Węglowodory aromatyczne (WWA) – trujący składnik smogu

Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA) to związki, które występowały w środowisku naturalnym od zawsze, jednak działalność człowieka doprowadziła do znacznego wzrostu ich stężenia. Do naszych organizmów trafiają wraz ze wdychanym tlenem oraz drogą pokarmową. W powietrzu nośnikiem tych rakotwórczych związków są pyły zawieszone, co determinuje sposób ich eliminacji.

Czym są WWA?

Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, nazywane także policyklicznymi węglowodorami aromatycznymi (w skrócie WWA lub PAH od angielskiej nazwy polycyclic aromatic hydrocarbons) to grupa, która obejmuje obecnie około 100, a według innych źródeł 200 węglowodorów, zawierających dwa lub więcej skondensowanych pierścieni aromatycznych bez podstawnika czy heteroatomu.

W czystej postaci są to substancje stałe o właściwościach hydrofobowych i litofilnych, charakteryzujące się wysoką temperaturą topnienia i długim okres półtrwania w środowisku.

W zależności od liczby pierścieni aromatycznych WWA dzieli się na:

• ciężkie – zawierające pięć i więcej pierścieni,
• lekkie – złożone z nie więcej niż czterech pierścieni.

Te pierwsze są bardziej toksyczne od drugich, co nie oznacza jednak, iż lekkie WWA nie stanowią dla człowieka zagrożenia. Nie bez znaczenia jest również fakt, iż według licznych badań wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne nigdy nie występują w środowisku pojedynczo, co oznacza, iż wysokie stężenie jednego związku z tej grupy jest równoznaczne z wysokim poziomem innych.

Budowa i właściwości wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych, a konkretnie obecność łańcucha aromatycznego, słaba rozpuszczalność w wodzie i niska prężność pary sprawiają, że związki te występują w środowisku głównie na powierzchni stałych cząstek.

Przykłady węglowodorów aromatycznych

Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne to dość duża grupa, ale w środowisku najbardziej rozpowszechnionych jest 17 z nich:

• Acenaften (C12H10),
• Acenaftylen (C12H8),
• Fluoren (C13H10),
• Antracen (C14H10),
• Fenantren (C14H10),
• Fluoranten (C16H10),
• Piren (C16H10),
• Chryzen (C18H12),
• Benzo(a)antracen (C18H12),
• Benzo(a)piren (C20H12),
• Benzo(b)fluoranten (C20H12),
• Benzo(e)piren (C20H12),
• Benzo(k)fluoranten (C20H12),
• Benzo(j)fluoranten (C20H12),
• Dibenzo(a,h)antracen (C22H14),
• Benzio(g,h,i)perylen (C22H12),
• Indeno(1,2,3-cd)piren (C22H12).

Najlepiej przebadanym wielopierścieniowym węglowodorem aromatycznym jest benzopiren, który z racji swojej szkodliwości i rozpowszechniania stał się wyznacznikiem całej grupy PAH. Międzynarodowa agencja badań nad rakiem (IARC) w 1987 roku uznała BaP za główny ludzki kancerogen.

Źródła WWA

Źródła WWA możemy podzielić na naturalne oraz związane z działalnością człowieka. Do tej pierwszej grupy zaliczyć należy procesy hydrotermiczne, pożary lasów i wybuchy wulkanów, w wyniku których wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne były obecne w środowisku praktycznie od zawsze. Jednak dopiero działania podejmowane przez człowieka doprowadziły do znacznego wzrostu ich stężenia. WWA wytwarzają się w wyniku:

• procesów spalania paliw kopalnianych,
• produkcji energii w elektrowniach i elektrociepłowniach,
• pracy pojazdów silnikowych,
• działalności przemysłowej, zwłaszcza przemysłu ciężkiego, koksowni, rafinerii i hut,
• palenia wyrobów tytoniowych,
• obróbki termicznej żywności poprzez wędzenie, grillowanie albo smażenie,
• spalania drewna (zwłaszcza iglastego),
• spalania śmieci.

Policykliczne węglowodory aromatyczne powstają na skutek niecałkowitego spalania wszystkich węglowodorów z wyjątkiem metanu. Szacuje się, że w Polsce ponad 80% obecnych w powietrzu WWA pochodzi ze spalania paliw kopalnych, ale istotną rolę w procesie ich powstawania odgrywają także transport oraz przemysł energetyczny i produkcyjny.

Węglowodory aromatyczne w powietrzu czyli WWA a smog

Dopuszczalny poziom benzo(a)pirenu w powietrzu na terenie Europy wynosi do 1 ng/m³. W Polsce poziom ten często jest przekroczony, co potwierdza m.in. raport Europejskiej Agencji Środowiska, w którym nasz kraj wypadł na tle pozostałych państw europejskich bardzo źle.

