prace oryginalne Monika Ziemianin 1 Dorota Myszkowska 1 Katarzyna Piotrowicz 2, Ewa Czarnobilska 1 Ekspozycja na pyłek olchy, leszczyny i brzozy, a stężenie pyłu zawieszonego PM10 w Krakowie w latach Exposure to alder, hazel and birch pollen and PM10 dust concentration in Krakow in 1 Zakład Alergologii Klinicznej i Środowiskowej Katedra Toksykologii i Chorób Środowiskowych Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum Kierownik: dr hab. n. med. Ewa Czarnobilska, prof. UJ 2 Zakład Klimatologii Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej Uniwersytet Jagielloński Kierownik: prof. dr hab. Zbigniew Ustrnul Dodatkowe słowa kluczowe: pyłek olchy pyłek leszczyny pyłek brzozy pył PM10 warunki meteorologiczne Kraków Additional key words: pollen of alder pollen of hazel pollen of birch particulate matter PM10 meteorological conditions Krakow Adres do korespondencji: Dr hab. Dorota Myszkowska Zakład Alergologii Klinicznej i Środowiskowej Katedra Toksykologii i Chorób Środowiskowych Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum Śniadeckich 10, 31-531 Kraków Tel: (12) 424 88 89, fax: (12) 423 11 22, e-mail: dorota.myszkowska@uj.edu.pl Pył zawieszony PM10, jedna ze składowych zanieczyszczeń powietrza ma znaczący wpływ na pyłek roślin poprzez osadzanie się cząsteczek pyłu na powierzchni ziaren, zmiany morfologiczne ściany pyłku oraz ingerencję w strukturę białek alergennych. Celem pracy było sprawdzenie, czy i w jakich warunkach pogodowych stężenie pyłku olszy, leszczyny i brzozy było zbieżne z podwyższonym stężeniem pyłu PM10 w Krakowie w latach. W dniach, w których stężenie pyłku olszy przekraczało 95 ziaren pyłku/m 3 (PG/m 3 ), powodując nasilone objawy alergii wziewnej, stężenie pyłku leszczyny było >80 PG/m 3, poziom pyłu PM10 był powyżej wartości dopuszczalnej, temperatura maksymalna powietrza wahała się od 5,1 do 22,6 o C, w większości były to dni suche (z wilgotnością <60%) i bezwietrzne, bez opadów atmosferycznych. Wysokie stężenie ziaren pyłku brzozy i przekroczenie poziomu dopuszczalnego stężenia PM10 stwierdzono w ponad 60% dni w centrum miasta. W 70,3% dni, w których stężenie pyłku brzozy osiągnęło wartości wywołujące objawy duszności (>155 PG/m 3 ), stężenie pyłu było również przekroczone (>50 µg/m 3 ). W takich dniach opady nie wystąpiły (57%) lub ich suma była poniżej 3 mm (43%), natomiast najczęściej wiał wiatr o prędkości 1-3 m/s. Objawy chorobowe u osób uczulonych na pyłek drzew w Krakowie mogą być dodatkowo nasilane w okresach, kiedy normy zawartości pyłu PM10 są przekraczane. Takie sytuacje miały miejsce najczęściej w marcu (pyłek olszy i leszczyny) i kwietniu (pyłek brzozy), zwłaszcza w centrum miasta (Aleja Krasińskiego). PM10, one of the air pollution components has a significant effect on plant pollen by the deposition on the surface of pollen grains, morphological changes of pollen walls and interference in the structure of the allergenic proteins. The aim of the study was to verify whether and in what weather conditions the concentration of pollen of alder, hazel and birch coincides with the elevated level of PM10 in Kraków, in. In the days when the alder pollen concentration exceeded 95 PG/m 3, causing severe inhalant allergy symptoms and the concentration of hazel pollen was >80 PG/m 3 and the admissible level of PM10 was exceeded, the maximum air temperature ranged from 5.1 to 22.6 o C, the days were dry (humidity <60%), without precipitation and mostly windless. High concentration of birch pollen and exceeded admissible level of PM10 concentration were found in more than 60% of the days in the city center. In 70.3% of the days in which the birch pollen concentration reached values that caused the symptoms of asthma (>155 PG/m 3 ), the dust concentration was exceeded (>50µg/m 3 ), and rainfall and wind speed of 1-3 m/s occurred. Symptoms in people allergic to trees pollen in Kraków can be exacerbated during periods when the standard limits of PM10 are exceeded. Such situations have occurred mostly in March (pollen of alder and hazel) and April (birch pollen), especially in the city center. Wstęp Dane epidemiologiczne wskazują, że od lat 40-tych XX w. notowany jest wzrost występowania alergii pyłkowej na terenie Europy [1]. Najwięcej osób z alergią pyłkową w Europie Środkowej, w tym w Polsce jest uczulonych na pyłek traw, a następnie na pyłek drzew, szczególnie brzozy [2,3]. Pyłek olchy i leszczyny wykazuje średnie działanie alergizujące, jednak może powodować reakcje krzyżowe między sobą (olcha-leszczyna) oraz z pyłkiem brzozy (olcha-brzoza, leszczyna-brzoza) [4]. Jako jedną z głównych przyczyn nasilania się zjawiska alergii pyłkowej, szczególnie w aglomeracjach miejskich, uważa się wpływ zanieczyszczenia antropogenicznego powietrza na naturalne alergeny oraz na odpowiedź immunologiczną organizmu człowieka [5,6]. 802 M. Ziemianin i wsp.
