Вредна ли для здоровья базальтовая вата: Вред базальтовой ваты для здоровья

Содержание

Вред базальтовой ваты для здоровья

Содержание   

Базальтовая вата и эковата представлена в виде теплоизоляционного материала, при создании которого применяются добытые горные базальтовые породы.

Сам базальт – это магма, которая застывает на поверхности земли и содержит в себе различные горные породы. В настоящее время это вид утеплителя применяется практически повсеместно.

Базальтовая вата — наиболее популярный теплоизоляционный материал

Базальтовая вата негорючая, обладает низкой теплопроводностью и высокими теплоизоляционными характеристиками. Но обратная сторона медали – это вред для здоровья человека, который может быть нанесен этим материалом.

1 Так ли вредна современная базальтовая вата?

Сейчас немалое количество людей волнует вопрос о том, способна ли нанести вред здоровью базальтовая вата? Ниже мы рассмотрим возможные опасности и вредность для здоровья такого материала, как плиты базальтовой ваты.

Актуальность этого вопроса, прежде всего, связанна с тем, что представленный утеплитель сейчас активно применяется как тепло- и звукоизоляционный материал в отраслях городского и частного строительства.

Это значит, что с материалом так или иначе контактирует немалое количество людей, потому вред от такого утеплителя может носить массовый характер.

Объективно, несмотря на большое количество заявления о вредности, плиты базальтовой ваты(плиты Rockwool Wired Mat 80, например)  вполне можно признать материалом, обладающим определенной степенью экологической безопасности.

Даже если принять во внимание многочисленные факторы риска, современная базальтовая вата намного безопасней, чем, к примеру, материал предыдущего поколения – стекловата.

Но, справедливости ради, стоит отметить, что вред данной разновидностью утеплителя может быть нанесен. Здесь основной критерий – это качество исполнения материала.

Вредность повышена у тех базальтовых утеплителей, плиты которых стоят очень дешево. Как правило, в процессе их производства технология соблюдается не очень досконально, что приводит к тому, что некачественное изделие обретает вредность. Стоит отметить, что базальтовая вата отличается такими качествами, как:

Базальтовая вата — это волокнистый материал

  • Низкая теплопроводность;
  • Негорючесть как и у утеплителя Изба;
  • Продолжительный эксплуатационный срок;
  • Высокие показатели звукоизоляции.

Наряду с этими свойствами при несоблюдении техники безопасности и использовании дешевых аналогов базальтовой ваты вред здоровью рабочих-строителей может быть нанесен.

Это связанно тем, что с данным веществом при выполнении монтажа приходится контактировать практически постоянно.

Все дело в том, то некоторые базальтовые плиты не имеют достаточной степени прочности. Это приводит к тому, что волокна из такой плиты с легкостью отделяются и попадают под спецодежду и в дыхательные пути. Последствия могут быть следующими:

  • Поражение органов дыхания;
  • Возможные онкологические осложнения;
  • Зуд на кожных покровах;
  • Раздражение слизистой глаз;
  • Вред от фенольных смол., особенно если стоит каменная теплоизоляция Изобокс

Те виды утеплительной базальтовой ваты, которые отличаются высоким качеством, практически не могут нанести вред жизни и здоровью человека.

Это связанно с высокой прочностью материала, что сводит к минимуму попадание частиц, способных нанести вред на кожу или в верхние дыхательные пути.

Базальтовая вата (3кг)

Исходя из этого, можно сделать вывод о том, что вред той базальтовой ваты, которая была произведена кустарным способом, очевиден.

Это обусловлено тем, что при ее производстве используются крайне некачественные исходные материалы и конечный утеплитель едва ли соответствует установленным нормам и стандартам качества.

Для того чтобы представленный материал не наносил вреда здоровью следует использовать только высококачественные и подвергшиеся сертификации образцы.

к меню ↑

1.1 Попадание волокон базальтового утеплителя в легкие человека

Сейчас имеется достаточно распространенное мнение о том, что волокна базальтовой ваты и прошивных матов из минеральной ваты могут нанести большой вред в том случае, когда попадают в легкие.

Как правило, это утверждение справедливо можно посчитать правдоподобным в случае проведения работ с низкокачественными аналогами материалов.

Имея очень низкий показатель прочности, волокна базальта с легкостью отделяются от общей массы. Это приводит к тому, что воздух в пределах проведения области монтажных работ насыщается взвешенными вредоносными частицами.

Строительная базальтовая вата не может причинить большое количество вреда, если будет находиться вне дома. Но, при вдыхании воздуха рядом с этим утеплителем, со временем в легких происходит накопление изрядного количества частиц базальтового волокна.

В некоторых случаях это может привести к формированию кист, которые способствуют интенсивному развитию вредоносных бактерий.

Есть вероятность того, что в кистах, спровоцированных вдыханием частиц базальта, могут возникнуть трематоды, что приведет к их малигнизированию, связанному со злокачественными новообразованиями.

Базальтовая вата ИЗБА

Многие люди, у которых диагностировали твердые опухоли в легких, непроизвольно вдыхали асбест, либо частицы минваты.

Частицы материала очень мелкие и довольно острые, они, при вдыхании, с легкостью проходят и задерживаются в тканях легких, имплантируются там и оседают в клетках.

При продолжительном вдыхании, мембраны в легких получают хронические повреждения. Это в свою очередь влечет за собой нехватку ферментов.

Из-за длинной игольчатой структуры волокон базальтовой ваты, при их попадании в дыхательные пути легким наносится раны, которые со временем рубцуются.

Рубцы могут перейти на стадию опухоли. Современные высококачественные базальтовые утеплители демонстрируют весьма неплохие эксплуатационные характеристики и, в большинстве случаев, не допускают попадания волокон в легкие и на поверхность кожи человека.

Это относится к сертифицированной и подвергшейся проверкам продукции, которая отличается высокой прочностью своей структуры.

к меню ↑

1.2 Вредоносные испарения от соединяющих элементов

Известно, что при производстве базальтовой ваты используются те типы смол, которые в своем составе имеют такие опасные химические соединения, как фенол и производные формальдегида. Эти элементы играют роль связующих между собой волокна веществ.

Такие соединение действительно представляют собой опасность для жизни и здоровья человека. Если в процессе производства базальтового утеплителя были соблюдены все необходимые условия технологического процесса и при этом применялись высококачественные элементы сырья, то материал не способен будет нанести вред.

В изготовленном теплоизоляторе производные фенолформальдегидных смол будут находиться в состоянии связанности между собой.

Базальтовая вата упаковка 3 кг

В такой консистенции они не способны нанести вред человеку или окружающей среде. Если в производстве используется низкокачественное сырье и продукция изготавливается кустарным способом, то в продажу поступает та разновидность теплоизоляционного материала, которая не будет соответствовать установленным нормам.

В ее составе могут находиться вредоносные примеси. Важно при выборе базальтовой ваты приобретать только сырье высококачественной разновидности, которое имеет соответствующие сертификаты соответствия.

к меню ↑

2 Техника безопасности и первая помощь

При монтаже базальтовой ваты(утеплителя Эковер, например) важно беспрекословно соблюдать ряд строгих правил безопасности и мер предосторожности.

Это обусловлено тем, что при попадании частиц утеплителя на слизистые оболочки или открытые участки кожи, возникает нестерпимое жжение.

Покраснения в разных местах и зуд. Дело в том, что такие микроволокна довольно трудно смыть из-за того, что они моментально забиваются в трещины и поры.

Важно помнить о том, что те микрочастицы, которые проникли в легкие, могут спровоцировать серьезные заболевания дыхательных путей. С целью избегания таких печальных для здоровья последствий нужно заранее перед выполнением работ обзавестись:

  • Профессиональными очками;
  • Респиратором;
  • Защитными перчатками;
  • Спецкостюмом.

После завершения работ, связанных с установкой или транспортировкой базальтовой ваты, одежду, которая использовалась, следует выбросить.

Базальтовое супертонкое волокно (БСТВ)

Это связанно с тем, что она будет очень насыщенна базальтовыми волокнами и пылью. В том случае, если волокно случайно попало на поверхность кожи, не рекомендуется чесаться.

Это приведет к тому, что мелкие частицы материала проникнут еще глубже в поры кожи. Если утеплитель попал на волосы головы его нужно с высокой степенью аккуратности стряхнуть над поверхностью ванны.

Воду при этом использовать нельзя. При встряхивании глаза нужно плотно сомкнуть. После работы принимается холодный душ, желательно обладающий сильным напором.

Применять какие-либо моющие средства категорически запрещено. Нельзя использовать горячую воду и мочалку. После душа нельзя обтираться полотенцем также запрещено.

Необходимо дать воде стечь и высохнуть, после чего принять душ, но уже используя при этом мыло. Если частицы вещества случайным образом попали в глаза, то их немедленно стоит промыть с помощью холодной воды, которая находится под большим напором.

Если вещество попало в легкие и в течение нескольких дней наблюдается непрекращающийся кашель, то нужно обратиться за помощью к квалифицированному врачу.

На современном строительном рынке сейчас имеется множество высококачественных материалов, которые способствуют быстрому и основательному выполнению всех видов утеплительных работ.

Главное при этом – надлежащий уровень безопасности при монтаже. Нужно внимательно относиться к выбору таких утеплителей и предпочтение отдавать только прошедшей проверку и сертифицированной продукции.

к меню ↑

2.1 Производство сертифицированной базальтовой ваты (видео)

Базальтовая вата вредна для здоровья или нет?

Задумывая строительство нового или утепление старого дома, любой домовладелец думает, прежде всего, об удобстве и безопасности своей семьи.

Главный вопрос, встающий перед ним – о безопасности строительных материалов для здоровья проживающих. Первым под обсуждение подпадают теплоизоляторы, в частности, утеплители на минеральной основе – так ли базальтовая вата вредна для здоровья? Чтобы разобраться в этом вопросе, рассмотрим технологию изготовления, состав материала, тонкости процесса укладки и поведение теплоизоляции в процессе эксплуатации.

Технологический процесс производства

Сырьем для минеральных утеплителей служат горные породы базальт и габбро, образованные при вулканической деятельности. Технология производства материала заключается в плавке дробленого камня с одновременным раздувом газовым потоком с высокой температурой. В результате образуются тончайшие и упругие нити, которые с помощью не содержащего фенол клея превращают в базальтовое волокно для производства плит или матов.

Так как в процессе производства тончайшие нити могут ломаться и попасть в дыхательные пути и на слизистые оболочки, персонал работает в защитных костюмах, перчатках, очках и респираторе.

Состав материала

Базальтовый утеплитель экологичен, так как не загрязняет природу вредными выделениями. Процент содержания камня в утеплителе – 97%. Связующее вещество базальтового утеплителя не содержит фенола, чем грешили минеральные теплоизоляторы предыдущего поколения – минвата и стекловата. Отсутствие в составе плит горючих соединений придает материалу огнестойкость – он не горит и не поддерживает горения.

Но если все так хорошо, на основании чего возник миф о том, что каменная вата (второе название утеплителя из базальтовых пород) вредна для здоровья? Все дело в зачастую невидимой глазу пыли из частиц базальтового волокна: как вещество минерального происхождения они инертны, а, значит, не выводятся организмом. Оседая в легких, попадая на слизистые оболочки или кожу, частицы базальтового волокна способны вызвать:

  1. Поражение органов дыхания.
  2. Зуд кожи.
  3. Раздражение слизистых, ̶ которые постепенно могут привести к онкологическим заболеваниям.

Тонкости процесса укладки

Материал чаще всего применяют для наружного утепления зданий в штукатурных и вентилируемых системах. Если при оштукатуривании доступ воздуха к утеплителю закрыт, то в системе «вентилируемый фасад» воздушная прослойка играет большую роль – с ее помощью происходит удаление конденсата с поверхности плит.

Когда утепляют здание значительной высоты, воздушный поток внутри вентзазора приобретает значительную скорость. Так как материал пористый, нити в нем расположены хаотично и ничем не скреплены, постепенно происходит разрушение слоя утепления.

Предотвратить выветривание утеплителя можно, используя плиты с кашированной поверхностью, или защищая его специальным материалом — супердиффузионной мембраной.

При выполнении утепления также должны соблюдаться правила техники безопасности – защита персонала спецодеждой, и индивидуальными средствами (респиратор, очки, рукавицы).

Поведение материала в процессе эксплуатации

Проживание в доме, утепленном базальтовой ватой с соблюдением технологии и рекомендаций производителя, не принесет никаких проблем: защищенный влаго- и паропроницаемыми мембранами, утеплитель не выделяет ни вредных веществ, ни пыли, способных нанести вред для здоровья.

Однако все сказанное выше, относится только к сертифицированным материалам от известных производителей. Недобросовестные изготовители некачественных подделок продают материалы, не соответствующие нормативам:

  • содержат фенол в количестве, значительно превышающем ПДК, установленное санитарными нормами;
  • с низкой прочностью, приводящей к оседанию и выветриванию утеплителя в вертикальных и наклонных конструкциях;
    выделяют большое количество пыли.

Недобросовестные строители вредят репутации базальтовой ваты: несоблюдение технологии выполнения конструкций, отсутствие в системе «вентфасад» защитных мембран, закупка вместо сертифицированного утеплителя дешевой ваты, произведенной в кустарных мастерских, приводит к разрушению утеплителя. В результате жильцы таких домов вынуждены вдыхать опасные для здоровья острые частицы каменной ваты.

Меры предосторожности

Поскольку микроскопические частицы каменной ваты, как инертный материал, невозможно вывести из организма, а спровоцировать они могут серьезные онкозаболевания, единственный способ не навредить здоровью при работе с ним – строгое соблюдение техники безопасности и работа в защитной одежде, включающей:

  • спецодежду;
  • респиратор;
  • защитные очки;
  • рукавицы.

По завершении работы по укладке, транспортировке и монтировании материалов из каменной ваты комплект защитной одежды утилизируют, так как она будет покрыта пылевидным базальтовым волокном.

Если при работе каменная вата попала на кожу или слизистые, чтобы волокна не проникли вглубь, нельзя чесаться. С волос пыль стряхивают над поверхностью воды при плотно зажмуренных глазах. Необходимо принять прохладный душ под сильным напором воды, при этом запрещено применять моющие средства, мочалки, а затем вытираться полотенцем.

После того, как тело обсохнет, повторно принять душ, уже с моющим средством. Если пыль попала в глаза – промыть их струей холодной воды под давлением. При кашле, возникшем после работы с утеплителем, и не прекратившемся в течение пары дней, требуется обращение в лечебное учреждение.

Меры предосторожности – главная защита от возможного негативного влияния на здоровье при работе с каменной ватой.

Подведение итогов

Так, в чем вредность для здоровья утеплителя «каменная вата»? Основное негативное влияние может оказать микроскопическая пыль базальтового волокна. Предотвратить ее попадание на кожу, слизистые и дыхательные пути при работе поможет защитная одежда и соблюдение правил безопасности, при эксплуатации – грамотная конструкция системы утепления, в обоих случаях – закупка качественного материала у сертифицированного производителя.

Насколько вредна каменная (базальтовая) вата для здоровья

Каменной (базальтовой) ватой часто называют материалы, не имеющие к ней отношение, путая свойства и характеристики. На самом деле, базальтовый утеплитель — это ни что иное, как полученный в условиях повышенной температуры и особого смешивания компонентов экологически чистый материал в основе с горными породами.

Изолятор выпускают в разных формах, начиная от плит и заканчивая матами. Влияние на здоровье человека утеплитель имеет, но о серьезной угрозе можно говорить лишь в определенных случаях.

Что входит в состав теплоизоляции?

Для изготовления базальтовой ваты используют горные породы базальтовой группы. Плавят их при температуре от 1500 градусов Цельсия в специально оборудованных печах, после чего разделяют на отдельные волокна мощным потоком воздуха, смешивают со связующими и водоотталкивающими компонентами.

Готовый утеплитель прессуют в единый ковер для придания ему необходимых показателей плотности. В роли связующих чаще всего выступают синтетические вещества. К ним относят:

  • карбамидные смолы;
  • фенолоспирты;
  • фенолоформальдегидные смолы.

Дополнительно в состав утеплителя на основе базальтовой ваты включают бентонитовые глины и битум.

На финишном этапе производства каменной ваты, о вреде которой слухи часто преувеличивают, ее нарезают на маты, плиты или рулоны с определенными параметрами, пакуют в герметичные упаковки.

Особенности состава как основной недостаток утеплителя

Для теплоизоляции из каменной ваты характерны определенные недостатки. Именно они вызывают бурю недоверия у пользователей, уверенных во вреде материала для здоровья человека.

Стоит отметить, что ни о каком вреде каменной (базальтовой) ваты в чистом виде речь не идет. Изготовленная на основе натуральных горных пород, она является абсолютно безвредной. Тем не менее, о некоторой вредности утеплителя для здоровья все же стоит задуматься и связана она с добавками, включенными в состав для улучшения свойств и характеристик материала.

Для производства утеплителя из минеральной ваты в обязательном порядке используют фенолформальдегидные смолы, способные выделять вредные летучие вещества. Даже в незначительном количестве они могут стать причиной нанесения вреда здоровью человека с такими симптомами отравления, как слабость, головная боль, кашель и даже рвота.

Формальдегидные смолы токсичны, способы вызывать аллергические реакции кожи, представляют определенную вредность для внутренних органов, ставят под угрозу здоровье дыхательных путей, слизистых оболочек.

Входящие в состав смолы фенола, не представляют какой-либо опасности из-за мизерного количества. Более того, считая их вредными, многие ведущие производители перестали включать добавки в состав базальтовой ваты.

Пыль и волокна — еще одна причина задуматься о целесообразности использования утеплителя из базальтовой ваты. Пыль опасна, так же, как и волокна каменной ваты, которые попадут в воздух и на кожу человека во время проведения монтажа. В тендеме они способны стать причиной проблем со здоровьем с проявлением:

  • кашля;
  • отдышки;
  • чихания и более серьезных проблем в случаях аллергической непереносимости.

О серьёзном вреде здоровью человека можно говорить при использовании некачественных утеплителей на основе минеральной (базальтовой) ваты с добавками неясного происхождения.

Пытаясь удешевить конечный продукт, некоторые производители не стесняются добавлять в состав дешевые и непроверенные примеси (в том числе и отходы металлургической промышленности), заменяя ими чистые и экологичные базальтовые породы. Результатом таких сомнительных экспериментов становится не гарантирующий безопасного использования состав утеплителя.

Как влияют составляющие теплоизоляции на здоровье: к чему быть готовыми

Наибольший вред здоровью несут попадающие в воздух отдельные частицы материала. Опускаясь в легкие человека, они имеют свойство накапливаться, рано или поздно вызывая процесс образования кисты, в свою очередь способный привести к развитию вредоносных микроорганизмов. Опасна ли киста? На самом деле более чем, так как может повлечь за собой развитие злокачественных опухолей.

Известны случаи, когда исследования показывали, что в организме людей, продолжительное время вдыхающих примеси базальтового утеплителя, были обнаружены злокачественные новообразования.

Техника безопасности — основные рекомендации по работе и выбору материала

Чтобы не допустить нанесения вреда утеплителем в основе с каменной ватой здоровью в процессе монтажа, следует соблюдать элементарные меры предосторожности. Крайне важно защитить слизистые и кожу от контакта с частицами материала специальной одеждой с длинными рукавами, респиратором, защитными очками и перчатками.

Если контакта избежать не удалось, во избежание еще большего вреда, пораженные участки срочно промывают проточной водой. Проблема в том, что если с кожи частицы волокон смыть можно, хотя и не так просто, то попавшие в легкие элементы осядут на их поверхности. Именно поэтому так важно не пренебрегать правилом использования респиратора.

Не менее важный момент — выбор утеплителя из минеральной (базальтовой) ваты. Чтобы застраховаться от последствий использования некачественной продукции с вредными примесями, нужно выбирать изделия от проверенных поставщиков, готовых предоставить сертификаты качества.

Достойными уважения считаются производители Rockwool, Knauf, Leinrok и Teplit и некоторых других. Продукция, выпускаемая под этими марками, имеет безупречную репутацию и не принесет серьезного вреда здоровью человека при соблюдении правил монтажа и эксплуатации.

Насколько базальтовая вата вредна для здоровья

Базальтовая вата – это один из самых популярных теплоизоляционных материалов, который используется при строительстве жилых домов. И, конечно, многих интересует вопрос, правда ли, что базальтовая вата вредна для здоровья людей, которые работают с ней и, которые будут проживать в доме.

В нашей статье мы постараемся максимально раскрыть вопрос и рассказать об основных ее характеристиках.

Мифы о базальтовой вате

Базальтовая вата применяется при строительстве домов в качестве теплоизоляционной и звукоизоляционной прослойки.

Но существуют некоторые мифы, утверждающие, что базальтовая вата вредна для здоровья.

Итак, рассмотрим некоторые из мифов:

  1. Ее волокна могут попасть в легкие человека и нанести ему вред. Но не стоит путать базальтовую вату со стекловатой. Стекловата характеризуется низкой прочностью, ее волокна очень легко отделяются и действительно могут попасть на кожу или проникнуть в легкие человека. Базальтовая вата отличается высокой прочностью и попадание ее волокон или частиц в организм человека исключено.
  2. Существует еще один миф, который говорит о том, что испарения от базальтовой ваты могут пагубно влиять на здоровье людей, работающих с этим материалом. С чем связано такое мнение? Скорее всего, связывают его с процессом изготовления.

В процессе изготовления теплоизоляционной базальтовой ваты используется специальный связующий элемент – смола, содержащая в себе опасные вещества, которые постепенно испаряясь, наносят человеку вред. Именно поэтому не все признают этот материал — базальтовый утеплитель, вредность, которую он наносит, считают опасной для здоровья.

Но если использовать только высококачественное сырье, при производстве которого были соблюдены все правила, нормы и стандарты технологического процесса, то возможное нанесение вреда человеку исключено.

Это связано с тем, что при четком соблюдении правил процесса изготовления, смола остается только как связующее звено и никаких вредных испарений от нее не исходит.

  1. Аналогичный миф, что базальтовая вата вредна для здоровья, существует и касательно окружающей среды. Точно также как в случае с человеком, так и с экологией, если использовать качественные материалы, то никакого вреда базальтовая вата для окружающей среды не несет и никаких вредных испарений и токсинов в воздух не выбрасывает.

Как обезопасить себя от покупки некачественного материала

Хоть мы и развеяли некоторые мифы, но существует риск того, что базальтовая вата вредна для здоровья человека. Речь идет о некачественных материалах, изготовленных с помощью кустарного производства.

Для того чтобы избежать приобретения такого материала, нужно изучить этот вопрос, получить консультацию специалистов и не гнаться за дешевизной.

На строительных рынках можно встретить дешевое некачественное сырье, которое не соответствует установленным нормам и стандартам. Такой материал содержит в себе вредные примеси и действительно может быть опасен для человека.

Хорошую, качественную базальтовую вату лучше всего покупать на проверенных и зарекомендовавших себя с положительной стороны строительных точках. При выборе, необходимо обращать внимание на производителя и стоимость материала.

Лучше переплатить и получить качество, чем приобрести дешевое, но некачественное сырье.

Важно помнить, что фирмы, которые занимаются реализацией строительных материалов, всегда должны иметь сертификаты на свою продукцию и по первому требованию предоставлять их покупателю.

На что обратить внимание при приобретении базальтовой ваты

Чтобы не ставить свое здоровье под угрозу, перед покупкой теплоизоляционного материала базальтовой ваты, необходимо обратить внимание на следующие моменты:

  • производитель материала. Пусть это будет известная и дорогая марка, очень хорошими производителями этого материала можно назвать немцев;
  • обратите внимание на плотность материала. Чем плотность ваты выше, тем вата дороже и качественней;
  • Цена. Не нужно соблазняться низкой стоимостью материала, это и бывает показателем его низкого качества;
  • Попросите продавца предъявить сертификат качества на его продукцию, это также может уберечь вас от покупки некачественного материала.

Перед тем, как выбирать в качестве утеплителя базальтовую вату, желательно изучить все ее особенности, узнать самых известных производителей и добросовестных продавцов строительных материалов.

Это поможет уберечь как здание, так и здоровье людей, которые будут в нем проживать.

Вредна ли базальтовая вата


Утеплитель из базальтовой ваты появился на отечественном рынке не так давно, но завоевал популярность благодаря высокой степени теплоизоляции и невысокой цене.
Правда, у потребителей часто возникают вопросы относительно вреда данного материала. Попробуем ответить на этот вопрос.

Пока не найдено ни одного доказательства того, что базальтовая вата может нанести вред здоровью человека, как работающего с ней, так и того, который живет в утепленном помещении. Она намного более безопасна, чем утеплители, которые применялись ранее (например, стекловата).

Стекловата была отличным материалом с точки зрения пользователей, поскольку она не горит, обладает низкой теплопроводностью, но она существенно вредит здоровью дыхательной системы тех, кто занимается ее монтажом. Волокна базальтовой ваты отлично скреплены между собой и не отделяются так легко, поэтому работникам не стоит беспокоиться о своем здоровье.

Для скрепления волокон базальтовой ваты между собой используется специальная смола на основе фенолов и формальдегидов – высокотоксичных веществ, способных легко испаряться и становиться причиной множества заболеваний. Правда, в том случае, если технологический процесс не нарушен и производство велось согласно техническим нормам, с использованием высококачественного сырья, эти вредные вещества будут находиться в связанном состоянии и не смогут стать причиной болезней.

Естественно, что в противном случае, если базальтовая вата изготовлена народными умельцами, ни о каких технологических нормах и речи быть не может, поэтому очень важно при покупке потребовать сертификат качества у продавца. Также должна насторожить и заниженная цена изделия.

Следовательно, чтобы полностью исключить риск нанесения вреда здоровью человека при работе с базальтовой ватой, а также в процессе ее использования, нужно пользоваться только качественным продуктом, приобретенным у проверенного поставщика.

Вредность базальтовой ваты

Базальтовая вата – это теплоизоляционный материал, для изготовления которого используются базальтовые горные породы. Базальт представляет собой магму, застывшую на поверхности земли, состоящую из разных горных пород. Сегодня очень распространено утепление базальтовой ватой, так как она не горит, имеет низкую теплопроводность, обеспечивает высокий уровень теплоизоляции. Также не менее важным фактором, который влияет на выбор именно этого материала, является доступность цены. Кроме этого следует отметить, что он оправдывает соотношение цены и качества

Экологичность материала

Базальтовая вата в отличие от асбеста не приносит вреда. Это обеспечивается при соблюдении технологий производства и монтажа. На данный момент минеральная вата считается утеплителем номер один в мире.

В последние годы обострился вопрос экологии. Многие люди заинтересовались безопасностью использования тех или иных теплоизоляционных материалов. Каменная вата – не исключение. Естественно, производители единогласно заявляют о безопасности использования материала. Но действительно ли это так. Попробуем разобраться, наносит ли базальтовая вата вред здоровью человека и окружающей среде? Несмотря на положительные отзывы о каменной вате, этот вопрос интересует многих, так как данный теплоизоляционный материал пользуется большой популярностью среди населения нашей страны, особенно для строительства и утепления жилых помещений и административных зданий. Каждый желает жить и работать в безопасных условиях.

В этой статье постараемся рассмотреть все вопросы, тем или иным образом связанные с опасностями, которые возможны при использовании каменной ваты в качестве теплоизоляционного материала для утепления жилых домов.

Попадание волокон каменной ваты в легкие человека

Многие считают, что волокна каменной ваты способны наносить вред легким человека. В основном этот миф связан с визуальным сходством данного материала со стекловатой, хорошо известной нам еще в советское время. Стекловата имеет превосходные эксплуатационные показатели (высокие тепло- и звукоизоляционные свойства, негорючесть), но она действительно при монтаже наносила вред здоровью строителей, которые постоянно работали с ней. Это объясняется тем, что стекловата имеет низкую прочность, поэтому ее волокна легко отделяются от общей массы, что могло привести к их попаданию на кожу и в легкие человека. Более подробно о свойствах материала читайте здесь.

Современная базальтовая вата сохраняет в себе отличные эксплуатационные характеристики своего предшественника – стекловаты (высокая теплоизоляция, звукопоглощение, негорючесть). В то же время практически полностью исключается возможность попадания волокон, из которых сделан материал в легкие и на кожу человека, так как отличается более прочной структурой. Это высококачественный материал с большой плотностью и прочностными характеристиками. Вы можете быть уверены, что при использовании базальтовой ваты проверенных производителей волокна не будут отделены и, соответственно, не проникнут в легкие рабочих и жителей утепленного помещения.

Вредные испарения, исходящие от соединяющих веществ

Данный миф основан на технологическом процессе изготовления каменной ваты. Во время производства материала используются смолы, содержащие в себе такие опасные соединения, как фенол и формальдегид. Они используются в качестве связующего вещества. Небольшая доля правды в этом есть, так как фенолформальдегидные смолы действительно опасны для здоровья человека.

Если при производстве каменной ваты был соблюден весь технологический процесс, использовалось исключительно высококачественное сырье, в готовом теплоизоляторе фенолформальдегидные смолы остаются, только в связанном состоянии. Они являются нейтральными по отношению к окружающей среде. Это значит, что качественная каменная вата не вредна ни для здоровья людей, ни для окружающей среды.

Естественно, сейчас речь идет не о каменной вате, произведенной кустарным образом. Обычно при таком способе изготовления используется некачественное дешевое сырье. На рынок поступает теплоизоляционный материал, который не соответствует санитарным нормам, так как содержит в себе вредные примеси. Именно такой утеплитель может нанести существенный вред здоровью человека.

