Индустријска употреба различитих врста вештачких влакана је у порасту, посебно откако су постављена ограничења на употребу азбеста с обзиром на његове познате опасности по здравље. Потенцијал штетних ефеката на здравље у вези са производњом и употребом вештачких влакана се још увек проучава. Овај чланак ће пружити преглед општих принципа у вези са потенцијалом токсичности у вези са таквим влакнима, преглед различитих типова влакана у производњи (као што је наведено у табели 1) и ажурирање у вези са постојећим и текућим студијама њихових потенцијалних утицаја на здравље .

Табела 1. Синтетичка влакна

Одреднице токсичности

Примарни фактори који се односе на потенцијал за токсичност услед излагања влакнима су:

1. димензија влакана
2. издржљивост влакана и
3. доза до циљног органа.

Генерално, влакна која су дуга и танка (али величине која се може удахнути) и издржљива имају највећи потенцијал за изазивање штетних ефеката ако се испоруче у плућа у довољној концентрацији. Токсичност влакана је у корелацији у краткорочним студијама инхалације на животињама са упалом, цитотоксичношћу, измењеном функцијом макроцита и биоперзистенцијом. Карциногени потенцијал је највероватније повезан са оштећењем ћелијске ДНК путем формирања радикала без кисеоника, формирања кластогених фактора или погрешне сегрегације хромозома у ћелијама у митози – самостално или у комбинацији. Влакна која се могу удахнути су она пречника мањег од 3.0 до 3.5 мм и дужине мање од 200 μм. Према „Стантоновој хипотези“, карциногени потенцијал влакана (како је утврђено студијама имплантације плеуре на животињама) је повезан са њиховом димензијом (највећи ризик је повезан са влакнима пречника мањег од 0.25 μм и дужине веће од 8 мм) и издржљивости (Стантон ет ал. 1981). Природна минерална влакна, као што је азбест, постоје у поликристалној структури која има склоност да се цепа дуж уздужних равни, стварајући тања влакна са већим односом дужине и ширине, која имају већи потенцијал за токсичност. Велика већина вештачких влакана је некристална или аморфна и ломиће се окомито на своју уздужну раван у краћа влакна. Ово је важна разлика између азбестних и неазбестних влакнастих силиката и вештачких влакана. Трајност влакана таложених у плућима зависи од способности плућа да очисте влакна, као и од физичких и хемијских својстава влакана. Трајност вештачких влакана може се променити у процесу производње, у складу са захтевима крајње употребе, додавањем одређених стабилизатора као што је Ал.₂O₃. Због ове варијабилности у хемијским састојцима и величини вештачких влакана, њихова потенцијална токсичност се мора проценити на основу типа влакна по тип влакна.

Умјетна влакна

Алуминијум оксидна влакна

Токсичност кристалног алуминијум-оксидног влакна је сугерисана у извештају о случају плућне фиброзе код радника запосленог у топионици алуминијума 19 година (Једерлиниц ет ал. 1990). Његов рендгенски снимак грудног коша открио је интерстицијску фиброзу. Анализа плућног ткива техникама електронске микроскопије показала је 1.3×10⁹ кристалних влакана по граму сувог плућног ткива, или десет пута више влакана од броја азбестних влакана пронађених у плућном ткиву од рудара хризотилног азбеста са азбестозом. Потребно је даље проучавање да би се утврдила улога кристалних влакана алуминијум оксида (слика 1) и плућне фиброзе. Овај извештај случаја, међутим, сугерише потенцијал за фибризацију када постоје одговарајући услови околине, као што је повећан проток ваздуха кроз растопљене материјале. И фазно-контрастна светлосна микроскопија и електронска микроскопија са рендгенском анализом дисперзије енергије треба да се користе за идентификацију потенцијалних влакана у ваздуху у радном окружењу и у узорцима плућног ткива у случајевима када постоје клинички налази у складу са пнеумокониозом изазваном влакнима.

Слика 1. Скенирајући електронски микрограф (СЕМ) влакана од алуминијум оксида.

Љубазношћу Т. Хестерберга.

