Wtórna emisja py∏ów a kumulacja Ni w migda∏kach gard∏owych

PRACE ORYGINALNE
O R I G I N A L PA P E R S
Medycyna Ârodowiskowa - Environmental Medicine 2012, Vol. 15, No. 4, 55-62
www.medycynasrodowiskowa.pl
www.environmental-medicine-journal.eu
Wtórna emisja py∏ów a kumulacja Ni w migda∏kach gard∏owych
dzieci zamieszka∏ych w miastach województwa Êlàskiego
Secondary dust emission on Ni accumulation in pharyngeal tonsils of children from
Silesian Voivodeship cities
Jerzy Kwapuliƒski 1 (a, d), Ma∏gorzata Suflita 1 (b, c), Piotr Z. Brewczyƒski 1 (a, d),
Ma∏gorzata Bebek 4 (c), Marcin Babula 4 (b, c, d), El˝bieta Królak 2 (c), B∏a˝ej Szady 3 (e),
Ewa Nogaj 3 (b), El˝bieta Rabsztyn 5 (e), Krzysztof Mitko 4 (c, e), Renata Musieliƒska 6 (b, e),
Ewa Krakowiak 1 (d, e)
1
2
3
4
5
6
Zak∏ad Zdrowia Ârodowiskowego i Epidemiologii, Zak∏ad SzkodliwoÊci Biologicznych i Immunoalergologii, Instytut Medycyny Pracy
i Zdrowia Ârodowiskowego
Zak∏ad Ekologii, Akademia Podlaska
Katedra i Zak∏ad Toksykologii, Âlàski Uniwersytet Medyczny
Zak∏ad Monitoringu Ârodowiska, G∏ówny Instytut Górnictwa
Zak∏ad Diagnostyki Laboratoryjnej, Samodzielny Publiczny Wojewódzki Szpital Chirurgii Urazowej im. Dr. Janusza Daaba
w Piekarach Âlàskich
Zak∏ad Toksykologii, Akademia im. Jana D∏ugosza
(a) opracowanie
koncepcji i za∏o˝eƒ
metod
(c) przeprowadzenie badaƒ
(d) opracowanie tekstu
(e) inne prace
(b) opracowanie
STRESZCZENIE
ABSTRACT
Wst´p: Szereg wczeÊniejszych badaƒ wykaza∏ istotne
zdolnoÊci do kumulowania si´ niektórych metali ci´˝kich
w przyziemnej warstwie powietrza. Dochodzi do tego zjawisko wtórnego pylenia. Cel badaƒ: Celem badaƒ by∏o okreÊlenie roli zjawiska wtórnego pylenia na podstawie wyznaczenia kilku opisanych w piÊmiennictwie wspó∏czynników.
Materia∏ i metody: Przedmiotem badaƒ by∏y usuni´te chirurgicznie w latach 2006–2011 migda∏ki gard∏owe dzieci
mieszkajàcych w ró˝nych regionach Górnego Âlàska. Ich
próbki mineralizowane przy u˝yciu kwasu azotowego poddano analizie metodà spektometrii plazmowej na zawartoÊç
Ni. Udzia∏ wtórnej emisji py∏u opisano za pomocà nast´pujàcych wspó∏czynników: wtórnej emisji; wzbogacenia; kontaminacji; parametru dodatkowej masy danego metalu
w ogólnym zanieczyszczeniu powietrza. Wyniki: Kontaminacja migda∏ków gard∏owych by∏a wi´ksza u dzieci mieszkajàcych w miastach, w których stwierdzano wzrost wspó∏czynników wtórnej emisji.
Introduction. Earlier studies indicated big capacity of
accumulation of some heavy metals in ground air layer. The
extra input in widespread pollution is attributable to secondary dusting. The aim of studies: The aim of the studies
was determination of the role of secondary dusting on the
basis of determination of many coefficients described in references. Materials and methods: The work target were pharyngeal tonsils in children residing in different regions of
Upper Silesia. The samples were mineralized with nitric
acid and were analyzed by plasmic spectrometry for Ni content. The input of secondary dust emission was defined by
the following coefficients: secondary emission , enrichment,
contamination supplementary mass of a given metal in
widespread air pollution. Results: Contamination of pharyngeal tonsils was larger in children residing in towns in
which increase of secondary emission coefficients was
recorded.
S∏owa kluczowe: Ni, migda∏ki gard∏owe, wtórne pylenie,
kontaminacja
Key words: Ni, pharyngeal tonsils secondary dusting,
contamination
Nades∏ano: 20.08.2012
Zatwierdzono do druku: 20.09.2012
56
Medycyna Ârodowiskowa - Environmental Medicine 2012, Vol. 15, No. 4
Jerzy Kwapuliƒski i wsp.: Wp∏yw zró˝nicowania wtórnej emisji py∏ów w miastach na kumulacj´ Ni w migda∏kach gard∏owych dzieci
WST¢P
Dzieci sà szczególnie wra˝liwe na oddzia∏ywania
Êrodowiskowe. Znacznie post´pujàca urbanizacja
oraz rozwój ró˝nych ga∏´zi przemys∏u sprawi∏y, ˝e
powietrze atmosferyczne zanieczyszczone jest ró˝nymi substancjami chemicznymi. G∏ównym êród∏em
oddzia∏ywania Êrodowiska na dzieci sà aerozole
atmosferyczne zawarte w przyziemnej warstwie powietrza; innym sà napoje. Trafiajàca do dystrybucji
przetworzona ˝ywnoÊç jest bowiem na ogó∏ standaryzowana.
Py∏ zawieszony pochodzi zarówno z lokalnej jak
i wtórnej emisji. Emisja wtórna polega na wzbudzaniu do przestrzeni respirabilnej py∏ów wczeÊniej osiad∏ych na powierzchniach utwardzanych (asfaltowe
boiska, parkingi, ulice, itd.). Zanieczyszczenia pochodzàce ze spalin samochodowych odgrywajà bardzo wa˝nà rol´ u dzieci mieszkajàcych lub ucz´szczajàcych do szkó∏ zlokalizowanych w sàsiedztwie ruchliwych ulic [1, 2].
