Воздействие при вдыхании

Вдыхание является основным путем воздействия, возникающим, когда человек вдыхает загрязненный воздух, который попадает в дыхательные пути. Идентификация поступления загрязняющего вещества в дыхательную систему может определить, как результирующее воздействие влияет на дозу . Таким образом, механизм поглощения загрязняющих веществ дыхательной системой можно использовать для прогнозирования потенциальных последствий для здоровья населения.

Определение

Под воздействием обычно понимают концентрацию переносимого по воздуху загрязнителя в воздухе на границе рта и носа. Концентрации на открытом воздухе часто измеряются в фиксированных местах или оцениваются с помощью моделей. Доля этой концентрации в окружающей среде, которую вдыхает человек, зависит главным образом от его местоположения (в помещении или на открытом воздухе), расстояния до источников загрязнения и минутной вентиляции . Традиционно воздействие оценивается на основе концентрации на открытом воздухе по адресу проживания. Поездки в другие места и уровень физической активности в основном игнорируются, хотя в некоторых недавних исследованиях предпринимались попытки использовать портативные и носимые датчики.

Поглощающая доза – это масса загрязняющего вещества, пересекающая границу контакта и вдыхаемая человеком. Часть этого загрязняющего вещества выдыхается, а фракция, которая поглощается дыхательной системой, известна как поглощенная доза . Часть загрязняющего вещества также может быть выведена при чихании, кашле, сплевывании или глотании. Оставшийся загрязнитель, который переносится через слой жидкости, контактируя с тканями дыхательных путей, представляет собой долю биодоступности , называемую эффективной дозой.

Основные загрязнители, вызывающие обеспокоенность

В 1970 году поправки к Закону о чистом воздухе установили шесть критериев загрязнителей воздуха, которые периодически обновляются Национальными стандартами качества окружающего воздуха США (NAAQS) и Агентством по охране окружающей среды (USEPA). Шесть критериев загрязнения были идентифицированы на основе научных знаний о влиянии этих загрязнителей на здоровье. Шесть критериев следующие: твердые частицы (PM), оксид азота NO.
₂ , озон О
₃ , диоксид серы SO
₂ , окись углерода (CO) и неметановые углеводороды (NHMC). Твердые частицы (ТЧ) делятся на два размера: ТЧ ₁₀ , которые называются вдыхаемыми ТЧ, и ТЧ _2,5 , которые называются мелкодисперсными ТЧ.

Поглощение газообразных загрязняющих веществ

Диффузия О
₂ из воздуха в легких в кровоток и диффузия CO
₂ из кровотока обратно в легкие является важной частью дыхания человека. Поглощение и диффузия газов — двунаправленный процесс. Как только газы всасываются в слой слизи или поверхностно-активного вещества, растворенные газы могут десорбироваться обратно в воздух в легких. Газы могут диффундировать в любом направлении в зависимости от градиента концентрации между двумя слоями. Газы могут вступать в химическую реакцию во время транспортировки в кровоток.

Оценки резистентности газовой слизи и тканей терминальных бронхиол к SO
₂ , ​
₂ и CO показывают, что SO
₂ имеет самое быстрое усвоение благодаря высокой растворимости в воде и очень низкой резистентности слоев слизи и тканей. Озон и CO имеют более низкую растворимость в воде и более высокое сопротивление массообмену. Озон является наиболее реакционноспособным, уменьшая массоперенос в ткани и кровь. CO имеет самое медленное поглощение и самое высокое сопротивление в терминальных бронхиолах.

Оценки сопротивлений (10^10 м^2 Па с моль^-1) в терминальных бронхиолах.
	Газ	Слизь	Салфетка	Общий
ТАК 2	0.05	0.00015	0.0011	0.05
СО	0.071	16.95	120.5	137.0
ТО 3	0.077	0.91	0.20	1.19

Поглощение твердых загрязняющих веществ

Отложение загрязняющих частиц в легких необходимо до того, как частицы смогут пройти через слизь в легочную ткань. Существует четыре механизма осаждения: перехват, удар, гравитационное осаждение и броуновская диффузия. Перехват происходит, когда частица удаляется после столкновения с препятствием. Удар происходит, когда частица сталкивается с поверхностью дыхательных путей из-за высокой инерции. На гравитационное осаждение влияет сила гравитации, которая заставляет частицу оседать в дыхательных путях. Броуновское движение вызывает случайное столкновение молекул газа с частицей, пока частица не попадает в дыхательные пути.

