الجسيمات متناهية الصغر

١ يونيو ٢٠٢٠
10 دقيقة قراءة
بواسطة IQAir Staff Writers

ما هي الجسيمات متناهية الصغر؟

يشير مصطلح الجسيمات متناهية الصغر (UFPs) إلى الجسيمات المحمولة في الهواء التي يقل قطرها عن 0.1 ميكرون (تسمى أحيانًا PM0.1). يصل حجم بعض الجسيمات متناهية الصغر إلى 0.003 ميكرون.

تُعد الجسيمات الجزيئية غير الملوثة من أخطر ملوثات الجسيمات بسبب صغر حجمها، مما يسمح لها بالتنفس في الرئتين والمرور إلى مجرى الدم عبر الرئتين.

انقر هنا لمعرفة سبب أهمية حجم الجسيمات.

تُعد الملوثات العضوية الثابتة من بين أخطر الجسيمات بسبب صغر حجمها، مما يسمح باستنشاقها إلى الرئتين وتمريرها إلى مجرى الدم.

كما أن صغر حجمها وسلوكها النانوي الصغير يجعل من الصعب رصدها باستخدام تكنولوجيا مراقبة جودة الهواء الحالية. ويؤدي هذا الحجم أيضًا إلى تحرك هذه الجسيمات في الهواء بطرق تختلف عن الجسيمات الدقيقة مثل PM2.5 وPM1، حيث تتحرك في أنماط عشوائية تشبه الغازات أكثر من الجسيمات الأخرى.

وعلى عكس جسيمات PM2.5 والجسيمات الأخرى، لا توجد معايير رسمية لقياس أو تنظيم الجسيمات غير المنقولة في الهواء، على الرغم من أن التقديرات تشير إلى أن أكثر من 90% من الجسيمات المحمولة جواً في الهواء في أي وقت من الأوقات هي جسيمات غير منقولة في الهواء.¹

على الرغم من عدم وجود لوائح تنظيمية، تشير الأبحاث بشكل متزايد إلى أن الجسيمات غير المنقولة في الهواء غالباً ما تكون بتركيزات أعلى بكثير من ملوثات الجسيمات الأخرى وقد تكون مرتبطة بمجموعة أوسع من الآثار الصحية الضارة مقارنة بالجسيمات الدقيقة أو الخشنة مثل PM1 أو PM2.5 أو PM10.

ما هي مصادر الجسيمات متناهية الصغر؟

تنبعث الجسيمات متناهية الصغر في الغالب من خلال الاحتراق من مصادر طبيعية أو بشرية. يُعتقد أن النشاط البشري هو المسؤول عن الحصة الأكبر من الجسيمات متناهية الصغر بسبب انتشار الجسيمات متناهية الصغر في المدن، حيث كان للتصنيع العالمي والنمو السكاني التأثير الأبرز على تلوث الهواء.²

يُعتقد أن النشاط البشري هو المسؤول عن الحصة الأكبر من الملوثات العضوية الثابتة بسبب التصنيع العالمي والنمو السكاني.

دراسة أجريت عام 2019 في البيئة الدولية وجدت أن تركيزات الملوثات العضوية الثابتة تميل إلى الارتفاع خلال النهار في ارتباط وثيق مع التغيرات في حركة مرور المركبات وبالقرب من الطرق المزدحمة، مما يشير إلى التأثير الكبير للنشاط البشري على الملوثات العضوية الثابتة.³

المصادر الطبيعية

تشمل المصادر الطبيعية للفلوريد الفينيل غير المشبع ما يلي:

الحمم البركانية والرماد البركاني
الدخان المتصاعد من حرائق الغابات
الهباء الجوي في ضباب المحيط

ونظرًا للطبيعة المؤقتة لهذه المصادر، فإن الملوثات العضوية الثابتة من البراكين ومصادر المحيطات لا تعتبر إشكالية بشكل خاص. حيث تعمل تيارات الرياح العالمية على تشتيت هذه الملوثات العضوية الثابتة بسرعة إلى تركيزات منخفضة لا تشكل تهديدًا كبيرًا على صحة الإنسان، باستثناء الانفجارات البركانية الكبرى التي يمكن أن ينتقل دخانها لآلاف الأميال.⁴

ومع ذلك، فقد اكتسبت البرافينات المفلورة في دخان حرائق الغابات اهتمامًا بسبب حرائق الغابات المتكررة والشديدة في السنوات الأخيرة. دراسة أجريت عام 2021 في علم سموم الجسيمات والألياف وجدت أنه حتى التعرض قصير الأجل للملوثات العضوية الثابتة في دخان حرائق الغابات قد يزيد بشكل كبير من مخاطر الإصابة بأمراض الجهاز التنفسي والقلب والأوعية الدموية.⁵

حتى التعرض قصير الأجل للملوثات العضوية الثابتة في دخان حرائق الغابات قد يزيد بشكل كبير من مخاطر الإصابة بأمراض القلب والرئة.

