Vpliv delcev na zdravje

Najpomembnejši javnozdravstveni problem v razvitih državah na področju okolja in zdravja je vpliv onesnaženega zraka na zdravje. V praksi je nemogoče doseči takšno kakovost zraka, ki bi stalno ustrezala predpisanim vrednostim. Vzroke onesnaženja zraka, glavni je nedvomno promet, je praktično nemogoče odstraniti.

Onesnaženemu zraku, dejavniku tveganja za nastanek bolezni, je stalno ali občasno izpostavljen vsak prebivalec velikih mest Evrope. V Evropi je cca 90% mestnega prebivalstva izpostavljenega prekomernim vrednostim prašnih delcev, NO2, O3 in benzena (1). Ocenjuje se, da v Evropi od 40.000 – 130.000 ljudi na leto umre za posledicami izpostavljenosti onesnaženemu zraku, katerega vzrok je promet. V Franciji, Švici in Avstriji so ugotovili, da lahko 6% vseh smrti na leto pripišejo izpostavljenosti onesnaženemu zraku, kar je dvakrat več kot število žrtev prometnih nesreč. Ocene o številu umrlih in obolelih za posledicami izpostavljenosti onesnaženemu zraku so podcenjene saj temeljijo na rezultatih študij, v katerih so preučevali le kratkotrajne učinke onesnaženja. Številke so še večje (1). Onesnažen zrak še nadalje ogroža zdravje Evropejcev ne glede na že sprejete strožje emisijske standarde, boljši sistem spremljanja kakovosti zraka in zmanjšanju onesnaženja zraka z nekaterimi klasični onesnaževalci.

Prašni delci manjši od 10 µm – PM10 – reaktivni plini – (ozon) – poškodbe tkiva V zadnjem desetletju se večina raziskav, v katerih se ukvarjajo s problematiko zraka in zdravja, usmerja v iskanje povezave med izpostavljenostjo prebivalcem prašnim delcem manjšim od 10 µm (PM10) in v zadnjih letih predvsem delcem manjšim od 2.5 µm (PM2.5), ki prodrejo globoko v pljuča –pljučne mešičke. O nastanku in sestavi delcev navajamo samo nekaj dejstev, saj je poglobljeno znanje o tem predmet drugih strok.

Glavni vir delcev je promet oziroma uporaba fosilnih goriv, med drugimi tudi premoga. Sestava delcev: v veliki večini delcev je glavna komponenta ogljik, na tega pa se lahko vežejo številne primesi; kovine (železo, baker) – poškodujejo dedni material, povzročijo vnetje, organska topila – poškodujejo dedni material, rakotvorne , reaktivni plini – (ozon) – poškodbe tkiva (2).

Mehanizem delovanja

Rezultati bazičnih raziskav in mehanizem delovanja;

Osnovni mehanizem delovanja delcev  PM₁₀ in PM_2.5 je oksidativni stres, ki povzroči lokalno in sistemsko vnetje (3).

Poleg oksidativnega stresa nekateri menijo, da poteka vnetna reakcija preko C- reaktivnih vlaken in izločanja histamina.

Delci delujejo na celoten organizem preko sistemskega delovanja citokinov, ki nastanejo pri vnetni reakciji na mestu vstopa delcev v pljuča. Povzročijo spremembe koagulabilnosti krvi, motnje v hemostazi in vplivajo na avtonomni živčni sistem. Spremembe lahko vodijo v možganski ali srčni infarkt (4).

Mehanizem delovanja, shematski prikaz;

Delci povzročajo naslednje spremembe na celičnem nivoju, ki vodijo v okvaro tkiva in povzročijo številne patološke – bolezenske spremembe:

1. Lokalno vnetje

Na mestu vstopa v telo – pljučih nastanejo naslednje funkcionalne patofiziološke reakcije in patomorfološke spremembe;

I.Makrofagi in neutrofilci odstranijo delce, ki se kopičijo na sluznici, delci povzročijo – aktivacijo celic. Poveča se sinteza vnetnih mediatorjev – citokinov in kemokinov.

Posledica je aktivacija in migracija celic vnetja (neutrofilcev) iz krvi v dihala. Zaradi sproščanja vnetnih mediatorjev pride do poškodbe celic sluznice in drugih celic (npr makrofagov).

Posledica je poškodba sluznice dihal – pljuč in poškodba obrambnih celic, s tem je porušen obrambni mehanizem pljuč, kar vodi v večjo verjetnost vnetja dihal – pljučnic. (5)

II.Prašni delci povzročijo sintezo nevrotransmiterjev v dihalnih živčnih celicah -nevrogeno vnetje. Prizadete so vse celice (bele krvne celice, epitelijske, celice gladkih mišic).

Posledica je obsežna lokalna vnetna reakcija.

V primeru že obstoječe bolezni dihal (npr KOPB) se ta poslabša, pride do superponirane bakterijske vnetne reakcije, ki osnovno bolezen poslabša.

Mediatorji vnetja, ki se sproščajo pri vnetni reakciji (citokini in kemokini) potujejo po telesu in imajo sistemske učinke. V jetrih povzročijo sproščanje in tvorbo fibrinogena, kar veča vizkoznost krvi in koagulabilnost krvi, poveča se število trombocitov, vrednost C reaktivnega protein in endotelina. Slednji viša krvni tlak.  To lahko vodi v nastanek krvnih strdkov, motnje ritma in srčni infarkt (6, 7).

2. Potovanje delcev po telesu

Del delcev potuje v različna tkiva in povzročajo vnetja. Pri tem se sproščajo mediatorji vnetja (citokini, kemokini), ki imajo sistemske učinke (dodatno sproščanje fibrinogena iz jeter, poveča se vizkoznost krvi in koagulabilnost krvi, poveča se število trombocitov C reaktivni protein in endotelin). Slednji viša krvni tlak.  To lahko vodi v nastanek krvnih strdkov, motnje ritma in srčni infarkt (6).

3. Delovanje na vagusni živec

Delci dražijo živec vagus, ki ima vpliv na srčni utrip in dihanje, kar lahko povzroči motnje ritma in posledično srčni infarkt.

Povzetek mehanizma delovanja

Delci na mestu vstopa v telo (v pljučih) povzročajo oksidativni stres, ki vodi v vnetje. Ta povzroča  poslabšanje obstoječih bolezni dihal (npr. KOPB) in ob dolgotrajnem delovanju kronično vnetno reakcijo, ki povzroči zmanjšanje pljučne funkcije.

Preko mediatorjev vnetja delci povzročajo povečane koncentracije koagulacijskih faktorjev, nastanek krvnih strdkov, kar lahko vodi v nastanek možganskega in srčnega infakta.

Delci delujejo na srce s tem, da povzročajo motnje ritma, večajo odzivnost srca na kateholamine, vplivajo na repolarizacijo srčne mišice in večajo ishemijo miokarda.

Delci delujejo na žilni sistem, povzročajo in pospešujejo nastanek ateroskleroze preko mehanizma oksidativnega stresa. Povzročajo vazokonstrikcijo in povečan krvni tlak.

Zdi se, da je osnovni mehanizem delovanja nastanek oksidativnega stresa (8).

Velikost delcev in vplivi na zdravje

Sposobnost delcev, da povzročijo oksidativni stres in vnetno reakcijo (nastanek citokinov, maščobno peroksidacijo) je odvisna od velikosti delcev. Delci manjši od 2,5 µm so bolj toksični.

Manjši delci v večji meri povzročajo nastanek vnetnih reakcij v ostalih delih telesa. Poizkusi na živalih kažejo, da manjši delci ne povzročajo pomembnih vnetnih reakcij na vstopu v pljučih, ampak delujejo predvsem sistemsko (sistemsko vnetje, povečane koncentracije fibrinogena, nevtrofilija).

Vzrok za to je lažji prehod delcev skozi pljučno bariero in lažje potovanje delcev po telesu. Majhni delci lahko vstopajo že preko nazofarinksa in olfaktornega živca v možgane (4).

Če delci vsebujejo težke kovine je njihova toksičnost še večja. V eni od raziskav so dokazali, da prisotnost cinka v delcih poveča moč vnetja, stopnjo nekroze in preobčutljivosti pljuč (4).

