Zanieczyszczenia powietrza, wszystkie substancje gazowe, stałe lub ciekłe, znajdujące się w powietrzu w ilościach większych niż ich średnie zawartości. Są to zarówno substancje naturalne (np. pyłki roślin, pyły wulkaniczne), jak też powstające w wyniku działalności człowieka (gazy spalinowe, pyły przemysłowe). Ogólnie zanieczyszczenia powietrza dzieli się na pyłowe i gazowe. Światowa Organizacja Zdrowia (World Health Organization) definiuje powietrze zanieczyszczone jako takie, którego skład chemiczny może ujemnie wpłynąć na zdrowie człowieka, roślin i zwierząt, a także na inne elementy środowiska (wody, gleby). Zanieczyszczenia powietrza są najbardziej niebezpieczne ze wszystkich zanieczyszczeń, gdyż są najbardziej mobilne i mogą skazić na dużych obszarach praktycznie wszystkie elementy środowiska. Najczęściej spotykane zanieczyszczenia powietrza w terenach zurbanizowanych to: tlenki azotu (NOx), dwutlenek siarki (SO2), tlenek węgla (CO), węglowodory (HC), ozon troposferyczny (O3), pył zawieszony i opadający – ich głównymi dostarczycielami są przemysł energetyczny i motoryzacja. Antropogennymi źródłami zanieczyszczeń powietrza są m.in.: chemiczna konwersja paliw, wydobycie i transport surowców, przemysł chemiczny, rafineryjny i metalurgiczny, cementownie, składowiska surowców i odpadów, motoryzacja. Naturalne źródła zanieczyszczeń powietrza to: wybuchy wulkanów, erozja wietrzna skał, pył kosmiczny, niektóre procesy biologiczne, pożary lasów i stepów. Zanieczyszczenia powietrza są wchłaniane przez ludzi głównie w trakcie oddychania. Przyczyniają się do powstawania schorzeń układu oddechowego (dychawica oskrzelowa, rozedma płuc, zapalenie oskrzeli), a także zaburzeń reprodukcji i alergii. W środowisku kulturowym człowieka zanieczyszczenia powietrza powodują korozję metali i materiałów budowlanych. Działają niekorzystnie również na świat roślinny, zaburzając procesy fotosyntezy, transpiracji i oddychania. Wtórnie skażają wody i gleby. W skali globalnej mają wpływ na zmiany klimatyczne.
Astma oskrzelowa
Dychawica oskrzelowa (astma oskrzelowa), powtarzające się napady silnej duszności spowodowanej skurczami drobnych oskrzelików, obrzękiem ich błony śluzowej, wytwarzaniem się w ich świetle lepkiej śluzowej wydzieliny. Oskrzela są tu narządem wstrząsowym (wstrząs). Choroba występuje u osób z wrodzoną skłonnością do alergii. U ok. 50% chorych istnieje uczulenie na określone czynniki alergeny, pochodzenia wewnętrznego lub zewnętrznego. Napady występujące wyłącznie w porze letniej przemawiają za uczuleniem na pyłki kwiatów i pleśnie, w porze zimowej zaś raczej za czynnikami infekcyjnymi. Duszność napadowa jest tu głównym objawem klinicznym, może się ona pojawić o każdej porze dnia. W powstawaniu napadów odgrywają również dużą rolę czynniki psychiczne i warunki klimatyczne. Chory odczuwa brak tchu, przyjmuje pozycję pionową, siada lub zbliża się do okna, wspierając się rękami o parapet lub o uda. Utrudniony jest zwłaszcza wydech, natomiast wdechy są powierzchowne, świszczące, słyszalne na odległość. Klatka piersiowa przyjmuje położenie wdechowe. Pojawia się kaszel, odksztuszanie plwociny, sinica. Zbliżanie się do końca napadu zapowiada odkrztuszanie większej ilości lepkiej i gęstej plwociny. Napad może trwać różny okres czasu. Napady pojawiające się w mieszkaniu lub w miejscu pracy przemawiają za działaniem alergenów typu kurzu domowego, pyłu fabrycznego lub za określonymi związkami chemicznymi. Tak więc chorobę wywołują różne alergeny dostające się do organizmu przez drogi oddechowe, przewód pokarmowy, skórę. Częstym źródłem czynników infekcyjnych są procesy zapalne w zatokach obocznych nosa, migdałkach i tkankach przyzębowych. Długotrwała dychawica oskrzelowa prowadzi do rozedmy płuc, zniekształcenia klatki piersiowej (trwałe ustawienie w pozycji wdechowej tzw. klatka beczkowata), niewydolności krążenia.
Leczenie: napad przerywa wstrzyknięcie podskórne adrenaliny. Wdychanie rozpylonego z inhalatora isoprenaliny, salbutamol, berotec, becotiole. W leczeniu stosuje się leki rozszerzające oskrzela (sympatykomimetyki) np. astmopent), teofilinę, tlen, kortykosterydy (hormony kory nadnerczy). Należy dążyć do wykrycia czynników alergizujących chorego.
Alergia
Alergia, uczulenie, nabyte nieprawidłowe lub nadmiernie nasilone oddziaływanie ustroju na zetknięcie się z czynnikami, które normalnie u osób nie alergicznych nie powodują żadnych niezwykłych reakcji. Określenia bliskoznaczne: nadwrażliwość, idiosynkrazja, nietolerancja. Czynniki takie zwą się alergenami. Są one rodzajem antygenów, mających zdolność uczulania, czyli pobudzania ustroju wrażliwego osobnika do wytwarzania komórek czynnych odpornościowo. Czynnikami alergizującymi mogą być obce dla ustroju białka lub hapteny.
Odczyny alergiczne
Odczyny alergiczne mogą być dwojakiego typu: bezpośredniego lub opóźnionego.
. Typ bezpośredni występuje nagle, po kilku kilkunastu minutach od chwili zetknięcia się ustroju z alergenem.
. Typ opóźniony pojawia się stopniowo w ciągu 1-2 dni od chwili kontaktu z alergenem, np. pochodzącym z chorobotwórczych drobnoustrojów w przebiegu zakażenia. Przykładem tego rodzaju odczynu jest: katar sienny, zwana również katarem siennym, dychawica oskrzelowa (astma oskrzelowa), ostry alergiczny nieżyt jelit, pokrzywka, obrzęk Quinkego, choroba posurowicza. Najbardziej gwałtownym typem odczynu bezpośredniego jest wstrząs anafilaktyczny.
Typy nadwrażliwości
Wyróżnia się cztery typy reakcji nadwrażliwości według podziału Gella i Coombsa: typ I, II, III – alergia wczesna, i typ IV – alergia późna. – Typ I,II,III – alergia wczesna zależna od przeciwciał Typ I: reakcje typu anafilaktycznego zależne od przeciwciał klasy IgE, posiadających zdolność opłaszczania bazofilów i komórek tucznych. Przy ponownym kontakcie z antygenem reakcja IgE-antygen prowadzi do uwolnienia z komórek tucznych i bazofilów histaminy, prostaglandyn i innych mediatorów tkankowych. Postaciami klinicznymi reakcji typu I są: astma oskrzelowa, katar sienny, wstrząs anafilaktyczny. Typ II: reakcje cytotoksyczne związane z przeciwciałami klasy IgM i IgG reagującymi z antygenami albo naturalnie występującymi na powierzchni własnych komórek (autoalergia), albo sztucznie do nich przyłączonymi (np. alergia polekowa). Efektem tych reakcji jest cytoliza komórki, którą najczęściej jest krwinka czerwona), krwinka biała) lub płytki krwi. Typ III: reakcje związane z krążeniem we krwi nadmiernej ilości kompleksów immunologicznych (kompleks antygen-przeciwciało), które, odkładając się w tkankach, aktywują dopełniacz i wyzwalają miejscowo stan zapalny. – Typ IV – alergia późna zależna od limfocytów T (CD4). Typ IV: nadwrażliwość typu późnego reprezentuje odporność komórkowa, w której limfocyty T po ponownym kontakcie z antygenem uwalniają limfokiny odpowiedzialne za powstanie swoistego odczynu zapalnego. Przykładem tej reakcji jest odczyn tuberkulinowy, czy reakcja odrzucenia przeszczepu (przeszczepianie).
Smog
Smog, zanieczyszczone powietrze zawierające duże stężenia pyłów i toksycznych gazów, których źródłem jest głównie motoryzacja i przemysł. Rozróżnia się dwa rodzaje smogu:
1) Smog typu Los Angeles (smog fotochemiczny, utleniający), może wystąpić od lipca do października przy temperaturze 24¸35°C, powoduje ograniczenie widoczności do 0,8¸1,6 km (powietrze ma brązowawe zabarwienie). Głównymi zanieczyszczeniami są: tlenek węgla, tlenki azotu, węglowodory aromatyczne i nienasycone, ozon, pyły przemysłowe. Dla wytworzenia się smogu tego typu konieczne jest silne nasłonecznienie powietrza, natomiast ani dym, ani mgła nie mają większego znaczenia.
2) Smog typu londyńskiego (kwaśny, „siarkawy”), może wystąpić w zimie przy temperaturze -3¸5°C, powoduje ograniczenie widoczności nawet do kilkudziesięciu m. Głównymi zanieczyszczeniami powietrza są: dwutlenek siarki, dwutlenek węgla, pyły. Smog powoduje duszność, łzawienie, zaburzenie pracy układu krążenia, podrażnienie skóry. Wywiera również silne działanie korozyjne na środowisko.
Dziura ozonowa
Dziura ozonowa, spadek zawartości ozonu (O3) na wysokości 15-20 km głównie w obszarze bieguna południowego, obserwowany od końca lat 80. Tempo spadku wynosi ok. 3% na rok. Największe znaczenie mają w tym procesie związki chlorofluorowęglowe (freony), z których uwolniony chlor (pod wpływem promieniowania ultrafioletowego) atakuje cząsteczki ozonu, prowadząc do wyzwolenia tlenu (O2) oraz tlenku chloru (ClO). Tempo globalnego spadku ozonu stratosferycznego pod wpływem działalności człowieka (z wyjątkiem Antarktydy), oszacowane na podstawie badań satelitarnych, wynosi 0,4-0,8% na rok w północnych, umiarkowanych szerokościach geograficznych i mniej niż 0,2% w tropikach. Powłoka ozonowa jest naturalnym filtrem chroniącym organizmy żywe przed szkodliwym promieniowaniem ultrafioletowym. W celu jej ochrony z inicjatywy UNEP (Program Ochrony Środowiska Narodów Zjednoczonych) przedstawiciele 31 państw podpisali w 1987 Protokół Montrealski – umowę zakładającą 50-procentowy spadek produkcji freonów do roku 2000, w stosunku do 1986. Od 1990 obserwowane jest zmniejszenie tempa wzrostu freonów w atmosferze – z 5% rocznie do mniej niż 3%. W 1995 Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii przyznano za badania nad wpływem freonów na ozon atmosferyczny (M. Molina, F.S. Rowland) oraz badania nad powstawaniem i reakcjami ozonu atmosferycznego (P. Crutzen – chemik holenderski).
Freony
Freony, pochodne chlorowcowe węglowodorów nasyconych, zawierające w cząsteczce jednocześnie atomy fluoru i chloru, niekiedy także bromu, np. dichlorodifluorometan CCl2F2 (F-12), dichlorotetrafluoroetan C2C2F4 (F-114). Niższe freony mają dużą prężność pary w niskich temperaturach i duże ciepło parowania, są bezwonne lub mają zapach eteru, pozbawione barwy, nietrujące i niepalne, nie powodują korozji metali, są łatwe do skroplenia, odznaczają się małym napięciem powierzchniowym i lepkością. Niższe freony można otrzymać w reakcji tetrachlorometanu z fluorowodorem. Wyższe freony wykorzystywane są jako smary i oleje izolacyjne.
Gazowe freony były szeroko stosowane w urządzeniach chłodniczych oraz jako propelenty w rozpylaczach kosmetycznych i gaśnicach. Obecnie są wycofywane ze względu na niszczące działanie wywierane przez nie na warstwę ozonową (dziura ozonowa) w stratosferze, gdzie pod wpływem promieniowania UV o długościach fal w zakresie 190-220 nm freony ulegają fotolizie, prowadzącej do uwolnienia atomów chloru, które reagują dalej zgodnie ze schematem: Cl + O3? ClO + O2. ClO + O? Cl +O2. Stężenie freonów w dolnej stratosferze dochodzi do 5 ppb i ma tendencję wzrostową.
Kwaśne deszcze
Kwaśne deszcze, deszcze zawierające zaabsorbowane w kroplach wody dwutlenek siarki, tlenki azotu oraz ich produkty reakcji w atmosferze: rozcieńczone roztwory kwasów siarki, głównie kwasu siarkawego (siarkowego(IV) wg nowej nomenklatury) oraz najbardziej szkodliwego kwasu siarkowego (inaczej siarkowego(VI)) a także kwasu azotowego (inaczej azotowego(V)). Powstają nad obszarami, gdzie atmosfera jest zanieczyszczana długotrwałą emisją dwutlenku siarki i tlenków azotu (ze źródeł naturalnych, jak czynne wulkany, albo sztucznych, jak spaliny z dużych elektrowni i elektrociepłowni zasilanych zasiarczonym – tzn. zawierającym siarkę i jej związki – paliwem, zazwyczaj węglem kamiennym lub brunatnym). Czasami opady (kwaśnego deszczu, a także kwaśnego śniegu) trafiają na obszary bardzo odległe od źródeł zanieczyszczeń atmosfery, dlatego przeciwdziałanie kwaśnym deszczom stanowi problem międzynarodowy. Kwaśne deszcze działają niszcząco na florę i faunę, są przyczyną wielu chorób układu oddechowego, znacznie przyspieszają korozję konstrukcji metalowych (np. elementów budynków, samochodów) oraz zabytków (np. nie odporność wielu gatunków kamieni budowlanych na kwaśne deszcze). Zapobieganie polega na budowaniu instalacji wyłapujących tlenki siarki i azotu ze spalin emitowanych do atmosfery (odsiarczanie gazu) oraz rezygnacji z paliw o znacznym stopniu zasiarczenia.