المصادر البشرية

تشمل المصادر البشرية الأكثر شيوعًا للملوثات العضوية الثابتة غير المنقولة ما يلي:

عوادم المركبات
عادم الديزل
انبعاثات الغاز الطبيعي والوقود الحيوي⁶
انبعاثات الطائرات
انبعاثات المصانع والانبعاثات الصناعية
انبعاثات محطات توليد الطاقة
حرق القمامة
السجائر والسيجار والتبخير الإلكتروني⁷
الطهي في الأماكن المغلقة⁸
الحروق الخاضعة للرقابة
التنظيف الداخلي بالمكنسة الكهربائية⁹
البكتيريا
الفيروسات
استخدام الآلات المكتبية مثل الطابعات والناسخات

يمكن للمصادر البشرية للملوثات العضوية الثابتة مثل المركبات والصناعة أن تشكل مخاطر صحية كبيرة لأنها تنبعث منها جسيمات جديدة على مدى فترات زمنية طويلة، حيث تحدث حركة المركبات والنشاط الصناعي بشكل مستمر في جميع أنحاء العالم.

وعلاوة على ذلك، فإن العديد من المصادر البشرية للملوثات العضوية الثابتة غير الملوثة أكثر انتشارًا في المناطق الحضرية الكبيرة، مما يشكل مخاطر كبيرة على 4.4 مليار شخص يعيشون حاليًا في المدن (حوالي 55 في المائة من أصل 8 مليارات شخص يقدر عددهم بـ 8 مليارات شخص).^10,11

وتنتشر العديد من المصادر البشرية للملوثات العضوية الثابتة بشكل أكبر في المناطق الحضرية الكبيرة، مما يشكل مخاطر كبيرة على 4.4 مليار شخص يعيشون حاليًا في المدن.

كيف تؤثر الجسيمات متناهية الصغر على صحتنا؟

لا تزال الآثار الصحية الكاملة للجسيمات متناهية الصغر للجسيمات متناهية الصغر قيد البحث للتمييز بين الأخطار المحددة للجسيمات متناهية الصغر مقارنةً بأنواع تلوث الهواء الأخرى.

ومع ذلك، لا جدال إلى حد كبير في أن الجسيمات فائقة الدقة تتسبب في إجهاد تأكسدي للأنسجة في جميع أنحاء الجسم مما قد يسبب ضررًا جهازيًا، حيث تتغلغل في أعماق أنسجة الرئة ومجرى الدم والدماغ وكل عضو آخر تقريبًا.¹²

تسبب الملوثات العضوية الثابتة ضررًا جهازيًا يتغلغل عميقًا في أنسجة الرئة ومجرى الدم والدماغ وكل عضو آخر تقريبًا.

نشرت مقالة مراجعة في عام 2020 في الطب التجريبي والجزيئي وجدت أدلة جوهرية على أن التعرض للفيتامينات فوق البنفسجية غير المشبعة يزيد من خطر الإصابة¹³

التهاب الرئة
ارتفاع ضغط الدم
مرض نقص تروية القلب
تصلب الشرايين (تراكم اللويحات أو "تصلب" الشرايين)
النوبات القلبية
فشل القلب
السعال المزمن
تلف الأعصاب
تلف الدماغ
فقدان الوظيفة الإدراكية
مشاكل في الجهاز الهضمي
داء السكري
زيادة خطر الإصابة بالعديد من أنواع السرطان
تلف الجلد

هل يمكن للجسيمات متناهية الصغر أن تؤثر على جودة الهواء الداخلي؟

مثل ملوثات الجسيمات الأخرى، فإن الجسيمات متناهية الصغر في في الهواء الخارجي إلى الأماكن المغلقة من خلال الشقوق والتسريبات في المباني وكذلك من خلال النوافذ والأبواب والفتحات الأخرى في المنزل أو غلاف المبنى.

وقد يكون هذا الأمر مشكلة خاصة بالنسبة للمنازل القديمة أو سيئة البناء خلال فترات ارتفاع تركيزات الهواء الخارجي غير المعبأ، مثل حرائق الغابات أو الانفجارات البركانية.

وجدت دراسة أُجريت عام 2019 في ولاية كولورادو الأمريكية أن تركيزات الجسيمات في الأماكن المغلقة يمكن أن تصل إلى 4.6 أضعاف التركيزات الخارجية في غياب مصادر التهوية الطبيعية مثل الرياح.¹⁴

كما يمكن أن تتراكم الجسيمات العالقة غير المنفجرة من مصادر داخل المنازل، مثل المطابخ أو حرق وقود الكتلة الحيوية، إلى تركيزات عالية بشكل خطير، خاصة في المنازل الموفرة للطاقة والمُحكمة الإغلاق، وتنطوي على خطر حدوث آثار صحية إضافية.

وقد نشرت مقالة مراجعة في عام 2007 في الهواء الداخلي وجد أن التعرض لمستويات عالية من الملوثات العضوية الثابتة في الأماكن المغلقة أثناء الطفولة يمكن أن يسبب تلف الرئة والالتهابات التي تزيد من خطر إصابة الطفل بالربو مدى الحياة.¹⁵

يمكن أن يسبب التعرض لمستويات عالية من الملوثات العضوية الثابتة في الأماكن المغلقة خلال مرحلة الطفولة تلف الرئة والالتهابات التي تزيد من خطر إصابة الطفل بالربو مدى الحياة.

نصائح لتقليل الجسيمات متناهية الصغر

فيما يلي بعض الإجراءات التي يمكن للأفراد والمؤسسات اتخاذها للمساعدة في الحد من الجسيمات فائقة الدقة:

اختر خيارات التنقل التي تساعد على تقليل حركة السياراتمثل المشي أو ركوب الدراجات الهوائية أو وسائل النقل العام أو مشاركة الركوب.
شراء سيارة تعمل بالطاقة الكهربائية أو الهيدروجينية لتحل محل المركبات الشخصية التي تعمل بمحركات الاحتراق.
تركيب أنظمة الطاقة الشمسية في المنازل أو أماكن العمل للمساعدة في تقليل الضغط على الشبكة الكهربائية.
استبدال الأساطيل التي تعمل بالديزل بمركبات نقل موفرة للوقود أو مركبات نقل كهربائية.
تقليل أو تجنب أي نوع من أنواع الحرق في الأماكن المغلقةبما في ذلك الشموع المعطرة و الخشب في المواقد.
استخدام شفاط المطبخ للمساعدة في تقليل ملوثات الجسيمات وكذلك ملوثات الدخان والغازات الأخرى بعد الطهي.
الحد من التنظيف الداخلي بالمكنسة الكهربائية لمرة واحدة في الأسبوع أو حسب الحاجة، أو استخدمي جهاز مكنسة كهربائية مزودة بفلتر HEPA.
تقليل التدخين أو الإقلاع عنه السجائر أو السيجار أو منتجات التدخين الإلكتروني.

هل يجب تنظيم الجسيمات متناهية الصغر؟

إلى أن تخضع الجسيمات فائقة الدقة لمعايير ولوائح تنظيمية جديدة، لا يمكن فعل الكثير لفرض السيطرة على انبعاثات الجسيمات فائقة الدقة من قبل المساهمين الرئيسيين مثل المصانع ومنشآت التصنيع ومصنعي السيارات الذين تنتج سياراتهم عوادم مليئة بالجسيمات فائقة الدقة.

وقد أجرت بعض المنظمات دراسات مستقلة عن انبعاثات الفينول الخماسي اليورانيوم غير المشبع في المنطقة من أجل فهم أفضل لمصادر وأنماط وتأثيرات الفينول الخماسي غير المشبع على الصحة والمساهمة في تكنولوجيا الرصد والتنظيم المستقبلي.

في عام 2014، أكملت منطقة إدارة جودة الهواء في منطقة الخليج (BAAQMD) دراسة عن انبعاثات الفينول الخفيف غير المشبع في منطقة خليج سان فرانسيسكو الأمريكية، التي يقطنها ما يقرب من 8 ملايين شخص.¹⁶

يشير التقرير إلى أنه حتى الارتفاع الطفيف في الملوثات العضوية الثابتة يمكن أن يزيد من حالات دخول المستشفيات بسبب أمراض القلب والرئة بنسبة 20% تقريبًا ويزيد من خطر الوفاة بسبب هذه الأمراض بنسبة تزيد عن 2%. يشير هذا التقرير إلى المخاطر الكبيرة التي ينطوي عليها تنظيم وتقليل الملوثات العضوية الثابتة غير المنقولة.