Необходимо быть осторожным при выборе каменной ваты. Покупайте материал только проверенных производителей, зарекомендовавших себя на строительном рынке с положительной стороны. Они используют для изготовления материала высококачественное сырье, соблюдают все нормы и требования производства, поставляют только сертифицированную продукцию. Так вы будете уверены, что теплоизоляционный материал, используемый для утепления дома, не нанесет вреда ни вам, ни вашим близким. Поэтому для теплоизоляции помещений выбирайте базальтовый утеплитель. В вашем доме всегда будет комфортно, тепло и уютно, к тому же это экологичный утеплитель.

Каталоги продукции и инструкции по монтажу ведущих производителей

Изовер

Каталог ISOVER ВентФасад

Каталог ISOVER Классик Плюс

Каталог ISOVER Классик

Каталог продукции ISOVER для Сауны

Каталог продукции ISOVER СкатнаяКровля

Каталог продукции ISOVER ШтукатурныйФасад

Инструкция по монтажу фасадной теплоизоляции

Каталог продукции ISOVER на основе каменного волокна

Каталог продукции ISOVER на основе стекловолокна

Утепление скатных кровель и мансард

Кнауф

Инструкция по монтажу теплоизоляции «Вентилируемый фасад»

Инструкция по монтажу системы теплоизоляции «Скатная кровля»

Каталог профессиональных решений по тепловой, пожарной и звуковой защите зданий

Натуральный утеплитель для частного домостроения, каталог продукции

Новое поколение натуральных безопасных утеплителей от Кнауф

Ursa

URSA теплоизоляция из минерального волокна

Каталог утеплителей Урса – Скатные крыши

Каталог утеплителей Урса – Плоские крыши

Каталог утеплителей Урса – Навесные вентилируемые фасады

Каталог утеплителей Урса – Полы и перекрытия

Каталог утеплителей Урса – Перегородки

Каталог утеплителей Урса – Штукатурные фасады

Каталог утеплителей Урса – Трехслойные наружные стены из камней, блоков и жел

Каталог утеплителей Урса – Каркасные стены и стены из сэндвич-панелей

Каталог утеплителей Урса – Стены подвалов и фундаменты

Видео про вредность минеральной ваты

Каменная вата – вред для здоровья: развенчивание 4 мифов

Многие люди уверены, что минеральная вата вредна для здоровья, но так ли это на самом деле? Раньше меня часто тревожил этот вопрос, но теперь, имея определенный опыт и знания, я сам готов на него ответить. Кроме того, я развенчаю несколько распространенных заблуждений, что наверняка поможет вам определиться — использовать минвату или отказаться от ее применения.

Каменная вата — распространенный теплоизоляционный материал в виде плит или матов

Что представляет собой материал

Чтобы разобраться вредит ли здоровью человека каменная вата, давайте разберемся что она собой представляет и из чего изготавливается. Итак, материал включает в себя следующие компоненты:

  • Волокна (основа утеплителя). Получают путем расплава горных пород. Чаще всего для этих целей используют базальт — абсолютно безопасное сырье, которое применяется даже в медицине.
    Правда, иногда вату делают из расплава доменных шлаков. Но, в последнее время в продаже встретить этот утеплитель можно очень редко;
  • Связующее. Из минеральных волокон производители формируют плиты или рулоны. Для обеспечения стабильной формы теплоизоляции, волокна склеивают при помощи смолы;
  • Пропитки. Для улучшения тех или иных качеств материала, его обрабатывают всевозможными составами.

На фото — структура каменной ваты

Таким образом, данный утеплитель имеет волокнистую структуру. Большую часть объема занимает воздух и волокна, полученные из природных материалов.

Распространенные мифы о каменной вате

В народе сильно распространены следующие мифы о вреде каменной ваты:

Распространенные мифы о вреде базальтовой ваты

Миф 1: выделяет в атмосферу вредные вещества

Как я уже говорил выше, производство данного утеплителя осуществляется с использованием смол. Поэтому многие люди уверены, что материал выделяет в окружающую среду формальдегиды, которые вредны для здоровья.

Вредные вещества в составе присутствуют — связующее, т.е. смола, включает в себя формальдегид и фенол. Эти вещества действительно могут существенно наносить вред здоровью.

Минвату можно использовать для внутреннего утепления жилья благодаря минимальному содержанию вредных веществ или полному их отсутствию

Однако, смола находится в обработанном виде, кроме того, ее количество в каменной вате не превышает 2-3 процента. Т.е. содержание формальдегида настолько невелико, что он не выделяется в атмосферу. Поэтому утеплители на основе базальтовой ваты соответствуют ГОСТ Р 52908-2008 (ЕН 13820-2003).

Некоторые же производители минваты вообще отказываются от использования химических смол. В результате материал получается абсолютно экологичным.

Каменная вата практически не вызывает раздражения на коже

Миф 2: вызывает сильное раздражение на коже и тяжелые заболевания

Нередко можно услышать, что базальтовая вата вредна для здоровья по причине острых и хрупких волокон, которые попадая на кожу вызывают раздражение и аллергию. В действительности же это утверждение тоже не соответствует действительности.

Данный миф связан с тем, что о каменной вате судят по известной всем стекловате или просто путают два этих материала. Стекловата действительно вызывает раздражение кожи, а также способна вызвать серьезные заболевания дыхательных путей.

Вред от базальтового волокна в значительной степени меньше, чем от стеклянного, так как волокна не такие хрупкие. Из своего личного опыта скажу, что даже при работе с минватой в летнее время никакого особого дискомфорта не возникает.

Работать с минватой нужно в перчатках

Попадая на кожу, базальтовая вата может вызвать покалывание, но, стоит ее стряхнуть, и все проходит. Конечно, работать с ней своими руками нужно в перчатках.

Правда, все вышесказанное касается только базальтового утеплителя. У шлаковаты волокна практически такие же хрупкие, как и у стекловаты. Но, как я уже сказал выше, для утепления жилья в последнее время шлаковату практически не применяют.

Упругие базальтовые волокна, из которых состоят плиты, практически не пылят

Миф 3: материал сильно пылит

Многие люди считают, что вред базальтовой ваты для здоровья заключается в сильном ее пылении. Пыль же способна навредить органам дыхания.

Конечно, если базальтовая вата попадет в легкие человека, хорошего в этом мало. Но, заблуждение о сильном пылении, как и предыдущий миф, связано с особенностями стекловаты. В действительности материал не может причинить вред пот следующим причинам:

  • Волокна упругие. По причине упругости базальтовой фибры, пыли от нее значительно меньше. Сам по себе утеплитель вообще не пылит;
  • Пыль образуется крупная. В процессе разрезки пыль образуется довольно крупная, в результате чего не несет угрозы здоровью;
  • Использование гидроизоляции. Инструкция по монтажу данного теплоизоляционного материала требует использования паро- гидроизоляции. Т.е. он закрывается пленкой и, соответственно, никакого вреда здоровью причинить не может, даже если бы пылил.

Утепление деревянных стен минватой позволит сохранить в жилье естественный микроклимат

В то же время благодаря волокнистой структуре утеплители из каменной ваты имеют высокую паропроницаемость. Это позволяет сохранить естественный микроклимат в жилье, если стены, к примеру, выполнены из дерева или других паропроницаемых материалов.

Миф 4: каменная вата отсыревает и в структуре заводятся вредные микроорганизмы

Согласно еще одному мифу базальтовая вата вред для здоровья может причинить косвенно, так как она сильно отсыревает. В результате в ней может появиться плесень и другие вредные микроорганизмы.

Гидрофобизирующие пропитки делают минвату влагоустойчивой

В действительности же производители выполняют обработку базальтовых плит гидрофобизирующими пропитками. В результате даже при длительном погружении утеплителя в воду уровень влагопоглощения составляет не более нескольких процентов от объема. Некоторые производители даже разрешают выполнять монтаж утеплителя без использования гидроизоляционных материалов.

Кроме того, теплоизоляционный материал зачастую обрабатывают специальными антисептическими составами, которые полностью исключают возможность появления микроорганизмов.

Минвата не горит даже под прямым воздействием огня

Как вы видите, никакого вреда для здоровья от каменной ваты нет. Во многом этот утеплитель даже более экологичен, чем полимерные аналоги. Последние, к примеру, выделяют сильные отравляющие вещества в процессе горения, а минвата, как известно, вообще не горит.

Более экологичным утеплителем, чем базальтовая вата является эковата . Данный материал выполняется на основе целлюлозных волокон, и не содержит никаких вредных химических веществ.

Приобретайте утеплитель только от известных производителей

Пвда, имейте в виду, что все вышесказанное относится к материалам от известных производителей, таких как:

  • Технониколь;
  • Роквул;
  • Изовер и пр.

Не сертифицированная каменная вата кустарного производства может быть действительно вредна для здоровья. Собственно, это касается любых строительных материалов.

При покупке утеплителя уделите внимание области его применения. Экологичность материалов для наружных работ может быть ниже аналогичных для внутренних работ.

Поэтому, цена никогда не должна быть решающим фактором при выборе утеплителя. Кроме того старайтесь приобретать материалы в крупных строительных магазинах.

Вывод

Мы рассмотрели с вами основные заблуждения относительно каменной ваты, и выяснили вредна ли она для здоровья. Дополнительно посмотрите видео в этой статье. С вопросами по данной тем вы можете обратиться ко мне в комментариях, и я с радостью вам отвечу.


Поведение каменной ваты в легких после ингаляции через нос у крыс

Environ Health Prev Med. 2009 июл; 14 (4): 226–234.

и

Юичиро Кудо

Департамент профилактической медицины и общественного здравоохранения, Медицинский факультет Университета Китасато, 1-15-1 Китасато, Сагамихара, Канагава 228-8555 Япония

Йошихару Айзава Департамент профилактики

Медицина и общественное здравоохранение, Медицинский факультет Университета Китасато, 1-15-1 Китасато, Сагамихара, Канагава 228-8555 Япония

Департамент профилактической медицины и общественного здравоохранения, Медицинский факультет Университета Китасато, 1-15-1 Китасато, Сагамихара, Канагава 228-8555 Япония

Автор, ответственный за переписку.

Поступило 13 октября 2008 г .; Принято 16 февраля 2009 г. количество и размер волокон с точки зрения длины и ширины, согласно исследованию воздействия ингаляции только через нос. Двадцать крыс-самцов Fischer 344 (в возрасте 6–10 недель) подвергались воздействию волокон RW в концентрации 70 (21) волокон / м 3 и 30 (6.6) мг / м 3 , среднее арифметическое (геометрическое стандартное отклонение), непрерывно в течение 3 часов ежедневно в течение пяти дней подряд. Каждую из пяти крыс умерщвляли вскоре и через 1, 2 и 4 недели после воздействия, а их легкие подвергали озолению низкотемпературным плазмотроном. Затем количество и размеры волокон в озоленных образцах определялись с помощью фазово-контрастного микроскопа и анализатора компьютерных изображений. Количество волокон в легких через 4 недели после воздействия значительно снизилось по сравнению с исходным значением, т.е.е., вскоре после воздействия ( P <0,05). Периоды полураспада волокон RW, рассчитанные по однокамерной модели, составили 32 дня для всех волокон и 10 дней для волокон длиннее 20 мкм. Уменьшение количества волокон составило 53,6% через 4 недели после воздействия (исходная группа = 100%). Аналогичным образом, размер волокон значительно уменьшился через 4 недели после воздействия ( P <0,05), вероятно, потому, что волокна были растворены в жидкости организма, проглочены альвеолярными макрофагами или выведены за пределы тела при мукоцилиарном движении.В будущих исследованиях необходимо изучить долговременное сохранение волокон RW в легких.

Ключевые слова: Минеральная вата, Вдыхание только через нос, Клиренс, Биостойкость

Введение

Асбест отличается превосходной термостойкостью, изоляционными характеристиками и долговечностью и использовался для изготовления строительных материалов, таких как асбестоцементные изделия, цементные плиты и т. Д. армирующий материал для синтетической смолы, такой как виниловые полы, доски и шестерни, материал для напыления для тепло- или звукоизоляции, а также теплоизоляционный материал для котельных труб, печей и т. д.Однако сообщалось, что он вызывает фиброзное заболевание легких, рак легких и злокачественную мезотелиому плевры и брюшины [1–3], и было доказано, что он обладает токсичностью во многих экспериментах in vitro и in vivo. Поэтому использование асбеста запрещено или ограничено во всем мире [4–6]. В Японии Приказ о применении Закона о промышленной безопасности и гигиене труда, Положения о промышленной безопасности и охране здоровья и Постановление о предотвращении опасностей, связанных с определенными химическими веществами, были пересмотрены в 1995 году, чтобы запретить производство, импорт, использование и продажу амозита и крокидолита. , и продукты, содержащие любой из них на уровне более 1%.Кроме того, с октября 2004 года запрещено производство, импорт, использование и продажа хризотила и продуктов, содержащих хризотил в количестве, превышающем 1%. заменитель асбеста.

На текущем рынке различные виды искусственных стекловидных волокон (MMVF) используются в качестве заменителей асбеста. Минеральная вата (RW), разновидность MMVF, производится из расплавленного мягкого шлака, такого как железный шлак, медный шлак, никелевый шлак и т. Д., и натуральный камень, такой как андезит, базальт и амфиболит. Поскольку RW отличается теплостойкостью, огнестойкостью и звукопоглощением, он в основном используется в качестве огнестойкого и жаропрочного материала, теплоизоляционного материала и звукопоглощающего материала [7]. В предыдущем исследовании экспериментов in vivo с использованием RW у крыс наблюдался фиброз легких, но не сообщалось о развитии опухолей легких [8], а β-глюкуронидаза и лактатдегидрогеназа (ЛДГ) высвобождались из макрофагов [9] и образовывались гигантские клетки. культивируемых клеток [10], хотя такие эффекты RW были слабее, чем у хризотила.На основании этих исследований Международное агентство по изучению рака (IARC) классифицирует RW как группу 3: ограниченная или незрелая канцерогенность для животных и неклассифицируемая канцерогенность для людей [11].

Для оценки биологических эффектов MMVF, таких как RW, было проведено множество исследований экспериментов in vivo, включая краткосрочное и долгосрочное ингаляционное воздействие, инъекцию MMVF в плевру и брюшину и инъекцию в трахею. В отчетах МАИР [11] доказано, что исследования ингаляционного воздействия являются наиболее подходящим методом для оценки воздействия на здоровье населения.

В настоящем исследовании, чтобы изучить стойкость RW в легких как показатель воздействия RW на дыхательную систему, мы провели исследование краткосрочного ингаляционного воздействия только через нос на крысах.

Материалы и методы

Материалы

В качестве анализируемого материала мы использовали образец RW, произведенный NC Co. Ltd., Япония, предоставленный Ассоциацией каменной ваты, Япония. Флуоресцентная рентгеновская спектроскопия показала, что образец RW химически состоит из 39% SiO 2 , 33% CaO, 14% Al 2 O 3 , 5% MgO, 1.8% Fe 2 O 3 и 0,6% S.

Изначально RW присутствует в виде комков волокон разного размера (длины и ширины). Как правило, проводятся эксперименты на животных для оценки биологических эффектов MMVF. Поскольку известно, что биологический эффект волокон варьируется в зависимости от размера, размер волокна важен для определения максимального вредного воздействия. Поэтому мы скорректировали размер РАО в соответствии с методом Кохьямы [12], то есть объемные РАО были залиты в цилиндр (диаметр 6 см, диаметр 28 мкм).3 см 2 ), и давление 160 кг / см 2 (4,5 МПа) применяли дважды, используя ручной пресс для масла (тип BRM 32, Maekawa MFG Co., Ltd., Токио). Необработанные волокна RW были измельчены в более короткие волокна с помощью этого процесса, и измельченные более короткие волокна были использованы для настоящего эксперимента по ингаляции. Размеры измельченных волокон RW, диспергированных в камере экспонирования, измеряли путем отбора проб с использованием метода фильтрации и электронной микроскопии. Их средняя геометрическая длина (геометрическое стандартное отклонение) и средняя геометрическая ширина (геометрическое стандартное отклонение) составляли 15.49 (2,02) мкм и 2,44 (1,59) мкм соответственно (рис.). Затем, чтобы упростить образование RW в системе ингаляционного воздействия только через нос, измельченные волокна RW были смешаны со стеклянными шариками (BZ-02, AS ONE Corp., Осака) в соотношении 1 (RW) к 39 ( стеклянные бусины) на развес.

Электронно-микроскопическое изображение волокна перед генерацией (× 1000)

Система ингаляционного воздействия только через нос

Материалы, полученные в соответствии с описанной выше процедурой, обрабатывались следующим образом: воздух подавался из воздушного компрессора в генератор материала, как сообщалось Кудо и др.[13], со скоростью 30 л / мин, и материалы были помещены в резервуар для хранения материала генератора материалов. Материалы, смешанные со стеклянными шариками, были псевдоожижены воздухом из воздушного компрессора и отделены от стеклянных шариков. В результате материалы были выброшены в воздух. Полученные материалы отправляли в субкамеру, разбавляли фильтрованным воздухом до заданной концентрации и переносили в камеру экспонирования. Скорость вытяжного потока в камере экспонирования была установлена ​​на уровне 40 л / мин.Чтобы поддерживать концентрацию волокон RW (10000 имп / мин) в камере экспонирования, концентрацию контролировали с помощью цифрового измерителя пыли, а количество материалов, которые должны были образоваться, регулировали путем подачи обратной связи на питатель. Держатели для крыс помещали в камеру экспонирования.

Исследование воздействия

Десять крыс-самцов Fischer 344 (в возрасте 6–10 недель) использовались для каждого эксперимента, и каждый эксперимент проводился дважды (всего 20 крыс). Чтобы акклиматизировать крыс к окружающей среде лаборатории, их сначала помещали в клетки на 1 неделю со свободным доступом к воде, пище и свежему фильтрованному воздуху.В камере поддерживалась температура 22 ° C и влажность 40%.

Эксперимент проводился путем непрерывного воздействия на крыс волокон RW в течение 3 часов в день в течение пяти дней подряд. Целевая концентрация волокон в воздухе была установлена ​​равной 30 мг / м 3 по массовой концентрации и 50 ± 10 волокон / см 3 по концентрации волокон. Каждый день в течение экспериментального периода крыс, закрепленных в верхних держателях для крыс основной камеры, заменяли крысами в нижних держателях для крыс, меняя положения между верхними и нижними держателями для крыс.В течение периода экспонирования концентрацию волокна в камере контролировали пять раз в день (30, 60, 90, 120 и 150 минут после начала эксперимента по экспонированию) с помощью следующих методов мониторинга волокон в воздухе в дополнение к постоянному мониторингу с помощью цифровой измеритель пыли (Shibata Corp., Токио). Для контроля концентрации волокон в воздухе в камере экспонирования только для носа отбирали пробы воздуха с использованием мембранных фильтров (Nihon Millipore KK, Токио, диаметр пор 0,8 мкм и диаметр 25 мм; именуемые «MF»), фильтры T60A20 (Tokyo Dylec Corp., Токио, диаметр 25 мм; называемые «T60A20»), и фильтры Nuclepore (Nomura Micro Science Co., Ltd., Kanagawa, диаметр пор 0,2 мкм, диаметр 25 мм; именуемые «NF»), установленные в пластиковом держателе. В течение заданного периода времени образцы волокон собирали на MF в течение 1 мин, T60A20 в течение 10 минут и NF в течение 5 минут с помощью электрического всасывающего насоса (GilAir-5: Gilian, США), и концентрацию волокна подтверждали измерением количество волокон (волокно / см 3 ) и массовая концентрация (мг / м 3 ) с использованием соответствующих фильтров.Волокна, собранные на MF с соотношением сторон (отношение длины к ширине) 3 или выше, были измерены с помощью фазово-контрастной микроскопии в соответствии с критериями измерения волокон [14]. Для измерения массовой концентрации (мг / м 3 ) вес собранных по воздуху волокон T60A20 измеряли с помощью электронных весов, сравнивая с весом до отбора проб.

Вскоре после пятого дня воздействия пять крыс (средний вес 180 г) были умерщвлены (группа вскоре после заражения). По пять крыс также умерщвляли через 1 неделю (группа через 1 неделю), через 2 недели (группа через 2 недели) и через 4 недели (группа через 4 недели) после окончания периода воздействия.Вес тела крыс измеряли один раз в неделю, а их внешний вид и состояние периодически контролировали на предмет любых изменений во время и после периода воздействия.

Измерение волокон в легких крыс

Под анестезией пентобарбиталом (0,15 мг / кг массы тела) крыс умерщвляли кровотечением из брюшной аорты и резецировали их легкие. Резецированные легкие хранили при низкой температуре (-20 ° C). Затем ткани легких размораживали при комнатной температуре, измельчали ​​и лиофилизировали, чтобы снизить их вес до заданного уровня.Вес после лиофилизации рассматривался как вес высушенных легких. Лиофилизированные легкие около 17 мг сжигали в низкотемпературной печи (Plasma Asher LTA-102, Yanaco Corp., Киото) в течение 24 часов.

После сжигания дистиллированная вода, которая была профильтрована с помощью Minisart (Sartorius KK, Tokyo), была добавлена ​​в бутыль для взвешивания, чтобы суспендировать волокна, и волокна были собраны на MF (диаметр пор 0,22 мкм) с использованием всасывающего фильтра и оставлены для хранения. сухой. Высушенный фильтр помещали на предметное стекло и обрабатывали парами ацетона с помощью Quick Fix, делая его прозрачным.На каждом образце фильтра подсчитывали не менее 200 волокон RW с помощью фазово-контрастного микроскопа (BX41, Olympus Corp., Токио). Подсчитывались волокна с соотношением сторон 3 или выше. Win Roof (программное обеспечение для анализа изображений, Mitani Corp., Токио) использовался для получения количества волокон, различая длину ( L ) как L ≤ 5 мкм, 5 мкм < L ≤ 20 мкм и L > 20 мкм. Среди подсчитанных волокон также была измерена концентрация волокон ( L, > 5 мкм и ширина <3 мкм) в соответствии с методом Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) (именуемым «волокна ВОЗ») [11].Затем количество волокон переводили в количество волокон на вес высушенной легочной ткани. Период полураспада волокон в легких крысы был рассчитан исходя из предположения, что среднее геометрическое значение общего количества волокон, деленное на общий вес легких (волокна / мг) в легких в группе, получавшей вскоре после этого, было 100% [15].

Измерение размеров волокон

Для измерения размеров волокон (длины и ширины) в воздухе и в легких волокна в пределах измеряемого визуального диапазона и с соотношением сторон 3 или выше были измерены с помощью фазово-контрастного микроскопа. при увеличении 400 ×.На каждую крысу подсчитывали не менее 200 волокон 0,36 мкм или более.

Статистический анализ

Были рассчитаны среднее геометрическое и геометрическое стандартное отклонение общего числа волокон по длине и ширине. Кроме того, для измерения длины и ширины для каждой крысы использовали минимум 200 волокон, полученных в двух экспериментах, которые попали в легкие крыс. Затем рассчитывали среднее геометрическое для группы из пяти крыс. Был проведен односторонний дисперсионный анализ и множественные сравнения с помощью теста Шеффе.

Результаты

Мониторинг концентрации волокна в камере экспонирования

В таблице показана концентрация волокна в камере экспонирования в каждом эксперименте. Средние (SD) значения подсчета, полученные цифровым измерителем пыли для первого и второго экспериментов (5 дней каждый), составили 9 257 (182,4) и 10 042 (966) отсчетов / мин. Средние концентрации волокон (SD) в камере экспонирования составляли 75,1 (18,0) и 63,7 (23,3) волокон / см 3 , и аналогично средние массовые концентрации (SD) составляли 30.0 (5,7) мг / м 3 и 30,5 (7,4) мг / м 3 соответственно. На рис. 2 показано частотное распределение (гистограмма) длины и ширины волокон внутри камеры экспонирования, в котором среднее геометрическое (GSD) длины составляло 15,49 (2,02) мкм, а ширины – 2,44 (1,59) мкм.

Таблица 1

Концентрация волокна в камере экспонирования

Первый эксперимент Второй эксперимент
Цифровой измеритель пыли (кол / мин) Концентрация волокна (ф / см 3 ) Весовая концентрация (мг / м 3 ) Цифровой измеритель пыли (количество / мин) Концентрация волокна (ф / см 3 ) Весовая концентрация (мг / м 3 )
День 1 ( n = 5) 9861 (274) 81.0 (19,5) 30,0 (6,2) 9550 (134) 39,8 (14,3) 24,4 (3,6)
День 2 ( n = 5) 9237 (197) 72,8 (5,0) 27,0 (7,1) 9824 (585) 77,4 (27,4) 30,8 (4,6)
День 3 ( n = 5) 9247 (97) 81,3 ( 14,9) 33,2 (7,8) 10419 (215) 69,9 (20,1) 37,2 (5.4)
День 4 ( n = 5) 9313 (154) 65,0 (26,2) 29,2 (2,3) 9636 (1697) 63,1 (21,6) 24,4 (6,2 )
День 5 ( n = 5) 9137 (81) 86,8 (12,0) 30,4 (4,3) 10851 (458) 68,5 (20,1) 37,2 (5,0)
Среднее ( n = 25) 9257 (182,4) 75.1 (18,0) 30,0 (5,7) 10042 (966) 63,7 (23,3) 30,5 (7,4)

a Распределение длины образующихся волокон (внутри камеры). b Распределение ширины образовавшихся волокон (внутри камеры)

Скорость отложения внутрилегочных волокон

Общее количество волокон RW, вдыхаемых крысами в течение экспериментального периода, рассчитывалось по следующему уравнению:

Объем дыхания у крыс был рассчитан по следующему уравнению [16]:

Поскольку средняя масса тела крыс составляла 131 г, дыхательный объем был рассчитан следующим образом:

Концентрация волокон RW в камере экспонирования, рассчитанная в соответствии с правилами в Руководство по измерению условий труда [14], было 70.6 волокон / см 3 . Поскольку крысы подвергались воздействию в течение 3 часов ежедневно в течение пяти дней подряд, общее количество вдыхаемых волокон RW было рассчитано следующим образом:

Поскольку общее количество волокон в легких, соответствующее этому количеству, оказалось равным 7,09 × 10 5 Вскоре после воздействия волокна скорость отложения внутрилегочного волокна была рассчитана следующим образом:

Таким образом, скорость отложения внутрилегочного волокна составила 13,7%.

Изменения количества волокон в обоих легких

Таблица и рис.показывают количество волокон RW, накопленных в легких, и их пропорции, исходя из предположения, что значение вскоре после воздействия составляло 100%.

Таблица 2

Число волокон в легких и их пропорции

Группа неделя -после группы ) -после группы
Группа умерщвленных крыс Всего волокон Волокна короче или равны 5 мкм ( L ≤ 5 мкм) Волокна длиннее 5 мкм и короче 20 мкм (5 мкм < L ≤ 20 мкм) Волокна длиннее 20 мкм ( L > 20 мкм) Волокна ВОЗ
Среднее геометрическое (GSD) % Среднее геометрическое (GSD) % Среднее геометрическое (GSD) % Среднее геометрическое (GSD) % Среднее геометрическое (GSD) %
9.43 (1,13) 100,0 2,12 (1,24) 100,0 6,08 (1,13) 100,0 1,21 (1,14) 100,0 7,09 (1,12) 100,0 7,42 (1,35) 78,7 2,04 (1,50) 96,3 4,75 (1,34) 78,2 0,54 (1,83) 73,9 5,20174
Группа через 2 недели после 7.68 (1,17) 81,5 2,12 (1,16) 100,3 5,07 (1,21) 83,4 0,42 (1,73) 34,7 5,45 (1,20) 76,9 76,9 5,05 (1,23) a, c 53,6 1,59 (1,48) 74,9 3,13 (1,24) a, c 51,5 0,22 (2,27) 9000 17,9 3,38 (1,25) а, б, в 47.7

Процент волокон в легких: закрашенный квадрат группа вскоре после операции, полосатая полоса группа через 1 неделю, квадрат с точками группа через 2 недели, открытый квадрат 4 недели -после группы. Процент, при условии, что значение группы «вскоре после» равно 100%. n = 5, L Длина волокна (мкм)

Среднее значение общего количества волокон в обоих высушенных легких имело тенденцию к снижению в течение периода от вскоре после воздействия до 4 недель после воздействия.Хотя скорость уменьшения количества волокон длиной 5 мкм или меньше ( L ≤ 5 мкм), волокна длиннее 5 мкм, но короче или равны 20 мкм (5 мкм < L ≤ 20 мкм) , и волокна ВОЗ ( L > 5 мкм и W <3 мкм) были низкими в определенный момент, количество волокон в группе через 4 недели было меньше, чем в группе, получавшей вскоре после этого (100 %). В то же время волокна длиной более 20 мкм ( L > 20) имели тенденцию к относительно быстрому уменьшению в течение периода от вскоре после воздействия до 4 недель после воздействия.Множественное сравнение с помощью теста Шеффе показало, что количество волокон с 5 мкм < L ≤ 20 мкм, с L > 20 мкм и волокон ВОЗ в группе через 4 недели после этого значительно уменьшилось по сравнению с вскоре после группы ( P <0,05).

Период полураспада волокон

Данные, полученные путем построения графика зависимости количества волокон в легких крысы от времени измерения в логарифмической шкале, показали линейное (т.е. экспоненциальное) уменьшение. Таким образом, период полураспада был рассчитан по однокамерной модели, как показано на рис.. Периоды полураспада, основанные на этом расчете, составили 32 дня для общего количества волокон, 86 дней для L ≤ 5 мкм, 31 день для 5 мкм < L ≤ 20 мкм, 10 дней для L > 20 мкм, и 27 дней для волокон ВОЗ. Период полураспада более длинных волокон ( L > 20 мкм), как правило, короче, чем у более коротких волокон ( L ≤ 20 мкм).