Карбон/графитна влакна

Угљична смола, рајонска или полиакрилонитрилна влакна загрејана на 1,200°Ц формирају аморфна угљенична влакна, а када се загреју изнад 2,20°Ц формирају кристална графитна влакна (слика 2). Могу се додати везива од смоле да би се повећала чврстоћа и омогућило обликовање и машинска обрада материјала. Генерално, ова влакна имају пречник од 7 до 10 μм, али се варијације у величини јављају због процеса производње и механичке манипулације. Композити угљеник/графит се користе у индустрији авиона, аутомобила и спортске опреме. Изложеност честицама угљеника/графита величине удисања може се десити током процеса производње и механичком манипулацијом. Штавише, мале количине влакана величине удисања могу се произвести када се композити загреју на 900 до 1,10 °Ц. Постојећа сазнања о овим влакнима су неадекватна да дају дефинитивне одговоре о њиховом потенцијалу за изазивање штетних ефеката на здравље. Студије које су укључивале интратрахеално убризгавање различитих композитних прахова графитних влакана код пацова дале су хетерогене резултате. Три испитана узорка прашине су показала минималну токсичност, а два узорка су произвела конзистентну токсичност што се манифестује цитотоксичношћу за алвеоларне макрофаге и разликама у укупном броју ћелија из плућа (Мартин, Меиер и Луцхтел 1989). Кластогени ефекти су уочени у студијама мутагености влакана на бази смоле, али не и угљеничних влакана на бази полиакрилонитрила. Десетогодишња студија радника у производњи угљеничних влакана, који производе влакна пречника 8 до 10 мм, није открила никакве абнормалности (Јонес, Јонес и Лиле 1982). Док не буду доступне даље студије, препоручује се да изложеност угљичним/графитним влакнима величине удисања буде 1 влакно/мл (ф/мл) или ниже, и да се изложеност честицама композитних честица које се могу удахнути одржава испод тренутног стандарда за удисање прашине за досадна прашина.

Слика 2. СЕМ карбонских влакана.

Кевлар пара-арамидна влакна

Кевлар пара-арамидна влакна су приближно 12 μм у пречнику, а закривљена врпцаста влакна на површини влакана су мања од 1 мм ширине (слика 3). Влакна се делимично љуште од влакана и спајају се са другим фибрилима да формирају грудве које се не могу удисати. Физичка својства Кевлар влакна укључују значајну отпорност на топлоту и затезну чврстоћу. Имају много различитих употреба, служећи као средство за ојачање у пластици, тканинама и гуми, и као материјал за трење кочница у аутомобилима. Осмочасовни временски пондерисани просек (ТВА) нивоа фибрила током производње и примене у крајњој употреби креће се од 0.01 до 0.4 ф/мл (Мерриман 1989). Веома низак ниво Кевлар арамидна влакна се стварају у прашини када се користе у материјалима за трење. Једини доступни подаци о утицајима на здравље су из студија на животињама. Студије инхалације пацова које су укључивале временске периоде од једне до две године и излагање фибрилима при 25, 100 и 400 ф/мл откриле су алвеоларну бронхиоларизацију која је била зависна од дозе. Лагана фиброза и фиброзне промене алвеоларног канала такође су примећене при вишим нивоима изложености. Фиброза је можда била повезана са преоптерећењем механизама плућног клиренса. Тип тумора јединствен за пацове, цистични кератинизирајући тумор сквамозних ћелија, развио се код неколико испитиваних животиња (Лее ет ал. 1988). Краткорочне студије инхалације пацова показују да фибриле имају малу издржљивост у плућном ткиву и да се брзо чисте (Вархеит ет ал. 1992). Нема доступних студија о утицају излагања на људско здравље Кевлар пара-арамидна влакна. Међутим, с обзиром на доказе о смањеној биоперзистентности и с обзиром на физичку структуру Кевлар, здравствени ризици би требало да буду минимални ако се изложеност фибрилима одржава на 0.5 ф/мл или мање, као што је сада случај у комерцијалним применама.

Слика 3. СЕМ кевлар пара-арамидних влакана.