وقد وجد تقرير عن منطقة خليج سان فرانسيسكو أن الارتفاع الطفيف في الملوثات العضوية الثابتة غير المنقولة يمكن أن يزيد من حالات دخول المستشفيات بسبب أمراض القلب والرئة بنسبة 20% تقريبًا.

كما خلص تقرير نشرته الأكاديمية الأمريكية للحساسية والربو والمناعة في عام 2016 إلى أن الضرر الملحوظ الذي تسببه الفوسفات غير المشبع في الجسم، بما في ذلك تلف الحمض النووي وزيادة خطر التحسس من الحساسية، يبرر الاهتمام التنظيمي الخاص.¹⁷

كما خلصت ورشة عمل نظمتها وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) في عام 2016 إلى أن استثمار شركات تصنيع السيارات الأمريكية في مراقبة البرافينات غير المشبعة يمكن أن يساعد في عزل آليات محرك الاحتراق التي تؤدي إلى انبعاثات البرافينات غير المشبعة بشكل أفضل، مما يمهد الطريق لتقنيات أكثر كفاءة تقلل من انبعاثات البرافينات غير المشبعة تمامًا.¹⁸

وقد تم إحراز بعض التقدم في القدرة على رصد انبعاثات البوليمرات غير المحترقة.

دراسة أجريت عام 2021 في علم البيئة الكلية إلى استخدام أخذ العينات الإعصارية لقياس الملوثات العضوية الثابتة.¹⁹وباستخدام قوى الطرد المركزي لفصل الجسيمات التي تحتوي على جسيمات متلازمة الالتهاب الرئوي الحاد الوخيم عن المواد الأخرى المحمولة جواً، نجح أخذ العينات الإعصارية في قياس الجسيمات الحيوية التي تحتوي على جسيمات فيروسية مثل فيروس كورونا المستجد المتلازمة التنفسية الحادة الوخيمة 2 (SARS-CoV-2).

ولكن مع التحسينات في الفعالية، قد يكون أخذ العينات الإعصارية قادرًا على قياس الجسيمات الأخرى التي تحتوي على جسيمات متلازمة الالتهاب الرئوي الحاد الوخيم بسرعة ودقة مع الكشف عن الفروق الدقيقة في التعرض.

باستخدام أخذ العينات الإعصارية، وجدت دراسة أُجريت عام 2020 في المناطق الحضرية في الصين أن التعرض للملوثات العضوية الثابتة يختلف على مدار اليوم (0.13 ميكروغرام/م³ إلى 240.8 ميكروغرام/متر³) وهو الأعلى خلال التنقلات.

وقد استخدمت دراسة أجريت في عام 2020 شملت طلاب المدارس الثانوية في المناطق الحضرية في الصين تقنية أخذ العينات الإعصارية هذه لاقتراح نمطين رئيسيين في التعرض الشخصي للفلوروفينوليتروز غير المشبع:²⁰

يمكن أن يتفاوت التعرض للملوثات العضوية الثابتة على نطاق واسع على مدار اليوم من 0.13 ميكروغرام لكل متر مكعب (ميكروغرام/م3) إلى 240.8 ميكروغرام/م3. وتوجد أعلى تركيزات للفلوريد الفينيل غير المشبع في الغالب داخل المنازل، خاصة في المستشفيات أو المطابخ المنزلية أو غرف النوم التي تبعد أقل من 10 أمتار (32.8 قدم) عن الطريق.
ويبلغ التعرض للفلوريد الفينيل غير المشبع أعلى مستوياته أثناء التنقل. واجه الطلاب المشاركون في الدراسة تركيزات أعلى بكثير من الفينول الخماسي الكلور أثناء التنقل من المنزل إلى المدرسة أو عند مغادرة المرافق المدرسية لتناول الوجبات أكثر من أي وقت آخر من اليوم.

يمكن أن يساعد إجراء المزيد من الدراسات من هذا القبيل في توجيه التنظيم نحو أهم مصادر الفينول الخالي من اليورانيوم غير المشبع في الداخل والخارج، مثل مناطق الطهي أو الطرق المزدحمة، والمساعدة في حماية أولئك الذين يتنقلون بشكل متكرر بين الأماكن الداخلية والخارجية المتأثرة بالفلوروفينوليتيدات غير المشبعة.

الوجبات الجاهزة

تعد الملوثات العضوية الثابتة غير المنفجرة من أخطر الملوثات المحمولة جواً وأكثرها انتشاراً، مع مجموعة واسعة من الآثار الصحية الملحوظة. ومع ذلك، لا توجد معايير تنظيمية للتحكم في انبعاثات الملوثات العضوية الثابتة.