Glavni zaključki epidemioloških študij

Kratkotrajne študije

Umrljivost odraslih in otrok

Učinke kratkotrajne izpostavljenosti PM₁₀ in PM_2.5 so v nedavno opravljenih študijah povezovali s povečano umrljivostjo otrok (9) odraslih (10) in povečano incidenco srčnega infarkta, še posebej pri ogroženih skupinah prebivalcev (diabetiki, bolniki s KOPB) (11).

Zadnje študije kažejo, da kratkotrajna izpostavljenost PM₁₀ in PM_2.5 povzroča aktivacijo- povečano koagulabilnost trombocitov in tvorbo vnetnih parametrov, ki večajo verjetnost nastanka strdkov in srčnega infarkta pri bolnikih s koronarno srčno boleznijo (12).

Zaključek o umrljivosti odraslih in otrok

Epidemiološke študije kažejo na povezavo med kratkotrajno izpostavljenostjo PM 2,5 in 10 ter povečano stopnjo umrljivosti predvsem bolnikov z obstoječe pljučno ali srčno – žilno boleznijo. (8).

Dolgotrajne študije

Umrljivost in obolevnost odraslih za boleznimi dihal, srca in ožilja

Umrljivost

Umrljivost in obolevnost odraslih za boleznimi dihal, srca in ožilja je pogosto opazovana v epidemioloških študijah.

V študiji opravljeni na Norveškem so ugotovili povečano stopnjo umrljivosti pri ljudeh, ki so dolgo živeli v mestih, kjer so koncentracije delcev najvišje. Povezava je bila še posebej močna pri ljudeh z obstoječimi obolenji dihal (KOPB). Predvsem so ogroženi starejši in bolniki z obstoječimi boleznimi dihal. Dolgotrajna izpostavljenost nizkim koncentracijam PM 10 povzroča povečano stopnjo umrljivosti (13).

Vpliv onesnaženega zraka z delci so preučevali v študiji opravljeni v Dublinu. V študiji so proučevali umrljivost v sedem letnem obdobju pred in sedemletnem obdobju po prepovedi uporabe premoga kot goriva v mestu. Ugotovili so, da se je koncentracija zraka po prepovedi uporabe izboljšala za več kot 70%. Povprečna letna umrljivost se je za boleznimi dihal šest let po prepovedi zmanjšala za 15% in za boleznimi srca in ožilja za 10% na leto (14).

Dve največji epidemiološki študiji kažeta na povezavo med dolgotrajno izpostavljenostjo delcem in povečano stopnjo umrljivosti za boleznimi dihal ter srca in ožilja (15, 16).

Iz študije opravljene v 22 evropskih mestih o vplivih PM₁₀ na umrljivost za boleznimi pljuč, srca in ožilja v kateri je sodelovala tudi Ljubljana je razvidno, da je odnos med koncentracijo delcev in povečano tveganje za umrljivostjo linearen. Pri povprečni letni vrednosti PM10 40 µg/m³ se umrljivost poveča za dobra 2% (17).

Obolevnost

V Veliki Britaniji so merili pljučne funkcije so pri 4742 ljudeh v  starosti 18-60 let v obdobju 11 let. Ugotovili so, da je bil padec PM₁₀ za 10µg/m³ v povezavi z značilno zmanjšanim upadom pljučne funkcije (FEV). Pri povprečni letni koncentraciji PM₁₀ , 30 µg/m³ je bil upad pljučne funkcije (FEV) 22,4 ml/s), pri povprečni letni koncentraciji PM₁₀, 15 µg/m³ je bil padec FEV 13,5 ml/s. Padec FEV- a je bil linearen glede na vrednost PM10 v območju povprečne letne koncentracije PM₁₀ (od 5 do 45 µg/m³). Ta linearen padec je pomemben pri določanju normativnih vrednosti PM₁₀ v zraku.

V isti študiji so pri astmatikih ugotovili poslabšanje bolezni pri izpostavljenosti PM_2.5 in ugotovili pomemben upad pljučnih funkcij 1 uro po začetku ekspozicije (18).

Izpostavljenost delcem povzroča in pospešuje razvoj KOPB in to že v mladih letih. Delci imajo podoben učinek na pljuča kot cigaretni dim. (8).

