Elementi essenziali per la qualità dell'aria - Un'immersione profonda nella purificazione dell'aria e nei suoi benefici per la salute

La qualità dell'aria è un aspetto critico della nostra vita quotidiana, che ha un impatto diretto sulla nostra salute e sul nostro benessere. Questo articolo si concentra sui sistemi di purificazione dell'aria, rivelando il loro ruolo essenziale nel migliorare gli ambienti interni. Esaminando i più recenti progressi nella tecnologia di filtrazione dell'aria e i loro benefici per la salute, forniamo approfondimenti su come questi sistemi contribuiscono a rendere più puliti e sani gli spazi di vita e di lavoro. Comprendere il legame tra aria purificata e miglioramento della salute è fondamentale per creare un ambiente più sicuro e confortevole a casa o al lavoro.

Introduzione

La qualità dell'aria è definita come la condizione dell'aria nell'ambiente circostante, che svolge un ruolo fondamentale per il nostro benessere e per l'equilibrio ambientale. 

Il sistema respiratorio umano è un complesso meccanismo biologico per lo scambio di gas - principalmente l'assunzione di ossigeno e l'espulsione di anidride carbonica. A riposo, un adulto inspira ed espira circa 7 o 8 litri di aria al minuto, pari a 10.000-12.000 litri al giorno.(1) Questo dato di per sé sottolinea la necessità di aria pulita per un funzionamento fisiologico ottimale. La qualità dell'aria inspirata influenza direttamente l'efficienza respiratoria e la salute generale. Per saperne di più sul sistema respiratorio Biohacker's Handbook's Exercise Chapter.

A livello globale, la qualità dell'aria varia in modo significativo ed è influenzata da fenomeni naturali e attività umane. Le emissioni industriali, gli scarichi dei veicoli e le attività agricole sono i principali responsabili dell'inquinamento atmosferico.(2) Al contrario, le aree rurali spesso registrano una migliore qualità dell'aria, anche se non sono immuni da inquinanti come l'ozono e il particolato. Questa differenza sottolinea le diverse sfide che le varie regioni devono affrontare nella gestione della qualità dell'aria. 

Secondo l'Organizzazione Mondiale della Sanità, la Finlandia ha l'aria più pulita del mondo (in particolare Tampere, una città della Finlandia meridionale). Il livello di particelle nell'aria in Finlandia è, in media, di sei microgrammi per metro cubo - il livello più basso per ogni singolo Paese. Le vaste foreste finlandesi svolgono un ruolo essenziale, così come gli innumerevoli laghi. Le foreste coprono più del 75% della superficie finlandese.(3-4)

Qualità dell'aria ed effetti sulla salute 

Inalare aria pura è fondamentale per una salute e un benessere ottimali. L'assenza di inquinanti nell'aria svolge un ruolo significativo nella prevenzione e nell'attenuazione dei problemi di salute, in particolare quelli legati all'apparato respiratorio.(5) Secondo l'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS), l'accesso all'aria pulita è fondamentale per un ambiente sano e influenza direttamente il benessere generale.(6)

Fonte: Activesustainability.com (2019)

Inquinamento atmosferico esterno

L'inquinamento atmosferico colpisce principalmente l'apparato respiratorio, provocando diverse malattie, soprattutto quando il particolato è inferiore a 2,5 micrometri (PM2,5), presente ad esempio nello smog. Queste particelle entrano nei polmoni e causano infiammazioni che peggiorano condizioni come asma, bronchite cronica ed enfisema.(7-8)  

L'esposizione a lungo termine ad alcuni inquinanti atmosferici, come il benzene e gli idrocarburi policiclici aromatici, è stata anche associata a tassi più elevati di cancro ai polmoni. Le prove epidemiologiche sull'inquinamento atmosferico esterno e il rischio di altri tipi di cancro, come il cancro al seno, sono più limitate.(9)

L'aria pura riduce significativamente il rischio di malattie respiratorie croniche. L'esposizione a lungo termine ad aria più pulita riduce sostanzialmente l'incidenza della broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO) e della bronchite.(10-11) L'assenza di particolato nocivo e di sostanze chimiche nell'aria permette ai polmoni di funzionare senza lo stress di filtrare gli inquinanti, riducendo così l'infiammazione e l'usura dei tessuti respiratori.

