Zanieczyszczenie powietrza to obecność w powietrzu wszystkich substancji gazowych, stałych i ciekłych, których ilości są większe od ich średnich zawartości. Wśród zanieczyszczeń są substancje naturalne, takie jak pyłki roślin i pyły pochodzące z wybuchów wulkanów, i pochodzące na skutek działań człowieka, m.in. gazy spalinowe i pyły przemysłowe. Generalny podział zanieczyszczeń powietrza jest na zanieczyszczenia pyłowe oraz gazowe.

Według Światowej Organizacji Zdrowia (World Health Organization) zanieczyszczone powietrze jest wtedy, kiedy jego zawartość negatywnie wpływa na wszystkie żywe organizmy, a także na pozostałe elementy natury, m.in. wody i gleby. Zanieczyszczone powietrze jest o tyle groźne, że jest mobilne i może właściwie spowodować skażenie całego środowiska naturalnego. Wśród najczęściej zanieczyszczających atmosferę na obszarach uprzemysłowionych są następujące substancje: tlenek węgla CO, dwutlenek siarki SO2, ozon troposferyczny O3, tlenki azotu NOx, węglowodory HC a także pył zawieszony oraz pył opadający, których podstawowym źródłem jest przemysł energetyczny oraz komunikacja.  Do antropogennych źródeł zanieczyszczeń atmosfery zalicza się: chemiczną konwersję paliw, eksploatacja surowców oraz ich transport, przemysł chemiczny, metalurgiczny oraz rafineryjny, cementownie, motoryzację i składowiska surowców, odpadków. Do naturalnych  źródeł zanieczyszczeń atmosfery zalicza się: wybuchy wulkanów, erozję wietrzną skał, pyły kosmiczne, pożary lasów, stepów i część procesów biologicznych. Człowiek oddychając, wchłania wszelkie zanieczyszczenia z powietrza. Powoduje to choroby układu oddechowego, m.in. dychawicę oskrzelową, rozedmę płuc i zapalenie oskrzeli i występowanie alergii. Zanieczyszczenia atmosfery negatywnie wpływają na środowisko kulturowe ludzi. Przyczyniają się do powstawania korozji metali oraz materiałów budowlanych. Mają ujemny wpływ na rośliny, ponieważ zakłócają proces fotosyntezy, oddychania oraz transpiracji. Powodują wtórne skażenie wód i gleb. Mogą wpłynąć na zmianę klimatu.

Dychawica oskrzelowa, inaczej astma oskrzelowa, choroba polegająca na powtarzających się napadach silnej duszności, wywołanych skurczami małych oskrzelików. Dychawica powoduje obrzęk błony śluzowej oskrzelików oraz wytwarzanie w nich gęstego śluzu. Oskrzela pełnią rolę narządu wstrząsowego (wstrząs). Na astmę chorują osoby o wrodzonej skłonności do alergii. Blisko 50% chorych jest uczulonych na konkretne czynniki alergeny, które mogą pochodzić z wewnątrz albo zewnątrz. Napady choroby ujawniają się tylko w sezonie letnim i wskazują na uczulenie na pyłki kwiatów oraz pleśnie, natomiast w sezonie zimowym wskazują na czynniki infekcyjne. Podstawowy objaw kliniczny astmy to duszność napadowa i może wystąpić niezależnie od pory dnia. Napady są uzależnione także od czynników psychicznych oraz warunków klimatycznych. Gdy choremu brakuje tchu staje, siada albo podchodzi do okna i podpiera się o parapet albo o uda. Wydechy chorego są utrudnione a wdechy są płytkie i świszczące, można je usłyszeć z dużej odległości. Gdy klatka piersiowa znajduje się w położeniu wdechowym, chory kaszle, odksztusza plwociny,  staje się siny. W końcowym stadium napadu chory odkrztusza większą ilość lepkiego i gęstego śluzu. Czas trwania napadu jest różny. Do wystąpienia napadów w mieszkaniu albo w pracy mogą przyczynić się alergeny typu pyłu fabrycznego, kurzu domowego albo określone związki chemiczne. Dychawica oskrzelowa jest wywoływana przez różne alergeny, które mogą dostać się do organizmu drogami oddechowymi, przewodem pokarmowym albo przez skórę. Wielokrotnie, zapalenie zatok obocznych nosa, migdałków i tkanek przyzębowych są przyczyną pojawienia się czynników infekcyjnych. Długotrwały czas trwania dychawicy oskrzelowej jest przyczyną wystąpienia rozedmy płuc, zniekształceń klatki piersiowej – stałe położenie klatki piersiowej w pozycji wdechowej prowadzi do tzw. klatki beczkowatej oraz niewydolności krążenia.

