Benzo(a)piren

Benzopireny to związki z grupy wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA). Benzo(a)piren (BaP) jest substancją toksyczną, rakotwórczą, mutagenną, działającą na rozrodczość i niebezpieczną dla środowiska. Wykazuje małą toksyczność ostrą, zaś dużą toksyczność przewlekłą, co związane jest z jego zdolnością kumulacji w organizmie. Źródłem benzopirenów jest proces niecałkowitego spalania węglowodorów.

Źródła BaP w Polsce

Według najnowszych szacunków Europejskiej Agencji Środowiska (EEA, ang. European Agency) za 2018 rok największym źródłem emisji benzo(a)pirenu w Polsce jest sektor komunalno-bytowy, czyli tzw. niska emisja. Odpowiadała ona za ponad 89% emisji. Instytut Ochrony Środowiska – PIB, w ramach procesu modelowania matematycznego, wykonanego na potrzeby oceny jakości powietrza w Polsce za rok 2019, określił uśrednione udziały procentowe poszczególnych kategorii źródeł emisji zanieczyszczeń w stężeniach obliczonych dla stref w Polsce. Tutaj również jako główną przyczynę przekroczeń norm dla benzo(a)pirenu wymieniano oddziaływanie emisji związanych z procesem spalania paliw poza przemysłem i transportem. Odpowiadają one za ok. 91% całkowitej emisji WWA (wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych), do których należy benzo(a)piren. Z kolei 96% z tej emisji jest generowane przez gospodarstwa domowe.

Emitory związane z indywidualnym ogrzewaniem mieszkań i budynków usytuowane są na niewielkich wysokościach nad poziomem gruntu w obszarach z budownictwem mieszkaniowym, przez co bezpośrednio kształtują poziom zanieczyszczenia w miejscach przebywania ludzi. Koncentracja zanieczyszczenia wzrasta w okresie występowania niekorzystnych pod względem jakości powietrza warunków atmosferycznych, w tym niskiej prędkości wiatru i zjawiska tzw. inwersji termicznej. Dodatkowo niska temperatura powietrza powoduje zwiększenie zapotrzebowania na ciepło i w związku z tym okresowy wzrost emisji BaP.

Normy

Podstawowe wskaźniki, które można wykorzystać do oceny jakości powietrza to poziomy dopuszczalne i docelowe substancji w powietrzu wskazane w Rozporządzeniu Ministra Klimatu i Środowiska z dnia 11 grudnia 2020 roku w sprawie dokonywania oceny poziomów substancji w powietrzu. Poziom docelowy to poziom substancji w powietrzu ustalony w celu unikania, zapobiegania lub ograniczania szkodliwego oddziaływania na zdrowie ludzkie lub środowisko jako całość, który ma być osiągnięty tam gdzie to możliwe w określonym czasie. Dla benzo(a)pirenu ta wartość prezentuje się następująco:

Tabela 1. Kryteria będące podstawą rocznej oceny jakości powietrza za 2019 rok, benzo(a)piren BaP, ochrona zdrowia

Okres uśredniania stężeń	Poziom docelowy BaP* w powietrzu	Dopuszczalna częstość przekraczania poziomu docelowego w roku kalendarzowym
rok kalendarzowy	1 [ng/m3]	nie dotyczy

*Benzo(a)piren oznacza całkowitą zawartość benzo(a)pirenu w pyle PM₁₀

Na podstawie tej normy dokonywana jest ocena poziomów substancji w powietrzu, o której mowa w art. 89 ustawy z dnia 27 kwietnia 2001 roku – Prawo ochrony środowiska. Ocena jakości powietrza jest prowadzona wg kryteriów określonych w dyrektywie Parlamentu Europejskiego i Rady 2008/50/WE z dnia 21 maja 2008 roku w sprawie jakości powietrza i czystszego powietrza dla Europy oraz dyrektywie Parlamentu Europejskiego i Rady 2004/107/WE z dnia 15 grudnia 2004 roku w sprawie arsenu, kadmu, niklu, rtęci i wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych w otaczającym powietrzu.