Прогноз места осаждения частиц в дыхательные пути зависит от размера и типа частиц. Грубые частицы, происходящие из природных источников, таких как пыль, песок и гравий, имеют тенденцию откладываться в носоглоточной области. Мелкие частицы, полученные из антропогенных источников, таких как ископаемое топливо и курение, обычно откладываются в области легких. Большая часть газообмена происходит в легочной области за счет альвеол , имеющих большую площадь поверхности.

Воздействие твердых загрязнителей на здоровье

Ученые выявили положительную корреляцию между концентрацией твердых частиц, являющихся причинным фактором респираторных и сердечно-сосудистых заболеваний. Твердые частицы также могут быть причиной до 20 000 смертей ежегодно и обострения астмы. Количественная оценка дозы, определение общего количества частиц, отложившихся в области легких, площади поверхности частиц, кислотности частиц и формы важны для определения воздействия на здоровье. Большая площадь поверхности приведет к тому, что больше токсинов будет доступно для всасывания в слизь. Частицы, такие как асбест, способны надолго задерживаться в альвеолах, вызывая в некоторых случаях рак.

Растворимые твердые частицы могут быть очень вредными для дыхательных путей из-за их способности растворяться в слизи или слое поверхностно-активного вещества. Это может раздражать ткани за счет изменения pH и переноситься в остальную часть тела или желудочно-кишечный тракт. Нерастворимые ТЧ, такие как частицы свинца, откладываются в носоглоточной области и могут быть удалены с помощью сдувания, всхлипывания или сплевывания. Однако проглатывание может привести к попаданию частиц в желудочно-кишечный тракт. Частицы в трахеобронхиальной области могут очищаться ресничками , которые перемещают частицы в слизь. Нерастворимые частицы, попадающие в легочную область, вызывают отек альвеол, кашель и одышку.

Поглощение угарного газа

Окись углерода — относительно нереакционноспособный газ с ограниченной растворимостью. Высокие уровни CO накапливаются в легочной области в течение нескольких часов и уравновешиваются концентрациями CO при вдыхании. Воздействие угарного газа опасно из-за его токсичности и отсутствия запаха. Поскольку газу требуется время для накопления в области легких, вдыхаемая концентрация 600 ppm может вызвать головную боль и снизить умственные способности в течение часа без каких-либо других симптомов. В конце концов, это вещество вызывало кому. Равновесие CO в крови достигается за 6–8 часов воздействия постоянной концентрации в воздухе.

Базовый уровень карбоксигемоглобина (COHb) содержится в крови благодаря небольшому количеству CO в качестве побочного продукта в организме. Общее количество COHb, присутствующего в организме, эквивалентно исходному уровню COHb в дополнение к экзогенному уровню COHb.

[COHb] общий = [COHb] базовый + [COHb] экзо

Методы контроля ингаляционного воздействия

Методы снижения воздействия рисков при вдыхании можно обобщить с помощью Иерархии контроля, созданной Национальным институтом безопасности и гигиены труда (NIOSH). Эта система включает в себя 5 этапов; Устранение, замена, инженерный контроль, административный контроль и средства индивидуальной защиты. В этом порядке они соответствуют своей эффективности: Уничтожение является наиболее эффективным, а Средства индивидуальной защиты — наименее эффективными.

Изображение иерархии элементов управления NIOSH.

Подведем итог по каждому элементу:

Устранение: Полностью устраняет опасность.

Замена: Замена опасности на другую, менее опасную.

Технические средства контроля : методы, используемые для изоляции опасности от работников и людей, находящихся поблизости.

Административный контроль : изменение способа выполнения работы для уменьшения количества, времени, серьезности воздействия и т. д.

Средства индивидуальной защиты : Одежда и предметы одежды, которые носят для защиты от прямого воздействия.

