Профессиональные заболевания от воздействия промышленных аэрозолей занимают одно из ведущих мест в общей структуре профессиональной заболеваемости работающего населения. При этом на долю пневмокониозов вследствие воздействия кремнеземсодержащей пыли приходится 25,87 %, хронических пылевых бронхитов – 17,63 % [1]. Наиболее неблагоприятные условия труда по пылевому фактору фиксируются у подземных горнорабочих очистных забоев, проходчиков, забойщиков, бурильщиков, скреперистов, машинистов погрузочных и буровых машин и др.[2].
Цель исследования – совершенствование гигиенических критериев опасности воздействия промышленного аэрозоля.
Материалы и методы исследования
Проведен анализ результатов отечественных и международных исследований, связанных с гигиенической оценкой пылевого фактора и изучением его действия на здоровье работающих.
Результаты исследования и их обсуждение
В условиях промышленных производств неблагоприятное воздействие аэрозолей на здоровье работников, как правило, оценивают по массовой концентрации пылевых частиц в воздухе рабочей зоны, без дифференциации её по фракционному составу, соответствующему различным областям осаждения твердых пылевых частиц в респираторной системе человека.
Знание только массовой концентрации не обеспечивает выявления соответствующих рисков здоровью работающих и населения, связанных с вдыханием аэрозолей. Так, согласно исследованиям [3], некоторые особенно мелкие вдыхаемые нерастворимые частицы могут быть токсичнее, чем более крупные частицы аналогичного состава. Результаты исследований свидетельствуют, что более информативным показателем воздействия частиц на организм при их вдыхании является не общее число или линейные размеры, а площадь поверхности частиц [3].
В исследовании [4] предложена цифровая анатомическая модель, иллюстрирующая накопление ультрамелких частиц по всей схеме ветвления легкого человека. Численная модель была применена для ультрамелких частиц диаметром от 1 ≤ nm ≤ 1000 для различных физических состояний: сна, отдыха и легкой активности. Установлено, что процентное распределение общей скорости потока в правом легком примерно в 1,5 раза выше, чем в левом легком, скорость потока в нижних долях правого и левого легкого выше, чем в других долях. Частицы диаметром ≤ 10 нм осаждаются в трахеобронхиальных дыхательных путях. Напротив, частицы диаметром более 10 нм откладываются на концевых бронхиолах анатомической модели.
В статье [5] проведена оценка токсичности различных источников PM 2,5: выхлопные газы дизельных и бензиновых двигателей, сжигание биомассы с использованием многокритериального подхода.
Исследование [6] позволило охарактеризовать аэрозоль, образующийся в процессе электродугового и пламенно-термического напыления – полностью субмикронный аэрозоль с фракцией ультрамелких частиц (диаметром <100 нм) 80–95 % в численном выражении. Высокие уровни выбросов были зарегистрированы при электродуговом напылении, в частности с использованием чистого алюминия, и эти значения намного выше, чем, например, при дуговой сварке. Концентрации >108 частиц (диаметр ≥ 28 нм) см-3 были зарегистрированы в вентилируемых кабинах, в которых выполняются операции электродугового напыления. При таких высоких концентрациях частиц (108–109 см-3) аэрозоль очень нестабилен из-за коагуляции.
В исследовании [7] проведена оценка профессионального риска для здоровья, связанного с угольной пылью. Установлено, что концентрация угольной пыли на передаточной башне, самосвале, судовом погрузчике и на площадке для хранения угля была выше, чем на других рабочих местах. 78,6 % постов находились на «недопустимом» уровне профессионального риска.
В статье [8] представлены результаты измерений распределения размеров аэрозолей в диапазоне от нескольких нанометров до 20 мкм в подземных выработках каменноугольной шахты. В исследование были включены практически все частицы вдыхаемой фракции. Результаты показали, что высокая концентрация мелкодисперсных и ультратонких аэрозолей наблюдается на ведущих рабочих местах подземных профессий горнорабочих, особенно во время работы горных машин, хотя их вклад в концентрацию общей массы пыли обычно незначителен.