Numerosi studi hanno messo in relazione il miglioramento della qualità dell'aria con una diminuzione dei tassi di asma e di allergie.(12-13) L'aria pulita è priva di allergeni come pollini, spore di muffa e sostanze inquinanti che scatenano attacchi d'asma e reazioni allergiche, riducendo la frequenza e la gravità di queste condizioni.(14)

L'aria pulita comporta ampi benefici per la salute a lungo termine, tra cui la riduzione del rischio di malattie cardiache, cancro ai polmoni e ictus. Sulla base di ricerche esaustive condotte in tutto il mondo, una migliore qualità dell'aria contribuisce ad allungare l'aspettativa di vita grazie alla riduzione del carico di malattie sui sistemi vitali dell'organismo.(15) L'aumento della mortalità dovuta all'inquinamento dell'aria ambiente è stimato in 8,8 (7,11-10,41) milioni di persone all'anno a livello globale, con una perdita dell'aspettativa di vita (LLE) di 2,9 (2,3-3,5) anni e, sorprendentemente, superiore a quella del fumo di tabacco.(16) 

I benefici psicologici derivanti dalla respirazione di aria pulita sono solitamente trascurati. I risultati delle ricerche di psicologia ambientale dimostrano che l'aria pulita può ridurre i livelli di stress, alleviare l'ansia e ridurre i sintomi della depressione. La valutazione del benessere delle persone che vivono nelle aree con una migliore qualità dell'aria è stata una migliore salute mentale e una maggiore soddisfazione di vita.(17-18)

La ricerca ha anche dimostrato una correlazione diretta tra la qualità dell'aria e le capacità cognitive. L'esposizione a una qualità dell'aria più elevata migliora le funzioni cognitive, favorisce la conservazione della memoria e aumenta la concentrazione. Diverse sostanze inquinanti possono compromettere le funzioni cerebrali, mentre un'aria più pulita può migliorare i risultati cognitivi.(19) Sulla base di studi epidemiologici, l'esposizione all'inquinamento atmosferico è anche legata alla demenza.(20)

Inquinamento atmosferico interno

L'inquinamento dell'aria interna è un problema altrettanto grave di quello esterno. A livello globale, oltre quattro milioni di decessi sono attribuiti all'inquinamento dell'aria interna. Numerosi fattori influenzano l'esposizione individuale agli inquinanti atmosferici domestici. Tra questi, gli elementi domestici, la combustione di combustibili solidi, le pratiche di cottura, gli allergeni dei parassiti domestici, l'umidità e le muffe interne.(21-22) L'elevato inquinamento dell'aria interna è influenzato dalle caratteristiche della famiglia, dalle attività degli occupanti e da fattori come il fumo di sigaretta, gli apparecchi a gas e i prodotti per la casa, con tassi di ricambio dell'aria associati negativamente.(23) 

Tossicità delle muffe sembra essere un problema in aumento in molte abitazioni, case popolari e strutture pubbliche.(24-26) L'esposizione alla muffa può causare diverse malattie umane, tra cui asma, rinite allergica e polmonite da ipersensibilità, attraverso meccanismi fisiologici ben definiti..(27)

Composti organici volatili (COV) sono sostanze chimiche a base di carbonio che evaporano rapidamente a temperatura ambiente. Si trovano comunemente in oggetti di uso quotidiano come vernici, prodotti per la pulizia e combustibili, oltre che nel legno e nei pannelli a base di legno.(28-29)  

I COV entrano nel corpo attraverso l'inalazione, il contatto con la pelle o l'ingestione, causando danni alle cellule e alterazioni fisiologiche. I COV comportano rischi per la salute che variano in base al tipo e al livello di esposizione. Gli effetti a breve termine includono irritazione di occhi, naso e gola, mal di testa e vertigini.(30) L'esposizione a lungo termine può portare a problemi più gravi come cancro, danni al fegato e ai reni e disturbi del sistema nervoso centrale.(31-32) L'esposizione ai COV può anche contribuire all'insorgenza e alla progressione di malattie autoimmuni, promuovendo l'infiammazione cronica e il crollo immunitario.(33) 

Materiali da costruzione	Prodotti per la casa e la cura della persona	Attività
Pitture, vernici, calafati, adesivi	Deodoranti per ambienti, prodotti per la pulizia	Fumo
Moquette, pavimenti in vinile	Cosmetici	Lavaggio a secco, fotocopiatrici
Prodotti in legno composito	Olio combustibile, benzina	Cucina, hobby
Tappezzeria e schiuma		Bruciare il legno

