ΚΑΘΑΡΣΗ, ΜΗΧΑΝΙΚΗ

ποιότητα του αέρα (:air quality)
Αφότου επινοήθηκε η "εστία" για τις ενδοοικιακές ανάγκες, ο άνθρωπος εκτίθεται σε επιμερισμένη ύλη (αιωρούμενα σωματίδια, προϊόντα καύσεως) και ρύπους με τη μορφή του καπνού. Η πρώτες ανακοινώσεις, αναφορικά με τη ρύπανση του αστικού περιβάλοντος σνάγεται πίσω στη ρωμαϊκή εποχή. Εντούτοις, επανειλημμένα επεισόδια ρυπάνσεως, μεγάλης κλίμακας έχουν βιώσει οι άνθρωποι μετά την εκβιομηχάνιση των κοινωνιών τους, τις κατασκευαστικές διεργασίες, και τη συσσώρευση των ανθρώπων σε μεγάλες πόλεις. Τόσο η εκβιομηχάνιση, όσο και η αστυφιλία επέτειναν την κατανάλωση  ορυκτών καυσίμων για παραγωγή έρεγειας.
Τα προβλήματα που προκαλεί η ρύπανση της ατμόσφαιρας είναι ποικίλα, οσμή, επιδείνωση της ορατότητας (ξηρή ή υγρή καπνομίχλη), βλαπτικές επιδράσεις στη βλάστηση και τα κτίρια, δυσμενείς επιδράσεις στην υγεία και, σε μεγαλύτερη κλίμακα, η όξινη βροχή, η υπερπαραγωγή και η τροποποίηση της ισορροπίας της ακτινοβολίας της γης, η κλιματκη αλλαγή (&). Τα επεισόδια ατμοσφαιρικής ρύπανσης  συνοδεύονται, συνήθως, από ένα πολύπλοκο και εξαρτώμενο από τοπικούς παράγοντες μίγμα από αέρια και στερεά, επιμερισμένη ύλη (: αιωρούμενα σωματίδια) Έχουν επισημανθεί δύο, μάλλον τυπικές μορφές ρυπάνσεως της ατμόσφαιρας: η ρύπανση τύπου London και τύπου Los Angeles. Ο τύπος London smog (:smoke+fog) αναφέρεται σ΄εναν τύπο ρυπάνσεως στον οποίον εμπεριέχονται SO2 και αδρά σωματίδια (ΡΜ) (δηλαδή αιωρούμενη στάκτη), αντιπροσωπευτικής για μια περίοδο βιομηχανοποιήσεως όπου η μη ρυθμισμένη κάυση κάρβουνου διαδραμάτιζε κεντρικό ρόλο γαι την παραγωγή θερμάνσεως κι ενέργειας (ηλεκτρισμού, κίνηση, παραγωγή ατμού). Στο Λονδίνο, η απουσία συστηματικού ελέγχου των εκπομπών μέχρι τα της δεκαετίας 1950, εξέθετε την πόλη σε αλλεπάλληλα επεισόδια ρυπάνσεως, που έτειναν να συμβαίνουν κατά τη διάρκεια των ψυχρών μηνών του χρόνου, όταν συνέπιπταν επεισόδια ομίχλης και ατμοσφαιρικής αναστροφής. Μόνο μετά το γνωστό επεισόδιο του Δεκεμβρίου του 1952 που προκάλεσε περίπου 4000 πρόωρους θανάτους, αναθεωρήθηκε η σχετική νομοθεσία με την οποία αντικαταστάθηκε η καύση καρβουνου με φυσικό αέριο, ως καύσιμη ύλη. Ενώ το smog του Λονδίνου ήταν επεισόδια κατά τους χειμερινούς μήνες, το smog του Los Angeles, αντίθετα, συνδέεται με υψηλές συγκεντρώσεις όζοντος (Ο3) κai οργανικά ΡΜ σε υψηλές θερμοκρασίες. Image result for Los Angeles air pollution
εικόνα 1.
Αρχικά, εντοπίστηκε στην Καλιφόρνια, τη δεκαετία του 1950, και υπήρξε, αρχικά, σύγχυση αναφορικά με την προέλευση των επεισοδίων εκείνων, που κάλυπτε την ευρύτερη περιοχή του Los Angeles. Κατά την επόμενη δεκαετία, 1960, εντοπίσηκε ότι τα αυτοκίνητα ήταν η βασική πηγή της ρυπάνσεως κυρίως μέσω τoυ ΝΟ2, των αερίων και επιμερισμένων υδρογονανθράκων  στις εξατμίσεις τους. Τα οξείδια του αζώτου αντιδρούν φωτοχημικά υπό την επήρεια του ηλιακού φωτός, με τους ανθρωπογενείς και βογενείς υδρογονάνθρακες παράγοντας, έτσι, μεγάλα ποσά όζοντος στην επιφάενια της γης, καθώς επίσης και σημαντικά ποσά οργανικών ΡΜ, παρέχοντας στην ατμόσφαιρα ένα φαιό χρώμα. Λόγω της πολύπλοκης φύσεως των χημικών αντιδράσεων που ευθύνονται για τα επεισόδια ρυπάνσεως, smog, στο Los Angeles, έχουν αντιμετωπιστεί δυσχέρειες λεπτομερών μετρήσεων και στην πραγματικότητα, η μείωση των ΝΟx στις εξταμίσεις των οχημάτων μπορεί, αντίθετα, να συνεπάγονται αύξηση, αντι μειώσεως του όζοντος. Σήμερα, μεγάλα προβλήματα ρυπάνσεως αναφύονται σε μεγαλουπόλεις στην Κίνα, την νοτιοανατολική Ασία, και την Ινδία, ενώ προβλήματα ρυπάνσεως ενισχυόμενα από τις τοπικές κλιματολογικές συνθήκες καταγράφονται σε πόλεις όπως το ΜΕχικό, Σαντιάγκο, Σαο Παόλο και Καρμαντού, και άλλες πόλεις και περιοχές (λεκανοπέδιο Αττικής) που περιβηάλλονται από βουνά, που εμποδίζουν τη διασπορά των ρύπων. Παρά τις βελτιώσεις των τεχνολογιών, για την κάθαρση των εξταμίσεων των οχημάτων (:καταλύτες) προβλέπεται ότι τα προβλήματα ατμοσφαιρικής ρυπάνσεως θα επιδεινωθούν σε παγκόσμιο επίπεδο, ανάλογα με την ιοκονομική ανάπτυξη των ερχόμενων δεκαετιών.
ΦΥΣΙΚΕΣ ΠΗΓΕΣ ΑΕΡΟΣΟΛΩΝ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ. $$$Ακόμη και ένα ολόκληρη η ανθρωπογενής παραγωγή ρύπων μπορούσε να περιοριστεί, οι συγκεντρώσεις του περιβάλλοντος ΡΜ δεν θα μηδενίοζοντο, λόγω της φυσικής τους παραγωγής. που συνεχίζουν να διατηρούν σημαντικές συγκεντρώσεις αεροσόλης στην ατμόσφαιρα, ακόμη και ατις πλέον απομακρυσμένες περιοχές. Αποτελεί συνηθισμένη πρακτική, η διάκριση των ρύπων, ανάλογα με το μηχανισμό της παραγωγής τους. Ως 'πρωτοπαγενείς ρύποι, πρωτογενή ΡΜ' ορίζονται εκείνα τα ΡΜ που εκλύονται απ΄ευθείας από φυσικές πηγές, όπως η θάλασσα, και η σκόνη των ερήμων. Αντίθετα, ως 'δευτερογενείς ρύπους' ορίζουμε αεκείνοι που εκλύονται στην ατμόσφαιρα από την πυρηνοποίηση, συμπύκνωση ή μετάπτωση σε υγρά φάση από την αέριο των πρωτογενών υλών, όπως τα επιμερισμένα θειικά, και η δευτερογενής οργανική αεροσόλη (: secondary organic aerosol, SOA). Στους  ωκεανούς, που αποτελούν το μεγαλύτερο τμήμα της επιφάνειας της γης, εκλύονται ΡΜ με διάφορους τρόπους, όπως από τη σχάση φυσαλίδων επί της επιφανείας τους, μια δράση που ρυθμίζεται από τα κύματα κι έτσι εξαρτάται από τους πνεόντες ανέμους. Η μεγαλύτερη διάμετρό τους είναι >1μm και απαρτίζονται από ιόντα που εμπεριέχονται στο θαλασσινό νερό, κυρίως χλώριο και Νa. Σημειώνεται ότι τα θαλασσινά αεροσόλς μπορεί να εισφέρουν στη διαμόρφωση της συνολικής μάζας ΡΜ10, στις παραθαλάσσιες περιοχές. Επίσης, μπορεί να απράγονται διμεθυλσουλφίδια από το πλαγκτόν, που υφίστανται ατμοσφαιρική οξείδωση προς σουλφονικό μεθάνιο, και επακόλουθη πυρηνοποίηση και συμπύκνωση σε ατμοσφαρικά ΡΜ. Οι εξελίξεις αυτές είναι μέρος του δειικού κύκλου, κατά τον οποίον παράγονται νανοσωματίδια στην αρχή, και, ακολούθως, σχηματίζουν μεγαλύτερα σωματίδια (0.1-1 m) εντός ημερών ή εβδομάδων. Παρομοίως, πτητικά σύνθετα ιωδίνης που απελευεθερώνονται από τον θαλάσσιο βιόκοσμο, ιδίως από τα μακροφύκια, και έχει δειχτεί ότι εμποουτίζουν την παραλιακή ατμόσφαιρα. Οι υποθέσεις επί της πιθανής εμπλοκής των θαλασσινών οργανικών υλών στο σχηματισμό πρωτεγενών αεριοσολών είναι, ήδη, υπό διερεύνιση.
Ευρύτερες είναι οι ηπειρωτικές πηγές ατμοσφαιρικών σωματιδίων. Σε ξηρές περιοχές, η επαναραίωση από τον αέρα, υλικών του εδάφους που παράγονται κατά τις ανεμοθύελες, μπορεί να είναι ηοι σημαντικότερες πηγές μικροσωματιδίων. Μεταφέρονται στην τροπόσφαιρα απ΄όπου μετάγονται στην Ευρώπη και Νότια Αμερική, προκαλώντας μείωση της ορατότητας ακόμη και σε ημέρες χωρίς σύννεφα. Ο εμπλουτισμός μεταλικής σκόνης που συνύθως αναγνωρίοζνται από το σχήμα των σωματιδίων, ακανόνιστο, κρυσταλλικό, και αναλυτικά από την παρουσία υλικών από την επιφάνεια της γης, όπως το πυρίτιο, το τιτάνιο και άλλα σπάνια γήινα στοιχεία. Στις φυσικές πηγές ανθρακούχων και θειικών αεροσολών συγκαταλέγονται στις υφαιστειακές εκπομπές ή, ακόμη και, στα δραματικότερα επεισόδια των ηφαιστειακών εκρήξεων, κατά τις οποίες απελευθερώνονται τεράστια ποσά αιωρούμενης κάπνας, στην στρατόσφαιρα από την οποία στρώματα αεροσόλης διασπείρονται καθ΄όλη την έκταση της γης.
Τέλος, οι πυρκαγιές των δασών, κατά τις οποίες εκλύονται στοιχειώδη και οργανικά σωματίδια άνθρακος, αποτελούν άλλη πηγή φυσικής πρωτογενούς αεροσόλης. Δυσμενείς επιδράσεις μετά εισπνοή καπνού, πάντως, αναμένονται μόνο στις παρακείμενες περιοχές της φωτιάς, επειδή η διάλυση στην ατμόσφαιρα μειώνει τις συγκεντρώσεις σχετικά σύντομα, ανάλογα με την ταχύτητα του πνέοντος ανέμου. Σημαντικές δευτερογενείς πηγές ρυπάνσεως στις διάφορες Ηπείρους περιλαμβάνουν το σχηματισμό ανόργανων αεροσολών που περιέχουν άζωτο, ειδικότερα αμμώνιο και νιτρικά και δευτερογενείς αεροσόλες από βιογενείς πρόδρομες ενώσεις όπως το ισοπρένιο και τα τερπένια, των οποίων ο ρυθμός σχηματισμού τους σχετίζεται ειδικότερα με τις θερμές εποχές στις δασικές περιοχές.
Με όρους επιδράσεων στην υγεία, οι γνώσεις μας αναφορικά με τις πρωτογενείς και δευτερογενείς αεροσόλες, είνια, πάντως, περιορισμένες. Οι ιονικές ίνες, καθώς επίσης, και τα διαλυτά συγκρίματα οργανικών ενώσεων (OC), είναι ευδιάλυτα στο νερό και, επομένως, αποβάλλονται εύκολα από τον οργανισμό. Εκτός και εάν συνδέονται με  υψηλή οξύτητα, οι επιδράσεις στην υγεία των συστατικών αυτών των αεροσολών φαίνεται ότι είναι περιορισμένου ενδιαφέροντος.        .    