В статье [9] изучалось воздействие сварочного аэрозоля из нержавеющей стали, содержащего токсичные тяжелые металлы: хром (Cr), марганец (Mn) и никель (Ni). Вблизи зоны дыхания числовое распределение было мультимодальным, находилось в диапазоне 10–30 нм.
Факторами, определяющими опасность воздействия пылевого фактора на здоровье работников пылевых профессий, являются: вещественный состав компонентов, интенсивность воздействия общей массы пыли, витающей в воздухе рабочей зоны, мг/м3; размер частиц (дисперсность), плотность (удельный вес), растворимость, объем дыхания в зависимости от тяжести труда, индивидуальная чувствительность организма [10].
Проведено исследование функционального состояния и профессиональной заболеваемости у рабочих при воздействии ультрамелких частиц искусственной каменной пыли [11]. Ингаляция высоких доз ультрамелких частиц пыли на рабочих местах (резка и шлифовка плит при производстве кухонных столешниц, ванн и раковин) привела к повышению воспалительных цитокинов у рабочих, высокому проценту развития силикоза при стаже более 20 лет.
При длительном пылевом воздействии малорастворимой пыли защитный механизм слизистой оболочки верхних дыхательных путей (ВДП) ослабевает, что способствует проникновению пылевых частиц – в том числе крупнодисперсной фракции – из верхних дыхательных путей в более глубокие дыхательные пути и легкие [12].
Созданы кривые проникновения и отложения частиц пыли в респираторном тракте человека; фракцию пыли 0,25–0,5 мкм стали считать респирабельной и самой опасной. Для характеристики фракционного состава вдыхаемого аэрозоля введено понятие «вдыхаемая фракция», как массовая доля всех взвешенных в воздухе частиц, которые вдыхаются через нос или рот [13].
В исследовании [14] изучали вдыхаемый кристаллический диоксид кремния, являющийся канцерогеном. Это исследование было проведено среди 236 литейщиков на Тайване. Были созданы модели прогнозирования персонализированного воздействия диоксида кремния. Пробы пыли различных производственных процессов были измерены гравиметрическим методом и проанализированы с использованием метода дифракции рентгеновских лучей. Самые высокие уровни воздействия наблюдались среди рабочих в процессе пескоструйной обработки. Разработанные модели прогнозируемого воздействия вдыхаемой пыли могут быть применены для адекватного прогнозирования уровней вдыхаемой пыли у рабочих небольших литейных производств при выполнении эпидемиологических исследований.
Воздействие вдыхаемых частиц кристаллической двуокиси кремния на рабочем месте происходит во многих отраслях промышленности и может привести к тяжелому осложнению – силикозу. Фагоцитоз кристаллического кремнезема в легких вызывает лизосомное повреждение, активируя инфламмасому и запуская воспалительный каскад с последующим фиброзом [15].
Исследование [16] направлено на изучение профессионального воздействия кристаллической кремнеземной пыли на 22 заводах в Египте, занимающихся различными видами промышленной деятельности, такими как резка камня, изготовление стекла, керамика и пескоструйная обработка. На рабочих участках образцы пыли были отобраны в зоне дыхания работника с помощью персонального насоса для отбора проб и циклона выборочного размера и проанализированы. Результаты показывают, что уровни пылевого воздействия в каждом из промышленных секторов намного выше, чем действующие национальные и международные нормативы, и это приводит к высокому риску рака легких и смертности рабочих.
Основой описания фракционного состава аэрозолей в воздухе послужили теоретические знания статистической теории дробления [17] и разработанная [18] динамическая модель (в виде цепи Маркова), описывающая распределение числа частиц по размерам; исследование процессов осаждения аэрозольных частиц на стенки трахеобронхиального дерева [19].
