Озон (О3): что это? как образуется, как влияет на организм
О3 — бесцветный газ c резким запахом, плохо растворимый в воде, способный вместе с другими фотохимическими оксидантами и дисперсными частицами формировать смог.
Тропосферный или наземный О3 является веществом, загрязняющим окружающий воздух, и отличается от стратосферного О3, находящегося на высотах свыше 10 км над поверхностью земли.
О3 образуется в результате реакций с участием солнечных лучей, NOx и летучих органических соединений (VOCs) от выхлопов автомобилей, но иногда и стационарных источников.
Озон является сильным окислителем и способен вступать в реакцию с различными внеклеточными и внутриклеточными молекулами. Когда озон вступает в реакцию с ненасыщенными липидами, формируются свободные радикалы и токсичные промежуточные продукты, которые могут привести к повреждению клеток и их гибели. Прямая цитотоксичность является основным механизмом повреждения тканей, вызванным О3; вторичные повреждения от воспалительной реакции, вероятно, так же играют роль.
Дозиметрические исследования показывают, что большая часть вдыхаемого О3 осаждается в верхнем и проксимальном отделах нижних дыхательных путей. Однако из-за своей относительно слабой растворимости значительная доля озона может проникнуть в дистальные дыхательные пути и альвеолы. На тканевом уровне концентрация О3 наиболее высока на этих участках. Увеличение скорости вдоха во время физических нагрузок может подавить «очистительные механизмы» верхних дыхательных путей и привести к большему осаждению О3 в дистальных отделах легких.
Большинство исследований, касающихся влияния озона на здоровье, сосредоточены на кратковременном его воздействии. В контролируемых исследованиях воздействия озона на легкие человека вызывало у здоровых людей снижение ОФВ1 и ФЖЕЛ, что коррелировало с концентрацией, длительностью воздействия О3 и минутным объемом вентиляции легких.
Эти изменения функции легких по большей части являются результатом снижения емкости вдоха, чем уменьшения проходимости воздухоносных путей. Механизм снижения емкости вдоха, с точки зрения нервной системы, представляет собой непроизвольное нейромедиаторное торможение инспираторных усилий, включающее стимуляцию волокон группы С в легких.
Пожилые испытуемые и курильщики имеют более низкое снижение легочной функции, вызванное О3 , по сравнению со здоровыми людьми. Резкое снижение функции легких, вызванное О3 , обычно нормализуется в течение 24 ч. Статистически значимые изменения ОФВ 1 были получены в исследованиях со здоровыми испытуемыми, подвергавшимися воздействию О3 в концентрациях ниже действующих норм качества воздуха, во время физических упражнений.
Респираторные симптомы (неприятные ощущения в груди, кашель, хрип, одышка) соотносятся со снижением легочной функции. Еще один неблагоприятный эффект кратковременного воздействия О3 — усиление реактивности бронхов на неспецифические раздражители, такие как метахолин ℘ и гистамин. Этот эффект может сохраняться дольше, чем острое снижение функции легких, и может быть замечен даже у здоровых людей, у которых не было базового снижения ОФВ 1 . Воздействие озона вызывает неблагоприятные реакции через различные механизмы.
Они включают в себя воспалительные изменения в носовых ходах, поражения альвеолярных клеток I типа, поражения эпителиальных клеток реснитчатого эпителия дыхательных путей, инфильтрацию слизистой оболочки дыхательных путей нейтрофилами и увеличение нейтрофилов и медиаторов воспаления в жидкости БАЛ. Воспаление в дыхательных путях регистрируется после воздействия озона, концентрации которого в окружающей среде ниже принятых норм качества воздуха, на фоне физических упражнений. Последствия хронического воздействия О3 на человека до конца не изучены.
Множество эпидемиологических исследований показывают, что высокая концентрация О3 ведет к росту количества обострений астмы, обращений в отделения неотложной помощи по поводу заболеваний респираторной системы и последующих госпитализаций. Биологическая достоверность этих выводов подтверждается результатами контролируемых исследований воздействия озона на человека, показывающих, что О3 повышает неспецифическую реактивность дыхательных путей у пациентов, страдающих астмой.
В ответ на экспозицию озона возникает более выраженная воспалительная реакция у особо чувствительных людей с астмой с усилением бронхоконстрикторных реакций на вдыхаемый аллерген. Помимо обострений существовавшей ранее астмы, имеют место данные о том, что О3 может вызвать новые случаи астмы. В частности у детей, игравших в подвижные спортивные игры в загрязненных районах Лос-Анджелеса, риск развития астмы оказался выше в 3–4 раза.
Исследования, проведенные в Европе и Соединенных Штатах, доказывают, что кратковременное, как длительное воздействие О3 повышает риск смертности. Озон, как и дисперсные PM, способен вызывать оксидативный стресс и локальное воспаление в дистальных отделах легких, в первую очередь, у пожилых людей с сопутствующим заболеванием сердца.
Последствия острых поражений и воспалений, вызванных продолжительным воздействием О3, не вполне понятны, но существуют эпидемиологические доказательства, указывающие на возможность развития ремоделирования бронхов.
Термин «оксиды азота» (NOx ) включает все формы окисленных соединений азота, в том числе оксида азота (NО), диоксида азота (NО2), и всех других окисленных азотсодержащих соединений, образующихся из NO и NО2
Внимание! информация на сайте не является медицинским диагнозом, или руководством к действию и предназначена только для ознакомления.
Немного истории
Первооткрывателем озона считается физик из Голландии Мартин ван Марум. В 1785 году при пропускании электрического разряда через колбу с воздухом он получил газ с запахом. Но описал его химик из Германии Х.Ф. Шенбейн только в 1840 году. Газ он назвал озоном, что в переводе с греческого обозначает «пахнущий». Таким образом, была проведена аналогия с выделяемым им запахом. А вот откуда взялся озон в атмосфере планеты, стало известно гораздо позже.
Два атома кислорода и еще один
Аллотропная модификация кислорода, что состоит их трех атомов, в химии носит название озон. Описать его можно как немного голубоватый газ с ярко выраженным запахом при нормальных условиях. При охлаждении он превращается сначала в жидкость синего цвета (индиго), а при переходе в твердое состояние образует кристаллы темно-синего или почти черного цвета. Молекулы газообразного озона в природе очень неустойчивы, но пока они существуют, вещество обладает сильными окислительными свойствами.
Природный озон
Всем известный озоновый слой планеты (озоносфера) – это стратосферный озон. Он находится на высоте 12-25 километров. На него приходится порядка 90% всего природного озона. Остальные 10% - это газ, который находится ниже. Он называется тропосферный озон. Кроме различного расположения в атмосфере эти два газа имеют и совершенно разное значение
Откуда взялся озон в древней атмосфере
Голубой газ возник в атмосфере планеты в результате очень сложной фотохимической реакции. Под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца и космической радиации, при распаде молекул воды к двухатомному кислороду присоединяется третий атом и образуется аллотропный атом озона. Эта реакция протекает в верхних слоях атмосферы планеты и сегодня. Всего по объему этот газ занимает 0,6 части на миллион – это значит, что в кубометре атмосферы содержится 0,6 сантиметра кубического озона. Вот откуда взялся озон в атмосфере нашей планеты.
Озон и жизнь на планете
На высоте 25 километров этот газ сосредоточен очень тонким слоем. Но роль его для жизни очень значительна. Откуда взялся озон на Земле, мы уже знаем. Он служит щитом для ультрафиолетового излучения - губительного для всего живого. Именно благодаря поглощению этого ультрафиолета, сопровождающегося образованием озона, происходит защита человечества от гибели. Скорость образования озона в среднем равна скорости его распада. Важность озона для жизни оценена человечеством. И 16 сентября весь мир отмечает день охраны озонового слоя планеты.
Приземный газ
Откуда взялся озон в атмосфере Земли, а в особенности приземный газ – вопрос не простой. И вариантов ответа подразумевает несколько. Главное, что образуется он все так же в результате фотохимических реакций и воздействия радиации или высоких энергий. Как смог в городах он образуется из своих предшественников (оксидов азота, углеводородов) под воздействием температуры и солнечного излучения. А в период летней жаркой погоды концентрация газа повышается с четко выраженным суточным ритмом. Максимум достигается в полдень, а минимум в ранние утренние часы. Повышению концентрации озона способствуют нисходящие потоки воздуха и высокая температура.
Озон или кислород?
Если кислород – источник жизни всего живого, то приземный озон – ее погибель. Недавние исследования биологов подтвердили его губительное действие на легкие нашей планеты – на растения. Под действием озона поры в листьях растений сокращаются, а процессы фотосинтеза подавляются. Компьютерная модель показала снижение потребления растениями углекислого газа на 23%. А это уже серьезная угроза для жизни на всей планете.
Озон как ресурс
Человечество издавна ищет способы использовать в своей деятельности все ресурсы, которые может предоставить Земля. И вне зависимости от того, откуда взялся озон в атмосфере, он не стал исключением. Сильнейший окислитель нашел применение в стерилизации инструментов, в дезинфекции помещений и одежды, в очистке промышленной, сточной и питьевой воды. В перспективных производствах им заменяют хлор при отбеливании целлюлозы. Ведутся разработки в использовании жидкого озона как ракетного топлива. А о косметике, обогащенной этим газом, знают все женщины мира.
Озоновый щит и дыры в нем
Для современной цивилизации вопрос состоит не в том, откуда взялся озон, а как сохранить защитный слой этого газа и не погибнуть в потоке ультрафиолета и космической радиации. А чтобы понять, как его сберечь, необходимо знать причины его разрушения. Сосредоточим внимание на причинах разрушения озонового слоя связанных с антропогенной деятельностью:
• Развитие сверхвысокой авиации способствует повышению в атмосфере азотистых продуктов сгорания топлива, которые становятся разрушителями озона в атмосфере.
• Следующая причина также связана с повышением концентрации азотистых оснований в атмосфере и это применение в сельскохозяйственной деятельности азотных удобрений.
• Всем известные фреоны, которые широко применяются при производстве распылителей, холодильников и кондиционеров. В верхних слоях атмосферы они посредством фотохимических реакций выделяют атомы хлора. А они в свою очередь губят озоновый слой, соединяясь в хлористые основания.
Озон — вещество, молекула которого состоит из трех атомов кислорода. Химическая формула озона – O . В нормальных условиях озон представляет собой голубой газ. При сжижении превращается в жидкость цвета индиго. В твёрдом виде образует тёмно-синие, практически чёрные кристаллы.
Термин озон, образованный от древнегреческого глагола «озо» – «пахну», предложил в 1840 г. немецкий химик X.Ф. Шёнбейном, часто именно его называют первооткрывателем озона.
Роль, которую играет озон для человека и для всего живого на Земле стала ясна с открытием озонового слоя. В 1912 году французским физикам Шарлю Фабри и Анри Буиссону с помощью спектроскопических измерений удалось доказать, что в отдалённых слоях атмосферы существует озон, предохраняющий поверхность планеты от губительного воздействия ультрафиолетового солнечного излучения.
Атмосферный озон играет важную роль, защищая растения и животных. Однако тропосферный озон является загрязнителем, который может угрожать здоровью людей и животных, а также повреждать растения.