Väitös: Puhtaankin ilman maissa keuhkoihin kulkeutuu runsaasti terveydelle haitallisia pienhiukkasia ja mustaa hiiltä

Erilaisista päästölähteistä vapautuvat pienhiukkaset aiheuttavat vuosittain maailmanlaajuisesti useita miljoonia ennenaikaisia kuolemia. Vaikka pienhiukkasten haitallisuus on kiistaton tosiasia, niiden terveyteen vaikuttavia mekanismeja ei vielä täysin ymmärretä. Tämä näkyy myös pienhiukkasten terveyshaittojen arvioinnissa: eri tutkimuksissa arviot pienhiukkasten aiheuttamista ennenaikaisista kuolemista vaihtelevat moninkertaisesti. Lisäksi terveysvaikutukset näyttävät riippuvan muun muassa maantieteellisestä sijainnista.

Teemu Lepistön mukaan yksi selitys vaihtelulle löytyy perinteisistä ilmanlaadun monitoroinnin mittareista. Pienhiukkasten pitoisuuksia mitataan usein niiden massapitoisuuden perusteella (PM_2.5).

– Pienhiukkaset käsittävät kaikki hiukkaset nanometreistä 2,5 mikrometriin asti. Massaan perustuva mittaus korostaa erityisesti kooltaan suurimpien hiukkasten pitoisuuksia.  Massapitoisuuden avulla ei voidakaan päätellä esimerkiksi hiukkasten koostumusta tai ultrapienten hiukkasten (alle 0.1 mikrometriä) sekä epätäydellisessä palamisessa syntyvän mustan hiilen pitoisuuksia. Tutkimukset viittaavat siihen, että kaikilla näillä on yhteys pienhiukkasten terveysvaikutuksiin, Lepistö kertoo.

Massapitoisuuden avulla ei myöskään voida päätellä keuhkoihin kulkeutuvien hiukkasten pitoisuuksia. Pienhiukkasten keuhkoihin kulkeutuminen riippuu vahvasti hiukkasten koosta, joka puolestaan liittyy hiukkasten päästölähteeseen, koostumukseen ja päästön ikääntymiseen ilmakehässä. Väitöstutkimuksessaan Lepistö selvittää alueellisia vaihteluita keuhkoihin päätyvien hiukkasten pitoisuuksissa ja ominaisuuksissa.

– Erilaisten hiukkasten kulkeutuminen keuhkoihin erilaisissa ympäristöissä voisi selittää pienhiukkasten terveyshaittojen alueellisia vaihteluita. Erityisesti hiukkasten pinta-alan on havaittu olevan tärkeä ominaisuus toksikologisissa tutkimuksissa.

Suomessa päästölähteinä liikenne, teollisuus ja puun poltto

Tutkimuksessaan Lepistö kehitti uuden mittausmenetelmän keuhkoihin päätyvien hiukkasten pinta-alan (lung deposited surface area, LDSA^al) mittaamiseen. Hän sovelsi uutta menetelmää ulkoilmamittauksissa tieliikenneympäristöissä, pientaloalueilla, lentokentillä, laivaliikenne- ja tehdasympäristöissä Suomessa, Saksassa, Tšekeissä, Chilessä ja Intiassa.

Lepistö havaitsi, että erityisesti ultrapienten hiukkasten ja mustan hiilen lähipäästöt ovat merkittävässä roolissa keuhkoihin päätyvien hiukkasten pinta-alan näkökulmasta. Nämä voivat aiheuttaa merkittävän altistuksen keuhkoissa, vaikka samaan aikaan yleisesti mitattu PM_2.5-pitoisuus olisikin suositusten mukainen.

– Ultrapienet hiukkaset ja musta hiili ovat erityisen tärkeitä suomalaisesta näkökulmasta. Useat lähipäästölähteet kuten tieliikenne, lentokoneet ja teollisuus ovat merkittäviä ultrapienten hiukkasten lähteitä. Lisäksi puun poltto on merkittävä mustan hiilen päästölähde Suomessa. Eli Suomen yleensä matala PM_2.5-pitoisuus ei tarkoita, etteivät päästöt voisi aiheuttaa merkittäviä terveyshaittoja.

Chilen ja Intian tulokset olivat kuitenkin erilaisia. Näissä maissa yleinen ilmanlaatu on heikompi kuin Euroopassa, mikä tarkoittaa myös korkeampia PM_2.5-pitoisuuksia.

– Myös Chilessä ja Intiassa lähipäästöt ovat keuhkoihin kulkeutumisen näkökulmasta tärkeitä, mutta niiden suhteellisen osuus on huomattavasti pienempi kuin Euroopassa, Lepistö sanoo.

Kaikkiaan Lepistön työn tulokset osoittavat, että keuhkoihin kulkeutuvien hiukkasten pitoisuudet ja ominaisuudet riippuvat huomattavasti lähipäästöistä ja maantieteellisestä sijainnista. Tulokset tarjoavat siis osaselityksen pienhiukkasten vaihteleville terveysvaikutuksille, sillä näitä eroja ei voida havaita perinteisillä ilmanlaadun monitoroinnin mittareilla. Tulokset korostavat myös alueellisten toimenpiteiden tärkeyttä ilmanlaadun parantamisessa ja päästöjen rajoittamisessa.

Väitöstilaisuus perjantaina 24. toukokuuta

Diplomi-insinööri Teemu Lepistön aerosolifysiikan alaan kuuluva väitöskirja Lung deposited surface area of ambient fine particles: measurement methodologies and location-dependent characteristics tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnassa perjantaina 24.05.2024 kello 12 Hervannan kampuksen Sähkötalon salissa SA203 (Korkeakoulunkatu 3, Tampere). Väitöstilaisuutta voi seurata etäyhteydellä.

Vastaväittäjänä toimii professori Heikki Junninen Tarton yliopistosta. Kustoksena toimii professori Topi Rönkkö Tampereen yliopiston tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnasta.