Summary
Ventilation and Air Conditioning systems (VAC) are increasingly prevalent in new professional settings and most new cars are supplied with air conditioning systems nowadays. VAC systems increase the comfort of drivers and passengers, users of hotel rooms and buildings, especially at hot temperatures during summertime and the vacation period. Their advantages also include energy efficiency and improvement of car user security and worker productivity. However, if not properly maintained and used, VAC systems have a negative impact on the airways’ defense mechanisms by altering the functioning of nasal and sinus mucosa. Dry and cold air penetrating the nasal cavity weakens mucociliary transport by alteration of ciliary beat frequency. Moreover, the colonization of VAC system filters by bacterial and fungal biofilms places persons prone to allergic reactions at risk in the presence of molds. Those with immunodeficiency may also be at risk of an airborne infection caused by an AC system. The evidence suggests that only reasonable use of VAC systems in everyday life, especially during the summer period, is particularly important for proper nasal and sinus function preventing the occurrence of rhinosinusitis as well as asthma exacerbation.
Keywords: ventilation system, air conditioning, nasal mucosa, mucociliary transport, sinus disease, SBS symptoms, nasal allergy, molds, fungal biofilms.
Słowa kluczowe: system wentylacyjny, klimatyzacja, błona śluzowa nosa, transport śluzówkowo-rzęskowy, zapalenie zatok przynosowych, symptomy SBS, alergia nosowa, pleśnie, biofilmy grzybicze.
Dr n. med. Anna Galewicz-Zielińska
Oddział Otolaryngologii
Instytut „Pomnik – Centrum Zdrowia Dziecka”
w Warszawie
Kierownik: dr n. med. Robert Podskarbi-Fayette
Powszechnie znane jest dobroczynne działanie systemów grzewczych, wentylacyjnych oraz klimatyzacyjnych (Heating, Ventilation, Air Conditioning, HVAC) na jakość życia we współczesnym świecie. Dotyczy to szczególnie mieszkańców dużych aglomeracji miejskich, przemieszczających się w pojazdach klimatyzowanych po ulicach o wysokim natężeniu ruchu samochodowego do pracy w nowoczesnych biurowcach, też wyposażonych w urządzenia klimatyzacyjne lub systemy wentylacji mechanicznej. Co sprawia więc, iż każdego roku, w sezonie wiosenno-letnim, czasopisma, fora internetowe oraz inne platformy wymiany informacji, także specjalistycznej, pełne są wątpliwości, niepokojów i pytań dotyczących zależności między alergicznym nieżytem nosa, zapaleniem zatok przynosowych czy astmą a klimatyzacją?
W okresie letnim częste przebywanie w pomieszczeniach klimatyzowanych, nierzadko zbyt intensywnie, wpływa niekorzystnie, przez wysuszenie i obniżenie temperatury wdychanego powietrza, na mechanizmy obronne błony śluzowej jamy nosowej i zatok przynosowych, sprzyjając rozwojowi stanów zapalnych w ich obrębie. Dotyczy to szczególnie osób z alergią, zaburzeniami odporności lub osób nieprzystosowanych do gwałtownych zmian temperatury oraz wilgotności powietrza. Podróż klimatyzowanym autokarem czy samolotem do klimatyzowanego hotelu w tropikach może prowadzić wówczas do wystąpienia gwałtownej reakcji alergicznej z uporczywym katarem, kaszlem, świądem i pieczeniem oczu czy zaostrzeniem objawów oddechowych u osób chorujących na astmę oskrzelową.
Błona śluzowa jamy nosowej i zatok przynosowych – aspekty anatomiczne, mechanizmy obronne
Nos stanowi początkową i bez wątpienia najważniejszą strukturę drogi oddechowej człowieka. Nawilżanie oraz ogrzewanie wdychanego powietrza dokonujące się zasadniczo w obrębie jamy nosowej (w mniejszym stopniu w dalszych częściach drogi oddechowej), w połączeniu z rolą filtra, jaką nos pełni w stosunku do strumienia penetrującego powietrza, umożliwiają przedostawanie się powietrza najwyższej jakości do każdej komórki ludzkiego ciała (4).
Powietrze przepływa przez jamę nosową ze średnią prędkością od 3 m/s w jej części centralnej. W rejonie nozdrzy przednich może zwiększyć się do ok. 15 m/s, podczas gdy w trakcie prozaicznego na pozór wąchania prędkość przepływu powietrza równać się może z prędkością wiatru w trakcie huraganu, tj. 30 m/s (7,10).
Jama nosowa oraz zatoki przynosowe są wysłane błoną śluzową pokrytą nabłonkiem wielorzędowym walcowatym urzęsionym. Najgrubsza warstwa błony śluzowej pokrywa małżowinę nosową dolną, małżowinę nosową środkową oraz środkową część przegrody nosa. Wnętrze zatok przynosowych jest wysłane pojedynczą warstwą nabłonka wielorzędowego walcowatego urzęsionego spoczywającego na delikatnej błonie podstawnej.
W nabłonku pokrywającym błonę śluzową jamy nosowej i zatok przynosowych wyróżnia się cztery rodzaje komórek (4):
W błonie śluzowej jamy nosowej i zatok przynosowych znajdują się:
Śluz pokrywający błonę śluzową jamy nosowej i zatok przynosowych w postaci dwóch nieprzenikających się warstw – sol oraz gel – stanowi płynną mieszaninę produktów wydzielania komórek nabłonkowych, głównie komórek kubkowych i gruczołów błony śluzowej
Niższe partie rzęsek są zanurzone w cienkiej, surowiczej warstwie sol, określanej także mianem warstwy okołorzęskowej. Warstwę tę pokrywa zewnętrzna gęsta i lepka warstwa gel, określana jako powłoka śluzowa. Glikoproteiny zewnętrznej warstwy gel determinują właściwości fizykochemiczne śluzu, tj. jego lepkość i elastyczność. Zasadnicza funkcja glikoprotein polega na wychwytywaniu cząsteczek obecnych w strumieniu wdychanego powietrza i umożliwieniu ich eliminacji poprzez aktywny transport śluzowo-rzęskowy oraz inne mechanizmy obronne jak kichanie czy oczyszczanie nosa przez jego wydmuchiwanie. Glikoproteiny pełnią ponadto wobec nabłonka oddechowego rolę ochronną przed niską temperaturą (ochłodzeniem), spadkiem wilgotności, wysychaniem, wdychanymi gazami oraz aerozolami. Unieczynniają też zawarte w strumieniu wdychanego powietrza wirusy (4,7).
Transport śluzowo-rzęskowy reprezentuje kluczowe zjawisko fizjologiczne pozwalające na utrzymanie drogi oddechowej w stanie zdrowia, stanowiąc jeden z podstawowych mechanizmów obronnych układu oddechowego.
Rzęski komórek nabłonkowych poruszają się w charakterystyczny sposób ruchem dwufazowym. W temperaturze ciała ludzkiego rzęski wykonują ok. 10–20 uderzeń w ciągu sekundy, średnio ok. 1000 uderzeń/min.
Najistotniejszym elementem transportu śluzowo-rzęskowego jest, obok prawidłowej struktury i ruchomości rzęsek, niezakłócona koordynacja ich ruchu falowego, określana mianem fali metachronalnej. Precyzyjnie skoordynowany ruch sąsiadujących rzęsek umożliwia efektywny transport śluzu i zapobiega zderzaniu poruszających się rzęsek. Dzięki niezakłóconemu transportowi śluzowo-rzęskowemu następuje stała, systematyczna wymiana powłoki śluzowej pokrywającej nabłonek w rejonie jamy nosowej oraz zatok przynosowych, kolejno po 10–20 minutach i 10–15 minutach. Pozwala to na utrzymanie świeżej powłoki śluzowej o odpowiedniej wilgotności.
Optymalna temperatura wdychanego powietrza, zapewniająca warunki do niezakłóconej pracy rzęsek nabłonka oddechowego, mieści się w przedziale pomiędzy 18 a 37ºC. Częstotliwość ruchu rzęsek (Ciliary Beat Frequency, CBF) wykazuje zależność liniową w stosunku do temperatury powietrza 33–37ºC z fazą plateau przy 37ºC. Obniżenie temperatury wdychanego powietrza powoduje zmniejszenie CBF o ok. 50% oraz pojawienie się zaburzeń w zakresie częstotliwości, amplitudy uderzeń rzęsek, a także zaburzeń koordynacji fali metachronalnej. Spadek temperatury strumienia powietrza wdychanego przez nos do poziomu 7–12ºC całkowicie paraliżuje rytmiczną, nieprzerwaną pracę rzęsek (2,4,7,9).