ΑΝΘΡΩΠΟΓΕΝΕΙΣ ΠΗΓΕΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΩΝ ΑΕΡΟΣΟΛΩΝ Η επίδραση από την ανθρώπινη δραστηριότητα έχει, ήδη, επιφέρει κρίσιμες μεταβολές στη σύνθεση της ατμόσφαιρας. Οι πλέον αξιοσημείωτες μεταβολές αφορούν στη γενική ποιότητα του αέρος και την ορατότητα, σε τοπική προς περιοχική κλίμακα, ενώ οι επιδράσεις στην υγεία, η οξειδωτική ικανότητα της ατμόσφαιρας και η ακτινική ισρροπία της υδρογείου είναι πολύπλοκη και λιγότερο πρόδηλη(&). Αντίθετα με τις φυσικές πηγές ρυπάνσεως, μπορεί να είναι ασύμφορο για την κοινότητα να θέτει τις πηγές εκπομπής ΡΜ υπό έλεγχο, εάν διαπιστώνονται μειονεξίες στην κοινότητα. Η ρύπανση με διαμερισμένη ύλη (: σωματίδια) εκπορεύεται από διάφορες βιομηχανικές δραστηριότητες, ιδιαίτερα εκείνες που βασίζονται σε καύσεις ορυκτών καυσίμων, όπως τα μεταλλεία χάλυβα, παραγωγής κωκ και ηλεκτρικής ενέργειας και, επίσης, από τους αποτεφρωτήρες απορριμμάτων, την οικιακή θέρμανση και την οδική και εναέρια κυκλοφορία. Πρόσθετη ρύπανση εκπορεύεται από τις καύσεις στις ενδοοικιακές εστίες θερμάνσεως, ενώ στις πεδιάδες, η καύση ξύλων μπορεί να είναι η σημαντικότερη πηγή ΡΜ. Σπουδαία ανθρωπογενής πηγή ρύπων, επίσης, είναι η αποψίλωση των δασών με καύση κσι πρέπει να επισημανθεί ότι το μικροπεριβάλλον της ενδοοικιακής θέρμανσης, της κίνησης των οχημάτων και οι μαζικές μεταφορές μπορεί να απολήξουν σε πολύ υψηλές συγκεντρώσεις σωματιδίων, λόγω ανεπαρκούς εξαερισμού. Οι αεροσόλες που προέχονται από καύσεις απαρτίζονται, κατ΄επικράτηση, από ανθρακούχα υλικά, στα οποία συμπεριλαμβάνεται ατομικός άνθρακας, EC, και OC, μερικά από τα οποία ευρίσκονται υπό μορφή τοξινών, όπως οι πολυκυκλικοί, αρωματικοί υδρογονάνθρακες, ΡΑΗ, και οι πολυχλωριωμένες διφαινύλες. Τα σωματίδια από καύσεις είναι σχετικά αδιάλυτα κι έτσι, παριστούν πρόκληση για τους αμυντικούς μηχανισμούς στον ανθρώπινο πνεύμονα. Το μέγεθος των σωματιδίων στις απότοκες ανθρωπογενών καύσεων αεροσόλες κυμαίνεται από >1 μm για τον καπνό και την αιωρούμενη στάκτη, μέχρι τις εκπομπές από μηχανές diesel (20-200nm), μέχρι μεγέθους νανοσωματιδίων (<50 nm) για τα θειικά και οργανικά κατάλειπα των καύσεων. Αξιοσημείωτες τοπικές πηγές αδρών σωματιδίων είναι μέσω ανθρωπογενών χρήσεων και της συμβολής του πνεόντος ανέμου αποτελούν οι γεωργικές αεροσόλες και τα ανοικτά ορυχεία. Στις δευτερογενείς εκπομπές σωματιδίων από ανθρώπινες δραστηριότητες, όπως οι νιτρικές αεροσόλες από γεωργικές δραστηριότητες και εκτροφεία ζώων, όπως και θειούχες αεροσόλες από τη σταδιακή οξείδωση του διοξειδίου του θείου και των SOA.
Οι περισσότερες δυσμενείς επιδράσεις εξ ανθρωπογενών δραστηριοτήτων εμφανίζουν εβδομαδιαίες και διημερήσιες διακυμάνσεις των συγκεντρώσεών τους. Στις αστικές περιοχές, η συνολική μάζα σωματιδίων, ο αριθμός τους, η κατά μέγεθος κατανομή τους ακολοθούν ένα ημερήσια κύκλο, ανάλογο με τις εργάσιμες ώρες και την κυκλοφορική αιχμή.
εικόνα 2. ηλεκτρονικά σπινθηρογραφήματα σωματιδίων σε αστικές περιοχές.
Οι κύκλοι αυτοί τροποποιούντια από μετερολογικές επιδράσεις, την ατμοσφαιρική σταθερότητα, που ευθύνονται για τις συνθήκες διασποράς που επικρατούν. Είναι πιθανότερο να καταγράφονται επίμονα επεισόδια ρυπάνσεως, κατά τους χειμερινούς μήνες, στις μεγαλουπόλεις του βόρειου ημισφαιρίου, επειδή οι καύσεις αυξάνονται, για τις ανάγκες θερμάνσεως και οι  συνθήκες ατμοσφαιρικής αναστροφής είναι συχνότερες. Επιπλέον, οι μετεορολογικές επιδράσεις ευθύνονται για την ευρεία μεταφορά των αέριων ρύπων, στην τροπόσφαιρα και, ενδεχομένως, στην στρατόσφαιρα, έτσι, που μπορεί να εμφανιστούν σε εξαιρετικά απομακρυσμένες περιοχές (εξαγωγή ρύπων) από τις περιοχές της αρχικής τους παραγωγής.
Η ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΤΩΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΩΝ ΑΕΡΟΣΟΛΩΝ ΚΑΙ ΟΙ ΜΟΡΦΕΣ ΤΗΣ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΗΣ ΥΛΗΣ  Η διάρκεια ζωής των αεροσολών στην ατμόσφαιρα εξαρτάται από τον ρυθμό αποσύρσεώς τους και από το ρυθμό παραγωγής τους. Ενόσω η δυναμική τους εξέλιξη είναι συνάρτηση, βασικά, του μεγέθους τους, όλες οι σχετικές επιδράσεις τους, κατά τη διάρκεια της ζωής τους είναι συνάρτηση του μεγέθους τους. Οι βασικές διεργασίες παραγωγής τους είναι μηχανικές (τριβή, επαναιώρηση), πυρηνοποίηση (σχηματισμός νέων σωματιδίων αποκλειστικά από υπερκορεσμένες πρόδρομες ύλες σε αέριο φάση), συμπύκνωση (εναπόθεση υπερκορεσμένων αερίων στην επιφάνεια προϋπαρχόντων σωματιδίων) και σύμπηξη (σχηματισμός μεγαλύτερου μεγέθους συγκριμάτων από μικρότερα σωματίδια). Τα ενεργοποιημένα σταγονίδια των νεφών αποτελούν τον κυριότερο τρόπο της συγκεντρώσεως ιονικών, θειούχων, σωματιδίων. Ο συνδυασμός της εκπομπής και μεταφοράς οδηγεί στην ανάμιξη των περισσοτέρων σωματιδίων, Στην εικόνα 2, δείχνονται οι πιθανοί τρόποι αναμείξεως. Ο κύριος τρόπος αποσύρσεως των αερογενών σωματιδίων είναι η ξηρά και υγρή καθήλωση. Η ξηρή καθήλωση, συνήθως καθίζηση, στις επιφάνειες (των ωκεανών, της ξηράς, της βλαστήσεως ) παρατηρείται για τα μεγαλύτερα σωματίδια. Η νυγρή καθήλωση αφορά σάρωση 'εντός των νεφών', δηλαδή ενεργοποίηση των σωματιδίων στο fog ή στα σταγονίδια των νεφών στα υπερκορεσμένα υδρατμών, και επακόλουθη ανάπτυξη σε σταγόνες βροχής όπως και κάτω από τα σύννεφα, ως σταγόνες βροχής. Η υγρή καθήλωση είναι ο κυριότερος τρόπος αποσύρσεως σωματιδίων, διαμέτρου μεταξύ 0.1-1 μm,. Ανάλογα με την υπάρχουσα υγρασία στην ατμόσφαιρα, η καθήλωση μειώνει το χρόνο ζωής των σωματιδίων μεταξύ 3 και 14 ημερών. Η συνένωση είναι είναι ενδιαφέρουσα διαδικασία, μέσω της οποίας μειώνεται ο αριθμός των μικρών σωματιδίων (Ø< 50 nm). Η πιθανόττηα που έχει ένα σωματίδιο να συνενωθεί μ΄ένα άλλο σωματίδιο αυξάνεται ισχυρά με τη μείωση του μεγέθους του. Οι συνενώσεις εξελίσσονται σε συναθροίσεις σωματιδίων μέσα ή πλησίον της πηγής εκπομπής τους όπως οι εξατμίσεις των οχημάτων. Σε δεδομένη χρονική στιγμή, η κατανομή των ατμοσφαιρικών σωματιδίων ανάλογα με το μέγεθός τους σχηματίζεται από από το ρυθμό παραγωγής τους και αποδομήσεώς τους και από την μετάπτωσή τους σε υγρή φάση, όπως η 'καπνομίχλη' και ο σχηματισμός νεφών. 
περιβαλλοντικά σωματίδια: γενικά χαρακτηριστικά και ανόργανα ιόντα Στον επόμενο πίνακα καταχωρούνται οι τιμές της συγκεντρώσεως σωματιδίων σε επιλεγμένες αποστάσεις από την πηγή εκπομπής τους.

