生产性粉尘致病作用及影响因素

第二节　生产性粉尘致病作用及影响因素

生产性粉尘根据其理化性质和进入人体量的大小及其作用部位的不同，可能引起机体的不同损害。如可溶性有毒粉尘进入呼吸道后，可很快被吸收入血，引起中毒作用;具有放射性的粉尘，则可造成放射性损伤;某些硬质粉尘可机械性损伤角膜及结膜，引起角膜混浊和结膜炎;最严重的危害是可引起尘肺病。石棉粉尘除引起石棉肺外，还可引起胸膜间皮瘤。经常接触生产性粉尘，还可引起皮肤、耳及眼的疾患。例如，粉尘堵塞皮脂腺可使皮肤干燥，易受机械性刺激和继发感染而发生粉刺、毛囊炎、脓皮病等。粉尘对机体的损害是多方面的，尤以呼吸系统损害为主。

一、粉尘的致病作用

所有不溶或难溶的粉尘对身体都是有害的，作业场所空气中粉尘的化学成分和浓度是直接决定其对人体危害性质和严重程度的重要因素。生产性粉尘根据其理化特性和作用特点不同，可引起不同的病理改变。

粉尘对人体有致纤维化、刺激、非特异性炎症反应、中毒、致敏和致癌作用。

1．致纤维化作用。粉尘的致纤维化作用是粉尘对人体健康危害最大的生物学作用。尘肺是长期吸入生产性无机粉尘，主要是矿物性粉尘而致的以肺组织纤维化病变为主的一类全身性疾病的统称。其病理特点是肺组织发生弥漫性、进行性的纤维组织增生，引起呼吸功能严重受损。粉尘中游离二氧化硅具有极强的细胞毒性和致纤维化作用，其含量的多少和该类粉尘致纤维化的程度紧密相关。如在生产过程中长期吸入煤尘和游离二氧化硅含量较高的粉尘而引起的以肺组织纤维化为主的疾病——煤工尘肺和矽肺。此外，铍及其氧化物粉尘引起慢性铍病也是以纤维化为主要病理改变。

2．刺激作用。机械或化学性的刺激致呼吸道黏膜的损伤。吸入的生产性粉尘首先进入呼吸道刺激呼吸道黏膜，使黏膜毛细血管扩张，黏液分泌增加，以加强对粉尘的阻留作用。长期如此引起鼻炎、咽炎、喉炎、气管炎和支气管炎等呼吸道炎症;刺激性强的粉尘尚可引起鼻黏膜糜烂、溃疡，甚至发生鼻中隔穿孔。经常接触粉尘，可引起皮肤、耳、眼的疾病，如毛囊炎、脓皮病、中耳炎、结膜炎和角膜损伤等。

3．中毒作用。吸入铅、锰、砷等毒物粉尘，能在支气管壁上溶解而被吸收，引起全身中毒。

4．非特异性炎症反应。长期吸入大量粉尘可损伤呼吸道黏膜，致使黏膜上皮细胞增生肥大，黏液分泌增加，纤毛运动减弱。粉尘致呼吸道的机械性损伤也常致继发感染，长期慢性刺激致非特异性炎症——尘性慢性支气管炎。

5．变态反应。吸入大麻尘、棉尘、对二苯胺尘等变应原粉尘可致支气管哮喘、哮喘性支气管炎、湿疹等。沥青粉尘可引起光感性皮炎、结膜炎。

6．致癌作用。石棉粉尘可引起支气管肺癌和胸膜间皮瘤，放射性矿物质粉尘可致肺癌，金属粉尘镍、铬酸盐等也和肺癌高发有关。

7．粉尘沉着症。吸入锡、锑、铁等惰性金属粉尘可引起金属粉尘在肺内的沉着。

二、粉尘致病作用的影响因素

粉尘的化学性质决定了粉尘对人体危害的性质。就粉尘的致纤维化作用来说，粉尘中游离二氧化硅含量是决定性的因素。而粉尘对人体的危害程度则决定于粉尘在肺内的蓄积量，蓄积量越大，其致病能力越强，即粉尘致病有明确的剂量—效应关系。生产性粉尘由于其理化性质和进入人体的剂量以及作用部位的不同，对人体的危害性质和程度亦不同，所以其理化特性有重要的卫生学意义。

1．粉尘的化学成分、浓度和接触时间

作业场所空气中粉尘的化学成分和浓度是直接决定其对人体危害性质和严重程度的重要因素。粉尘中含游离二氧化硅的量越高，则引起病变的程度越重，病变发展的速度越快。如接触含游离二氧化硅70%的粉尘，往往形成以结节为主的弥漫性纤维化病变，进展较快;而接触含游离二氧化硅低于10%的粉尘，肺内病变则以间质性纤维化为主，发展较慢;生产环境中粉尘的浓度越高、吸入量越多，则尘肺发病率也就越高。某些金属(如铅及其化合物)粉尘通过肺组织吸收，进入血液循环，引起中毒;另一些金属(如铍、铝等)粉尘可导致过敏性哮喘或肺炎。同一种粉尘，作业环境空气中浓度越高，暴露时间越长，对人体危害越严重。

2．粉尘的分散度

分散度是指物质被粉碎的程度，以粉尘粒径大小(μm)的数量或质量组成百分比来表示。前者称为粒子分散度，粒径较小的颗粒越多，分散度越高;后者称为质量分散度，粒径较小的颗粒占总质量百分比越大，质量分散度越高。

粉尘粒子分散度越高，其在空气中漂浮的时间越长，沉降速度越慢，被人体吸收的机会就越多;而且，分散度越高，比表面积越大，越易参与理化反应，对人体危害越大。当粉尘粒子比重相同时，分散度越高，粒子沉降速度越慢;而当尘粒大小相同时，比重越大的尘粒沉降越快。因此，在设计通风防尘措施时，必须根据不同的比重，采用不同风速。当粉尘质量相同时，其形状越接近球型，在空气中所受阻力越小，沉降速度越快。

动物实验证明，将质量相同而分散度不同的石英尘气管注入造成矽肺病变，直径越小(1～2μm)，病变越重;当尘粒数相同而质量不等时，质量越大，病变越重。有病理解剖报告，矽肺患者肺内粉尘总量越大，矽肺病变越严重。说明在矽肺的发生发展过程中，粒子大小有一定意义，但进入肺内粉尘的质量起着更重要的作用。

粉尘分散度与粉尘在呼吸道中的阻留有关，粉尘粒子的直径、比重、形状不同，粉尘在呼吸道各区域的阻留沉积率不同。

粉尘粒子的直径、比重、形状不同，粉尘在呼吸道各区域的阻留沉积率不同。为便于测量和相互比较，采用空气动力学直径(Aerodynamic Equivalent Diameter，AED)来表示。不同直径的粉尘粒子在呼吸道的沉积部位不同。一般认为，AED小于15μm的尘粒可进入呼吸道，其中10～15μm的尘粒主要沉积在上呼吸道，因此把直径小于15μm的尘粒称为可吸入性粉尘(Inhalable Dust);5μm以下的尘粒可到达呼吸道深部和肺泡区，称之为呼吸性粉尘(Respirable Dust)。从死于矽肺的病人尸检中发现，在肺组织中多数是直径小于5μm的尘粒，其中，能够进入肺泡的尘粒主要是小于2μm(石棉尘除外)。近年来也有学者认为仅AED在3μm以下的粒子才可进入肺泡，但尸检结果也在肺组织中发现长达数厘米的纤维。

3．粉尘的形态和表面活性

坚硬并外形尖锐的尘粒可能引起呼吸道黏膜机械损伤;而进入肺泡的尘粒，由于质量小，肺泡环境湿润，并受肺泡表面活性物质影响，对肺泡的机械损伤作用可能并不明显。粉尘表面的生物活性影响其致纤维化作用，新产生的粉尘表面有较多的氧化硅和硅自由基，因而具有更强的细胞毒作用。

4．粉尘的溶解度

粉尘的溶解度大小与其对人体的危害有关。某些毒物粉尘如铅、砷等可在呼吸道溶解吸收，其溶解度越高，对人体毒作用越强;而另外一些矿物粉尘如石英粉尘虽体内很难溶解，但可在体内持续产生危害作用，对人体危害也十分严重。与此相反，有些粉尘如面粉、糖等在体内容易溶解、吸收、排除，对人体危害反而小。正常情况下，呼吸道黏膜的PH值为6．8～7．4，如吸入的粉尘溶解引起PH范围改变，可引起呼吸道粘液纤毛上皮系统排除功能障碍，导致粉尘阻留。

