Это воздушный загрязнитель, в состав которого входят как твердые микрочастицы, так и мельчайшие капельки жидкостей. И те, и другие размером примерно от 10 нм до 2,5 мкм. Другие обозначения и названия частиц РМ2.5: FSP (fine suspended particles), fine particles, fine particulate matter, мелкодисперсные взвешенные частицы, тонкодисперсная пыль.

Совсем мелкие частицы (порядка 1 нм и меньше) — это уже молекулы газов. Например, диаметр молекулы воды и кислорода — 0,30 нм, азота — 0,32 нм, водорода — 0,25 нм. У таких мелких тел поведение сильно отличается от частиц РМ2.5. О газах мы расскажем в другой раз, ниже речь о твердых микрочастицах.

Почему именно 2.5 мкм? Забегая вперед, скажем: в отличие от более крупных частиц, РМ2.5 легко проникают сквозь биологические барьеры и поэтому представляют наибольшую угрозу для организма.

Все эти частицы и капельки размером меньше 2,5 мкм находятся в воздухе во взвешенном состоянии. Они есть и в лесу, и на море, но именно в городе представляют наибольшую опасность. Во-первых, обычно их в городе намного больше, а во-вторых, химический состав мелкодисперсного аэрозоля в городе опаснее, чем на природе. К слову, в разных городах могут сильно отличаться и состав аэрозоля РМ2.5, и параметры отдельных частиц.

Массовая концентрация РМ2.5 является ключевым параметром для оценки качества воздуха и его угрозы для здоровья человека. 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.

Реальную концентрацию частиц в воздухе оценивают различные службы экомониторинга по всему миру. Крупнейший онлайн-мониторинг воздуха — The World Air Quality Index. Он показывает индекс качества воздуха в городах по всему миру. Индекс этот считается по всем воздушным загрязнителям. И основной из них — именно РМ2.5.



Сервис, кстати, очень хороший. Хотя перевод на русский оставляет желать лучшего 🙂

В современном Китае эту аббревиатуру знает почти каждый житель мегаполиса.



В остальном мире эти частицы тоже «набирают популярность». Это связано с элементарным фактом: частицы РМ2.5 опасны. И опасность эта становится все более и более явной. С 1990 по 2010 год 3,1 млн людей умерли от причин, связанных с частицами РМ2.5. Еще одна цифра: 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. Источник – последний крупный отчет Всемирной организации здравоохранения о загрязнении воздуха и его влиянии на здоровье людей. 

Все привыкли опасаться вредных газов: вдохнешь их — и сразу отравишься. Возможно, это отголоски военных лет и страхов перед боевыми отравляющими веществами, техногенными катастрофами и мрачными картинками людей в противогазах. Но на самом деле частицы не менее опасны. Люди вдыхают их каждый день. На небольшие дозы РМ2.5 нет мгновенной реакции, как на отравляющий газ, но они накапливаются в организме и со временем могут привести к серьезным проблемам.

Именно поэтому в отчете ВОЗ речь не о пиковых скачках РМ2.5 во время промышленных выбросов, а о хроническом воздействии этих частиц на организм. Том воздействии, под которым каждый день находятся жители крупных городов.

В городском воздух в принципе много разных частиц: мелких и крупных, легких и тяжелых. Только тяжелые частицы со временем «падают» на землю (вспомните черный снег рядом с каким-нибудь заводом), а легкие РМ2.5 практически не оседают. Мелким частицам сложнее преодолеть сопротивление среды и «упасть» на землю. А для самых мелких частиц сопротивление оказывает еще и броуновское движение.



Как видно из таблицы, для частиц РМ2.5 скорость оседания в 15 раз ниже, чем для РМ10, и составляет примерно 0,2 мм/с. Такое значение компенсируется даже легким восходящим потоком воздуха. А для так называемых ультрамелкодисперсных частиц РМ0.1 (диаметром до 0,1 мкм) броуновское движение и вовсе преобладает над скоростью оседания. Поэтому эта самая мелкая фракция частиц может вообще никогда не оседать.

Конечно, часть РМ2.5 осаждается, в том числе с дождями, но в городе столько источников этих частиц, что они постоянно накапливаются в атмосфере. Если выключить ветер, из городского воздуха «начнут падать кирпичи».

Основной источник информации о влиянии РМ2.5 на организм — доклад о связи между загрязнением воздуха и сердечно-сосудистыми заболеваниями [2].