Norma stężenia benzo(a)pirenu zalecana przez Światową Organizację Zdrowa (WHO) to 0,12 ng/m³ .

Zanieczyszczenie BaP w Polsce

W Polsce zanieczyszczenie powietrza benzo(a)pirenem stanowi duży problem, co było wykazywane we wszystkich latach, dla których wykonywano roczne oceny jakości powietrza. W ocenie za 2019 rok dotyczącej tej substancji 36 stref zaliczono do klasy C (ok. 78%). 10 stref na obszarze 7 województw położonych w północnym i centralnym rejonie kraju uzyskało klasę A. Jest to liczba większa o 8 stref w stosunku do wyników oceny wykonanej za rok 2018.

Duża liczba stref zaliczonych do klasy C dla BaP w kolejnych ocenach rocznych, podobnie jak w przypadku pyłu PM₁₀, wskazuje na powtarzający się co roku problem z dotrzymaniem wartości normatywnych stężeń benzo(a)pirenu w Polsce. Wynika to głównie ze struktury źródeł energii i paliw wykorzystywanych na potrzeby indywidualnego ogrzewania budynków.

Rysunek 1. Klasyfikacja stref w Polsce dla benzo(a)pirenu na podstawie rocznej oceny jakości powietrza za rok 2019 (ochrona zdrowia). Źródło: Państwowy Monitoring Środowiska – GIOŚ, opracowanie: INFAIR, IOŚ-PIB

Na podstawie modelowania matematycznego, a także wyników wspomnianych metod obiektywnego szacowania, uzyskano przestrzenny rozkład stężenia średniego rocznego benzo(a)pirenu zawartego w pyle PM₁₀ w 2019 roku. Został on wykorzystany m.in. w celu określenia zasięgu obszarów przekroczeń poziomu docelowego.

Rysunek 2. Rozkład przestrzenny średniego rocznego stężenia BaP na obszarze Polski w 2019 roku, określony na podstawie modelowania matematycznego oraz obiektywnego szacowania. Źródło: Główny Inspektorat Ochrony Środowiska, IOŚ-PIB, opracowanie: INFAIR, IOŚ-PIB

Rankingi

W corocznej ocenie jakości powietrza Europejskiej Agencji Środowiska (EEA, ang. European Agency) pt. „Air quality in Europe” („Jakość powietrza w Europie”) można znaleźć kompleksowe informacje o danych z całego kontynentu wraz z porównaniem państw między sobą.

Wśród raportujących krajów znalazło się 25 państw z Unii Europejskiej oraz Norwegia i Szwajcaria. W 14 krajach zmierzono średnioroczne stężenie BaP powyżej 1,0 ng/m³. Podobnie jak w latach poprzednich, wartości powyżej normy dominują w Europie Środkowo-Wschodniej. Najwyższe stężenia odnotowano na wielu stacjach w Polsce, gdzie 136 spośród 139 zgłoszonych stacji miało wartości powyżej 1,0 ng/m³.

Rysunek 3. Stężenie BaP w kontekście przekroczeń poziomu docelowego średniorocznego w 2018 r.; w nawiasie obok nazwy państwa znajduje się liczba stacji pomiarowych. Źródło: Europejska Agencja Środowiska

O tym, jak wygląda zanieczyszczenie powietrza w poszczególnych polskich miastach co roku informuje Polski Alarm Smogowy (PAS), tworząc na podstawie pomiarów GIOŚ ranking. Pierwsze miejsca za 2019rok zajmują miejscowości z południa Polski: 2 z województwa małopolskiego – Nowy Targ i Sucha Beskidzka oraz 1 z śląskiego – Rybnik. W Nowym Targu norma (1 ng/m3) została przekroczona osiemnastokrotnie. Cała pierwsza piętnastka to stężenia tej rakotwórczej substancji sięgające od 700 do 1800% dopuszczalnej normy. Na liście smogowych rekordzistów przeważają małe miejscowości, a także wsie – widać jasno, że problem nie dotyczy wyłącznie dużych miast.