5．粉尘的荷电性

物质在粉碎和流动过程中相互摩擦或吸附空气中离子而带电。尘粒的荷电量除取决于其粒径大小、比重外，还与作业环境温度和湿度有关。分散度高并新鲜的尘粒则荷电性强，温度升高时，荷电量增高;湿度增加时，荷电量降低。漂浮在空气中的尘粒90%～95%荷正电或负电，而10%～5%的尘粒不带电。粉尘的荷电性可影响粉尘粒子的聚集，故影响粉尘在空气中的漂浮时间，从而影响到其被吸入的可能性。同性电荷相斥增强了空气中粒子的稳定程度，异性电荷相吸使尘粒撞击、聚集并沉降。据报道，矿井采掘工作面形成的新鲜粉尘较回风巷中的粉尘容易荷电。一般来说，荷电尘粒在呼吸道内易被阻留。

6．粉尘的爆炸性

高发散度的煤、面粉、糖、亚麻、硫磺、铅、锌等粉尘，在适宜的浓度下(如煤尘35g/m³;面粉、铝、硫磺7g/m³;糖10．3g/m³)，一旦遇到明火、电火花和放电时，会发生爆炸，导致重大人员伤亡和财产损失事故。

7．个体因素

任何能减低或破坏呼吸道对异物清除作用的疾病和个体因素均可使粉尘更易在肺内沉积而致病。个体的免疫状况对疾病的发生也有一定的影响，未成年人、健康状况差的妇女可能更易受粉尘的危害而致病。

综上所述，生产性粉尘对人体的致病作用及对人体的危害程度受多种因素影响。生产环境中粉尘的浓度与接触时间、粉尘的化学组成、分散度、溶解度尤其是游离二氧化硅含量及防尘措施都有密切关系。

三、生产性粉尘体内过程

粉尘通过呼吸道、眼睛、皮肤等进入人体，其中以呼吸道为主要途径。

1．粉尘在呼吸道的沉积

被人体吸入呼吸道的粉尘，绝大多数被吸入后又被呼出。在没有助力的情况下，吸入的尘粒会经气管、主支气管、细支气管后，进入气体交换区域的呼吸性细支气管、肺泡管和肺泡，并在进入的过程中产生毒作用，影响气体交换功能。被吸入呼吸道的粉尘，主要通过撞击(Impaction)、重力沉积(Gravitational Sedimentation)、随机热动力冲击(又称布朗运动Brownian Diffusion)、静电沉积(Electrostatic Deposition)、截留(Interception)而沉降。沉降作用与尘粒的大小、密度、通过气道的空气速度有关。沉降率与粒子的密度和直径的平方成正比。直径大于1μm的粒子大部分通过撞击和重力沉降而沉积，直径小于0．5μm的粒子主要通过空气分子的布朗运动沉积于小气道和肺泡壁，纤维状粉尘主要通过截留作用沉积。物质破碎新产生的粉尘粒子带较多电荷，易在呼吸道表面产生静电沉积。

2．人体对粉尘的防御和清除

对于吸入的粉尘，人体具备有效的防御和清除机制，一般认为，有三道防线。

(1)由鼻腔、喉、气管支气管树的阻留作用

大量粉尘粒子随气流吸入时通过撞击、重力沉积、截留、静电沉积作用阻留于呼吸道表面，减少进入气体交换区域(呼吸性细支气管、肺泡管、肺泡)的粉尘量。气道平滑肌收缩使气道截面积缩小，减少含尘气流的进入，增大粉尘截留，并可启动咳嗽和喷嚏反应，排出粉尘。

(2)呼吸道上皮黏液纤毛系统的排出作用

呼吸道上皮存在“黏液纤毛系统”，由黏膜上皮细胞表面的纤毛和覆盖于上的黏液组成。在正常情况下，阻留在气道内的粉尘黏附在气道表面的黏液层上，纤毛向咽喉方向有规律地摆动，将黏液层中的粉尘移出。但如长期大量吸入粉尘，可损害黏液纤毛系统的功能和结构，降低粉尘清除量，导致粉尘在呼吸道滞留。

