Наиболее чувствительные к загрязнителям органы тела и эффекты, вызываемые действием загрязнителей

До сих пор мы рассматривали лишь респираторные заболевания, но загрязняющие воздух вещества влияют на самые различные органы тела:

Кожа при обычных уровнях загрязнения относительно не восприимчева. Возможно, это связано с тем, что кожа большей частью закрыта одеждой.

Глаза чувствительны к некоторым загрязняющим веществам, но такие раздражающие вещества обычно вымываются за счет выделения слез. Ряд веществ может вызвать развитие конъюктивита. Волосы имеют большую площадь для абсорбции загрязняющих веществ и, как правило, открыты. Но если не считать проблемы изменения цвета красок для волос и необходимости для горожан более часто мыть голову, каких либо вредных эффектов для волос не отмечено.

Как мы уже отметили, загрязняющие вещества влияют на различные органы дыхательной системы. Эти органы наиболее чувствительны к воздействию. Чувствительная зона простирается от слизистой оболочки до собственно легких. Дыхательная система в целом делится на верхние дыхательные пути (носовая полость, глотка, трахея) и нижние (бронхи легкие). Носовая полость и трахея выстланы слизистой оболочкой, густо покрытой тонкими волосками - ресничками. Эти волоски колеблются и тем самым перемещают покрывающий их слой жидкой слизи. Водорастворимые газы, такие, как диоксид серы, могут растворяться в этой слизи, так что при малых концентрациях (примерно 0,1 млн-1) до 50% его может поглощаться слизистой оболочкой. При высоких концентрациях может поглощаться до 95%. Часть этой слизи, особенно из области трахеи, попадает в пищеварительный канал. В расположенных ниже легких бронхиальные пути разветвляются, становятся все уже и заканчиваются альвеолами. Легкое состоит примерно из 700 млн. альвеол, и, несмотря на малый размер отдельной альвеолы, общая площадь легкого, способная к газообмену, превышает 100 м2. Газы через стенки альвеол поступают в кровь. По-другому ведут себя частички пыли. Определяющим фактором в том, на какую часть дыхательной системы будут влиять частицы, является их размер. Лишь самые мелкие из них могут проникать в легкие. Часть вещества частиц может растворяться и таким образом проникать в кровь.

Получив представление об общем влиянии загрязнения воздуха, мы можем теперь более детально рассмотреть различные типы загрязняющих веществ.

Влияние оксида углерода

Оксид углерода - высокотоксичное вещество. Он вступает в реакцию с гемоглобином крови, образуя карбоксигемоглобин (COнв). К настоящему времени обычное содержание карбоксигемоглобина у жителей крупных городов составляет : у некурящих 1,2 - 1,9%, а у курящих в два раза больше. Содержание карбоксигемоглобина в крови, не зависящее от вешних источников, составляет 0,4%.

Следует отметить, что гемоглобин имеет сродство к оксиду углерода в среднем в 2-10 раз выше, чем к кислороду :

(CO)нв / (O2)нв = М (Pсо/Ро2)                               (1.6)

где М - константа для крови человека,  равная 200-250;

Р - парциальное давление в крови ;

(СО)нв - содержание СО в крови ;

(O2)нв - содержание  О2 в крови.

Схема образования и выгорания оксида углерода при горении углеводородов выглядит следующим образом

CH3 + O 6 HCHO + H;                  (1.7)

HCHO + M 6 CHO + H;                  (1.8)

CHO +   M 6 CO + H2O;                (1.9)

CO + O2 6 CO2 + O.                   (1.10)

Последняя реакция идет медленно, поэтому в двигателях внутреннего сгорания, где время горения составляет миллисекунды, концентрация оксида углерода в выхлопных газах достигает нескольких процентов ( в 20-100 раз выше, чем в выбросах тепловых электростанций ).

Влияние, оказываемое диоксидом серы

Токсикология диоксида серы может поначалу вызвать удивление, поскольку этот газ не очень токсичен. Лабораторные животные в течение достаточно долгого времени нормально существуют при концентрациях 25 млн-1 SO2. Для воздуха рабочей зоны устанавливается предел в 5 млн-1. И все же в классических случаях загрязнения воздуха смертность отмечается уже при концентрациях порядка 1 млн-1. Это вызвано тем, что, хотя в изолированном состоянии диоксид серы не очень токсичен, в городской атмосфере он присутствует в сочетании с большим количеством других следовых веществ, которые усиливают его токсическое действие. В тех случаях, когда токсичность двух веществ в присутствии друг друга усиливается, говорят об эффекте синергизма. Для диоксида серы наиболее яркий синергический эффект дает его сочетание с дымом. Можно выделить целый ряд причин возникновения такого синергизма:

а) поглощение диоксида серы частицами, зачастую содержащими металлы-катализаторы, и окисление диоксида на поверхности частиц до более токсичной серной кислоты;

б) проникновение частиц с адсорбированными соединениями серы в глубину легких и их оседание там (время пребывания таких частиц в легких может исчисляться месяцами);

в) снижение эффективности действия волосков на слизистой оболочке, которые захватывают частицы из потока воздуха в респираторной системе; таким образом, эффективность фильтрации воздуха при высоких концентрациях частиц может упасть.

Можно выделить следующие виды воздействия диоксида серы на здоровье:

0,3 - 0,5 млн-1 - повышенная чувствительность адаптированных к темноте глаз;

1 млн-1 - пониженное выделение слизи на слизистой оболочке;

2 млн-1 - изменения в образовании антител;

10 млн-1 - изменение свойств эпителия в дыхательной системе;

100 млн-1 - увеличение на 50% сопротивления нижних дыхательных путей движению воздуха.