Каждый из этих методов контроля можно использовать для ограничения воздействия химических веществ и частиц при вдыхании различными способами. Ниже приведены несколько распространенных методов. Важно отметить, что существует множество других методов, стратегий, систем и т. д., которые можно использовать в различных отраслях и на рабочих местах, но которые могут не быть перечислены.

Устранение может быть применено к ингаляционному воздействию путем простого устранения источника загрязняющих газов. Пример этого можно увидеть, когда любой тип транспортного средства полностью «убирают» с рабочего места, чтобы избавить район производства загрязняющих газов от сжигания ископаемого топлива.

Замещение может быть применено путем замены источника загрязняющих газов на источники, производящие меньше или менее вредные побочные продукты. Пример этого можно увидеть, когда электромобили используются для «замены» на рабочем месте своих аналогов, работающих на ископаемом топливе.

Инженерный контроль можно рассматривать как установку и внедрение «инструментов и оборудования» для удаления вредных продуктов, образующихся в результате различных процессов. Это можно сделать с помощью систем удаления дыма, установленных для удаления загрязняющих газов из атмосферы. Это часто сочетается с системой подачи свежего воздуха в окружающую среду.

Административный контроль может применяться для снижения ингаляционного воздействия, часто посредством методов, заставляющих работников выполнять свои задачи только определенным образом. Зачастую это достигается посредством образования и обучения, предоставляемого работникам/служащим.

Изображение тренировки с автономным дыхательным аппаратом (SCBA).

Средства индивидуальной защиты можно использовать через «предметы, которые носят», например, автономный дыхательный аппарат (SCBA). в качестве одежды для защиты работника от воздействия атмосферы, которая может вызвать болезнь или смерть. Они часто используются в средах, представляющих непосредственную опасность для жизни и здоровья (IDLH).

Непосредственно опасная для жизни и здоровья атмосфера

Атмосфера IDLH возникает там, где загрязнение загрязняющими газами создает среду, в которой люди могут получить серьезные травмы или погибнуть без надлежащей защиты органов дыхания. Загрязняющие газы, которые вредят дыхательной системе, такие как CO ( окись углерода ), CO2 ( диоксид углерода ) и HCN ( цианид водорода ), среди многих других, могут создавать потенциально смертельную среду в правильных концентрациях. Все загрязняющие газы имеют свои уникальные характеристики с точки зрения концентрации IDLH, побочных эффектов и канцерогенной природы. среди других черт. Зачастую в атмосфере IDLH не хватает кислорода, необходимого для поддержания человеческой жизни. Это часто происходит из-за удушья. газы, такие как CO2, вытесняют кислород из окружающей среды ниже уровня, который человек может безопасно вдыхать.

Пожарные в автономных дыхательных аппаратах возле огня.

Из-за чрезвычайно опасного характера сред IDLH их часто избегают всеми возможными способами. К сожалению, атмосфера IDLH может быть создана различными способами с использованием многих типов химикатов и загрязняющих газов. Это побудило многие организации и агентства, в первую очередь пожарные части и персонал пожарных служб, принять автономные дыхательные аппараты для безопасной работы в таких атмосферах.

Концентрации IDLH в атмосфере измеряются в частях на миллион (ppm). В частях на миллион указано, какое количество химического вещества необходимо в соотношении с воздухом для создания атмосферы IDLH. Например, значение IDLH 4 ppm означает, что для создания атмосферы, соответствующей IDLH, необходимо всего 4 галлона химического вещества на 1 000 000 галлонов воздуха. Более низкие значения IDLH ppm соответствуют меньшему количеству химиката, необходимого для создания атмосферы IDLH. И наоборот, более высокое значение IDLH ppm соответствует большему количеству химического вещества, необходимого для создания атмосферы IDLH. Любое количество этих химикатов, превышающее эти значения IDLH, создает среду, непригодную для выживания человека или немедленную опасность для жизни и здоровья (IDLH). Эти значения могут сильно различаться в зависимости от используемых химикатов и их характеристик. Например, гексафторид теллура имеет значение IDLH всего 1 ppm, тогда как метиловый спирт имеет значение IDLH 6000 ppm. Другими словами, метиловый спирт в 6000 раз менее эффективен, чем гексафторид теллура, поскольку для создания атмосферы IDLH требуется в 6000 раз больше.