Tabella: Fonti di COV

• I COV si trovano a livelli più elevati nell'aria interna (da 10 a 100 μg/m3) rispetto all'aria esterna.
• Oltre alla cancerogenicità, i COV sono potenti tossici per il sistema nervoso centrale.
• I COV vengono metabolizzati rapidamente e producono diversi metaboliti tossici escreti nelle urine.
• Fino a 38 metaboliti dei COV possono essere misurati nelle urine a concentrazioni da centinaia a migliaia di ng/mL.
• I metaboliti urinari dei COV sono biomarcatori preziosi per collegare gli effetti sulla salute di queste sostanze chimiche.

Fonte: Li, A. & Pal, V. & Kannan, K. (2021). Una revisione della presenza nell'ambiente, della tossicità, della biotrasformazione e del biomonitoraggio dei composti organici volatili. Chimica ambientale ed ecotossicologia 3: 91–116.

Composti organici volatilisono stati collegati anche a un possibile aumento del rischio di asma e allergie.(34) I luoghi di lavoro con elevate concentrazioni di COV, come i negozi di vernici per auto, le lavanderie a secco, i ristoranti e i centri di fotocopie, comportano rischi significativi per la salute, con rischi di cancro fino a 310 volte superiori ai limiti accettabili.(35) Tra i COV, il tricloroetilene e il cloruro di vinile sono i composti più tossici e cancerogeni.(36) 

L'utilizzo di prodotti a basso contenuto di COV e il miglioramento della ventilazione sono fondamentali per ridurre al minimo l'esposizione e proteggere dagli effetti negativi sulla salute.

Tecnologie per la filtrazione e la purificazione dell'aria

La rimozione efficace delle sostanze chimiche nell'ambiente interno è fondamentale per la salute umana. Lo sviluppo di nuove tecnologie di filtrazione dell'aria ha portato a diversi modi per ridurre l'inquinamento atmosferico. I filtri HEPA sono molto efficaci nel trattenere gli inquinanti presenti nell'aria. I filtri a carbone attivo hanno un'elevata capacità di assorbire gas e odori, mentre la luce UV è efficace nel neutralizzare i contaminanti microbici. Gli ionizzatori si basano sull'attrazione e la neutralizzazione degli inquinanti mediante ioni caricati elettricamente. Singolarmente, queste tecnologie hanno meccanismi unici che migliorano notevolmente la qualità dell'aria interna.(37-39)

Immagine: Inquinanti dell'aria interna e tecnologie di pulizia dell'aria.

Fonte: Mata, T. et al. (2022). Qualità dell'aria interna: una rassegna delle tecnologie di pulizia. Ambienti 9 (9): 118.

Di seguito sono riportate descrizioni più dettagliate delle diverse tecnologie di purificazione e filtrazione dell'aria:

Immagine: Una visione artistica e visionaria di un futuro depuratore d'aria.

Filtri per il particolato ad alta efficienza (HEPA)

I filtri HEPA funzionano con meccanismi di intercettazione, impattamento e diffusione. Sono progettati per intrappolare particelle di 0,3 micron con un'efficienza del 99,97%.(40) Le fibre del filtro sono disposte in una rete complessa che intrappola e trattiene le particelle attraverso processi fisici mentre l'aria passa attraverso il filtro.(41) I filtri HEPA sono ampiamente utilizzati nei depuratori d'aria domestici. Sono molto efficaci nel catturare le particelle trasportate dall'aria, tra cui polvere, polline e forfora di animali domestici, per cui i filtri HEPA sono spesso raccomandati a chi soffre di allergie o asma.