Wśród składowych zanieczyszczeń powietrza, dużą uwagę zwraca się na pył zawieszony, będący mieszaniną substancji organicznych i nieorganicznych, zarówno w stanie stałym jak i ciekłym w atmosferze. Ze względu na średnicę cząstek wyróżniamy pył PM10 (poniżej 10 µm), PM2,5 (poniżej 2,5 µm) oraz PM1 (poniżej 1 µm) [7]. Pył zawieszony może zawierać substancje toksyczne, takie jak furany, dioksyny, metale ciężkie (m.in. ołów, arsen, kadm, nikiel, rtęć) oraz wielopierścieniowe węglowodory nasycone (WWA), np. benzo(a)piren o silnych właściwościach kancerogennych, mutagennych i teratogennych. Pył zawieszony PM10 z łatwością osadza się na śluzówce górnych dróg oddechowych, ma działanie drażniące, może nasilać objawy infekcyjne, jak i alergiczne. Na powierzchni materiału biologicznego osadzają się elementy nieorganiczne np. metale, cząsteczki gazowe, czy pyłowe [8]. Badania prowadzone przez Buters i in. (2010) wskazują, że we frakcji pyłu zawieszonego powyżej 10 µm przeważają duże cząstki biologiczne, jak pyłek roślin, natomiast we frakcjach 10 2,5 µm oraz poniżej 2,5 µm występują głównie cząstki białkowe, w tym alergeny pyłkowe [9]. W odniesieniu do wpływu cząsteczek pyłu zawieszonego, Wamiloju i in. (2003) potwierdzili, że pyłek roślin i zarodniki grzybów mogą absorbować 4-11% całkowitej masy pyłu PM2,5 i 12-22% węgla organicznego zawartego w tym pyle [10]. Wiele doniesień wskazuje, że poszczególne składniki zanieczyszczenia powietrza mogą działać jako tzw. adiuwanty, nasilając immunoreaktywność białek roślinnych [11]. Dotychczasowe badania przeprowadzone na przykładzie Lolium perenne [12] oraz Cupressus arizona [13] wykazały, że zanieczyszczenia powietrza mają znaczący wpływ na podwyższone stężenie głównych białek alergennych Lol p 5 i Cup a 3 pyłku zebranego w obszarze miejskim i na terenach ruderalnych. Stwierdzono także wzrost alergenności i poziomu IgE u osób uczulonych na pyłek Betula, Ostrya i Carpinus, który był eksponowany w atmosferze NO 2 [14] oraz na pyłek Acer negundo po ekspozycji na SO 2 i NO 2 [15]. Przesłanką badań potwierdzających zjawisko synergistycznego wpływu ekspozycji pyłowej na naturalne komponenty powietrza były wyniki analiz epidemiologicznych, wskazujących na wyższy odsetek osób z alergią pyłkową na terenach miejskich [3,16,17] niż na obszarach o niskim stopniu zanieczyszczenia. W Polsce Samoliński i in. (2014) na podstawie badań ankietowych 18617 osób w wieku od 6 do 44 lat z aglomeracji miejskich i terenu wiejskiego, stwierdzili że u osób z terenów miejskich częstość występowania alergicznego nieżytu nosa, astmy, świszczącego oddechu oraz zmian skórnych jest znacznie większa niż w przypadku osób z terenów wiejskich [3]. Czarnobilska i in. (2011) na podstawie badań profilaktycznych u dzieci w wieku 7 i 16 lat mieszkających w Krakowie stwierdzili występowanie chorób alergicznych u 31,7% uczniów w wieku 7 lat i 25,8% młodzieży w wieku 16 lat [18]. Badania ankietowe z Krakowa wykazały, że wśród dzieci w wieku 7 i 8 lat mieszkających w odległości poniżej 200 m od ruchliwej drogi najczęściej występują dolegliwości astmatyczne (28,1%) oraz objawy alergiczne ze strony górnych dróg oddechowych (4%) [19], natomiast u młodzieży w wieku 16 lat częstość występowania objawów alergicznych jest także największa w przypadku zamieszkania w odległości poniżej 200 m od drogi, w przedziałach 200-500 m i powyżej 500 m częstość jest mniejsza, jednak w zależności od konkretnego objawu może ona być równa w obydwóch kategoriach lub mniejsza w odległości powyżej 500 m [20]. W Krakowie, szczególnie w pobliżu ruchliwych ulic, od wielu lat są przekraczane wartości dopuszczalne dla większości składowych zanieczyszczenia powietrza, a położenie miasta w kotlinie uniemożliwia ich dalsze przemieszczanie się [21]. Na terenie Krakowa znajdują się także ArcelorMittal Poland S.A. (d. Huta im. T. Sendzimira i Kombinat Metalurgiczny Huty im. Lenina) oraz Elektrociepłownia Łęg, powodujące kolejne antropogenne zanieczyszczenie atmosfery. Celem pracy było sprawdzenie, jak często i w jakich warunkach pogodowych wysokie stężenie pyłku olszy, leszczyny i brzozy w Krakowie występuje równocześnie z podwyższonym poziomem pyłu PM10 na podstawie danych pomiarowych w latach. Materiał i Metodyka Miejsce badań Badania wykonywano w Krakowie (220 m n.p.m., 50 o 04 N, 19 o 58 E), położonym na południu Polski, na styku 4 makroregionów: Wyżyny Krakowsko-Częstochowskiej, Niecki Nidziańskiej, Bramy Krakowskiej i Pogórza Zachodniobeskidzkiego [22]. Jedynie w kierunku zachodnim od miasta zbiorowiska leśne przeważają nad terenami rolniczymi. W ogólnej powierzchni województwa małopolskiego lasy i grunty leśne zajmują 29,1%. W obrębie granic Krakowa, miejskiej zabudowie towarzyszą tereny zielone (parki, zieleńce, bulwary, promenady, ogród botaniczny, ogródki przydomowe i zieleń osiedlowa). Lasy