Także suche powietrze wywiera niekorzystny wpływ na aktywność aparatu rzęskowego nabłonka oddechowego. Wilgotność względna wdychanego powietrza na poziomie 70% nie wywiera uchwytnego negatywnego wpływu na pracę rzęsek, jednak już jej spadek do 50% powoduje – po upływie ok. 10 minut – zahamowanie ich ruchu. Zmniejszenie wilgotności względnej strumienia powietrza penetrującego jamę nosową do 30% skutkuje ustaniem pracy rzęsek już po upływie 3 do 5 minut.
Do innych czynników zaburzających CBF zalicza się: odwodnienie, hiperoksję, znaczną hipoksję, hiperkarbię oraz zmiany pH środowiska poniżej 7 i powyżej 9.
Należy podkreślić, iż niezależnie od warunków panujących w środowisku zewnętrznym, wdychane przez nos powietrze musi osiągnąć temperaturę ciała ludzkiego oraz zostać optymalnie wysycone przez wodę – ogrzanie i nawilżenie powietrza ma bowiem zasadnicze znaczenie dla prawidłowej pracy rzęsek nabłonka oddechowego.
Strumień powietrza penetrujący do jamy nosowej podczas wdechu jest niezmiernie bogaty m.in. w kurz, pył, cząsteczki bakterii, wirusów i grzybów. Obecność dwóch warstw śluzu pokrywającego nabłonek błony śluzowej umożliwia wychwytywanie oraz usuwanie zanieczyszczeń w mechanizmie transportu śluzowo-rzęskowego w warstwie zewnętrznej gel przy równoczesnym miejscowym działaniu obronnym substancji skoncentrowanych w surowiczej okołorzęskowej warstwie sol.
Rzęski komórek nabłonkowych transportują śluz wraz z zanieczyszczeniami pochodzącymi z wdychanego powietrza. Transport śluzowo-rzęskowy zapewnia wymianę powłoki śluzowej w obrębie jamy nosowej średnio co 10–20 minut. Czynny transport śluzu z zatok przynosowych oraz jamy nosowej kończy się w miejscu przejścia nabłonka wielowarstwowego urzęsionego w nabłonek wielowarstwowy płaski. Śluz zgromadzony w tym rejonie jest następnie przemieszczany do przewodu pokarmowego siłą ciężkości oraz w mechanizmie przełykania.
Podczas przemieszczania się śluzu przez obszar jamy nosowej w kierunku nosogardła, na powierzchni powłoki śluzowej osadza się 70–80% cząstek o średnicy 3–5 µm oraz 60% cząstek o średnicy 2 µm (4,10). Skuteczność usuwania cząstek o wielkości 5–6 µm lub większych sięga 85–90%, dotyczy to też cząstek wirusów. Jedynie cząstki mniejsze od 1 µm swobodnie przechodzą przez obszar jamy nosowej do dalszych odcinków drogi oddechowej. Skuteczność mechanizmu filtrującego nosa pozostaje w ścisłej zależności z wielkością wdychanych cząsteczek, bowiem na powierzchni błony śluzowej nabłonka oddechowego osadzają się cząsteczki większe od 10 µm, m.in. pyłki traw, których wielkość przekracza 25 µm.
Największa koncentracja zanieczyszczeń pochodzących z wdychanego powietrza skupia się w rejonie nozdrzy przednich i z tego rejonu są usuwane na zewnątrz podczas fazy wydechowej oraz w mechanizmie kichania. Z kolei zanieczyszczenia osiadłe na powłoce śluzowej rejonu małżowiny nosowej środkowej i dolnej są przemieszczane transportem śluzowo-rzęskowym ku tyłowi w kierunku nosogardła.
Systemy grzewcze, wentylacyjne, klimatyzacyjne (HVAC), „zespół chorego budynku” (SBS)
Korzystny wpływ stosowania urządzeń klimatyzacyjnych w samochodach czy budynkach na jakość powietrza, którym oddychają osoby w nich przebywające, potwierdzają liczne badania kliniczne i mikrobiologiczne. Wiadomo także, iż występowanie niekorzystnych objawów oddechowych ściśle wiąże się z nieprawidłowym użytkowaniem i/lub konserwacją oraz oczyszczaniem elementów stosowanych systemów HVAC (3,6,18).