Замкнутые пространства

Изображение рабочего, использующего атмосферный монитор перед входом в замкнутое пространство.

Замкнутое пространство – это пространство, из которого ограничены пути выхода и которое не предназначено для пребывания людей. В связи с этим им требуются разрешения для работников на выполнение задач внутри них. Небольшие размеры этих помещений, лишенные вентиляции, часто приводят к скоплению внутри них газов. Зачастую это газы, которые более плотны, чем воздух, и естественным образом оседают в низменных районах. К ним относятся, помимо прочего, пропан, сероводород, диоксид серы и диоксид углерода. Несмотря на то, что в этих областях часто оседают более плотные газы, в этих областях могут также собираться и более легкие газы, такие как метан (часто встречающийся в канализации).

Из-за потенциального накопления этих газов в помещение часто закачивают свежий воздух, чтобы вытеснить эти газы из оборудования, расположенного снаружи. При этом часто используются системы мониторинга атмосферы, чтобы лучше понять концентрацию кислорода и воздействие токсичных или ядовитых газов. Эти системы помогают работникам определить необходимое количество средств индивидуальной защиты или других методов контроля, необходимых для снижения воздействия.

Замкнутые пространства бывают разных видов. Как упоминалось ранее, любая зона с ограниченными средствами выхода и не предназначена для проживания людей может быть замкнутым пространством. Сюда входят такие зоны, как канализационные коллекторы, силосы, бункеры, бункеры для хранения и туннели.

Канцерогенные газы

Изображение рака печени.

Эти загрязняющие газы обычно можно охарактеризовать как газы и химические вещества, которые могут привести к раку или другим хроническим последствиям для здоровья, когда люди подвергаются их воздействию. Общие канцерогенные загрязнители включают формальдегид , четыреххлористый углерод , ацетальдегид , бензол , 1,3-бутадиен , нафталин , соединения мышьяка , соединения хрома , ПАХРОМ и тетрахлорэтилен и другие. Эти химические вещества могут вызывать рак челюстно-лицевых структур , дыхательной системы и/или печени. Как и в случае со всеми химическими веществами и газами, степень воздействия важна для понимания их опасности. Некоторые химические вещества обладают серьезными канцерогенными свойствами даже при быстрых и очень низких концентрациях, в то время как другие требуют частого и интенсивного воздействия для выявления проблем, связанных с раком. Независимо от канцерогенных химических веществ, необходимо проводить надлежащие исследования в соответствии с правилами по ограничению воздействия.

Регулирование воздействия при вдыхании и исследования

Буклет по защите органов дыхания, выпущенный Отделом безопасности и гигиены труда Министерства труда Северной Каролины.

В США многие уровни правительства и агентств признают серьезность загрязняющих газов, канцерогенов, химического воздействия и последствий, которые они могут вызвать. Эти группы часто принимают законы, исключающие их из потребительских товаров и процессов, чтобы снизить потенциал воздействия. Некоторые из агентств, которые исследуют и/или регулируют химические вещества, включают OSHA, НИОШ, и Центр по контролю и профилактике заболеваний, и это лишь некоторые из них, а также множество других государственных и профессиональных организаций.

Управление по охране труда (OSHA) является регулирующим органом, который разрабатывает стандарты федерального уровня для загрязняющих газов, а также многие другие темы, связанные со здоровьем и безопасностью. Они обеспечивают соблюдение этих стандартов посредством плановых проверок в зависимости от уровня серьезности. В некоторых штатах США есть свои собственные агентства, подобные OSHA, которые должны превосходить стандарты федерального OSHA.

Национальный институт безопасности и гигиены труда (NIOSH) — это организация, которая исследует и проводит эксперименты с загрязняющими газами, а также по многим темам, связанным со здоровьем и безопасностью. В отличие от OSHA, они не являются регулирующими органами и часто дают рекомендации относительно передового опыта.