Силицијум карбидна влакна и бркови

Силицијум карбид (карборунд) је широко коришћен абразивни и ватростални материјал који се производи комбиновањем силицијум диоксида и угљеника на 2,400°Ц. Силицијум карбидна влакна и бркови—слика 4 (Харпер ет ал. 1995)—могу да се генеришу као нуспроизводи производње кристала силицијум карбида или се могу наменски производити као поликристална влакна или монокристални бркови. Влакна су углавном мањег од 1 до 2 μм у пречнику и крећу се од 3 до 30 μм у дужини. Бркови су просечно 0.5 μм у пречнику и 10 μм у дужини. Уградња силицијум карбидних влакана и бркова додаје снагу производима као што су композити са металном матрицом, керамика и керамичке компоненте. Изложеност влакнима и брковима може се десити током процеса производње и производње и потенцијално током процеса машинске обраде и завршне обраде. На пример, показало се да краткотрајна изложеност током руковања рециклираним материјалима достиже нивое до 5 ф/мл. Машинска обрада металних и керамичких матричних композита је резултирала осмочасовним ТВА концентрацијама излагања од 0.031 ф/мл и до 0.76 ф/мл, респективно (Сцансетти, Пиолатто и Ботта 1992; Бие 1985).

Слика 4. СЕМ влакана од силицијум карбида (А) и бркова (Б).

A.

B.

Постојећи подаци из студија на животињама и људима указују на дефинитиван фиброгени и могући карциногени потенцијал. Ин витро Студије културе ћелија миша које су укључивале бркове од силицијум карбида откриле су цитотоксичност једнаку или већу од оне која је резултат крокидолитног азбеста (Јохнсон ет ал. 1992; Ваугхан ет ал. 1991). Перзистентна аденоматозна хиперплазија плућа пацова је показана у субакутној инхалационој студији (Лапин ет ал. 1991). Студије инхалације оваца које су укључивале прашину силицијум карбида откриле су да су честице инертне. Међутим, излагање влакнима силицијум карбида довело је до фиброзног алвеолитиса и повећане активности раста фибробласта (Бегин ет ал. 1989). Студије узорака плућног ткива радника у производњи силицијум карбида откриле су силикотичне нодуле и гвоздена тела и показале да су влакна силицијум карбида издржљива и могу постојати у високим концентрацијама у плућном паренхиму. Радиографије грудног коша су такође биле у складу са нодуларним и неправилним интерстицијским променама и плеуралним плаковима.

Силицијум-карбидна влакна и бркови су удахнута по величини, издржљива и имају одређени фиброген потенцијал у плућном ткиву. Произвођач бркова од силицијум карбида поставио је интерни стандард на 0.2 ф/мл као осмочасовни ТВА (Беаумонт 1991). Ово је разумна препорука заснована на тренутно доступним здравственим информацијама.

Умјетна стаклена влакна

Умјетна стаклена влакна (ММВФ) се генерално класификују као:

1. стаклена влакна (стаклена вуна или фиберглас, непрекидна стаклена филамента и стаклена влакна специјалне намене)
2. минерална вуна (камена вуна и вуна од шљаке) и
3. керамичка влакна (керамичка текстилна влакна и ватростална керамичка влакна).

Процес производње почиње топљењем сировина са накнадним брзим хлађењем, што резултира производњом некристалних (или стаклених) влакана. Неки производни процеси дозвољавају велике варијације у погледу величине влакана, при чему је доња граница пречника 1 мм или мање (слика 5). Стабилизатори (као што је Ал₂O₃, ТиО₂ и ЗнО) и модификатори (као што су МгО, Ли₂О, БаО, ЦаО, На₂О и К₂О) може се додати да би се променила физичка и хемијска својства као што су затезна чврстоћа, еластичност, издржљивост и топлотни непренос.

Слика 5. СЕМ вуне од шљаке.

Камена вуна, стаклена влакна и ватростална керамичка влакна су по изгледу идентична.

Стаклена влакна се производе од силицијум диоксида и различитих концентрација стабилизатора и модификатора. Већина стаклене вуне се производи коришћењем ротационог процеса који резултира дисконтинуираним влакнима просечног пречника од 3 до 15 μм са варијацијама до 1 μм или мање у пречнику. Влакна стаклене вуне се везују заједно, најчешће фенол формалдехидним смолама, а затим пролазе кроз процес полимеризације топлотног очвршћавања. У зависности од производног процеса, могу се додати и други агенси, укључујући мазива и средства за влажење. Континуирани процес производње стаклених филамената резултира мањим одступањима од просечног пречника влакана у поређењу са стакленом вуном и стакленим влакнима посебне намене. Непрекидна стаклена влакна имају пречник од 3 до 25 μм. Производња стаклених влакана специјалне намене укључује процес фибризације пригушења пламена који производи влакна просечног пречника мањег од 3 μм.