Клиренс RW волокон из легких крысы (%), рассчитанный исходя из предположения, что значение группы, полученной вскоре после операции, составляет 100%

Распределение и изменения размера волокон

В таблице показаны изменения длины и ширины внутрилегочных волокон в группах вскоре после и через 1, 2 и 4 недели после, выраженное средним геометрическим, с геометрическим стандартным отклонением в скобках.

Таблица 3

Изменения длины и ширины волокон в легких

Группа вскоре после 2-138
Группа умерщвленных крыс Среднее геометрическое (GSD)
Длина (мкм) Ширина (мкм)
8,58 (1,94) 1,26 (1,43)
Группа через 1 неделю 7,53 (1,87) а 1,18 (1,39) а
группа недель после 7.35 (1,80) a 1,17 (1,37) a
Группа через 4 недели после 6,87 (1,75) a, b 1,14 (1,32) a

Средняя длина составляла 8,58 мкм в группе, получавшей вскоре после этого, и значительно уменьшилась в трех других группах, составляя 6,87 мкм в группе, получавшей 4 недели после ( P <0,05). По сравнению с группой через 1 неделю после этого, он значительно снизился в группе через 4 недели ( P <0.05).

Средняя ширина составила 1,26 мкм в группе, получавшей вскоре после этого, и значительно уменьшилась в трех других группах, составляя 1,14 мкм в группе, получавшей 4 недели после ( P <0,05).

Обсуждение

Во многих предыдущих эпидемиологических, физико-химических исследованиях и исследованиях на животных было показано, что размер волокна и биоперсистентность асбеста или MMVF являются важными факторами с точки зрения их неблагоприятного воздействия на здоровье, особенно канцерогенности. Что касается вдыхаемых волокон, эти предыдущие исследования показали, что чем тоньше и длиннее волокна, тем канцерогенными они становятся.Кроме того, что касается биоперсистенции, волокна, которые остаются в тканях легких в течение длительного периода времени без разрушения или передачи, считаются более канцерогенными [15]. Считается, что волокна длиной 20 мкм и более с длительным периодом полураспада, как правило, вызывают фиброз или рак из-за их низкой деградации в живом организме [11, 15]. Биоперсистенция связана с количеством волокон, которые остаются в легких (количество удерживаемых внутрилегочных волокон). Количество удерживаемых внутрилегочных волокон – это количество волокон, которые вошли в легкие и остались, за вычетом объема, выведенного за счет самоочищающего действия легких.Он показывает количество, которое присутствует в легких в результате воздействия. Количество удерживаемой внутрилегочной клетчатки основано на балансе удержания-экскреции: если внутрилегочный удерживаемый объем слишком велик для того, чтобы экскреция могла наверстать упущенное, или если экскреция не работает должным образом, это количество увеличивается, вызывая повреждение легких [11].

Система ингаляционной экспозиции только через нос, использованная в этом эксперименте, является улучшенной версией традиционного типа, в которой субкамера была установлена ​​непосредственно перед камерой экспонирования.У этого подхода есть два преимущества. Во-первых, субкамера может контролировать концентрацию образующихся волокон RW, позволяя подавать заданную концентрацию в камеру экспонирования. Во-вторых, субкамера может отбирать волокна одинакового размера и подавать их в основную камеру экспонирования. Поскольку в субкамере осаждаются длинные и толстые волокна, которые не могут быть вдохнуты крысами, в камеру экспонирования можно подавать только вдыхаемые волокна. Этот метод также позволял постоянно генерировать волокна RW с относительно высокой концентрацией в течение определенного периода времени.Следовательно, волокна RW генерировались почти с одинаковой концентрацией, потому что они генерировались почти при целевых концентрациях волокна и изначально предполагаемых массовых концентрациях, хотя были некоторые ежедневные колебания.

Hammad et al. [17] сообщили, что скорость отложения волокон была почти в диапазоне 1-7% у крыс, вскрытых на 5-й день после воздействия волокон в течение 6 часов ежедневно в течение пяти дней подряд, в то время как скорость отложения волокон в нашем исследовании вскоре после конец воздействия после воздействия в течение 3 часов ежедневно в течение пяти дней подряд составил 13.7%, хотя невозможно провести прямое сравнение между двумя исследованиями. В будущих исследованиях мы планируем измерить скорость осаждения при тех же условиях, что и в предыдущем исследовании [17], чтобы результаты можно было сравнить.

Общее количество волокон и количество волокон, подсчитанное по длине, имеет тенденцию к уменьшению со временем от вскоре после воздействия до конца четвертой недели. В предыдущих исследованиях искусственные волокна стекловидного тела всех размеров уменьшались на 30–50% в течение 30 дней после воздействия [18, 19].Волокна, которые вдыхаются и осаждаются в легких, демонстрируют различные механизмы очистки в зависимости от места выпадения осадка. Волокна, отложенные в бронхиолах, переносятся мукоцилиарными движениями в глотку и выводятся из организма [11, 14]. Предполагается, что волокна, отложенные в альвеолах, выводятся либо (а) растворяются в жидкости организма или фагоцитируются и перевариваются альвеолярными макрофагами (химическая экскреция), либо (б) переносятся в дыхательные пути или лимфатическую ткань альвеолярными макрофагами и разряжаются. из организма (физическое выделение).Фагоцитируется волокно или нет, зависит от его длины. Волокна длиной 20 мкм или короче, по-видимому, фагоцитируются и перевариваются альвеолярными макрофагами [11, 15], тогда как волокна длиной более 20 мкм не могут быть полностью фагоцитированы альвеолярными макрофагами. Предполагается, что эти волокна либо (а) растворяются жидкостью тела, либо (б) складываются в поперечном направлении и измельчаются для уменьшения длины, а затем фагоцитируются и перевариваются альвеолярными макрофагами, либо попадают в легочные эпителиальные клетки и переносятся в лимфатическую ткань, таким образом, выделяется из организма [11, 15].Считается, что эти механизмы уменьшают количество волокон. Более того, скорость уменьшения количества волокон с длиной короче 20 мкм замедлилась в группах через 1 и 2 недели. Возможная причина этого явления заключается в том, что волокна длиной более 20 мкм были растворены внеклеточной жидкостью и сложены в поперечном направлении с измельчаемыми волокнами, таким образом увеличивая количество более коротких волокон (короче 20 мкм) и, как следствие, увеличивая скорость образования накопление по ряду показателей, в том числе по общему количеству волокон [11].

Период полураспада был особенно коротким (10 дней) для длинных волокон длиной 20 мкм и более. В предыдущем исследовании период полураспада составлял 111 дней для волокон ВОЗ из RW ( L > 5 мкм и W <3 мкм) и 53 дня для волокон длиной 20 мкм или более [18 ]. Период полураспада волокон длиннее 20 мкм был короче, чем у волокон других размеров в этом исследовании. Причина, по-видимому, в следующем: количество волокон длиной более 20 мкм быстро уменьшалось, что приводило к короткому периоду полураспада, поскольку они складывались в поперечном направлении и становились короче.Напротив, количество волокон размером 20 мкм или короче не уменьшалось быстро, и, таким образом, период полураспада был больше, потому что более длинные волокна складывались и становились короче, что приводило к увеличению количества волокон на 20 мкм или меньше, даже если количество из более коротких волокон был уменьшен фагоцитозом макрофагами.

Распределение волокон по размерам (длине и ширине) образовавшихся волокон значительно отличалось от распределения волокон в легких. Сообщалось, что волокна, вдыхаемые через нос крысы, обычно имеют длину менее 80 мкм и менее 1.Шириной 5 мкм [20]. Следовательно, разница, наблюдаемая в этом исследовании, может указывать на разделение по размеру из-за вдыхания крысами. После вдыхания волокон в легкие размеры волокон (как по длине, так и по ширине) имеют тенденцию уменьшаться со временем по сравнению с размерами вскоре после воздействия. В предыдущем исследовании RW, проведенном в Дании, средняя длина уменьшилась с примерно 9 мкм вскоре после воздействия до примерно 8 мкм на четвертой неделе [21]. Средняя ширина также уменьшилась с примерно 0,7 мкм вскоре после экспонирования до примерно 0.6 мкм на четвертой неделе [21]. В другом исследовании RW, проведенном в Дании, средняя длина уменьшилась с примерно 11 мкм вскоре после воздействия до примерно 10 мкм на четвертой неделе, а средняя ширина уменьшилась с примерно 0,8 мкм вскоре после воздействия до примерно 0,6 мкм на четвертой неделе [ 18]. Причина уменьшения средней длины и ширины, по-видимому, заключается в следующем: волокна длиной 20 мкм или короче были фагоцитированы альвеолярными макрофагами, как указывалось ранее, в то время как волокна длиной более 20 мкм были либо (а) захвачены в трахее и выведены из нее. тело путем мукоцилиарного движения или (б) растворяется жидкостью тела или складывается, укорачивается и фагоцитируется макрофагами [15].Длина, по-видимому, уменьшилась благодаря тому же механизму уменьшения количества волокон, который описан ранее. Между тем считается, что ширина уменьшилась в результате растворения жидкостью организма.

В другом сообщении говорилось, что уменьшение размера клетчатки жидкостью организма было вызвано изменением химического состава [21]. В этом исследовании изменения химического состава MMVF наблюдались в течение года, и предполагалось, что размеры волокон равномерно уменьшаются [21]. При исследовании стекловаты было показано, что оксиды щелочных и щелочноземельных металлов уменьшаются, а химические составляющие волокон растворяются неравномерно.После этого волокна складывались в поперечном направлении и фагоцитировались альвеолярными макрофагами, уменьшая длину и ширину [21].

В этом исследовании мы изучили поведение RW в легких, чтобы оценить его стойкость в легких, с помощью краткосрочного исследования воздействия ингаляции только через нос на крысах. Строго говоря, невозможно провести прямое сравнение результатов длительного и краткосрочного наблюдения, как это было в настоящем исследовании. Основываясь на признании этого ограничения, настоящее исследование, по-видимому, предполагает безопасность волокон RW.В настоящее время мы проводим эксперимент по долговременному ингаляционному воздействию через нос, чтобы изучить патологические эффекты RW, такие как длительное сохранение RW в легких, канцерогенность и фиброз легких, и планируем дополнительно оценить безопасность RW, принимая во внимание также результаты настоящего исследования.

Выражение признательности

Мы хотели бы выразить нашу глубочайшую благодарность доктору Хидеки Эндзэ, Департамент профилактической медицины и общественного здравоохранения, Медицинский факультет Университета Китасато, за поддержку, руководство и корректуру рукописи.Мы также хотели бы поблагодарить г-жу Юмико Сугиура, г-жу Йоко Иноуэ, г-жу Юми Комацу, г-жу Мичио Кояма и г-жу Аску Ямамото, факультет профилактической медицины и общественного здравоохранения, Медицинский факультет Университета Китасато, и г-на Сичиро. Миядзаве и г-же Норико Немото, Центр электронной микроскопии, за их дотошные советы и поддержку.

Список литературы

1. Долл Р. Смертность от рака легких у рабочих, работающих с асбестом. Br J Ind Med. 1993; 50: 485–90. [Бесплатная статья PMC] [PubMed]

2. Отдел планирования, Бюро качества воздуха, Министерство окружающей среды ред.Все об асбесте и цеолите. Кавасаки: Японский центр экологической санитарии, 1987: 1–476.

3. Моринага К., Кохьяма Н. Здравоохранение рабочих, работающих с асбестом. Токио: Фонд содействия гигиене труда; 1993. стр. 141–66.

4. Берри Г. Смертность рабочих, аттестованных по медиальным панелям пневмокониоза, как больных асбестозом. Br J Ind Med. 1981; 38: 130–7. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] 5. Гормли И.П., Болтон Р.Э., Браун Г.М. и др. Некоторые наблюдения in vitro цитотоксичности хризотила, полученного методом влажного диспергирования.Перспектива здоровья окружающей среды. 1983; 51: 35–9. [Бесплатная статья PMC] [PubMed]

6. Коши К., Сакабе Х. Влияние асбестовой пыли на культивируемые макрофаги. Ind Health. 1972; 10: 16–23.

7. Отдел планирования Бюро качества воздуха Министерства окружающей среды изд. Все о заменителях асбеста. Кавасаки: Японский центр экологической санитарии 1989: 106–9.

8. МакКоннелл Е.Е., Экстен С., Хестерберг Т.В. и др. Исследования ингаляционной токсикологии двух стекловолоконных материалов и амозитного асбеста на сирийском золотом хомяке.Часть II. Результаты хронического воздействия. Вдыхать токсикол. 1999; 11: 785–835. [PubMed] 9. Дэвис Р. Влияние минеральных волокон на макрофаги. IARC Sci Publ. 1980; 30: 419–25. [PubMed] 10. Браун Р.К., Чемберлен М., Скидмор Дж. В.. Эффекты искусственных минеральных волокон in vitro. Ann Occup Hyg. 1979; 22: 175–9. [PubMed] 11. Искусственные жилые волокна. Монографии МАИР по оценке канцерогенных рисков для человека, вып. 81. Лион: МАИР; 2002. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] 12. Кохьяма Н., Танака И., Томита М. и др. Подготовка и характеристика стандартных образцов волокнистых минералов для биологических экспериментов.Ind Health. 1997; 35: 415–32. [PubMed] 13. Кудо Ю., Шибата К., Мики Т. и др. Поведение нового типа минеральной ваты (HT-ваты) в легких после воздействия через нос у крыс. Environ Health Prev Med. 2005; 10: 239–48. [Бесплатная статья PMC] [PubMed]

14. Управление по улучшению окружающей среды, Департамент промышленной безопасности и здоровья, Министерство труда, ред. Минеральная пыль. Руководство по измерению рабочей среды I, Токио: Японская ассоциация по измерению рабочей среды, 2000: 167–80.

15.Хестерберг Т.В., Харт Г.А. Синтетические стекловидные волокна: обзор токсикологических исследований и их влияние на классификацию опасности. Crit Rev Toxicol. 2001; 31: 1–53. [PubMed]

16. Танака И. Отложение и удаление частиц в органах дыхания у мелких животных. J Aerosol Res. 1988. 3: 16–23. (на японском).

17. Хаммад Ю., Дием Дж., Крейгхед Дж. И др. Отложение вдыхаемых искусственных минеральных волокон в легких крыс. Ann Occup Hyg. 1982; 26: 179–87. [PubMed] 18. Хестерберг Т.В., Чейз Дж., Экстен С. и др.Биоперсистенция синтетических волокон стекловидного тела и амозитного асбеста в легких крыс после вдыхания. Toxicol Appl Pharmacol. 1998. 151: 262–75. [PubMed] 19. Массельман Р.П., Мюллер В.С., Истес В. и др. Биоперсистенция искусственных стекловидных волокон и волокон крокидолита в легких крыс после кратковременного воздействия. Перспектива здоровья окружающей среды. 1994; 102 (добавление 5): 139–43. [Бесплатная статья PMC] [PubMed]

20. МакКоннелл Е.Е., Камструп О., Массельман Р.П. и др. Хроническое ингаляционное исследование разделенных по размеру изоляционных волокон из каменной и шлаковой ваты на крысах Fischer 344 / N.Вдыхать токсикол. 1994; 6: 571–614.

21. Хестерберг Т.В., Мюллер В.С., Массельман Р.П. и др. Биоперсистенция искусственных стекловидных волокон и крокидолитового асбеста в легких крыс после вдыхания. Fundam Appl Toxicol. 1996; 29: 267–79. [PubMed]

Поведение каменной ваты в легких после воздействия через нос у крыс

Environ Health Prev Med. 2009 июл; 14 (4): 226–234.

и

Юичиро Кудо

Департамент профилактической медицины и общественного здравоохранения, Медицинский факультет Университета Китасато, 1-15-1 Китасато, Сагамихара, Канагава 228-8555 Япония

Йошихару Айзава Департамент профилактики

Медицина и общественное здравоохранение, Медицинский факультет Университета Китасато, 1-15-1 Китасато, Сагамихара, Канагава 228-8555 Япония

Департамент профилактической медицины и общественного здравоохранения, Медицинский факультет Университета Китасато, 1-15-1 Китасато, Сагамихара, Канагава 228-8555 Япония

Автор, ответственный за переписку.

Поступило 13 октября 2008 г .; Принято 16 февраля 2009 г. количество и размер волокон с точки зрения длины и ширины, согласно исследованию воздействия ингаляции только через нос. Двадцать крыс-самцов Fischer 344 (в возрасте 6–10 недель) подвергались воздействию волокон RW в концентрации 70 (21) волокон / м 3 и 30 (6.6) мг / м 3 , среднее арифметическое (геометрическое стандартное отклонение), непрерывно в течение 3 часов ежедневно в течение пяти дней подряд. Каждую из пяти крыс умерщвляли вскоре и через 1, 2 и 4 недели после воздействия, а их легкие подвергали озолению низкотемпературным плазмотроном. Затем количество и размеры волокон в озоленных образцах определялись с помощью фазово-контрастного микроскопа и анализатора компьютерных изображений. Количество волокон в легких через 4 недели после воздействия значительно снизилось по сравнению с исходным значением, т.е.е., вскоре после воздействия ( P <0,05). Периоды полураспада волокон RW, рассчитанные по однокамерной модели, составили 32 дня для всех волокон и 10 дней для волокон длиннее 20 мкм. Уменьшение количества волокон составило 53,6% через 4 недели после воздействия (исходная группа = 100%). Аналогичным образом, размер волокон значительно уменьшился через 4 недели после воздействия ( P <0,05), вероятно, потому, что волокна были растворены в жидкости организма, проглочены альвеолярными макрофагами или выведены за пределы тела при мукоцилиарном движении.В будущих исследованиях необходимо изучить долговременное сохранение волокон RW в легких.

Ключевые слова: Минеральная вата, Вдыхание только через нос, Клиренс, Биостойкость

Введение

Асбест отличается превосходной термостойкостью, изоляционными характеристиками и долговечностью и использовался для изготовления строительных материалов, таких как асбестоцементные изделия, цементные плиты и т. Д. армирующий материал для синтетической смолы, такой как виниловые полы, доски и шестерни, материал для напыления для тепло- или звукоизоляции, а также теплоизоляционный материал для котельных труб, печей и т. д.Однако сообщалось, что он вызывает фиброзное заболевание легких, рак легких и злокачественную мезотелиому плевры и брюшины [1–3], и было доказано, что он обладает токсичностью во многих экспериментах in vitro и in vivo. Поэтому использование асбеста запрещено или ограничено во всем мире [4–6]. В Японии Приказ о применении Закона о промышленной безопасности и гигиене труда, Положения о промышленной безопасности и охране здоровья и Постановление о предотвращении опасностей, связанных с определенными химическими веществами, были пересмотрены в 1995 году, чтобы запретить производство, импорт, использование и продажу амозита и крокидолита. , и продукты, содержащие любой из них на уровне более 1%.Кроме того, с октября 2004 года запрещено производство, импорт, использование и продажа хризотила и продуктов, содержащих хризотил в количестве, превышающем 1%. заменитель асбеста.

На текущем рынке различные виды искусственных стекловидных волокон (MMVF) используются в качестве заменителей асбеста. Минеральная вата (RW), разновидность MMVF, производится из расплавленного мягкого шлака, такого как железный шлак, медный шлак, никелевый шлак и т. Д., и натуральный камень, такой как андезит, базальт и амфиболит. Поскольку RW отличается теплостойкостью, огнестойкостью и звукопоглощением, он в основном используется в качестве огнестойкого и жаропрочного материала, теплоизоляционного материала и звукопоглощающего материала [7]. В предыдущем исследовании экспериментов in vivo с использованием RW у крыс наблюдался фиброз легких, но не сообщалось о развитии опухолей легких [8], а β-глюкуронидаза и лактатдегидрогеназа (ЛДГ) высвобождались из макрофагов [9] и образовывались гигантские клетки. культивируемых клеток [10], хотя такие эффекты RW были слабее, чем у хризотила.На основании этих исследований Международное агентство по изучению рака (IARC) классифицирует RW как группу 3: ограниченная или незрелая канцерогенность для животных и неклассифицируемая канцерогенность для людей [11].

Для оценки биологических эффектов MMVF, таких как RW, было проведено множество исследований экспериментов in vivo, включая краткосрочное и долгосрочное ингаляционное воздействие, инъекцию MMVF в плевру и брюшину и инъекцию в трахею. В отчетах МАИР [11] доказано, что исследования ингаляционного воздействия являются наиболее подходящим методом для оценки воздействия на здоровье населения.

В настоящем исследовании, чтобы изучить стойкость RW в легких как показатель воздействия RW на дыхательную систему, мы провели исследование краткосрочного ингаляционного воздействия только через нос на крысах.

Материалы и методы

Материалы

В качестве анализируемого материала мы использовали образец RW, произведенный NC Co. Ltd., Япония, предоставленный Ассоциацией каменной ваты, Япония. Флуоресцентная рентгеновская спектроскопия показала, что образец RW химически состоит из 39% SiO 2 , 33% CaO, 14% Al 2 O 3 , 5% MgO, 1.8% Fe 2 O 3 и 0,6% S.

Изначально RW присутствует в виде комков волокон разного размера (длины и ширины). Как правило, проводятся эксперименты на животных для оценки биологических эффектов MMVF. Поскольку известно, что биологический эффект волокон варьируется в зависимости от размера, размер волокна важен для определения максимального вредного воздействия. Поэтому мы скорректировали размер РАО в соответствии с методом Кохьямы [12], то есть объемные РАО были залиты в цилиндр (диаметр 6 см, диаметр 28 мкм).3 см 2 ), и давление 160 кг / см 2 (4,5 МПа) применяли дважды, используя ручной пресс для масла (тип BRM 32, Maekawa MFG Co., Ltd., Токио). Необработанные волокна RW были измельчены в более короткие волокна с помощью этого процесса, и измельченные более короткие волокна были использованы для настоящего эксперимента по ингаляции. Размеры измельченных волокон RW, диспергированных в камере экспонирования, измеряли путем отбора проб с использованием метода фильтрации и электронной микроскопии. Их средняя геометрическая длина (геометрическое стандартное отклонение) и средняя геометрическая ширина (геометрическое стандартное отклонение) составляли 15.49 (2,02) мкм и 2,44 (1,59) мкм соответственно (рис.). Затем, чтобы упростить образование RW в системе ингаляционного воздействия только через нос, измельченные волокна RW были смешаны со стеклянными шариками (BZ-02, AS ONE Corp., Осака) в соотношении 1 (RW) к 39 ( стеклянные бусины) на развес.

Электронно-микроскопическое изображение волокна перед генерацией (× 1000)

Система ингаляционного воздействия только через нос

Материалы, полученные в соответствии с описанной выше процедурой, обрабатывались следующим образом: воздух подавался из воздушного компрессора в генератор материала, как сообщалось Кудо и др.[13], со скоростью 30 л / мин, и материалы были помещены в резервуар для хранения материала генератора материалов. Материалы, смешанные со стеклянными шариками, были псевдоожижены воздухом из воздушного компрессора и отделены от стеклянных шариков. В результате материалы были выброшены в воздух. Полученные материалы отправляли в субкамеру, разбавляли фильтрованным воздухом до заданной концентрации и переносили в камеру экспонирования. Скорость вытяжного потока в камере экспонирования была установлена ​​на уровне 40 л / мин.Чтобы поддерживать концентрацию волокон RW (10000 имп / мин) в камере экспонирования, концентрацию контролировали с помощью цифрового измерителя пыли, а количество материалов, которые должны были образоваться, регулировали путем подачи обратной связи на питатель. Держатели для крыс помещали в камеру экспонирования.

Исследование воздействия

Десять крыс-самцов Fischer 344 (в возрасте 6–10 недель) использовались для каждого эксперимента, и каждый эксперимент проводился дважды (всего 20 крыс). Чтобы акклиматизировать крыс к окружающей среде лаборатории, их сначала помещали в клетки на 1 неделю со свободным доступом к воде, пище и свежему фильтрованному воздуху.В камере поддерживалась температура 22 ° C и влажность 40%.

Эксперимент проводился путем непрерывного воздействия на крыс волокон RW в течение 3 часов в день в течение пяти дней подряд. Целевая концентрация волокон в воздухе была установлена ​​равной 30 мг / м 3 по массовой концентрации и 50 ± 10 волокон / см 3 по концентрации волокон. Каждый день в течение экспериментального периода крыс, закрепленных в верхних держателях для крыс основной камеры, заменяли крысами в нижних держателях для крыс, меняя положения между верхними и нижними держателями для крыс.В течение периода экспонирования концентрацию волокна в камере контролировали пять раз в день (30, 60, 90, 120 и 150 минут после начала эксперимента по экспонированию) с помощью следующих методов мониторинга волокон в воздухе в дополнение к постоянному мониторингу с помощью цифровой измеритель пыли (Shibata Corp., Токио). Для контроля концентрации волокон в воздухе в камере экспонирования только для носа отбирали пробы воздуха с использованием мембранных фильтров (Nihon Millipore KK, Токио, диаметр пор 0,8 мкм и диаметр 25 мм; именуемые «MF»), фильтры T60A20 (Tokyo Dylec Corp., Токио, диаметр 25 мм; называемые «T60A20»), и фильтры Nuclepore (Nomura Micro Science Co., Ltd., Kanagawa, диаметр пор 0,2 мкм, диаметр 25 мм; именуемые «NF»), установленные в пластиковом держателе. В течение заданного периода времени образцы волокон собирали на MF в течение 1 мин, T60A20 в течение 10 минут и NF в течение 5 минут с помощью электрического всасывающего насоса (GilAir-5: Gilian, США), и концентрацию волокна подтверждали измерением количество волокон (волокно / см 3 ) и массовая концентрация (мг / м 3 ) с использованием соответствующих фильтров.Волокна, собранные на MF с соотношением сторон (отношение длины к ширине) 3 или выше, были измерены с помощью фазово-контрастной микроскопии в соответствии с критериями измерения волокон [14]. Для измерения массовой концентрации (мг / м 3 ) вес собранных по воздуху волокон T60A20 измеряли с помощью электронных весов, сравнивая с весом до отбора проб.

Вскоре после пятого дня воздействия пять крыс (средний вес 180 г) были умерщвлены (группа вскоре после заражения). По пять крыс также умерщвляли через 1 неделю (группа через 1 неделю), через 2 недели (группа через 2 недели) и через 4 недели (группа через 4 недели) после окончания периода воздействия.Вес тела крыс измеряли один раз в неделю, а их внешний вид и состояние периодически контролировали на предмет любых изменений во время и после периода воздействия.

Измерение волокон в легких крыс

Под анестезией пентобарбиталом (0,15 мг / кг массы тела) крыс умерщвляли кровотечением из брюшной аорты и резецировали их легкие. Резецированные легкие хранили при низкой температуре (-20 ° C). Затем ткани легких размораживали при комнатной температуре, измельчали ​​и лиофилизировали, чтобы снизить их вес до заданного уровня.Вес после лиофилизации рассматривался как вес высушенных легких. Лиофилизированные легкие около 17 мг сжигали в низкотемпературной печи (Plasma Asher LTA-102, Yanaco Corp., Киото) в течение 24 часов.

После сжигания дистиллированная вода, которая была профильтрована с помощью Minisart (Sartorius KK, Tokyo), была добавлена ​​в бутыль для взвешивания, чтобы суспендировать волокна, и волокна были собраны на MF (диаметр пор 0,22 мкм) с использованием всасывающего фильтра и оставлены для хранения. сухой. Высушенный фильтр помещали на предметное стекло и обрабатывали парами ацетона с помощью Quick Fix, делая его прозрачным.На каждом образце фильтра подсчитывали не менее 200 волокон RW с помощью фазово-контрастного микроскопа (BX41, Olympus Corp., Токио). Подсчитывались волокна с соотношением сторон 3 или выше. Win Roof (программное обеспечение для анализа изображений, Mitani Corp., Токио) использовался для получения количества волокон, различая длину ( L ) как L ≤ 5 мкм, 5 мкм < L ≤ 20 мкм и L > 20 мкм. Среди подсчитанных волокон также была измерена концентрация волокон ( L, > 5 мкм и ширина <3 мкм) в соответствии с методом Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) (именуемым «волокна ВОЗ») [11].Затем количество волокон переводили в количество волокон на вес высушенной легочной ткани. Период полураспада волокон в легких крысы был рассчитан исходя из предположения, что среднее геометрическое значение общего количества волокон, деленное на общий вес легких (волокна / мг) в легких в группе, получавшей вскоре после этого, было 100% [15].

Измерение размеров волокон

Для измерения размеров волокон (длины и ширины) в воздухе и в легких волокна в пределах измеряемого визуального диапазона и с соотношением сторон 3 или выше были измерены с помощью фазово-контрастного микроскопа. при увеличении 400 ×.На каждую крысу подсчитывали не менее 200 волокон 0,36 мкм или более.

Статистический анализ

Были рассчитаны среднее геометрическое и геометрическое стандартное отклонение общего числа волокон по длине и ширине. Кроме того, для измерения длины и ширины для каждой крысы использовали минимум 200 волокон, полученных в двух экспериментах, которые попали в легкие крыс. Затем рассчитывали среднее геометрическое для группы из пяти крыс. Был проведен односторонний дисперсионный анализ и множественные сравнения с помощью теста Шеффе.

Результаты

Мониторинг концентрации волокна в камере экспонирования

В таблице показана концентрация волокна в камере экспонирования в каждом эксперименте. Средние (SD) значения подсчета, полученные цифровым измерителем пыли для первого и второго экспериментов (5 дней каждый), составили 9 257 (182,4) и 10 042 (966) отсчетов / мин. Средние концентрации волокон (SD) в камере экспонирования составляли 75,1 (18,0) и 63,7 (23,3) волокон / см 3 , и аналогично средние массовые концентрации (SD) составляли 30.0 (5,7) мг / м 3 и 30,5 (7,4) мг / м 3 соответственно. На рис. 2 показано частотное распределение (гистограмма) длины и ширины волокон внутри камеры экспонирования, в котором среднее геометрическое (GSD) длины составляло 15,49 (2,02) мкм, а ширины – 2,44 (1,59) мкм.