w granicach miasta Krakowa zajmują 1383 ha, co stanowi 4,23% jego powierzchni, z największym kompleksem leśnym Lasem Wolskim (422 ha). W składzie gatunkowym drzewostanów na obszarze miasta dominują gatunki liściaste: Fagus (20,5%), Quercus (19,0%), Betula (14%), Alnus (10,1%) [23]. Położenie geograficzne kształtuje niekorzystne cechy mikroklimatu, właściwe kotlinom, co skutkuje m. in. wyższymi amplitudami temperatury, mniejszą prędkością wiatrów, niższymi wartościami opadów (położenie w cieniu opadowym wyżyn), częstymi mgłami i zamgleniami tworzącymi się w warstwie inwersyjnej nad miastem [24]. Analiza warunków klimatycznych w Krakowie w XX w. wskazuje, że dominującym typem mas powietrza napływających nad teren Krakowa jest powietrzne polarno-morskie (57% dni w skali roku), od 67% w lipcu do 50% w marcu i kwietniu. Pomiary aerobiologiczne Pomiary stężenia pyłku roślin w powietrzu wykonywane są metodą wolumetryczną [25] przy użyciu aparatu typu Hirsta, 2000 VPPS przez Krakowską Stację Monitoringu Aerobiologicznego UJ CM. Aparat jest usytuowany na wysokości 20 m n.p.g. na dachu Collegium Śniadeckiego (centrum miasta) i pracuje w sposób ciągły w cyklach tygodniowych. Powietrze zasysane jest ze stałą prędkością (2 mm/godzinę) pobierając 10 litrów powietrza/minutę. Materiał biologiczny z powietrza osadza się lepnej taśmie (Melinex tape), podzielonej na 7 dobowych odcinków, z których wykonywane są preparaty mikroskopowe barwione fuksyną zasadową. Ziarna pyłku roślin (PG) w preparatach liczono metodą 4 pasów horyzontalnych, a wyniki podano w przeliczeniu na 1 m 3 powietrza / 24 godziny. Analizowane dane dobowe i średnie miesięczne obejmują okres od 15.01 do 1.04 w latach dla olchy i leszczyny oraz od 30.03 do 10.06 w okresie dla brzozy. Pomiary pyłu PM10 Stężenie pyłu zawieszonego PM10 rejestrowane jest przez Wojewódzki Inspektorat Ochrony Środowiska w Krakowie w 3 punktach pomiarowych, usytuowanych w odległości około 8 km od punktu pomiarów aeorbiologicznych, w kierunkach wschodnim (Nowa Huta), zachodnim (Aleja Krasińskiego) i południowym (). Stacja pomiarowa jest stacją typu tła miejskiego. W najbliższym jej otoczeniu znajdują się bloki mieszkalne, a w odległości ok. 1 km przebiega obwodnica Krakowa. Stacja Nowa Huta pozostaje w zasięgu oddziaływania przemysłu m.in. obszar ArcelorMittal Poland, natomiast stacja Aleja Krasińskiego znajduje się w pasie zieleni 6-pasmowej arterii komunikacyjnej o wysokim natężeniu ruchu [26]. Do pomiaru stężenia pyłu zawieszonego w powietrzu wykorzystuje się dwie metody: metodę grawimetryczną (referencyjną) oraz metodę automatyczną, równoważną do referencyjnej. Na potrzeby niniejszej pracy wykorzystano dane z metody automatycznej (optycznej), wykorzystującej mierniki laserowe oraz tłumienie promieniowania β. Zdecydowaną zaletą metod automatycznych jest możliwość otrzymywania na bieżąco wyników pomiarów. Pomiary pyłu PM10 prowadzone są w 3 zakresach: poziom dopuszczalny: 50 µg/m 3, poziom informowania: 200 µg/m 3, poziom alarmowy: 300 µg/m 3. Dane meteorologiczne Dane meteorologiczne pochodzą ze Stacji Naukowej Zakładu Klimatologii UJ zlokalizowanej ok. 30 m od stacji pomiarów aeropalinologicznych. W opracowaniu wykorzystano dobowe wartości temperatury powietrza (średniej i maksymalnej; C), wilgotności względnej powietrza (%), prędkości wiatru (m/s), sumy opadów (mm) oraz usłonecznienia (godz.). Dla kilku wymienionych elementów uwzględniono też pomiary z godziny 12 UTC. Dodatkowo do analizy wykorzystano kalendarz typów cyrkulacji Przegląd Lekarski 2016 / 73 / 12 803
dla południowej Polski opracowany przez T. Niedźwiedzia (2016) [27]. Autor wyróżnił 21 typów cyrkulacji, w których określił kierunek adwekcji mas powietrza (N, NE, S, SE, S, SW, W i NW) i rodzaj układu barycznego (a wyż i c niż), cztery sytuacje bezadwekcyjne: Ca centrum wyżu, Ka klin antycyklonalny, Cc centrum niżu i Bc bruzda cyklonalna oraz sytuacje nie dające się zaklasyfikować (x nieokreślone). Metody analizy wyników W badaniu zestawiono wyniki pomiarów stężenia pyłu PM10 oraz kolejno pyłku olchy, leszczyny i brzozy w powietrzu. Zliczono dni, w których występowało przekroczenie wartości progowych stężenia pyłku, zawartych w Standardach Alergologii Polskiej (Tab. I) [28] w poszczególnych latach oraz obliczono częstość występowania dni z równoczesnym występowaniem wysokich stężeń pyłku olchy, leszczyny oraz brzozy i pyłu PM10 w Krakowie. Zastosowano analizę korelacji rang Spearmana uwzględniając poziom istotności α <5 w celu sprawdzenia zależności pomiędzy stężeniem pyłku i stężeniem pyłu zawieszonego oraz pomiędzy stężeniem elementów meteorologicznych w okresach: marzec (olcha, leszczyna), kwiecień (brzoza). Analizy wykonano w programie Statistica wersja 12. Tabela I Wartości progowe stężenia pyłku drzew określone na podstawie Standardów Alergologii Polskiej [28]. Threshold