Центры по контролю заболеваний — это организация, которая работает над поддержкой сообществ и граждан в вопросах их здоровья и безопасности в отношении заболеваний различной степени тяжести. Хотя CDC часто борется с распространением таких заболеваний, как COVID-19, они также работают над тем, чтобы лучше понять и смягчить последствия проблем, связанных с качеством воздуха и загрязнением.

Государственные департаменты труда являются распространенным источником более локализованных правил, касающихся вдыхания. Эти отделы часто могут быть одобрены OSHA при условии, что эти программы превышают стандарты, установленные федеральным OSHA. Государственные программы, одобренные OSHA, существуют в 22 штатах (одним из которых является территория США Пуэрто-Рико) и они выполняют во многом одни и те же функции в отношении инспекций и расследований и даже работают в юридических вопросах. Эти программы выпускаются в двух основных версиях. Они есть; государственные программы, которые применяются как к государственным, так и к неправительственным служащим, и государственные программы, которые применяются исключительно к государственным служащим и рабочим местам.

Американская ассоциация легких — это организация, которая специализируется на заболеваниях легких и респираторных заболеваниях. Помимо образовательной деятельности, эта организация проводит исследования и пропаганду различных мероприятий, которые она проводит.

Паспорта безопасности (США)

Изображение паспорта безопасности материалов.

Паспорта безопасности (SDS) или паспорта безопасности материалов (MSDS), как их еще называют, представляют собой документы, в которых подробно описывается информация, связанная со здоровьем и безопасностью, в отношении химического вещества или вещества. Среди обширной информации, содержащейся в паспортах безопасности, есть разделы, посвященные вдыханию и респираторному воздействию. В этой информации, среди прочего, описываются меры первой помощи, параметры контроля (пределы воздействия ppm), средства индивидуальной защиты, побочные эффекты воздействия и экологическая информация. В разделе «Меры первой помощи» подробно описано, что должен делать человек, пострадавший от химического вещества, чтобы уменьшить травмы или заболевания в результате его воздействия. В разделе «Параметры контроля» подробно описаны пределы воздействия, часто в частях на миллион, того, какому воздействию может подвергнуться человек, прежде чем он получит травму или заболевание. В разделе «Средства индивидуальной защиты» (СИЗ) описывается, какую одежду следует носить, чтобы снизить воздействие химического вещества. В разделах «Токсикологический» или «Дополнительная информация» подробно описаны побочные эффекты, которые человек, скорее всего, может испытать в результате воздействия. Последний раздел, касающийся ингаляционного воздействия, — это раздел «Экологическая информация», в котором подробно описывается, как химическое вещество влияет на окружающую среду. Из-за разнообразия природы химических веществ глубина и объем этих разделов могут сильно различаться.

Сообщение об опасностях

Документы SDS должны соответствовать стандарту информирования об опасностях OSHA 29 CFR 1910.1200. Этот стандарт был создан OSHA как способ информировать работников о наличии материалов и о том, как им следует с ними взаимодействовать. Стандарт, касающийся потенциально опасных материалов и химикатов, распространяется также и на газы. В прошлом (когда они были приняты на работу) информирование об опасностях часто держалось вне поля зрения и с высокопоставленными сотрудниками, вдали от тех, кто непосредственно пострадал от них. Информирование об опасностях газов помогает уменьшить возможную путаницу в отношении потребностей и правильных методов работы с ними. Это помогает вовлечь рабочих в процесс обеспечения безопасности, предоставляя им информацию. Сообщая об опасностях, связанных с газами, как можно большему количеству людей, снижается серьезность и сложность потенциальных происшествий. Эти документы хранятся в подшивках на месте, чтобы сделать их доступными для всех работников, которые хотят/должны прочитать их содержание.

Внешние ссылки

• [1] - Закон о чистом воздухе (EPA)
• [2] - Национальные стандарты качества окружающего воздуха (NAAQS)
• [3] - Справочник по факторам воздействия Агентства по охране окружающей среды США.
• Ингаляционные расстройства Института охраны труда Инструментарий
• Тенденции ингаляционного воздействия: середина 1980-х годов по настоящее время, автор: К. Крили и другие. Отчет исполнительного директора по исследованиям в области охраны труда и техники безопасности RR460/2006