Systemy HVAC znajdują coraz szersze zastosowanie w nowoczesnym budownictwie (biurowce, hotele, budynki użyteczności publicznej – urzędy, dworce, sale kinowe, konferencyjne, szpitale, hale fabryczne, montażowe itp.). Pozwala to na zwiększenie wydajności pracy poprzez znaczącą poprawę warunków, w których przebywają pracownicy przez kilka lub kilkanaście kolejnych godzin, np. w pomieszczeniach narażonych na utrzymywanie się bardzo wysokich temperatur. Zastosowanie systemów HVAC istotnie poprawia jakość i efektywność pracy, jednocześnie zapobiegając wystąpieniu chorób związanych z urazem termicznym (heat-related illness) (13,16).
Warto wspomnieć o coraz szerzej opisywanym w literaturze medycznej oraz piśmiennictwie fachowym, poświęconym tematyce stricte technicznej, zjawisku określanym w polskiej nomenklaturze jako „zespół chorego budynku” (Sick Building Syndrome, SBS), stanowiącym aktualnie narastający problem kliniczny i społeczny (1,12,14,17,18).
„Zespół chorego budynku” (SBS) stanowi zespół objawów, zaobserwowanych i udokumentowanych klinicznie u osób przebywających w budynkach wyposażonych w nieprawidłowo funkcjonujące systemy wentylacyjne i klimatyzacyjne (HVAC). SBS pozostaje w ścisłej bezpośredniej zależności z nadmierną wilgotnością powietrza oraz intensywnym wzrostem pleśni w budynkach. Zespół objawów tego schorzenia obejmuje m.in. podrażnienie spojówek, suchość w obrębie jamy ustnej i gardła, bóle głowy, zaburzenia koncentracji, męczliwość i stany depresyjne.
Klimatyzacja samochodowa
Wyposażenie pojazdu w klimatyzację zwiększa zużycie paliwa, stanowi to jednak element o marginalnym znaczeniu w porównaniu z korzyściami jakie przynosi – niewielkie ochłodzenie powietrza wewnątrz pojazdu znacząco zwiększa komfort jazdy pasażerów, szczególnie przy panujących na zewnątrz pojazdu wysokich temperaturach powietrza; ponadto korzystnie wpływa na koncentrację kierowcy w trakcie jazdy, stopień zmęczenia, szybkość reakcji na nieoczekiwane zdarzenia na drodze; generalnie, znacząco zwiększa bezpieczeństwo jazdy. Dotyczy to jednak tylko urządzeń klimatyzacyjnych użytkowanych prawidłowo oraz konserwowanych zgodnie z zaleceniami producentów (21,22).
Z danych, opublikowanych w 2010 r. przez Generalną Dyrekcję Dróg Krajowych i Autostrad, dotyczących pomiaru ruchu drogowego wynika, iż wzrost ruchu samochodów osobowych w latach 2005–2010 wyniósł 22%. Liczba samochodów osobowych wzrosła z 7,2 mln w 1994 r. do 12 mln w 2004. Na tysiąc mieszkańców w roku 1994 przypadało 186 samochodów, liczba ta niemal podwoiła się w ciągu dekady. Według danych Centralnej Ewidencji Pojazdów, w listopadzie 2011 r. zarejestrowano w Polsce ponad 24 tys. nowych aut osobowych – o 20% mniej niż w roku 2010, jednocześnie jednak o ponad 11% więcej niż w październiku 2011. Z raportu Instytutu Badań Rynku Motoryzacyjnego Samar wynika, iż w całym roku 2012 liczba zarejestrowanych nowych aut osobowych w Polsce może wynieść ok. 250 tys. sztuk.
Prawie wszystkie współcześnie produkowane modele samochodów mogą być wyposażone w standardzie lub opcjonalnie (co stanowi koszt nieprzekraczający średnio tysiąca złotych) w klimatyzację. Niemal 80% kupujących wybiera samochody w nią wyposażone – klimatyzacja przestała być już bowiem dobrem luksusowym. Jeszcze trzy, cztery lata temu w klimatyzację były wyposażone wyłącznie samochody klasy wyższej. Obecnie jest ona standardem w autach kompaktowych oraz miejskich, jest też oferowana przez dealerów samochodowych jako element tzw. letniej promocji.
