Publisher

National Public Health Institute

Monitieteinen yhteistyö hiukkastutkimuksessa

Monista samanaikaisista lähteistä peräisin olevat yhdyskuntailman hiukkaset muodostavat monimutkaisen seoksen, johon liittyy väestön huomattavaa ennenaikaista kuolleisuutta ja sairastavuutta. Tutkimustiedon vahvistaminen päästölähteiden, hiukkasten fysikaalis-kemiallisten ja toksisten ominaisuuksien sekä väestön altistumisen ja terveyshaittojen välisistä yhteyksistä voi vauhdittaa ja auttaa kohdentamaan hiukkaspäästöjen vähentämistä Euroopassa.

Yhdyskuntailman hengitettävät hiukkaset (PM10; halkaisija alle 10 mm) ovat käytännössä aina peräisin lukuisista samanaikaisista lähteistä. Ne koostuvat jopa tuhansista epäorgaanisista ja orgaanisista yhdisteistä. Nykyisen epidemiologisen ja toksikologisen tietämyksen perusteella voidaan päätellä, että ainakin hiukkasten fysikaalinen koko ja niiden kemiallinen koostumus ovat terveyshaittaa määrääviä tekijöitä. Maailman terveysjärjestön (WHO) asiantuntijaryhmä ehdotti vuonna 2003, että yhdyskuntailman karkeita hiukkasia (PM10-2.5; halkaisija 2,5–10 mm), pienhiukkasia (PM2.5; halkaisija alle 2,5 mm) ja ultrapieniä hiukkasia (halkaisija alle 0,1 mm) säädeltäisiin tulevaisuudessa erillisinä epäpuhtauksina.

Keskeisiä aukkoja tiedossa ovat eurooppalaisten epidemiologisten pitkäaikaistutkimusten puuttuminen sekä epidemiologisesti havaittujen lyhytaikaisvaikutusten biologisten mekanismien vaillinainen ymmärtämys. Erityisesti tiedot haittoja aiheuttavista päästölähteistä ja niiden tuottamien hiukkasten fysikaalis-kemiallisista haittatekijöistä yhdyskuntailmassa ovat puutteellisia. Näiden tietojen täydentäminen tulevien vuosien eurooppalaisena yhteistyönä ei kuitenkaan saa estää vaan vauhdittaa Euroopan unionin ponnistuksia tehostaa päästöjenvähennystoimia ja alentaa nykyisiä PM2.5-pitoisuuksia kuten pääkirjoituksessa ansiokkaasti esitetään.

KTL:n Ympäristöterveyden osaston ja Ilmatieteen laitoksen (IL) Ilmanlaadun tutkimuksen tutkimusryhmät ovat viime vuosina kehittäneet yleiseurooppalaista tutkimuskonseptia ( http://www.pamchar.org/ ), jonka avulla yhdyskuntailman karkeiden hiukkasten, pienhiukkasten ja ultrapienten hiukkasten biologisia haittamekanismeja, haitallisia kemiallisia koostumuksia ja päästölähdeyhteyksiä selvitetään kuuden eurooppalaisen kaupungin hyvin erilaisissa saastetilanteissa. Tätä konseptia testattiin ja sovellettiin myös syksyllä 2002 tapahtuneen pienhiukkasten kaukokulkeumaepisodin selvittämiseen Helsingissä. Pystyimme osoittamaan, että pienhiukkasten massapitoisuuden ja biomassan epätäydellistä palamista kuvaavien kemiallisten merkkiaineiden pitoisuuksien huomattava nousu tapahtui nimenomaan ns. kertymähiukkasissa (keskihalkaisija 0,51 mm), jotka ovat tyypillisiä kaukokulkeumalle (kuvio 1). Hiukkaskeräysten aikana Helsingissä vallinneiden ilmamassojen maantieteellinen alkuperä puolestaan selvitettiin ns. trajektorianalyysillä, jonka antamat tiedot yhdistettiin satelliittikuviin Baltian, Valko-Venäjän ja Venäjän metsäpaloista lopullisen syy-seurausyhteyden osoittamiseksi.

Kuva 1. Kolmen biomassan epätäydellisen palamisen merkkiaineen (pitoisuus vas. puoleisella y-akselilla) ja hiukkasmateriaalin (PM; pitoisuus oik. puoleisella y-akselilla) massakokojakaumat kolmen näytteenkeräysjakson (P1, P2 ja P5) aikana Helsingissä. P2 edusti voimakkainta metsäpalosavujen kaukokulkeumajaksoa (Sillanpää ym. 2005).

Pahimman kaukokulkeumajakson ja useiden normaalien jaksojen ultrapienet hiukkaset, kertymähiukkaset, suuremmat pienhiukkaset (halkaisija 1–2,5 mm) ja karkeat hiukkaset kerättiin Harvardin yliopiston kanssa yhteistyössä kehitetyllä suuritehoisella monivaihekeräimellä toksikologisiin solututkimuksiin. Kertymähiukkaset olivat huomattavan toksisia hengitysteiden tärkeille puolustussoluille, makrofageille, mutta niiden kyky tuottaa keskeisiä tulehdusvälittäjäaineita, sytokiinejä, oli heikko verrattuna suurempiin pienhiukkasiin ja karkeisiin hiukkasiin.

Päättelimme väestössä esiintyneiden välittömien ärsytysvaikutusten mahdollisesti aiheutuneen hengitysteiden solujen äkillisestä vaurioitumisesta eikä niinkään tulehduksesta. KTL:n tutkijat arvioivat muussa yhteydessä metsäpalosavujen kaukokulkeumasta aiheutuneen pienhiukkaspitoisuuden nousun olleen kahden viikon aikana siinä määrin merkittävää suuressa osassa Etelä- ja Itä-Suomea, että myös väestön kuolleisuus saattoi hieman suurentua.

Kehittämäämme tutkimuskonseptia voidaan jatkossa käyttää mm. integroiduissa epidemiologian, toksikologian, altistumisen ja aerosolitutkimuksen yhteishankkeissa, joissa tutkitaan erityisten päästölähdeympäristöjen hiukkasia (esim. liikenne, puu- ja hiililämmitys, huonosti kontrolloidut teollisuus- ja energiantuotantolaitokset). Konsepti on sovellettavissa myös päästölähteistä suoraan kerättävien hiukkasten fysikaalis-kemialliseen ja toksikologiseen tutkimukseen.

Raimo O. Salonen
Maija-Riitta Hirvonen
KTL, ympäristöterveyden osasto

Risto Hillamo
Ilmatieteen laitos
Ilmanlaadun tutkimus

Kirjallisuus

1. Sillanpää M, Saarikoski S, Hillamo R, Pennanen AS, ym. Chemical composition, mass size distribution and source analysis of long-range transported wildfire smokes in Helsinki. Sci Total Environ 2005, painossa.

2. Jalava P, Salonen RO, Hälinen AI, ym. In-vitro inflammatory and cytotoxic effects of size-fractionated particulate samples collected during long-range transport of wildfire smokes to Helsinki. Lähetetty julkaistavaksi.

3. Hänninen OO, Salonen RO, Koistinen KJ, Lanki T, Jantunen MJ. Venäjän metsäpalojen savusumu Suomessa syyskuussa 2002. Ilmansuojelu 2003;27(3):21–27.