Các loại hạt trong không khí và cơ chế ảnh hưởng của chúng lên sức khỏe con người
Tác giả: Ngô Đình Nhân - VinUniversity
Các loại hạt lơ lửng trong không khí
Các hạt tồn tại trong không khí có thể là các hạt rắn, các giọt lỏng, hoặc là dạng hổn hợp của hai trạng thái trên. Các hạt này thường được gọi với một thuật ngữ nhất định như PM2.5 hoặc bụi mịn. Vậy, ý nghĩa thực sự của các tên gọi này là gì? Thông thường, những tên gọi này biểu thị các loại hạt trong không khí được phân loại theo kích thước (Hình 1). Tuy nhiên, trong thực thế, các hạt thường đa dạng về kích thước củng như hình dạng. Ví dụ như, các giọt lỏng gần như luôn có dạng hình cầu, trong khi các hạt rắn thì có hình dạng phức tạp hơn. Do vậy, việc phân loại các hạt không dựa trên các thông số vật lý như đường kính, bán kính, hoặc chiều cao, mà dựa vào một giá trị đường kính quy đổi, gọi là “đường kính khí động học”. Hình 2 mô tả kích thước cụ thể của từng loại hạt. Cụ thể là:
- Các hạt lơ lững (TSP), còn gọi là các hạt có thể hít, bao gồm tất cả các hạt trong không khí có kích thước bằng khoảng 100 micro mét hoặc nhỏ hơn. Những hạt lớn hơn ngưỡng này thì thường tồn tại trong một khoảng thời gian rất ngắn trong khí và rơi xuống đất nhanh chóng do tác dụng của trọng lực.
- Trong khi đó, các hạt hô hấp là một nhóm các hạt hít vào có kích thước dưới 10 micro mét. Trong khi các hạt hít vào có kích thước đủ lớn để bị giữ lại trong mũi, cổ họng và đường hô hấp trên, các hạt hô hấp có kích thước đủ nhỏ để xâm nhập vào các phần sâu nhất của phổi, vượt qua các cơ chế phòng vệ tự nhiên của cơ thể.
- Các hạt hô hấp có thể phân loại thành nhiều nhóm nhỏ khác nhau, bao gồm PM0.1, PM2.5 và PM10. Chỉ số đi kèm biểu thị kích thước hạt lớn nhất trong nhóm đó. Ví dụ, PM2.5 bao gồm tất cả các hạt hô hấp có kích thước 2.5 µm hoặc nhỏ hơn. Điều quan trọng cần lưu ý đó là PM10 tương ứng với các hạt hô hấp, như được minh họa trong Hình 2. Ngoài ra, các hạt trong không khí có thể được phân loại thành hạt siêu mịn, mịn và thô dựa trên các dãi kích thước như minh họa trong Hình 2. Có một quan niệm sai lầm phổ biến rằng các hạt thô tương ứng với PM10. Thực tế thì không phải như vậy! Các hạt siêu mịn và mịn sẽ tương ứng với PM0.1 và PM2.5, trong khi các hạt thô chỉ là một thành phần của PM10.
Kết luận lại, việc phân loại các hạt trong không khí dựa trên khái niệm đường kính tương đương, gọi là “đường kính khí động học”, thay vì các kích thước vật lý. Các hạt lơ lửng (TSP), hay còn gọi là hạt có thể hít vào (hạt hít vào), bao gồm tất cả các hạt có trong không khí. Các hạt hô hấp, là một phần của các hạt hít vào, bao gồm nhiều nhóm nhỏ như PM0.1, PM2.5 và PM10. Ngoài ra, các hạt trong không khí có thể được phân loại thành hạt siêu mịn, mịn và thô, trong đó các hạt siêu mịn và mịn tương ứng với PM0.1 và PM2.5, trong khi các hạt thô chỉ là một thành phần của PM10.
Cơ chế tác động của các hạt trong không khí lên sức khoẻ con người
Kích thước và thành phần đều đóng vai trò quan trọng trong các cơ chế tác động của các hạt trong không khí lên sức khỏe con người. Kích thước liên quan trực tiếp đến khoảng cách di chuyển và vị trí lắng đọng của các hạt, trong khi thành phần quyết định độc tính của chúng. Cụ thể:
- Kích thước của các hạt trong không khí: nhìn chung, hạt càng nhỏ thì càng xâm nhập sâu vào đường hô hấp của con người. Chẳng hạn, chỉ có PM2.5 và các hạt nhỏ hơn mới xâm nhập sâu vào phổi và một số thậm chí có thể xâm nhập vào máu, trong khi PM10 có xu hướng mắc lại ở khí quản (họng trên) hoặc ở phế quản. Khi xâm nhập vào cơ thể con người, chúng mang theo các chất hóa học và sinh học có mặt trên bề mặt của chúng vào cơ thể, do đó gây ra các tác động độc hại lên hệ hô hấp cung như các cơ quan trong cơ thể.
- Thành phần của các hạt trong không khí: các hạt trong không khí có thể hoạt động như những phương tiện vận chuyển các hợp chất có nguồn gốc hóa học và sinh học (Guo et al., 2018). Ví dụ, các kim loại có mặt trong các hạt, đặc biệt là sắt, làm tăng sản xuất các loại oxy hoạt động (Reactive Oxygen Species: ROS). Vì việc giải phóng ROS có thể dẫn đến tổn thương tế bào và mô, từ đó có thể gây ra hoặc làm trầm trọng thêm tình trạng viêm nhiễm. Một ví dụ khác về các tác động sức khỏe của các hạt trong không khí chứa nguồn gốc sinh học là nội độc tố, một loại độc tố được tiết ra từ vi khuẩn, có thể bám vào bề mặt của các hạt và cùng chúng xâm nhập vào phổi, do đó dẫn đến các phản ứng miễn dịch rõ rệt hơn so với các hạt thông thường.
Tóm lại, cơ chế tác động chính của các hạt trong không khí lên sức khỏe con người, cụ thể là trên hệ hô hấp, nằm ở thành phần hóa học và sinh học mà các hạt mang theo, do đó gây ra các tác động bất lợi làm tổn thương tế bào và mô.
Tài liệu tham khảo
Guo, Z., Wang, Z., Qian, L., Zhao, Z., Zhang, C., Fu, Y., Li, J., Zhang, C., Lu, B., & Qian, J. (2018). Biological and chemical compositions of atmospheric particulate matter during hazardous haze days in Beijing. Environmental Science and Pollution Research International, 25(34), 34540. Pöschl, U. (2005). Atmospheric aerosols: composition, transformation, climate and health effects. Angewandte Chemie (International Ed. in English), 44(46), 7520–7540.