Filtry kabinowe, określane również mianem filtrów przeciwpyłkowych, stanowią jedyny element oczyszczający powietrze penetrujące wnętrze auta. Prawidłowa konserwacja tego elementu zapobiega konieczności przedwczesnej wymiany parownika klimatyzacji i/lub dmuchawy nawiewu. W aglomeracjach miejskich o wysokim natężeniu ruchu drogowego filtr kabinowy powinien być wymieniany dwa razy w roku (5,6,11).
Nieprzyjemny zapach w aucie przy uruchomionej klimatyzacji jest następstwem gromadzenia się pleśni przede wszystkim na powierzchni parownika; tam bowiem panują warunki optymalne dla rozwoju grzybów – parownik jest wilgotny oraz pozbawiony dostępu światła. Zarodki pleśni są następnie wtłaczane do wnętrza pojazdu za pośrednictwem dmuchawy. Znacznie bardziej niebezpieczne niż dyskomfort pasażerów wynikający z nieprzyjemnego zapachu są następstwa ewentualnej reakcji alergicznej pasażerów na pleśnie. Odgrzybianie klimatyzacji należy przeprowadzić raz do roku niezależnie od zastosowanej metody – tradycyjnej (piankowej) czy ultradźwiękowej (chemicznej).
Gwałtowne ochłodzenie oraz wysuszenie wdychanego powietrza wpływa niekorzystnie na stan błony śluzowej jamy nosowej i zatok przynosowych. Upośledzona funkcja nawilżania, ogrzewania oraz filtrowania powietrza wdychanego osłabia podstawowe mechanizmy obronne drogi oddechowej i sprzyja występowaniu reakcji alergicznej, stanów zapalnych oraz zakażeń, także w rejonie zatok przynosowych. Szczególnie narażone na wystąpienie opisanych problemów oddechowych są osoby z alergią na pleśnie oraz z zaburzeniami odporności (10,13,14,18).
Alergia na pleśnie
Pleśnie zaliczane są do ekosystemu ze względu na swój aktywny udział w procesie przemiany materiału organicznego w próchnicę. Są to mikroskopijne organizmy pozbawione chlorofilu, wszechobecne w środowisku człowieka. Związek pleśni z alergią opiera się na wytwarzaniu przez nie ogromnej liczby zarodników o średnicy od 2 do 5 µm, swobodnie unoszących się we wdychanym przez ludzi powietrzu. Zarodniki pleśni są bowiem odpowiedzialne za wywołanie natychmiastowej reakcji alergicznej mediowanej przez IgE (typ I reakcji alergicznej wg Gella i Coombsa), u osób z atopią mogą wywołać astmę. Opisywane zjawiska dotyczą zwłaszcza zarodników gatunków Cladosporium, Alternaria, Aspergillus i Penicillium (1).
Warunkiem niezbędnym do wzrostu pleśni jest wysoka wilgotność względna otoczenia i temperatura przekraczająca 10ºC. Niekorzystne działanie słońca oraz wiatru wynika ze zwiększenia uwalniania zarodników przez pleśnie. Z kolei występowanie śniegu hamuje zarówno wzrost pleśni, jak i wytwarzanie przez nie zarodników. W Polsce, zaliczanej do strefy klimatu umiarkowanego, maksymalną liczbę zarodników pleśni w powietrzu odnotowuje się późnym latem (dotyczy to w szczególności gatunków Cladosporium oraz Alternaria), kiedy to liczba unoszących się w powietrzu zarodników pleśni przewyższa znacząco liczbę obecnych w nim ziaren pyłków roślin.
Korzystne warunki dla wzrostu oraz namnażania pleśni stwarzają wadliwie funkcjonujące i/lub nieodpowiednio konserwowane elementy nawilżające systemów klimatyzacyjnych w pomieszczeniach zamkniętych (biura, szkoły, przedszkola, hotele, kina), jak również w środkach transportu miejskiego (autobusy, autokary, samochody osobowe).
Stosowanie przestarzałych filtrów powietrza może prowadzić do zwiększenia liczby cząstek oraz mikroorganizmów wewnątrz pojazdu nawet o 67%, a także do podwojenia liczby zarodników pleśni. Prawidłowo funkcjonująca klimatyzacja, z grzybobójczą powłoką na powierzchni filtra, uniemożliwia rozwój grzybów oraz powstawanie zarodników pleśni, jednocześnie jednak inne elementy składowe systemu klimatyzacyjnego (np. parowniki lub materiały uszczelniające) mogą stanowić podłoże dla wzrostu mikroorganizmów.
W grupie chorych na astmę oskrzelową zaobserwowano bezpośrednią zależność pomiędzy użytkowaniem klimatyzacji z przestarzałymi, niespełniającymi swej funkcji filtrami a wysokimi stężeniami zarodków pleśni w powietrzu wewnątrz pojazdu oraz zaostrzeniem objawów astmy. Zastosowanie świeżych filtrów powietrza umożliwiło wyeliminowanie obecności pleśni i znacząco zmniejszyło nasilenie objawów astmy w tej grupie chorych (11,14,22).
Opisano też związek użytkowania niesprawnego/nieprawidłowo konserwowanego systemu klimatyzacyjnego w samochodach z ryzykiem zakażenia Legionella pneumophila (15).
Analiza bakteriologiczna oraz mikologiczna filtrów systemów klimatyzacyjnych w pojazdach, których użytkownicy uskarżają się na występowanie przykrego zapachu wewnątrz samochodu, wykazuje niejednokrotnie kolonizację elementów filtrów i innych części systemu klimatyzacji przez biofilmy bakteryjne i grzybicze (w tym Protozoa spp.).
Opisane „niekorzystne oddechowo” zjawiska wynikają niestety bezpośrednio z wadliwego użytkowania lub nieodpowiedniej konserwacji urządzeń klimatyzacyjnych. Użytkownicy pojazdów korzystają z klimatyzacji zasadniczo w sezonie wiosenno-letnim, zapominając o konieczności jej uruchamiania także zimą, a przede wszystkim o wymianie filtra przeciwpyłkowego oraz odgrzybianiu.
W porównaniu z urządzeniami wentylacyjnymi i klimatyzacyjnymi w budynkach, systemy klimatyzacyjne w samochodach wykazują pewne niedogodności wynikające z „ciasnej” przestrzeni wewnątrz pojazdu. Cienkie przewody wentylacyjne oraz częste zmiany kierunku przepływu powietrza wewnątrz samochodu sprzyjają osadzaniu się w drogach oddechowych cząstek zawartych w strumieniu wdychanego powietrza oraz mikroorganizmów (21).
Podsumowanie
Wiosną oraz latem zdecydowanie częściej niż w pozostałych porach roku korzystamy z urządzeń wentylacyjnych oraz klimatyzacyjnych. Ma to dobroczynny wpływ na jakość naszego codziennego życia, jednocześnie jednak wiąże się z występowaniem niekorzystnych reakcji ze strony układu oddechowego, w tym jamy nosowej oraz zatok przynosowych, szczególnie w odniesieniu do osób z alergią czy zaburzeniami odporności. Podróże wakacyjne wiążą się nierzadko z gwałtownymi zmianami stref klimatycznych, dużymi amplitudami dobowymi temperatur oraz fluktuacjami wilgotności względnej powietrza. Zjawiska te niekorzystnie wpływają na stan błony śluzowej nabłonka oddechowego i transport śluzowo-rzęsowy w obrębie jamy nosowej oraz zatok przynosowych, osłabiając mechanizmy obronne układu oddechowego. Warte podkreślenia wydaje się więc zachowanie umiaru i kierowanie się rozsądkiem w sposobie korzystania z urządzeń klimatyzacyjnych i wentylacyjnych, zarówno w odniesieniu do codziennych aktywności, jak i wakacyjnych podróży.
Adres do korespondencji:
dr Anna Galewicz
Oddział Otolaryngologii
Instytut „Pomnik – Centrum Zdrowia Dziecka” w Warszawie
Al. Dzieci Polskich 20, 04–730 Warszawa
tel.: 22 815 70 00
e-mail: anna.galewicz@post.pl
Piśmiennictwo:
