第二節(jié)　生產(chǎn)性粉塵致病作用及影響因素

生產(chǎn)性粉塵根據(jù)其理化性質(zhì)和進(jìn)入人體量的大小及其作用部位的不同，可能引起機(jī)體的不同損害。如可溶性有毒粉塵進(jìn)入呼吸道后，可很快被吸收入血，引起中毒作用;具有放射性的粉塵，則可造成放射性損傷;某些硬質(zhì)粉塵可機(jī)械性損傷角膜及結(jié)膜，引起角膜混濁和結(jié)膜炎;最嚴(yán)重的危害是可引起塵肺病。石棉粉塵除引起石棉肺外，還可引起胸膜間皮瘤。經(jīng)常接觸生產(chǎn)性粉塵，還可引起皮膚、耳及眼的疾患。例如，粉塵堵塞皮脂腺可使皮膚干燥，易受機(jī)械性刺激和繼發(fā)感染而發(fā)生粉刺、毛囊炎、膿皮病等。粉塵對機(jī)體的損害是多方面的，尤以呼吸系統(tǒng)損害為主。

一、粉塵的致病作用

所有不溶或難溶的粉塵對身體都是有害的，作業(yè)場所空氣中粉塵的化學(xué)成分和濃度是直接決定其對人體危害性質(zhì)和嚴(yán)重程度的重要因素。生產(chǎn)性粉塵根據(jù)其理化特性和作用特點(diǎn)不同，可引起不同的病理改變。

粉塵對人體有致纖維化、刺激、非特異性炎癥反應(yīng)、中毒、致敏和致癌作用。

1．致纖維化作用。粉塵的致纖維化作用是粉塵對人體健康危害最大的生物學(xué)作用。塵肺是長期吸入生產(chǎn)性無機(jī)粉塵，主要是礦物性粉塵而致的以肺組織纖維化病變?yōu)橹鞯囊活惾硇约膊〉慕y(tǒng)稱。其病理特點(diǎn)是肺組織發(fā)生彌漫性、進(jìn)行性的纖維組織增生，引起呼吸功能嚴(yán)重受損。粉塵中游離二氧化硅具有極強(qiáng)的細(xì)胞毒性和致纖維化作用，其含量的多少和該類粉塵致纖維化的程度緊密相關(guān)。如在生產(chǎn)過程中長期吸入煤塵和游離二氧化硅含量較高的粉塵而引起的以肺組織纖維化為主的疾病——煤工塵肺和矽肺。此外，鈹及其氧化物粉塵引起慢性鈹病也是以纖維化為主要病理改變。

2．刺激作用。機(jī)械或化學(xué)性的刺激致呼吸道黏膜的損傷。吸入的生產(chǎn)性粉塵首先進(jìn)入呼吸道刺激呼吸道黏膜，使黏膜毛細(xì)血管擴(kuò)張，黏液分泌增加，以加強(qiáng)對粉塵的阻留作用。長期如此引起鼻炎、咽炎、喉炎、氣管炎和支氣管炎等呼吸道炎癥;刺激性強(qiáng)的粉塵尚可引起鼻黏膜糜爛、潰瘍，甚至發(fā)生鼻中隔穿孔。經(jīng)常接觸粉塵，可引起皮膚、耳、眼的疾病，如毛囊炎、膿皮病、中耳炎、結(jié)膜炎和角膜損傷等。

3．中毒作用。吸入鉛、錳、砷等毒物粉塵，能在支氣管壁上溶解而被吸收，引起全身中毒。

4．非特異性炎癥反應(yīng)。長期吸入大量粉塵可損傷呼吸道黏膜，致使黏膜上皮細(xì)胞增生肥大，黏液分泌增加，纖毛運(yùn)動減弱。粉塵致呼吸道的機(jī)械性損傷也常致繼發(fā)感染，長期慢性刺激致非特異性炎癥——塵性慢性支氣管炎。

5．變態(tài)反應(yīng)。吸入大麻塵、棉塵、對二苯胺塵等變應(yīng)原粉塵可致支氣管哮喘、哮喘性支氣管炎、濕疹等。瀝青粉塵可引起光感性皮炎、結(jié)膜炎。

6．致癌作用。石棉粉塵可引起支氣管肺癌和胸膜間皮瘤，放射性礦物質(zhì)粉塵可致肺癌，金屬粉塵鎳、鉻酸鹽等也和肺癌高發(fā)有關(guān)。

7．粉塵沉著癥。吸入錫、銻、鐵等惰性金屬粉塵可引起金屬粉塵在肺內(nèi)的沉著。

二、粉塵致病作用的影響因素

粉塵的化學(xué)性質(zhì)決定了粉塵對人體危害的性質(zhì)。就粉塵的致纖維化作用來說，粉塵中游離二氧化硅含量是決定性的因素。而粉塵對人體的危害程度則決定于粉塵在肺內(nèi)的蓄積量，蓄積量越大，其致病能力越強(qiáng)，即粉塵致病有明確的劑量—效應(yīng)關(guān)系。生產(chǎn)性粉塵由于其理化性質(zhì)和進(jìn)入人體的劑量以及作用部位的不同，對人體的危害性質(zhì)和程度亦不同，所以其理化特性有重要的衛(wèi)生學(xué)意義。

1．粉塵的化學(xué)成分、濃度和接觸時間

作業(yè)場所空氣中粉塵的化學(xué)成分和濃度是直接決定其對人體危害性質(zhì)和嚴(yán)重程度的重要因素。粉塵中含游離二氧化硅的量越高，則引起病變的程度越重，病變發(fā)展的速度越快。如接觸含游離二氧化硅70%的粉塵，往往形成以結(jié)節(jié)為主的彌漫性纖維化病變，進(jìn)展較快;而接觸含游離二氧化硅低于10%的粉塵，肺內(nèi)病變則以間質(zhì)性纖維化為主，發(fā)展較慢;生產(chǎn)環(huán)境中粉塵的濃度越高、吸入量越多，則塵肺發(fā)病率也就越高。某些金屬(如鉛及其化合物)粉塵通過肺組織吸收，進(jìn)入血液循環(huán)，引起中毒;另一些金屬(如鈹、鋁等)粉塵可導(dǎo)致過敏性哮喘或肺炎。同一種粉塵，作業(yè)環(huán)境空氣中濃度越高，暴露時間越長，對人體危害越嚴(yán)重。

2．粉塵的分散度

分散度是指物質(zhì)被粉碎的程度，以粉塵粒徑大小(μm)的數(shù)量或質(zhì)量組成百分比來表示。前者稱為粒子分散度，粒徑較小的顆粒越多，分散度越高;后者稱為質(zhì)量分散度，粒徑較小的顆粒占總質(zhì)量百分比越大，質(zhì)量分散度越高。

粉塵粒子分散度越高，其在空氣中漂浮的時間越長，沉降速度越慢，被人體吸收的機(jī)會就越多;而且，分散度越高，比表面積越大，越易參與理化反應(yīng)，對人體危害越大。當(dāng)粉塵粒子比重相同時，分散度越高，粒子沉降速度越慢;而當(dāng)塵粒大小相同時，比重越大的塵粒沉降越快。因此，在設(shè)計(jì)通風(fēng)防塵措施時，必須根據(jù)不同的比重，采用不同風(fēng)速。當(dāng)粉塵質(zhì)量相同時，其形狀越接近球型，在空氣中所受阻力越小，沉降速度越快。

動物實(shí)驗(yàn)證明，將質(zhì)量相同而分散度不同的石英塵氣管注入造成矽肺病變，直徑越小(1～2μm)，病變越重;當(dāng)塵粒數(shù)相同而質(zhì)量不等時，質(zhì)量越大，病變越重。有病理解剖報(bào)告，矽肺患者肺內(nèi)粉塵總量越大，矽肺病變越嚴(yán)重。說明在矽肺的發(fā)生發(fā)展過程中，粒子大小有一定意義，但進(jìn)入肺內(nèi)粉塵的質(zhì)量起著更重要的作用。

粉塵分散度與粉塵在呼吸道中的阻留有關(guān)，粉塵粒子的直徑、比重、形狀不同，粉塵在呼吸道各區(qū)域的阻留沉積率不同。

粉塵粒子的直徑、比重、形狀不同，粉塵在呼吸道各區(qū)域的阻留沉積率不同。為便于測量和相互比較，采用空氣動力學(xué)直徑(Aerodynamic Equivalent Diameter，AED)來表示。不同直徑的粉塵粒子在呼吸道的沉積部位不同。一般認(rèn)為，AED小于15μm的塵?？蛇M(jìn)入呼吸道，其中10～15μm的塵粒主要沉積在上呼吸道，因此把直徑小于15μm的塵粒稱為可吸入性粉塵(Inhalable Dust);5μm以下的塵粒可到達(dá)呼吸道深部和肺泡區(qū)，稱之為呼吸性粉塵(Respirable Dust)。從死于矽肺的病人尸檢中發(fā)現(xiàn)，在肺組織中多數(shù)是直徑小于5μm的塵粒，其中，能夠進(jìn)入肺泡的塵粒主要是小于2μm(石棉塵除外)。近年來也有學(xué)者認(rèn)為僅AED在3μm以下的粒子才可進(jìn)入肺泡，但尸檢結(jié)果也在肺組織中發(fā)現(xiàn)長達(dá)數(shù)厘米的纖維。

3．粉塵的形態(tài)和表面活性

堅(jiān)硬并外形尖銳的塵粒可能引起呼吸道黏膜機(jī)械損傷;而進(jìn)入肺泡的塵粒，由于質(zhì)量小，肺泡環(huán)境濕潤，并受肺泡表面活性物質(zhì)影響，對肺泡的機(jī)械損傷作用可能并不明顯。粉塵表面的生物活性影響其致纖維化作用，新產(chǎn)生的粉塵表面有較多的氧化硅和硅自由基，因而具有更強(qiáng)的細(xì)胞毒作用。

4．粉塵的溶解度

粉塵的溶解度大小與其對人體的危害有關(guān)。某些毒物粉塵如鉛、砷等可在呼吸道溶解吸收，其溶解度越高，對人體毒作用越強(qiáng);而另外一些礦物粉塵如石英粉塵雖體內(nèi)很難溶解，但可在體內(nèi)持續(xù)產(chǎn)生危害作用，對人體危害也十分嚴(yán)重。與此相反，有些粉塵如面粉、糖等在體內(nèi)容易溶解、吸收、排除，對人體危害反而小。正常情況下，呼吸道黏膜的PH值為6．8～7．4，如吸入的粉塵溶解引起PH范圍改變，可引起呼吸道粘液纖毛上皮系統(tǒng)排除功能障礙，導(dǎo)致粉塵阻留。

5．粉塵的荷電性

物質(zhì)在粉碎和流動過程中相互摩擦或吸附空氣中離子而帶電。塵粒的荷電量除取決于其粒徑大小、比重外，還與作業(yè)環(huán)境溫度和濕度有關(guān)。分散度高并新鮮的塵粒則荷電性強(qiáng)，溫度升高時，荷電量增高;濕度增加時，荷電量降低。漂浮在空氣中的塵粒90%～95%荷正電或負(fù)電，而10%～5%的塵粒不帶電。粉塵的荷電性可影響粉塵粒子的聚集，故影響粉塵在空氣中的漂浮時間，從而影響到其被吸入的可能性。同性電荷相斥增強(qiáng)了空氣中粒子的穩(wěn)定程度，異性電荷相吸使塵粒撞擊、聚集并沉降。據(jù)報(bào)道，礦井采掘工作面形成的新鮮粉塵較回風(fēng)巷中的粉塵容易荷電。一般來說，荷電塵粒在呼吸道內(nèi)易被阻留。

6．粉塵的爆炸性

高發(fā)散度的煤、面粉、糖、亞麻、硫磺、鉛、鋅等粉塵，在適宜的濃度下(如煤塵35g/m³;面粉、鋁、硫磺7g/m³;糖10．3g/m³)，一旦遇到明火、電火花和放電時，會發(fā)生爆炸，導(dǎo)致重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失事故。

7．個體因素

任何能減低或破壞呼吸道對異物清除作用的疾病和個體因素均可使粉塵更易在肺內(nèi)沉積而致病。個體的免疫狀況對疾病的發(fā)生也有一定的影響，未成年人、健康狀況差的婦女可能更易受粉塵的危害而致病。

綜上所述，生產(chǎn)性粉塵對人體的致病作用及對人體的危害程度受多種因素影響。生產(chǎn)環(huán)境中粉塵的濃度與接觸時間、粉塵的化學(xué)組成、分散度、溶解度尤其是游離二氧化硅含量及防塵措施都有密切關(guān)系。

三、生產(chǎn)性粉塵體內(nèi)過程

粉塵通過呼吸道、眼睛、皮膚等進(jìn)入人體，其中以呼吸道為主要途徑。

1．粉塵在呼吸道的沉積

被人體吸入呼吸道的粉塵，絕大多數(shù)被吸入后又被呼出。在沒有助力的情況下，吸入的塵粒會經(jīng)氣管、主支氣管、細(xì)支氣管后，進(jìn)入氣體交換區(qū)域的呼吸性細(xì)支氣管、肺泡管和肺泡，并在進(jìn)入的過程中產(chǎn)生毒作用，影響氣體交換功能。被吸入呼吸道的粉塵，主要通過撞擊(Impaction)、重力沉積(Gravitational Sedimentation)、隨機(jī)熱動力沖擊(又稱布朗運(yùn)動Brownian Diffusion)、靜電沉積(Electrostatic Deposition)、截留(Interception)而沉降。沉降作用與塵粒的大小、密度、通過氣道的空氣速度有關(guān)。沉降率與粒子的密度和直徑的平方成正比。直徑大于1μm的粒子大部分通過撞擊和重力沉降而沉積，直徑小于0．5μm的粒子主要通過空氣分子的布朗運(yùn)動沉積于小氣道和肺泡壁，纖維狀粉塵主要通過截留作用沉積。物質(zhì)破碎新產(chǎn)生的粉塵粒子帶較多電荷，易在呼吸道表面產(chǎn)生靜電沉積。

2．人體對粉塵的防御和清除

對于吸入的粉塵，人體具備有效的防御和清除機(jī)制，一般認(rèn)為，有三道防線。

(1)由鼻腔、喉、氣管支氣管樹的阻留作用

大量粉塵粒子隨氣流吸入時通過撞擊、重力沉積、截留、靜電沉積作用阻留于呼吸道表面，減少進(jìn)入氣體交換區(qū)域(呼吸性細(xì)支氣管、肺泡管、肺泡)的粉塵量。氣道平滑肌收縮使氣道截面積縮小，減少含塵氣流的進(jìn)入，增大粉塵截留，并可啟動咳嗽和噴嚏反應(yīng)，排出粉塵。

(2)呼吸道上皮黏液纖毛系統(tǒng)的排出作用

呼吸道上皮存在“黏液纖毛系統(tǒng)”，由黏膜上皮細(xì)胞表面的纖毛和覆蓋于上的黏液組成。在正常情況下，阻留在氣道內(nèi)的粉塵黏附在氣道表面的黏液層上，纖毛向咽喉方向有規(guī)律地?cái)[動，將黏液層中的粉塵移出。但如長期大量吸入粉塵，可損害黏液纖毛系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu)，降低粉塵清除量，導(dǎo)致粉塵在呼吸道滯留。

(3)肺泡巨噬細(xì)胞的吞噬作用

進(jìn)入肺泡的粉塵粘附在肺泡腔表面，被肺泡巨噬細(xì)胞吞噬，形成塵細(xì)胞。大部分塵細(xì)胞通過自身阿米巴樣運(yùn)動及肺泡的舒張轉(zhuǎn)移至纖毛上皮表面，再通過纖毛運(yùn)動而清除。絕大部分粉塵通過這種方式約在24小時內(nèi)排除;小部分塵細(xì)胞因粉塵作用受損、壞死、崩解，塵粒游離后再被巨噬細(xì)胞吞噬，如此循環(huán)往復(fù)。進(jìn)入肺間質(zhì)的小部分粉塵被間質(zhì)巨噬細(xì)胞吞噬，形成塵細(xì)胞，部分沉細(xì)胞壞死、崩解釋放出塵粒;塵細(xì)胞和塵粒進(jìn)入淋巴系統(tǒng)，沉積于肺門和支氣管淋巴結(jié)，有時也可經(jīng)血循環(huán)到達(dá)其他臟器。尖銳的纖維粉塵，如石棉可穿透臟層胸膜進(jìn)入胸膜腔。