τυπικές συγκεντρώσεις και αριθμός σωματιδίων ( Ø>10nm) (&)

 

ΡΜ10 (μg/m3)

RM2.5 (μg/m3)

αριθμός (103/cm3)

απομακρυσμένες περιοχές

8(3-35)

5(2-22)

1(0.2-2)

ύπαιθρος

15(8-32)

10(5-29)

2.5(2-5)

επηρεασμός από αστική ρύπανση

25(22-50)

20(12-32)

6(5-12)

αστική ρύπανση

30(19-72)

22(11-62)

14(7-23)

στα όρια του αυτοκινητοδρόμου (κράσπεδο)

4(28-76)

26(17-50)

50(40-60)

|Κλιματική αλλαγή|
Αξιοσημείωτο είναι ότι οι συγκεντρώσεις σωματιδίων αυξάνονται, καθώς η απόσταση από την πηγή μειώνεται και υπάρχουν σοβαρές ενδείξεις ότι μεγάλη αναλογία ρύπων προέρχεται από τα οχήματα. Στην εικόνα 3, αναγνωρίζεται ότι ή χημική συγέντρωση των σωματιδίων. Τα αδρά σωματίδια αποτελούνται από μεταλλική σκόνη καιθαλασσινό αλάτι, και τα δύο προερχόμενα μέσω διαδικασιών αναδιαμερισμού υλών από το φλοιό της γης και της θάλασα. Μια κατηγορία από απροσδιόριστα υλικά περιλαμβάνει σημαντικά μέταλλα
όπως πυριτικά άλατα, τα οποία δεν είναι προσιτά εν γένει, στις αναλυτικές τεχνικές. Τα λεπτά σωματίδια, αντίθετα, απαρτίζονται από ανθρακούχες ενώσεις και ανόργανα ιόντα. Στο παρά του αυτοκινητόδρομους περιβάλλον, τα μισά από τα ΡΜ μπορεί να συντίθενται από ανθρακούχα συστατικά και οι ισχυρές προσμίξεις τους με θειικά, νιτρικά, και ιόντα αμμωνίου αντανακλούν τον σχηματισμό δευτερογενών αεροσολών πάνω από ηπειρωτικές περιοχές.