Таблица 1

Концентрация волокна в камере экспонирования

Первый эксперимент Второй эксперимент
Цифровой измеритель пыли (кол / мин) Концентрация волокна (ф / см 3 ) Весовая концентрация (мг / м 3 ) Цифровой измеритель пыли (количество / мин) Концентрация волокна (ф / см 3 ) Весовая концентрация (мг / м 3 )
День 1 ( n = 5) 9861 (274) 81.0 (19,5) 30,0 (6,2) 9550 (134) 39,8 (14,3) 24,4 (3,6)
День 2 ( n = 5) 9237 (197) 72,8 (5,0) 27,0 (7,1) 9824 (585) 77,4 (27,4) 30,8 (4,6)
День 3 ( n = 5) 9247 (97) 81,3 ( 14,9) 33,2 (7,8) 10419 (215) 69,9 (20,1) 37,2 (5.4)
День 4 ( n = 5) 9313 (154) 65,0 (26,2) 29,2 (2,3) 9636 (1697) 63,1 (21,6) 24,4 (6,2 )
День 5 ( n = 5) 9137 (81) 86,8 (12,0) 30,4 (4,3) 10851 (458) 68,5 (20,1) 37,2 (5,0)
Среднее ( n = 25) 9257 (182,4) 75.1 (18,0) 30,0 (5,7) 10042 (966) 63,7 (23,3) 30,5 (7,4)

a Распределение длины образующихся волокон (внутри камеры). b Распределение ширины образовавшихся волокон (внутри камеры)

Скорость отложения внутрилегочных волокон

Общее количество волокон RW, вдыхаемых крысами в течение экспериментального периода, рассчитывалось по следующему уравнению:

Объем дыхания у крыс был рассчитан по следующему уравнению [16]:

Поскольку средняя масса тела крыс составляла 131 г, дыхательный объем был рассчитан следующим образом:

Концентрация волокон RW в камере экспонирования, рассчитанная в соответствии с правилами в Руководство по измерению условий труда [14], было 70.6 волокон / см 3 . Поскольку крысы подвергались воздействию в течение 3 часов ежедневно в течение пяти дней подряд, общее количество вдыхаемых волокон RW было рассчитано следующим образом:

Поскольку общее количество волокон в легких, соответствующее этому количеству, оказалось равным 7,09 × 10 5 Вскоре после воздействия волокна скорость отложения внутрилегочного волокна была рассчитана следующим образом:

Таким образом, скорость отложения внутрилегочного волокна составила 13,7%.

Изменения количества волокон в обоих легких

Таблица и рис.показывают количество волокон RW, накопленных в легких, и их пропорции, исходя из предположения, что значение вскоре после воздействия составляло 100%.

Таблица 2

Число волокон в легких и их пропорции

Группа неделя -после группы ) -после группы
Группа умерщвленных крыс Всего волокон Волокна короче или равны 5 мкм ( L ≤ 5 мкм) Волокна длиннее 5 мкм и короче 20 мкм (5 мкм < L ≤ 20 мкм) Волокна длиннее 20 мкм ( L > 20 мкм) Волокна ВОЗ
Среднее геометрическое (GSD) % Среднее геометрическое (GSD) % Среднее геометрическое (GSD) % Среднее геометрическое (GSD) % Среднее геометрическое (GSD) %
9.43 (1,13) 100,0 2,12 (1,24) 100,0 6,08 (1,13) 100,0 1,21 (1,14) 100,0 7,09 (1,12) 100,0 7,42 (1,35) 78,7 2,04 (1,50) 96,3 4,75 (1,34) 78,2 0,54 (1,83) 73,9 5,20174
Группа через 2 недели после 7.68 (1,17) 81,5 2,12 (1,16) 100,3 5,07 (1,21) 83,4 0,42 (1,73) 34,7 5,45 (1,20) 76,9 76,9 5,05 (1,23) a, c 53,6 1,59 (1,48) 74,9 3,13 (1,24) a, c 51,5 0,22 (2,27) 9000 17,9 3,38 (1,25) а, б, в 47.7

Процент волокон в легких: закрашенный квадрат группа вскоре после операции, полосатая полоса группа через 1 неделю, квадрат с точками группа через 2 недели, открытый квадрат 4 недели -после группы. Процент, при условии, что значение группы «вскоре после» равно 100%. n = 5, L Длина волокна (мкм)

Среднее значение общего количества волокон в обоих высушенных легких имело тенденцию к снижению в течение периода от вскоре после воздействия до 4 недель после воздействия.Хотя скорость уменьшения количества волокон длиной 5 мкм или меньше ( L ≤ 5 мкм), волокна длиннее 5 мкм, но короче или равны 20 мкм (5 мкм < L ≤ 20 мкм) , и волокна ВОЗ ( L > 5 мкм и W <3 мкм) были низкими в определенный момент, количество волокон в группе через 4 недели было меньше, чем в группе, получавшей вскоре после этого (100 %). В то же время волокна длиной более 20 мкм ( L > 20) имели тенденцию к относительно быстрому уменьшению в течение периода от вскоре после воздействия до 4 недель после воздействия.Множественное сравнение с помощью теста Шеффе показало, что количество волокон с 5 мкм < L ≤ 20 мкм, с L > 20 мкм и волокон ВОЗ в группе через 4 недели после этого значительно уменьшилось по сравнению с вскоре после группы ( P <0,05).

Период полураспада волокон

Данные, полученные путем построения графика зависимости количества волокон в легких крысы от времени измерения в логарифмической шкале, показали линейное (т.е. экспоненциальное) уменьшение. Таким образом, период полураспада был рассчитан по однокамерной модели, как показано на рис.. Периоды полураспада, основанные на этом расчете, составили 32 дня для общего количества волокон, 86 дней для L ≤ 5 мкм, 31 день для 5 мкм < L ≤ 20 мкм, 10 дней для L > 20 мкм, и 27 дней для волокон ВОЗ. Период полураспада более длинных волокон ( L > 20 мкм), как правило, короче, чем у более коротких волокон ( L ≤ 20 мкм).

Клиренс RW волокон из легких крысы (%), рассчитанный исходя из предположения, что значение группы, полученной вскоре после операции, составляет 100%

Распределение и изменения размера волокон

В таблице показаны изменения длины и ширины внутрилегочных волокон в группах вскоре после и через 1, 2 и 4 недели после, выраженное средним геометрическим, с геометрическим стандартным отклонением в скобках.

Таблица 3

Изменения длины и ширины волокон в легких

Группа вскоре после 2-138
Группа умерщвленных крыс Среднее геометрическое (GSD)
Длина (мкм) Ширина (мкм)
8,58 (1,94) 1,26 (1,43)
Группа через 1 неделю 7,53 (1,87) а 1,18 (1,39) а
группа недель после 7.35 (1,80) a 1,17 (1,37) a
Группа через 4 недели после 6,87 (1,75) a, b 1,14 (1,32) a

Средняя длина составляла 8,58 мкм в группе, получавшей вскоре после этого, и значительно уменьшилась в трех других группах, составляя 6,87 мкм в группе, получавшей 4 недели после ( P <0,05). По сравнению с группой через 1 неделю после этого, он значительно снизился в группе через 4 недели ( P <0.05).

Средняя ширина составила 1,26 мкм в группе, получавшей вскоре после этого, и значительно уменьшилась в трех других группах, составляя 1,14 мкм в группе, получавшей 4 недели после ( P <0,05).

Обсуждение

Во многих предыдущих эпидемиологических, физико-химических исследованиях и исследованиях на животных было показано, что размер волокна и биоперсистентность асбеста или MMVF являются важными факторами с точки зрения их неблагоприятного воздействия на здоровье, особенно канцерогенности. Что касается вдыхаемых волокон, эти предыдущие исследования показали, что чем тоньше и длиннее волокна, тем канцерогенными они становятся.Кроме того, что касается биоперсистенции, волокна, которые остаются в тканях легких в течение длительного периода времени без разрушения или передачи, считаются более канцерогенными [15]. Считается, что волокна длиной 20 мкм и более с длительным периодом полураспада, как правило, вызывают фиброз или рак из-за их низкой деградации в живом организме [11, 15]. Биоперсистенция связана с количеством волокон, которые остаются в легких (количество удерживаемых внутрилегочных волокон). Количество удерживаемых внутрилегочных волокон – это количество волокон, которые вошли в легкие и остались, за вычетом объема, выведенного за счет самоочищающего действия легких.Он показывает количество, которое присутствует в легких в результате воздействия. Количество удерживаемой внутрилегочной клетчатки основано на балансе удержания-экскреции: если внутрилегочный удерживаемый объем слишком велик для того, чтобы экскреция могла наверстать упущенное, или если экскреция не работает должным образом, это количество увеличивается, вызывая повреждение легких [11].

Система ингаляционной экспозиции только через нос, использованная в этом эксперименте, является улучшенной версией традиционного типа, в которой субкамера была установлена ​​непосредственно перед камерой экспонирования.У этого подхода есть два преимущества. Во-первых, субкамера может контролировать концентрацию образующихся волокон RW, позволяя подавать заданную концентрацию в камеру экспонирования. Во-вторых, субкамера может отбирать волокна одинакового размера и подавать их в основную камеру экспонирования. Поскольку в субкамере осаждаются длинные и толстые волокна, которые не могут быть вдохнуты крысами, в камеру экспонирования можно подавать только вдыхаемые волокна. Этот метод также позволял постоянно генерировать волокна RW с относительно высокой концентрацией в течение определенного периода времени.Следовательно, волокна RW генерировались почти с одинаковой концентрацией, потому что они генерировались почти при целевых концентрациях волокна и изначально предполагаемых массовых концентрациях, хотя были некоторые ежедневные колебания.

Hammad et al. [17] сообщили, что скорость отложения волокон была почти в диапазоне 1-7% у крыс, вскрытых на 5-й день после воздействия волокон в течение 6 часов ежедневно в течение пяти дней подряд, в то время как скорость отложения волокон в нашем исследовании вскоре после конец воздействия после воздействия в течение 3 часов ежедневно в течение пяти дней подряд составил 13.7%, хотя невозможно провести прямое сравнение между двумя исследованиями. В будущих исследованиях мы планируем измерить скорость осаждения при тех же условиях, что и в предыдущем исследовании [17], чтобы результаты можно было сравнить.

Общее количество волокон и количество волокон, подсчитанное по длине, имеет тенденцию к уменьшению со временем от вскоре после воздействия до конца четвертой недели. В предыдущих исследованиях искусственные волокна стекловидного тела всех размеров уменьшались на 30–50% в течение 30 дней после воздействия [18, 19].Волокна, которые вдыхаются и осаждаются в легких, демонстрируют различные механизмы очистки в зависимости от места выпадения осадка. Волокна, отложенные в бронхиолах, переносятся мукоцилиарными движениями в глотку и выводятся из организма [11, 14]. Предполагается, что волокна, отложенные в альвеолах, выводятся либо (а) растворяются в жидкости организма или фагоцитируются и перевариваются альвеолярными макрофагами (химическая экскреция), либо (б) переносятся в дыхательные пути или лимфатическую ткань альвеолярными макрофагами и разряжаются. из организма (физическое выделение).Фагоцитируется волокно или нет, зависит от его длины. Волокна длиной 20 мкм или короче, по-видимому, фагоцитируются и перевариваются альвеолярными макрофагами [11, 15], тогда как волокна длиной более 20 мкм не могут быть полностью фагоцитированы альвеолярными макрофагами. Предполагается, что эти волокна либо (а) растворяются жидкостью тела, либо (б) складываются в поперечном направлении и измельчаются для уменьшения длины, а затем фагоцитируются и перевариваются альвеолярными макрофагами, либо попадают в легочные эпителиальные клетки и переносятся в лимфатическую ткань, таким образом, выделяется из организма [11, 15].Считается, что эти механизмы уменьшают количество волокон. Более того, скорость уменьшения количества волокон с длиной короче 20 мкм замедлилась в группах через 1 и 2 недели. Возможная причина этого явления заключается в том, что волокна длиной более 20 мкм были растворены внеклеточной жидкостью и сложены в поперечном направлении с измельчаемыми волокнами, таким образом увеличивая количество более коротких волокон (короче 20 мкм) и, как следствие, увеличивая скорость образования накопление по ряду показателей, в том числе по общему количеству волокон [11].

Период полураспада был особенно коротким (10 дней) для длинных волокон длиной 20 мкм и более. В предыдущем исследовании период полураспада составлял 111 дней для волокон ВОЗ из RW ( L > 5 мкм и W <3 мкм) и 53 дня для волокон длиной 20 мкм или более [18 ]. Период полураспада волокон длиннее 20 мкм был короче, чем у волокон других размеров в этом исследовании. Причина, по-видимому, в следующем: количество волокон длиной более 20 мкм быстро уменьшалось, что приводило к короткому периоду полураспада, поскольку они складывались в поперечном направлении и становились короче.Напротив, количество волокон размером 20 мкм или короче не уменьшалось быстро, и, таким образом, период полураспада был больше, потому что более длинные волокна складывались и становились короче, что приводило к увеличению количества волокон на 20 мкм или меньше, даже если количество из более коротких волокон был уменьшен фагоцитозом макрофагами.

Распределение волокон по размерам (длине и ширине) образовавшихся волокон значительно отличалось от распределения волокон в легких. Сообщалось, что волокна, вдыхаемые через нос крысы, обычно имеют длину менее 80 мкм и менее 1.Шириной 5 мкм [20]. Следовательно, разница, наблюдаемая в этом исследовании, может указывать на разделение по размеру из-за вдыхания крысами. После вдыхания волокон в легкие размеры волокон (как по длине, так и по ширине) имеют тенденцию уменьшаться со временем по сравнению с размерами вскоре после воздействия. В предыдущем исследовании RW, проведенном в Дании, средняя длина уменьшилась с примерно 9 мкм вскоре после воздействия до примерно 8 мкм на четвертой неделе [21]. Средняя ширина также уменьшилась с примерно 0,7 мкм вскоре после экспонирования до примерно 0.6 мкм на четвертой неделе [21]. В другом исследовании RW, проведенном в Дании, средняя длина уменьшилась с примерно 11 мкм вскоре после воздействия до примерно 10 мкм на четвертой неделе, а средняя ширина уменьшилась с примерно 0,8 мкм вскоре после воздействия до примерно 0,6 мкм на четвертой неделе [ 18]. Причина уменьшения средней длины и ширины, по-видимому, заключается в следующем: волокна длиной 20 мкм или короче были фагоцитированы альвеолярными макрофагами, как указывалось ранее, в то время как волокна длиной более 20 мкм были либо (а) захвачены в трахее и выведены из нее. тело путем мукоцилиарного движения или (б) растворяется жидкостью тела или складывается, укорачивается и фагоцитируется макрофагами [15].Длина, по-видимому, уменьшилась благодаря тому же механизму уменьшения количества волокон, который описан ранее. Между тем считается, что ширина уменьшилась в результате растворения жидкостью организма.

В другом сообщении говорилось, что уменьшение размера клетчатки жидкостью организма было вызвано изменением химического состава [21]. В этом исследовании изменения химического состава MMVF наблюдались в течение года, и предполагалось, что размеры волокон равномерно уменьшаются [21]. При исследовании стекловаты было показано, что оксиды щелочных и щелочноземельных металлов уменьшаются, а химические составляющие волокон растворяются неравномерно.После этого волокна складывались в поперечном направлении и фагоцитировались альвеолярными макрофагами, уменьшая длину и ширину [21].

В этом исследовании мы изучили поведение RW в легких, чтобы оценить его стойкость в легких, с помощью краткосрочного исследования воздействия ингаляции только через нос на крысах. Строго говоря, невозможно провести прямое сравнение результатов длительного и краткосрочного наблюдения, как это было в настоящем исследовании. Основываясь на признании этого ограничения, настоящее исследование, по-видимому, предполагает безопасность волокон RW.В настоящее время мы проводим эксперимент по долговременному ингаляционному воздействию через нос, чтобы изучить патологические эффекты RW, такие как длительное сохранение RW в легких, канцерогенность и фиброз легких, и планируем дополнительно оценить безопасность RW, принимая во внимание также результаты настоящего исследования.

Выражение признательности

Мы хотели бы выразить нашу глубочайшую благодарность доктору Хидеки Эндзэ, Департамент профилактической медицины и общественного здравоохранения, Медицинский факультет Университета Китасато, за поддержку, руководство и корректуру рукописи.Мы также хотели бы поблагодарить г-жу Юмико Сугиура, г-жу Йоко Иноуэ, г-жу Юми Комацу, г-жу Мичио Кояма и г-жу Аску Ямамото, факультет профилактической медицины и общественного здравоохранения, Медицинский факультет Университета Китасато, и г-на Сичиро. Миядзаве и г-же Норико Немото, Центр электронной микроскопии, за их дотошные советы и поддержку.

Список литературы

1. Долл Р. Смертность от рака легких у рабочих, работающих с асбестом. Br J Ind Med. 1993; 50: 485–90. [Бесплатная статья PMC] [PubMed]

2. Отдел планирования, Бюро качества воздуха, Министерство окружающей среды ред.Все об асбесте и цеолите. Кавасаки: Японский центр экологической санитарии, 1987: 1–476.

3. Моринага К., Кохьяма Н. Здравоохранение рабочих, работающих с асбестом. Токио: Фонд содействия гигиене труда; 1993. стр. 141–66.

4. Берри Г. Смертность рабочих, аттестованных по медиальным панелям пневмокониоза, как больных асбестозом. Br J Ind Med. 1981; 38: 130–7. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] 5. Гормли И.П., Болтон Р.Э., Браун Г.М. и др. Некоторые наблюдения in vitro цитотоксичности хризотила, полученного методом влажного диспергирования.Перспектива здоровья окружающей среды. 1983; 51: 35–9. [Бесплатная статья PMC] [PubMed]

6. Коши К., Сакабе Х. Влияние асбестовой пыли на культивируемые макрофаги. Ind Health. 1972; 10: 16–23.

7. Отдел планирования Бюро качества воздуха Министерства окружающей среды изд. Все о заменителях асбеста. Кавасаки: Японский центр экологической санитарии 1989: 106–9.

8. МакКоннелл Е.Е., Экстен С., Хестерберг Т.В. и др. Исследования ингаляционной токсикологии двух стекловолоконных материалов и амозитного асбеста на сирийском золотом хомяке.Часть II. Результаты хронического воздействия. Вдыхать токсикол. 1999; 11: 785–835. [PubMed] 9. Дэвис Р. Влияние минеральных волокон на макрофаги. IARC Sci Publ. 1980; 30: 419–25. [PubMed] 10. Браун Р.К., Чемберлен М., Скидмор Дж. В.. Эффекты искусственных минеральных волокон in vitro. Ann Occup Hyg. 1979; 22: 175–9. [PubMed] 11. Искусственные жилые волокна. Монографии МАИР по оценке канцерогенных рисков для человека, вып. 81. Лион: МАИР; 2002. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] 12. Кохьяма Н., Танака И., Томита М. и др. Подготовка и характеристика стандартных образцов волокнистых минералов для биологических экспериментов.Ind Health. 1997; 35: 415–32. [PubMed] 13. Кудо Ю., Шибата К., Мики Т. и др. Поведение нового типа минеральной ваты (HT-ваты) в легких после воздействия через нос у крыс. Environ Health Prev Med. 2005; 10: 239–48. [Бесплатная статья PMC] [PubMed]

14. Управление по улучшению окружающей среды, Департамент промышленной безопасности и здоровья, Министерство труда, ред. Минеральная пыль. Руководство по измерению рабочей среды I, Токио: Японская ассоциация по измерению рабочей среды, 2000: 167–80.

15.Хестерберг Т.В., Харт Г.А. Синтетические стекловидные волокна: обзор токсикологических исследований и их влияние на классификацию опасности. Crit Rev Toxicol. 2001; 31: 1–53. [PubMed]

16. Танака И. Отложение и удаление частиц в органах дыхания у мелких животных. J Aerosol Res. 1988. 3: 16–23. (на японском).

17. Хаммад Ю., Дием Дж., Крейгхед Дж. И др. Отложение вдыхаемых искусственных минеральных волокон в легких крыс. Ann Occup Hyg. 1982; 26: 179–87. [PubMed] 18. Хестерберг Т.В., Чейз Дж., Экстен С. и др.Биоперсистенция синтетических волокон стекловидного тела и амозитного асбеста в легких крыс после вдыхания. Toxicol Appl Pharmacol. 1998. 151: 262–75. [PubMed] 19. Массельман Р.П., Мюллер В.С., Истес В. и др. Биоперсистенция искусственных стекловидных волокон и волокон крокидолита в легких крыс после кратковременного воздействия. Перспектива здоровья окружающей среды. 1994; 102 (добавление 5): 139–43. [Бесплатная статья PMC] [PubMed]

20. МакКоннелл Е.Е., Камструп О., Массельман Р.П. и др. Хроническое ингаляционное исследование разделенных по размеру изоляционных волокон из каменной и шлаковой ваты на крысах Fischer 344 / N.Вдыхать токсикол. 1994; 6: 571–614.

21. Хестерберг Т.В., Мюллер В.С., Массельман Р.П. и др. Биоперсистенция искусственных стекловидных волокон и крокидолитового асбеста в легких крыс после вдыхания. Fundam Appl Toxicol. 1996; 29: 267–79. [PubMed]

Поведение каменной ваты в легких после воздействия через нос у крыс

Environ Health Prev Med. 2009 июл; 14 (4): 226–234.

и

Юичиро Кудо

Департамент профилактической медицины и общественного здравоохранения, Медицинский факультет Университета Китасато, 1-15-1 Китасато, Сагамихара, Канагава 228-8555 Япония

Йошихару Айзава Департамент профилактики

Медицина и общественное здравоохранение, Медицинский факультет Университета Китасато, 1-15-1 Китасато, Сагамихара, Канагава 228-8555 Япония

Департамент профилактической медицины и общественного здравоохранения, Медицинский факультет Университета Китасато, 1-15-1 Китасато, Сагамихара, Канагава 228-8555 Япония

Автор, ответственный за переписку.

Поступило 13 октября 2008 г .; Принято 16 февраля 2009 г. количество и размер волокон с точки зрения длины и ширины, согласно исследованию воздействия ингаляции только через нос. Двадцать крыс-самцов Fischer 344 (в возрасте 6–10 недель) подвергались воздействию волокон RW в концентрации 70 (21) волокон / м 3 и 30 (6.6) мг / м 3 , среднее арифметическое (геометрическое стандартное отклонение), непрерывно в течение 3 часов ежедневно в течение пяти дней подряд. Каждую из пяти крыс умерщвляли вскоре и через 1, 2 и 4 недели после воздействия, а их легкие подвергали озолению низкотемпературным плазмотроном. Затем количество и размеры волокон в озоленных образцах определялись с помощью фазово-контрастного микроскопа и анализатора компьютерных изображений. Количество волокон в легких через 4 недели после воздействия значительно снизилось по сравнению с исходным значением, т.е.е., вскоре после воздействия ( P <0,05). Периоды полураспада волокон RW, рассчитанные по однокамерной модели, составили 32 дня для всех волокон и 10 дней для волокон длиннее 20 мкм. Уменьшение количества волокон составило 53,6% через 4 недели после воздействия (исходная группа = 100%). Аналогичным образом, размер волокон значительно уменьшился через 4 недели после воздействия ( P <0,05), вероятно, потому, что волокна были растворены в жидкости организма, проглочены альвеолярными макрофагами или выведены за пределы тела при мукоцилиарном движении.В будущих исследованиях необходимо изучить долговременное сохранение волокон RW в легких.

Ключевые слова: Минеральная вата, Вдыхание только через нос, Клиренс, Биостойкость

Введение

Асбест отличается превосходной термостойкостью, изоляционными характеристиками и долговечностью и использовался для изготовления строительных материалов, таких как асбестоцементные изделия, цементные плиты и т. Д. армирующий материал для синтетической смолы, такой как виниловые полы, доски и шестерни, материал для напыления для тепло- или звукоизоляции, а также теплоизоляционный материал для котельных труб, печей и т. д.Однако сообщалось, что он вызывает фиброзное заболевание легких, рак легких и злокачественную мезотелиому плевры и брюшины [1–3], и было доказано, что он обладает токсичностью во многих экспериментах in vitro и in vivo. Поэтому использование асбеста запрещено или ограничено во всем мире [4–6]. В Японии Приказ о применении Закона о промышленной безопасности и гигиене труда, Положения о промышленной безопасности и охране здоровья и Постановление о предотвращении опасностей, связанных с определенными химическими веществами, были пересмотрены в 1995 году, чтобы запретить производство, импорт, использование и продажу амозита и крокидолита. , и продукты, содержащие любой из них на уровне более 1%.Кроме того, с октября 2004 года запрещено производство, импорт, использование и продажа хризотила и продуктов, содержащих хризотил в количестве, превышающем 1%. заменитель асбеста.

На текущем рынке различные виды искусственных стекловидных волокон (MMVF) используются в качестве заменителей асбеста. Минеральная вата (RW), разновидность MMVF, производится из расплавленного мягкого шлака, такого как железный шлак, медный шлак, никелевый шлак и т. Д., и натуральный камень, такой как андезит, базальт и амфиболит. Поскольку RW отличается теплостойкостью, огнестойкостью и звукопоглощением, он в основном используется в качестве огнестойкого и жаропрочного материала, теплоизоляционного материала и звукопоглощающего материала [7]. В предыдущем исследовании экспериментов in vivo с использованием RW у крыс наблюдался фиброз легких, но не сообщалось о развитии опухолей легких [8], а β-глюкуронидаза и лактатдегидрогеназа (ЛДГ) высвобождались из макрофагов [9] и образовывались гигантские клетки. культивируемых клеток [10], хотя такие эффекты RW были слабее, чем у хризотила.На основании этих исследований Международное агентство по изучению рака (IARC) классифицирует RW как группу 3: ограниченная или незрелая канцерогенность для животных и неклассифицируемая канцерогенность для людей [11].

Для оценки биологических эффектов MMVF, таких как RW, было проведено множество исследований экспериментов in vivo, включая краткосрочное и долгосрочное ингаляционное воздействие, инъекцию MMVF в плевру и брюшину и инъекцию в трахею. В отчетах МАИР [11] доказано, что исследования ингаляционного воздействия являются наиболее подходящим методом для оценки воздействия на здоровье населения.

В настоящем исследовании, чтобы изучить стойкость RW в легких как показатель воздействия RW на дыхательную систему, мы провели исследование краткосрочного ингаляционного воздействия только через нос на крысах.

Материалы и методы

Материалы

В качестве анализируемого материала мы использовали образец RW, произведенный NC Co. Ltd., Япония, предоставленный Ассоциацией каменной ваты, Япония. Флуоресцентная рентгеновская спектроскопия показала, что образец RW химически состоит из 39% SiO 2 , 33% CaO, 14% Al 2 O 3 , 5% MgO, 1.8% Fe 2 O 3 и 0,6% S.

Изначально RW присутствует в виде комков волокон разного размера (длины и ширины). Как правило, проводятся эксперименты на животных для оценки биологических эффектов MMVF. Поскольку известно, что биологический эффект волокон варьируется в зависимости от размера, размер волокна важен для определения максимального вредного воздействия. Поэтому мы скорректировали размер РАО в соответствии с методом Кохьямы [12], то есть объемные РАО были залиты в цилиндр (диаметр 6 см, диаметр 28 мкм).3 см 2 ), и давление 160 кг / см 2 (4,5 МПа) применяли дважды, используя ручной пресс для масла (тип BRM 32, Maekawa MFG Co., Ltd., Токио). Необработанные волокна RW были измельчены в более короткие волокна с помощью этого процесса, и измельченные более короткие волокна были использованы для настоящего эксперимента по ингаляции. Размеры измельченных волокон RW, диспергированных в камере экспонирования, измеряли путем отбора проб с использованием метода фильтрации и электронной микроскопии. Их средняя геометрическая длина (геометрическое стандартное отклонение) и средняя геометрическая ширина (геометрическое стандартное отклонение) составляли 15.49 (2,02) мкм и 2,44 (1,59) мкм соответственно (рис.). Затем, чтобы упростить образование RW в системе ингаляционного воздействия только через нос, измельченные волокна RW были смешаны со стеклянными шариками (BZ-02, AS ONE Corp., Осака) в соотношении 1 (RW) к 39 ( стеклянные бусины) на развес.

Электронно-микроскопическое изображение волокна перед генерацией (× 1000)

Система ингаляционного воздействия только через нос

Материалы, полученные в соответствии с описанной выше процедурой, обрабатывались следующим образом: воздух подавался из воздушного компрессора в генератор материала, как сообщалось Кудо и др.[13], со скоростью 30 л / мин, и материалы были помещены в резервуар для хранения материала генератора материалов. Материалы, смешанные со стеклянными шариками, были псевдоожижены воздухом из воздушного компрессора и отделены от стеклянных шариков. В результате материалы были выброшены в воздух. Полученные материалы отправляли в субкамеру, разбавляли фильтрованным воздухом до заданной концентрации и переносили в камеру экспонирования. Скорость вытяжного потока в камере экспонирования была установлена ​​на уровне 40 л / мин.Чтобы поддерживать концентрацию волокон RW (10000 имп / мин) в камере экспонирования, концентрацию контролировали с помощью цифрового измерителя пыли, а количество материалов, которые должны были образоваться, регулировали путем подачи обратной связи на питатель. Держатели для крыс помещали в камеру экспонирования.

