? Olhando para o futuro, digamos: diferentemente das partículas maiores, o PM2.5 penetra facilmente nas barreiras biológicas e, portanto, representa a maior ameaça ao corpo.

Todas essas partículas e gotículas menores que 2,5 mícrons estão em suspensão no ar. Ambos estão na floresta e no mar, mas é na cidade que eles representam o maior perigo. Em primeiro lugar, geralmente há muito mais na cidade e, em segundo lugar, a composição química do aerossol fino na cidade é mais perigosa do que na natureza. A propósito, em diferentes cidades, tanto a composição do aerossol PM2.5 quanto os parâmetros de partículas individuais podem diferir bastante.

O que são partículas em PM2.5? Depende de onde eles vieram. Por sua origem, o PM2.5 é dividido em:

2.5
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O PM2.5 secundário
é formado diretamente na atmosfera. Um exemplo: óxidos de nitrogênio e enxofre são emitidos no ar da cidade, formam ácidos ao entrar em contato com a água e partículas sólidas de sais (nitratos e sulfatos) já são formadas a partir deles.

Por tipo de fonte, as partículas PM2.5 são divididas em:

Artificial (antropogênica)
A principal fonte antropogênica de partículas é o transporte. Motores de combustão interna e processos industriais com queima de combustíveis sólidos (carvão, carvão marrom, petróleo), construção, mineração, muitos tipos de produção (especialmente a produção de cimento, cerâmica, tijolo, fundição), nas cidades onde a fonte pode ser a erosão da superfície da estrada e apagando pastilhas de freio e pneus. Até a agricultura é uma fonte de amônia, da qual pode formar PM2.5 secundário.
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2.5

A concentração de massa de PM2,5 é um parâmetro essencial para avaliar a qualidade do ar e sua ameaça à saúde humana. De acordo com os padrões da Organização Mundial da Saúde (OMS), o nível médio anual de PM2,5 não deve exceder 10 μg / m3, e o nível médio diário não deve exceder 25 μg / m3.

A concentração real de partículas no ar é estimada por vários serviços de monitoramento ambiental em todo o mundo. O maior monitoramento on-line do ar é o Índice Mundial de Qualidade do Ar . Ele mostra o índice de qualidade do ar em cidades ao redor do mundo. Este índice é considerado para todos os poluentes do ar. E o principal é o PM2.5.

O serviço, a propósito, é muito bom. Embora a tradução para o russo deixe muito a desejar :)

Quantas PM2.5 na Rússia? Milionésima pergunta. E a resposta para isso, de fato, é não. Porque na Rússia praticamente não existem dados sobre a qualidade do ar da rua. É muito fácil mostrar isso usando o mesmo índice mundial de qualidade do ar. Veja a quantidade de dados na Europa:

na China:

e na Rússia:

além de uma dúzia de estações em Moscou (o que não é suficiente para cobrir uma cidade grande), considere informações sobre a Rússia que não são. Portanto, agora estamos trabalhando em nosso próprio monitoramento do ar externo do CityAir.ru. Este é um projeto de grande escala, os detalhes certamente serão, mas mais tarde.

Por que todos de repente falaram sobre PM2.5

Na China moderna, quase todos os residentes da metrópole conhecem essa abreviação.

No resto do mundo, essas partículas também estão "ganhando popularidade". Isso se deve a um fato elementar: as partículas PM2.5 são perigosas. E esse perigo está se tornando cada vez mais óbvio. De 1990 a 2010, 3,1 milhões de pessoas morreram por causas associadas às partículas de PM2,5. Outra figura: as partículas de PM2,5 diminuem a expectativa de vida em uma média de 8,6 meses. No total, 3% das mortes por doenças do sistema cardiovascular e respiratório e 5% das mortes por câncer de pulmão estão associadas à PM2,5. Fonte - Último grande relatório da Organização Mundial da Saúde sobre poluição do ar e seus efeitos na saúde humana. [1]

(Referências a esta e outras fontes no final do artigo).