values of the tree pollen concentration recommended by the Polish Allergological Standards [28]. Kategoria objawów/takson OLCHA (PG/m 3 ) LESZCZYNA (PG/m 3 ) BRZOZA (PG/m 3 ) pierwsze objawy 45 35 20 objawy u wszystkich chorych 85 80 75 objawy nasilone 95 150 90 objawy duszności 1200 brak danych 155 Rycina 1 Średnie miesięczne stężenia pyłu PM10 i pyłku drzew: olchy, leszczyny, brzozy w Krakowie w latach. Mean monthly of PM10 dust and the tree pollen concentrations of alder, hazel, birch in Kraków in. Tabela II Współczynniki korelacji rang Spearmana pomiędzy stężeniem pyłku olchy i leszczyny i stężeniem pyłu PM10 w marcu oraz pomiędzy stężeniem pyłku brzozy i pyłu PM10 w kwietniu w trzech punktach pomiarowych w Krakowie w latach. Spearman Rank Correlation coefficients between the pollen concentration of alder, hazel and the PM10 dust concentration in March and between birch pollen concentration and the PM10 dust concentration in April in three monitoring stations in Kraków, in. Marzec Kwiecień Stacje monitoringu PM10 Olcha Leszczyna Brzoza Aleja Krasińskiego 0,267* 0,233* 0,111 0,127 0,135 0,127 Nowa Huta 0,155* 0,171* 0,106 * - wartości istotne statystycznie na poziomie α=5 Wyniki Stężenie pyłu PM10 i pyłku badanych drzew w okresie Przekroczenie poziomu dopuszczalnego pyłu zawieszonego PM10 zanotowano od października do kwietnia, czyli w sezonie grzewczym. Ziarna pyłku olchy i leszczyny mogą występować w Krakowie od początku lutego do pierwszej połowy kwietnia, natomiast brzozy od końca marca do pierwszych dni czerwca, z najwyższą koncentracją w kwietniu (Ryc. 1). W związku z tym, że najwięcej dni z przekroczeniem stężenia pyłu PM10 oraz ziaren pyłku olszy i leszczyny występowało w marcu, a brzozy w kwietniu, analizie poddano dane tylko z tych dwóch miesięcy w całym 6-leciu (). Stwierdzono, że pomiędzy stężeniami PM10 w trzech punktach pomiarowych, najsilniejsza istotna statystycznie zależność występuje w marcu w przypadku stacji na Alei Krasińskiego i w Nowej Hucie (r=0,889) oraz między stacjami na Kurdwanowie i w Nowej Hucie (r=0,896). W kwietniu natomiast stężenie PM10 wykazywało najsilniejszą istotną statystycznie korelację dla Aleja Krasińskiego- (r=0,834), -Nowa Huta (r=0,646) i Aleja Krasińskiego-Nowa Huta (r=0,867). Stężenia olchy i leszczyny w marcu są istotnie skorelowane ze stężeniem PM10, aczkolwiek wartości współczynników korelacji rang Spearmana nie są bardzo wysokie (Tab. II). Stężenie pyłku i pyłu PM10, a warunki meteorologiczne Na podstawie przeprowadzonej analizy korelacji stężenia pyłku olchy i leszczyny w marcu, brzozy w kwietniu, pyłu PM10 w obydwu miesiącach z panującymi wówczas warunkami meteorologicznymi można stwierdzić, że okazała się ona istotna statystycznie (α<5) (Tab. III) dla: maksymalnej i średniej dobowej temperatury powietrza (korelacja dodatnia dla pyłku drzew i PM10), wilgotności względnej w południe (o 12 UTC) (korelacja ujemna dla pyłku drzew i PM10). Ponadto można stwierdzić, że prędkość wiatru nie wpływa na stężenie pyłku drzew, ale ogranicza zawartość PM10 w powietrzu, zwłaszcza w Kurdwanowie i Nowej Hucie, a suma opadów i usłonecznienie nie wpływa na stężenie brzozy, ale opady mogą ograniczać poziom PM10 (Aleja Krasińskiego). Frekwencja dni z przekroczeniem wartości progowych pyłku i pyłu PM10 dla badanych taksonów na tle warunków meteorologicznych W analizowanych latach wystąpiło 50 dni ze stężeniem pyłku olszy, które powodowało objawy alergiczne u wszystkich chorych (Tab. IV). Wśród tych przypadków było aż 48 dni, gdy stężenie przekraczało 95 PG/m 3, a więc objawy u pacjentów mogły być nasilone. W 90% były to również dni, gdy zanieczyszczenie powietrza pyłem PM10 przekraczało wartości dopuszczalne na co najmniej jednej (z trzech) stacji monitoringu w Krakowie (Tab. IV). Występowały one w okresie luty-kwiecień, z największą częstością w marcu (aż 84%). Najczęściej dni z przekroczeniem stężenia pyłu PM10 i pyłku olszy dotyczyły pomiarów na Alei Krasińskiego. Wystąpiło 36 dni ze stężeniem pyłku leszczyny, które mogło spowodować pierwsze objawy u pacjentów (Tab. IV). Wśród tych przypadków było tylko 17 dni, 804 M. Ziemianin i wsp.
Tabela III Współczynniki korelacji rang Spearmana pomiędzy stężeniem pyłku olchy, leszczyny, brzozy, pyłu PM10 i wybranymi elementami meteorologicznymi w marcu i kwietniu w trzech punktach pomiarowych w Krakowie w latach. Spearman Rank Correlation coefficients between alder, hazel, birch pollen, PM10 dust concentrations and the selected meteorological elements in three monitoring stations in Kraków, in March and April,. Marzec Kwiecień Marzec Kwiecień Elementy meteorologiczne Olcha Leszczyna Brzoza Nowa Huta Nowa Huta Temperatura maksymalna ( C) 0,493* 0,456* 0,282* 0,304* 0,192* 0,223* 0,238* 0,150* 0,356* Średnia dobowa temperatura ( C) 0,465* 0,444* 0,280* 80-48 -08 73 36 0,190* Wilgotność z godz. 12 UTC (%) -0,192* -0,206* -0,182* -0,489* -0,414* -0,367* -0,336* -0,216* -0,367* Prędkość wiatru z godz. 12 UTC (m/s) -42 48 99-0,276* -0,432* -0,489* -0,144-0,178* -0,196* Suma opadów (mm) 86 35 0,126-0,242* -0,111-0,111-0,229* -0,161-0,164 Usłonecznienie (godz.) 81 51 0,106 0,385 0,505 0,412* 0,211* 0,220* 0,347* * - wartości istotne statystycznie na poziomie p=5 Tabela IV Częstość występowania dni z wysokim stężeniem ziaren pyłku wybranych taksonów i pyłu PM10 w Krakowie w latach. Frequency of the days with the high pollen of the selected taxa and PM10 dust concentrations in Kraków in. Liczba dni z przekroczeniem wartości progowych stężenia pyłku olchy Pyłek olchy (wg Stand. Alergol., 2010) pierwsze objawy (45 PG/m 3 ) objawy u wszystkich chorych (85 PG/m 3 ) objawy nasilone (95 PG/m 3 ) objawy duszności (1200 PG/m 3 ) suma 76 13 50 8 48 8 3 0 Liczba dni z przekroczeniem wartości progowych stężenia pyłku leszczyny Pyłek leszczyny (wg Stand. Alergol., 2010) pierwsze objawy (35 PG/m 3 ) objawy u wszystkich chorych (80 PG/m 3 ) objawy nasilone (150 PG/m 3 ) suma 36 6 17 3 5 1 Liczba dni z przekroczeniem wartości progowych stężenia pyłku brzozy Pyłek brzozy (wg Stand. Alergol., 2010) pierwsze objawy (20 PG/m 3 ) objawy u wszystkich chorych (75 PG/m 3 ) objawy nasilone (90 PG/m 3 ) objawy duszności (155 PG/m 3 ) suma 156 26 100 17 94 16 73 12 Częstość (%) występowania dni z wysokim stężeniem pyłku olchy i pyłu PM10 (poziom > 50 µg/m 3 ) Stacja 2010 2011 2012 2013 2014 9 9 9 54,5 8 6 8 6 8 7 71,4 28,6 42,9 6 2 2 72,0 8 68,4 78,9 64,7 76,4 Częstość (%) występowania dni z wysokim stężeniem pyłku leszczyny i pyłu PM10 (poziom > 50 µg/m 3 ) 84,6 61,5 69,2 76,4 84,0 62,7 72,0 86,0 58,0 7 85,4 56,2 68,8 Stacja 2010 2011 2012 2013 2014 44,4 88,9 56,5 85,7 57,1 8 6 6 2 83,3 83,3 80,6 55,6 58,3 76,5 47,1 70,6 6 8 Częstość (%) występowania dni z wysokim stężeniem pyłku brzozy i pyłu PM10 (poziom > 50 µg/m 3 ) Stacja 2010 2011 2012 2013 2014 91,3 91,3 56,5 90,5 90,5 52,4 9 9 55,0 68,2 45,5 54,5 44,4 55,6 6 8 54,5 9,1 18,2 42,9 4,8 9,5 42,9 4,8 9,5 41,2 5,9 11,8 54,2 25,0 45,8 3 3 83,3 62,1 31,0 37,9 25,0 25,0 61,9 28,6 38,1 15,0 2 69,2 69,2 16,7 16,7 64,1 37,2 65,0 36,0 34,0 66,0 35,1 33,0 69,9 41,1 39,7 Przegląd Lekarski 2016 / 73 / 12 805
w których objawy alergiczne mogły pojawić się u wszystkich chorych, a jedynie 5 dni i to tylko w dwóch pierwszych latach (2010 i 2011), gdy stężenie przekraczało 150 PG/m 3, a więc objawy u pacjentów prawdopodobnie były nasilone (Tab. IV). W 94% (15) były to również dni, gdy zanieczyszczenie powietrza pyłem PM10 przekraczało wartości dopuszczalne na co najmniej jednej (z trzech) stacji monitoringu w Krakowie. Występowały one w okresie marzec-kwiecień, z największą częstością w marcu (aż 94%), i najczęściej podobnie jak w przypadku olszy, dotyczyły pomiarów w Alei Krasińskiego. Analiza warunków meteorologicznych w 48 dniach z przekroczeniem normy PM10 oraz stężeniem pyłku olchy >95 PG/m 3 (Tab. IV) prowadzi do wniosku, że: temperatura maksymalna powietrza wahała się od 5,1 do 22,6 C, przy czym w 67% dni zmieniała się w zakresie 1-18,0 C, w 77% dni wilgotność względna powietrza w południe nie przekraczała 60%, czyli w większości były to dni suche, w 81% analizowanych dni nie występował opad atmosferyczny, lub jego suma dobowa była śladowa (<0,1 mm). W 15 z 17 dni, z przekroczonym stężeniem pyłku leszczyny > 80 PG/m 3 i stwierdzonym także przekroczeniem poziomu dopuszczalnego pyłu PM10 na co najmniej jednej stacji monitoringu w Krakowie (Tab. IV) występowały następujący warunki meteorologiczne: temperatura maksymalna powietrza wahała się od 9,9 do 22,6 C, przy czym w 73% była powyżej 15,6 C, w 87% dni wilgotność względna powietrza w południe nie przekraczała 60%, czyli w większości były to dni suche, w 60% w tych dniach nie występował opad atmosferyczny lub jego suma dobowa była śladowa (<0,1 mm). Dodatkowo oceniono warunki pogodowe w dniach uznanych za ekstremalne, czyli były to dni, w których równocześnie stężenie olszy przekroczyło 90 PG/m 3, a leszczyny 80 PG/m 3 oraz PM10 było >50 µg/m 3 w co najmniej dwóch z trzech stacji monitoringu. Dni takich w analizowanym okresie było 12 i wszystkie wystąpiły w marcu. W 75% wyróżnione dni były związane z adwekcją mas powietrza polarnego morskiego ciepłego i/lub przetransformowanego z sektora zachodniego (W, SW lub NW). Były to najczęściej układy wysokiego ciśnienia z adwekcją z zachodu (Wa; 4 dni) lub niskiego ciśnienia z adwekcją z południowego zachodu (SWc; 3 dni). Tylko w czterech dniach nad południową Polską przechodził front atmosferyczny, głównie chłodny. W przypadku brzozy, w 156 dniach w okresie badawczym, zanotowano stężenie pyłku powodujące pierwsze objawy alergiczne, jednak ponad połowa z tej sumy, czyli 73 dni to okresy najwyższych stężeń >155 PG/m 3 (Tab. IV). Średnio, w ponad 60% dni równocześnie występowało przekroczenie poziomu dopuszczalnego stężenia PM10 w centrum miasta (Aleja Krasińskiego). Stwierdzono, że w 29 dniach z przekroczeniem obu stężeń, panowała wówczas najczęściej pogoda: z temperaturą maksymalną powietrza ponad 15 C (77% dni), w tym 30% z ponad 20 C, wilgotność względna powietrza w południe nie przekraczała 50%, pod względem prędkości wiatru nie były to dni z tzw. ciszą atmosferyczną, ale z wiatrem o prędkości od 1 do 3 m/s, a maksymalnie do 5 m/s, w około 70% dni występowało średnie dobowe zachmurzenie poniżej 50%, a 60% usłonecznienie ponad 7 godz. w ciągu doby, tylko w 57% tych dni nie wystąpiły opady atmosferyczne. W pozostałych dniach opady, głównie deszczu, były śladowe (<0,1 mm; 13% dni), albo ich suma wahała się od 0,1 do 3 mm (30% dni), z taką samą częstością były to dni z układami wysokiego i niskiego ciśnienia, z tym że najczęstszymi typami cyrkulacji im towarzyszącymi były sytuacje bezadwekcyjne bruzda cyklonalna (Bc; 19,2%) oraz klin antycyklonalny (Ka; 15,4) łącznie stanowiące 34,6% analizowanych dni. Dni z bardzo wysokim stężeniem brzozy (>155 PG/m 3 ) i równocześnie z PM10 powyżej normy (>50 µg/m 3 ) często występowały w nieprzerywanym ciągu dni, np. w kwietniu 2010 roku (Ryc. 2a). Najdłuższe ciągi przekroczonych wartości miały wprawdzie po 4 dni (wystąpiły dwukrotnie), ale były one przedzielone tylko jednodniową przerwą, kiedy to głównie stężenie pyłku brzozy nie osiągnęło granicznej wartości. Warto jednak zwrócić uwagę, że tego roku od 12 kwietnia warunki aerosanitarne (stan powietrza związany z zanieczyszczeniem), zwłaszcza dla alergików uczulonych na pyłek brzozy, były bardzo niekorzystne. Częściowo miały na to wpływ warunki meteorologiczne, przeważnie ciepła i słoneczna pogoda, mała prędkość wiatru i brak opadów lub z ich sumą dobową po 12 kwietnia maksymalnie do 3 mm (Ryc. 2b). Dyskusja Najnowszy raport European Environment Agency z roku [17] wskazuje, że średnio 61% mieszkańców aglomeracji miejskich było eksponowanych na podwyższone stężenie pyłu PM10. W Polsce poziom dopuszczalny dla pyłu PM10 jest wyższy niż w większości krajów euro- Rycina 2 A. Stężenie pyłku brzozy i pyłu PM10 w Krakowie w kwietniu 2010. B. Temperatura maksymalna i suma opadów w Krakowie w kwietniu 2010. A. Birch pollen and PM10 dust concentrations in Kraków in April 2010. B. Maximum temperature and precipitation in Kraków in April. 806 M. Ziemianin i wsp.
pejskich, i niestety należymy do państw z najwyższymi wartościami stężenia, gorsza sytuacja jest jedynie w Chorwacji i Bułgarii. Z Raportu Głównego Inspektoratu Ochrony Środowiska w Polsce [29] wynika, że w latach 2009-2013 w Polsce, aż 93% powierzchni kraju zostało zakwalifikowanych do tzw. klasy 3b, wskazującej na występowanie stałych przekroczeń poziomu dopuszczalnego. Powyższe wyniki wskazują, że zanieczyszczenie powietrza pyłem zawieszonym stanowi poważny problem, zwłaszcza na terenie dużych miast. Za jedno z głównym źródeł pyłu zawieszonego uznaje się pył zawieszony i spaliny samochodowe, co potwierdziły badania prowadzone w Krakowie [30], oparte na zależności pomiędzy liczbą samochodów przejeżdżających przez Aleję A. Mickiewicza, a stężeniem pyłu zawieszonego PM10 i PM2.5. Autorzy udowodnili, że w 80% badanych dni nie występowała zależność pomiędzy liczbą przejeżdżających samochodów, a stężeniem pyłu zawieszonego. Wykazali natomiast, że w 83% badanych dni stężenie pyłu PM10 wykazywało współzależności ze stężeniem pyłu PM2,5. Ponadto stwierdzili, że stężenie pyłu zawieszonego nie zależy od dnia tygodnia, natomiast w okresie zimowym wyższe stężenia notowane są w ciągu dnia, a w lecie podczas nocy [31]. W naszych badaniach także najczęściej stwierdzano przekroczenie norm dla pyłu PM10 na stacji pomiarowej przy Alejach. Badania wykonane przez Meline i in. [30] potwierdzają, że podwyższone stężenie pyłu PM10 występuje w pobliżu ruchliwych ulic, jednak ze względu na szybką koagulację cząstek pyłu i małą prędkość wiatru zanieczyszczenia te mają głównie charakter lokalny, przez co nie są związane ze zwiększoną liczbą zachorowań na astmę u dzieci. Problem wpływu zanieczyszczeń powietrza na nasze zdrowie okazuje się znacznie bardziej złożony, gdyż cząsteczki pyłów antropogenicznych oddziaływują na zawarte w powietrzu cząstki biologiczne, wywołując synergistyczne działanie na nasz organizm. W badaniu prowadzonym na terenie Belgii, stwierdzono silną korelację dodatnią pomiędzy objawami chorobowymi górnych i dolnych dróg oddechowych oraz oczu u osób z alergią pyłkową a stężeniem nie tylko uczulającego pyłku, ale też stężeniem NO 2, pyłu PM10 i ozonu [32]. Ocena objawów była zgodna z systemem Allergieradar.nl w okresach styczeń-sierpień 2014 i styczeń-październik. W cytowanym badaniu nie wprowadzono kategoryzacji nasilenia objawów alergicznych, co nie daje wyraźnych zależności od