(3)肺泡巨噬细胞的吞噬作用

进入肺泡的粉尘粘附在肺泡腔表面，被肺泡巨噬细胞吞噬，形成尘细胞。大部分尘细胞通过自身阿米巴样运动及肺泡的舒张转移至纤毛上皮表面，再通过纤毛运动而清除。绝大部分粉尘通过这种方式约在24小时内排除;小部分尘细胞因粉尘作用受损、坏死、崩解，尘粒游离后再被巨噬细胞吞噬，如此循环往复。进入肺间质的小部分粉尘被间质巨噬细胞吞噬，形成尘细胞，部分沉细胞坏死、崩解释放出尘粒;尘细胞和尘粒进入淋巴系统，沉积于肺门和支气管淋巴结，有时也可经血循环到达其他脏器。尖锐的纤维粉尘，如石棉可穿透脏层胸膜进入胸膜腔。

人体通过各种清除功能，可排除进入呼吸道的97%～99%的粉尘，约1%～3%的尘粒沉积在体内。但长期吸入粉尘可削弱上述各项清除功能，导致粉尘过量沉积，酿成肺组织病变，引起疾病。

四、常见的生产性粉尘

1．矽尘

游离二氧化硅(SiO₂)粉尘，俗称矽尘，纯度极高者为石英(Quartz)。在自然界游离二氧化硅分布很广，是地壳的主要成分，约95%的矿石中均含有数量不等的游离二氧化硅。

游离二氧化硅按晶体结构分为结晶型、隐晶型及无定型三种。结晶型如石英、鳞石英，存在于石英石、花岗岩、矿石或夹杂于其他矿物内的硅石;隐晶型如玉髓、玛瑙、火石和石英玻璃;无定型主要存在于硅藻土、硅胶和蛋白石、石英熔炼产生的二氧化硅蒸气和在空气中凝结的气溶胶中。

接触游离二氧化硅粉尘的作业非常广泛，遍及国民经济建设的许多领域。在冶金、有色金属、煤炭等矿山，采掘作业凿岩、爆破、运输，修建公路、铁路、水利工程开挖隧道，采石等作业可产生大量含游离二氧化硅岩尘。在制造、加工业，如石粉厂、玻璃厂、耐火材料厂生产过程中的原料破碎、研磨、筛分、配料等工序，机械制造业铸造车间的原料粉碎、配料、铸型、打箱、清砂、喷砂等生产过程，陶瓷厂原料准备，珠宝加工，石器加工均能产生大量含游离二氧化硅粉尘。接触游离二氧化硅粉尘的劳动中，最多见而严重的健康危害是矽肺病。矽尘是危害我国工人健康的最主要的职业性有害因素之一，矽肺病也是尘肺病中进展最快、危害最严重的一种。

2．煤尘、煤矽尘

煤是主要能源和化工原料之一，可分为褐煤、烟煤和无烟煤。煤矿生产有露天、井下开采两种方式。我国多数煤矿为井下开采。井下开采的主要工序是掘进和采煤。岩石掘进可产生大量岩石粉尘，岩石掘进工作面粉尘中游离二氧化硅含量多数在30%～50%之间，是煤矿粉尘危害最严重的工序。采煤工作面的粉尘主要是煤尘，游离二氧化硅含量较低，多数在5%以下。但由于地质构造复杂多变，煤层和岩层常交错存在，所以在采煤过程中常产生大量煤岩混合尘，称为煤矽尘。随着采煤机械化程度的提高，煤的粉碎程度提高，粉尘产生量及分散度也随之增大，煤尘和煤矽尘是仅次于矽尘的对工人健康造成明显危害的粉尘。

3．石棉尘

石棉是两类硅酸盐矿物(蛇纹石类和闪石类)的总称。蛇纹石类只有温石棉1种，闪石类包括5种。近年发现相同化学组成的各类石棉，既存在着纤维型，又存在着非纤维型。其中非纤维型的叶蛇纹石、钠闪石、镁铁闪石已分别具有名称，而其余3种尚未定名。

温石棉主要产于加拿大、俄罗斯和中国，为银白色片状结构，并形成中空的管状纤维丝，柔软、可弯曲，因而具有可织性。使用量占世界全部石棉产量的95%以上。闪石类石棉纤维为硅酸盐的链状结构，直硬而脆，主要产于南非，澳大利亚和芬兰等地。石棉普遍存在于地壳表层(约占8%)。