W czasie swojego rozwoju biologicznego organizm
dzieci´cy mo˝e byç nara˝ony na zwiàzki i jony metali
ci´˝kich obecne w powietrzu [3, 4]. Dlatego te˝ wiele
oÊrodków badawczych nie tylko analizuje nara˝enie
dzieci na wybrane jony metali na podstawie np. badaƒ
zawartoÊci niklu (Ni) we krwi, lecz tak˝e prowadzi intensywne badania nad wykorzystaniem wielu tkanek,
narzàdów oraz p∏ynów ustrojowych jako êróde∏ pozwalajàcych na skutecznà ocen´ ekspozycji. Jednym
z niewielu narzàdów nadajàcych si´ wybitnie do tego
typu badaƒ sà migda∏ki gard∏owe. Wynika to z faktu,
˝e stanowià one integralnà cz´Êç lokalnego uk∏adu
immunologicznego i sà szczególnie przydatnie po∏o˝one dla oceny wdychanego powietrza (jama nosowogard∏owa). Z powy˝szych powodów kumuluje si´
w nich wiele pierwiastków [5, 6, 7].
Nikiel nale˝y do metali powszechnie wyst´pujàcych
w otoczeniu cz∏owieka (woda, gleba, powietrze). JeÊli
wyst´puje on w powietrzu w iloÊciach ni˝szych ni˝
dawka progowa (0,25 mg/m3), nie stanowi z regu∏y niebezpieczeƒstwa dla organizmu cz∏owieka. Jego niedobór mo˝e byç przyczynà zachwiania wybranych procesów metabolicznych np. przemian lipidów [8, 9, 20].
Nikiel jest aktywatorem niektórych enzymów jak
np. tyrozynazy czy arginazy oraz regulatorem gospodarki hormonalnej. Ponadto bierze udzia∏ w transporcie tlenu do tkanek, tworzeniu bia∏ek enzymatycznych, przemianach w´glowodanów. Regulacja funkcji
plazminy oraz stabilizacja struktur kwasów nukleinowych to tak˝e przyk∏ady podstawowej roli fizjologicznej niklu [9, 10].
Sta∏a emisja zwiàzków niklu do Êrodowiska przyrodniczego nast´puje w wyniku spalania paliw,
zw∏aszcza w´gla i ropy naftowej. Ponadto do emisji
zwiàzków niklu dochodzi na skutek starzenia si´ p∏yt
azbestowych i emisji py∏ów z zak∏adów przetwórstwa
rud metali kolorowych, palenia papierosów, odprowadzania nieoczyszczonych Êcieków i szlamów z rafinerii, galwanizerni i wytwórni akumulatorów zasadowych [11, 12]. Dowiedziono równie˝, ˝e nikiel adsorbowany jest na najmniejszych czàstkach py∏u emitowanego przez elektrownie, zwa∏owiska kopalniane
i huty. Czàstki te mogà d∏u˝ej unosiç si´ w powietrzu
i mogà byç przenoszone na wi´ksze odleg∏oÊci w porównaniu do czàstek o wi´kszych rozmiarach, które
opadajà w pobli˝u miejsca emisji. Fakt ten pozwala
domniemywaç, ˝e zró˝nicowanie wtórnej emisji b´dzie mia∏o ogromne znaczenie dla kumulacji niklu
w uk∏adzie oddechowym.
Zwiàzki niklu dostajà si´ do ludzkiego organizmu
drogà oddechowà i pokarmowà. To czy oka˝à si´ dla
nas szkodliwe czy te˝ nie, zale˝y w g∏ównej mierze od
stopnia wch∏aniania, dystrybucji w organizmie oraz
stopnia wydalania. Ekspozycja na ten metal skutkuje
kumulacjà g∏ównie w organach mià˝szowych, mi´Êniu
sercowym, koÊciach, skórze, w∏osach czy te˝ w´z∏ach
limfatycznych. Wywo∏uje on wówczas szereg negatywnych zmian w postaci uszkodzenia b∏on Êluzowych,
zaburzeƒ w strukturze kwasów nukleinowych, zmian
w szpiku kostnym i chromosomach. Mo˝e byç przyczynà odczynów alergicznych, nowotworów jamy ustnej, gard∏a i p∏uc [10, 11, 14, 15].
W nawiàzaniu do wspomnianych wy˝ej faktów,
niedobór jonów niklu w bilansie organizmu ludzkiego
mo˝e byç równie dotkliwy, jak i jego nadmierna kumulacja. Objawami spowodowanymi niedostatecznà
jego poda˝à mogà byç: zahamowanie wzrostu, zmiany w naskórku i nadmierna pigmentacja, zniekszta∏cenie koÊci, obrz´k stawów, obni˝enie poziomu hemoglobiny we krwi oraz zwyrodnienie wàtroby spowodowane nagromadzeniem si´ w niej nadmiernej iloÊci
t∏uszczu prowadzàce do upoÊledzenia funkcji tego organu [9, 12].
Oprócz emisji przemys∏owej dodatkowym êród∏em
obecnoÊci niklu w przyziemnej warstwie powietrza
jest zjawisko wtórnego pylenia oraz emisja komunikacyjna. W przypadku przekroczenia granicznej
pr´dkoÊci wiatru (5 m/s) w odniesieniu do ró˝nych
osiad∏ych frakcji py∏ów na powierzchniach utwardzonych (ulice, place zabaw) nast´puje powtórna
emisja py∏ów do przyziemnych warstw powietrza.