ekspozycji na zanieczyszczenia w powietrzu. Poza tym, porównywanie nasilenia objawów do stężenia pyłku roślin ogółem jest mniej uzasadnione, gdyż jak wynika z badań własnych, pył PM10 nie występuje w wyższych stężeniach w okresie letnim, więc ocena narażenia pacjentów uczulonych na pyłek traw nie jest uzasadniona. Badania nad współwystępowaniem pyłku roślin i zanieczyszczeń chemicznych na tle warunków pogodowych w Polsce są nieliczne. Na podstawie analizy przeprowadzonej przez Puc [33] w Szczecinie w latach 2004-2008 wynika, że istnieje dodatnia korelacja pomiędzy średnią i maksymalną temperaturą, natomiast ujemna między wilgotnością względną oraz opadami deszczu a dobowym stężeniem pyłku traw. Ponadto, stężenie pyłku korespondowało ze stężeniem pyłu PM10 (korelacja dodatnia), z kolei poziom pyłu PM10 był wyższy przy wzrastającej temperaturze maksymalnej i średniej [33]. Z badań prowadzonych w Krakowie wynika, że przy wzroście temperatury wzrasta stężenie pyłku badanych drzew: olszy, leszczyny, brzozy oraz PM10, wilgotność powietrza wpływa negatywnie na poziom pyłku i pyłu, natomiast suma opadów i usłonecznienie nie wpływa na stężenie pyłku, ale opady mogą ograniczać natężenie PM10. Elementem nowatorskim prezentowanych badań jest przeprowadzenie analizy zależności: stężenie pyłu PM10-stężenie pyłku drzew-warunki pogodowe w dniach z wysokim stężeniem PM10 i ziaren pyłku wybranych roślin. W dniach uznanych za ekstremalne, w których równocześnie stężenie olchy przekroczyło 90 PG/m 3, a leszczyny 80 PG/m 3 oraz PM10 było >50 µg/m 3 stwierdzono głównie adwekcję mas powietrza polarnego morskiego ciepłego i/lub przetransformowanego z sektora zachodniego (W, SW lub NW). Należy stwierdzić, że pomimo najwyższych stężeń pyłu PM10 na początku roku, współwystępowanie z bardzo wysoką koncentracją pyłku olchy i leszczyny jest raczej rzadkie. W przypadku brzozy sytuacja jest bardziej skomplikowana, gdyż dni uznane za ekstremalne występowały po kilka pod rząd w ciągu nieprzedzielonym dniem z wartościami w normie, stężenia pyłku brzozy należały do bardzo wysokich, a poziom PM10 przekraczał wartość dopuszczalną. Dahl i wsp. (2016) [34] stwierdzili na podstawie obserwacji przeprowadzonych w Szwecji, że najwyższe zagrożenie nasileniem objawów alergii wziewnej występowało w określonych warunkach pogodowych (podwyższona temperatura, brak opadów, niewielka prędkość wiatru) sprzyjających nie tylko uwalnianiu pyłku roślin (brzozy, traw), ale także wzrostowi poziomu zanieczyszczeń chemicznych w powietrzu [34]. Podsumowując należy stwierdzić, że w trakcie sezonów pyłkowych olchy, leszczyny i brzozy często obserwuje się równoczesne przekroczenie stężenia pyłu PM10 w Krakowie. Przypuszcza się, że opisane warunki mogą przyczyniać się do nasilenia objawów alergii wziewnej u osób uczulonych na alergeny pyłkowe oraz dodatkowo wywoływać reakcję z podrażnienia. Ponadto występująca w większości opisanych dni niska wilgotność powietrza powoduje wysuszenie błony śluzowej i łatwiejszą penetrację alergenów. Wnioski 1. W okresie wysokich stężeń pyłku drzew obserwuje się równoczesne przekroczenie poziomu dopuszczalnego pyłu PM10 w Krakowie w ponad 80% dni w przypadku olchy i leszczyny oraz ponad 60% dni dla brzozy. 2. Warunki pogodowe sprzyjające takim sytuacjom, to: ciepła, słoneczna pogoda, niska wilgotność i brak wiatru lub słaby wiatr. 3. Prędkość wiatru nie wpływa na stężenie pyłku drzew, ale ogranicza zawartość PM10 w powietrzu, zwłaszcza w Kurdwanowie i Nowej Hucie. 4. Suma opadów i usłonecznienie nie wpływa na stężenie pyłku brzozy, ale opady mogą ograniczać poziom PM10 w Alei Krasińskiego. Piśmiennictwo 1. Bousquet J, van Cauwenberge P, Khaltaev N, Workshop Expert Panel: Allergic rhinitis and its impact on asthma [ARIA]. Allergy 2002; 57: 841-855. 2. D Amato D, Cecchi L, Bonini S, Nunes C, Annesi-Maesano I. et al: Allergenic pollen and pollen allergy in Europe. Allergy 2007; 62: 976-990. 3. Samoliński B, Raciborski F, Lipiec A, Tomaszewska A, Krzych-Fałta E. et al: Epidemiologia chorób alergicznych w Polsce (ECAP). Alergol Pol. 2014; 1: 10-18. 4. Matricardi P.M, Kleine-Tebbe J, Jurgen, Hoffmann H, Valenta R, Ollert M: Molecular allergology user s guide. EAACI, 2016. 5. Ring J, Krämer U, Schäfer T, Behrendt H: Why are allergies increasing? Curr Opin Immunol. 2001; 13: 701-708. 6. Gawlik R, Orlicz-Widawska J: Epidemiologia chorób alergicznych. [W]: Obtułowicz K. Alergologia. PZWL. Kraków, 2016: 11-16. 7. Degórska A, Śnieżek T: Skład pyłu zawieszonego na stacji Puszcza Borecka z uwzględnieniem oddziaływania antropogenicznych i naturalnych źródeł emisji. Monitoring Środowiska Przyrodniczego 2014; 13: 31-40. 8. Obtułowicz K, Kotlinowska T, Stobiecki M, Dechnik K, Obtułowicz A. et al: Environmental air pollution and pollen allergy. Ann Agric Environ Med. 1996; 3: 1-4. 