وتدعو العديد من المنظمات العلمية والصحية بشكل متزايد إلى الاستثمار في الأبحاث التي من شأنها تحسين فهم كيفية قياس وتنظيم وتقليل الملوثات العضوية الثابتة لمنع آثارها الصحية الضارة.²¹

يمكن للأفراد والمنظمات على حد سواء اتخاذ تدابير للمساعدة في الحد من انبعاثات الملوثات العضوية الثابتة ومنعها بالكامل من خلال تغيير السلوكيات المتعلقة بالنقل واستخدام الطاقة وعادات نمط الحياة اليومية.

موارد المقالة

[1] Kwon H, et al. (2020). Ultrafine particles: Unique physicochemical properties relevant to health and disease. Experimental and Molecular Medicine. DOI: 10.1038/s12276-020-0405-1

[2] Kumar P, et al. (2014). Ultrafine particles in cities. Environment International. DOI: 10.1016/j.envint.2014.01.013

[3] de Jesus AL, et al. (2019). Ultrafine particles and PM2.5 in the air of cities around the world: Are they representative of each other? Environment International. DOI: 10.1016/j.envint.2019.05.021

[4] Trejos EM, et al. (2021). Volcanic emissions and atmospheric pollution: A study of nanoparticles. Geoscience Frontiers. DOI: 10.1016/j.gsf.2020.08.013

[5] Chen H, et al. (2021). Cardiovascular health impacts of wildfire smoke exposure. Particle and Fibre Toxicology. DOI: 10.1186/s12989-020-00394-8

[6] Xue J, et al. (2018). Ultrafine particle emissions from natural gas, biogas, and biomethane combustion. Environmental Science and Technology. DOI: 10.1021/acs.est.8b04170

[7] Salvi D, et al. (2018). A real-world assessment of indoor air quality (ultrafine particles) following e-cigarette use in two e-cigarette shops. Tobacco Induced Diseases. DOI: 10.18332/tid/83768

[8] Shen G, et al. (2017). A laboratory comparison of emission factors, number size distributions, and morphology of ultrafine particles from 11 different household cookstove-fuel systems. Environmental Science and Technology. DOI: 10.1021/acs.est.6b05928

[9] Knibbs LD ,et al. (2012). Vacuum cleaner emissions as a source of indoor exposure to airborne particles and bacteria. Environmental Science and Technology. DOI: 10.1021/es202946w

[11] Vollset SE, et al. (2020). Fertility, mortality, migration, and population scenarios for 195 countries and territories from 2017 to 2100: A forecasting analysis for the Global Burden of Disease Study. The Lancet. DOI: 10.1016/S0140-6736(20)30677-2

[12] Terzano C, et al. (2010). Air pollution ultrafine particles: Toxicity beyond the lung. European Review for Medical and Pharmacological Sciences.

[13] Schraufnagel DE. (2020). The health effects of ultrafine particles. Experimental and Molecular Medicine. DOI: 10.1038/s12276-020-0403-3

[14] Shrestha PM, et al. (2019). Impact of outdoor air pollution on indoor air quality in low-income homes during wildfire seasons. International Journal of Environmental Research and Public Health. DOI: 10.3390/ijerph16193535

[15] Weichenthal S, et al. (2007). Indoor ultrafine particles and childhood asthma: Exploring a potential public health concern. Indoor Air. DOI: 10.1111/j.1600-0668.2006.00446.x

[17] Li N, et al. (2016). A work group report on ultrafine particles (American Academy of Allergy, Asthma & Immunology): Why ambient ultrafine and engineered nanoparticles should receive special attention for possible adverse health outcomes in human subjects. The Journal of Allergy and Clinical Immunology. DOI: 10.1016/j.jaci.2016.02.023

[18] Baldauf RW, et al. (2016). Ultrafine particle metrics and research considerations: Review of the 2015 UFP workshop. International Journal of Environmental Research and Public Health. DOI: 10.3390/ijerph13111054

[19] Kumar P, et al. (2021). An overview of methods of fine and ultrafine particle collection for physicochemical characterisation and toxicity assessments. Science of the Total Environment. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.143553

[20] Zhou Y, et al. (2020). Personal black carbon and ultrafine particles exposures among high school students in urban China. Environmental Pollution. DOI: 10.1016/j.envpol.2020.114825

[21] Brugge D. (2019). Ultrafine particles are an emerging environmental health risk. Union of Concerned Scientists.