ΚΑΘΑΡΣΗ ΑΕΡΑΓΩΓΩΝ
Eισαγωγή

 To μέγεθος των αιωρούμενων σωματιδίων είναι κρίσιμος παράγοντας που καθορίζει το βαθμό διεισδύσεως των αιωρουμένων σωματιδίων στο εισπνεόμενο αέρα, προς τους πνεύμονες. 

 

σειρά ενεργοποιήσεως
άμεση αντίδραση πρωίμη αντίδραση όψιμη

φυσικό τείχος άμυνας, ανατομικό τείχος: ρουθούνια, γλωττίς κλπ., επιθηλιακή επίστρωση και διακυτταρικοί δεσμοί, βήχας, βλενοκροσσωτή μεταγωγή ξένων υλών

σύμφυτο σύστημα - υγρή επικάλυψη των αεραγωγών και αντιμικροβιακά συστατικά. πνευμονικά και κυψελιδικά μακροφάγα, σιτευτικά κύτταρα των αεραγωγών, ενεργοποίηση των επιθηλιακών και ενδοθηλιακών κυττάρων, ενεργοποίηση του συμπληρώματος

προαρμοσμένη άμυνα- στρατολόγηση και ενεργοποίηση  ουδετεροφίλων και λεμφοκυττάρων 

 αεροδυναμική διάμετρος [Βλέπε: αερολύματα]. Ορίζεται ως η διάμετρος σφαίρας με πυκνότητα νερού, (μονάδα πυκνότητας gm/cm3) και την ίδια βαρυτική επίδραση όπως το μελετώμενο σωματίδιο. Η ταχύτητα καθιζήσεως καθορίζεται από καθορίζεται από την εξισορρόπιση μεταξύ ης βαρυτικής δυνάμεως (ανάλογης της πυκνότητας δια του όγκου) και της αεροδυναμιικής αντιστάσεως (ανάλογης της διαμέτρου του σωματιδίου πολλαπλασιασμένης επί την ταχύτητα). Οι διάφορες περιοχές των πνευμόνων, στις οποίες καθιζάνουν σωματίδια διαφορετικής αεροδυναμικής διαμέτρου φαίνονται στις εικόνα 1. Η τραχειοβρογχική περιοχή [βλ.: Κάθαρση  τραχειοβρογχική] είναι η περιοχή πέραν του λάρυγγος, και η παριοχή αναπνοής είναι το πνευμονικό παρέγχυμα [βλ.: Κάθαρση κυψελιδική]. Οι ιατροί Εργασίας, οι οποίοι από μακρού είχαν κύριο ενδιαφέρον τους στην εισπνοή σωματιδίων και τη διείσδυσή τους στους πνεύμονες, έχουν αναπτύξει μσυμβατικές μεθόδους συλλογής δειγμάτων, βασισμένες στις σχέσεις της αεροδυναμικής διαμέτρου των σωματιδίων και της  και της αναλογίας των σωματιδίων που διεισδύουν σε διάφορες περιοχές του αναπνευστικού συστήματος. Η διεθνής Οργάνωση τυποποιήσεως (ISO) εμφαίνεται στην εικόνα 2. Στις μετρήσεις της σωματιδιακής ρυπάνσεως, τα ΡΜ10 αφορούν καθηλώσεις στγο τραχειοβρογχικό δένδρο και τα ΡΜ2.5, καθηλώσεις στην αναπνευστική περιοχή του πνεύμονος. Είναι σημαντικό να σημειωθεί, εν τούτοις, ότι η δειγματοληψία διαφέρει της καθηλώσεως και οι καμπύλες καθηλώσεως δείχνουν την πιθανότητα ενός σωματιδίου, οποιουδήποτε μεγέθους, να καθηλωθεί σε διάφορες περιοχές στους πνεύμονες, ενώ η δειγματοληψία δείχνει την ικανόττηα των ερευνητών να συγκεντρώσουν σωματίδια συγκεκριμένου μεγέθους. Εν τούτοις, υπάρχει μια ενδιαφέρουσα σχέση μεταξύ των δύο, που επιτρέπει τη συλλογή εκείνου του μεγέθους σωματιδίων που προκαλούν βλαπτικές επιδράσεις στην υγεία. Οι συμφωνίες δειγματοληψίας είναι, στην πραγματικότητα τα παγκόσμια συμφωνηθέντα πρότυπα για τη μέτρηση της μάζας των αερογενών σωματιδίων και οι μετρήσεις τους εκφράζονται ως μάζα ανά μονάδα όγκου δηλαδή mg/m3. H επιμερισμένη ύλη, που αιωρείται ως σωματιδιακή ύλη και ρυπαίνει την ατμόσφαιρα, - γνωστή ως ΡΜ (:particulated material) και  οι αέριοι ρύποι μετριώνται σε σημεία αστικών περιοχών από το αυτοματοποιημένο αστικό δίκτυο (automated urban Network) ανάλογων υπηρεσιών Ελέγχου Εκτροπών Υγείας που είναι αναπτυγμένες σε κάθε Χώρα [βλ.: αιωρούμενα σωματίδια: βλαπτικές επιδράσεις ]