9. Buters JTM, Weichenmeier I, Ochs S, Pusch G, Kreyling W. et al: The allergen Bet v 1 in fractions of ambient air deviates from birch pollen counts. Allergy 2010; 65: 850-858. 10. Womiloju TO, Miller JD, Mayer PM, Brook JR: Methods to determine the biological composition of particulate matter collected from outdoor air. Atmos Environ. 2003; 37: 4335-4344. 11. Majd A, Chehregani A, Moin M, Gholami M, Kohno S. et al: The effects of air pollution on structures, proteins and allergenicity of pollen grains. Aerobiologia 2004; 20: 111 118. 12. Armentia A, Lombardero M, Callejo A, Barber D, Martin Gil FJ. et al: Is Lolium pollen from an urban environment more allergenic than rural pollen? Allergol Immunopathol. 2002; 30: 218-224. 13. Suárez-Cervera M, Castells T, Vega-Maray A, Civantos E, del Pozo V. et al: Effects of air pollution on cup a 3 allergen in Cupressus arizonica pollen grains. Ann Allergy Asthma Immunol. 2008; 101: 57-66. 14. Cuinica L, Abreu I, da Silva JE: Effect of air pollutants NO 2 on Betula pendula, Ostrya caprinifoila and Carpinus betulus pollen fertility and human allergenicity. Environ Pollut. 2014; 186: 50-55. 15. Sousa R, Duque L, Duarte AJ: In vitro exposure of Acer negundo pollen to atmospheric levels of SO 2 and NO 2 : effects on allergenicity and germination. Environ Sci Technol. 2012; 46: 2406 2412. 16. Behrendt H, Becker WM: Localization, release and bioavailability of pollen allergens: the influ- Przegląd Lekarski 2016 / 73 / 12 807
ence of environmental factors. Curr Opin Immunol. 2001; 13: 709-715. 17. EEA: Air quality in Europe, EEA Report. European Environment Agency. Copenhagen, Denmark,. 18. Czarnobilska E, Obtułowicz K, Porębski G: Choroby alergiczne młodzieży szkolnej w świetle badań ankietowych i alergologicznych przeprowadzonych w krakowskich szkołach w latach 2007-2009. Alergol Immunol. 2011; 8: 9-14. 19. Leśniak M, Żyła M, Czarnobilska E, Porębski G, Piotrowicz-Wójcik K: Ekspozycja na spaliny samochodowe w Krakowie, a częstość objawów alergicznych układu oddechowego u dzieci w wieku 7-8 lat. Alergol Immunol. 2012; 9: 233-235. 20. Porębski G, Woźniak M, Czarnobilska E: Residential proximity to major roadways is associated with increased prevalence of allergic respiratory symptoms in children. Ann Agric Environ Med. 2014; 21: 760-766. 21. Fuksa D, Ciszyńska E: Analiza i prognoza zanieczyszczeń powietrza na przykładzie aglomeracji miejskiej Krakowa. [Dok. elektr.] http://www.ptzp. org.pl/files/konferencje/kzz/artyk_pdf_2010/51_ Fuksa_D.pdf 22. Kondracki J: Geografia regionalna Polski. PWN. Warszawa, 2002. 23. Raport o stanie środowiska naturalnego miasta Krakowa za lata 1999-2001 z analizą porównawczą pięciolecia 1994-1998, 2002. Biblioteka Monitoringu Środowiska, Kraków. 24. German K: Środowisko przyrodnicze Krakowa i jego wpływ na warunki klimatyczne. W: Klimat Krakowa w XX wieku. D. Matuszko (Red.), IGiGP UJ. Kraków, 2007: 11-19. 25. Galan C, Smith M, Thibaudon M, Frenguelli G, Oteros J. et al: Pollen monitoring: minimum requirements and reproducibility of analysis. Aerobiologia 2014; 30: 385-395. 26. http://www.academia.edu 27. Niedźwiedź T: Kalendarz typów cyrkulacji atmosfery dla Polski południowej zbiór komputerowy. Uniwersytet Śląski, Katedra Klimatologii. Sosnowiec, 2016. 28. Samoliński B, Rapiejko P, Lipiec A, Kurzawa R: Metody ograniczenia narażenia na alergen. In: Kruszewski J, Kowalski ML. Standardy w alergologii. Część I. Medycyna praktyczna. Kraków, 2010: 143-149. 29. Inspekcja Ochrony Środowiska: Wyniki pięcioletniej oceny jakości powietrza w strefach w Polsce. Zbiorczy raport krajowy z pięcioletniej oceny jakości powietrza w strefach za lata 2009-2013, wykonanej w 2014 roku przez WIOŚ. Warszawa, 2014. 30. Gliniak M, Zuśka Z, Miczyński J: Ocena poziomu pyłowego zanieczyszczenia powietrza w aglomeracji krakowskiej na przykładzie Alei A. Mickiewicza. Logistyka ; 4: 8876-8881. 31. Meline J, Obtułowicz K, Wicherek S, Julien-Laferriere B, Czarnobilska E. et al: Assesssmet of a spatiotemporal helath relative risk between road traffic air pollution and childhood asthma in a representative central European city. Alergol Immunol 2012; 9: 141-144. 32. De Weger LA, Wesseling J, Hoogerbrugge R, van Vliet AJ, Hiemstra PS, Sont JK: Spatiotemporal correlations between air pollutants and eye-, nose- and lung symptoms of individuals collected by a citizen science platform. Abstract book. 6 th ESA 2016, Lyon. pp 16. 33. Puc M: Threat of allergenic airborne grass pollen in Szczecin, NW Poland: the dynamics of pollen seasons, effect of meteorological variables and air pollution. Aerobiologia 2011; 27: 191-202. 34. Dahl A, Grundström M, Chen D, Ou T, Pleijel H: Effects of birch and grass pollen exposure: air pollution, and weather type on anitiallergic drugs consumption in S Sweden: a time series analysis. Abstract book. 6 th ESA 2016, Lyon. pp.195. 808 M. Ziemianin i wsp.