IloÊci wtórnie emitowanego py∏u o ró˝nej szkodliwoÊci fizycznej i chemicznej zale˝à od Êrednicy jego czàstek, ich kszta∏tu, pr´dkoÊci i kierunku wiatru (warunki anemologiczne), czasu jego trwania, stopnia
turbulencji powietrza wywo∏anej ruchem pojazdów
itd.
57
Medycyna Ârodowiskowa - Environmental Medicine 2012, Vol. 15, No. 4
Jerzy Kwapuliƒski i wsp.: Wp∏yw zró˝nicowania wtórnej emisji py∏ów w miastach na kumulacj´ Ni w migda∏kach gard∏owych dzieci
Przeci´tna zawartoÊç niklu w poszczególnych
frakcjach py∏u zawieszonego powietrza w warunkach
wtórnego pylenia w sàsiedztwie szkó∏ badanych dzieci
przedstawia tab. I [3]. Badania te wskazujà, ˝e emisja
dokonujàca si´ podczas zjawiska wtórnego pylenia
mo˝e stanowiç wyraêne zagro˝enie stanu zdrowia
dzieci i doros∏ych [1, 14, 15].
Zwiàzki chemiczne niklu sà charakterystycznymi
sk∏adnikami pochodzàcymi zarówno z wtórnej emisji
py∏ów jak i z emisji samochodowej i zale˝à od stopnia
nat´˝enia ruchu drogowego.
MATERIA¸ I METODY
Py∏y zawieszone w powietrzu
Poboru prób py∏u dokonano za pomocà aspiratora
powietrza typu AP 700 w ciàgu 1 godziny, uwzgl´dniajàc separatory dla poszczególnych jego frakcji. Zebrane sàczki z py∏em o znanej masie mineralizowano
na goràco dwukrotnie mieszaninà 1:1, 40% HF i 68%
HNO3 w iloÊci po 1 cm3. Pozosta∏oÊç po mineralizacji
rozpuszczono w 10 cm3 68% HNO3 i przenoszono
iloÊciowo do kolbek miarowych o pojemnoÊciach po
50 cm3, a nast´pnie uzupe∏niano wodà redestylowanà.
ZawartoÊç Ni oznaczono metodà absorpcyjnej spektrofotometrii atomowej za pomocà aparatu Pye Unicam SP 9, zgodnie z fabrycznà instrukcjà obs∏ugi.
PoprawnoÊç oznaczeƒ sprawdzono opierajàc si´ na
równoleg∏ych analizach materia∏u referencyjnego
SRM 1648 produkcji National Institute of Standards
and Technology Gaithersburg. Pomiary walidacyjne
wykaza∏y ró˝nic´ w oznaczeniach rz´du od 3% do 9%
dla Ni. WykrywalnoÊç badanego metalu wynosi∏a
0,01 µg/g Ni s.m. py∏u.
Migda∏ek gard∏owy
W pierwszej kolejnoÊci okreÊlona zosta∏a masa
mokra migda∏ka. Do tego celu u˝yto wagi ZMP
WA-32 o dok∏adnoÊci 1,051015 g. Po wysuszeniu
próbek pod lampami promiennikowym, ponownie
ustalono mas´ badanych prób.
Przygotowane próbki migda∏ków o okreÊlonej
masie potraktowano spektralnie czystym kwasem
azotowym HNO3(V) o obj´toÊci 5 cm3. Nast´pnie
próbki zosta∏y umieszczone w ∏aêni piaskowej. Trwa∏o to, a˝ do momentu rozpuszczenia materii organicznej i jej odparowania. Po zakoƒczeniu pierwszego etapu dodana zosta∏a kolejna porcja 5 cm3
HNO3(V), a próbki pozostawa∏y na ∏aêni piaskowej
a˝ do momentu uzyskania klarownego roztworu.
W przypadku próbek których roztwór nie sta∏ si´
w pe∏ni klarowny, dodano kilka kropel nadtlenku
wodoru (H2O2). Po rozpuszczeniu materii organicznej ka˝da próbka zosta∏a przeniesiona do wykalibrowanej kolbki i uzupe∏niona wodà destylowanà do
obj´toÊci 10 cm3.
Do oznaczenia metali we wszystkich badanych
próbkach migda∏ka gard∏owego zosta∏a wykorzystana
metoda indukcyjnie sprz´˝onej plazmy (ICP-AES).
Pomiary przeprowadzono za pomocà aparatu Solar
2000.
Dok∏adnoÊç oznaczeƒ Ni wynosi∏a 0,01 µg/g s.m.
a wykrywalnoÊç 0,005 µg/g s.m.
OMÓWIENIE WYNIKÓW I DYSKUSJA
W pierwszej kolejnoÊci okreÊlono zawartoÊç Ni
w poszczególnych frakcjach czàstek py∏u zdeponowanowego na utwardzonych powierzchniach boisk
szkolnych i w sàsiedztwie ruchliwych ulic – tab. I. Wyniki zestawione w tab. I wskazujà równie˝ na du˝y
udzia∏ Ni zawartego we frakcji poni˝ej 0,06 mm. Z kolei najmniejszy udzia∏ tego pierwiastka stwierdzono
we frakcji rz´du 0,43–0,60 mm. Tym samym nale˝a∏oby nadmieniç, ˝e udzia∏ niklu w najdrobniejszych
frakcjach py∏u by∏ przeci´tnie 3–7-krotnie wi´kszy
ani˝eli we frakcjach najwi´kszych. Wyniki badaƒ nad
wyst´powaniem Ni w py∏ach osiad∏ych na terenie wybranych miast wskaza∏y na potrzeb´ przeprowadzenia
dog∏´bniejszych analiz nad rolà wtórnej emisji tego
pierwiastka do uk∏adu oddechowego [1–4]. Dlatego
g∏ównym celem badaƒ by∏a ocena kumulacji niklu
w migda∏kach gard∏owych w warunkach wtórnego
pylenia, w miejscowoÊciach o zró˝nicowanym zapyleniu powietrza. Migda∏ki gard∏owe dzieci traktowane
sà w tym opracowaniu jako wybiórczy potencjalny receptor Ni obecnego w g∏ównym strumieniu wdychanego powietrza przez dzieci [5].
