CURS 3

IGIENA AERULUIConf. Dr. Daniela Curşeu

Obiective educaţionale: Generale - la sfârşitul capitolului studentul va fi în măsură:- Să aprecieze calitatea aerului în relaţie cu sănătatea populaţiei.- Să evalueze condiţiile de expunere şi a riscurile asupra sănătăţii umane. - Să comunice riscurile şi măsurile de prevenire şi control a poluării aerului.Specifice - la sfârşitul cursului studentul va fi în măsură:- Să definească aerul ambiental şi să explice noţiunea de poluare a aerului atmosferic- Să identifice sursele de poluare a aerului atmosferic şi poluanţii caracteristici acestora - Să asocieze poluanţii din aer categoriei corespunzătoare- Să enumere şi să explice factorii care condiţionează poluarea şi autopurificarea aerului- Să explice comportarea poluanţilor la nivelul aparatului respirator şi mecanismele de

apărare existente la acest nivel- Să identifice grupurile populaţionale la risc şi să facă recomandările care se impun în

timpul vârfurilor de poluare atmosferică.

Atmosfera: noţiuni de bază

Structura atmosfereiÎn funcţie de compoziţia moleculară a aerului sau variaţia temperaturii, atmosfera

poate fi subîmpărţită în diferite regiuni. Împărţirea cea mai des utilizată este făcută în funcţie de variaţiile temperaturii atmosferei care se observă pe altitudine. Această descriere ne va permite o mai bună înţelegere a mecanismelor care intervin în dispersia contaminanţilor atmosferici.

Stratul atmosferic cel mai apropiat de pământ se numeşte troposfera. În general se observă o scădere a temperaturii cu 6,5-10oC pentru fiecare kilometru altitudine, în funcţe de gradul de saturare sau nesaturare al aerului în vapori de apă. Acestă descreştere a temperaturii este cauzată de scăderii presiunii atmosferice şi favorizează formarea curenţior de aer ascendenţi. La limita superioară a troposferei, temperatura încetează să mai scadă, aceasta

1

fiind tropopauza. Înălţimea medie a tropopauzei este de circa 12 kilometri. Partea inferioară a troposferei influenţează cel mai mult asupra omului şi prezintă o mare fluctuaţie a proprietăţilor fizice, influenţând vremea şi clima. Este porţiunea în care sunt emişi, dispersaţi, unde reacţionează şi sunt transportaţi contaminanţii atmosferici.

Stratosfera se întinde de la tropopauză până la circa 50 kilometri deasupra nivelului mării. Aerul de aici este deosebit de rarefiat. După ce rămâne constantă pentru câţiva zeci de kilometri, temperatura creşte progresiv până la limita sa superioară, stratopauza.

Stratosfera îşi datorează existenţa stratului de ozon care absoarbe radiaţiile ultraviolete ale soarelui, ceea ce permite stratosferei să se încălzească până la stratopauză. La această altitudine, de circa 50 kilometri, rarefierea aerului şi abundenţa relativă a compuşilor care distrug ozonul nu mai permite încălzirea atmosferei. Stratul de ozon stratosferic se găseşte între 20 şi 40 km şi asigură protecţia vieţuitoarelor de pe Pământ împotriva radiaţiilor ultraviolete.

Mezosfera se întinde de la stratopauză până la mezopauză (80 km). Descreşterea temperaturii se produce din cauza presiunii scăzute.

De la 80 de kilometri în sus, temperatura atmosferei creşte din nou din cauza absorbţiei de către oxigenul molecular a unei părţi din radiaţiile ultraviolete. Având o temperatură crescută (termosfera), i se mai spune şi ionosferă din cauza ionizării foarte puternice. Exosfera, învelişul cel mai îndepărtat, depăşeşte 600 km şi practic nu are limite.

Compoziţia aerului

Calitatea aerului ambiental, adică a aerului la care sunt expuse persoanele, plantele, animalele şi bunurile materiale, în spaţii deschise din afara perimetrului uzinal, reprezintă o cerinţă esenţială pentru starea de sănătate a populaţiei şi pentru ecosisteme.

Aerul care se găseşte în atmosferă este alcătuit în procente de volum de circa 78 % azot, 21 % oxigen şi 1% din alte gaze. Tabelul următor prezintă proporţia în care se găsesc diferitele gaze care alcătuiesc aerul uscat.

Compoziţia „primară” a aerului uscatElementul Procentul mediu

N2 (azot) 78,08 %O2 (oxigen) 20,94 %Ar (argon) 0,93 %CO2 (dioxid de carbon) 0,03 %Ne (neon) 0,0018 %He (heliu) 0,0005 %Kr (kripton) 0,0001 %H2 (hidrogen) 0,00005 %Xe (xenon) urmeO3 (ozon) urme

Cantitatea de vapori de apă care se găsesc în aerul ambiental este diferită în regiunile aride faţă de regiunile calde şi umede de pe glob. Vaporii de apă joacă un rol important în formarea norilor, a precipitaţiilor, în bilanţul termic al Terei şi în reacţiile chimice care au loc în aer. Compoziţia aerului nu pare să se fi schimbat mult în ultimele 20 milioane de ani. Totuşi, într-o societate puternic industrializată, concentraţiile anumitor constituienţi naturali ai aerului pot fi mult modificate. Astfel, unele substanţe străine, chiar toxice, pot fi incluse astăzi în compoziţia chimică obişnuită a aerului ambiental.

2

Compoziţia chimică “naturală” a aerului atmosferic

Elementul Procentul mediu Timp mediude remanenţă

N2 (azot) 78 106 aniO2 (oxigen) 21 103 aniAr (argon) 0,9 –Vapori de apă 0 – 3 8 – 10 zileCO2 (dioxid de carbon) 0,035 50 – 200 aniCH4 (metan) 0,00017 7 – 10 aniH2 (hidrogen) 0,00006 –N2O (oxid nitric) 0,000033 130 aniCO (monoxid de carbon) 4 – 2010-6 0,4 aniO3 (ozon) - troposferic - stratosferic

10-6 – 10-5

10-5 – 510-5

săptămâni – luniluni

NH3 (amoniac) 10-8 – 10-6 3 zileSO2 (dioxid de sulf) 10-7 – 510-5 3 zileNOX (oxizi de azot) 10-8 – 510-5 3 zileCFCS (freoni) 10-7 50 – 150 aniPAN (peroxiacetilnitraţi) 10-7 – 510-6 –COV (compuşi organici volatili) 10-5 – 10-4 sub o oră

Aerul ambiental conţine în egală măsură aerosoli care se compun din particule lichide sau solide în suspensie. Aceste particule pot fi viabile precum polenul, bacteriile, ciupercile, sporii, insectele, sau neviabile, precum nisipul fin şi alte pulberi de pe sol, pulberile vulcanice, particulele generate sub acţiunea radiaţiilor, a căldurii şi a umidităţii. Principalele componente rămân însă azotul, oxigenul şi dioxidul de carbon.

Azotul, gazul cu cel mai mare procentaj în cadrul compoziţiei aerului, are rolul de a dilua oxigenul folosit în respiraţie, concentraţia sa ramânând aceeaşi în aerul inspirat şi în cel expirat. La o presiune atmosferică normală, azotul nu are nici o acţiune nefavorabilă asupra organismului. În condiţiile expunerii la presiune atmosferică crescută (scafandrii) azotul se dizolvă în umorile şi lipidele organismului până la saturare, caz în care apare narcoza hiperbară sau beţia adâncurilor, datorită acţiunii narcotice a azotului. La revenirea la presiune atmosferică normală se produce decompresiunea, iar azotul dizolvat trece înapoi în stare de gaz. Dacă decompresiunea se produce lent, gazul se deplasează de la ţesuturi în sânge fiind apoi eliminat în aerul alveolar, fără consecinţe negative asupra organismului. În caz de decompresiune bruscă (revenirea bruscă a scafandrilor la suprafaţă, sau ascensiunea rapidă a avioanelor nepresurizate la altitudine de peste 5000 de metri) azotul gazos degajat rapid este responsabil de apariţia emboliei gazoase.

Concentraţiile oxigenului şi ale dioxidului de carbon sunt mult diferite în aerul expirat faţă de cel inspirat (oxigenul scade de la 21% ajungând până la 16%, iar dioxidul de carbon creşte de la 0,03-0,04% până la 3-4%). În plus, aerul expirat este saturat în vapori de apă şi are temperatura apropiată de cea a corpului. Cu toate acestea, concentraţia celor două gaze în aer rămâne relativ constantă ca rezultat al echilibrului dintre producţia de oxigen şi consumul de dioxid de carbon în procesul de asimilare clorofiliană.

Poluarea aerului atmosferic

3

Se consideră poluare introducerea de către om în mediul înconjurător a unor substanţe sau energii cu efecte dăunătoare, de natură să pună în pericol sănătatea omului, să prejudicieze resursele biologice, ecosistemele şi proprietatea materială, să diminueze binefacerile mediului şi să împiedice utilizarea legitimă a lui.

După natura agentului poluant putem deosebi trei tipuri de poluare:chimică – cea mai vastă, diversă şi mai bine studiată;fizică – reprezentată de temuta contaminare radioactivă şi de zgomotul care ne

agasează tot mai mult;biologică – cu importanţă mai ales în contextul poluării spaţiilor închise.

Noţiunile care vor fi tratate în continuare în acest capitol sunt legate de poluarea chimică a aerului atmosferic.

Prin poluarea atmosferică se înţelege „prezenţa în aer a unei substanţe străine sau variaţia importantă a proporţiilor dintre constituienţii săi, capabilă, în funcţie de concentraţie sau timp de acţiune, să provoace un efect nociv asupra sănătăţii, să creeze un prejudiciu mediului sau un disconfort”.

Poluarea aerului nu înseamnă deci numai impurificare prin introducerea în atmosferă a unor compuşi de natură chimică sau biologică ci şi modificarea compoziţiei prin variaţii procentuale importante ale principalelor gaze componente (de exemplu creşterea concentraţiei de CO2).

Sursele de poluare a aerului

Poluarea aerului nu este un fenomen nou. Primele procese de poluare a aerului au avut loc fără intervenţia omului şi au constat în antrenarea de către vânt a pulberilor erodate de pe sol, a gazelor rezultate din procesele biologice petrecute în sol, a emanaţiilor vulcanice.

Adevărata poluare a aerului este realizată însă prin activitatea omului, care se diversifică continuu, la fel ca şi poluanţii rezultaţi.

Sursele naturale de poluare a aerului sunt cele mai vechi, acţionează în teritorii limitate, au frecvent un caracter tranzitoriu sau episodic şi numai în mod excepţional au efecte redutabile asupra sănătăţii omului.