Исследование воздействия

Десять крыс-самцов Fischer 344 (в возрасте 6–10 недель) использовались для каждого эксперимента, и каждый эксперимент проводился дважды (всего 20 крыс). Чтобы акклиматизировать крыс к окружающей среде лаборатории, их сначала помещали в клетки на 1 неделю со свободным доступом к воде, пище и свежему фильтрованному воздуху.В камере поддерживалась температура 22 ° C и влажность 40%.

Эксперимент проводился путем непрерывного воздействия на крыс волокон RW в течение 3 часов в день в течение пяти дней подряд. Целевая концентрация волокон в воздухе была установлена ​​равной 30 мг / м 3 по массовой концентрации и 50 ± 10 волокон / см 3 по концентрации волокон. Каждый день в течение экспериментального периода крыс, закрепленных в верхних держателях для крыс основной камеры, заменяли крысами в нижних держателях для крыс, меняя положения между верхними и нижними держателями для крыс.В течение периода экспонирования концентрацию волокна в камере контролировали пять раз в день (30, 60, 90, 120 и 150 минут после начала эксперимента по экспонированию) с помощью следующих методов мониторинга волокон в воздухе в дополнение к постоянному мониторингу с помощью цифровой измеритель пыли (Shibata Corp., Токио). Для контроля концентрации волокон в воздухе в камере экспонирования только для носа отбирали пробы воздуха с использованием мембранных фильтров (Nihon Millipore KK, Токио, диаметр пор 0,8 мкм и диаметр 25 мм; именуемые «MF»), фильтры T60A20 (Tokyo Dylec Corp., Токио, диаметр 25 мм; называемые «T60A20»), и фильтры Nuclepore (Nomura Micro Science Co., Ltd., Kanagawa, диаметр пор 0,2 мкм, диаметр 25 мм; именуемые «NF»), установленные в пластиковом держателе. В течение заданного периода времени образцы волокон собирали на MF в течение 1 мин, T60A20 в течение 10 минут и NF в течение 5 минут с помощью электрического всасывающего насоса (GilAir-5: Gilian, США), и концентрацию волокна подтверждали измерением количество волокон (волокно / см 3 ) и массовая концентрация (мг / м 3 ) с использованием соответствующих фильтров.Волокна, собранные на MF с соотношением сторон (отношение длины к ширине) 3 или выше, были измерены с помощью фазово-контрастной микроскопии в соответствии с критериями измерения волокон [14]. Для измерения массовой концентрации (мг / м 3 ) вес собранных по воздуху волокон T60A20 измеряли с помощью электронных весов, сравнивая с весом до отбора проб.

Вскоре после пятого дня воздействия пять крыс (средний вес 180 г) были умерщвлены (группа вскоре после заражения). По пять крыс также умерщвляли через 1 неделю (группа через 1 неделю), через 2 недели (группа через 2 недели) и через 4 недели (группа через 4 недели) после окончания периода воздействия.Вес тела крыс измеряли один раз в неделю, а их внешний вид и состояние периодически контролировали на предмет любых изменений во время и после периода воздействия.

Измерение волокон в легких крыс

Под анестезией пентобарбиталом (0,15 мг / кг массы тела) крыс умерщвляли кровотечением из брюшной аорты и резецировали их легкие. Резецированные легкие хранили при низкой температуре (-20 ° C). Затем ткани легких размораживали при комнатной температуре, измельчали ​​и лиофилизировали, чтобы снизить их вес до заданного уровня.Вес после лиофилизации рассматривался как вес высушенных легких. Лиофилизированные легкие около 17 мг сжигали в низкотемпературной печи (Plasma Asher LTA-102, Yanaco Corp., Киото) в течение 24 часов.

После сжигания дистиллированная вода, которая была профильтрована с помощью Minisart (Sartorius KK, Tokyo), была добавлена ​​в бутыль для взвешивания, чтобы суспендировать волокна, и волокна были собраны на MF (диаметр пор 0,22 мкм) с использованием всасывающего фильтра и оставлены для хранения. сухой. Высушенный фильтр помещали на предметное стекло и обрабатывали парами ацетона с помощью Quick Fix, делая его прозрачным.На каждом образце фильтра подсчитывали не менее 200 волокон RW с помощью фазово-контрастного микроскопа (BX41, Olympus Corp., Токио). Подсчитывались волокна с соотношением сторон 3 или выше. Win Roof (программное обеспечение для анализа изображений, Mitani Corp., Токио) использовался для получения количества волокон, различая длину ( L ) как L ≤ 5 мкм, 5 мкм < L ≤ 20 мкм и L > 20 мкм. Среди подсчитанных волокон также была измерена концентрация волокон ( L, > 5 мкм и ширина <3 мкм) в соответствии с методом Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) (именуемым «волокна ВОЗ») [11].Затем количество волокон переводили в количество волокон на вес высушенной легочной ткани. Период полураспада волокон в легких крысы был рассчитан исходя из предположения, что среднее геометрическое значение общего количества волокон, деленное на общий вес легких (волокна / мг) в легких в группе, получавшей вскоре после этого, было 100% [15].

Измерение размеров волокон

Для измерения размеров волокон (длины и ширины) в воздухе и в легких волокна в пределах измеряемого визуального диапазона и с соотношением сторон 3 или выше были измерены с помощью фазово-контрастного микроскопа. при увеличении 400 ×.На каждую крысу подсчитывали не менее 200 волокон 0,36 мкм или более.

Статистический анализ

Были рассчитаны среднее геометрическое и геометрическое стандартное отклонение общего числа волокон по длине и ширине. Кроме того, для измерения длины и ширины для каждой крысы использовали минимум 200 волокон, полученных в двух экспериментах, которые попали в легкие крыс. Затем рассчитывали среднее геометрическое для группы из пяти крыс. Был проведен односторонний дисперсионный анализ и множественные сравнения с помощью теста Шеффе.

Результаты

Мониторинг концентрации волокна в камере экспонирования

В таблице показана концентрация волокна в камере экспонирования в каждом эксперименте. Средние (SD) значения подсчета, полученные цифровым измерителем пыли для первого и второго экспериментов (5 дней каждый), составили 9 257 (182,4) и 10 042 (966) отсчетов / мин. Средние концентрации волокон (SD) в камере экспонирования составляли 75,1 (18,0) и 63,7 (23,3) волокон / см 3 , и аналогично средние массовые концентрации (SD) составляли 30.0 (5,7) мг / м 3 и 30,5 (7,4) мг / м 3 соответственно. На рис. 2 показано частотное распределение (гистограмма) длины и ширины волокон внутри камеры экспонирования, в котором среднее геометрическое (GSD) длины составляло 15,49 (2,02) мкм, а ширины – 2,44 (1,59) мкм.

Таблица 1

Концентрация волокна в камере экспонирования

Первый эксперимент Второй эксперимент
Цифровой измеритель пыли (кол / мин) Концентрация волокна (ф / см 3 ) Весовая концентрация (мг / м 3 ) Цифровой измеритель пыли (количество / мин) Концентрация волокна (ф / см 3 ) Весовая концентрация (мг / м 3 )
День 1 ( n = 5) 9861 (274) 81.0 (19,5) 30,0 (6,2) 9550 (134) 39,8 (14,3) 24,4 (3,6)
День 2 ( n = 5) 9237 (197) 72,8 (5,0) 27,0 (7,1) 9824 (585) 77,4 (27,4) 30,8 (4,6)
День 3 ( n = 5) 9247 (97) 81,3 ( 14,9) 33,2 (7,8) 10419 (215) 69,9 (20,1) 37,2 (5.4)
День 4 ( n = 5) 9313 (154) 65,0 (26,2) 29,2 (2,3) 9636 (1697) 63,1 (21,6) 24,4 (6,2 )
День 5 ( n = 5) 9137 (81) 86,8 (12,0) 30,4 (4,3) 10851 (458) 68,5 (20,1) 37,2 (5,0)
Среднее ( n = 25) 9257 (182,4) 75.1 (18,0) 30,0 (5,7) 10042 (966) 63,7 (23,3) 30,5 (7,4)

a Распределение длины образующихся волокон (внутри камеры). b Распределение ширины образовавшихся волокон (внутри камеры)

Скорость отложения внутрилегочных волокон

Общее количество волокон RW, вдыхаемых крысами в течение экспериментального периода, рассчитывалось по следующему уравнению:

Объем дыхания у крыс был рассчитан по следующему уравнению [16]:

Поскольку средняя масса тела крыс составляла 131 г, дыхательный объем был рассчитан следующим образом:

Концентрация волокон RW в камере экспонирования, рассчитанная в соответствии с правилами в Руководство по измерению условий труда [14], было 70.6 волокон / см 3 . Поскольку крысы подвергались воздействию в течение 3 часов ежедневно в течение пяти дней подряд, общее количество вдыхаемых волокон RW было рассчитано следующим образом:

Поскольку общее количество волокон в легких, соответствующее этому количеству, оказалось равным 7,09 × 10 5 Вскоре после воздействия волокна скорость отложения внутрилегочного волокна была рассчитана следующим образом:

Таким образом, скорость отложения внутрилегочного волокна составила 13,7%.

Изменения количества волокон в обоих легких

Таблица и рис.показывают количество волокон RW, накопленных в легких, и их пропорции, исходя из предположения, что значение вскоре после воздействия составляло 100%.

Таблица 2

Число волокон в легких и их пропорции

Группа неделя -после группы ) -после группы
Группа умерщвленных крыс Всего волокон Волокна короче или равны 5 мкм ( L ≤ 5 мкм) Волокна длиннее 5 мкм и короче 20 мкм (5 мкм < L ≤ 20 мкм) Волокна длиннее 20 мкм ( L > 20 мкм) Волокна ВОЗ
Среднее геометрическое (GSD) % Среднее геометрическое (GSD) % Среднее геометрическое (GSD) % Среднее геометрическое (GSD) % Среднее геометрическое (GSD) %
9.43 (1,13) 100,0 2,12 (1,24) 100,0 6,08 (1,13) 100,0 1,21 (1,14) 100,0 7,09 (1,12) 100,0 7,42 (1,35) 78,7 2,04 (1,50) 96,3 4,75 (1,34) 78,2 0,54 (1,83) 73,9 5,20174
Группа через 2 недели после 7.68 (1,17) 81,5 2,12 (1,16) 100,3 5,07 (1,21) 83,4 0,42 (1,73) 34,7 5,45 (1,20) 76,9 76,9 5,05 (1,23) a, c 53,6 1,59 (1,48) 74,9 3,13 (1,24) a, c 51,5 0,22 (2,27) 9000 17,9 3,38 (1,25) а, б, в 47.7

Процент волокон в легких: закрашенный квадрат группа вскоре после операции, полосатая полоса группа через 1 неделю, квадрат с точками группа через 2 недели, открытый квадрат 4 недели -после группы. Процент, при условии, что значение группы «вскоре после» равно 100%. n = 5, L Длина волокна (мкм)

Среднее значение общего количества волокон в обоих высушенных легких имело тенденцию к снижению в течение периода от вскоре после воздействия до 4 недель после воздействия.Хотя скорость уменьшения количества волокон длиной 5 мкм или меньше ( L ≤ 5 мкм), волокна длиннее 5 мкм, но короче или равны 20 мкм (5 мкм < L ≤ 20 мкм) , и волокна ВОЗ ( L > 5 мкм и W <3 мкм) были низкими в определенный момент, количество волокон в группе через 4 недели было меньше, чем в группе, получавшей вскоре после этого (100 %). В то же время волокна длиной более 20 мкм ( L > 20) имели тенденцию к относительно быстрому уменьшению в течение периода от вскоре после воздействия до 4 недель после воздействия.Множественное сравнение с помощью теста Шеффе показало, что количество волокон с 5 мкм < L ≤ 20 мкм, с L > 20 мкм и волокон ВОЗ в группе через 4 недели после этого значительно уменьшилось по сравнению с вскоре после группы ( P <0,05).

Период полураспада волокон

Данные, полученные путем построения графика зависимости количества волокон в легких крысы от времени измерения в логарифмической шкале, показали линейное (т.е. экспоненциальное) уменьшение. Таким образом, период полураспада был рассчитан по однокамерной модели, как показано на рис.. Периоды полураспада, основанные на этом расчете, составили 32 дня для общего количества волокон, 86 дней для L ≤ 5 мкм, 31 день для 5 мкм < L ≤ 20 мкм, 10 дней для L > 20 мкм, и 27 дней для волокон ВОЗ. Период полураспада более длинных волокон ( L > 20 мкм), как правило, короче, чем у более коротких волокон ( L ≤ 20 мкм).

Клиренс RW волокон из легких крысы (%), рассчитанный исходя из предположения, что значение группы, полученной вскоре после операции, составляет 100%

Распределение и изменения размера волокон

В таблице показаны изменения длины и ширины внутрилегочных волокон в группах вскоре после и через 1, 2 и 4 недели после, выраженное средним геометрическим, с геометрическим стандартным отклонением в скобках.

Таблица 3

Изменения длины и ширины волокон в легких

Группа вскоре после 2-138
Группа умерщвленных крыс Среднее геометрическое (GSD)
Длина (мкм) Ширина (мкм)
8,58 (1,94) 1,26 (1,43)
Группа через 1 неделю 7,53 (1,87) а 1,18 (1,39) а
группа недель после 7.35 (1,80) a 1,17 (1,37) a
Группа через 4 недели после 6,87 (1,75) a, b 1,14 (1,32) a

Средняя длина составляла 8,58 мкм в группе, получавшей вскоре после этого, и значительно уменьшилась в трех других группах, составляя 6,87 мкм в группе, получавшей 4 недели после ( P <0,05). По сравнению с группой через 1 неделю после этого, он значительно снизился в группе через 4 недели ( P <0.05).

Средняя ширина составила 1,26 мкм в группе, получавшей вскоре после этого, и значительно уменьшилась в трех других группах, составляя 1,14 мкм в группе, получавшей 4 недели после ( P <0,05).

Обсуждение

Во многих предыдущих эпидемиологических, физико-химических исследованиях и исследованиях на животных было показано, что размер волокна и биоперсистентность асбеста или MMVF являются важными факторами с точки зрения их неблагоприятного воздействия на здоровье, особенно канцерогенности. Что касается вдыхаемых волокон, эти предыдущие исследования показали, что чем тоньше и длиннее волокна, тем канцерогенными они становятся.Кроме того, что касается биоперсистенции, волокна, которые остаются в тканях легких в течение длительного периода времени без разрушения или передачи, считаются более канцерогенными [15]. Считается, что волокна длиной 20 мкм и более с длительным периодом полураспада, как правило, вызывают фиброз или рак из-за их низкой деградации в живом организме [11, 15]. Биоперсистенция связана с количеством волокон, которые остаются в легких (количество удерживаемых внутрилегочных волокон). Количество удерживаемых внутрилегочных волокон – это количество волокон, которые вошли в легкие и остались, за вычетом объема, выведенного за счет самоочищающего действия легких.Он показывает количество, которое присутствует в легких в результате воздействия. Количество удерживаемой внутрилегочной клетчатки основано на балансе удержания-экскреции: если внутрилегочный удерживаемый объем слишком велик для того, чтобы экскреция могла наверстать упущенное, или если экскреция не работает должным образом, это количество увеличивается, вызывая повреждение легких [11].

Система ингаляционной экспозиции только через нос, использованная в этом эксперименте, является улучшенной версией традиционного типа, в которой субкамера была установлена ​​непосредственно перед камерой экспонирования.У этого подхода есть два преимущества. Во-первых, субкамера может контролировать концентрацию образующихся волокон RW, позволяя подавать заданную концентрацию в камеру экспонирования. Во-вторых, субкамера может отбирать волокна одинакового размера и подавать их в основную камеру экспонирования. Поскольку в субкамере осаждаются длинные и толстые волокна, которые не могут быть вдохнуты крысами, в камеру экспонирования можно подавать только вдыхаемые волокна. Этот метод также позволял постоянно генерировать волокна RW с относительно высокой концентрацией в течение определенного периода времени.Следовательно, волокна RW генерировались почти с одинаковой концентрацией, потому что они генерировались почти при целевых концентрациях волокна и изначально предполагаемых массовых концентрациях, хотя были некоторые ежедневные колебания.

Hammad et al. [17] сообщили, что скорость отложения волокон была почти в диапазоне 1-7% у крыс, вскрытых на 5-й день после воздействия волокон в течение 6 часов ежедневно в течение пяти дней подряд, в то время как скорость отложения волокон в нашем исследовании вскоре после конец воздействия после воздействия в течение 3 часов ежедневно в течение пяти дней подряд составил 13.7%, хотя невозможно провести прямое сравнение между двумя исследованиями. В будущих исследованиях мы планируем измерить скорость осаждения при тех же условиях, что и в предыдущем исследовании [17], чтобы результаты можно было сравнить.

Общее количество волокон и количество волокон, подсчитанное по длине, имеет тенденцию к уменьшению со временем от вскоре после воздействия до конца четвертой недели. В предыдущих исследованиях искусственные волокна стекловидного тела всех размеров уменьшались на 30–50% в течение 30 дней после воздействия [18, 19].Волокна, которые вдыхаются и осаждаются в легких, демонстрируют различные механизмы очистки в зависимости от места выпадения осадка. Волокна, отложенные в бронхиолах, переносятся мукоцилиарными движениями в глотку и выводятся из организма [11, 14]. Предполагается, что волокна, отложенные в альвеолах, выводятся либо (а) растворяются в жидкости организма или фагоцитируются и перевариваются альвеолярными макрофагами (химическая экскреция), либо (б) переносятся в дыхательные пути или лимфатическую ткань альвеолярными макрофагами и разряжаются. из организма (физическое выделение).Фагоцитируется волокно или нет, зависит от его длины. Волокна длиной 20 мкм или короче, по-видимому, фагоцитируются и перевариваются альвеолярными макрофагами [11, 15], тогда как волокна длиной более 20 мкм не могут быть полностью фагоцитированы альвеолярными макрофагами. Предполагается, что эти волокна либо (а) растворяются жидкостью тела, либо (б) складываются в поперечном направлении и измельчаются для уменьшения длины, а затем фагоцитируются и перевариваются альвеолярными макрофагами, либо попадают в легочные эпителиальные клетки и переносятся в лимфатическую ткань, таким образом, выделяется из организма [11, 15].Считается, что эти механизмы уменьшают количество волокон. Более того, скорость уменьшения количества волокон с длиной короче 20 мкм замедлилась в группах через 1 и 2 недели. Возможная причина этого явления заключается в том, что волокна длиной более 20 мкм были растворены внеклеточной жидкостью и сложены в поперечном направлении с измельчаемыми волокнами, таким образом увеличивая количество более коротких волокон (короче 20 мкм) и, как следствие, увеличивая скорость образования накопление по ряду показателей, в том числе по общему количеству волокон [11].

Период полураспада был особенно коротким (10 дней) для длинных волокон длиной 20 мкм и более. В предыдущем исследовании период полураспада составлял 111 дней для волокон ВОЗ из RW ( L > 5 мкм и W <3 мкм) и 53 дня для волокон длиной 20 мкм или более [18 ]. Период полураспада волокон длиннее 20 мкм был короче, чем у волокон других размеров в этом исследовании. Причина, по-видимому, в следующем: количество волокон длиной более 20 мкм быстро уменьшалось, что приводило к короткому периоду полураспада, поскольку они складывались в поперечном направлении и становились короче.Напротив, количество волокон размером 20 мкм или короче не уменьшалось быстро, и, таким образом, период полураспада был больше, потому что более длинные волокна складывались и становились короче, что приводило к увеличению количества волокон на 20 мкм или меньше, даже если количество из более коротких волокон был уменьшен фагоцитозом макрофагами.

Распределение волокон по размерам (длине и ширине) образовавшихся волокон значительно отличалось от распределения волокон в легких. Сообщалось, что волокна, вдыхаемые через нос крысы, обычно имеют длину менее 80 мкм и менее 1.Шириной 5 мкм [20]. Следовательно, разница, наблюдаемая в этом исследовании, может указывать на разделение по размеру из-за вдыхания крысами. После вдыхания волокон в легкие размеры волокон (как по длине, так и по ширине) имеют тенденцию уменьшаться со временем по сравнению с размерами вскоре после воздействия. В предыдущем исследовании RW, проведенном в Дании, средняя длина уменьшилась с примерно 9 мкм вскоре после воздействия до примерно 8 мкм на четвертой неделе [21]. Средняя ширина также уменьшилась с примерно 0,7 мкм вскоре после экспонирования до примерно 0.6 мкм на четвертой неделе [21]. В другом исследовании RW, проведенном в Дании, средняя длина уменьшилась с примерно 11 мкм вскоре после воздействия до примерно 10 мкм на четвертой неделе, а средняя ширина уменьшилась с примерно 0,8 мкм вскоре после воздействия до примерно 0,6 мкм на четвертой неделе [ 18]. Причина уменьшения средней длины и ширины, по-видимому, заключается в следующем: волокна длиной 20 мкм или короче были фагоцитированы альвеолярными макрофагами, как указывалось ранее, в то время как волокна длиной более 20 мкм были либо (а) захвачены в трахее и выведены из нее. тело путем мукоцилиарного движения или (б) растворяется жидкостью тела или складывается, укорачивается и фагоцитируется макрофагами [15].Длина, по-видимому, уменьшилась благодаря тому же механизму уменьшения количества волокон, который описан ранее. Между тем считается, что ширина уменьшилась в результате растворения жидкостью организма.

В другом сообщении говорилось, что уменьшение размера клетчатки жидкостью организма было вызвано изменением химического состава [21]. В этом исследовании изменения химического состава MMVF наблюдались в течение года, и предполагалось, что размеры волокон равномерно уменьшаются [21]. При исследовании стекловаты было показано, что оксиды щелочных и щелочноземельных металлов уменьшаются, а химические составляющие волокон растворяются неравномерно.После этого волокна складывались в поперечном направлении и фагоцитировались альвеолярными макрофагами, уменьшая длину и ширину [21].

В этом исследовании мы изучили поведение RW в легких, чтобы оценить его стойкость в легких, с помощью краткосрочного исследования воздействия ингаляции только через нос на крысах. Строго говоря, невозможно провести прямое сравнение результатов длительного и краткосрочного наблюдения, как это было в настоящем исследовании. Основываясь на признании этого ограничения, настоящее исследование, по-видимому, предполагает безопасность волокон RW.В настоящее время мы проводим эксперимент по долговременному ингаляционному воздействию через нос, чтобы изучить патологические эффекты RW, такие как длительное сохранение RW в легких, канцерогенность и фиброз легких, и планируем дополнительно оценить безопасность RW, принимая во внимание также результаты настоящего исследования.

Выражение признательности

Мы хотели бы выразить нашу глубочайшую благодарность доктору Хидеки Эндзэ, Департамент профилактической медицины и общественного здравоохранения, Медицинский факультет Университета Китасато, за поддержку, руководство и корректуру рукописи.Мы также хотели бы поблагодарить г-жу Юмико Сугиура, г-жу Йоко Иноуэ, г-жу Юми Комацу, г-жу Мичио Кояма и г-жу Аску Ямамото, факультет профилактической медицины и общественного здравоохранения, Медицинский факультет Университета Китасато, и г-на Сичиро. Миядзаве и г-же Норико Немото, Центр электронной микроскопии, за их дотошные советы и поддержку.

Список литературы

1. Долл Р. Смертность от рака легких у рабочих, работающих с асбестом. Br J Ind Med. 1993; 50: 485–90. [Бесплатная статья PMC] [PubMed]

2. Отдел планирования, Бюро качества воздуха, Министерство окружающей среды ред.Все об асбесте и цеолите. Кавасаки: Японский центр экологической санитарии, 1987: 1–476.

3. Моринага К., Кохьяма Н. Здравоохранение рабочих, работающих с асбестом. Токио: Фонд содействия гигиене труда; 1993. стр. 141–66.

4. Берри Г. Смертность рабочих, аттестованных по медиальным панелям пневмокониоза, как больных асбестозом. Br J Ind Med. 1981; 38: 130–7. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] 5. Гормли И.П., Болтон Р.Э., Браун Г.М. и др. Некоторые наблюдения in vitro цитотоксичности хризотила, полученного методом влажного диспергирования.Перспектива здоровья окружающей среды. 1983; 51: 35–9. [Бесплатная статья PMC] [PubMed]

6. Коши К., Сакабе Х. Влияние асбестовой пыли на культивируемые макрофаги. Ind Health. 1972; 10: 16–23.

7. Отдел планирования Бюро качества воздуха Министерства окружающей среды изд. Все о заменителях асбеста. Кавасаки: Японский центр экологической санитарии 1989: 106–9.

8. МакКоннелл Е.Е., Экстен С., Хестерберг Т.В. и др. Исследования ингаляционной токсикологии двух стекловолоконных материалов и амозитного асбеста на сирийском золотом хомяке.Часть II. Результаты хронического воздействия. Вдыхать токсикол. 1999; 11: 785–835. [PubMed] 9. Дэвис Р. Влияние минеральных волокон на макрофаги. IARC Sci Publ. 1980; 30: 419–25. [PubMed] 10. Браун Р.К., Чемберлен М., Скидмор Дж. В.. Эффекты искусственных минеральных волокон in vitro. Ann Occup Hyg. 1979; 22: 175–9. [PubMed] 11. Искусственные жилые волокна. Монографии МАИР по оценке канцерогенных рисков для человека, вып. 81. Лион: МАИР; 2002. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] 12. Кохьяма Н., Танака И., Томита М. и др. Подготовка и характеристика стандартных образцов волокнистых минералов для биологических экспериментов.Ind Health. 1997; 35: 415–32. [PubMed] 13. Кудо Ю., Шибата К., Мики Т. и др. Поведение нового типа минеральной ваты (HT-ваты) в легких после воздействия через нос у крыс. Environ Health Prev Med. 2005; 10: 239–48. [Бесплатная статья PMC] [PubMed]

14. Управление по улучшению окружающей среды, Департамент промышленной безопасности и здоровья, Министерство труда, ред. Минеральная пыль. Руководство по измерению рабочей среды I, Токио: Японская ассоциация по измерению рабочей среды, 2000: 167–80.

15.Хестерберг Т.В., Харт Г.А. Синтетические стекловидные волокна: обзор токсикологических исследований и их влияние на классификацию опасности. Crit Rev Toxicol. 2001; 31: 1–53. [PubMed]

16. Танака И. Отложение и удаление частиц в органах дыхания у мелких животных. J Aerosol Res. 1988. 3: 16–23. (на японском).

17. Хаммад Ю., Дием Дж., Крейгхед Дж. И др. Отложение вдыхаемых искусственных минеральных волокон в легких крыс. Ann Occup Hyg. 1982; 26: 179–87. [PubMed] 18. Хестерберг Т.В., Чейз Дж., Экстен С. и др.Биоперсистенция синтетических волокон стекловидного тела и амозитного асбеста в легких крыс после вдыхания. Toxicol Appl Pharmacol. 1998. 151: 262–75. [PubMed] 19. Массельман Р.П., Мюллер В.С., Истес В. и др. Биоперсистенция искусственных стекловидных волокон и волокон крокидолита в легких крыс после кратковременного воздействия. Перспектива здоровья окружающей среды. 1994; 102 (добавление 5): 139–43. [Бесплатная статья PMC] [PubMed]

20. МакКоннелл Е.Е., Камструп О., Массельман Р.П. и др. Хроническое ингаляционное исследование разделенных по размеру изоляционных волокон из каменной и шлаковой ваты на крысах Fischer 344 / N.Вдыхать токсикол. 1994; 6: 571–614.

21. Хестерберг Т.В., Мюллер В.С., Массельман Р.П. и др. Биоперсистенция искусственных стекловидных волокон и крокидолитового асбеста в легких крыс после вдыхания. Fundam Appl Toxicol. 1996; 29: 267–79. [PubMed]

Поведение каменной ваты в легких после воздействия через нос у крыс

Environ Health Prev Med. 2009 июл; 14 (4): 226–234.

и

Юичиро Кудо

Департамент профилактической медицины и общественного здравоохранения, Медицинский факультет Университета Китасато, 1-15-1 Китасато, Сагамихара, Канагава 228-8555 Япония

Йошихару Айзава Департамент профилактики

Медицина и общественное здравоохранение, Медицинский факультет Университета Китасато, 1-15-1 Китасато, Сагамихара, Канагава 228-8555 Япония

Департамент профилактической медицины и общественного здравоохранения, Медицинский факультет Университета Китасато, 1-15-1 Китасато, Сагамихара, Канагава 228-8555 Япония

Автор, ответственный за переписку.

Поступило 13 октября 2008 г .; Принято 16 февраля 2009 г. количество и размер волокон с точки зрения длины и ширины, согласно исследованию воздействия ингаляции только через нос. Двадцать крыс-самцов Fischer 344 (в возрасте 6–10 недель) подвергались воздействию волокон RW в концентрации 70 (21) волокон / м 3 и 30 (6.6) мг / м 3 , среднее арифметическое (геометрическое стандартное отклонение), непрерывно в течение 3 часов ежедневно в течение пяти дней подряд. Каждую из пяти крыс умерщвляли вскоре и через 1, 2 и 4 недели после воздействия, а их легкие подвергали озолению низкотемпературным плазмотроном. Затем количество и размеры волокон в озоленных образцах определялись с помощью фазово-контрастного микроскопа и анализатора компьютерных изображений. Количество волокон в легких через 4 недели после воздействия значительно снизилось по сравнению с исходным значением, т.е.е., вскоре после воздействия ( P <0,05). Периоды полураспада волокон RW, рассчитанные по однокамерной модели, составили 32 дня для всех волокон и 10 дней для волокон длиннее 20 мкм. Уменьшение количества волокон составило 53,6% через 4 недели после воздействия (исходная группа = 100%). Аналогичным образом, размер волокон значительно уменьшился через 4 недели после воздействия ( P <0,05), вероятно, потому, что волокна были растворены в жидкости организма, проглочены альвеолярными макрофагами или выведены за пределы тела при мукоцилиарном движении.В будущих исследованиях необходимо изучить долговременное сохранение волокон RW в легких.

