חלקיקים נשימים (RPM), השייכים לקבוצת המזהמים החלקיקיים המרחפים נבדלים בגודלם ובהרכבם הכימי, נפלטים ממגוון מקורות טבעיים ומעשה ידי אדם. בקרב הקהילה המדעית ישנה נטייה לבדל קבוצה זו מקבוצות אחרות של מזהמי אוויר גזיים, גם אם מאפייניהם הכימיים דומים במקרים מסוימים.

חלקיקים אלה נפלטים הן ממקורות פליטה ראשוניים והן ממקורות פליטה שניוניים. מקורות פליטה ראשוניים הינם אותם מקורות הפולטים חלקיקים באופן ישיר לאטמוספירה, כגון: מקורות תחבורתיים (בעיקר רכבי דיזל), תהליכי עיבוד תעשייתיים (בעיקר מתכות), שריפת יערות וכו'. מקורות שניוניים הנם אותם מקורות בהם נוצרים חלקיקים בעקבות תגובות פוטוכימיות או תגובות אחרות באטמוספירה לבין מזהמים שנפלטו ממקורות ראשוניים כגון: תחנות כוח (לרוב אלה המשתמשים בדלקים עתירי גופרית), מקורות תחבורתיים, טבעיים וביוגניים. לעתים, נוצרים גם מזהמים שניוניים בתגובות של מזהמים ראשוניים עם גורמים שאינם מזהמים הנוכחים באטמוספירה.

מבחינה מדעית נהוג לחלק את ה-PM למספר תתי קבוצות: גס (PM₁₀- חלקיקים בעלי קוטר מתחת ל-10 מיקרון); עדין (PM_2.5- 0.1-2.5 מיקרון) ועדין ביותר (- PM0.1קטנים מ-0.1 מיקרון; לשם השוואה, קוטרה הממוצע של שערת אדם הינה כ-70 מיקרון). חלוקה זו לתתי קבוצות הינה שימושית ביותר בהקשר הבריאותי- סביבתי, שכן הן מידת השפעתם של החלקיקים על בריאות האדם והן מידת פיזורם באוויר תלויים בגודלם הפיסי של החלקיקים לפי החלוקה לתתי הקבוצות הנ"ל.

לאחרונה, מירב תשומת הלב המחקרית מופנית אל עבר קבוצות החלקיקים השניה והשלישית (PM_2.5 ו-(PM0.1, שכן בשל גודלם הזעיר הם נותרים עמוק בתוך מערכת הנשימה.

מרבית המקורות מהם נפלטים PM_2.5(כלי רכב, מפעלי תעשייה, תחנות כוח וכו') אשר נמצאים מחוץ

לסביבה הביתית (*), מכילים מרכיבים כימיים אחדים, בכללם יונים אנאורגניים, תרכובות פחמן אורגניות ואנאורגניות, מתכות שונות, גופרית וחנקות. באמצעות בחינה של חלק ממרכיבים אלה במעבדות ("שיוך מקורות") שונות ניתן להתחקות אחרי מקורות הזיהום ולכמת את תרומתם היחסית מכלל זיהום האוויר שנרשם.

השפעות בריאותיות

הקשר בין חשיפה לריכוז חלקיקים נשימים מחוץ לסביבה הביתית לבין השלכות בריאותיות אקוטיות וכרוניות כאחד, צויין במספר רב של מחקרים אפידימיולגיים (חקר המחלות ברמת האוכלוסייה) וטוקסיקולוגיים (חקר הרעלים, היווצרותם והשפעתם) ברחבי העולם. במחקרים אלה נמצא כי מבין בקרב קבוצות החלקיקים שנבחנו, הקשר המובהק ביותר בין מידת החשיפה לבין בעיות בריאותיות נמצא בקבוצת ה- PM_2.5.

תוצאות מחקרים אלה הובילו ארגונים בולטים (בהם הרשות האמריקאית להגנת הסביבה (EPA) וארגון הבריאות העולמי (WHO) לאמץ סטנדרטים חדשים בנוגע לריכוזם המקסימלי של חלקיקים אלה באוויר ולשינויי חקיקה בתחום. עד עתה, מערך האכיפה נסמך על ריכוזם המוחלט של החלקיקים באוויר ולא עסק בוויסות הפליטות ומקורותיהם או בריכוזם באוויר של המרכיבים המיוחדים המצויים בחלקיקים אלה. 