Principalele surse naturale de poluare a aerului sunt reprezentate de:- erupţiile vulcanice care eliberează în doar câteva zile în atmosferă tone de gaze,

pulberi şi vapori ce formează nori groşi care pot pluti până la mari distanţe, timpul de remanenţă putând ajunge chiar la 1-2 ani. Se presupune că aceste pulberi au influenţă şi asupra bilanţului termic al atmosferei.

- eroziunea eoliană a solului, fenomen întâlnit în special în zone aride, cu vegetaţie redusă, unde vânturile puternice ridică în atmosferă cantităţi importante de praf pe care îl transportă la mari distanţe. Cercetări recente, din satelit, au arătat că eroziunea eoliană numai pe continentul African ajunge la 100-400 milioane tone praf/an. Furtuni de praf se produc şi în alte zone ale globului. În mai 1934, numai într-o singură zi, un vânt deosebit de violent a produs un intens proces de eroziune eoliană pe teritoriul Statelor Unite, norii grei întunecând Washington-ul şi New-York-ul.

- descompunerea substanţelor organice din care rezultă cantităţi mari de CO2, NH3, CH4, H2S, mercaptan, putând produce accidente mortale, explozii, incendii atunci când se acumulează în locuri declive;

- vegetaţia şi animalele prin:

4

o eliberarea unor alergeni (spori, polen, fungi, pene, puf, păr, etc.) contribuie la creşterea numărului de boli alergice şi întreţin disconfortul respirator la bolnavii cu astm alergic ;

o cataboliţii eliminaţi de organismele vii;o volatilizarea compuşilor organici cum sunt terpenele din compoziţia uleiurilor de

răşinoase;- incendiile spontane ale pădurilor, mai frecvente în anotimpul secetos şi în pădurile de

conifere, produc importante cantităţi de fum, cenuşă, CO, hidrocarburi;

Sursele artificiale (antropogene) de poluare a aerului reprezintă categoria cea mai importantă pentru sănătatea omului şi echilibrul ecologic. Ponderea lor a crescut paralel cu dezvoltarea tehnologică, iar emisiile de poluanţi s-au modificat neîncetat de-alungul timpului. Sursele artificiale de poluare a aerului pot fi împărţite în două mari categorii:- surse staţionare (fixe) şi- surse mobile.

Poluarea produsă de sursele fixe este percepută ca un fenomen local cauzat de:- procesele de combustie - care au ca scop obţinerea energiei termice şi electrice

necesară industriei şi pentru încălzirea locuinţelor sau incinerarea deşeurilor solide; - industriile care elimină „în puncte” poluanţi specifici producţiei. Ramurile industriale

cele mai poluante sunt considerate siderurgia, industria chimică şi cea petrolieră.Sursele mobile sunt reprezentate de arderea combustibilior (benzină sau motorină) în

mijloacele de transport (rutier, feroviar, naval, aerian). Statisticile arată că în ultimele decenii sectorul transporturilor, mai ales traficul rutier, a cunoscut o dezvoltare explozivă. În prezent autovehiculele sunt responsabile de 45-47% din poluarea aerului centrelor urbane aglomerate, poluare care este foarte nocivă deoarece poluanţii sunt eliberaţi direct la nivelul zonei de respiraţie.

La acestea se adaugă autopoluarea produsă prin fumatul tutunului, care pentru populaţia din zone fără surse importante de poluare depăşeşte importanţa poluării atmosferice prin alte surse.

Categorii de poluanţi

Fiecărei sure de poluare îi este caracteristică o anume categorie de poluanţi.1. Poluanţii rezultaţi din producerea energiei termice sunt diferiţi în funcţie de

combustibilul utilizat. Din arderea unui combustibil ideal ar rezulta numai bioxid de carbon, apă şi energie. În practică, principalii combustibili utilizaţi sunt combustibilii fosili: petrolul, cărbunele şi gazele naturale.

Fumul rezultat din arderea cărbunilor conţine cantităţi mai mari de suspensii (cenuşă, funingine, oxizii unor metale, resturi de cărbune nears) amestecate cu gaze (alături de oxizi de carbon apar cantităţi importante de oxizi de sulf, dar şi aldehide, hidrocarburi, oxizi de azot etc.). Ajunşi în contact cu umiditatea din aerul ambiental aceşti poluanţi generează smogul reducător (smogul de iarnă, sau smogul Londonez) în urma formării acidului sulfuric ca poluant secundar.

Din arderea combustibililor lichizi (petrolul şi derivatele sale) rezultă suspensii fine sub formă de funingine în cantităţi mai mici şi gaze ca oxizi de carbon, oxizi de azot, hidrocarburi, oxizi de sulf etc. Sub influenţa radiaţiei solare şi a oxigenului din aerul atmosferic, hidrocarburile aromatice policiclice şi oxizii de azot formează substanţe cu înalt potenţial oxidant (peroxiacetilnitraţi, ozon) care alcătuiesc smogul fotochimic oxidant (smogul de vară, smogul de Los Angeles).

5

Gazul metan se apropie cel mai mult de caracteristicile unui gaz ideal, din arderea sa rezultând cantităţi foarte mici de oxizi de azot, CO, aldehide, acizi organici, hidrocarburi aromatice, funingine.

Incinerarea deşeurilor produce cantităţi importante de oxizi de carbon, gaze rău mirositoare dar şi emisii semnificative de metale şi metaloizi toxici, hidrocarburi aromatice policiclice, Poluanti Organici Persistenti (POP) (substanţe chimice care persistă în mediul înconjurător, se bioacumuleaza în organismele vii şi prezintă riscul de a cauza efecte adeverse asupra sănătăţii umane şi mediului) cum sunt: policlorobifenilii (PCB), hexaclorobenzenul, dioxinele şi furanii.

2. Poluanţii caracteristici surselor mobile sunt în principal cei rezultaţi din arderea combustibililor lichizi. Poluarea cauzată de cele două categorii de motoare (cu aprindere electrică, care folosesc benzina şi cu aprindere prin compresie, care folosesc motorina) prezintă câteva diferenţe importante.

Motoarele cu aprindere electrică poluează aerul cu vapori de benzină prin evaporarea benzinei din carburator şi rezervor, precum şi cu CO (4-11%), oxizi de azot 0,06%, hidrocarburi nearse 0,5%, aerosoli de teraetil de plumb (70-80% în cazul benzinei cu plumb, 0,4% pentru benzina aditivată), impurităţi solide reduse etc. din gazele de eşapament. Alături de cele aproximativ 1000 de substanţe distincte care se pot găsi în gazele de esapament, în marile metropole ale lumii în zilele însorite se formează o seamă de poluanţi secundari (ozon, peroxiacetil nitrati etc.) care intră în alcătuirea smogului fotochimic oxidant.

Motoarele Diesel sunt apreciate ca fiind mai puţin poluante decât cele care folosesc benzina în ceea ce privesc emisiile de hidrocarburi (0,02%) şi monoxid de carbon (0,1%) care sunt mai reduse, iar datorită temperaturii mai scăzute de aprindere concentraţia oxizilor de azot rezultaţi este mai mică (0,04%). Marele dezavantaj al motoarelor Diesel constă în emisiile crescute de particule în suspensie (mai mari când motorul funcţionează la turaţii mari) şi de dioxid de sulf (responsabil de apariţia smogului de iarnă). În plus, motoarele Diesel sunt mai zgomotoase.

Mijloacele de transport aeriene au influenţă indirectă asupra omului prin vaporii de apă şi bioxid de carbon care pot avea efecte asupra balanţei termice şi transparenţei atmosferei (formarea norilor cirus), iar vaporii de apă şi oxizii de azot eliberaţi de avioanele care zboară la mare înălţime pun în pericol pentru ozonul stratosferic.

3. Procesele industriale elimină în aer, alături emisiile generate de producerea energiei termice necesară, o mare varietate de poluanţi specifici fiecărui tip de proces tehnologic. De exemplu:- industria siderurgică elimină în aer oxizi metalici de fier, mangan, arsen, etc;- industria metalurgică neferoasă emană metale grele (Pb, Cu, Cd, Hg, Zn), dar şi F,

acid fluorhidric şi fluoruri în cazul industriei aluminiului;- industria chimică şi farmaceutică emană o mare varietate de gaze şi vapori (dioxid de

sulf, hidrogen sulfurat, acid sulfuric, clor, acid clorhidric, amoniac, mercaptani, hidrocarburi, aldehide, cetone, fenoli, etc.);

- industria materialelor de construcţii elimină îndeosebi pulberi, praf de azbest, oxid şi carbonat de calciu, etc.

- chiar şi industria alimentară produce disconfort prin gazele rău mirositoare rezultate din descompunerea substanţelor organice.

6

Clasificarea elementelor poluante din aer

Datorită marii varietăţi, poluanţilor din aer sunt clasificaţi după mai multe criterii:

1. După mecanismul de formare:- poluanţi primari – cei care sunt emişi direct în atmosferă de la nivelul diferitelor surse

identificate sau identificabile (cum ar fi: oxizii de sulf, oxizii de azot, monoxidul de carbon, pulberi, metale grele, etc.);- poluanţi secundari – cei care se formează în atmosferă în urma reacţiilor care se

produc sub influenţa radiaţiei solare între diverşi poluanţi primari sau între aceştia şi constituenţii normali ai aerului atmosferic (cum ar fi: ozonul, acidul sulfuric, etc.).

2. După starea de agregare poluanţii din aer pot fi sub formă de:- gaze şi vapori – formează un amestec molecular cu constituenţii naturali ai aerului. Pătrund în organism prin inhalare urmată de absorbţie la nivelul membranei alveolo-capilare şi numai secundar prin absorbţie cutanată sau digestivă, absorbţia fiind condiţionată de lipo sau hidro solubilitatea lor. Capacitatea organismului de a se apăra faţă de aceşti poluanţi atmosferici este redusă, ei putând acţiona toxic fie la nivelul porţii de intrare (de exemplu acţiunea iritantă pe care o prezintă oxizii de sulf şi de azot, ozonul, amoniacul, clorul etc.), fie după absorbţia lor în organism (de exemplu acţiunea asfixiantă a monoxidului de carbon, a cianurilor sau a hidrogenului sulfurat).- Particule materiale în suspensie – sunt sisteme aerodispersate solide (praf, pulberi) sau lichide (aerosoli, ceaţă) cu dimensiuni cuprinse între 100 µm (la dimensiuni mai mari sistemul este extrem de instabil şi suspensiile se depun foarte repede) şi 0,001 µm (la dimensiuni mai mici ajungem la nivelul dimensiunilor moleculare, respectiv al dispersiei gazoase). Cum vom vedea în continuare, faţă de aceşti poluanţi aparatul respirator prezintă un sistem de apărare eficient, atât la nivelul căilor respiratorii superioare cât şi al celor inferioare. Stabilitatea particulelor în aer, dar şi comportarea lor nivelul aparatului respirator este diferită, în funcţie de diametrul lor. Astfel, în functie de dimensiune, particulele pot fi:

o Particulele mai mari de 10 µm sunt mai puțin îngrijorătoare pentru sănătate deoarece sunt reţinute la nivelul mucoasei nazo-faringiene (nerespirabile) și prezintă o stabilitate scăzută în aer întrucât sedimenteaza cu o viteza uniform accelerata, dar în cantitate foarte crescută produc disconfort;

o Particulele mai mici de 10 µm (cunoscute sub numele de PM10) sedimentează doar în condiții de calm atmosferic și sunt mai periculoase pentru sănătate, întrucât trec prin nas și gât, iar odată ce au fost inhalate, pot cauza efecte grave asupra sănătății. Aceste particule pot fi grupate în trei fracțiuni:

particule grosiere, între 10 şi 2,5µm, care nu pătrund mai departe de căile respiratorii extrapulmonare (bronhii), unde sunt reţinute în proporţie crescută (fracțiunea toracică);

particule fine sub 2,5µm (PM2,5) sunt cele mai agresive deoarece pătrund adânc în căile respiratorii intrapulmonare (bronhiolele terminale) ajungând la nivel alveolar, zona schimburilor de gaze;

particule ultrafine (PM1) se comportă la fel ca gazele și practic nu sedimentează pătrunzând rapid la nivel alveolar (particule respirabile) de unde sunt eliminate în timpul expirației, dar o parte rămân în alveole și trec în sistemul circulator.

Astfel, cu cât diametrul particulelor este mai mic,stabilitatea lor în aer este mai mare, iar efectele asupra sănătății sunt mai grave.

7

3. După efectele produse asupra sănătăţii poluanţii din aer se împart în:- poluanţi iritanţi – care pot produce fenomene de inflamaţie aseptică la nivelul

mucoasei căilor respiratorii sau suprasolicită mecanismele de clearance pulmonar (exemple: pulberile în suspensie, oxizii de sulf şi de azot, ozonul, etc.);

- poluanţi toxici sistemici – care îşi exercită acţiunea la nivelul diferitelor aparate şi sisteme, după absorbţia lor în organism, producând efecte specifice substanţei în cauză (metalele grele: plumb, cadmiu, mercur)

- poluanţi asfixianţi – al căror efect predominant este reprezentat de hipoxia sau anoxia tisulară cauzată prin blocarea transportului de oxigen la ţesuturi prin formarea unor compuşi specifici cu hemoglobina (cum este cazul monoxidului de carbon), prin împiedicarea utilizării tisulare a oxigenului (cum sunt cianurile) sau prin blocarea centrului respirator (datorită hidrogenului sulfurat care produce paralizia sistemului nervos central);

- poluanţi fibrozanţi – care determină un răspuns nespecific la nivelul ţesutului pulmonar, fibroza (pulberile pneumoconiogene se află pe primul loc);

- poluanţi alergeni – care determină efecte de hipersensibilitate. Ei pot fi naturali – de origine vegetală sau animală (polen, mucegaiuri, fibre textile, peri, fulgi, praful de casă) sau artificiali (formaldehida, crom, nichel, etc.);

- poluanţi genotoxici (mutageni) şi teratogeni – care determină modificări ale materialului genetic şi perturbă dezvoltarea produsului de concepţie;

- poluanţi infectanţi – praful bacterian.

FACTORI CARE CONDIŢIONEAZĂ POLUAREA ŞI AUTOPURIFICAREA AERULUI

Ajunşi în atmosferă, poluanţii sunt dispersaţi, amestecaţi, recombinaţi după scheme complexe, astfel încât concentraţia lor scade în timp. Factorii care concură la acest proces de autopurificare a aerului depind de natura agentului poluant, dar şi de condiţiile meteorologice, topografice şi urbanistice.

Natura agentului poluant determină unele procese fizice şi chimice care se petrec în atmosferă.

Dimensiunea particulelor în suspensie este definitorie pentru stabilitatea lor în aer, cele grosiere sedimentând rapid. În cazul gazelor şi al vaporilor scăderea concentraţiei se produce în timp datorită difuziei moleculelor de poluanţi printer moleculele de aer.

Reacţiile chimice din atmosferă pot avea ca rezultat limitarea efectului poluant prin reducerea concentraţiei poluanţilor în aer. Alteori însă rezultă agravarea fenomenului din cauză că produşii secundari rezultaţi pot fit mai toxici pentru organism decât poluanţii primari din care provin.

Formarea ozonului troposferic1 reprezintă la ora actuală unul dintre fenomenele cele mai îngrijorătoare. Ea are la bază o seamă de procese fotochimice care pornesc de la unii poluanţi primari între care oxizi de azot şi de carbon, molecule de hidrocarburi, compuşi organici volatili. Aceştia servesc ca punct de plecare pentru unele reacţii chimice în lanţ declanşate sub acţiunea radiaţiei solare (razelor ultraviolete). Rezultă o seamă de poluanţi secundari, ozonul având un rol hotărâtor în formarea smogului fotochimic oxidant (denumit şi smog de vară), alături de peroxiacetil nitraţi, monoxid de carbon şi compuşi halogenaţi. Fenomenul a fost descris pentru prima dată în 1944 la Los Angeles, dar poate să apară în orice centru urban cu circulaţie rutieră intensă în condiţii de însorire puternică.