βλέπε σχετικά: προστασία του αναπνευστικού συτήματος| προστατευτικά αντανακλαστικά|αμυντικά αντανακλαστικά| βλεννοκροσσωτή κάθαρση| βήχας|μηχανική κάθαρση|αμυντικοί μηχανισμοί||Κάθαρση, ρινοφαρυγγική|Κάθαρση  τραχειοβρογχική|Κάθαρση βλεννοκροσσωτή|Κάθαρση κυψελιδική|Κάθαρση αγγειοδραστικών ουσιών|Καθαρση ενδογενών ουσιών|Κάθαρση εξωγενών ουσιών|ο ρόλος των επιθηλιακών κυττάρων στην κάθαρση των αεραγωγών|Κλιματική αλλαγή|||


Οι αντιδράσεις των ιστών του αναπνευστικού συστήματος στα εισπνεόμενα σωματίδια εξαρτώνται από τη σύνθεσή τους, τον τύπο της καθηλώσεως, την ταχύτητα και την παροχή του εισπνεομένου αερορρεύματος[i]. Μερικά από τα σταγονίδια ή τα διαμερισμένα σωματίδια που, υπό μορφή αεροσολών, παρασύρονται με το εισπνεόμενο ρεύμα αέρος δεν επανεκπνέονται, αλλά είτε καθηλώνονται, προσφυόμενα στην επιθηλιακή επιφάνεια του βλεννογόνου του τραχειοβρογχικού δένδρου ή των τοιχωμάτων των “εν τω βάθει” αεροχώρων ή αραιώνονται στο μη επανεκπνεόμενο όγκο του πνεύμονα (υπολειπόμενο όγκο) και, με τον τρόπο αυτό, κατακρατούνται[ii]. Παρά το γεγονός ότι οι παλαιότεροι συγγραφείς υποστήριζαν ότι ο πνεύμονας συγκρατεί τα αιωρούμενα σωματίδια και τους μικροοργανισμούς που αιωρούνται στο εισπνεόμενο ρεύμα αέρα, έχει, σήμερα, αποδειχθεί ότι η μεγαλύτερη αναλογία σωματιδίων και διαμερισμένης ύλης επανεκπνέεται. Η πιθανότητα ενός σωματιδίου να καθηλωθεί, εισπνεόμενο στους πνεύμονες εξαρτάται από τις αεροδυναμικές του ιδιότητες, την ανατομία του αναπνευστικού συστήματος, τον τύπο της ροής και το βαθμό μίξεως που συντελείται στους αεραγωγούς. Οι χαρακτήρες της καθηλώσεως των εισπνεομένων αεροσολών στις διάφορες ανατομικές περιοχές του πνεύμονα επηρεάζουν το βαθμό της ενδεχόμενης βλαπτικής επιδράσεως των παρασυρομένων σωματιδίων τα οποία μπορεί να αποτελούνται από τοξικές, ερεθιστικές, ή αντιγονικές ουσίες ή να φέρουν προσκολλημένα πάνω στην επιφάνειά τους μικρόβια ή άλλα ανοσοαντιδραστικά σωματίδια ή, ακόμη και διαλυμένα, τοξικά αέρια.
Ο όρος καθήλωση αναφέρεται ειδικά στην ποσότητα ή την αναλογία των εισπνεομένων σωματιδίων που ουδέποτε επανεκπνέονται, αλλά εναποτίθενται οριστικά στις επιφάνειες του αναπνευστικού συστήματος. Η τελική αποβολή τους από το αναπνευστικό σύστημα ή τον οργανισμό εξαρτάται από την αποτελεσματικότητα άλλων -εκτός της εκπνοής- μηχανισμών καθάρσεως. Ο όρος κάθαρση αναφέρεται στην επακόλουθη μετακίνηση ή στο βιολογικό μετασχηματισμό και την αποβολή των καθηλωμένων σωματιδίων από το αναπνευστικό σύστημα ή από τον οργανισμό. Το ποσό των μη αποκαθαιρομένων σωματιδίων τα οποία επαναδιανέμονται, αλλά δεν αποβάλλονται από τον οργανισμό ονομάζεται κατακράτηση. Έτσι, τόσο ο όρος κατακράτηση,  όσο και ο όρος κάθαρση είναι χρονικές συναρτήσεις των συνθηκών εκθέσεως και των μηχανισμών αποβολής των σωματιδίων (à693). Για μια σύντομη έκθεση σε εισπνοή αεροσόλης, η σχέση των τριών προηγουμένων εννοιών περιγράφεται από τη σχέση:
Κατακράτηση (t)=καθήλωση-κάθαρση(t)
όπου, t ο χρόνος μετά την καθήλωση της αεροσόλης στις επιφάνειες του αναπνευ­στι­κού συστήματος.
Παρ΄όλο ότι πολλοί ερευνητές έχουν χρησιμοποιήσει ραδιογραφικές τεχνικές για την εκτίμηση του ρυθμού κατακρατήσεως και του συνολικού φορτίου ενός εισπνεομένου υλικού στο αναπνευστικό σύστημα, ο θεωρητικός υπολογισμός της τελικής κατακρατήσεως προϋποθέτει τη μέτρηση του ρυθμού καθηλώσεως και του ρυθμού αποβολής των εισπνεομένων σωματιδίων. Ο ρυθμός μεταβολής του συνολικού φορτίου σωματιδίων στους πνεύμονες μετά την έκθεση αποδίδεται από τη σχέση: DF/dt, όπου F, το συνολικό φορτίο των σωματιδίων.