Ключевые слова: Минеральная вата, Вдыхание только через нос, Клиренс, Биостойкость

Введение

Асбест отличается превосходной термостойкостью, изоляционными характеристиками и долговечностью и использовался для изготовления строительных материалов, таких как асбестоцементные изделия, цементные плиты и т. Д. армирующий материал для синтетической смолы, такой как виниловые полы, доски и шестерни, материал для напыления для тепло- или звукоизоляции, а также теплоизоляционный материал для котельных труб, печей и т. д.Однако сообщалось, что он вызывает фиброзное заболевание легких, рак легких и злокачественную мезотелиому плевры и брюшины [1–3], и было доказано, что он обладает токсичностью во многих экспериментах in vitro и in vivo. Поэтому использование асбеста запрещено или ограничено во всем мире [4–6]. В Японии Приказ о применении Закона о промышленной безопасности и гигиене труда, Положения о промышленной безопасности и охране здоровья и Постановление о предотвращении опасностей, связанных с определенными химическими веществами, были пересмотрены в 1995 году, чтобы запретить производство, импорт, использование и продажу амозита и крокидолита. , и продукты, содержащие любой из них на уровне более 1%.Кроме того, с октября 2004 года запрещено производство, импорт, использование и продажа хризотила и продуктов, содержащих хризотил в количестве, превышающем 1%. заменитель асбеста.

На текущем рынке различные виды искусственных стекловидных волокон (MMVF) используются в качестве заменителей асбеста. Минеральная вата (RW), разновидность MMVF, производится из расплавленного мягкого шлака, такого как железный шлак, медный шлак, никелевый шлак и т. Д., и натуральный камень, такой как андезит, базальт и амфиболит. Поскольку RW отличается теплостойкостью, огнестойкостью и звукопоглощением, он в основном используется в качестве огнестойкого и жаропрочного материала, теплоизоляционного материала и звукопоглощающего материала [7]. В предыдущем исследовании экспериментов in vivo с использованием RW у крыс наблюдался фиброз легких, но не сообщалось о развитии опухолей легких [8], а β-глюкуронидаза и лактатдегидрогеназа (ЛДГ) высвобождались из макрофагов [9] и образовывались гигантские клетки. культивируемых клеток [10], хотя такие эффекты RW были слабее, чем у хризотила.На основании этих исследований Международное агентство по изучению рака (IARC) классифицирует RW как группу 3: ограниченная или незрелая канцерогенность для животных и неклассифицируемая канцерогенность для людей [11].

Для оценки биологических эффектов MMVF, таких как RW, было проведено множество исследований экспериментов in vivo, включая краткосрочное и долгосрочное ингаляционное воздействие, инъекцию MMVF в плевру и брюшину и инъекцию в трахею. В отчетах МАИР [11] доказано, что исследования ингаляционного воздействия являются наиболее подходящим методом для оценки воздействия на здоровье населения.

В настоящем исследовании, чтобы изучить стойкость RW в легких как показатель воздействия RW на дыхательную систему, мы провели исследование краткосрочного ингаляционного воздействия только через нос на крысах.

Материалы и методы

Материалы

В качестве анализируемого материала мы использовали образец RW, произведенный NC Co. Ltd., Япония, предоставленный Ассоциацией каменной ваты, Япония. Флуоресцентная рентгеновская спектроскопия показала, что образец RW химически состоит из 39% SiO 2 , 33% CaO, 14% Al 2 O 3 , 5% MgO, 1.8% Fe 2 O 3 и 0,6% S.

Изначально RW присутствует в виде комков волокон разного размера (длины и ширины). Как правило, проводятся эксперименты на животных для оценки биологических эффектов MMVF. Поскольку известно, что биологический эффект волокон варьируется в зависимости от размера, размер волокна важен для определения максимального вредного воздействия. Поэтому мы скорректировали размер РАО в соответствии с методом Кохьямы [12], то есть объемные РАО были залиты в цилиндр (диаметр 6 см, диаметр 28 мкм).3 см 2 ), и давление 160 кг / см 2 (4,5 МПа) применяли дважды, используя ручной пресс для масла (тип BRM 32, Maekawa MFG Co., Ltd., Токио). Необработанные волокна RW были измельчены в более короткие волокна с помощью этого процесса, и измельченные более короткие волокна были использованы для настоящего эксперимента по ингаляции. Размеры измельченных волокон RW, диспергированных в камере экспонирования, измеряли путем отбора проб с использованием метода фильтрации и электронной микроскопии. Их средняя геометрическая длина (геометрическое стандартное отклонение) и средняя геометрическая ширина (геометрическое стандартное отклонение) составляли 15.49 (2,02) мкм и 2,44 (1,59) мкм соответственно (рис.). Затем, чтобы упростить образование RW в системе ингаляционного воздействия только через нос, измельченные волокна RW были смешаны со стеклянными шариками (BZ-02, AS ONE Corp., Осака) в соотношении 1 (RW) к 39 ( стеклянные бусины) на развес.

Электронно-микроскопическое изображение волокна перед генерацией (× 1000)

Система ингаляционного воздействия только через нос

Материалы, полученные в соответствии с описанной выше процедурой, обрабатывались следующим образом: воздух подавался из воздушного компрессора в генератор материала, как сообщалось Кудо и др.[13], со скоростью 30 л / мин, и материалы были помещены в резервуар для хранения материала генератора материалов. Материалы, смешанные со стеклянными шариками, были псевдоожижены воздухом из воздушного компрессора и отделены от стеклянных шариков. В результате материалы были выброшены в воздух. Полученные материалы отправляли в субкамеру, разбавляли фильтрованным воздухом до заданной концентрации и переносили в камеру экспонирования. Скорость вытяжного потока в камере экспонирования была установлена ​​на уровне 40 л / мин.Чтобы поддерживать концентрацию волокон RW (10000 имп / мин) в камере экспонирования, концентрацию контролировали с помощью цифрового измерителя пыли, а количество материалов, которые должны были образоваться, регулировали путем подачи обратной связи на питатель. Держатели для крыс помещали в камеру экспонирования.

Исследование воздействия

Десять крыс-самцов Fischer 344 (в возрасте 6–10 недель) использовались для каждого эксперимента, и каждый эксперимент проводился дважды (всего 20 крыс). Чтобы акклиматизировать крыс к окружающей среде лаборатории, их сначала помещали в клетки на 1 неделю со свободным доступом к воде, пище и свежему фильтрованному воздуху.В камере поддерживалась температура 22 ° C и влажность 40%.

Эксперимент проводился путем непрерывного воздействия на крыс волокон RW в течение 3 часов в день в течение пяти дней подряд. Целевая концентрация волокон в воздухе была установлена ​​равной 30 мг / м 3 по массовой концентрации и 50 ± 10 волокон / см 3 по концентрации волокон. Каждый день в течение экспериментального периода крыс, закрепленных в верхних держателях для крыс основной камеры, заменяли крысами в нижних держателях для крыс, меняя положения между верхними и нижними держателями для крыс.В течение периода экспонирования концентрацию волокна в камере контролировали пять раз в день (30, 60, 90, 120 и 150 минут после начала эксперимента по экспонированию) с помощью следующих методов мониторинга волокон в воздухе в дополнение к постоянному мониторингу с помощью цифровой измеритель пыли (Shibata Corp., Токио). Для контроля концентрации волокон в воздухе в камере экспонирования только для носа отбирали пробы воздуха с использованием мембранных фильтров (Nihon Millipore KK, Токио, диаметр пор 0,8 мкм и диаметр 25 мм; именуемые «MF»), фильтры T60A20 (Tokyo Dylec Corp., Токио, диаметр 25 мм; называемые «T60A20»), и фильтры Nuclepore (Nomura Micro Science Co., Ltd., Kanagawa, диаметр пор 0,2 мкм, диаметр 25 мм; именуемые «NF»), установленные в пластиковом держателе. В течение заданного периода времени образцы волокон собирали на MF в течение 1 мин, T60A20 в течение 10 минут и NF в течение 5 минут с помощью электрического всасывающего насоса (GilAir-5: Gilian, США), и концентрацию волокна подтверждали измерением количество волокон (волокно / см 3 ) и массовая концентрация (мг / м 3 ) с использованием соответствующих фильтров.Волокна, собранные на MF с соотношением сторон (отношение длины к ширине) 3 или выше, были измерены с помощью фазово-контрастной микроскопии в соответствии с критериями измерения волокон [14]. Для измерения массовой концентрации (мг / м 3 ) вес собранных по воздуху волокон T60A20 измеряли с помощью электронных весов, сравнивая с весом до отбора проб.

Вскоре после пятого дня воздействия пять крыс (средний вес 180 г) были умерщвлены (группа вскоре после заражения). По пять крыс также умерщвляли через 1 неделю (группа через 1 неделю), через 2 недели (группа через 2 недели) и через 4 недели (группа через 4 недели) после окончания периода воздействия.Вес тела крыс измеряли один раз в неделю, а их внешний вид и состояние периодически контролировали на предмет любых изменений во время и после периода воздействия.

Измерение волокон в легких крыс

Под анестезией пентобарбиталом (0,15 мг / кг массы тела) крыс умерщвляли кровотечением из брюшной аорты и резецировали их легкие. Резецированные легкие хранили при низкой температуре (-20 ° C). Затем ткани легких размораживали при комнатной температуре, измельчали ​​и лиофилизировали, чтобы снизить их вес до заданного уровня.Вес после лиофилизации рассматривался как вес высушенных легких. Лиофилизированные легкие около 17 мг сжигали в низкотемпературной печи (Plasma Asher LTA-102, Yanaco Corp., Киото) в течение 24 часов.

После сжигания дистиллированная вода, которая была профильтрована с помощью Minisart (Sartorius KK, Tokyo), была добавлена ​​в бутыль для взвешивания, чтобы суспендировать волокна, и волокна были собраны на MF (диаметр пор 0,22 мкм) с использованием всасывающего фильтра и оставлены для хранения. сухой. Высушенный фильтр помещали на предметное стекло и обрабатывали парами ацетона с помощью Quick Fix, делая его прозрачным.На каждом образце фильтра подсчитывали не менее 200 волокон RW с помощью фазово-контрастного микроскопа (BX41, Olympus Corp., Токио). Подсчитывались волокна с соотношением сторон 3 или выше. Win Roof (программное обеспечение для анализа изображений, Mitani Corp., Токио) использовался для получения количества волокон, различая длину ( L ) как L ≤ 5 мкм, 5 мкм < L ≤ 20 мкм и L > 20 мкм. Среди подсчитанных волокон также была измерена концентрация волокон ( L, > 5 мкм и ширина <3 мкм) в соответствии с методом Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) (именуемым «волокна ВОЗ») [11].Затем количество волокон переводили в количество волокон на вес высушенной легочной ткани. Период полураспада волокон в легких крысы был рассчитан исходя из предположения, что среднее геометрическое значение общего количества волокон, деленное на общий вес легких (волокна / мг) в легких в группе, получавшей вскоре после этого, было 100% [15].

Измерение размеров волокон

Для измерения размеров волокон (длины и ширины) в воздухе и в легких волокна в пределах измеряемого визуального диапазона и с соотношением сторон 3 или выше были измерены с помощью фазово-контрастного микроскопа. при увеличении 400 ×.На каждую крысу подсчитывали не менее 200 волокон 0,36 мкм или более.

Статистический анализ

Были рассчитаны среднее геометрическое и геометрическое стандартное отклонение общего числа волокон по длине и ширине. Кроме того, для измерения длины и ширины для каждой крысы использовали минимум 200 волокон, полученных в двух экспериментах, которые попали в легкие крыс. Затем рассчитывали среднее геометрическое для группы из пяти крыс. Был проведен односторонний дисперсионный анализ и множественные сравнения с помощью теста Шеффе.

Результаты

Мониторинг концентрации волокна в камере экспонирования

В таблице показана концентрация волокна в камере экспонирования в каждом эксперименте. Средние (SD) значения подсчета, полученные цифровым измерителем пыли для первого и второго экспериментов (5 дней каждый), составили 9 257 (182,4) и 10 042 (966) отсчетов / мин. Средние концентрации волокон (SD) в камере экспонирования составляли 75,1 (18,0) и 63,7 (23,3) волокон / см 3 , и аналогично средние массовые концентрации (SD) составляли 30.0 (5,7) мг / м 3 и 30,5 (7,4) мг / м 3 соответственно. На рис. 2 показано частотное распределение (гистограмма) длины и ширины волокон внутри камеры экспонирования, в котором среднее геометрическое (GSD) длины составляло 15,49 (2,02) мкм, а ширины – 2,44 (1,59) мкм.

Таблица 1

Концентрация волокна в камере экспонирования

Первый эксперимент Второй эксперимент
Цифровой измеритель пыли (кол / мин) Концентрация волокна (ф / см 3 ) Весовая концентрация (мг / м 3 ) Цифровой измеритель пыли (количество / мин) Концентрация волокна (ф / см 3 ) Весовая концентрация (мг / м 3 )
День 1 ( n = 5) 9861 (274) 81.0 (19,5) 30,0 (6,2) 9550 (134) 39,8 (14,3) 24,4 (3,6)
День 2 ( n = 5) 9237 (197) 72,8 (5,0) 27,0 (7,1) 9824 (585) 77,4 (27,4) 30,8 (4,6)
День 3 ( n = 5) 9247 (97) 81,3 ( 14,9) 33,2 (7,8) 10419 (215) 69,9 (20,1) 37,2 (5.4)
День 4 ( n = 5) 9313 (154) 65,0 (26,2) 29,2 (2,3) 9636 (1697) 63,1 (21,6) 24,4 (6,2 )
День 5 ( n = 5) 9137 (81) 86,8 (12,0) 30,4 (4,3) 10851 (458) 68,5 (20,1) 37,2 (5,0)
Среднее ( n = 25) 9257 (182,4) 75.1 (18,0) 30,0 (5,7) 10042 (966) 63,7 (23,3) 30,5 (7,4)

a Распределение длины образующихся волокон (внутри камеры). b Распределение ширины образовавшихся волокон (внутри камеры)

Скорость отложения внутрилегочных волокон

Общее количество волокон RW, вдыхаемых крысами в течение экспериментального периода, рассчитывалось по следующему уравнению:

Объем дыхания у крыс был рассчитан по следующему уравнению [16]:

Поскольку средняя масса тела крыс составляла 131 г, дыхательный объем был рассчитан следующим образом:

Концентрация волокон RW в камере экспонирования, рассчитанная в соответствии с правилами в Руководство по измерению условий труда [14], было 70.6 волокон / см 3 . Поскольку крысы подвергались воздействию в течение 3 часов ежедневно в течение пяти дней подряд, общее количество вдыхаемых волокон RW было рассчитано следующим образом:

Поскольку общее количество волокон в легких, соответствующее этому количеству, оказалось равным 7,09 × 10 5 Вскоре после воздействия волокна скорость отложения внутрилегочного волокна была рассчитана следующим образом:

Таким образом, скорость отложения внутрилегочного волокна составила 13,7%.

Изменения количества волокон в обоих легких

Таблица и рис.показывают количество волокон RW, накопленных в легких, и их пропорции, исходя из предположения, что значение вскоре после воздействия составляло 100%.

Таблица 2

Число волокон в легких и их пропорции

Группа неделя -после группы ) -после группы
Группа умерщвленных крыс Всего волокон Волокна короче или равны 5 мкм ( L ≤ 5 мкм) Волокна длиннее 5 мкм и короче 20 мкм (5 мкм < L ≤ 20 мкм) Волокна длиннее 20 мкм ( L > 20 мкм) Волокна ВОЗ
Среднее геометрическое (GSD) % Среднее геометрическое (GSD) % Среднее геометрическое (GSD) % Среднее геометрическое (GSD) % Среднее геометрическое (GSD) %
9.43 (1,13) 100,0 2,12 (1,24) 100,0 6,08 (1,13) 100,0 1,21 (1,14) 100,0 7,09 (1,12) 100,0 7,42 (1,35) 78,7 2,04 (1,50) 96,3 4,75 (1,34) 78,2 0,54 (1,83) 73,9 5,20174
Группа через 2 недели после 7.68 (1,17) 81,5 2,12 (1,16) 100,3 5,07 (1,21) 83,4 0,42 (1,73) 34,7 5,45 (1,20) 76,9 76,9 5,05 (1,23) a, c 53,6 1,59 (1,48) 74,9 3,13 (1,24) a, c 51,5 0,22 (2,27) 9000 17,9 3,38 (1,25) а, б, в 47.7

Процент волокон в легких: закрашенный квадрат группа вскоре после операции, полосатая полоса группа через 1 неделю, квадрат с точками группа через 2 недели, открытый квадрат 4 недели -после группы. Процент, при условии, что значение группы «вскоре после» равно 100%. n = 5, L Длина волокна (мкм)

Среднее значение общего количества волокон в обоих высушенных легких имело тенденцию к снижению в течение периода от вскоре после воздействия до 4 недель после воздействия.Хотя скорость уменьшения количества волокон длиной 5 мкм или меньше ( L ≤ 5 мкм), волокна длиннее 5 мкм, но короче или равны 20 мкм (5 мкм < L ≤ 20 мкм) , и волокна ВОЗ ( L > 5 мкм и W <3 мкм) были низкими в определенный момент, количество волокон в группе через 4 недели было меньше, чем в группе, получавшей вскоре после этого (100 %). В то же время волокна длиной более 20 мкм ( L > 20) имели тенденцию к относительно быстрому уменьшению в течение периода от вскоре после воздействия до 4 недель после воздействия.Множественное сравнение с помощью теста Шеффе показало, что количество волокон с 5 мкм < L ≤ 20 мкм, с L > 20 мкм и волокон ВОЗ в группе через 4 недели после этого значительно уменьшилось по сравнению с вскоре после группы ( P <0,05).

Период полураспада волокон

Данные, полученные путем построения графика зависимости количества волокон в легких крысы от времени измерения в логарифмической шкале, показали линейное (т.е. экспоненциальное) уменьшение. Таким образом, период полураспада был рассчитан по однокамерной модели, как показано на рис.. Периоды полураспада, основанные на этом расчете, составили 32 дня для общего количества волокон, 86 дней для L ≤ 5 мкм, 31 день для 5 мкм < L ≤ 20 мкм, 10 дней для L > 20 мкм, и 27 дней для волокон ВОЗ. Период полураспада более длинных волокон ( L > 20 мкм), как правило, короче, чем у более коротких волокон ( L ≤ 20 мкм).

Клиренс RW волокон из легких крысы (%), рассчитанный исходя из предположения, что значение группы, полученной вскоре после операции, составляет 100%

Распределение и изменения размера волокон

В таблице показаны изменения длины и ширины внутрилегочных волокон в группах вскоре после и через 1, 2 и 4 недели после, выраженное средним геометрическим, с геометрическим стандартным отклонением в скобках.

Таблица 3

Изменения длины и ширины волокон в легких

Группа вскоре после 2-138
Группа умерщвленных крыс Среднее геометрическое (GSD)
Длина (мкм) Ширина (мкм)
8,58 (1,94) 1,26 (1,43)
Группа через 1 неделю 7,53 (1,87) а 1,18 (1,39) а
группа недель после 7.35 (1,80) a 1,17 (1,37) a
Группа через 4 недели после 6,87 (1,75) a, b 1,14 (1,32) a

Средняя длина составляла 8,58 мкм в группе, получавшей вскоре после этого, и значительно уменьшилась в трех других группах, составляя 6,87 мкм в группе, получавшей 4 недели после ( P <0,05). По сравнению с группой через 1 неделю после этого, он значительно снизился в группе через 4 недели ( P <0.05).

Средняя ширина составила 1,26 мкм в группе, получавшей вскоре после этого, и значительно уменьшилась в трех других группах, составляя 1,14 мкм в группе, получавшей 4 недели после ( P <0,05).

Обсуждение

Во многих предыдущих эпидемиологических, физико-химических исследованиях и исследованиях на животных было показано, что размер волокна и биоперсистентность асбеста или MMVF являются важными факторами с точки зрения их неблагоприятного воздействия на здоровье, особенно канцерогенности. Что касается вдыхаемых волокон, эти предыдущие исследования показали, что чем тоньше и длиннее волокна, тем канцерогенными они становятся.Кроме того, что касается биоперсистенции, волокна, которые остаются в тканях легких в течение длительного периода времени без разрушения или передачи, считаются более канцерогенными [15]. Считается, что волокна длиной 20 мкм и более с длительным периодом полураспада, как правило, вызывают фиброз или рак из-за их низкой деградации в живом организме [11, 15]. Биоперсистенция связана с количеством волокон, которые остаются в легких (количество удерживаемых внутрилегочных волокон). Количество удерживаемых внутрилегочных волокон – это количество волокон, которые вошли в легкие и остались, за вычетом объема, выведенного за счет самоочищающего действия легких.Он показывает количество, которое присутствует в легких в результате воздействия. Количество удерживаемой внутрилегочной клетчатки основано на балансе удержания-экскреции: если внутрилегочный удерживаемый объем слишком велик для того, чтобы экскреция могла наверстать упущенное, или если экскреция не работает должным образом, это количество увеличивается, вызывая повреждение легких [11].

Система ингаляционной экспозиции только через нос, использованная в этом эксперименте, является улучшенной версией традиционного типа, в которой субкамера была установлена ​​непосредственно перед камерой экспонирования.У этого подхода есть два преимущества. Во-первых, субкамера может контролировать концентрацию образующихся волокон RW, позволяя подавать заданную концентрацию в камеру экспонирования. Во-вторых, субкамера может отбирать волокна одинакового размера и подавать их в основную камеру экспонирования. Поскольку в субкамере осаждаются длинные и толстые волокна, которые не могут быть вдохнуты крысами, в камеру экспонирования можно подавать только вдыхаемые волокна. Этот метод также позволял постоянно генерировать волокна RW с относительно высокой концентрацией в течение определенного периода времени.Следовательно, волокна RW генерировались почти с одинаковой концентрацией, потому что они генерировались почти при целевых концентрациях волокна и изначально предполагаемых массовых концентрациях, хотя были некоторые ежедневные колебания.

Hammad et al. [17] сообщили, что скорость отложения волокон была почти в диапазоне 1-7% у крыс, вскрытых на 5-й день после воздействия волокон в течение 6 часов ежедневно в течение пяти дней подряд, в то время как скорость отложения волокон в нашем исследовании вскоре после конец воздействия после воздействия в течение 3 часов ежедневно в течение пяти дней подряд составил 13.7%, хотя невозможно провести прямое сравнение между двумя исследованиями. В будущих исследованиях мы планируем измерить скорость осаждения при тех же условиях, что и в предыдущем исследовании [17], чтобы результаты можно было сравнить.

Общее количество волокон и количество волокон, подсчитанное по длине, имеет тенденцию к уменьшению со временем от вскоре после воздействия до конца четвертой недели. В предыдущих исследованиях искусственные волокна стекловидного тела всех размеров уменьшались на 30–50% в течение 30 дней после воздействия [18, 19].Волокна, которые вдыхаются и осаждаются в легких, демонстрируют различные механизмы очистки в зависимости от места выпадения осадка. Волокна, отложенные в бронхиолах, переносятся мукоцилиарными движениями в глотку и выводятся из организма [11, 14]. Предполагается, что волокна, отложенные в альвеолах, выводятся либо (а) растворяются в жидкости организма или фагоцитируются и перевариваются альвеолярными макрофагами (химическая экскреция), либо (б) переносятся в дыхательные пути или лимфатическую ткань альвеолярными макрофагами и разряжаются. из организма (физическое выделение).Фагоцитируется волокно или нет, зависит от его длины. Волокна длиной 20 мкм или короче, по-видимому, фагоцитируются и перевариваются альвеолярными макрофагами [11, 15], тогда как волокна длиной более 20 мкм не могут быть полностью фагоцитированы альвеолярными макрофагами. Предполагается, что эти волокна либо (а) растворяются жидкостью тела, либо (б) складываются в поперечном направлении и измельчаются для уменьшения длины, а затем фагоцитируются и перевариваются альвеолярными макрофагами, либо попадают в легочные эпителиальные клетки и переносятся в лимфатическую ткань, таким образом, выделяется из организма [11, 15].Считается, что эти механизмы уменьшают количество волокон. Более того, скорость уменьшения количества волокон с длиной короче 20 мкм замедлилась в группах через 1 и 2 недели. Возможная причина этого явления заключается в том, что волокна длиной более 20 мкм были растворены внеклеточной жидкостью и сложены в поперечном направлении с измельчаемыми волокнами, таким образом увеличивая количество более коротких волокон (короче 20 мкм) и, как следствие, увеличивая скорость образования накопление по ряду показателей, в том числе по общему количеству волокон [11].

Период полураспада был особенно коротким (10 дней) для длинных волокон длиной 20 мкм и более. В предыдущем исследовании период полураспада составлял 111 дней для волокон ВОЗ из RW ( L > 5 мкм и W <3 мкм) и 53 дня для волокон длиной 20 мкм или более [18 ]. Период полураспада волокон длиннее 20 мкм был короче, чем у волокон других размеров в этом исследовании. Причина, по-видимому, в следующем: количество волокон длиной более 20 мкм быстро уменьшалось, что приводило к короткому периоду полураспада, поскольку они складывались в поперечном направлении и становились короче.Напротив, количество волокон размером 20 мкм или короче не уменьшалось быстро, и, таким образом, период полураспада был больше, потому что более длинные волокна складывались и становились короче, что приводило к увеличению количества волокон на 20 мкм или меньше, даже если количество из более коротких волокон был уменьшен фагоцитозом макрофагами.

Распределение волокон по размерам (длине и ширине) образовавшихся волокон значительно отличалось от распределения волокон в легких. Сообщалось, что волокна, вдыхаемые через нос крысы, обычно имеют длину менее 80 мкм и менее 1.Шириной 5 мкм [20]. Следовательно, разница, наблюдаемая в этом исследовании, может указывать на разделение по размеру из-за вдыхания крысами. После вдыхания волокон в легкие размеры волокон (как по длине, так и по ширине) имеют тенденцию уменьшаться со временем по сравнению с размерами вскоре после воздействия. В предыдущем исследовании RW, проведенном в Дании, средняя длина уменьшилась с примерно 9 мкм вскоре после воздействия до примерно 8 мкм на четвертой неделе [21]. Средняя ширина также уменьшилась с примерно 0,7 мкм вскоре после экспонирования до примерно 0.6 мкм на четвертой неделе [21]. В другом исследовании RW, проведенном в Дании, средняя длина уменьшилась с примерно 11 мкм вскоре после воздействия до примерно 10 мкм на четвертой неделе, а средняя ширина уменьшилась с примерно 0,8 мкм вскоре после воздействия до примерно 0,6 мкм на четвертой неделе [ 18]. Причина уменьшения средней длины и ширины, по-видимому, заключается в следующем: волокна длиной 20 мкм или короче были фагоцитированы альвеолярными макрофагами, как указывалось ранее, в то время как волокна длиной более 20 мкм были либо (а) захвачены в трахее и выведены из нее. тело путем мукоцилиарного движения или (б) растворяется жидкостью тела или складывается, укорачивается и фагоцитируется макрофагами [15].Длина, по-видимому, уменьшилась благодаря тому же механизму уменьшения количества волокон, который описан ранее. Между тем считается, что ширина уменьшилась в результате растворения жидкостью организма.

В другом сообщении говорилось, что уменьшение размера клетчатки жидкостью организма было вызвано изменением химического состава [21]. В этом исследовании изменения химического состава MMVF наблюдались в течение года, и предполагалось, что размеры волокон равномерно уменьшаются [21]. При исследовании стекловаты было показано, что оксиды щелочных и щелочноземельных металлов уменьшаются, а химические составляющие волокон растворяются неравномерно.После этого волокна складывались в поперечном направлении и фагоцитировались альвеолярными макрофагами, уменьшая длину и ширину [21].

В этом исследовании мы изучили поведение RW в легких, чтобы оценить его стойкость в легких, с помощью краткосрочного исследования воздействия ингаляции только через нос на крысах. Строго говоря, невозможно провести прямое сравнение результатов длительного и краткосрочного наблюдения, как это было в настоящем исследовании. Основываясь на признании этого ограничения, настоящее исследование, по-видимому, предполагает безопасность волокон RW.В настоящее время мы проводим эксперимент по долговременному ингаляционному воздействию через нос, чтобы изучить патологические эффекты RW, такие как длительное сохранение RW в легких, канцерогенность и фиброз легких, и планируем дополнительно оценить безопасность RW, принимая во внимание также результаты настоящего исследования.

Выражение признательности

Мы хотели бы выразить нашу глубочайшую благодарность доктору Хидеки Эндзэ, Департамент профилактической медицины и общественного здравоохранения, Медицинский факультет Университета Китасато, за поддержку, руководство и корректуру рукописи.Мы также хотели бы поблагодарить г-жу Юмико Сугиура, г-жу Йоко Иноуэ, г-жу Юми Комацу, г-жу Мичио Кояма и г-жу Аску Ямамото, факультет профилактической медицины и общественного здравоохранения, Медицинский факультет Университета Китасато, и г-на Сичиро. Миядзаве и г-же Норико Немото, Центр электронной микроскопии, за их дотошные советы и поддержку.

Список литературы

1. Долл Р. Смертность от рака легких у рабочих, работающих с асбестом. Br J Ind Med. 1993; 50: 485–90. [Бесплатная статья PMC] [PubMed]

2. Отдел планирования, Бюро качества воздуха, Министерство окружающей среды ред.Все об асбесте и цеолите. Кавасаки: Японский центр экологической санитарии, 1987: 1–476.

3. Моринага К., Кохьяма Н. Здравоохранение рабочих, работающих с асбестом. Токио: Фонд содействия гигиене труда; 1993. стр. 141–66.

4. Берри Г. Смертность рабочих, аттестованных по медиальным панелям пневмокониоза, как больных асбестозом. Br J Ind Med. 1981; 38: 130–7. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] 5. Гормли И.П., Болтон Р.Э., Браун Г.М. и др. Некоторые наблюдения in vitro цитотоксичности хризотила, полученного методом влажного диспергирования.Перспектива здоровья окружающей среды. 1983; 51: 35–9. [Бесплатная статья PMC] [PubMed]

6. Коши К., Сакабе Х. Влияние асбестовой пыли на культивируемые макрофаги. Ind Health. 1972; 10: 16–23.

7. Отдел планирования Бюро качества воздуха Министерства окружающей среды изд. Все о заменителях асбеста. Кавасаки: Японский центр экологической санитарии 1989: 106–9.

8. МакКоннелл Е.Е., Экстен С., Хестерберг Т.В. и др. Исследования ингаляционной токсикологии двух стекловолоконных материалов и амозитного асбеста на сирийском золотом хомяке.Часть II. Результаты хронического воздействия. Вдыхать токсикол. 1999; 11: 785–835. [PubMed] 9. Дэвис Р. Влияние минеральных волокон на макрофаги. IARC Sci Publ. 1980; 30: 419–25. [PubMed] 10. Браун Р.К., Чемберлен М., Скидмор Дж. В.. Эффекты искусственных минеральных волокон in vitro. Ann Occup Hyg. 1979; 22: 175–9. [PubMed] 11. Искусственные жилые волокна. Монографии МАИР по оценке канцерогенных рисков для человека, вып. 81. Лион: МАИР; 2002. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] 12. Кохьяма Н., Танака И., Томита М. и др. Подготовка и характеристика стандартных образцов волокнистых минералов для биологических экспериментов.Ind Health. 1997; 35: 415–32. [PubMed] 13. Кудо Ю., Шибата К., Мики Т. и др. Поведение нового типа минеральной ваты (HT-ваты) в легких после воздействия через нос у крыс. Environ Health Prev Med. 2005; 10: 239–48. [Бесплатная статья PMC] [PubMed]

14. Управление по улучшению окружающей среды, Департамент промышленной безопасности и здоровья, Министерство труда, ред. Минеральная пыль. Руководство по измерению рабочей среды I, Токио: Японская ассоциация по измерению рабочей среды, 2000: 167–80.

15.Хестерберг Т.В., Харт Г.А. Синтетические стекловидные волокна: обзор токсикологических исследований и их влияние на классификацию опасности. Crit Rev Toxicol. 2001; 31: 1–53. [PubMed]

16. Танака И. Отложение и удаление частиц в органах дыхания у мелких животных. J Aerosol Res. 1988. 3: 16–23. (на японском).

17. Хаммад Ю., Дием Дж., Крейгхед Дж. И др. Отложение вдыхаемых искусственных минеральных волокон в легких крыс. Ann Occup Hyg. 1982; 26: 179–87. [PubMed] 18. Хестерберг Т.В., Чейз Дж., Экстен С. и др.Биоперсистенция синтетических волокон стекловидного тела и амозитного асбеста в легких крыс после вдыхания. Toxicol Appl Pharmacol. 1998. 151: 262–75. [PubMed] 19. Массельман Р.П., Мюллер В.С., Истес В. и др. Биоперсистенция искусственных стекловидных волокон и волокон крокидолита в легких крыс после кратковременного воздействия. Перспектива здоровья окружающей среды. 1994; 102 (добавление 5): 139–43. [Бесплатная статья PMC] [PubMed]

20. МакКоннелл Е.Е., Камструп О., Массельман Р.П. и др. Хроническое ингаляционное исследование разделенных по размеру изоляционных волокон из каменной и шлаковой ваты на крысах Fischer 344 / N.Вдыхать токсикол. 1994; 6: 571–614.

21. Хестерберг Т.В., Мюллер В.С., Массельман Р.П. и др. Биоперсистенция искусственных стекловидных волокон и крокидолитового асбеста в легких крыс после вдыхания. Fundam Appl Toxicol. 1996; 29: 267–79. [PubMed]

Поведение каменной ваты в легких после воздействия через нос у крыс

Environ Health Prev Med. 2009 июл; 14 (4): 226–234.

и

Юичиро Кудо

Департамент профилактической медицины и общественного здравоохранения, Медицинский факультет Университета Китасато, 1-15-1 Китасато, Сагамихара, Канагава 228-8555 Япония

Йошихару Айзава Департамент профилактики

Медицина и общественное здравоохранение, Медицинский факультет Университета Китасато, 1-15-1 Китасато, Сагамихара, Канагава 228-8555 Япония

Департамент профилактической медицины и общественного здравоохранения, Медицинский факультет Университета Китасато, 1-15-1 Китасато, Сагамихара, Канагава 228-8555 Япония

Автор, ответственный за переписку.

Поступило 13 октября 2008 г .; Принято 16 февраля 2009 г. количество и размер волокон с точки зрения длины и ширины, согласно исследованию воздействия ингаляции только через нос. Двадцать крыс-самцов Fischer 344 (в возрасте 6–10 недель) подвергались воздействию волокон RW в концентрации 70 (21) волокон / м 3 и 30 (6.6) мг / м 3 , среднее арифметическое (геометрическое стандартное отклонение), непрерывно в течение 3 часов ежедневно в течение пяти дней подряд. Каждую из пяти крыс умерщвляли вскоре и через 1, 2 и 4 недели после воздействия, а их легкие подвергали озолению низкотемпературным плазмотроном. Затем количество и размеры волокон в озоленных образцах определялись с помощью фазово-контрастного микроскопа и анализатора компьютерных изображений. Количество волокон в легких через 4 недели после воздействия значительно снизилось по сравнению с исходным значением, т.е.е., вскоре после воздействия ( P <0,05). Периоды полураспада волокон RW, рассчитанные по однокамерной модели, составили 32 дня для всех волокон и 10 дней для волокон длиннее 20 мкм. Уменьшение количества волокон составило 53,6% через 4 недели после воздействия (исходная группа = 100%). Аналогичным образом, размер волокон значительно уменьшился через 4 недели после воздействия ( P <0,05), вероятно, потому, что волокна были растворены в жидкости организма, проглочены альвеолярными макрофагами или выведены за пределы тела при мукоцилиарном движении.В будущих исследованиях необходимо изучить долговременное сохранение волокон RW в легких.

Ключевые слова: Минеральная вата, Вдыхание только через нос, Клиренс, Биостойкость

Введение

Асбест отличается превосходной термостойкостью, изоляционными характеристиками и долговечностью и использовался для изготовления строительных материалов, таких как асбестоцементные изделия, цементные плиты и т. Д. армирующий материал для синтетической смолы, такой как виниловые полы, доски и шестерни, материал для напыления для тепло- или звукоизоляции, а также теплоизоляционный материал для котельных труб, печей и т. д.Однако сообщалось, что он вызывает фиброзное заболевание легких, рак легких и злокачественную мезотелиому плевры и брюшины [1–3], и было доказано, что он обладает токсичностью во многих экспериментах in vitro и in vivo. Поэтому использование асбеста запрещено или ограничено во всем мире [4–6]. В Японии Приказ о применении Закона о промышленной безопасности и гигиене труда, Положения о промышленной безопасности и охране здоровья и Постановление о предотвращении опасностей, связанных с определенными химическими веществами, были пересмотрены в 1995 году, чтобы запретить производство, импорт, использование и продажу амозита и крокидолита. , и продукты, содержащие любой из них на уровне более 1%.Кроме того, с октября 2004 года запрещено производство, импорт, использование и продажа хризотила и продуктов, содержащих хризотил в количестве, превышающем 1%. заменитель асбеста.

На текущем рынке различные виды искусственных стекловидных волокон (MMVF) используются в качестве заменителей асбеста. Минеральная вата (RW), разновидность MMVF, производится из расплавленного мягкого шлака, такого как железный шлак, медный шлак, никелевый шлак и т. Д., и натуральный камень, такой как андезит, базальт и амфиболит. Поскольку RW отличается теплостойкостью, огнестойкостью и звукопоглощением, он в основном используется в качестве огнестойкого и жаропрочного материала, теплоизоляционного материала и звукопоглощающего материала [7]. В предыдущем исследовании экспериментов in vivo с использованием RW у крыс наблюдался фиброз легких, но не сообщалось о развитии опухолей легких [8], а β-глюкуронидаза и лактатдегидрогеназа (ЛДГ) высвобождались из макрофагов [9] и образовывались гигантские клетки. культивируемых клеток [10], хотя такие эффекты RW были слабее, чем у хризотила.На основании этих исследований Международное агентство по изучению рака (IARC) классифицирует RW как группу 3: ограниченная или незрелая канцерогенность для животных и неклассифицируемая канцерогенность для людей [11].

Для оценки биологических эффектов MMVF, таких как RW, было проведено множество исследований экспериментов in vivo, включая краткосрочное и долгосрочное ингаляционное воздействие, инъекцию MMVF в плевру и брюшину и инъекцию в трахею. В отчетах МАИР [11] доказано, что исследования ингаляционного воздействия являются наиболее подходящим методом для оценки воздействия на здоровье населения.

В настоящем исследовании, чтобы изучить стойкость RW в легких как показатель воздействия RW на дыхательную систему, мы провели исследование краткосрочного ингаляционного воздействия только через нос на крысах.

Материалы и методы

Материалы

В качестве анализируемого материала мы использовали образец RW, произведенный NC Co. Ltd., Япония, предоставленный Ассоциацией каменной ваты, Япония. Флуоресцентная рентгеновская спектроскопия показала, что образец RW химически состоит из 39% SiO 2 , 33% CaO, 14% Al 2 O 3 , 5% MgO, 1.8% Fe 2 O 3 и 0,6% S.

Изначально RW присутствует в виде комков волокон разного размера (длины и ширины). Как правило, проводятся эксперименты на животных для оценки биологических эффектов MMVF. Поскольку известно, что биологический эффект волокон варьируется в зависимости от размера, размер волокна важен для определения максимального вредного воздействия. Поэтому мы скорректировали размер РАО в соответствии с методом Кохьямы [12], то есть объемные РАО были залиты в цилиндр (диаметр 6 см, диаметр 28 мкм).3 см 2 ), и давление 160 кг / см 2 (4,5 МПа) применяли дважды, используя ручной пресс для масла (тип BRM 32, Maekawa MFG Co., Ltd., Токио). Необработанные волокна RW были измельчены в более короткие волокна с помощью этого процесса, и измельченные более короткие волокна были использованы для настоящего эксперимента по ингаляции. Размеры измельченных волокон RW, диспергированных в камере экспонирования, измеряли путем отбора проб с использованием метода фильтрации и электронной микроскопии. Их средняя геометрическая длина (геометрическое стандартное отклонение) и средняя геометрическая ширина (геометрическое стандартное отклонение) составляли 15.49 (2,02) мкм и 2,44 (1,59) мкм соответственно (рис.). Затем, чтобы упростить образование RW в системе ингаляционного воздействия только через нос, измельченные волокна RW были смешаны со стеклянными шариками (BZ-02, AS ONE Corp., Осака) в соотношении 1 (RW) к 39 ( стеклянные бусины) на развес.

Электронно-микроскопическое изображение волокна перед генерацией (× 1000)

Система ингаляционного воздействия только через нос

Материалы, полученные в соответствии с описанной выше процедурой, обрабатывались следующим образом: воздух подавался из воздушного компрессора в генератор материала, как сообщалось Кудо и др.[13], со скоростью 30 л / мин, и материалы были помещены в резервуар для хранения материала генератора материалов. Материалы, смешанные со стеклянными шариками, были псевдоожижены воздухом из воздушного компрессора и отделены от стеклянных шариков. В результате материалы были выброшены в воздух. Полученные материалы отправляли в субкамеру, разбавляли фильтрованным воздухом до заданной концентрации и переносили в камеру экспонирования. Скорость вытяжного потока в камере экспонирования была установлена ​​на уровне 40 л / мин.Чтобы поддерживать концентрацию волокон RW (10000 имп / мин) в камере экспонирования, концентрацию контролировали с помощью цифрового измерителя пыли, а количество материалов, которые должны были образоваться, регулировали путем подачи обратной связи на питатель. Держатели для крыс помещали в камеру экспонирования.

Исследование воздействия

Десять крыс-самцов Fischer 344 (в возрасте 6–10 недель) использовались для каждого эксперимента, и каждый эксперимент проводился дважды (всего 20 крыс). Чтобы акклиматизировать крыс к окружающей среде лаборатории, их сначала помещали в клетки на 1 неделю со свободным доступом к воде, пище и свежему фильтрованному воздуху.В камере поддерживалась температура 22 ° C и влажность 40%.

Эксперимент проводился путем непрерывного воздействия на крыс волокон RW в течение 3 часов в день в течение пяти дней подряд. Целевая концентрация волокон в воздухе была установлена ​​равной 30 мг / м 3 по массовой концентрации и 50 ± 10 волокон / см 3 по концентрации волокон. Каждый день в течение экспериментального периода крыс, закрепленных в верхних держателях для крыс основной камеры, заменяли крысами в нижних держателях для крыс, меняя положения между верхними и нижними держателями для крыс.В течение периода экспонирования концентрацию волокна в камере контролировали пять раз в день (30, 60, 90, 120 и 150 минут после начала эксперимента по экспонированию) с помощью следующих методов мониторинга волокон в воздухе в дополнение к постоянному мониторингу с помощью цифровой измеритель пыли (Shibata Corp., Токио). Для контроля концентрации волокон в воздухе в камере экспонирования только для носа отбирали пробы воздуха с использованием мембранных фильтров (Nihon Millipore KK, Токио, диаметр пор 0,8 мкм и диаметр 25 мм; именуемые «MF»), фильтры T60A20 (Tokyo Dylec Corp., Токио, диаметр 25 мм; называемые «T60A20»), и фильтры Nuclepore (Nomura Micro Science Co., Ltd., Kanagawa, диаметр пор 0,2 мкм, диаметр 25 мм; именуемые «NF»), установленные в пластиковом держателе. В течение заданного периода времени образцы волокон собирали на MF в течение 1 мин, T60A20 в течение 10 минут и NF в течение 5 минут с помощью электрического всасывающего насоса (GilAir-5: Gilian, США), и концентрацию волокна подтверждали измерением количество волокон (волокно / см 3 ) и массовая концентрация (мг / м 3 ) с использованием соответствующих фильтров.Волокна, собранные на MF с соотношением сторон (отношение длины к ширине) 3 или выше, были измерены с помощью фазово-контрастной микроскопии в соответствии с критериями измерения волокон [14]. Для измерения массовой концентрации (мг / м 3 ) вес собранных по воздуху волокон T60A20 измеряли с помощью электронных весов, сравнивая с весом до отбора проб.

Вскоре после пятого дня воздействия пять крыс (средний вес 180 г) были умерщвлены (группа вскоре после заражения). По пять крыс также умерщвляли через 1 неделю (группа через 1 неделю), через 2 недели (группа через 2 недели) и через 4 недели (группа через 4 недели) после окончания периода воздействия.Вес тела крыс измеряли один раз в неделю, а их внешний вид и состояние периодически контролировали на предмет любых изменений во время и после периода воздействия.

Измерение волокон в легких крыс

Под анестезией пентобарбиталом (0,15 мг / кг массы тела) крыс умерщвляли кровотечением из брюшной аорты и резецировали их легкие. Резецированные легкие хранили при низкой температуре (-20 ° C). Затем ткани легких размораживали при комнатной температуре, измельчали ​​и лиофилизировали, чтобы снизить их вес до заданного уровня.Вес после лиофилизации рассматривался как вес высушенных легких. Лиофилизированные легкие около 17 мг сжигали в низкотемпературной печи (Plasma Asher LTA-102, Yanaco Corp., Киото) в течение 24 часов.

После сжигания дистиллированная вода, которая была профильтрована с помощью Minisart (Sartorius KK, Tokyo), была добавлена ​​в бутыль для взвешивания, чтобы суспендировать волокна, и волокна были собраны на MF (диаметр пор 0,22 мкм) с использованием всасывающего фильтра и оставлены для хранения. сухой. Высушенный фильтр помещали на предметное стекло и обрабатывали парами ацетона с помощью Quick Fix, делая его прозрачным.На каждом образце фильтра подсчитывали не менее 200 волокон RW с помощью фазово-контрастного микроскопа (BX41, Olympus Corp., Токио). Подсчитывались волокна с соотношением сторон 3 или выше. Win Roof (программное обеспечение для анализа изображений, Mitani Corp., Токио) использовался для получения количества волокон, различая длину ( L ) как L ≤ 5 мкм, 5 мкм < L ≤ 20 мкм и L > 20 мкм. Среди подсчитанных волокон также была измерена концентрация волокон ( L, > 5 мкм и ширина <3 мкм) в соответствии с методом Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) (именуемым «волокна ВОЗ») [11].Затем количество волокон переводили в количество волокон на вес высушенной легочной ткани. Период полураспада волокон в легких крысы был рассчитан исходя из предположения, что среднее геометрическое значение общего количества волокон, деленное на общий вес легких (волокна / мг) в легких в группе, получавшей вскоре после этого, было 100% [15].

Измерение размеров волокон

Для измерения размеров волокон (длины и ширины) в воздухе и в легких волокна в пределах измеряемого визуального диапазона и с соотношением сторон 3 или выше были измерены с помощью фазово-контрастного микроскопа. при увеличении 400 ×.На каждую крысу подсчитывали не менее 200 волокон 0,36 мкм или более.

Статистический анализ

Были рассчитаны среднее геометрическое и геометрическое стандартное отклонение общего числа волокон по длине и ширине. Кроме того, для измерения длины и ширины для каждой крысы использовали минимум 200 волокон, полученных в двух экспериментах, которые попали в легкие крыс. Затем рассчитывали среднее геометрическое для группы из пяти крыс. Был проведен односторонний дисперсионный анализ и множественные сравнения с помощью теста Шеффе.

Результаты

Мониторинг концентрации волокна в камере экспонирования

В таблице показана концентрация волокна в камере экспонирования в каждом эксперименте. Средние (SD) значения подсчета, полученные цифровым измерителем пыли для первого и второго экспериментов (5 дней каждый), составили 9 257 (182,4) и 10 042 (966) отсчетов / мин. Средние концентрации волокон (SD) в камере экспонирования составляли 75,1 (18,0) и 63,7 (23,3) волокон / см 3 , и аналогично средние массовые концентрации (SD) составляли 30.0 (5,7) мг / м 3 и 30,5 (7,4) мг / м 3 соответственно. На рис. 2 показано частотное распределение (гистограмма) длины и ширины волокон внутри камеры экспонирования, в котором среднее геометрическое (GSD) длины составляло 15,49 (2,02) мкм, а ширины – 2,44 (1,59) мкм.

Таблица 1

Концентрация волокна в камере экспонирования

Первый эксперимент Второй эксперимент
Цифровой измеритель пыли (кол / мин) Концентрация волокна (ф / см 3 ) Весовая концентрация (мг / м 3 ) Цифровой измеритель пыли (количество / мин) Концентрация волокна (ф / см 3 ) Весовая концентрация (мг / м 3 )
День 1 ( n = 5) 9861 (274) 81.0 (19,5) 30,0 (6,2) 9550 (134) 39,8 (14,3) 24,4 (3,6)
День 2 ( n = 5) 9237 (197) 72,8 (5,0) 27,0 (7,1) 9824 (585) 77,4 (27,4) 30,8 (4,6)
День 3 ( n = 5) 9247 (97) 81,3 ( 14,9) 33,2 (7,8) 10419 (215) 69,9 (20,1) 37,2 (5.4)
День 4 ( n = 5) 9313 (154) 65,0 (26,2) 29,2 (2,3) 9636 (1697) 63,1 (21,6) 24,4 (6,2 )
День 5 ( n = 5) 9137 (81) 86,8 (12,0) 30,4 (4,3) 10851 (458) 68,5 (20,1) 37,2 (5,0)
Среднее ( n = 25) 9257 (182,4) 75.1 (18,0) 30,0 (5,7) 10042 (966) 63,7 (23,3) 30,5 (7,4)

a Распределение длины образующихся волокон (внутри камеры). b Распределение ширины образовавшихся волокон (внутри камеры)

Скорость отложения внутрилегочных волокон

Общее количество волокон RW, вдыхаемых крысами в течение экспериментального периода, рассчитывалось по следующему уравнению:

Объем дыхания у крыс был рассчитан по следующему уравнению [16]:

Поскольку средняя масса тела крыс составляла 131 г, дыхательный объем был рассчитан следующим образом:

Концентрация волокон RW в камере экспонирования, рассчитанная в соответствии с правилами в Руководство по измерению условий труда [14], было 70.6 волокон / см 3 . Поскольку крысы подвергались воздействию в течение 3 часов ежедневно в течение пяти дней подряд, общее количество вдыхаемых волокон RW было рассчитано следующим образом:

Поскольку общее количество волокон в легких, соответствующее этому количеству, оказалось равным 7,09 × 10 5 Вскоре после воздействия волокна скорость отложения внутрилегочного волокна была рассчитана следующим образом:

Таким образом, скорость отложения внутрилегочного волокна составила 13,7%.

Изменения количества волокон в обоих легких

Таблица и рис.показывают количество волокон RW, накопленных в легких, и их пропорции, исходя из предположения, что значение вскоре после воздействия составляло 100%.

Таблица 2

Число волокон в легких и их пропорции

Группа неделя -после группы ) -после группы
Группа умерщвленных крыс Всего волокон Волокна короче или равны 5 мкм ( L ≤ 5 мкм) Волокна длиннее 5 мкм и короче 20 мкм (5 мкм < L ≤ 20 мкм) Волокна длиннее 20 мкм ( L > 20 мкм) Волокна ВОЗ
Среднее геометрическое (GSD) % Среднее геометрическое (GSD) % Среднее геометрическое (GSD) % Среднее геометрическое (GSD) % Среднее геометрическое (GSD) %
9.43 (1,13) 100,0 2,12 (1,24) 100,0 6,08 (1,13) 100,0 1,21 (1,14) 100,0 7,09 (1,12) 100,0 7,42 (1,35) 78,7 2,04 (1,50) 96,3 4,75 (1,34) 78,2 0,54 (1,83) 73,9 5,20174
Группа через 2 недели после 7.68 (1,17) 81,5 2,12 (1,16) 100,3 5,07 (1,21) 83,4 0,42 (1,73) 34,7 5,45 (1,20) 76,9 76,9 5,05 (1,23) a, c 53,6 1,59 (1,48) 74,9 3,13 (1,24) a, c 51,5 0,22 (2,27) 9000 17,9 3,38 (1,25) а, б, в 47.7

Процент волокон в легких: закрашенный квадрат группа вскоре после операции, полосатая полоса группа через 1 неделю, квадрат с точками группа через 2 недели, открытый квадрат 4 недели -после группы. Процент, при условии, что значение группы «вскоре после» равно 100%. n = 5, L Длина волокна (мкм)

Среднее значение общего количества волокон в обоих высушенных легких имело тенденцию к снижению в течение периода от вскоре после воздействия до 4 недель после воздействия.Хотя скорость уменьшения количества волокон длиной 5 мкм или меньше ( L ≤ 5 мкм), волокна длиннее 5 мкм, но короче или равны 20 мкм (5 мкм < L ≤ 20 мкм) , и волокна ВОЗ ( L > 5 мкм и W <3 мкм) были низкими в определенный момент, количество волокон в группе через 4 недели было меньше, чем в группе, получавшей вскоре после этого (100 %). В то же время волокна длиной более 20 мкм ( L > 20) имели тенденцию к относительно быстрому уменьшению в течение периода от вскоре после воздействия до 4 недель после воздействия.Множественное сравнение с помощью теста Шеффе показало, что количество волокон с 5 мкм < L ≤ 20 мкм, с L > 20 мкм и волокон ВОЗ в группе через 4 недели после этого значительно уменьшилось по сравнению с вскоре после группы ( P <0,05).

Период полураспада волокон

Данные, полученные путем построения графика зависимости количества волокон в легких крысы от времени измерения в логарифмической шкале, показали линейное (т.е. экспоненциальное) уменьшение. Таким образом, период полураспада был рассчитан по однокамерной модели, как показано на рис.. Периоды полураспада, основанные на этом расчете, составили 32 дня для общего количества волокон, 86 дней для L ≤ 5 мкм, 31 день для 5 мкм < L ≤ 20 мкм, 10 дней для L > 20 мкм, и 27 дней для волокон ВОЗ. Период полураспада более длинных волокон ( L > 20 мкм), как правило, короче, чем у более коротких волокон ( L ≤ 20 мкм).

Клиренс RW волокон из легких крысы (%), рассчитанный исходя из предположения, что значение группы, полученной вскоре после операции, составляет 100%

Распределение и изменения размера волокон

В таблице показаны изменения длины и ширины внутрилегочных волокон в группах вскоре после и через 1, 2 и 4 недели после, выраженное средним геометрическим, с геометрическим стандартным отклонением в скобках.

Таблица 3

Изменения длины и ширины волокон в легких

Группа вскоре после 2-138
Группа умерщвленных крыс Среднее геометрическое (GSD)
Длина (мкм) Ширина (мкм)
8,58 (1,94) 1,26 (1,43)
Группа через 1 неделю 7,53 (1,87) а 1,18 (1,39) а
группа недель после 7.35 (1,80) a 1,17 (1,37) a
Группа через 4 недели после 6,87 (1,75) a, b 1,14 (1,32) a

Средняя длина составляла 8,58 мкм в группе, получавшей вскоре после этого, и значительно уменьшилась в трех других группах, составляя 6,87 мкм в группе, получавшей 4 недели после ( P <0,05). По сравнению с группой через 1 неделю после этого, он значительно снизился в группе через 4 недели ( P <0.05).

Средняя ширина составила 1,26 мкм в группе, получавшей вскоре после этого, и значительно уменьшилась в трех других группах, составляя 1,14 мкм в группе, получавшей 4 недели после ( P <0,05).

Обсуждение

Во многих предыдущих эпидемиологических, физико-химических исследованиях и исследованиях на животных было показано, что размер волокна и биоперсистентность асбеста или MMVF являются важными факторами с точки зрения их неблагоприятного воздействия на здоровье, особенно канцерогенности. Что касается вдыхаемых волокон, эти предыдущие исследования показали, что чем тоньше и длиннее волокна, тем канцерогенными они становятся.Кроме того, что касается биоперсистенции, волокна, которые остаются в тканях легких в течение длительного периода времени без разрушения или передачи, считаются более канцерогенными [15]. Считается, что волокна длиной 20 мкм и более с длительным периодом полураспада, как правило, вызывают фиброз или рак из-за их низкой деградации в живом организме [11, 15]. Биоперсистенция связана с количеством волокон, которые остаются в легких (количество удерживаемых внутрилегочных волокон). Количество удерживаемых внутрилегочных волокон – это количество волокон, которые вошли в легкие и остались, за вычетом объема, выведенного за счет самоочищающего действия легких.Он показывает количество, которое присутствует в легких в результате воздействия. Количество удерживаемой внутрилегочной клетчатки основано на балансе удержания-экскреции: если внутрилегочный удерживаемый объем слишком велик для того, чтобы экскреция могла наверстать упущенное, или если экскреция не работает должным образом, это количество увеличивается, вызывая повреждение легких [11].

Система ингаляционной экспозиции только через нос, использованная в этом эксперименте, является улучшенной версией традиционного типа, в которой субкамера была установлена ​​непосредственно перед камерой экспонирования.У этого подхода есть два преимущества. Во-первых, субкамера может контролировать концентрацию образующихся волокон RW, позволяя подавать заданную концентрацию в камеру экспонирования. Во-вторых, субкамера может отбирать волокна одинакового размера и подавать их в основную камеру экспонирования. Поскольку в субкамере осаждаются длинные и толстые волокна, которые не могут быть вдохнуты крысами, в камеру экспонирования можно подавать только вдыхаемые волокна. Этот метод также позволял постоянно генерировать волокна RW с относительно высокой концентрацией в течение определенного периода времени.Следовательно, волокна RW генерировались почти с одинаковой концентрацией, потому что они генерировались почти при целевых концентрациях волокна и изначально предполагаемых массовых концентрациях, хотя были некоторые ежедневные колебания.

Hammad et al. [17] сообщили, что скорость отложения волокон была почти в диапазоне 1-7% у крыс, вскрытых на 5-й день после воздействия волокон в течение 6 часов ежедневно в течение пяти дней подряд, в то время как скорость отложения волокон в нашем исследовании вскоре после конец воздействия после воздействия в течение 3 часов ежедневно в течение пяти дней подряд составил 13.7%, хотя невозможно провести прямое сравнение между двумя исследованиями. В будущих исследованиях мы планируем измерить скорость осаждения при тех же условиях, что и в предыдущем исследовании [17], чтобы результаты можно было сравнить.