Filtri a carbone attivo (ACF)

Utilizzano una forma di carbone lavorata in modo da avere pori minuscoli e di basso volume che aumentano la superficie per l'adsorbimento o le reazioni chimiche. Gli ACF sono particolarmente efficaci nel rimuovere i composti organici volatili (VOC), gli odori e i gas dall'aria attraverso l'adsorbimento, in cui gli inquinanti aderiscono alla superficie delle particelle di carbone. Sono particolarmente efficaci per ridurre gli odori domestici, il fumo e i vapori chimici.(42-43)

Purificatori a luce ultravioletta (UV)

I depuratori UV utilizzano la luce ultravioletta a breve lunghezza d'onda (luce UV-C) per uccidere o inattivare i microrganismi distruggendo gli acidi nucleici e alterando il loro DNA, impedendo loro di svolgere funzioni cellulari vitali. I depuratori UV inattivano gli agenti patogeni e i microrganismi presenti nell'aria, come batteri e virus. Questa tecnologia si combina spesso con altri metodi di filtrazione per garantire una purificazione dell'aria completa.(44)

Ionizzatori (depuratori d'aria ionici)

Gli ionizzatori emettono nell'aria ioni carichi (negativi) che si attaccano alle particelle e ai microbi. Le particelle cariche sono quindi attratte da superfici con carica opposta (come pareti o pavimenti) o l'una dall'altra, formando particelle più grandi che i filtri possono catturare più facilmente. Le ultime prove scientifiche dimostrano che gli ioni negativi dell'aria, compreso il PM ultrafine, possono rimuovere efficacemente il particolato (PM). Le ultime innovazioni nella tecnologia di ionizzazione si sono concentrate sulla riduzione delle emissioni di ozono a livelli sicuri (l'ozono è un sottoprodotto del processo di ionizzazione).(45-46)

Ossidazione fotocatalitica (PCO)

La tecnologia PCO combina la luce UV con un fotocatalizzatore, in genere il biossido di titanio, per produrre radicali idrossilici. Questi radicali altamente reattivi ossidano batteri, virus e COV in sostanze innocue come acqua e anidride carbonica. Alcuni purificatori d'aria avanzati disponibili per i consumatori incorporano la tecnologia PCO.(47)

Precipitatori elettrostatici

Questi dispositivi utilizzano una carica elettrica per raccogliere le particelle dall'aria. L'aria viene aspirata attraverso una sezione di ionizzazione dove le particelle ricevono una carica. Le particelle cariche vengono quindi attratte da una serie di piastre con carica opposta, rimuovendole efficacemente dal flusso d'aria. I precipitatori elettrostatici sono meno comuni dei filtri HEPA, ma sono disponibili anche per uso domestico.(48)

Alcuni studi hanno riscontrato effetti negativi per la salute quando si utilizzano i precipitatori elettrostatici, come la modifica della funzione cardiorespiratoria associata agli ioni negativi dell'aria: questo fatto può superare i potenziali benefici derivanti dalla riduzione delle PM. I filtri elettronici possono anche generare particelle cariche pericolose o altri inquinanti.(49-50)

Purificatori d'aria intelligenti

I depuratori d'aria intelligenti utilizzano la tecnologia IoT (Internet of Things) e possono essere controllati a distanza. Le impostazioni possono essere regolate in base alle letture della qualità dell'aria in tempo reale. Spesso sono dotati di sensori e algoritmi avanzati per ottimizzare l'efficienza della purificazione e il consumo energetico. Con l'affermarsi della tecnologia smart home, i depuratori d'aria intelligenti sono diventati molto popolari.(51) 

Generatori di ozono

L'ozono è un potente ossidante e, come tale, una sostanza pericolosa per l'uomo. Sebbene i generatori di ozono siano controversi a causa dei potenziali rischi per la salute, essi producono intenzionalmente ozono per eliminare batteri, virus e odori. A causa dei potenziali rischi per le vie respiratorie, i generatori di ozono sono generalmente consigliati per l'uso in spazi non occupati e non sono destinati ai consumatori.(52)

Conclusione

L'importanza critica della qualità dell'aria per la salute umana non può essere sopravvalutata e il ruolo dei sistemi di filtrazione dell'aria nel migliorarla è altrettanto significativo. Approfondendo le varie tecnologie di purificazione dell'aria, l'efficacia e i vantaggi unici di ciascun sistema nel migliorare gli ambienti interni diventano evidenti. La forte correlazione tra aria pulita e miglioramento della salute, compreso il benessere respiratorio e la qualità della vita in generale, evidenzia l'urgenza di affrontare i problemi legati alla qualità dell'aria. Poiché le sfide ambientali persistono, l'adozione di metodi efficaci di purificazione dell'aria è una convenienza e una necessità per mantenere la salute e creare spazi abitativi sostenibili e salubri. 

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