Todo mundo está acostumado a ter medo de gases nocivos: se você inalar, será envenenado imediatamente. Talvez estes sejam ecos dos anos de guerra e temores de agentes químicos de guerra, desastres provocados pelo homem e imagens sombrias de pessoas com máscaras de gás. Mas, de fato, as partículas não são menos perigosas. As pessoas inalam todos os dias. Não há reação instantânea a pequenas doses de PM2,5, como um gás venenoso, mas elas se acumulam no corpo e podem levar a sérios problemas ao longo do tempo.

É por isso que o relatório da OMS não fala sobre os picos de PM2,5 durante as emissões industriais, mas sobre os efeitos crônicos dessas partículas no corpo. O impacto a que os moradores das grandes cidades são expostos todos os dias.

Por que o PM2.5 se acumula no ar

No ar urbano, em princípio, existem muitas partículas diferentes: pequenas e grandes, leves e pesadas. Apenas partículas pesadas "caem" no chão ao longo do tempo (lembre-se da neve negra ao lado de alguma planta), e a PM2.5 leve praticamente não se deposita. É mais difícil para as pequenas partículas superar a resistência do meio e "cair" no chão. E para as menores partículas, o movimento browniano também exerce resistência.

Como pode ser visto na tabela, para partículas de PM2,5, a taxa de sedimentação é 15 vezes menor do que para PM10 e é aproximadamente 0,2 mm / s. Este valor é compensado mesmo por um leve fluxo ascendente de ar. E para as chamadas partículas ultrafinas PM0.1 (com um diâmetro de até 0,1 μm), o movimento browniano prevalece completamente sobre a taxa de sedimentação. Portanto, essa menor fração de partículas nunca pode se assentar.

Obviamente, parte da PM2.5 é precipitada, inclusive com chuvas, mas na cidade existem tantas fontes dessas partículas que elas se acumulam constantemente na atmosfera. Se você desligar o vento, "tijolos começarão a cair do ar da cidade " .

Você pode capturar o PM2.5 usando esses filtros HEPA . Portanto, recentemente não se falou menos sobre filtros HEPA do que sobre o próprio PM2.5. Não repetiremos e falaremos sobre filtragem novamente. Vamos explicar melhor o que essas partículas fazem ao nosso corpo.

A influência do PM2.5: duas hipóteses e seis mecanismos

A principal fonte de informação sobre os efeitos do PM2.5 no corpo é um relatório sobre a relação entre poluição do ar e doenças cardiovasculares [2].

As partículas de PM2,5 também são chamadas de fração respirável e respirável. Eles são tão pequenos que passam por barreiras biológicas em nosso corpo: cavidade nasal, trato respiratório superior, brônquios. O PM2.5, juntamente com o ar, entra diretamente nas alvéolos - vesículas, nas quais ocorrem trocas gasosas entre os pulmões e os vasos sanguíneos.

As menores partículas de PM2,5 durante a troca gasosa podem entrar no sangue. Portanto, eles estão associados a doenças não apenas do sistema respiratório, mas também do sistema cardiovascular. Além disso, poluem as próprias partículas e compostos nocivos absorvidos nas menores partículas de fuligem do carvão.

No início dos anos 2000, um cientista chamado Peters mostrou que a exposição às menores partículas causa duas respostas no corpo humano:

Condicionalmente "rápido": após 2 horas
Condicionalmente "lento": após 24 horas

Tentando encontrar uma explicação para isso, Peters apresentou duas hipóteses principais sobre como a PM2,5 e geralmente quaisquer poluentes do ar afetam os sistemas cardiovascular e respiratório.

Hipótese nº 1: sobre a resposta “rápida” Conclusão
: as menores partículas irritam certos receptores nas vias aéreas e desencadeiam um reflexo que altera a freqüência cardíaca e respiratória. O sistema nervoso funciona e a regulação nervosa é sempre caracterizada por uma resposta rápida ao estímulo.

Hipótese nº 2: sobre a resposta "lenta"
A linha inferior: as menores partículas são depositadas nos pulmões, vasos sanguíneos e causam inflamação neles. Em resposta à inflamação no sangue, o número de proteínas especiais de sinalização, citocinas, aumenta. Eles desencadeiam uma cadeia de reações bioquímicas que levam à trombose e, em seguida, a doenças cardíacas, ataques cardíacos, etc. Essa resposta do organismo leva mais tempo que uma reação nervosa.

Para apoiar essas hipóteses com fatos, os pesquisadores seguiram o PM2.5 no corpo e identificaram seis mecanismos básicos dos efeitos nocivos das partículas:

Excitação de receptores pulmonares: frequência respiratória, arritmia cardíaca
Destruição de células epiteliais pulmonares
O desenvolvimento de uma resposta inflamatória
Aumento da coagulação do sangue
Desestabilização da placa aterosclerótica
Espessamento das paredes dos vasos sanguíneos

1. Excitação de receptores pulmonares: frequência respiratória, arritmia cardíaca

Os sinais dos receptores localizados nas paredes do trato respiratório entram no cérebro através das fibras nervosas: no nariz, boca, faringe, laringe, traquéia, brônquios e nos próprios pulmões. Esses receptores respondem a vários estímulos: temperatura, estresse mecânico, alongamento das paredes dos brônquios, etc. E, como se viu, também nas partículas PM2.5.

Uma partícula caiu no receptor - uma pessoa pode tossir, fazer cócegas e queimar no peito. Ao mesmo tempo, os brônquios se estreitam, os suspiros ficam mais curtos, a respiração se torna mais frequente e superficial. Então o corpo tenta inalar menos essa sujeira e se livrar das partículas que conseguiram penetrar no interior. Mas reações óbvias como tosse podem não existir, e uma resposta reflexa será desencadeada.

Além da insuficiência respiratória, pode aparecer arritmia cardíaca. Ainda não está claro como exatamente o PM2.5 afeta o sistema cardiovascular, mas existe uma relação estatisticamente significativa entre eles, isso é um fato. Um exemplo de estudo sobre este tópico: trabalho de 1999 de Wichmann com uma amostra de 4.000 pessoas. Isso mostra que os pacientes com arritmia se tornaram mais de 50% a cada vez após aumentar a concentração de PM2,5 no ar urbano.

2. Destruição de células epiteliais pulmonares

O PM2.5 afeta não apenas os receptores nas paredes do trato respiratório, mas também as próprias células epiteliais pulmonares. E essa influência é especialmente perigosa na região dos alvéolos - vesículas pulmonares emaranhadas em uma rede de capilares.

O diâmetro desses capilares é muito pequeno, inferior a 5 mícrons. Os glóbulos vermelhos literalmente "parafusam" neles. No momento do contato dos eritrócitos com a parede capilar, é obtida uma única membrana de três camadas: a parede dos eritrócitos, a parede capilar e a parede dos alvéolos pulmonares. Esse contato próximo entre as células sanguíneas e o trato respiratório facilita as trocas gasosas: a hemoglobina nos glóbulos vermelhos liga o oxigênio, e o citoplasma libera dióxido de carbono, dissolvido com a participação da anidrase carbônica.

O endoteliócito é uma célula da parede capilar. Surfactante - "lubrificação pulmonar" para facilitar as trocas gasosas.

Essa membrana alvéolo-capilar é a primeira barreira ao ar sujo. Estudos in vitro [3] mostraram que as partículas de PM2,5 destroem essa barreira. Eles retardam o crescimento e a reprodução das células epiteliais pulmonares e até as matam. Se isso acontecer in vitro, pode acontecer no corpo.

Qual é o perigo de violação da membrana alvéolo-capilar? O fato de que a principal função dos pulmões é interrompida é a troca gasosa. E isso pode levar à hipóxia (um pouco de oxigênio) e hipercapnia (muito dióxido de carbono). Escrevemos recentemente sobre hipóxia e hipercapnia .

3. O desenvolvimento de uma resposta inflamatória

Algumas palavras sobre inflamação infecciosa. Quando os micróbios entram no corpo, as células imunológicas secretam proteínas especiais - citocinas. Citocinas espalham um sinal de perigo por todo o corpo. Na medula óssea, células imunes especiais começam a ser produzidas - macrófagos. Este é um desapego dos "siloviks" que podem absorver e "digerir" micróbios. O campo de batalha de macrófagos e micróbios - esse é o foco da inflamação.