1 Ozonul troposferic este agresiv, spre deosebire de cel stratosferic care protejează vieţuitoarele de pe Terra împotriva acţiunii radiaţiilor UV solare.

8

Sunt foarte bine cunoscute azi condiţiile meteorologice care împiedică dispersia poluanților, provocând apariţia unor concentraţii crescute la locul de emisie.

Scăderea temperaturii aerului pe măsura creşterii altitudinii favorizează formarea curenţilor ascendenţi care antrenează poluanţii pe verticală, îndepărtându-i de sol. În cursul nopţilor senine, în zonele depresionare apare fenomenul de inversie termică, din cauză că aerul din vecinătatea solului se răceşte mai repede comparativ cu cel din straturile mai înalte. Acest fenomen natural este favorizat şi de emisiile de aer cald la nivelul coşurilor înalte ale fabricilor şi locuinţelor. Stratul de aer cald se opune difuziei poluanţilor atmosferici.

O bună circulaţie a maselor de aer pe orizontală favorizează dispersia moleculelor, în timp ce calmul atmosferic agravează poluarea prin împiedicarea difuziei. Acest efect de „autocurăţare” acordat vânturilor dominante trebuie totodată să fie atent analizat deoarece unii poluanţi sunt foarte rezistenţi şi se pot deplasa la distanţe foarte mari.

Precipitaţiile „spală atmosfera” grăbind antrenarea particulelor sedimentabile pe sol. Umiditatea crescută (ceaţa) este un factor meteoro-climatic care favorizează

acumularea poluanţilor. Oxizii de sulf şi de azot sunt transformaţi în acizii corespunzători (smogul londonez sau de iarnă) fiind depuşi pe sol sub formă de ploaie sau zăpadă acidă.

Dispersia poluanţilor atmosferici emişi în zone industriale

Unele particularităţi topografice naturale (geografice) şi artificiale (urbanistice) pot de asemenea să influenţeze dinamica proceselor de poluare şi de autopurificare a aerului dintr-un anumit teritoriu.

Relieful plat favorizează mişcarea aerului pe orizontală şi dispersia poluanţilor, în timp ce depresiunile şi văile adânci sunt zone în care poluanţii se acumulează din cauză că favorizează apariţia calmului atmosferic, a inversiei termice şi a ceţii.

Suprafeţele de apă au efecte favorabile autocurăţirii aerului prin reţinerea impurităţilor sedimentate şi dizolvarea unor poluanţi gazoşi, dar şi prin influenţarea regimului eolian care favorizează dispersia poluanţilor.

Vegetaţia (pădurile, spaţiile verzi, chiar şi iarba) acţionează ca adevărate filtre naturale care reţin pulberile, fixează unele gaze (bioxidul de carbon) şi diminuează zgomotul. Astfel ele constitue zone tampon între sursele de poluare şi zonele protejate (cartiere rezidenţiale, baze sportive, zone de agrement, instituţii socio-culturale).

Sistematizarea centrelor populate poate ajuta autopurificarea atunci când zona industrială este amplasată corect în raport cu zonele protejate ţinându-se seama de direcţia vânturilor dominante, iar în jurul surselor de poluare sunt respectate zonele de protecţie sanitară, străzile sunt largi, bine ventilate şi corect întreţinute, sunt create spaţii verzi şi oglinzi de apă intravilane etc.

In concluzie, inversia termică, calmul atmosferic, ceaţa şi localizarea depresionară favorizează acumularea acestor poluanţi şi atingerea nivelelor critice de poluare!

9

400 10 300 11 200 12 100 13 0 14

Altitudine (metri) T(oC)

Fenomen de difuzie normal

400 8 300 7 200 100 0 10

Altitudine (metri) T(oC)

Fenomen de inversie termică

COMPORTAREA POLUANŢILOR ATMOSFERICI LA NIVELUL APARATULUI

RESPIRATOR ŞI MIJLOACELE DE APĂRARE EXISTENTE LA ACEST NIVEL

Fiecare om adult are nevoie în fiecare zi de circa 15 m3 de aer, ceea ce înseamnă

aproape 20 kg, faţă de 2 kg de apă şi 1 kg de alimente. În plus, spre deosebire de alimente sau

de apă, respiraţia nu poate fi întreruptă până la revenirea la normal a calităţii aerului, această

expunere fiind „obligatorie” pentru supravieţuire. Beneficiind de actul reflex al respiraţiei,

diferiţii poluanţi atmosferici au găsit fiecare propriul mijloc de a pătrunde până la cele mai

profunde organe ale corpului. Pentru a studia acest aspect trebuie să începem cu o mai bună

cunoaştere a mecanismelor de apărare existente la nivelul aparatului respirator și a felului în

care se comportă diferiți poluanți atmosferici după ce au pătruns în organism.

Aparatul respirator poate fi împărţit în trei părţi principale: nazo-faringele,

segmentul traheo-bronşic şi segmentul pulmonar.

Nazofaringele cuprinde cavitatea nazală şi faringele. Cavitatea nazală constitue prima

linie de apărare a sistemului respirator împotriva contaminanţilor din aer. Imediat la nivelul

narinelor se află vestibulul nazal care este prevăzut cu perișori, iar mai profund cornetele

nazale tapetată de o mucoasă care produce mucus. Persoanele care respiră direct pe gură

inhalează deci mai mulţi poluanţi decât cele care utilizează eficient respiraţia de tip nazal.

Segmentul traheo-bronşic cuprinde traheea şi arborele bronşic până la nivelul

bronşiolelor terminale. Acest segment este protejat de aparatul muco-ciliar alcătuit din celule

„ciliate” şi celule caliciforme producătoare de mucus. Printr-o mişcare ondulatorie, cilii

celulelor epiteliale transportă pelicula de mucus, şi odată cu ea particulele străine înglobate,

până la faringe de unde sunt înghiţite în permanenţă. Poluanţii şi virozele respiratorii

afectează eficienţa acestui sistem de apărare. Astfel, fumul de tutun reduce numărul celulelor

ciliate şi modifică compoziţia mucusului fie în mod direct, fie prin alterarea celulelor

caliciforme.

Între celulele ciliate pătrund fibre nervoase foarte fine asupra cărora poluanţii exercită

o acţiune iritantă. Reflex, muşchii bronşiilor se contractă, secreţia de mucus se accentuează şi

se declanşează tusea.

Segmentul pulmonar constituie suprafaţa funcţională a sistemului respirator. Acesta

este locul unde se efectuează schimburile de oxigen şi bioxid de carbon dintre aer şi sânge. El

se compune din bronşiolele respirarorii, canalele alveolare, sacii alveolari şi alveole. În

alveole, minusculii saci cu aer de la capătul acestui arbore respirator, macrofagele sunt cele

10

care se ocupă de „curăţenie”. Aceste celule fagocitează şi distrug bacteriile şi resturile

celulare, după care migrează spre bronşiole de unde sunt evacuate cu ajutorul celulelor ciliate.

Macrofagele previn astfel lezarea ţesutului pulmonar şi reduc pătrunderea particulele străine

prin peretele alveolar. Când aceste posibilităţi de apărare sunt depăşite apare inflamaţia locală

care determină alterarea zonei de contact dintre alveole şi circuitul sanguin.

Particulele în suspensie:

Fracţiunea particulelor reţinute la nivelul aparatului respirator depinde de diametrul

lor, volumul şi frecvenţa respiratorie etc. Particulele cu diametru mai mare de 10 µm sunt

considerate nerespirabile deoarece sunt reţinute la nivelul segmentului nazo-faringian prin

proiecţie (impact), apoi sunt eliminate sau înghiţite odată cu mucozităţile. Particulele între 2,5

şi 10 µm sunt eliminate cu ajutorul aparatului muco-ciliar de la nivelul segmentului traheo-

bronşic, în timp ce cele mai mici de 2,5 microni pot pătrunde până în alveolele pulmonare.

Timpul de retenţie a particulelor materiale variază bineînţeles în funcţie de mărime,

formă, locul lor de depozitare, caracteristicile chimice, solubilitate, dar depinde în egală

măsură şi de eficienţa mecanismelor de eliminare. Frecvenţa şi nivelul expunerilor, toxicitatea

proprie a poluanţilor, prezenţa concomitentă a infecţiilor virale sau tabagismul (activ sau

pasiv) constitue factori de agravare.

Eliminarea particulelor străine de la nivelul aparatului respirator cuprinde două

faze: una rapidă, se realizează prin intermediul activităţii ciliare (în câteva ore, de la nivelul

nazofaringelui, sau câteva săptămâni, de la nivelul segmentului traheo-bronşic), alta mult mai

îndelungată (de mai multe luni, chiar mai mulţi ani) de la nivel alveolar. În jur de 20-30%

dintre particulele mai mici de 2,5 microni care se depozitează în profunzimea plămânului pot

migra în sânge.

Poluanţii gazoşi:

Gazele inhalate nu sunt reţinute prin mecanismele prezentate anterior, pătrunderea lor

în arborele respirator depinzând numai de solubilitatea acestora. Gazele cu solubilitate foarte

crescută, cum sunt de exemplu oxizii de sulf, sunt absorbite în secreţiile apoase ce acoperă

nazo-faringele, astfel că acestea nu vor trece mai departe ci îşi vor exercita puterea iritantă la

acest nivel. Aceste gaze pot însă să ajungă în porţiunea profundă a plămânului atunci când

sunt adsorbite de pulberi fine. Gazele puţin solubile, cum este ozonul, acţionează direct la

nivelul alveolelor pulmonare.

11

Grupuri populaţionale la risc

Eficienţa mecanismelor de apărare variază de la un individ la altul. Vârsta, sexul,

modul de viaţă, obiceiurile alimentare, etc. sunt tot atâţia factori care influenţează

sensibilitatea fiecăruia. În epidemiologie se vorbeşte adesea de grupuri la risc sau de populaţii

sensibile. Acestea cuprind persoanele susceptibile de a reacţiona mai rapid sau într-o

manieră mai intensă la efectele nedorite ale poluanţilor. Marea majoritate a persoanelor nu

resimt nimic anormal la nivelele de poluare atmosferică prezente de obicei în marile oraşe,

dar, pentru acelaşi nivel de poluare, unii indivizi pot constata alterarea stării lor de sănătate,

fie pentru că au o constituţie mai fragilă, fie pentru că sunt expuşi şi la alţi factori de risc.

Rezultatele studiilor experimentale şi epidemiologice au permis identificarea câtorva

asemenea grupuri particulare: copiii mici, persoanele care suferă de afecţiuni cronice

respiratorii (astmatici, cei cu bronşită cronică etc.) sau cardiovasculare, persoanele vârstnice

şi, într-o oarecare măsură, sportivii.

Căile respiratorii ale copiilor mici sunt mai fragile decât cele ale adulţilor întrucât ele

se află încă în plin proces de dezvoltare. De la naştere până la vârsta de trei ani, numărul

alveolelor pulmonare ajung de la 25 milioane la câteva sute de milioane. Comparativ cu

adultul, proporţia particulelor fine care ajung la nivelul alveolelor este de trei ori mai mare la

copii şi aproape de opt ori în cazul nou-născuţilor deoarece la aceştia arborele respirator nu

este atât de ramificat. Bronşiile sugarilor sunt încă mici, iar musculatura din peretele lor, care

să le permită să expectoreze poluanţii, este redusă. În schimb, ele sunt bogate în glande

bronşice, ceea ce face ca, atunci când sunt agresate, aceste glande să producă secreţii în exces

care provoacă cu uşurinţă obstruarea totală. Pe de altă parte, din cauza frecvenţei respiratorii

crescute, copiii inhalează poluanţi mai mult decât adulţii, pentru acelaşi nivel de expunere.

Astmul bronşic este o altă cauză de fragilitate în faţa poluanţilor atmosferici. Boala

astmatică se caracterizează printr-o stare inflamatorie a căilor respiratorii, o mare reactivitate

a musculaturii bronşice care se contractă în caz de expunere la un agent sensibilizant (cel care

provoacă criza respiratorie) şi o augmentare a secreţiilor bronşice. Această inflamaţie şi

leziunile celulare care rezultă, antrenează o creştere a permeabilităţii celulelor faţă de

poluanţii atmosferici. Datorită acestui fapt, persoanele astmatice pot prezenta simptomele

iritaţiei bronşice (tuse, jenă respiratorie, etc.) sau declanşarea unei crize de astm la niveluri de

expunere relativ scăzute.

Persoanele care suferă de boli respiratorii cronice precum bronşita cronică, prezintă

leziuni la nivelul căilor respiratorii care le fac de asemenea sensibile la agresiunile

poluanţilor. Orice fenomen inflamator la nivelul bronşiilor şi al bronşiolelor compromite

12

ventilaţia şi schimburile gazoase. Aceasta poate conduce la o insuficienţă respiratorie acută

care, cel mai adesea, necesită spitalizare. Aceste persoane sunt de obicei vârstnice, prezentând

deci o posibilitate de apărare imunologică scăzută. Poluarea atmosferică constituie astfel un

factor suplimentar de risc care le fac şi mai sensibile faţă de infecţiile virale sau bacteriene.

Cu toate că mecanismele de acţiune a poluanţilor sunt încă insuficient cunoscute,

persoanele care suferă de boli cardio-vasculare (angină pectorală, infarcte, etc.) constituie în

egală măsură un grup de populaţie cu sensibilitate particulară la acţiunea poluării atmosferice.

La concentraţiile actuale de oxid de carbon din aer, tulburările cardiace pot să se manifeste la

aceste persoane fragile. Pe de alta parte, fenomenele inflamatorii induse de anumiţi poluanţi

atmosferici cum sunt pulberile, ar putea să crească vâscozitatea sângelui şi să antreneze

modificarea frecvenţei cardiace, crescând astfel riscul de infarct.

Activitatea sportivă amplifică rata ventilatorie, în proporţii variabile, în funcţie de

intensitatea efortului. În cursul unui antrenament, ventilaţia poate trece de la 12 – 15 litri pe

minut la 100 litri pe minut! Pentru acelaşi nivel de expunere, doza de poluanţi inhalată devine,

deci, mult mai mare. Acest proces este deosebit de important în special pentru poluanţii

insolubili în secreţiile bronşice, cum este ozonul. La sportivi, care se află, în principiu, în bună

stare de sănătate, un efort realizat în cursul unui vârf de poluare atmosferică, nu reprezintă în

sine un pericol major, însă performanţele pot fi mult diminuate, iar sportivii pot simţi o jenă

respiratorie sau o durere toracică în cursul inspiraţiilor profunde. Astfel, smogul „fotochimic”,

bogat în ozon, a ridicat probleme serioase sportivilor cu ocazia jocurilor Olimpice de la Los

Angeles.

Concentraţiile maxim admise pentru poluanţii atmosferici trebuie stabilite astfel ca

întreaga populaţie să fie protejată, iar în timpul vârfurilor de poluare atmosferică, se vor face

câteva recomandări care ţin seama de această fragilitate particulară a anumitor grupuri

populaţionale: să nu facă sport în aer liber în această perioadă, să nu frecventeze locurile unde

se fumează, să evite utilizarea solvenţilor şi a altor substanţe toxice, cardiacii, astmaticii şi

bronşiticii trebuie să respecte cu stricteţe tratamentul medical prescris şi să consulte medicul

în caz de apariţie a unor simptome neobişnuite sau de persistenţă a suferinţei în ciuda urmării

stricte a tratamentului.

13