ההשלכות הבריאותיות הנובעות מחשיפה לחלקיקים הנשימים כוללות עלייה במספר הפניות לבתי"ח ובהוצאות הנלוות (בעיקר בקרב חדרי המיון ומחלקות הלב-ריאה); עלייה בקרב המדווחים על תסמיני אסטמה וירידה בספיקת הריאות; עלייה במספר מקרי סרטן הריאות ובמקרי מוות בטרם עת. כמה מחקרים גדולים שלמדו את ההשפעות הבריאותיות ברמה הכרונית הוכיחו כי עלייה של mg/m³ 10 (מיקרוגרם למ"ק) בריכוז החלקיקים הנשימים העדינים הביאה לעלייה של 6-16% במקרי התמותה ולעלייה בשיעור בולט לעין של מחלות לב-ריאה.

עד לאחרונה הידע אודות הבסיס הביולוגי של המחלות שנצפו היה מועט ביותר, בייחוד אודות הקשר בין חשיפה לחלקיקים ומחלות נשימתיות.

על אף העובדה שהמנגנון ודרכי הפעולה המדוייקים של המחלות הנובעות מחשיפה לחלקיקים ידוע באופן חלקי בלבד, פיתחו מספר חוקרים בתחום השערות יסוד בהתבססם על מחקרים בקרב קבוצות ניסוי וביקורת. כך, למשל, נמצאו הוכחות בדבר הקשר שבין חשיפה ל- PM_2.5או מרכיבים מקבוצה זו לבין התפתחות עקה בתהליכי החימצון בריאות. זו מובילה לעלייה (הן ברמה האקוטית והן בכרונית) בסממנים דלקתיים במערכות הדם והריאות ובהופעת קרישי דם. התפתחות זו עלולה להתפתח לפגמים במערכות הוסקולריות (צינורות הובלת הנוזלים בגוף) והנשימה, התפתחות טרשת העורקים והתקפי לב. באופן דומה, נמצא כי חשיפה ל- PM_2.5עלולה לגרום לתתי אוכלוסייה מסוימים להפרעה בקצב הלב ולהתקפי לב. לבסוף, במחקרים אחדים נמצא כי חשיפה מבוקרת ל- PM_2.5קשורה לחוסר תפקוד במערכות האנדותליות (תאי החיפוי המרפדים את כלי הדם והלימפה) ו/או בהיצרות של כלי הדם והעורקים.

בהקשר דומה יש לציין כי מחקרים אלה ואחרים הוכיחו כי תתי קבוצות מסויימות נחשבות לפגיעות יותר מאחרות. בין אלה ניתן להזכיר את חולי הלב-ריאה (חולי לב, אסטמטים וכו'), מבוגרים וילדים.

מגמות בעולם

בקרב מדינות רבות בארה"ב ובמדינות מפותחות אחרות הובילו ההוכחות בדבר הקשר שבין חשיפה לחלקיקים לבין הופעה של מחלות לב-ריאה לשורה של מאמצים שהובילו לצמצום הפליטות של מזהמים אלה.מאמצים אלה באים לידי ביטוי הן במישור הטכנולוגי והן במישור החקיקתי. הראשון, כולל שימוש במספר אמצעים להפחתת הפליטות ממקורות מוקדיים כתחנות כוח ותחנות זיקוק. בין אלה ניתן לציין את הסולקנים (ציוד המונח ע"ג ארובות/ מקורות פליטה, המסלק תחמוצות גופרית וחנקן באמצעות תגובה כימית); משקעים אלקטרו-סטטיים (האוויר הנפלט מועבר דרך לוחות הטעונים לסירוגין במטענים חיוביים ושליליים. החלקיקים נטענים חשמלית ויוצרים תלכידים (אגרגטים) מוצקים השוקעים כאפר תחתית); ובתי שקים -Baghouses (מלכודת חלקיקים- הבנויה מתאים המכילים שקים בעלי חרירים קטנים המסננים חלקיקים הנשאבים לתוכם).