Źródło: Europejska Agencja Środowiska

Jak wpływa to na organizm człowieka? Warto przytoczyć tutaj słowa Andrzej Guła – prezesa Krakowskiego Alarmu Smogowego – który mówi, iż mieszkaniec Krakowa w związku z wysokim stopniem zanieczyszczenia powietrza w tym mieście w ciągu roku przyjmuje dawkę benzo(a)pirenu odpowiadającą wypaleniu 2500 papierosów.

BaP nie jest oczywiście jedynym problemem, jeśli chodzi o policykliczne węglowodory aromatyczne w powietrzu, ale norma dla WWA nie została ustalona.

Dla lepszego zrozumienia sytuacji warto jednak wyjaśnić, iż według GIOŚ stężenie benzo(a)pirenu w ogólnym poziomie siedmiu monitorowanych związków z grupy WWA w 2022 r. wynosiło w Polsce około 18,3 %.

Monitorowanymi związkami były benzo(a)piren, benzo(a)antracen, benzo(b)fluoranten, benzo(j)fluoranten, benzo(k)fluoranten, indeno(1,2,3-cd)piren, dibenzo(a,h)antracen.

Nośnikiem wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych są pyły zawieszone. Różnicę stanowi procentowy udział WWA w pyle zawieszonym, którego dokładna zawartość uzależniona jest od jego pochodzenia.

Główną przyczyną smogu w Polsce jest niska emisja, dlatego poziom WWA charakteryzuje sezonowa zmienność. Najwyższe stężenia odnotowywane są w sezonie grzewczym, natomiast najniższe latem.

Poniższy wykres prezentuje tę zależność na przykładzie wyników zarejestrowanych przez jedną z warszawskich stacji pomiarowych.

WWA w powietrzu w Polsce: tendencja spadkowa, ale nadal źle

Od 2020 r. w emisja wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych w Polsce spada. Nadal jednak wytwarzamy więcej WWA niż inne kraje europejskie. Zmiany w tej kwestii na przestrzeni lat 1990-2021 prezentuje poniższy wykres.

Węglowodory aromatyczne w żywności

Do żywności wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne przedostają się kilkoma drogami. Rośliny pobierają je z gleby i wody, a także z powietrza, poprzez sorpcję zachodzącą na powierzchni liści. Zwierzęta natomiast przyjmują WWA wraz ze spożywanym pokarmem. Stopień skażenia środowiska w miejscu upraw rolnych i hodowli ma zatem istotny wpływ na zawartość WWA w wytworzonej żywności.

Dodatkowy problem stanowią niektóre metody obróbki termicznej, a konkretnie wędzenie, grillowanie oraz smażenie. W próbkach grillowanej wołowiny zawartość BaP wynosiła 6 μg/kg, natomiast w smażonych stekach wołowych 4,15 μg/kg (średnio wysmażone) do 4,86 μg/kg (mocno wysmażone).

Kolejne badania potwierdziły, że na zawartość WWA wpływa sposób i czas obróbki termicznej oraz pochodzenie żywności. W przypadku grillowania najbezpieczniejsze okazały się grille elektryczne, natomiast najgorzej wypadły tradycyjne grille węglowe. Średnie wyniki uzyskano podczas grillowania na węglu z zastosowaniem tacek aluminiowych.

Źródło: Pixbay.com

WWA – normy w żywności

Według przepisów unijnych obowiązujących od 1 września 2014 r. dopuszczalny poziom benzopirenu w wędlinach i rybach wynosi 2 mikrogramy na kilogram, natomiast łączna zawartość benzopirenu benzantracenu, benzofluorantenu i chryzenu 12 mikrogramów.

Oczywiście, domowa obróbka żywności nie podlega przepisom dotyczącym dopuszczalnej zawartości WWA, jednak warto potraktować wspomnianą normę jako wskazówkę dotyczącą zdrowego odżywania. W Polsce dzienna ilość WWA pobieranych wraz z żywnością wynosi 3078 ng, podczas gdy średnia dla krajów UE to 1729 ng.

Szkodliwość wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych

Znaczna część związków zaliczanych do WWA ma udowodnione działanie rakotwórcze. Najsilniejsze właściwości karcynogenne wykazują benzo(a)piren i dibenzo(a,h)antracen.

Zależność między stężeniem wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych a zapadalnością na nowotwory sprawdzono podczas akcji „Środowisko a Zdrowie”, przeprowadzonej w latach 2007-2008 r. Przez trzy miesiące wykonywane były wówczas próby powietrza pobieranego na stacjach pomiarowych zlokalizowanych w 15 miejscowościach i 8 powiatach województwa śląskiego.

Podczas badań skontrolowano poziom B(a)A, B(a)P, Db(a,h)A oraz frakcji pyłu PM10. Średnie stężęnie B(a)P znacznie przekraczało dopuszczalne stężenie tego związku w każdym z punktów pomiarowych. Dalsze analizy uzyskanych wyników wskazały na związek pomiędzy stężeniem benzo(a)pirenu oraz Db(a,h)A a PM10, jak również potwierdziły zależność między stanem powietrza a zapadalnością na nowotwory u mężczyzn.

WWA zaburzają także przebieg procesów endokrynologicznych i działają mutagennie, a u kobiet ciężarnych zwiększają ryzyko poronienia, przedwczesnego porodu i zaburzeń rozwoju płodu. Badania przeprowadzone w latach 2000–2003 na grupę kobiet z Krakowa i Nowego Jorku wykazały, iż regularny kontakt z powietrzem zanieczyszczonym WWA skutkuje obniżeniem masy urodzeniowej i długości ciała oraz obwodu głowy dziecka.

Co więcej, wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne wpływają na sprawność umysłową człowieka i to już od najmłodszych lat.

Badania wykonane w ramach unijnego projektu APGAR wykazały opóźnienie rozwoju funkcji poznawczych u dzieci w wieku 6–7 lat, narażonych na kontakt z powietrzem o wysokim stężeniu WWA. Nie było to nowe odkrycie, a jedynie potwierdzenie wcześniejszych ustaleń naukowców, zajmujących się tą tematyką, m.in. P. Pererę z Columbia University. Perera w swoich badaniach uwzględnił również dzieci trzy- i pięcioletnie, a uzyskane wyniki wykazały opóźniony rozwój i niższy iloraz inteligencji, spowodowany ekspozycją na zanieczyszczone powietrze.

Dodatkowo ekspozycja na WWA prowadzi do zaostrzenia już występujących chorób. Wyniki badań opublikowanych w 2020 r.  przez naukowców z Tajwanu potwierdzają, iż wdychanie WWA przyczynia się do ostrzejszego przebiegu astmy.

Czy oczyszczacz powietrza usuwa WWA?

Jak już wspomnieliśmy, wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne występują w środowisku głównie w postaci cząsteczek stałych, stanowiąc składnik pyłu zawieszonego. Oznacza to, że za usuwanie WWA z powietrza odpowiedzialne są filtry HEPA, a nie filtry węglowe. Te drugiej przeznaczone są bowiem do walki z zanieczyszczeniami gazowymi, w tym LZO (do tej grupy należą m.in. formaldehyd i beznen).

W zależności od klasy technologii HEPA zastosowanej w oczyszczaczu po jednym przepływie powietrza przez system filtrujący, usuniętych zostaje od 85% do 99,99% WWA.

Oczyszczacze są skuteczne tylko wewnątrz budynków, ale nie oznacza to, że podczas pobytu na zewnątrz nie możemy chronić się przed WWA. W sklepach dostępny jest bowiem szeroki wybór masek antysmogowych.

Oczyszczacze powietrza i maski nie zapobiegają oczywiście przedostawaniu się WWA do organizmu drogą pokarmową. Aby zredukować ilość wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych spożywanych wraz z pożywieniem, należałoby wybierać żywność wyprodukowaną w miejscach o bardzo dobrej jakości powietrze i niepoddaną obróbce termicznej prowadzącej do wytwarzania WWA.

---

Bibliografia:

1. A. Ciemniak, Porównanie wpływu metody grillowania na zawartość benzo[a]pirenu w mięsie kurcząt.
2. L. Kapka, F. B. Zemła, A. Kozłowska, E. Olewińska, N. Pawlas, Jakość powietrza atmosferycznego a zapadalność na nowotwory płuc w wybranych miejscowościach i powiatach województwa śląskiego.
3. M.S. Kubiak, Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) – their occurrence in the environment and food Olszak M., Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA), https://www.e-biotechnologia.pl/Artykuly/Wielopierscieniowe-weglowodory-aromatyczne-WWA/.
4. M. Rusin, E. Marchwińska-Wyrwał, Zagrożenia zdrowotne związane ze środowiskowym narażeniem na wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA).
5. Zanieczyszczenie powietrza wielopierścieniowymi węglowodorami aromatycznymi na stacjach tła miejskiego w Polsce w 2019 roku, raport Głównego Inspektoratu Ochrony Środowiska.
6. J. Jędrak, Wpływ zanieczyszczenia powietrza na centralny układ nerwowy,
7. Shih-Wei Lee et all., Wpływ rocznego narażenia na wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne na częstość ostrych zaostrzeń u pacjentów z astmą, https://www.dovepress.com/impact-of-annual-exposure-to-polycyclic-aromatic-hydrocarbons-on-acute-peer-reviewed-fulltext-article-JAA

FAQ – czyli najczęściej zadawane pytania o WWA