Tab. I. Przeci´tne zawartoÊci Ni w poszczególnych frakcjach py∏u zdeponowanego na powierzchni boiska szkolnego [µg/g]
Tab. I. Average contents of Ni of single fractions of dust deposited on the surface of the school sports pitch [µg/g]
X [mm]
Ni [µg/g ]
*0,06
0,08–0,06
0,15–0,08
0,25–0,15
89
49
34
33
X [mm] – Êrednica ziaren frakcji py∏u
0,30–0,25 0,385–0,30 0,43–0,385 0,60–0,43
20
29
18
15
0,75–0,60
24
58
Medycyna Ârodowiskowa - Environmental Medicine 2012, Vol. 15, No. 4
Jerzy Kwapuliƒski i wsp.:Wp∏yw zró˝nicowania wtórnej emisji py∏ów w miastach na kumulacj´ Ni w migda∏kach gard∏owych dzieci
Zjawisko wtórnego pylenia opisujà nast´pujàce parametry:
a) wspó∏czynnik wtórnej emisji py∏u, w tym danego
pierwiastka – K wed∏ug Stewarta [16] z powierzchni
utwardzonych (tab. II, ryc. 1), równy ilorazowi zawartoÊci py∏u zawieszonego w powietrzu [mg/m3] do zawartoÊci py∏u osiad∏ego na liÊciach [mg/m2]
b) wspó∏czynnik wzbogacenia – U [%] okreÊlajàcy
udzia∏ wtórnego pylenia w zanieczyszczeniu przyziemnej warstwy powietrza [17]:
U4
m11m2
m1 ¸ 100%
U – oznacza udzia∏ wtórnego pylenia w zanieczyszczeniu przypowierzchniowej warstwy powietrza, [%];
m1 – masa danego metalu zawarta w 1 gramie py∏u
zawieszonego w punkcie przy ulicy, [µg];
m2 – masa danego metalu zawarta w 1 gramie py∏u
zawieszonego w powietrzu w punkcie b´dàcym poza zasi´giem oddzia∏ywania wtórnego
pylenia, [µg].
c) dodatkowa masa danego metalu w ogólnym zanieczyszczeniu powietrza M [18]:
M4U ¸ Xg
M – dodatkowa masa danego pierwiastka w ogólnym zanieczyszczeniu powietrza w sàsiedztwie
powierzchni utwardzonych, [µg];
U – udzia∏ wtórnego pylenia w zanieczyszczeniu
przypowierzchniowych warstw powietrza,
[%];
Xg – Êrednia geometryczna zawartoÊç poszczególnych pierwiastków w sàsiedztwie ulicy.
d) wspó∏czynnik kontaminacji – E [19] jako iloraz zawartoÊci metalu w pyle zawieszonym w bezpoÊrednim
sàsiedztwie ulicy [µg/m3] i zawartoÊci danego metalu
w pyle zawieszonym w funkcji odniesienia [µg/m3].
Na podstawie powy˝szych wzorów sporzàdzono
charakterystyk´ wtórnej emisji py∏ów, która oddzia∏uje na uk∏ad oddechowy dzieci.
Udzia∏ wtórnej emisji Ni w przyziemnej warstwie
powietrza obliczono jako iloraz zawartoÊci py∏u zawieszonego w powietrzu do zawartoÊci py∏u osiad∏ego
na liÊciach. Wyznaczone ilorazy dotyczy∏y d∏u˝szych
okresów bezdeszczowych (przynajmniej kilkanaÊcie
dni). Masa py∏u sedymentujàcego na powierzchni´ liÊci w okresach oddzia∏ywania wiatru na powierzchnie
utwardzone w przybli˝onym stopniu odwzorowuje
wtórnà emisj´ py∏ów (tab. I).
Z kolei dla wyznaczenia wzrostu obecnoÊci danego
pierwiastka w przyziemnej warstwie powietrza zwià-
zanego z wtórnym pyleniem, oznaczono zawartoÊç
Ni w pyle zawieszonym w sàsiedztwie boiska, ulicy
oraz w punkcie odniesienia, który by∏ usytuowany
przynajmniej 200 m od êród∏a wtórnej emisji – tab. II,
tab. III.
Tab. II. Ârednia zawartoÊç niklu w pyle zawieszonym o wybranych Êrednicach ziaren, obecnym w powietrzu w warunkach wtórnego pylenia i w sàsiedztwie boiska szkolnego [mg/g s.m.p.*]
Tab. II. Average content of Ni in suspended matter grains diameter in the air, in conditions of secondary dusting and in
the neighborhood of school sports pitch [mg/g d.d.m.*]
Ârednica ziaren
frakcji py∏u [µm]
1,8
Ni
[µg/g s.m.p.]
9,63
1,8–2,4 2,5–3,7 3,8–9,4
4,83
3,50
1,41
9,4
0,39
* s.m.p.– sucha masa py∏u
* d.d.m. – dry dust mass
Tab. III. Wspó∏czynnik wtórnej emisji niklu – K dla poszczególnych miast [m–1]
Tab. III. Ratio of secondary emission of nickel – K for different
places [m–1]
Obszar administracyjny
R14Zabrze
R24Gliwice
R34Katowice
R44Bytom
R54Tychy
R64Rybnik
R74obszary miejskie
Zag∏´bia Dàbrowskiego
R84Bielsko-Bia∏a
R94Cz´stochowa
R104Opole
K [m–1]
4,2 ¸1012
4,5 ¸1012
4 ¸1012
3,8 ¸1012
2,8 ¸1012
4,2 ¸1012
4 ¸1012
1,1 ¸1013
8,9 ¸1013
7,8 ¸1013
Na podstawie tych danych okreÊlono dodatkowà
iloÊç w zanieczyszczeniu przypowierzchniowych
warstw powietrza niklem – tab. IV oraz ryc. 1. Wspó∏czynnik wtórnej emisji wyznaczony dla Ni waha∏ si´
w granicach od 0,0011 m11 w Bielsku-Bia∏ej do oko∏o 0,045 m11 w Gliwicach oraz 0,042 m11 w Zabrzu
i Rybniku. Widaç wyraênie, ˝e najwi´ksze znaczenie
zjawiska wtórnej emisji wyst´puje w miastach o powietrzu najbardziej zanieczyszczonym niklem. Zatem
w dalszej kolejnoÊci wspó∏czynnik wtórnej emisji
K mo˝e wskazywaç na gorsze warunki Êrodowiskowe
dla dzieci mieszkajàcych w Katowicach, Bytomiu i na
terenach Zag∏´bia Dàbrowskiego. Najmniejszy
wp∏yw zjawiska wtórnej emisji niklu obserwuje si´
59
Medycyna Ârodowiskowa - Environmental Medicine 2012, Vol. 15, No. 4
Jerzy Kwapuliƒski i wsp.:Wp∏yw zró˝nicowania wtórnej emisji py∏ów w miastach na kumulacj´ Ni w migda∏kach gard∏owych dzieci
w Bielsku-Bia∏ej (0,0011 m11), Opolu (0,0078 m11)
i Cz´stochowie (0,0089 m11). Ilustracja wp∏ywu
wtórnej emisji przedstawiona na ryc. 1 opisanego za
pomocà wspó∏czynnika K, potencjalnie pozwala
wskazaç na miejsca i obszary o najwi´kszym wp∏ywie wtórnej emisji py∏ów w okresie wietrznej pogody.
Wtórna emisja zwiàzana z ruchem samochodowym
charakteryzowana jest przeci´tnymi wartoÊciami Ni
w pyle zawieszonym przy ulicy (m1) – tab. II. Wi´ksze przeci´tne st´˝enia Ni w pyle zawieszonym w sàsiedztwie ulicy, wyraênie potwierdzajà obliczone
wspó∏czynniki wtórnej emisji K (tab. III). Do miast
o najwi´kszej ucià˝liwoÊci wtórnej emisji Ni w sàsiedztwie ruchliwych ulic nale˝à Katowice, Tychy,
Zabrze, Gliwice, Rybnik. Z kolei Cz´stochowa, region Zag∏´bia Dàbrowskiego oraz Bielsko-Bia∏a charakteryzujà si´ mniejszà obecnoÊcià tego pierwiastka
w ulicznym pyle zawieszonym.
Okaza∏o si´, ˝e stopieƒ wzbogacenia przyziemnej
warstwy powietrza w wyniku zjawiska wtórnego pylenia wynosi∏ 23% w Cz´stochowie i do 50% w Tychach
(ryc. 2). Ogólnie mo˝na przyjàç, ˝e wtórna emisja py∏ów z powierzchni utwardzonych zwi´ksza zawartoÊç
niklu w powietrzu o ok. 30% w strefie oddychania.
Nast´pnie za pomocà wzoru
U4
Zabrze
0,042
Gliwice
0,045
Katowice
0,04
Bytom
0,038
Tychy
0,028
Rybnik
0,042
Zag∏´bie
0,04
Bielsko-Bia∏a
0,0011
Cz´stochowa
0,0089
Opole
0,0078
0
0,01
0,02
0,03
[17]
obliczono procentowy udzia∏ zjawiska wtórnego pylenia w zanieczyszczeniu przyziemnej warstwy powietrza niklem – tab. V. Przyrosty iloÊci Ni w ogólnym zanieczyszczeniu Êrodowiskowym powietrza by∏y najwi´ksze w Tychach – 570 µg/g, Rybniku i Zabrzu –
470 µg/g oraz Gliwicach – 450 µg/g.
Tab. IV. Przeci´tna zawartoÊç Ni w przyziemnej warstwie powietrza [µg Ni/g s.m.p.]
Tab. IV. Average Ni content in ground air layer [µg Ni/g d.d.m.]
in different places
43
Gliwice
33
Katowice
26
Bytom
26
50
Tychy
Rybnik
34
Zag∏´bie
26
Bielsko-Bia∏a
24
Cz´stochowa
23
Opole
0
Obszar
administracyjny
miasto/region
Ni
Punkt przy ulicy
m1
Punkt odniesienia
m2
R41 Zabrze
R42 Gliwice
R43 Katowice
R44 Bytom
R45 Tychy
R46 Rybnik
R47 Zag∏´bie
R48 Bielsko-Bia∏a
R49 Cz´stochowa
R410 Opole
1100
1350
780
980
1150
1380
580
630
635
–
630
900
580
730
580
910
430
480
490
–
0,05
K [m–1]
Ryc. 1. Wspó∏czynnik wtórnej emisji niklu – K dla poszczególnych miejscowoÊci [m–1]
Fig. 1. Nickel secondary emission ratio K for different places
[m–1]
Zabrze
m11m2
m1 ¸ 100%
0,04
10
20
30
40
50
60
U [%]
Ryc. 2. Udzia∏ wtórnego pylenia U w zanieczyszczeniu przyziemnej warstwy powietrza niklem w poszczególnych
miejscowoÊciach [%]
Fig. 2. Secondary dusting U in nickel contamination of ground
air layer in different places [%]
Dodatkowà informacjà potwierdzajàcà rol´ zjawiska wtórnego pylenia sà wartoÊci wspó∏czynnika kontaminacji, które ka˝dorazowo wskazujà na zró˝nicowany wzrost zawartoÊci Ni w przyziemnej warstwie
powietrza, w sàsiedztwie ruchliwych ulic (ryc. 3).
60
Medycyna Ârodowiskowa - Environmental Medicine 2012, Vol. 15, No. 4
Jerzy Kwapuliƒski i wsp.:Wp∏yw zró˝nicowania wtórnej emisji py∏ów w miastach na kumulacj´ Ni w migda∏kach gard∏owych dzieci
Zabrze
1,75
Gliwice
1,5
Katowice
1,34
Bytom
1,34
Tychy
1,98
Rybnik
1,52
Zag∏´bie
1,35
Bielsko-Bia∏a
1,31
Cz´stochowa
1,3
Opole
0
0,5
1
1,5
2,5 E
2
Ryc. 3. Porównanie wspó∏czynnika kontaminacji powietrza niklem – E w wyniku wtórnej emisji w uj´ciu obszarowym
Fig. 3. Comparision of E contamination ratio of air nickel in result of secondary emission with reference to area
K
Zabrze
0,042
Gliwice
0,045
Ârednia geometryczna [µg/g]
0,84
1,22
0,04
Katowice
Bytom
0,038
Tychy
0,028
Rybnik
0,042
0,04
Zag∏´bie
Bielsko-Bia∏a
0,0011
Cz´stochowa
0,0089
Opole
0,0078
0
0,2
0,71
0,88
0,99
0,95
0,41
0,55
0,52
0,66
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
Ryc. 4. Porównanie zmian Êredniej zawartoÊci niklu C [µg/g]
w migda∏kach gard∏owych dzieci ze zmianà wspó∏czynnika wtórnej emisji K [m–1] w uj´ciu obszarowym
Fig. 4. Comparison of average nickel content changes [µg/g] in
pharyngeal tonsils of children with change of ratio of secondary emission K [m–1] with reference area
Celem uwypuklenia roli zjawiska wtórnego pylenia
jako potencjalnego zagro˝enia dla dzieci, przeanalizowano zmian´ zawartoÊci Ni w migda∏ku gard∏owym –
ryc. 4. Okaza∏o si´, ˝e wi´kszej wartoÊci wspó∏czynnika wtórnej emisji odpowiada∏y wi´ksze zawartoÊci Ni
w migda∏kach gard∏owych. Wyraênie widaç to na
przyk∏adzie porównania nara˝enia Êrodowiskowego
dzieci, mieszkajàcych w miastach uprzemys∏owionych
do dzieci zamieszka∏ych w Bielsku-Bia∏ej, Cz´stochowie i Opolu. Przyk∏adowo najwi´ksza zawar
toÊç Ni w migda∏kach gard∏owych dzieci z Gliwic –
1,22 µg/g, odpowiada∏a najwi´kszemu wspó∏czynnikowi wtórnej emisji – 0,045 [m11]. Niewiele mniejszy
wspó∏czynnik charakteryzowa∏ wtórnà emisj´ w Zabrzu i Rybniku 0,042 [m11], co skutkowa∏o obecnoÊcià Ni w migda∏kach gard∏owych dzieci rz´du
0,84 µg/g zamieszka∏ych w Zabrzu oraz 0,95 µg/g zamieszka∏ych w Rybniku. IloÊciowo mniejsze zawartoÊci Ni stwierdzono w migda∏kach gard∏owych dzieci
zamieszka∏ych na terenie Zag∏´bia Dàbrowskiego, mimo wspó∏czynnika wtórnej emisji rz´du 0, 04 [m11],
podobnie jak u dzieci z Bielska-Bia∏ej, Cz´stochowy
i Opola. Fakt ten t∏umaczy si´ wyraênie mniejszà
wtórnà emisjà, którà opisuje obni˝ony wspó∏czynnik
emisji K rz´du 0,001110,0089 [m11].
Intoksykacj´ niklem nie mo˝na bezpoÊrednio porównaç z tendencjà zmian przeci´tnej zawartoÊci tego
pierwiastka w migda∏kach gard∏owych dzieci, bowiem przeci´tna zawartoÊç w pyle zawieszonym, zarówno na terenie miasta jak i w sàsiedztwie ulic, przy
których po∏o˝one sà miejsca zamieszkania bàdê ich
szko∏y jest ró˝na i na ogó∏ determinowana jest ró˝nà
imisjà tego pierwiastka, a tak˝e innymi warunkami
dotyczàcymi kierunku i pr´dkoÊci wiatrów. W zwiàzku z powy˝szym na ryc. 5 przedstawiono dodatkowe
udzia∏y Ni w pyle zawieszonym ujawnione w rezultacie zjawiska wtórnego pylenia, które skutkowa∏o odpowiednià zawartoÊcià tego pierwiastka w migda∏ku
gard∏owym.
Wyniki przedstawione na ryc. 6 obrazujà rol´ zjawiska wtórnego pylenia (wspó∏czynnik kontaminacji E)
w odniesieniu do wyst´powania Ni w migda∏kach gard∏owych dzieci mieszkajàcych w ró˝nych miastach.
Porównania wspó∏czynnika kontaminacji dla poszczególnych obszarów administracyjnych badanych miast
poÊrednio wskazuje na zjawisko wtórnego pylenia, jako êród∏a kszta∏towania poziomu zawartoÊci tego
pierwiastka w migda∏kach gard∏owych dzieci (tab. VI).
Dla Katowic, Bytomia, Zag∏´bia, Bielska-Bia∏ej oraz
Cz´stochowy wspó∏czynnik kontaminacji oscyluje
w granicach 1,3–1,35 podczas, gdy Êrednia zawartoÊç
Ni w migda∏kach gard∏owych dzieci zamieszkujàcych
te rejony wynosi 0,41–0,88 µg/g. Jednoznacznej ocenie co do roli zjawiska wtórnego pylenia na zawartoÊç
Ni w migda∏kach gard∏owych, dokonanej na podstawie wspó∏czynnika kontaminacji, mo˝na poddaç rejon Zabrza, Gliwic, Tychów oraz Rybnika. Zale˝noÊç
jaka tu jest widoczna, czyli wi´ksza wtórna emisja,
daje pozytywnà odpowiedê co do roli analizowanego
61
Medycyna Ârodowiskowa - Environmental Medicine 2012, Vol. 15, No. 4
Jerzy Kwapuliƒski i wsp.:Wp∏yw zró˝nicowania wtórnej emisji py∏ów w miastach na kumulacj´ Ni w migda∏kach gard∏owych dzieci
Tab. V. Udzia∏ wtórnego pylenia (U) w zanieczyszczeniu przyziemnych warstw powietrza niklem w poszczególnych obszarach administracyjnych ( wyliczany na podstawie wartoÊci Êrednich ) [%]
Tab. V. Secondary dusting (U) of Ni in contamination of ground air layer in different administration areas (on base of average value
enumerated ) [%]
Obszar administracyjny
Ni
U
[%]
R1
Zabrze
R2
Gliwice
R3
Katowice
R4
Bytom
R5
Tychy
R6
Rybnik
42,72
33,3
25,64
25,51
49,56
34,06
25,86
23,81
22,83
–
470
450
200
250
570
470
150
150
145
–
M
[µg/g ]
R7
R8 Biel- R9 Cz´Zag∏´bie sko-Bia∏a stochowa
R10
Opole
U – udzia∏ wtórnego pylenia, M – dodatkowa masa Ni w powietrzu [µg/g]
Tab. VI. Wspó∏czynnik kontaminacji E opisujàcy stopieƒ zanieczyszczenia powietrza niklem w wyniku wtórnej emisji na terenie poszczególnych miast
Tab. VI. Ratio of E contamination resulting from air pollution level with nickel due to secondary emission in the area of different towns
Obszar administracyjny
R1
Zabrze
R2
Gliwice
R3
Katowice
R4
Bytom
R5
Tychy
R6
Rybnik
1,75
1,50
1,34
1,34
1,98
1,52
E
U
Zabrze
Bytom
0,88
Tychy
Katowice
25,51
Bytom
49,56
0,99
Rybnik
34,06
0,95
Zag∏´bie
0,41
Bielsko-Bia∏a
0,55
Cz´stochowa
0,52
0
0,66
Opole
0
10
22,83
Cz´stochowa
30
40
50
60
Ryc. 5. Wp∏yw udzia∏u wtórnego pylenia w zanieczyszczeniu
przyziemnej warstwy powietrza U [%] na przeci´tnà zawartoÊç niklu C [µg/g] w migda∏kach gard∏owych dzieci
w odniesieniu do poszczególnych rejonów
Fig. 5. Impact of secondary dusting in contamination of ground air layer U [%] on average content of nickel C [µg/g]
in pharyngeal tonsils of children with reference to different areas
1,98
1,52
0,95
1,35
0,41
1,31
0,55
1,3
0,52
0
Opole
20
1,34
0,99
Zag∏´bie
Bielsko-Bia∏a
1,75
0,88
Tychy
23,81
–
1,5
1,22
1,34
0,71
Rybnik
25,86
1,30
0,84
Gliwice
25,64
0
R10
Opole
Ârednia geometryczna
Zabrze
33,3
0,71
1,31
E
42,72
1,22
Katowice
1,35
Ârednia geometryczna
0,84
Gliwice
R7
R8 Biel- R9 Cz´Zag∏´bie sko-Bia∏a stochowa
0,66
0,5
1
1,5
2
2,5
Ryc. 6. Zmiana Êredniej geometrycznej zawartoÊci niklu C [µg/g]
w migda∏kach gard∏owych dzieci w nawiàzaniu do
wspó∏czynnika kontaminacji E
Fig. 6. Change of average geometric content of nickel C [µg/g]
in pharyngeal tonsils of children with referents to E contamination ratio
62
Medycyna Ârodowiskowa - Environmental Medicine 2012, Vol. 15, No. 4
Jerzy Kwapuliƒski i wsp.:Wp∏yw zró˝nicowania wtórnej emisji py∏ów w miastach na kumulacj´ Ni w migda∏kach gard∏owych dzieci
zjawiska. I tak te˝ wspó∏czynnik kontaminacji E dla
Ni w miastach przemys∏owych wynoszàcy 1,5–1,98,
skutkuje zawartoÊcià tego pierwiastka odpowiednio
0,84 µg/g w Zabrzu, 1,22 µg/g w Gliwicach, 0,99
µg/g w Tychach i 0,95 µg/g w Rybniku.
PODSUMOWANIE
W podsumowaniu mo˝na stwierdziç, ˝e szczegó∏owo przeprowadzona analiza zjawiska wtórnego pylenia oparta o parametry wyliczone na podstawie pomiarów i z zachowaniem podobnych wskaêników meteorologicznych, ujawnia wystàpienie zagro˝enia
zdrowotnego w odniesieniu do dzieci. Dzieci wch∏aniajà dodatkowe iloÊci Ni nie tylko podczas zabaw ruchowych powodujàcych wi´kszà wentylacj´ p∏uc, ale
równie˝ wi´ksze iloÊci Ni dostajà si´ do dróg oddechowych w wyniku wtórnego pylenia wzmaganego
przez wiatry.
WNIOSKI
1. Zjawisko wtórnego pylenia jest dodatkowym –
obok przeci´tnych zawartoÊci Ni w pyle zawieszonym
– niedocenianym êród∏em intoksykacji migda∏ka gard∏owego.
2. U dzieci mieszkajàcych w sàsiedztwie ruchliwych
ulic lub du˝ych powierzchni utwardzonych (boisko,
parking), ujawniono wybiórczà kumulacj´ Ni w migda∏kach gard∏owych.
3. Zjawisko wtórnego pylenia ma istotny wp∏yw na
ogólny bilans zanieczyszczeƒ w przyziemnej warstwie
powietrza.