人體通過各種清除功能，可排除進(jìn)入呼吸道的97%～99%的粉塵，約1%～3%的塵粒沉積在體內(nèi)。但長期吸入粉塵可削弱上述各項(xiàng)清除功能，導(dǎo)致粉塵過量沉積，釀成肺組織病變，引起疾病。

四、常見的生產(chǎn)性粉塵

1．矽塵

游離二氧化硅(SiO₂)粉塵，俗稱矽塵，純度極高者為石英(Quartz)。在自然界游離二氧化硅分布很廣，是地殼的主要成分，約95%的礦石中均含有數(shù)量不等的游離二氧化硅。

游離二氧化硅按晶體結(jié)構(gòu)分為結(jié)晶型、隱晶型及無定型三種。結(jié)晶型如石英、鱗石英，存在于石英石、花崗巖、礦石或夾雜于其他礦物內(nèi)的硅石;隱晶型如玉髓、瑪瑙、火石和石英玻璃;無定型主要存在于硅藻土、硅膠和蛋白石、石英熔煉產(chǎn)生的二氧化硅蒸氣和在空氣中凝結(jié)的氣溶膠中。

接觸游離二氧化硅粉塵的作業(yè)非常廣泛，遍及國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的許多領(lǐng)域。在冶金、有色金屬、煤炭等礦山，采掘作業(yè)鑿巖、爆破、運(yùn)輸，修建公路、鐵路、水利工程開挖隧道，采石等作業(yè)可產(chǎn)生大量含游離二氧化硅巖塵。在制造、加工業(yè)，如石粉廠、玻璃廠、耐火材料廠生產(chǎn)過程中的原料破碎、研磨、篩分、配料等工序，機(jī)械制造業(yè)鑄造車間的原料粉碎、配料、鑄型、打箱、清砂、噴砂等生產(chǎn)過程，陶瓷廠原料準(zhǔn)備，珠寶加工，石器加工均能產(chǎn)生大量含游離二氧化硅粉塵。接觸游離二氧化硅粉塵的勞動中，最多見而嚴(yán)重的健康危害是矽肺病。矽塵是危害我國工人健康的最主要的職業(yè)性有害因素之一，矽肺病也是塵肺病中進(jìn)展最快、危害最嚴(yán)重的一種。

2．煤塵、煤矽塵

煤是主要能源和化工原料之一，可分為褐煤、煙煤和無煙煤。煤礦生產(chǎn)有露天、井下開采兩種方式。我國多數(shù)煤礦為井下開采。井下開采的主要工序是掘進(jìn)和采煤。巖石掘進(jìn)可產(chǎn)生大量巖石粉塵，巖石掘進(jìn)工作面粉塵中游離二氧化硅含量多數(shù)在30%～50%之間，是煤礦粉塵危害最嚴(yán)重的工序。采煤工作面的粉塵主要是煤塵，游離二氧化硅含量較低，多數(shù)在5%以下。但由于地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜多變，煤層和巖層常交錯存在，所以在采煤過程中常產(chǎn)生大量煤巖混合塵，稱為煤矽塵。隨著采煤機(jī)械化程度的提高，煤的粉碎程度提高，粉塵產(chǎn)生量及分散度也隨之增大，煤塵和煤矽塵是僅次于矽塵的對工人健康造成明顯危害的粉塵。

3．石棉塵

石棉是兩類硅酸鹽礦物(蛇紋石類和閃石類)的總稱。蛇紋石類只有溫石棉1種，閃石類包括5種。近年發(fā)現(xiàn)相同化學(xué)組成的各類石棉，既存在著纖維型，又存在著非纖維型。其中非纖維型的葉蛇紋石、鈉閃石、鎂鐵閃石已分別具有名稱，而其余3種尚未定名。

溫石棉主要產(chǎn)于加拿大、俄羅斯和中國，為銀白色片狀結(jié)構(gòu)，并形成中空的管狀纖維絲，柔軟、可彎曲，因而具有可織性。使用量占世界全部石棉產(chǎn)量的95%以上。閃石類石棉纖維為硅酸鹽的鏈狀結(jié)構(gòu)，直硬而脆，主要產(chǎn)于南非，澳大利亞和芬蘭等地。石棉普遍存在于地殼表層(約占8%)。