Общее количество волокон и количество волокон, подсчитанное по длине, имеет тенденцию к уменьшению со временем от вскоре после воздействия до конца четвертой недели. В предыдущих исследованиях искусственные волокна стекловидного тела всех размеров уменьшались на 30–50% в течение 30 дней после воздействия [18, 19].Волокна, которые вдыхаются и осаждаются в легких, демонстрируют различные механизмы очистки в зависимости от места выпадения осадка. Волокна, отложенные в бронхиолах, переносятся мукоцилиарными движениями в глотку и выводятся из организма [11, 14]. Предполагается, что волокна, отложенные в альвеолах, выводятся либо (а) растворяются в жидкости организма или фагоцитируются и перевариваются альвеолярными макрофагами (химическая экскреция), либо (б) переносятся в дыхательные пути или лимфатическую ткань альвеолярными макрофагами и разряжаются. из организма (физическое выделение).Фагоцитируется волокно или нет, зависит от его длины. Волокна длиной 20 мкм или короче, по-видимому, фагоцитируются и перевариваются альвеолярными макрофагами [11, 15], тогда как волокна длиной более 20 мкм не могут быть полностью фагоцитированы альвеолярными макрофагами. Предполагается, что эти волокна либо (а) растворяются жидкостью тела, либо (б) складываются в поперечном направлении и измельчаются для уменьшения длины, а затем фагоцитируются и перевариваются альвеолярными макрофагами, либо попадают в легочные эпителиальные клетки и переносятся в лимфатическую ткань, таким образом, выделяется из организма [11, 15].Считается, что эти механизмы уменьшают количество волокон. Более того, скорость уменьшения количества волокон с длиной короче 20 мкм замедлилась в группах через 1 и 2 недели. Возможная причина этого явления заключается в том, что волокна длиной более 20 мкм были растворены внеклеточной жидкостью и сложены в поперечном направлении с измельчаемыми волокнами, таким образом увеличивая количество более коротких волокон (короче 20 мкм) и, как следствие, увеличивая скорость образования накопление по ряду показателей, в том числе по общему количеству волокон [11].

Период полураспада был особенно коротким (10 дней) для длинных волокон длиной 20 мкм и более. В предыдущем исследовании период полураспада составлял 111 дней для волокон ВОЗ из RW ( L > 5 мкм и W <3 мкм) и 53 дня для волокон длиной 20 мкм или более [18 ]. Период полураспада волокон длиннее 20 мкм был короче, чем у волокон других размеров в этом исследовании. Причина, по-видимому, в следующем: количество волокон длиной более 20 мкм быстро уменьшалось, что приводило к короткому периоду полураспада, поскольку они складывались в поперечном направлении и становились короче.Напротив, количество волокон размером 20 мкм или короче не уменьшалось быстро, и, таким образом, период полураспада был больше, потому что более длинные волокна складывались и становились короче, что приводило к увеличению количества волокон на 20 мкм или меньше, даже если количество из более коротких волокон был уменьшен фагоцитозом макрофагами.

Распределение волокон по размерам (длине и ширине) образовавшихся волокон значительно отличалось от распределения волокон в легких. Сообщалось, что волокна, вдыхаемые через нос крысы, обычно имеют длину менее 80 мкм и менее 1.Шириной 5 мкм [20]. Следовательно, разница, наблюдаемая в этом исследовании, может указывать на разделение по размеру из-за вдыхания крысами. После вдыхания волокон в легкие размеры волокон (как по длине, так и по ширине) имеют тенденцию уменьшаться со временем по сравнению с размерами вскоре после воздействия. В предыдущем исследовании RW, проведенном в Дании, средняя длина уменьшилась с примерно 9 мкм вскоре после воздействия до примерно 8 мкм на четвертой неделе [21]. Средняя ширина также уменьшилась с примерно 0,7 мкм вскоре после экспонирования до примерно 0.6 мкм на четвертой неделе [21]. В другом исследовании RW, проведенном в Дании, средняя длина уменьшилась с примерно 11 мкм вскоре после воздействия до примерно 10 мкм на четвертой неделе, а средняя ширина уменьшилась с примерно 0,8 мкм вскоре после воздействия до примерно 0,6 мкм на четвертой неделе [ 18]. Причина уменьшения средней длины и ширины, по-видимому, заключается в следующем: волокна длиной 20 мкм или короче были фагоцитированы альвеолярными макрофагами, как указывалось ранее, в то время как волокна длиной более 20 мкм были либо (а) захвачены в трахее и выведены из нее. тело путем мукоцилиарного движения или (б) растворяется жидкостью тела или складывается, укорачивается и фагоцитируется макрофагами [15].Длина, по-видимому, уменьшилась благодаря тому же механизму уменьшения количества волокон, который описан ранее. Между тем считается, что ширина уменьшилась в результате растворения жидкостью организма.

В другом сообщении говорилось, что уменьшение размера клетчатки жидкостью организма было вызвано изменением химического состава [21]. В этом исследовании изменения химического состава MMVF наблюдались в течение года, и предполагалось, что размеры волокон равномерно уменьшаются [21]. При исследовании стекловаты было показано, что оксиды щелочных и щелочноземельных металлов уменьшаются, а химические составляющие волокон растворяются неравномерно.После этого волокна складывались в поперечном направлении и фагоцитировались альвеолярными макрофагами, уменьшая длину и ширину [21].

В этом исследовании мы изучили поведение RW в легких, чтобы оценить его стойкость в легких, с помощью краткосрочного исследования воздействия ингаляции только через нос на крысах. Строго говоря, невозможно провести прямое сравнение результатов длительного и краткосрочного наблюдения, как это было в настоящем исследовании. Основываясь на признании этого ограничения, настоящее исследование, по-видимому, предполагает безопасность волокон RW.В настоящее время мы проводим эксперимент по долговременному ингаляционному воздействию через нос, чтобы изучить патологические эффекты RW, такие как длительное сохранение RW в легких, канцерогенность и фиброз легких, и планируем дополнительно оценить безопасность RW, принимая во внимание также результаты настоящего исследования.

Выражение признательности

Мы хотели бы выразить нашу глубочайшую благодарность доктору Хидеки Эндзэ, Департамент профилактической медицины и общественного здравоохранения, Медицинский факультет Университета Китасато, за поддержку, руководство и корректуру рукописи.Мы также хотели бы поблагодарить г-жу Юмико Сугиура, г-жу Йоко Иноуэ, г-жу Юми Комацу, г-жу Мичио Кояма и г-жу Аску Ямамото, факультет профилактической медицины и общественного здравоохранения, Медицинский факультет Университета Китасато, и г-на Сичиро. Миядзаве и г-же Норико Немото, Центр электронной микроскопии, за их дотошные советы и поддержку.

Список литературы

1. Долл Р. Смертность от рака легких у рабочих, работающих с асбестом. Br J Ind Med. 1993; 50: 485–90. [Бесплатная статья PMC] [PubMed]

2. Отдел планирования, Бюро качества воздуха, Министерство окружающей среды ред.Все об асбесте и цеолите. Кавасаки: Японский центр экологической санитарии, 1987: 1–476.

3. Моринага К., Кохьяма Н. Здравоохранение рабочих, работающих с асбестом. Токио: Фонд содействия гигиене труда; 1993. стр. 141–66.

4. Берри Г. Смертность рабочих, аттестованных по медиальным панелям пневмокониоза, как больных асбестозом. Br J Ind Med. 1981; 38: 130–7. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] 5. Гормли И.П., Болтон Р.Э., Браун Г.М. и др. Некоторые наблюдения in vitro цитотоксичности хризотила, полученного методом влажного диспергирования.Перспектива здоровья окружающей среды. 1983; 51: 35–9. [Бесплатная статья PMC] [PubMed]

6. Коши К., Сакабе Х. Влияние асбестовой пыли на культивируемые макрофаги. Ind Health. 1972; 10: 16–23.

7. Отдел планирования Бюро качества воздуха Министерства окружающей среды изд. Все о заменителях асбеста. Кавасаки: Японский центр экологической санитарии 1989: 106–9.

8. МакКоннелл Е.Е., Экстен С., Хестерберг Т.В. и др. Исследования ингаляционной токсикологии двух стекловолоконных материалов и амозитного асбеста на сирийском золотом хомяке.Часть II. Результаты хронического воздействия. Вдыхать токсикол. 1999; 11: 785–835. [PubMed] 9. Дэвис Р. Влияние минеральных волокон на макрофаги. IARC Sci Publ. 1980; 30: 419–25. [PubMed] 10. Браун Р.К., Чемберлен М., Скидмор Дж. В.. Эффекты искусственных минеральных волокон in vitro. Ann Occup Hyg. 1979; 22: 175–9. [PubMed] 11. Искусственные жилые волокна. Монографии МАИР по оценке канцерогенных рисков для человека, вып. 81. Лион: МАИР; 2002. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] 12. Кохьяма Н., Танака И., Томита М. и др. Подготовка и характеристика стандартных образцов волокнистых минералов для биологических экспериментов.Ind Health. 1997; 35: 415–32. [PubMed] 13. Кудо Ю., Шибата К., Мики Т. и др. Поведение нового типа минеральной ваты (HT-ваты) в легких после воздействия через нос у крыс. Environ Health Prev Med. 2005; 10: 239–48. [Бесплатная статья PMC] [PubMed]

14. Управление по улучшению окружающей среды, Департамент промышленной безопасности и здоровья, Министерство труда, ред. Минеральная пыль. Руководство по измерению рабочей среды I, Токио: Японская ассоциация по измерению рабочей среды, 2000: 167–80.

15.Хестерберг Т.В., Харт Г.А. Синтетические стекловидные волокна: обзор токсикологических исследований и их влияние на классификацию опасности. Crit Rev Toxicol. 2001; 31: 1–53. [PubMed]

16. Танака И. Отложение и удаление частиц в органах дыхания у мелких животных. J Aerosol Res. 1988. 3: 16–23. (на японском).

17. Хаммад Ю., Дием Дж., Крейгхед Дж. И др. Отложение вдыхаемых искусственных минеральных волокон в легких крыс. Ann Occup Hyg. 1982; 26: 179–87. [PubMed] 18. Хестерберг Т.В., Чейз Дж., Экстен С. и др.Биоперсистенция синтетических волокон стекловидного тела и амозитного асбеста в легких крыс после вдыхания. Toxicol Appl Pharmacol. 1998. 151: 262–75. [PubMed] 19. Массельман Р.П., Мюллер В.С., Истес В. и др. Биоперсистенция искусственных стекловидных волокон и волокон крокидолита в легких крыс после кратковременного воздействия. Перспектива здоровья окружающей среды. 1994; 102 (добавление 5): 139–43. [Бесплатная статья PMC] [PubMed]

20. МакКоннелл Е.Е., Камструп О., Массельман Р.П. и др. Хроническое ингаляционное исследование разделенных по размеру изоляционных волокон из каменной и шлаковой ваты на крысах Fischer 344 / N.Вдыхать токсикол. 1994; 6: 571–614.

21. Хестерберг Т.В., Мюллер В.С., Массельман Р.П. и др. Биоперсистенция искусственных стекловидных волокон и крокидолитового асбеста в легких крыс после вдыхания. Fundam Appl Toxicol. 1996; 29: 267–79. [PubMed]

Сравнительная безопасность минеральной ваты, стекловолокна и органических волокон (обзор)

После нескольких обсуждений относительной безопасности минеральной ваты, стекловолокна и органических волокон я несколько дней рылся в медицинской литературе, чтобы удовлетворить свое любопытство.Я подумал, что поделюсь резюме того, что я обнаружил, что может быть удивительно, особенно в отношении органических волокон.

Мое личное заключение таково, что из всего, что я читал, минеральная вата Roxul HT кажется самым безопасным материалом из имеющихся. Хотя традиционные формы минеральной ваты могут быть жесткими, Roxul HT с невероятной легкостью растворяется в легких и не является канцерогенным даже в самых интенсивных испытаниях на животных. Он относительно мягкий и обладает отличными впитывающими характеристиками.

Типы стекловолокна, которые мы используем, также кажутся вполне безопасными и, как и минеральная вата и органические вещества, абсолютно не вызывают рак легких у людей или животных даже при длительном воздействии.Однако типичный стекловолокно, такой как OC703, гораздо более абразивен, чем Roxul HT, и, таким образом, по крайней мере теоретически более способен вызывать проблемы с раздражением легких, особенно при сильном незащищенном воздействии.

Органические волокна (например, целлюлоза, хлопок и конопля), в отличие от минеральной ваты / стекловолокна, вообще не разрушаются в легких или организме. В результате вдыхаемые органические волокна, слишком большие для того, чтобы защитные клетки легких могли проглотить их, но слишком маленькие для того, чтобы откашляться, могут легче навсегда задерживаться в качестве раздражителей.

Что бы вы ни выбрали, всегда надевайте маску, перчатки и защитную одежду при работе с любым из этих материалов в сыром виде, и все будет в порядке. Все используемые нами материалы должны быть безопасными для обычных студийных приложений. Студии / производители, которые все еще озабочены использованием любого из этих материалов, могут предпочесть более плотную ткань или слой полиэфирного ватина или другую пленку, приклеенную к изоляции внизу. На самом деле, это может быть хороший совет для любого, но это призвание каждого человека.

Исследования, приведенные ниже, включают исследования дыхания животных и инъекций, обзоры состояния здоровья заводских рабочих, а также редкие и необычные тематические исследования. Это не должно быть исчерпывающим или окончательным. Я также не врач и не эксперт, и это не медицинский совет. Тем не менее, у меня есть биомедицинский фон, поэтому, если у вас есть какие-либо вопросы / комментарии, я постараюсь уточнить.

ROCKWOOL STUDIES

Биоперсистентность искусственных стекловидных волокон и волокон крокидолита в легких крыс После кратковременного воздействия
крыс подвергались 6 часов в день в течение 5 дней огромному количеству длинноволокнистой породы / шлаковой ваты ( включая одно волокно от Roxul), и их легкие изучались с течением времени.Через 90 дней остаточные волокна, обнаруженные в легких крысы, были разрушены до 1/3 максимальной длины, которую макрофаги (защитные клетки) могут поглотить и удалить. Через 9 месяцев удержание волокон составило 1-6% по сравнению с днем ​​1. Через 18 месяцев волокна минеральной ваты были статистически не обнаружены. Асбест также был протестирован для сравнительных целей. Напротив, он совсем не переваривался подобным образом, и через 18 месяцев сохранялось 29-47% исходных длинных волокон.

Исследования канцерогенности после внутрибрюшинной инъекции двух типов волокон каменной ваты крысам – KAMSTRUP et al.46 (2): 135 – Анналы профессиональной гигиены
Крысам в брюшную полость вводили два типа минеральной ваты. Одним из них было волокно Roxul HT. Другая «типичная» традиционная клетчатка вызвала раковые образования, но волокно Roxul не оказало отрицательного воздействия. Эти типы инъекционных тестов важны, потому что они имеют более высокую чувствительность, чем тесты на дыхание.

Хронические ингаляционные исследования двух типов камней с … [Inhal Toxicol. 2001] – PubMed Result
Крысы были подключены, чтобы дышать теми же двумя минеральными волокнами, перечисленными выше.Экспозиция составляла 6 часов в день, 5 дней в неделю в течение 2 лет. Ни одна из групп не заболела раком. Однако «типичная» минеральная вата действительно вызывала некоторый фиброз / рубцевание легких. Roxul HT этого не сделал.

Исследование волокон каменной ваты на крысах при субхроническом вдыхании – KAMSTRUP et al. 48 (2): 91 – Annals of Occupational Hygiene
Опять же, тест на дыхание двух вышеуказанных минераловатных ват в той же дозе, но только в течение 3 месяцев. В этом случае не наблюдалось ни рака, ни фиброза. Любое воспаление было обратимым, даже при использовании сверхпрочного волокна.

Биостойкость и патогенность искусственных стекловолокон после кратковременной и длительной ингаляции – KAMSTRUP et al. 42 (3): 191 – Анналы гигиены труда
Еще один двухлетний тест на дыхание на крысах из минеральной ваты. Раковых заболеваний не наблюдалось. Риски, связанные с минеральной ватой HT, считаются незначительными или вовсе отсутствующими.

Поведение нового типа минеральной ваты (HT Wool) в легких после воздействия путем ингаляции через нос у крыс
Roxul HT Rockwool Исследование дыхания на крысах. Период полураспада волокон составлял 34 дня для всех волокон и только 11 дней для самых длинных (и, следовательно, обычно наиболее стойких и опасных) волокон.

ИССЛЕДОВАНИЯ СТЕКЛА

Cookie Отсутствует
Исследователи вводили крысам высокорастворимое стекловолокно, чтобы определить, являются ли побочные продукты растворения волокна канцерогенными. Опухоли не образовывались. Они пришли к выводу, что степень канцерогенной активности волокна зависит в первую очередь от степени, в которой оно сохраняет свою волокнистую структуру с течением времени, а не от химического состава.

Легочная реакция мышей на стекловолокно: цитокинетические и биохимические исследования
Сравнение фиброгенных эффектов стекловолокна и асбеста у крыс.Демонстрирует, что стекловолокну требуются дозы, в 10 раз превышающие дозу асбеста, чтобы вызвать аналогичный уровень фиброза (рубцевания) легких. Неизвестно, какой тип / прочность стеклопластика использовалась.

Биоперсистентность синтетических волокон стекловидного тела и … [Toxicol Appl Pharmacol. 1998] – PubMed Result
Сравнительный анализ стекловолокна, минеральной ваты и асбеста при вдыхании хомяков. Очень биостойкие волокна, такие как асбест и специальная высокопрочная керамика / стекловолокно, были канцерогенными, в то время как более быстро очищающиеся волокна, такие как обычное промышленное стекловолокно, эквивалентное oc703, не были вовсе.

Cookie отсутствует
Годовое исследование дыхания хомяков из стекловолокна и асбеста. Животные, подвергавшиеся воздействию обычного промышленного стекловолокна, испытывали только неспецифическое легочное воспаление. Однако воздействие специального высокопрочного стекловолокна и асбеста было связано с фиброзом легких и возможными мезотелиомами (раком легких).

Наука о влиянии волокон на здоровье
Ссылки на исследовательские работы OC.

Примеры использования стекловолокна

Wiley InterScience :: Сессионные файлы cookie
Пример плотника, который вдыхал стекловолокно без защиты в течение 41 года.Отмечены фиброз, кистозные поражения и отложение волокон. Авторы приходят к выводу, что тяжелое курение этого пациента и длительное воздействие стекловолокна способствовали развитию легочного фиброза. Все найденные волокна были разбиты на короткие отрезки, что указывает на то, что легочная жидкость эффективно разрушает их, но макрофаги не могут их переваривать. Курение сигарет имеет интерактивную связь с такими волокнами, как асбест – у курящего асбеста гораздо больше шансов заболеть раком легких, чем у некурящих.

Клиническая легочная медицина – Резюме: Том 14 (5), сентябрь 2007 г., стр. 296-301 Респираторные заболевания и воздействие стекловолокна: отчет о случае и обзор литературы.
Описывает 23-летнего подростка с необычной неблагоприятной реакцией на стекловолокно. Отмечено, что после воздействия стекловолокна были описаны редкие случаи легочного фиброза, острой эозинофильной пневмонии и саркоидозоподобного легочного заболевания.

Поиск статей в Elsevier
Изучая 50 случаев саркоидоза, нарушения иммунной системы, 28% пациентов вспомнили о воздействии стекловолокна / минеральной ваты.Результаты показывают, что у восприимчивых людей отложение минералов в результате воздействия MMVF может способствовать иммунным проблемам.

ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЛОКНА / РОКВУЛА

ATSDR – Токсикологический профиль: синтетические стекловидные волокна
Полная версия обзора правительства США 2004 года по синтетическим стекловидным волокнам (группа искусственных стекловидных волокон) к которым относятся минеральная вата и стекловолокно. Он обобщает все доступные знания о том, как организм реагирует на эти волокна и любые связанные с ними риски, в относительно дружественных для непрофессионала выражениях.

http://www.atsdr.cdc.gov/toxprofiles/tp161.pdf
Один из подразделов выше, содержащий обзор всех исследований на животных, проведенных на сегодняшний день.
http://www.erj.ersjournals.com/cgi/r…/8/12/2149.pdf
Хорошая обзорная статья по эпидемиологическим исследованиям, проводимым работниками MMVF в долгосрочной перспективе. Никаких побочных эффектов замечено не было, за исключением незначительного фиброза среди изделий из керамического волокна. Керамическое волокно – это специальный продукт, который намного прочнее и опаснее любого вида стекловолокна / минеральной ваты.Ни минеральная вата, ни стекловолокно не показали такого же эффекта.

Историческое когортное исследование искусственного стекловидного тела в США … [J Occup Environ Med. 2004] – PubMed Result
Когортное исследование 4008 женщин, которые работали на фабрике MMVF в период с 1945 по 1978 год. Повышенной смертности или рака легких не наблюдалось.

ИССЛЕДОВАНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВОЛОКНА

http://www.jniosh.go.jp/en/indu_hel/pdf/Ih49_17.pdf
Обзорная статья, посвященная искусственным органическим волокнам (MMOF).Указывает на то, что волокна целлюлозы могут быть более биологически стойкими в легких, чем даже асбест, который, в свою очередь, во много раз более биологически стойкий, чем стекловолокно или минеральная вата. Несмотря на это, целлюлоза менее канцерогена, чем асбест, вероятно, потому, что она вызывает гораздо меньшее воспаление легких.

Онкогенность волокон целлюлозы, вводимых в … [Inhal Toxicol. 2002] – PubMed Result
Исследователи вводили большие дозы целлюлозных волокон, полученных из древесной пульпы, в брюшную полость крыс. Были произведены опухоли.Они заявляют, что волокна целлюлозы, наряду со многими другими органическими волокнами, долговечны. Следовательно, при вдыхании они могут оставаться в легких и вызывать заболевание.

Органические примеры

Диффузное заболевание легких, вызванное вдыханием хлопкового волокна, но отличное от биссиноза – Kobayashi et al. 59 (12): 1095 – Thorax
Пример из практики, описывающий 66-летнего мужчину, который вдыхал хлопковое волокно в течение 50 лет на своем рабочем месте.Его легкие продемонстрировали мозоли на слизистой оболочке и диффузный фиброз. В его легких были обнаружены нити целлюлозных волокон. По словам исследователей, это было первое исследование, которое прямо показало, что вдыхание хлопкового волокна может напрямую вызвать диффузное заболевание легких, не связанное с биссинозом.

MedlinePlus Медицинская энциклопедия: биссиноз
Биссиноз – профессиональное заболевание легких у рабочих текстильных фабрик, подвергающихся воздействию вдыхаемой пыли хлопка, конопли и льна. Он характеризуется хроническим астматическим сужением дыхательных путей, вызываемым бактериями, которые растут на волокнах.

(PDF) Воздействие минеральной ваты на легкие, оцененное с помощью магнитометрии и теста биоперсистентности

Опубликуйте с помощью BioMed Central, и каждый

ученый сможет бесплатно прочитать вашу работу

“BioMed Central станет наиболее значительным достижением для распространения

результаты биомедицинских исследований в нашей жизни ».

Сэр Пол Нерс, Cancer Research UK

Ваши исследовательские работы будут:

бесплатно доступны для всего биомедицинского сообщества

рецензируются и публикуются сразу после принятия

цитируются в PubMed и архивируются в PubMed Central

ваши – авторские права сохраняются за вами.

Разместите рукопись здесь:

http: // www.biomedcentral.com/info/publishing_adv.asp

BioMedcentral

Журнал профессиональной медицины и токсикологии, 2009 г., 4: 5 http://www.occup-med.com/content/4/1/5

Страница 7 из 7

(номер страницы не для цитирования)

может указывать на то, что воздействие RW не повлияло на механизмы защиты и клиренса

в легких.

В тесте на биоперсистентность количество и размеры (длина

,

и ширина) волокон, сохраняющихся в легких, уменьшились с

через один день до 28 дней после воздействия.Уменьшение количества сохраняющихся волокон

может быть связано с экскрецией

волокон мукоцилиарным движением или фагоцитозом волокон

альвеолярными макрофагами, а уменьшение размеров (длина

и ширина) волокон, оставшихся в легких, может происходить из-за растворения

в жидкости организма или механического разрушения волокон

[3]. Причина, по которой более длинные волокна очищаются быстрее по сравнению с более короткими волокнами

, заключается в том, что более длинные волокна

могут в первую очередь откладываться в дыхательных путях и следовать за мукоцилиарным просветом

, в то время как более короткие волокна проникают глубже в периферию легких

.Патологическая экспертиза не выявила очевидных

изменений.

Заключение

Результаты настоящего исследования позволяют предположить, что RW expo-

наверняка не может вызвать значительную легочную токсичность в течение четырех

недель. Чтобы еще больше гарантировать безопасность RW, следует оценивать легочную токсичность

в течение как минимум одного года после воздействия RW

, и мы в настоящее время занимаемся этим исследованием.

Конкурирующие интересы

Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих интересов.

Вклад авторов

YK и MT внесли существенный вклад в

принятие и проектирование, сбор данных и анализ, а также

интерпретацию данных. MK участвовал в разработке рукописи

и ее критическом пересмотре на предмет важного интеллектуального содержания

. YA окончательно одобрили публикацию версии

. Все авторы прочитали и одобрили окончательную рукопись

.

Благодарности

Выражаем сердечную благодарность госпожеЮмико Сугиура, г-жа Мичие

Кояма, г-жа Эцуко Охта, г-н Кендзи Мимура и г-жа Сачиё Хиёси,

Департамент профилактической медицины и общественного здравоохранения, Университет Китасато

Школа медицины, а также г-жа Норико Немото, Центр электронной микроскопии

за их точные и восторженные советы. Эта работа была частично поддержана грантом

на научные исследования Министерства образования, культуры, спорта, науки и технологий Японии в 2005 году.

Ссылки

1. McConnell EE, Axten C, Hesterberg TW, Chevalier J, Miller WC,

Everitt J, Oberdörster G, Chase GR, Thevenaz P, Kotin P: Исследования

по ингаляционной токсикологии двух стекловолокон и амозит

асбест в сирийском золотом хомяке. Часть II. Результаты хронического воздействия

. Inhal Toxicol 1999, 11: 785-835.

2. Рабочая группа МАИР по оценке канцерогенных рисков для людей

: Искусственные стекловидные волокна.IARC Monogr Eval Carcinog

Risks Hum 2002, 81: 1-3813.

3. Хестерберг Т.В., Харт Г.А.: Синтетические стекловидные волокна: обзор токсикологических исследований

и их влияние на классификацию опасностей.

Crit Rev Toxicol 2001, 31: 1-53.

4. Коэн Д: Ферромагнитное загрязнение легких и

других органов человеческого тела. Science 1973, 180: 745-748.

5. Nemoto I. Модель намагничивания и релаксации ферромагнитных частиц

в легких.IEEE Trans Biomed Eng 1982,

29: 745-752.

6. Nemoto I, Möller W: Вязкоупругая модель движения фагосомы

внутри клеток на основе цитомагнетометрических измерений –

элементов. IEEE Trans Biomed Eng 2000, 47: 170-182.

7. Möller W, Hofer T, Ziesenis A, Karg E, Heyder J: Ultrafine parti-

cles вызывают дисфункцию цитоскелета в макрофагах. Toxicol

Appl Pharmacol 2002, 182: 197-207.

8. Кейра Т., Окада М., Катагири Х., Аидзава Ю., Окаясу И., Котани М.: Mag-

нетометрическая оценка воздействия хризотила на альвеолярные

макрофаги.Tohoku J Exp Med 1998, 186: 87-98.

9. Ватанабэ М., Окада М., Айзава Ю., Сакаи Ю., Ямашина С., Котани М:

Магнитометрическая оценка воздействия карбида кремния

усов на альвеолярные макрофаги. Ind Health 2000,

38: 239-245.

10. Ватанабэ М., Окада М., Кудо Й., Тонори Й., Нийцуя М., Сато Т., Аидзава

Й, Котани М.: Различия во влиянии фиброзного и частичного

позднего диоксида титана на альвеолярные макрофаги Фишера

.

344 крысы.J Toxicol Environ Health 2002,

65: 1047-1060.

11. Кудо Й, Ватанабэ М., Окада М., Синдзи Х., Нийцуя М., Сато Т., Сакаи

Й, Кохьяма Н., Котани М., Айзава Й .: Сравнительная цитотоксичность

исследование минеральной ваты и хризотила с помощью клеточной магнитометрии

Оценка

. Inhal Toxicol 2003, 15: 1275-1295.

12. Синдзи Х., Ватанабэ М., Кудо Й., Нийцуя М., Цунода М., Сато Т., Сакаи

Й, Котани М., Айзава Й. Цитотоксичность микростекловолокон на

альвеолярных макрофагах крыс Фишера 344 оценивается клетками.

магнитометрия, цитохимия и морфология.Environ

Health Prev Med 2005, 10: 111-119.

13. Кохьяма Н., Танака И., Томита М., Кудо М., Шинохара Ю.: Препарат

и характеристики стандартных образцов волокнистых минералов

для биологических экспериментов. Ind Health 1997,

35: 415-432.

14. Кудо Й, Шибата К., Мики Т., Ишибаши М., Хосой К., Сато Т., Кохьяма Н.,

Айзава Й .: Поведение нового типа минеральной ваты (HT Wool) в легких

после воздействия через нос у крыс.Environ Health

Prev Med 2005, 10: 239-248.

15. Кудо Ю., Кохьяма Н., Сато Т., Кониси Ю., Айзава Ю.: Поведение ладьи

шерсть в легких крысы после воздействия через нос. J Occup

Health 2006, 48: 437-445.

16. Кудо Ю., Айзава Ю.: Биостойкость каменной ваты в легких после кратковременного вдыхания

крыс. Inhal Toxicol 2008, 20: 1-11.

17. ВОЗ: Справочные методы измерения количества переносимого по воздуху человека –

из минеральных волокон (MMMF).В Техническом комитете ВОЗ / ЕВРО –

tee для мониторинга и оценки переносимых по воздуху MMVF Копенгаген: Всемирный

Организация здравоохранения; 1985.

18. Айзава Ю., Таката Т., Хашимото К., Томинага М., Тацуми Х., Инокучи

Н, Котани М.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.