A inflamação se desenvolve com uma infecção viral ou bacteriana. Uma pergunta razoável: a imunidade nem consegue reagir ao PM2.5? Mas ele está reagindo. Um estudo em coelhos mostrou uma relação entre PM2,5 e pneumonia. Em coelhos que inalaram ar com um alto conteúdo de PM2,5, observou-se aumento da atividade da medula óssea. E quanto maior a atividade, mais macrófagos nos pulmões.

A inflamação dos pulmões em coelhos é um exemplo. Como você já sabe, o menor PM2.5 pode penetrar na corrente sanguínea e com ela - em qualquer parte do corpo. Portanto, eles podem causar inflamação não apenas nos pulmões, mas também nas paredes dos vasos sanguíneos e em outros órgãos.

Coletando esses dados, uma equipe de pesquisadores liderada por Seaton e Dennekamp (Seaton, Dennekamp) sugeriu: a resposta imune do corpo à PM2.5 é a mesma que a resposta a micróbios patogênicos. E não apenas qualquer inflamação por si só pode levar ao hospital, é também um gatilho para outros dois processos perigosos.

4. Aumento da coagulação do sangue

O primeiro desses processos é a aceleração da coagulação sanguínea. O sangue coagula sob a influência de muitos fatores bioquímicos. Falando sobre PM2.5, fibrinogênio e proteína CRP (proteína C-relacionada) devem ser diferenciados desses fatores. O mecanismo pelo qual o PM2.5 desencadeia a coagulação sanguínea usando fibrinogênio e PCR é conhecido em detalhes.

Em resumo, o mecanismo é o seguinte. Primeiro, os macrófagos capturam partículas. Ao mesmo tempo, eles produzem várias substâncias, incluindo citocinas especiais que estimulam a medula óssea e o fígado. A medula óssea começa a produzir ativamente glóbulos brancos e plaquetas (células envolvidas na coagulação sanguínea). E o fígado começa a secretar fibrinogênio e proteína CRP mais rápidos. Como resultado, o sangue engrossa e o risco de trombose aumenta.

5. Desestabilização de placas ateroscleróticas

O segundo processo após a inflamação é a chamada desestabilização dos depósitos de gordura (lipídios) nas paredes dos vasos sanguíneos. É sobre as mesmas placas ateroscleróticas que são frequentemente comentadas na TV. Quase todo adulto tem essas placas em quantidades variadas. Eles estão localizados na parede interna do vaso e são protegidos por um espessamento fibroso especial, o chamado pneu.

Os macrófagos capturam partículas de PM2.5 e secretam proteínas de citocinas - em resposta a isso, a proteína MCP é liberada das paredes dos vasos. Ele, como controlador de tráfego, direciona novos macrófagos e linfócitos T para o foco da inflamação. E se o foco estiver nos depósitos de gordura, os macrófagos e os linfócitos T "em batalha" podem atacar não apenas o PM2,5, mas também as células do próprio corpo. Como resultado, nesse local as células da parede do vaso morrem, o espessamento fibroso enfraquece e o conteúdo da placa pode sair para o lúmen do vaso.

Coagulabilidade sanguínea aumentada e pedaços de depósitos lipídicos percorrendo os vasos são dois fatores que aumentam significativamente o risco de trombose.

6. Espessamento das paredes dos vasos sanguíneos

E para finalizar completamente o sistema cardiovascular, as partículas de PM2.5 também contraem os vasos sanguíneos. Um estudo com uma amostra enorme (5362 pessoas de 45 a 84 anos) [4] mostrou uma relação estatisticamente significativa entre envenenamento por PM2.5 e espessamento das paredes das artérias.

O mecanismo específico do processo não está descrito no artigo. Talvez essa seja outra manifestação de processos inflamatórios. Seja como for, o espessamento das paredes é outro fator que afeta o lúmen dos vasos sanguíneos e o desenvolvimento da aterosclerose.