בנוסף, ניתן לציין אמצעים בתחום החקיקה שכוונו להגביל את רמות הפליטה ובכללם את תחמוצות הגופרית הנפלטות מתחנות כוח מבוססות פחם ע"י הגבלת אחוז הגופרית בדלק. על אף השיפורים שבוצעו ישנן הוכחות מוצקות לכך שמספר מקרי התחלואה והתמותה עדיין נרשמים ברמות גבוהות מהצפוי. בהקשר זה חשוב לציין כי במדינות מתפתחות המגמות הינן הפוכות. כך, רמות הפליטה השנתיות בקבוצת ה- PM₁₀כפי שנרשמו לאחרונה בביג'ין ובניו-דלהי הגיעו ל-150 ug/m³, המהוות 300% מרמות הפליטה שנקבעו ע"י ה-EPA לקבוצת מזהמים זו.

נכון להיום, לא ברור האם הקשר שהוסבר לעיל בין החשיפה לחלקיקים נשימים לבין הבעיות הבריאותיות נובע מהרכבם הכימי של החלקיקים, ריכוזם המוחלט או גודלם הפיסי. יחד עם זאת, ניתן לאחרונה להבחין בשינוי מגמה אל עבר לימוד תחום שיוך המקורות (כפי שמיושם בפרויקט זה). תחום זה מתמקד באיפיון הרכבם הכימי של החלקיקים ומיפוי מקורות פליטתם, שלבים חיוניים בדרך לאימוץ שיטות לצמצום פליטות החלקיקים.

צמצום פליטת החלקיקים הנשימים כאמצעי לשמירה על בריאות הציבור: "שש הערים בהרוארד" כמקרה בוחן

אחד המחקרים החשובים ביותר שבחנו את הקשר בין חשיפה ארוכת טווח לחלקיקים נשימים והופעת בעיות בריאותיות בקרב האוכלוסייה הנחשפת הינו מחקר "שש הערים בהרוארד". במחקר זה נבדקו רמות זיהום האוויר ב-6 ערים במערב התיכון של ארה"ב ובצפונה בין השנים 1974 ו-1989; כמו כן נלמדו ההשלכות הבריאותיות בקרב יותר מ-8,000 נבדקים.

בין הממצאים הראשוניים נמצא קשר בין שינויים בריכוזי PM_2.5 ושינויים במקרי המוות. כך,  בעיר בה נרשמו ריכוזי PM_2.5 הגבוהים ביותר (סטיובנויל (Steubenville), אוהיו) נרשמו כ- 26% יותר מקרי מוות מהעיר בה נרשמו ריכוזי PM_2.5 הנמוכים ביותר (פורטייג' (Portage), וויסקונסין).

בניתוח נוסף של האנליזות שנבדקו הוכח כי מקורות תחבורה ניידים ומקורות בהם משתמשים בשריפת פחם, מהם נפלטים חלקיקים נשימים עדינים, נמצאו כאחראים העיקריים לבעיות הרפואיות שהופיעו בקרב האוכלוסייה הנבדקת.

ב-8 השנים שבאו לאחר ניתוח הנתונים הראשוני נרשמה ירידה בריכוזי החלקיקים הנשימים בשש הערים שנבדקו, באופן שתאם את מגמת הירידה הכלל ארצית בשנים אלה בארה"ב. בעיר סטיובנויל, למשל, נרשמה ירידה מ-

ug/m³ 29 ל- ug/m³ 22 בין תקופת המחקר הראשונית לבין תקופת ההמשך בת 8 השנים, בהתאמה.

ירידה זו ואחרות אפשרה לחוקרים בתחום (באופן ייחודי למדי) לנסות ולהעריך האם היה קשר בין השיפור שנרשם ברמות זיהום האוויר לבין הירידה באחוז התחלואה שמקורה בזיהום.

מחקר שנעשה לאחרונה, בו הושוו התוצאות שנרשמו בתקופת המחקר הראשונית ותקופת ההמשך, הראה כי ירידה של כ-10 ug/m³ בריכוז ה-PM_2.5הייתה קשורה לירידה של 27% בסיכון למות בערים אלה. מחקר זה תומך באימוץ קווי מדיניות שמטרתן לצמצם פליטות וחשיפה לחלקיקים נשימים.