Микрочастицы PM2.5 и PM10: природа возникновения и их влияние на организм человека

С детства мы знакомы с таким понятием как "пыль" - твердые частицы, которые могут долгое время находиться в воздухе, постепенно оседая на предметах и растительности. Если говорить более точно, то пыль - это аэрозоль с твердой грубодисперсной фазой. Вместе с этим, сама по себе пыль, какая бы она ни была (древесная, абразивная и так далее), неоднородна по размеру твердых частиц. В одном и том же образце пыли мы можем найти частицы размерами и 20 микрометров и 50 и 10 и так далее. Мелкие твердые частицы в воздухе или, как их ещё называют взвешенные частицы (particulate matter, PM), — одна из ключевых угроз качеству воздуха и здоровью людей во всём мире. При этом, с точки зрения фармакологии и эпидемиологии наиболее опасными являются две фракции пыли - это фракция PM10 и фракция PM2.5. Число после PM означает максимальный аэродинамический размер частицы в микрометрах. Рассмотрим физические характеристики этих частиц, источники возникновения, а также вред и клинические последствия для здоровья человека.

Как было сказано во введении, число в названии частицы определяет её аэродинамический диаметр.

• PM10 — это частицы с аэродинамическим диаметром 10 микрометров и менее. В эту группу частиц входят грубые фракции (песчинки, пыльца, крупные сажи).
• PM2.5 — это частицы с аэродинамическим диаметром 2.5 микрометра и меньше. Сюда входят тонкая сажа, органические частицы, сульфаты, нитраты, тяжёлые металлы, а также так называемые ультратонкие частицы (UFP).

С точки зрения здоровья человека, аэродинамический диаметр определяет то, как частица отклоняется в воздушном потоке и где она оседает в дыхательных путях. Чем меньше диаметр частицы, тем такая частица обладает большей способностью проникать глубже в лёгкие и при определённых условиях — в кровоток. Таким образом, с точки зрения опасности для здоровья человека, наибольшую опасность несут в себе частицы PM2,5.

Основным источником образования частиц PM10 может быть обычная дорожная пыль. Также, PM10 образуются в результате строительных работ, входят в состав пыльцы и крупной сажи.
Попадая в организм человека, частицы PM10 обычно оседают в носоглотке, глотка или бронхах. Обычно, такое воздействие на организм человека носит рефлекторный характер - мы начинаем чихать, кашлять, происходит раздражение глаз и т.д. Хотя, в ряде случаев, воздействие частиц PM10 может приводить и к более тяжелым последствиям, например, в случае длительного воздействия PM10 на организм человека, может развиваться ХОБЛ (хроническая обструктивная болезнь легких).

В свою очередь, основными источниками образования частиц PM2,5 является сжигание топлива, например, дизельного в результате чего образуются мельчайшие частицы сажи. Так же PM2,5 образуются непосредственно в атмосферном воздухе и являются вторичными загрязняющими веществами. Так, например, оксиды азота в сочетании с аммиаком в атмосфере могут образовывать нитраты, а углеводороды - формировать органические аэрозоли.
В силу своего меньшего размера, частицы PM2,5 более опасны для здоровья человека так как могут попадать не только в бронхиолы и альвеолы, но и непосредственно в кровоток, вызывая тем самым сердечно-сосудистые заболевания, различные воспаления и, по некоторым исследованиям, могут приводить к раку.

Всемирная организация здравоохранения рекомендует следующие предельные уровни содержания PM10 и PM2,5 в атмосферном воздухе:

Как можно видеть, нормативы довольно жесткие и годовой норматив в три раза меньше, чем суточный. Однако, это рекомендуемые ВОЗ показатели и отдельные страны имеют право устанавливать свои более мягкие нормативы, однако, основная цель установления своих нормативов - постепенное приближение к стандартам ВОЗ.

В Российской Федерации нормативы ПДК для частиц PM10 и PM2,5 впервые были установлены в 2010 году и на данный момент они составляют следующие величины:

Как можно видеть по таблице, Российские нормативы качества атмосферного воздуха для PM10 и PM2,5 менее жесткие, чем нормативы, рекомендуемые ВОЗ, но здесь всё не так однозначно, как может показаться на первый взгляд.

Дело в том, что Российская система нормирования качества атмосферного воздуха развивается далеко не с 2010, а намного дольше и до 2010 года (да и после) нормативы ПДК устанавливались по качественному составу пыли и эти нормативы бывают более жесткими, чем нормативы ВОЗ для взвешенных частиц.

Чтобы было понятно о чем идет речь, рассмотрим следующий пример: нам необходимо определить нормативы выбросов для табачной фабрики. При производстве табачных изделий образуется достаточно большое количество пыли с различными размерами частиц. Как мы должны поступить, чтобы определить массы частиц PM10 и PM2,5 в выбросе? Как минимум, мы должны отобрать пробу табачной пыли, привезти её в лабораторию и определить фракционный состав пыли. В результате мы получим что-то наподобие такого: общая масса пыли 10 грамм, частицы PM10 - 5 грамм, частицы PM2,5 - 1 грамм (числа взяты просто для примера). Далее, используя сведения о работе источников загрязнения, мы можем рассчитать массовый выброс (г/с), провести рассеивание выбросов в атмосфере, используя математическую модель и получить значения максимальных концентраций частиц в атмосферном воздухе, которые могут наблюдаться при работе нашей фабрики. Если эти концентрации окажутся ниже или равными ПДК, установленных для PM10 и PM2,5, то всё в порядке - фабрика может крутить сигареты, если же полученные концентрации окажутся выше ПДК, то здесь уже запускаются другие механизмы нормирования выбросов - на фабрике должны быть разработаны мероприятия по сокращению выбросов и так далее. То есть, при нормировании выбросов пыли по частицам PM10 и PM2,5 мы используем не всю массу пыли, а лишь её часть (фракции) - вместо 10 грамм мы берем 5+1 = 6 грамм в расчёт, а остальное не трогаем.

Что касается нормирования пылей по качественному составу, то здесь всё и проще и сложнее одновременно. Проще - потому что мы сразу берем всю массу пыли (10 грамм в примере) и определяем её как конкретное загрязняющее вещество с названием "Пыль выбросов табачных фабрик (с содержанием никотина до 2,7%)/в пересчете на никотин/". То есть нам уже не требуется разбивать пыль по фракциям, затрачивая на это дополнительные силы, время и деньги. Соответственно, и в расчёт рассеивания выбросов будет приниматься вся масса. Сложнее - потому что норматив ПДКс.с для этого вещества установлен на уровне 0,0004 мг/м³ - в 112,5 раз меньше, чем для PM10 и в 37,5 раз меньше, чем для PM2,5, установленных ВОЗ. В результате, достигнуть норматива по пыли табачных фабрик становится на порядок сложнее, чем по взвешенным частицам - мало того, что сам по себе норматив более жесткий, так ещё и масса выбросов будет выше. Видимо это и есть одна из нескольких причин, по которым в Российской Федерации не спешат отказываться от нормирования выбросов пылей по их качественному составу и, при этом, вводят дополнительно нормативы для PM10 и PM2,5

Безусловно, взвешенные частицы PM10 и PM2,5 представляют собой серьезную опасность для жизни и здоровья человека. Способность проникать глубоко в легкие и даже кровоток, делают эти частицы одними из приоритетных при мониторинге загрязнения атмосферного воздуха. Однако, в Российской Федерации, наряду с нормированием пылей по фракционному составу также широко используется нормирование по их качественному составу, что в ряде случаев позволяет достигать положительного экологического эффекта с меньшими затратами так как для различных видов пылей устанавливаются свои нормативы ПДК, которые могут быть значительно ниже (жестче), чем нормативы, установленные ВОЗ для частиц PM10 и PM2,5