Generalização: o que o PM2.5 faz no corpo

Imagine uma situação em que uma pessoa respire ar com uma concentração criticamente alta de partículas (por exemplo, como em Pequim durante a poluição atmosférica intensa). E respirando o dia todo, sem respiradores e sem se esconder no apartamento com um respiro. Como o corpo dele reagirá?

A princípio, o PM2.5 irrita os receptores nas vias aéreas e o sistema nervoso envia um sinal para os pulmões trabalharem com mais frequência. O lúmen dos brônquios se estreita, a pessoa começa a respirar com frequência e superficialmente, superficialmente. A carga no coração aumenta: arritmia, taquicardia. Tudo isso acontece durante as primeiras 2 horas após a inalação, essa é a chamada resposta "rápida" ao PM2.5.

Durante o dia, o corpo pode desenvolver inflamação com uma cascata de reações bioquímicas e fisiológicas. Um aumento no nível de citocinas, espessamento do sangue, separação de placas ateroscleróticas, espessamento dos vasos sanguíneos, trombose. Esta é uma resposta "lenta".

O resultado desse cenário: um risco aumentado de doença cardiovascular (doença cardíaca coronária, infarto do miocárdio, acidente vascular cerebral).

Conclusão

De fato, a situação descrita acima é extremamente rara. Poucas pessoas ficam sentadas na rua por 24 horas quando um nível de perigo vermelho é declarado na cidade devido à poluição atmosférica. É difícil imaginar que uma pessoa saudável em um dia tenha uma doença cardíaca coronária devido ao ar sujo. Nossa generalização é um espantalho sobre a situação ambiental. Mas a realidade moderna está no coração desse espantalho, portanto, não pode ser ignorada.

Em uma cidade grande no ar, sempre existem partículas de PM2,5. Isso é um fato. E nós os inspiramos de qualquer maneira. Isso também é um fato. A questão é qual a dose média diária de PM2,5 que o corpo recebe. Se o ar estiver sujo lá fora, mas em casa nos protegemos com respiradores ou produtos de limpeza, reduzimos a quantidade de partículas inaladas por dia e damos uma pausa ao corpo. Se ele conseguir se livrar de detritos e se recuperar, a probabilidade dos problemas de saúde acima será significativamente menor.

Outra coisa é se todos os dias mais partículas nocivas entram em nós do que conseguem sair. Então eles se acumularão no corpo. Os sintomas do "envenenamento" por PM2.5 serão imperceptíveis: falta de ar alguns passos mais cedo do que o habitual, às vezes doendo no peito, coração batendo mais frequentemente e assim por diante. O corpo se desgasta lentamente do ar sujo, mas não há deterioração acentuada no bem-estar. O efeito negativo não é instantâneo, mas atrasado. Mas isso não é menos sério.

O principal perigo do PM2.5 não é precisamente em saltos agudos na concentração, mas no efeito crônico dessas partículas no corpo.

O habitante médio da cidade inala 200 bilhões de partículas de PM2,5 por dia. Metade deles são depositados nos pulmões. Uma dessas doses será realizada sem consequências sérias. Mas com o tempo, os depósitos de PM2,5 no corpo excederão o nível crítico e, em seguida, tudo poderá se tornar muito pior.

O que fazer A resposta é simples: defender-se do PM2.5.

Em Pequim, faz sentido defender tanto na rua (com máscaras respiratórias) quanto em casa ( ventilação forçada com filtro HEPA) Em Moscou, não faz sentido se preocupar com máscaras - a concentração de PM2.5 no ar da rua não existe. Mas a ventilação de suprimento deve ser cuidada. Na maioria das vezes, passamos em ambientes fechados. E se todo esse tempo você respirar ar com um nível de fundo de PM2,5, uma dose diária média decente de partículas se acumulará. Se você respirar ar puro pelo menos em casa, o corpo terá tempo para se livrar do que entrou na rua.

Só isso. Obrigado por sua atenção e seja saudável!

Fontes:

Partículas PM2.5: o que é, onde e por que todo mundo fala sobre isso