Производња шљаке и камене вуне укључује топљење и фибризацију шљаке из металне руде и магматске стене. Производни процес укључује точак у облику посуде и процес центрифугирања точка. Производи дисконтинуирана влакна просечног пречника од 3.5 до 7 μм чија величина може да се креће у распону који се може удахнути. Минерална вуна се може производити са или без везива, у зависности од крајње употребе.

Ватростална керамичка влакна се производе кроз центрифугу на точковима или процес фибризације парним млазом користећи растопљену каолинску глину, глиницу/силицијум или глиницу/силицијум/цирконијум. Просечни пречници влакана крећу се од 1 до 5 μм. Када се загреју на температуру изнад 1,000°Ц, ватростална керамичка влакна могу се претворити у кристобалит (кристални силицијум диоксид).

ММВФ са различитим пречникима влакана и хемијским саставом се користе у преко 35,000 апликација. Стаклена вуна се користи у стамбеним и комерцијалним апликацијама за звучну и топлотну изолацију, као и у системима за обраду ваздуха. Континуирана стаклена филамента се користи у тканинама и као ојачавајућа средства у пластици, као што се користи у аутомобилским деловима. Стаклена влакна специјалне намене се користе у специјалним апликацијама, на пример у авионима, који захтевају високе карактеристике топлотне и звучне изолације. Камена и шљака вуна без везива користи се као дувана изолација и у плафонским плочама. Камена и шљака вуна са везивом од фенолне смоле се користи у изолационим материјалима, као што су изолациони покривачи и летве. Ватростална керамичка влакна чине 1 до 2% светске производње ММВФ-а. Ватростална керамичка влакна се користе у специјализованим индустријским апликацијама на високим температурама, као што су пећи и пећи. Стаклена вуна, непрекидна стаклена филамента и минерална вуна се производе у највећим количинама.

Сматра се да ММВФ имају мањи потенцијал од природних влакнастих силиката (као што је азбест) за стварање штетних ефеката на здравље због њиховог некристалног стања и њихове склоности ломљењу у краћа влакна. Постојећи подаци сугеришу да најчешће коришћени ММВФ, стаклена вуна, има најмањи ризик од штетних ефеката на здравље, затим камена и шљака, а затим и стаклена влакна специјалне намене са повећаном издржљивошћу и ватростална керамичка влакна. Стаклена влакна специјалне намене и ватростална керамичка влакна имају највећи потенцијал за постојање влакана која се могу удахнути јер су углавном мања од 3 мм у пречнику. Стаклена влакна специјалне намене (са повећаном концентрацијом стабилизатора као што је Ал₂O₃) и ватростална керамичка влакна су такође издржљива у физиолошким течностима. Континуиране стаклене филаменте су величине које се не могу удисати и стога не представљају потенцијални ризик по здравље плућа.

Доступни здравствени подаци су прикупљени из студија инхалације на животињама и студија морбидитета и морталитета радника укључених у производњу ММВФ. Студије инхалације које су укључивале излагање пацова два комерцијална изолациона материјала од стаклене вуне у просеку 1 μм у пречнику и 20 μм у дужини откриле су благи плућни ћелијски одговор који се делимично променио након прекида излагања. Слични налази су резултат студије инхалације на животињама врсте вуне од шљаке. Минимална фиброза је доказана код излагања животиња каменој вуни инхалацијом. Испитивања инхалације ватросталних керамичких влакана довела су до рака плућа, мезотелиома и плеуралне и плућне фиброзе код пацова и мезотелиома и плеуралне и плућне фиброзе код хрчака при максимално толерисаној дози од 250 ф/мл. При 75 ф/мл и 120 ф/мл, један мезотелиом и минимална фиброза су демонстрирани код пацова, а при 25 ф/мл, постојао је плућни ћелијски одговор (Бунн ет ал. 1993).