BIBLIOGRAFIA
1. Kwapuliƒski J., Cyganek M., Miros∏awski J.: Wyst´powanie Pb
i Cd we krwi ludzi pracujàcych w warunkach zjawiska wtórnego pylenia. Bromat Chem Toksykol 1992; 25(2): 137-142.
2. Kwapuliƒski J., Miros∏awski J., Cyganek M.: Ocena toksycznoÊci zjawiska wtórnego pylenia w sàsiedztwie ulicy; Ochrona Powietrza, 1991; 1: 6-9.
3. Miros∏awski J., Rzepka J., Kwapuliƒski J.: Zjawisko wtórnego
pylenia jako zagro˝enie cywilizacyjne dzieci i m∏odzie˝y (w:)
Szymaƒska A.M., Krzy˝ak-Szymaƒska E. (red.): W kierunku
bezpiecznego ˝ycia dzieci i m∏odzie˝y. Materia∏y z V Konferencji Naukowej, Katowice, 7-8 listopada 2005 r. GórnoÊlàska
Wy˝sza Szko∏a Pedagogiczna im. Kardyna∏a Augusta Hlonda,
Mys∏owice 2007: 160-183.
4. Rzepka J., Nogaj E., Kwapuliƒski J., Rochel R., Bogunia M.:
Zjawisko wtórnej emisji Pb i Cd jako zagro˝enia cywilizacyjnego dzieci i m∏odzie˝y, (w:) Szymaƒska A.M., Krzy˝ak-Szymaƒska E. (red.): W kierunku bezpiecznego ˝ycia dzieci i m∏odzie˝y.
Materia∏y z V Konferencji Naukowej, Katowice, 7-8 listopada
2005 r. GórnoÊlàska Wy˝sza Szko∏a Pedagogiczna im. Kardyna∏a Augusta Hlonda, Mys∏owice 2005: 184-195.
5.Misio∏ek M., Kwapuliƒski J., Macio∏ Z., Nogaj E.,Kita A., Namys∏owski G., Lisowska G.: Pharyngeal Tonsil Cadmium Contamination in Children from Regions of Upper Silesia and Ma∏opolska. Bull Environ Contam Toxicol 2007; 78: 436-439.
6.Nogaj E., Kwapuliƒski J., Misio∏ek M., Fischer A., BrodziakDopiera∏a B., Misio∏ek H., Namys∏owski G., Bogunia M.:
Wp∏yw biernego palenia na zawartoÊç glinu w migda∏kach gard∏owych dzieci zamieszkujàcych regiony po∏udniowej Polski.
Przeglàd Lekarski 2007: 64(10): 713-716.
7.Nogaj E., Kwapuliƒski J., Misio∏ek M., Wojtanowska, Goszyk
E., Gromulska E., Jakubowska J.: Wp∏yw biernego palenia na
zró˝nicowanie wyst´powania baru w migda∏kach gard∏owych
dzieci. Przeglàd Lekarski 2007; 64(10): 717-719.
8.Âpiewak R., Pi´towska J.: Nikiel – alergen wyjàtkowy. Od struktury atomu do regulacji prawnych. Alergologia Immunologia
2006; 3(3-4): 58-62.
9.Antoszczyk G., Obtu∏owicz K.: Systemowe dzia∏anie niklu. Post´py Dermatologii i Alergologii 2005; 22(1).
10. Kleszczewska E., Kaczorowski W.: Rola biologiczna, w∏aÊciwoÊci i metody oznaczania niklu. Biul Magnezol 2000; 5(2):98-104.
11. Chmielnicka J.: Metale i metaloidy. (w:) Toksykologia. PZWL
Warszawa 1999.
12. Stern A.C., Boubel R.W., Turner D.B., Fox D.L.: Fundamentals
of air pollution. 2nd ed., Academic Press 1984; 103-113.
13. Beijer K., Jernelöv A.: Sources, transport and transformation of
metals In the environment. (in:) Friberg L., Nordberg G.F.,
Vouk V.B., Handbook on the toxicology of metals, Elsevier
Science Publishers 1986: 68-84.
14. Kwapuliƒski J., Miros∏awski J., Brodziak B., Wróbel H., Bogunia M.: Chemiczne formy wyst´powania metali w ulicznym pyle osiad∏ym na terenach rekreacyjnych – gmina Brenna. Problemy Ekologii 1999; 3(2).
15. Kwapuliƒski J., Miros∏awski J., Cyganek M., Nalewajek A.: Wyst´powanie drobnodyspersyjnych py∏ów w warunkach wtórnego
pylenia. Ochrona Powietrza 1991; 6: 145-48.
16. Stewart K.: Surface Contamination (in:) B.R. Fish (ed.) Proc. of
a Symp. Healt at Gatlinburg, Pergamon Press, Oxford 1967;
63-74.
17. Endler Z., Markiwicz K., Michalczyk J.: ZawartoÊç metali ci´˝kich w liÊciach, kwiatach i owocach bzu czarnego. WiadomoÊci
Zielarskie 1989; 2: 5-6.
18. Szymczykiewicz K.: Toksykologia py∏ów. Instytut Medycyny
Pracy w PrzemyÊle W´glowym i Hutniczym, Sosnowiec 1978.
19. Endler Z., Michalczyk J., Markiwicz K.: Wp∏yw spalin pojazdów samochodowych na kumulacj´ toksycznych metali w liÊciach i owocach g∏ogu. Herba Polonica 1987; 4: 254.
20. Seƒczuk W.: Toksykologia wspó∏czesna, PZWL Warszawa 2005:
413-414.
Adres do korespondencji:
Prof. dr hab. Jerzy Kwapuliƒski
Instytut Medycyny Pracy i Zdrowia Ârodowiskowego
41-200 Sosnowiec, ul. KoÊcielna 13
tel. 32 266 06 40