Zaključek o umrljivosti in obolevnost odraslih za boleznimi dihal, srca in ožilja pri odraslih

Iz študij je razvidno, da je učinek PM₁₀ na zdravje odvisen od koncentracije in časa izpostavljenosti. Dolgotrajna stalna izpostavljenost ima neprimerno večji vpliv na zdravje kot občasna kratkotrajna izpostavljenost večjim koncentracijam PM₁₀ (8).

V glavnem vse opravljene epidemiološke študije kažejo na povezavo med izpostavljenostjo PM₁₀ in povečano stopnjo umrljivosti za boleznimi srca in ožilja in dihal. Povezava je v vseh pomembnih študijah statistično značilna, pri tem so upoštevane begave spremenljivke. (4)

Iz študij je razvidno, da je odnos med dolgotrajno izpostavljenostjo PM₁₀ in povečano stopnjo umrljivosti za boleznimi pljuč ter srca in ožilja linearen. Zato kakršnokoli zmanjšanje delcev v ozračju predstavlja pomembno izboljšanje za zdravje prebivalcev (8).

Delci v zraku večajo umrljivost z boleznimi dihal, srca in ožilja, kar je v skladu z mehanizmom delovanja. Življenje v okolju z PM₁₀ poveča tveganje za umrljivost za boleznimi dihal in boleznimi srca in ožilja, tveganje se poveča za 1,01 za vsakih 10 µg/m³ (4).

Obolevnost otrok za boleznimi dihal

Varovanje zdravja otrok oz. varovanje dihal je prioriteta javnozdravstvenih politik v EU.

Nedavno opravljena longitudinalna študija na Nizozemskem v kateri je sodelovalo 4000 otrok je pokazala, da otroci, ki živijo v bližini prometnih cest bolj pogosto zbolijo za astmo ter vnetji ušes in grla (19).

Pri podobni študiji opravljeni v Franciji so ugotovili, da je med otroci, ki živijo v bližini prometnih cest (povečana koncentracija PM_2.5), več otrok z astmo in z ostalimi alergičnimi boleznimi (20).

V ZDA so prav tako ugotavljali negativne učinke delcev na dihala otrok. V študiji opravljeni v Kaliforniji so pri otrocih izpostavljenih onesnaženemu zraku ugotavljali povečano število primerov astme in  upočasnjen razvoj dihal. Ugotovili so, da so otroci, ki so živeli do 500 m od prometne ceste od starosti 10 do 18 let, imeli močno zmanjšane pljučne funkcije pri starosti 18 let v primerjavi z otroci, ki so živeli najmanj 1500 m od ceste (21.)

V študiji opravljeni v Veliki Britaniji so ugotovili, da dolgotrajna izpostavljenost PM₁₀ povzroča kumulacijo ogljika (saj) v makrofagih. Povečane koncentracije ogljika (saj) v pljučih so bile  povezane z znatno zmanjšano vrednostjo pljučnih funkcij (22).

Zaključek

Iz študij je razvidno, da delci v zraku večajo verjetnost za nastanek astme, vnetij ušes in grla, ter povzroča upad pljučnih funkcij pri otrocih.

Čeprav smo srčno žilne bolezni že delno obravnavali, jih dodatno obravnavamo še posebej zaradi velike pozornosti, ki se jim v zvezi z izpostavljenostjo PM₁₀ posveča v zadnjem obdobju.

Umrljivost in obolevnost odraslih za boleznimi srca in ožilja

Že dolgo je znano, da imajo delci večji vpliv na srčno- žilne kot na dihalne bolezni (23).

Delci vplivajo na parametre v krvi, ki predstavljajo tveganje za bolezni srca in ožilja. Izpostavljenost delcem veča vsebnost fibrinogena, število trombocitov in belih krvnih celic, to pa vodi v večjo verjetnost za nastanek srčno- žilnih bolezni (6).

Poizkusi na živalih kažejo, da lahko delci povzročijo nastanek arteroskleroze. Obstajajo domneve, da dolgotrajna izpostavljenost PM lahko povzroči in pospešuje proces ateroskleroze (24). Obstoječi aterosklerotični plaki lažje počijo, lažji je nastanek strdkov in s tem akutnega srčnega infarkta (8).