W napadzie choremu wstrzykuje się pod skórę adrenalinę. Pomaga też wdychanie z inhalatora rozpylonego betamimetyków (berotecu, salbutamolu, itp.). W czasie leczenia chory musi przyjmować leki powodujące rozszerzenie oskrzeli – sympatykomimetyki, m.in. astmopent, kortykosterydy, czyli hormony kory nadnerczy, teofilinę, i tlen. Konieczne jest wykrycie czynników alergizujących.

Alergia, czyli uczulenie, polega na nabytym nieprawidłowym albo nadmiernie nasilonym oddziaływaniu organizmu na niektóre czynniki zewnętrzne – alergeny. U osób zdrowych takie czynniki nie wywołują żadnej reakcji. Alergia wiąże się z takimi określeniami jak: idiosynkrazja, nadwrażliwość oraz nietolerancja. Alergeny to  rodzaj antygenów, które mają możliwość uczulania, tzn. pobudzają wrażliwy organizm, aby wytwarzał komórki czynne odpornościowo. Wśród czynników alergizujących są m.in. białka obce dla organizmu albo hapteny.

  •   Odczyny alergiczne

Są dwa typy  odczynów alergicznych: typ  bezpośredni i typ opóźniony.

  •   typ bezpośredni pojawia się natychmiastowo, już po kilku  do kilkunastu minutach od momentu zetknięcia się organizmu z alergenem. Wstrząs anafilaktyczny to najgwałtowniejszy typ odczynu bezpośredniego.
  •   typ opóźniony występuje stopniowo w przeciągu 1 do 2 dni od momentu zetknięcia się organizmu z alergenem, który może np. pochodzić z chorobotwórczych drobnoustrojów, pojawiających się przy zakażeniu. Odczyn alergiczny typu opóźnionego to pokrzywka, katar sienny, ostry alergiczny nieżyt jelit, astma oskrzelowa, obrzęk Quinkego oraz choroba posurowicza.
  •   Typy nadwrażliwości

Podział Gella i Coombsa dzieli reakcję nadwrażliwości na cztery typy:

  •   typ I, II, III – jest wczesną alergią (uzależnioną od przeciwciał)
  •   typ IV – jest alergią późną.

W typie I następują reakcje typu anafilaktycznego, które są  uzależnione od przeciwciał klasy IgE. Przeciwciała te opłaszczają bazofile oraz komórki tuczne. Ponowny kontakt z antygenem powoduje, że w reakcji IgE-antygen uwalniają się prostaglandyny, histamina oraz inne mediatory tkankowe z komórek tucznych oraz bazofilów. W typie pierwszym pojawiają się: katar sienny, astma oskrzelowa oraz wstrząs anafilaktyczny.

W typie II następują reakcje cytotoksyczne, które zależne są od przeciwciał klasy IgM i IgG. W przypadku autoalergii, przeciwciała tej klasy reagują z antygenami, które w sposób naturalny występują na powierzchni macierzystych komórek, natomiast w przypadku, na przykład alergii polekowej, przeciwciała reagują z antygenami, które w sposób sztuczny są do nich przyłączone. W wyniku tych reakcji zachodzi cytoliza komórki, w  której zazwyczaj powstaje krwinka biała, czerwona albo płytki krwi.

W typie III następują reakcje, które zależne są od krążenia we krwi w zbyt dużych ilościach kompleksów immunologicznych – jest to kompleks antygen-przeciwciało. Kompleksy te kumulują się w tkankach i prowadząc do aktywacji dopełniacza, powodują powstanie miejscowego stanu zapalnego.

Alergia późna jest uzależniona od limfocytów T (CD4).

Typ IV jest reprezentowany przez odporność komórkową.  Powtórny kontakt  limfocytów T z antygenem przyczynia się do uwolnienia limfokinów,  odpowiedzialnych za wystąpienie charakterystycznego odczynu zapalnego. Taką reakcją jest na przykład odczyn tuberkulinowy i reakcja odrzucenia przeszczepu (przy przeszczepianiu organu).

Smog jest zanieczyszczonym powietrzem o dużej zawartości trujących gazów oraz pyłów, przede wszystkim pochodzących z komunikacji i przemysłu. Istnieją dwa typy smogu:

  •   smog typu Los Angeles, inaczej smog utleniający, fotochemiczny. Pojawia się w czasie od lipca do października, jeśli temperatura wynosi około 24 - 35°C. Smog ogranicza widoczność do 0,8 - 1,6 km, jest to spowodowane powietrzem o brązowawym zabarwieniu. Zanieczyszczenia wpływające na wystąpienie smogu to przede wszystkim: tlenki azotu, ozon, tlenek węgla, węglowodory aromatyczne, węglowodory  nienasycone oraz pyły przemysłowe. Smog typu Los Angeles pojawia się przy silnym nasłonecznieniu powietrza, żadnego istotnego wpływu na jego pojawienie mają mgła oraz dym.
  •   Smog typu londyńskiego, inaczej "siarkawy", kwaśny. Pojawia się w prze zimowej, jeśli temperatura wynosi około -3¸5°C. Smog ogranicza widoczność do kilkudziesięciu metrów. Zanieczyszczenia wpływające na wystąpienie smogu to przede wszystkim: dwutlenek węgla, dwutlenek siarki oraz pyły. Smog typu londyńskiego wywołuje podrażnienia skóry, duszności, łzawienie oraz zaburzenia w pracy układu krążenia. Działa silnie korozyjnie na środowisko.

  Dziura ozonowa

Dziura ozonowa charakteryzuje się spadkiem ilości ozonu O3, występującego na wysokości około 15 do 20 km. Największy jego spadek obserwuje się przede wszystkim na terenie bieguna południowego, przy końcu lat 80. ubytek ozonu szacuje się na blisko 3% w ciągu roku. Duży wpływ na pojawienie się dziury ozonowej mają freony, czyli związki chlorofluorowęglowe. W wyniku działania promieniowania ultrafioletowego z freonów uwalnia się chlor, który atakując cząsteczki ozonu powoduje uwolnienie tlenu O2 i tlenku chloru ClO. Działalność człowieka przyczynia się do globalnego spadku zawartości ozonu stratosferycznego (oprócz Antarktydy), wynoszącego 0,4-0,8% w skali roku na szerokości geograficznej północnej, umiarkowanej oraz mniejszego od 0,2% na terenach tropikalnych. Warstwa ozonowa stanowi naturalny filtr, który chroni żywe organizmy przed wpływem szkodliwego promieniowania ultrafioletowego. Aby zapobiec wzrostowi dziury ozonowej, podjął inicjatywę UNEP (Program Ochrony Środowiska Narodów Zjednoczonych). W 1987  reprezentanci 31 państw złożyli podpis pod Protokołem Montrealskim, umową, w której  założono 50-procentowy spadek wytwarzania freonów do 2000 roku w porównaniu do 1986. Od 1990 roku sukcesywnie zmniejsza się wzrost freonów w powietrzu atmosferycznym, zmalał z 5% do wartości poniżej 3% na rok. W 1995 roku dwóch chemików M. Molina oraz F.S. Rowland, otrzymali Nagrodę Nobla za prowadzenie badań dotyczących wpływu freonów na ozon atmosferyczny. Nagrodę przyznano również  holenderskiemu chemikowi, P. Crutzenowi za prowadzenie badań dotyczących powstawania ozonu atmosferycznego oraz  jego reakcji.

