第四章:吸入性礦物粉塵對肺部的影響

5.肺部功能

5.1肺部功能測試

肺的主要功能是交換體外和體內間的氣體

5.2測試標準

肺功能測試的測試標準是由像American Thoracic Society (ATS) European Pulmonary Society (EPS) 這類專業的協會所制定的。這個標準的制定目的是要減少在實驗室的變化。

裝置性能標準:呼吸計量裝置的正確性取決於解析度(例:最小可發覺的流動)和線性的整體系統。

裝置的確認:呼吸計量裝置和其他的儀器一樣,需要時常的去調校到符合裝置性能標準。

品質控制:品質控制是很重要的,要確保是和標準一致的。

測量步驟:呼吸計量的測量變化至少要三次可接受的曲線。

可接受性:肺功能測試的標準,通常是使用ATS的標準最可以被接收。

再現性:利用標準的方式可以得到相同的結果。

肺容積得細分:

1.潮氣容積:呼吸週期中吸入或呼出的氣體量。

2.剩餘容積:在最大呼氣狀況下,還剩餘在肺內的空氣量。

3.肺活量:最大的吸氣容量。

4.總肺部容積:在最大吸氣的容量加上剩餘容積的總和。

5.3呼吸計量

呼吸計量是一個醫學的測試,是用來測個人吸氣及吐氣容積。呼吸計量主要是測量呼出的氣體體積和流率。

5.4支氣管擴張的原理

肺功能測試最好在支氣管擴張劑介入的前和後來測量。

5.5支氣管挑戰測試

氣喘是肺部的疾病1.氣管阻塞是可以自然恢復的,或治療後是可以恢復的。2.氣管對刺激物過度反應。3.氣管發炎。當一個人可能被評量為氣喘,是靠呼吸計量來判斷的。支氣管的過度反應不是氣喘的診斷特徵,但可以找出可能有氣喘。

5.6肺容積的測量

肺有幾種的表示方式:總肺部容積、肺活量和剩餘容積。有四種方式可以測量肺容積:身體體積變化掃瞄器、氮洗去法、氦稀釋技術和X光測量。

5.7肺擴散力檢查

測量一氧化碳擴散到微血管的量。

5.8肺功能異常的分類

解剖學和生理學有給予肺功能異常的特徵。妨礙呼吸定義為減少呼吸系統進入肺部的容積。限定呼吸為生理學上減低總肺部容積。

5.9X光檢查

可利用X光來檢查胸部內的肺部情況。其他用來檢查肺部的方式還有數位X光照相術、斷層攝影法、核磁共振法。

5.10國際勞工組織對塵肺症的分類

至少50年前,國際勞工組織對X光攝影法照出來的塵肺症有分類的指導方針。最嚴重的塵肺症是有大量的不透明小點。

6.肺的纖維化和發炎反應

6.1粉塵的沉積

肺病的發生是因為吸入礦物粉塵。礦物粉塵的特性也會影響沉積的部位。

6.2細胞的發炎反應

在第三章有提過,到氣管末端及到肺泡的粉塵可由巨噬細胞來排除。長期暴露在礦物粉塵下可能會使肺部纖維化。總結來說,石棉纖維或煤灰或矽粉塵沉積在呼吸到末端,像是細支氣管或肺泡會被肺泡的巨噬細胞所吞噬。

7.礦物粉塵導致的肺部疾病

7.1石棉

石棉在自然界會被產生,例如矽酸鎂纖維。在使用石棉產品大約20年後,在法國有一個石棉紡織工人被報導有肺部纖維化。

7.1.1石棉的礦物學

石棉有特殊的水晶結構,產生長且細的纖維,具有高張力和彈性。大約有95%的石棉使用於美國。

7.1.2石棉的產品及使用

石棉的產品從19世紀末期到1976年大約生產了5708000噸。石棉的物性為1.很好的絕緣體2.彈性好3.不燃性4.高張力5.耐腐蝕

7.1.3職業暴露和暴露極限

大部分的石棉暴露是因為職業所造成,特別是在工業化國家,潛在的石棉暴露是相當大的。主要的石棉暴露是發生在挖石綿礦的工人身上。次要的暴露為在工業上廣泛使用含有石棉的產品或接觸那些產物。在歷史上,曾經石棉的職業暴露高達100fibers/cm3,雖然一般都是控制在2~20fibers/cm3

7.1.4和石棉有關的呼吸疾病

石棉最主要的毒性影響是石綿會造成呼吸系統引起肺部纖維化、肺癌和使肺部間隔變小。留在肺中的石棉纖維通常會引起發炎反應,使肺泡的巨噬細胞累積在肺部。

7.1.4.1和石棉有關的胸膜疾病

一般常見和胸膜有關的疾病是肋膜炎。胸膜的血小板會增加,在胸膜的腔壁或間隔膜的間皮會有白、透明的不規則角質纖維變性(纖維化),是肺部表面纖維化的疾病。肺陷落,是一種因為石棉引起的胸膜疾病,由胸膜腔壁和肺臟表面的創傷疤痕,造成肺組織的倒塌。

7.1.4.2石棉塵肺症

石棉塵肺症是一種肺部纖維化的疾病,因為吸入、沉積在肺所引起對石棉的反應。兩個臨床上最明顯的發現是努力呼吸困難、吸氣聲或聽診時有異樣的聲音。用來診斷石棉塵肺症,胸部X光是最主要的診斷工具。診斷石棉塵肺症有好幾個標準。因為石棉造成的肺部纖維變性通常會限制肺的型態。如果在石棉塵肺症的初期就有醫療介入的話,這肺病就不會變的更複雜。

7.1.4.3肺癌

1930年代,有很多的臨床報告自英國、德國和美國發表,而美國是第一個懷疑石棉是和肺癌有關的國家。和石棉有關的腫瘤和其他致癌物引起的腫瘤是相似的,除了石棉會引起肺部纖維化之外。

7.1.4.4惡性間皮瘤

間皮瘤是罕見的惡性瘤,會在肋膜變大而使腹膜變小。惡性間皮瘤相當少會發生,在北美大約每百萬人中會有2人會發生。所有形式的石棉纖維都會造成間皮瘤。惡性間皮瘤主要發生在5070歲的男性。

7.2其他的矽酸鹽礦物

地球上最豐富的兩個元素就是矽和氧,這兩種元素的化合物就是二氧化矽(SiO2)。很多矽酸鹽礦物會附在石棉(溫石棉、青石棉)和水晶矽上,導致肺癌、呼吸系統癌症和其他呼吸方面的健康問題。

7.2.1纖維的矽酸鹽

7.2.1.1

Attapulgite and sepiolite 常見於palygorskites 纖維,鋁鎂黏土通常包含了大量的鋁、鎂和鐵。研究attapulgite這個致癌物發現attapulgite在地質學上的起源和礦物特性有很大的不同。

7.2.1.2矽礦石

矽礦石是自然發生的單鈣矽酸鹽,是透明針狀的水晶,一般的纖維型態比率介於320。矽礦石的長期動物試驗指出矽酸鹽是低的致癌物和潛在的纖維化物質。

7.2.1.3沸石

沸石是含水的鋁矽酸鹽,可以交換陽離子。沸石有幾個重要的特性,包括可逆的選擇性和有離子交換的能力。合成的沸石不是致癌物和纖維化物質。

7.2.2潛在的纖維混合礦物

7.2.2.1蛭石是地質學上的名字,是非纖維、含水的、含有鐵與鎂、鋁的矽酸鹽。

7.2.2.2滑石是層狀、含水的鎂矽酸鹽的化學混合物。滑石不會包含在石棉、水晶矽混合物中,滑石可能會導致肺炎。

7.2.2.3金屬礦物的沉澱

蛇紋石和角閃石石棉可能包含了很多的金屬礦物,包括銅、金、鉛、銀、鎢、鋅和銫。

7.2.3非纖維狀的矽酸鹽

7.2.3.1.火山灰風化的膠狀黏土

Bentonite是火山灰玻璃結晶化的黏土沉積在環境中。

7.2.3.2雲母

雲母是含水的鋁矽酸鹽,雲母的扁平狀構造和滑石是很相似的。

7.2.3.3地球上的矽藻土

現在地球上的矽藻土是由百萬年前的矽藻骨骸凝固所組成的。

7.2.3.4高嶺土

高嶺土是非纖維的含水矽酸鋁,是陶土。工人暴露高嶺土可能導致肺炎。

7.2.3.5火山灰

火山灰是由火山爆發所產生的氣膠。

7.2.3.6長石

長石是由很多礦務所組成的火成岩。

7.3煤灰

7.3.1暴露

挖掘煤礦的工人會暴露在煤灰之中。

7.3.2生理學上的疾病

煤最常引起的肺部疾病是煤礦工人肺炎或叫CWP。累積大量的損害可在受到煤灰暴露的工人上找到。除了肺部斑點變化外,煤灰也常導致肺氣腫。

7.3.3煤工人肺炎

1960年代的研究發現46%的煤礦況工有CWP。黑肺通常是用來描述因為煤灰曝露所造成的肺部疾病。依據國際勞工協會的分類系統,有CWP的工人可以被分為123類的疾病。

7.3.4巨大的纖維化

一再的暴露煤灰(特別是高濃度>2mg/m3和過多的煤),礦工可能由單純的CWP變成巨大的纖維化(PMF)。比較單純CWP的症狀或生理學上的異常,有PMF的勞工會咳嗽、有痰、呼吸短促和胸痛。PMF的生理學改變包括了減少肺容積、減低氣體的運輸和交換。由CWPPMF及其他灰塵暴露所引起的肺炎是沒有辦法治療的。

7.3.5阻塞性肺病

除了CWPPMF會導致肺炎之外,煤灰也會導致阻塞肺部的疾病產生。

7.4矽晶體

7.4.1暴露

矽或二氧化矽有凝固及游離的狀態。和其他的灰塵相比,勞工曝露在矽之中的風險和暴露時間及濃度有關。有一個在南Dakota的研究指出,挖金的礦工暴露在0.09mg/m3  45年會增加47%得到矽肺症的機會。煤灰和石棉纖維引起肺病最短也要1520年,但矽肺症可在幾年內發生。

7.4.2生理學上的疾病

由矽引起的疾病會引起矽小結。假如是由煤灰引起的小結是會聚集在肺的上半部。

7.4.3慢性的矽肺症

慢性或傳統的矽肺症是要暴露在游離矽15~20年或更長的時間才會發生。由矽所引起的肺病症狀是有小結產生(小於5mm),只會對身體有很小的影響。如果小結連起來變成一大群(大塊且不透明,直徑大於10mm)就可能會變成PMF

7.4.4加速的矽肺症

暴露在高濃度的結晶矽5~10年所發生矽肺症的病理變化可由X光照相的變化看出。

7.4.5急性矽肺症

如果吸收極高濃度的結晶矽,疾病可以在幾個月或1~2年內發生。

7.4.6結核病

矽的存在和肺的細菌傳染包括肺結核的關係,已經被知道很多年了。

7.4.6阻塞性肺病

矽除了會引起纖維化外,也會引起慢性阻塞性肺病(COPD)

7.4.8矽粉塵引起的肺癌

199610月,國際癌症研究中心(IARC)把矽歸類為GROUP(已知的人類致癌物),推論矽是有足夠證據的人類致癌物。

7.4.9持續性的系統硬化症

矽不只會造成呼吸系統的疾病(矽肺症、阻塞性肺症和肺癌),同時也可能造成持續性系統硬化症或硬皮症。

7.4.10比較矽和煤灰所引起的肺部疾病

煤灰引起的肺部疾病和矽引起的肺部疾病是很相似的。儘管煤灰和矽引起的肺部疾病是很相似的,但還是有幾點不同。