Rysunek 4. Ranking miast z największymi przekroczeniami rocznego poziomu dopuszczalnego BaP. Źródło: PAS na podstawie GIOŚ

Rysunek 5. Mapa miast z największymi przekroczeniami rocznego poziomu dopuszczalnego BaP. Źródło: PAS na podstawie GIOŚ

Wpływ na zdrowie

Poza działaniem mutagennym i kancerogennym WWA, a tym samym benzo(a)pirenu, ważnym aspektem jest również ich działanie teratogenne. W badaniach na zarodkach kurzych narażonych eksperymentalnie na mieszaninę WWA zaobserwowano nieprawidłowości w budowie serca i defekty rozwojowe powłok brzusznych, ponadto u szczurów przy ekspozycji na te związki występuje znaczący wzrost resorpcji płodów oraz wzrost liczby płodów o niskiej masie ciała. WWA szybko i łatwo wnikają do organizmu, a szybkość wnikania wzrasta w obecności mieszanin oleistych. Przechodzą do wszystkich tkanek organizmu zawierających tłuszcz i wykazują zdolność kumulowania się głównie w tkance tłuszczowej, a w mniejszym stopniu w wątrobie i nerkach, w nadnerczach, jajnikach i śledzionie. Uszkodzenia będące konsekwencją pobierania substancji z grupy WWA z zanieczyszczonego środowiska, m.in. benzo(a)pirenu, mogą prowadzić do zmian, które przejawiają się nieprawidłowościami chromosomalnymi, powstającymi na skutek zaburzeń w procesie podziałów komórkowych. Dotychczasowe badania wykazały zwiększone ryzyko uszkodzeń komórek rozrodczych u mężczyzn niż u kobiet.

Z krakowskich badań, w ramach których analizowano m.in. jak ekspozycja ciężarnych matek na wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA) wpływa na rozwój układu nerwowego ich potomstwa, wynika, że dzieci matek narażonych na zanieczyszczenia powietrza w okresie ciąży mają inteligencję niższą nawet o 4 punkty w skali IQ w porównaniu do dzieci z grupy kontrolnej. Równolegle z krakowskimi, podobne badania (z użyciem tej samej metodologii) były prowadzone w Nowym Jorku na 2 kohortach kobiet i ich dzieci należących do 2 różnych grup etnicznych. Wyniki badań z Nowego Jorku również potwierdzają negatywny wpływ ekspozycji matki na WWA w okresie ciąży i na rozwój psychomotoryczny dziecka. Dodatkowo zaobserwowano, że wyższa prenatalna ekspozycja na substancje z grupy WWA była związana z częstszym występowaniem objawów świadczących o zapaleniu górnych i dolnych dróg oddechowych u niemowląt. Z kolei dzieci narażone w okresie prenatalnym na wyższe stężenia zanieczyszczeń pyłowych miały w wieku 5 lat niższe wartości całkowitej objętości wydechowej płuc (średnio o ok. 100 ml). U dzieci tych znacznie częściej występowały też infekcje dróg oddechowych. W wyniku badań stwierdzono również, że narażenie kobiet w czasie ciąży na wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA) oraz pył zawieszony (PM_2,5) jest związane z:

• obniżeniem masy urodzeniowej, długości ciała i obwodu główki noworodka;
• wzrostem częstości objawów ze strony górnych i dolnych dróg oddechowych oraz zwiększonej podatność młodszych dzieci na ostre infekcje układu oddechowego;
• pogorszeniem sprawności wentylacyjnej płuc;
• oznakami gorszego rozwoju kognitywnego dzieci.