Може доћи до иритације коже, ока, горњих и доњих дисајних путева и зависи од нивоа изложености и радних обавеза. Иритација коже је најчешћи забележени ефекат на здравље и може довести до тога да до 5% нових радника у фабрици ММВФ напусти посао у року од неколико недеља. Настаје механичком траумом коже од влакана пречника већег од 4 до 5 μм. Може се спречити одговарајућим мерама контроле животне средине, укључујући избегавање директног контакта коже са влакнима, ношење широког кроја, одеће дугих рукава и одвојено прање радне одеће. Симптоми горњих и доњих респираторних органа могу се јавити у неуобичајено прашњавим ситуацијама, посебно у производњи ММВФ производа и апликацијама за крајњу употребу и у стамбеним окружењима када се ММВФ не рукује, не инсталира или поправља правилно.

Студије респираторног морбидитета, мерене симптомима, рендгенским снимцима грудног коша и тестовима плућне функције међу радницима у производним погонима генерално нису открили никакве нежељене ефекте. Међутим, текућа студија радника у фабрици за производњу ватросталних керамичких влакана открила је повећану преваленцију плеуралних плакова (Лемастерс ет ал. 1994). Студије на радницима у секундарној производњи и крајњим корисницима ММВФ-а су ограничене и отежане су вероватноћом збуњујућег фактора претходне изложености азбесту.

Студије смртности радника у фабрикама за производњу стаклених влакана и минералне вуне се настављају у Европи и Сједињеним Државама. Подаци из студије у Европи открили су свеукупно повећање смртности од рака плућа на основу националних, али не и локалних стопа смртности. Постојао је растући тренд рака плућа у кохортама стаклене и минералне вуне са временом од првог запослења, али не и са трајањем запослења. Користећи локалне стопе морталитета, дошло је до повећања морталитета од рака плућа у најранијој фази производње минералне вуне (Симонато, Флетцхер и Цхеррие 1987; Боффетта ет ал. 1992). Подаци из студије у Сједињеним Државама показали су статистички значајан повећан ризик од рака респираторних органа, али нису успели да пронађу везу између развоја рака и различитих индекса изложености влакнима (Марсх ет ал. 1990). Ово је у складу са другим студијама случаја контроле радника у фабрикама за производњу шљаке и стаклених влакана које су откриле повећан ризик од рака плућа повезан са пушењем цигарета, али не у мери изложености ММВФ (Вонг, Фолиарт и Трент 1991; Цхиаззе, Ваткинс и Фриар 1992). Студија морталитета радника у производњи континуираних стаклених филамената није открила повећан ризик од смртности (Сханнон ет ал. 1990). У Сједињеним Државама је у току студија смртности која укључује раднике на ватросталним керамичким влакнима. Студије морталитета радника укључених у производњу производа и крајњих корисника ММВФ-а су веома ограничене.

1987. године, Међународна агенција за истраживање рака (ИАРЦ) класификовала је стаклену вуну, камену вуну, вуну од шљаке и керамичка влакна као могуће карциногене за људе (група 2Б). Текуће студије на животињама и студије морбидитета и морталитета радника укључених у ММВФ ће помоћи да се даље дефинише сваки потенцијални ризик по здравље људи. На основу доступних података, здравствени ризик од излагања ММВФ-у је знатно нижи од онога што је повезано са изложеношћу азбесту и са становишта морбидитета и морталитета. Огромна већина студија на људима је, међутим, из производних погона ММВФ-а где се нивои изложености генерално одржавају испод нивоа од 0.5 до 1 ф/мл током осмочасовног радног дана. Недостатак података о морбидитету и морталитету код секундарних и крајњих корисника ММВФ чини мудрим да се контролише изложеност респиративним влакнима на или испод ових нивоа кроз мере контроле животне средине, радне праксе, обуку радника и програме заштите респираторних органа. Ово је посебно применљиво код излагања издржљивој ватросталној керамици и стаклу специјалне намене ММВФ и било којој другој врсти вештачких влакана која се могу удисати и која су издржљива у биолошким медијима и која се стога могу депоновати и задржати у плућном паренхима.

Назад