Предложена модель [20–21], уточняющая механизм очистки трахеобронхиального дерева (ТБД) с использованием двух важнейших показателей: скорости производства и скорости эскалации трахеобронхиального секрета (ТБС) в различных отделах трахеобронхиального дерева. Разработанная модель [20–21] процесса депонирования аэрозольных частиц при периодическом (во время рабочей смены) вдыхании запыленного воздуха позволяет определить количество депонированных частиц в зависимости от величины концентраций аэрозоля в воздухе рабочей зоны, интенсивности легочного воздухообмена, режимов труда и отдыха.
Согласно расчетам [22], для частиц размером более 10 мкм вероятность достичь глубоких отделов легких практически равна нулю, так как в результате инерционного механизма очистки они захватываются в верхних дыхательных путях: трахее, зональных внелегочных бронхах, внутрилегочных субсегментарных бронхах.
В статье [23] представлен метод, основанный на позитронно-эмиссионной томографии, который на реалистичной модели легких человека позволяет получить подробные экспериментальные данные о локальном осаждении аэрозолей. В методе используется конденсационный монодисперсный генератор аэрозолей, модифицированный для безопасного получения радиоактивных аэрозольных частиц, и специальная измерительная установка. Сканирование модели производится на сканере позитронно-эмиссионной томографии – компьютерной томографии. Оценка осаждения аэрозолей основана на анализе объемной радиоактивности в специализированном, но общедоступном программном обеспечении.
Выводы
Полученные результаты позволили конкретизировать степень опасности и вредности условий труда работников по пылевому фактору с целью обоснования более эффективных мер защиты здоровья работников «пылевых» профессий. Показана необходимость исследований дисперсности пылевых частиц воздушной среды, их роли в формировании вредного воздействия пылевого фактора на организм работников пылевых профессий; обоснован выбор площади поверхности депонированных в легких частиц аэрозолей преимущественно фиброгенного действия (АПФД), как возможного показателя, уточняющего информативность результатов расчета пылевой нагрузки при оценке риска воздействия пылевого фактора. Тем самым понятие «пылевая нагрузка» получит важную конкретизацию гигиенически значимых её составляющих. При нормировании пылевой нагрузки и планировании мероприятий по «защите временем» работников «пылевых» профессий необходимо учитывать не только массу пыли во вдыхаемом воздухе, дисперсный состав витающей и вдыхаемой пыли, но и структуру цикла: длительность работы при вдыхании запыленного воздуха и время перерыва между рабочими сменами.
Проблема выбора информативных критериев оценки вредного воздействия пылевых частиц, витающих в воздухе рабочей зоны, на здоровье работающих, остается актуальной задачей и требует реализации более эффективных мер профилактики.
В России метод контроля концентраций аэрозолей преимущественно фиброгенного действия (АПФД) предназначен для определения общей массы витающих в воздухе рабочей зоны пылевых частиц, учитывает класс вредности и/или опасности условий труда по кратности превышения предельно допустимых (максимально разовых и/или среднесменных) концентраций (ПДК) промышленных аэрозолей в воздухе рабочей зоны. Такие показатели позволяют оценить пылевую экспозицию только по суммарной величине воздействия, поскольку основаны на знании среднесменных и/или максимально разовых концентраций, длительности воздействия, расчете величины пылевой нагрузки.
Однако для прогноза вредного воздействия промышленного аэрозоля на здоровье работников «пылевых» профессий информативным будет комплексный учет ряда показателей, включая знание специфики аэрозоля по происхождению, физико-химическому составу, параметрам растворимости в разных диапазонах рН среды и др. Особенно важно знание фракционного состава витающей в воздухе рабочей зоны пыли, расчет её вдыхаемой доли; учет конкретных зон локализации пылевых частиц на определенных участках дыхательных путей человека и их способности к выведению, либо к длительной задержке.
Совершенствование методологии оценки гигиенически значимых характеристик пылевого воздействия позволяет уточнить поведение пылевых частиц в дыхательном тракте работников «пылевых» профессий и оценить особенности формирования накопленной массы пыли в легочной ткани; способствует конкретизации гигиенических критериев опасности и вредности условий труда по пылевому фактору и обоснованию более эффективных мер защиты здоровья работников, занятых при пылеобразующих технологических процессах.