Если диоксид серы превращается в капельки серной кислоты диаметром 0,3 мкм, сопротивление току воздуха при дыхании может отмечаться при концентрациях в тысячу раз более низких. Это показывает, что капельки серной кислоты значительно сильнее влияют на здоровье. Сопротивление воздуха при дыхании ( RL) определяется следующим образом:

RL = ( Pm - Ppl ) / V                                            (1.11)

где PL  -       давление воздуха в ротовой полости;

Ppl - давление во внутриплевральной области;

V   - объем легких.

Диоксид серы раздражает глаза дыхательные пути, вызывает спазм бронхов и увеличение сопротивления дыхательных путей. При воздействии SO2 в виде аэрозоля, образующегося при туманах и повышенной влажности воздуха раздражающий эффект сильнее. Влажная поверхность слизистых поглощает сернистый газ затем последовательно образуются сернистая и серная кислоты. Общее действие заключается в нарушении углеводного и белкового обмена; угнетении окислительных процессов в головном мозге, печени, селезенке, мышцах; снижении содержания витаминов В1,С и т. д. Раздражает кроветворные органы. Вызывает изменения в эндокринных органах, костной ткани; нарушает генеративную функцию. Токсичность резко возрастает при одновременном воздействии SO2 и СО.

Существует прямая зависимость частоты острых респираторных заболеваний и хронических неспецифических заболеваний легких у взрослых и детей от степени загрязнения атмосферного воздуха сернистым газом. У детей, проживающих в районах с загрязнением атмосферы сернистым газом концентрацией 0,01 мкг/л, была вдвое увеличина частота поражений дыхательных путей с гипертрофией миндалин. Отмечались замедление физического развития, увеличение уровня метаглобина и гаммаглобулина в крови.

Воздействие диоксида азота

Действие оксидов  азота на организм человека зависит от кон-

центрации газа. При содержании в воздухе 0,2 - 0,8 мкг/л диоксида азота наблюдается небольшое раздражение во рту и зеве; при концентрации 1,4 мкг/л начинает изменяться световая чувствительность глаз, отмечается раздражение глаз и носа; при 9,5 мкг/л уменьшение диффузии СО2 в легких. Вдыхание в течение 5 минут при концентрации 0,51 - 0,76 мг/л вызывает бронхопневмонию ; 0,95 мг/л - отек легких в течение 5 минут. При более высоких концентрациях наблюдаются тяжелые отравления, вплоть до смертельных.

Паталогоанатомические изменения при отравлении  человека

- отек слизистых оболочек дыхательных путей, отек легких, кровоизлияния и разрыв альвеол. Длительное воздействие диоксида азота при концентрациях 1-5 мкг/л приводит к хроническим воспалительным заболеваниям слизистых оболочек верхних дыхательных путей, хроническим бронхитам, разрушаются зубы. Наблюдаются раздражение всего пищеварительного тракта, расстройства обмена веществ, мышечная и сердечная слабость, нервные расстройства, пониженное кровяное давление. В крови - повышенное содержание гемоглобина, снижение содержания белка. Свертывание крови ускорено. За счет последующего образования HNO2 и HNO3 в крови могут накапливаться нитриты.

Воздействие озона и оксидантов

Токсичность озона, по всей видимости, изменяется с температурой: при повышении температуры от 24 до 32о С наблюдалось трехкратное увеличение чувствительности к озону. Это важный фактор, поскольку озон возникает при фотохимическом смоге, который в свою очередь связан с летней солнечной погодой. При умеренных температурах можно выделить следующие эффекты воздействия озона:

0,1 млн-1 - сухость в горле, раздражение дыхательных путей отек слизистой дыхательных путей и понижение устойчивости к бактериям;

0,3 млн-1 - нарушения дыхания и спазмы грудной клетки.

Эффекты, вызываемые пылью

Мы уже рассматривали синергизм пыли и диоксида серы.  Атмос-

ферные аэрозоли также могут оказывать болезнетворное воздействие

на человека,  поскольку металлосодержащие и органические частицы

обладают канцерогенными свойствами.  Лишь самые  мелкие  частицы

проникают в глубь легких и именно эти частицы в наибольшей степени обогащены летучими токсичными элементами, такими, как таллий и свинец. Некоторые из частиц в автомобильных выхлопах будут иметь высокое содержание свинца из-за использования его соединений в качестве присадок к бензину. Оседание этих содержащих свинец частиц в легких может привести к высоким уровням его концентраций в крови.

Другие частицы могут состоять из большого числа органических веществ. Наиболее изучены из них полициклические органические вещества, поскольку они, как правило, обладают канцерогенными свойствами. Среди таких веществ часто исследуется бенз(а)пирен, который встречается в относительно высоких концентрациях. На протяжении последних 50 лет отмечается снижение концентраций бенз(а)пирена в воздухе городов, что связано с уменьшением вклада индивидуального печного отопления. Именно такие источники дают особо высокие уровни концентраций полициклических ароматических углеводородов из-за относительно низких температур в процессе горения дров. Некоторый рост концентраций может ожидаться в тех районах, где растет использование дровяных печей и каминов. Их растущая популярность вызывает определенную озабоченность с точки зрения возможного риска для здоровья.

Периодически возникают такие ситуации, которые вызывают появление в воздухе алкилированных токсичных элементов.

Согласно оценкам Агенства по охране окружающей среды, экономические потери от смертности и заболеваний в связи с загрязнением атмосферы в США ежегодно составляют 6 млрд. долларов.