Freony są pochodnymi chlorowcowych węglowodorów nasyconych.  Freony zawierają głównie fluor i chlor, mogą także zawierać brom, np. dichlorotetrafluoroetan C2C2F4 (F-114) i dichlorodifluorometan CCl2F2 (F-12). W niskiej temperaturze niższe freony charakteryzują się wysoką prężnością pary oraz dużym ciepłem parowania. Nie posiadają zapachu, albo posiadają zapach eteru, są bezbarwne, nie są trujące, nie są palne, nie wywołują korozji metali, można je łatwo skroplić, charakteryzuje je małe napięcie powierzchniowe oraz mała lepkość. Niższe freony powstają w reakcji tetrachlorometanu i fluorowodoru. Wyższe freony pełnią rolę smarów oraz olejów izolacyjnych. Kiedyś freony w postaci gazowej wykorzystywane były do urządzeń chłodniczych i pełniły rolę propelentów w rozpylaczach kosmetyków oraz gaśnicach. Teraz powoli wycofuje się freony, ponieważ niszczą powłokę ozonową (powstaje dziura ozonowa) w stratosferze. W stratosferze freony w wyniku działania promieniowania UV o długości fali z zakresu 190-220 nm ulegają reakcji fotolizy, która prowadzi do wyzwolenia atomów chloru. Następnie chlor ulega kolejnym reakcjom.

Cl + O3 = ClO + O2

ClO + O = Cl +O2

Dolna stratosfera zawiera freony o stężeniu około 5 ppb, następuje w niej ciągły wzrost zawartości freonów.

  •   Kwaśne deszcze

W kroplach wody kwaśnych deszczy są zawarte: tlenki azotu, dwutlenek siarki a także produkty tych tlenków, powstałych w reakcjach w atmosferze. Tymi produktami są: rozcieńczone roztwory kwasów siarki, przede wszystkim kwasu siarkowego (IV) i kwasu siarkowego (VI) oraz kwasu azotowego (V). Kwaśne deszcze pojawiają się nad terenami, nad którymi powietrze atmosferyczne jest zanieczyszczone w wyniku długotrwałej emisji SO2 oraz tlenków azotu. Ich obecność w atmosferze jest spowodowana m.in. wybuchem wulkanów (źródło naturalne) lub spalinami emitowanymi przez duże elektrownie i elektrociepłownie zasilane zasiarczonym paliwem, najczęściej węglem kamiennym albo brunatnym (źródło sztuczne). Kwaśne opady (deszcz lub śnieg) mogą wystąpić na terenach  bardzo oddalonych od źródła zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego. Stąd zapobieganie kwaśnym opadom jest problemem całego świata. Kwaśne deszcze wykazują szkodliwe działanie na całe środowisko naturalne, przyczyniają się do wystąpienia niektórych chorób układu oddechowego, wpływają na szybszy proces korozji wszelkich konstrukcji metalowych, m.in. części budynków i samochodów a także zabytków (niektóre gatunki kamieni budowlanych nie są odporne na kwaśne opady). W celu zapobiegania niszczącego działania kwaśnych deszczy buduje się instalacje, mające zdolność do wyłapywania tlenków siarki oraz azotu z wszelkich spalin uwalnianych do atmosfery  - odsiarczanie gazu, a także rezygnuje się z używania paliw o dużym stopniu zasiarczenia.