Dolgotrajna izpostavljenost delcem prispeva k večjemu tveganju za nastanek srčno- žilnih bolezni in umrljivost. V študiji opravljeni v ZDA so ugotovili, da je dolgotrajna izpostavljenost delcem PM_2.5 povezana z večjim tveganjem za ishemično boleznijo srca, aritmijami, srčnim popuščanjem in zastojem srca (15).

V študiji opravljeni v Los Angelesu so preučevali stanje arterioskleroze na karotidni arteriji z metodo merjenja debeline (CIMT) pri prebivalcih, ki so živeli v delih mesta, kjer je bila koncentracija PM_2.5 različna. Koncentracija PM_2.5 je bila v razponu 5,2 do 26,9 µg/m³. V študiji so upoštevali vse dodatne dejavnike za arteriosklerozo in jih izključili. Rezultati študije so pokazali, da je stopnja arterioskleroze povezana s trajanjem izpostavljenosti PM_2.5 . Ta povezava je še posebej močna pri ženskah, starejših od 60 let. Rezultati potrjujejo mehanizem delovanja PM_2.5 , ki povzroča sistemsko vnetno reakcijo in je iz tega vidika pomemben za nastanek arterioskleroze (25).

V študiji opravljeni na Nizozemskem so opazovali skupino 5000 ljudi, ki so živeli v različnih urbanih sredinah. Ugotovili so, da je tveganje za umrljivost za boleznimi srca in ožilja ter dihal pri tistih, ki so živeli do 100 m od avtoceste ali do 50 m od glavnih prometnih cest (izpostavljenost prašnim delcem) večje kot pri tistih, ki niso živeli v bližini cest. Tveganje za umrljivost za boleznimi srca in ožilja je bilo 1,95, tveganje za ostale bolezni in raka pljuč pri prebivalcih ni bilo večje, kot pri ostalih (26).

Sprejeme v bolnišnico zaradi bolezni srca in ožilja ter dihal so opazovali pri prebivalcih 204 ameriških okrajev, glede na koncentracijo PM_2.5 v bivalnem okolju. Ugotovili so, da je več  sprejemov v bolnišnico zaradi bolezni srca in ožilja ter dihal pri tistih, ki živijo v okolju z večjo koncentracijo PM_2.5 . Najbolj so povečani sprejemi v bolnišnico zaradi odpovedi srca in sicer za 1,5% (27).

Najpomembnejšo študijo v zadnjem času o vplivih delcev PM₁₀ na bolezni srca in ožilja so opravili v ZDA. V študiji so spremljali 65.000 žensk s boleznimi srca in ožilja v obdobju 1994- 1998. Ugotovili so, da je bil vsak porast PM 2,5 za 10 µg/m³ povezan s 24% povečanim tveganjem za sprejem v bolnišnico zaradi bolezni srca in ožilja in 76% povečanim tveganjem za umrljivost zaradi bolezni srca in ožilja. Dolgotrajna izpostavljenost prašnim delcem pospešuje in povzroča razvoj ateroskleroze. To so naknadno potrdili še v nemški študiji, kjer so pri ljudeh izpostavljenih PM₁₀ ugotovili jasno izražene znake arterioskleroze na koronarnih arterijah (8, 28).

Zaključek o umrljivosti in obolevnost odraslih za boleznimi srca in ožilja

Učinek PM₁₀ na srce in ožilje je močnejši kot na dihala.

Vse opravljene epidemiološke študije kažejo na povezavo med izpostavljenostjo PM₁₀ in povečano stopnjo umrljivosti in obolevnosti za boleznimi srca in ožilja. Povezava je v vseh pomembnih študijah statistično značilna(4).

Povezava med dolgotrajno izpostavljenostjo PM₁₀ in povečano stopnjo umrljivosti za boleznimi pljuč ter srca in ožilja je linearna. Zato kakršnokoli zmanjšanje delcev v ozračju predstavlja pomembno izboljšanje za zdravje prebivalcev (8).

Dolgotrajna izpostavljenost prašnim delcem pospešuje in povzroča razvoj ateroskleroze. To so potrdile številne bazične in epidemiološke študije.

Ocena stanja v državi

Slovenija je sodelovala v vseh pomembnih evropskih epidemioloških študija, ki so raziskovale vpliv dolgotrajne izpostavljenost PM₁₀ na umrljivost in obolevnost odraslih za boleznimi dihal, srca in ožilja (29).

Oceno o ogroženosti zdravja zaradi izpostavljenosti prašnim delcem (PM₁₀) smo opravili v mestih Ljubljana in Celje. V oceni smo določili dodatno letno število prebivalcev, ki umrejo zaradi bolezni dihal, srca in ožilja zaradi dolgotrajne izpostavljenost trenutni stopnji onesnaženja v primerjavi s stopnjo onesnaženja, ki bo veljala v državah EU leta 2010 (povprečna letna vrednost 20 µg/m³)in v primerjavi z željeno  stopnjo onesnaženja (povprečna letna vrednost 10 µg/m³) (30).

Ocena: letno število preprečenih smrti, če bi bila povprečna letna vrednost PM10: 20 oziroma 10 µg/m³ (število umrlih/ 100 000 prebivalcev)

Iz rezultatov je razvidno, da je breme bolezni zaradi onesnaženja zraka z delci PM₁₀v državi veliko.

Glede na pregledano literaturo lahko trdimo, da je dovolj dokazov o škodljivih vplivih delcev na zdravje (kratkoročne in dolgoročne umrljivosti in obolevnosti). To potrjujejo epidemiološke študije in bazične raziskave na celičnem nivoju. Mehanizmi delovanja delcev so dobro raziskani. Dokazano je, da lahko povzročajo in/ ali poslabšajo akutne in kronične bolezni. Osnovni mehanizem delovanja delcev je nastanek oksidativnega stresa in s tem nastanek prostih radikalov, ki povzročijo vnetno reakcijo. Sestava delcev in velikosti delcev določa toksičnost. Delci manjši od2.5 µm so bolj toksični, predvsem zaradi lažjega prehoda v številne organske sisteme. Sestava delcev delno vpliva na toksičnost (težke kovine npr. jo večajo). Čeprav se velikokrat pojavlja dvom, da PM₁₀ ni edini povzročitelj negativnih vplivov na zdravje, se je v veliko epidemioloških študijah, opravl jenih v zadnjih letih pokazalo, da imajo delci škodljive vplive na zdravje (4).

Ostali onesnaževalci zraka so manj pomembni, kakor tudi ostale begave spremenljivke, ki so bile upoštevane pri načrtovanju velikih študij.

Rezultati študij kažejo, da obstoječe okoljske vrednosti za  delce ne ščitijo dovolj zdravja ljudi, še posebej ne ogroženih skupin (bolnikov, otrok), kajti učinki se kažejo že pod varnimi vrednostmi.

Čeprav je obseg učinkov relativno majhen in klinično manj pomemben za posameznika, le – ti  vseeno predstavljajo pomemben javno zdravstveni problem. Okoljski standardi in želene vrednosti morajo varovati tudi občutljivo populacijo kot npr. bolnike z obstoječimi boleznimi dihal, pri »zdravih« ljudeh je občutljivost prav tako zelo različna. Že majhen porast umrljivosti se pokaže na nivoju številčne populacije kot veliko število umrlih. Lahko rečemo, da varne okoljske vrednosti ni. Bazične študije kažejo, da imajo že majhne koncentracije delcev vplive na zdravje (18).

Dolgotrajna izpostavljenost delcem poveča tveganje za umrljivost in obolevnost za boleznimi pljuč ter boleznimi srca in ožilja. Tveganje za umrljivost pri dolgotrajni izpostavljenosti prašnim delcem se poveča za 0,5% za vsak porast povprečne letne koncentracije delcev za 10 µg/m³. Pri določitvi varne oziroma sprejemljive meje za tveganje, za delce manjše od  2,5 µm  avtorji menijo, da povrečna letna koncentracija ne sme presegati 13µg/m³. Nad to vrednostjo se tveganje zvišuje (32). Zato predlagamo, da se v smislu najmanjšega možnega tveganja za zdravje zagotovi povprečno letno vrednost za PM_2.5: 10 µg/m³ in za PM₁₀: 20 µg/m³(4 ).