καθήλωση, κάθαρση και δυσμενείς επιδράσεις τοξικών αεροσολών στο αναπνευστικό

ΠΕΡΙΟΧΗ

                              ΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ

ΡΙΝΟΦΑΡΥΓΓΙΚΗ ΠΕΡΙΟΧΗ

ΤΡΑΧΕΙΟΒΡΟΓΧΙΚΟ ΔΕΝΔΡΟ

ΒΟΤΡΥΔΙΑΚΗ ΔΕΞΑΜΕΝΗ

ΚΑΘΗΛΩΣΗ

πρόσκρουση, διάχυση,αναχαίτηση,ηλεκτροστατική έλξη

πρόσκρουση, καθίζηση, διάχυση, αναχαίτηση, ηλεκτροστατική έλξη

διάχυση, καθίζηση,ηλεκτροστατική έλξη, αναχαίτηση

ΚΑΘΑΡΣΗ

βλεννοκροσσωτή συσκευή, πταρμός, εκφύσηση, λύση

βλεννοκροσσωτή συσκευή, βήχας, λύση

 

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑ

φλεγμονή, συμφόρηση, εξέλκωση, καρκίνος

βρογχόσπασμος, αντιδράσεις υπερευαισθησίας Ι, ΙΙΙ, αντανακλαστικοί μηχανισμοί, συμφόρηση, βρογχικός καρκίνος

φλεγμονή, οίδημα, ίνωση, εμφύσημα καρκίνος

 

 

 

 

 

 




ΟΝΟΜΑΤΟΛΟΓΙΑ Αναφύονται ορισμένα προβλήματα περί την ονοματολογία των αερογενών σωματιδίων επειδή λόγω της διατηρήσεως τπαλαιότερων μεθόδων συλλογής δειγματοληψιών. Για την εκτίμηση του αναφαινομένου κινδύνου εκτροπής υγείας, εν τούτοις, η μέτρηση των απειλητικών της υγείας σωματιδίων είναι προτιμότερη, αλλά χρησιμοποιούνται, επίσης, οι κάτωθι μετρήσεις:
συνολικά επιμερισμένα σωματίδια (Total suspended particles,TSP).     Τα διαμερισμένα σωματίδια που, γενικά, συλλέγονται στις επιδημιολογικές μελέτες είναι εκείνα, διαμέτρου <40μm.  Αυτό σημαίνει ότι τα TSP δεν είναι αντιπροσωπευτικά των μεγάλων σωματιδίων που συνιστούν τον μαύρο καπνό και τα οποία δεν εισέρχονται σε στο τραχιοβρογχικό δένδρο και τους πνεύμονες. Το σύστημα αυτό χρησιμοποιήθηκε στο ΗΒ και άλλες χώρες, μέχρι το τέλος της δεκαετιίας του 1980.
ΡΜ10Τπο σύστημα αυτό χρησιμοποιείται για την εκλεκτική ως προς το μέγεθος συλλογή αερογενών σωματιδίων μεγέθους ~10 μm με 50% αποδοτικότητα. Αντιστοιχεί, αδρά, με τα σωματίδια που καθηλώνονται στο τραχειοβρογχικό δένδρο [βλέπε: Κάθαρση  τραχειοβρογχική) νόπως ορίζεται από τον ISO. Οι σχετικές μετρήσεις επιβεβαιώνουν ότι 
ΡΜ2.5 Το μέγεθος αυτό αφορά σωματίδια που διεισδύουν βαθύτερα, στη βοτρυδιακή περιοχή.
δυσμενείς επιδράσεις των αιωρούμενων σωματιδίων [βλ. κάθαρση στο ρινοφάρυγγα]
 





[i] Brain, JD., Valberg, PA.: Deposition of aerosol in the respiratory tract. State of the art. Am. Rev. Respir. Dis. 1977· 130:1325-1373

[ii] Raabe, O., G.: Deposition and clearance of inhaled aerosols. In: Witschi, H., Nettesheim, P., (eds.): MeEsch JL, Spektor DM, Lippmann M. Effect of lung airway branching pattern and gas composition on particle deposition. II Experimental studies in human and canine lungs. Exp Lung Res. 1988;14:321–348chanisms in respiratory toxicology. CRS-press, 1982