Частицы РМ2.5 называют еще респирабельной, вдыхаемой фракцией. Они настолько мелкие, что проходят сквозь биологические барьеры в нашем организме: носовая полость, верхние дыхательные пути, бронхи. РМ2.5 вместе с воздухом попадают напрямую в альвеолы — пузырьки, в которых происходит газообмен между легкими и кровеносными сосудами.

Самые мелкие частицы РМ2.5 при газообмене могут попадать в кровь. Поэтому с ними связаны заболевания не только дыхательной системы, но и сердечно-сосудистой. Причем загрязняют и частицы сами по себе, и вредные соединения, сорбированные на мельчайших частицах угольной сажи.

В начале 2000-х годов ученый по фамилии Питерс (Peters) показал, что воздействие мельчайших частиц вызывает в организме человека два ответа:

• Условно «быстрый»: уже через 2 часа
• Условно «медленный»: через 24 часа

Пытаясь найти объяснение этому, Питерс выдвинул две основные гипотезы о том, как РМ2.5 и вообще любые воздушные загрязнители влияют на сердечно-сосудистую и дыхательную системы.

Гипотеза №1: про «быстрый» ответ
Суть: мельчайшие частицы раздражают определенные рецепторы в воздухоносных путях и запускают рефлекс, меняющий сердечный ритм и интенсивность дыхания. Работает нервная система, а нервная регуляция всегда отличается быстрым ответом на раздражитель.

Гипотеза №2: про «медленный» ответ
Суть: мельчайшие частицы откладываются в легких, сосудах и вызывают в них воспаление. В ответ на воспаление в крови повышается количество специальных сигнальных белков – цитокинов. Они запускают цепь биохимических реакций, которые в конечном счете ведут к тромбозу, а потом и к ишемической болезни сердца, инфаркту и т.д. Такой ответ организма занимает больше времени, чем нервная реакция.

Чтобы подкрепить эти гипотезы фактами, исследователи проследили за РМ2.5 в организме и выявили шесть основных механизмов вредного воздействия частиц:

1. Возбуждение легочных рецепторов: учащение дыхания, сердечная аритмия
2. Разрушение клеток легочного эпителия
3. Развитие воспалительного ответа
4. Увеличение свертываемости крови
5. Дестабилизация атеросклеротических бляшек
6. Утолщение стенок сосудов

На самом деле описанная выше ситуация случается крайне редко. Мало кто будет сидеть 24 часа на улице, когда в городе из-за смога объявлен красный уровень опасности. Сложно представить, что здоровый человек за одни сутки заболеет ишемической болезнью сердца из-за грязного воздуха. Наше обобщение — скорее пугалка об экологической обстановке. Но в основе этой пугалки современные реалии, поэтому игнорировать ее нельзя.

В крупном городе в воздухе всегда есть частицы РМ2.5. Это факт. И мы в любом случае вдыхаем их. Это тоже факт. Вопрос в том, какую среднесуточную дозу РМ2.5 получает организм. Если на улице воздух грязный, но дома мы защищаемся бризерами или очистителями, то мы снижаем количество частиц, вдыхаемых за день, даем организму передышку. Если он успевает очиститься от мусора и восстановиться, вероятность перечисленных выше проблем со здоровьем будет существенно меньше.

Другое дело, если изо дня в день в нас попадает больше вредных частиц, чем успевает выйти. Тогда они будут накапливаться в организме. Симптомы «отравления» РМ2.5 будут проявляться незаметно: запыхался на несколько ступенек раньше, чем обычно, иногда ноет в груди, сердце колотится чаще и так далее. Организм потихоньку изнашивается от грязного воздуха, но резкого ухудшения самочувствия нет. Негативный эффект не мгновенный, а отложенный. Но от этого не менее серьезный.

Основная опасность РМ2.5 заключается как раз не в резких скачках концентрации, а в хроническом влиянии этих частиц на организм.

В день среднестатистический городской житель вдыхает 200 миллиардов частиц РМ2.5. Половина из них откладывается в легких. Одна такая доза обойдется без серьезных последствий. Но со временем отложения РМ2.5 в организме перевалят за критический уровень, и тогда все может стать намного хуже.

Источники:

1. Health effects of particulate matter
2. Cardiovascular Disease and Air Pollution
3. Cell cycle alterations induced by urban PM2.5 in bronchial epithelial cells: characterization of the process and possible mechanisms involved
4. Fine Particulate Air Pollution and the Progression of Carotid Intima-Medial Thickness