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温石棉对健康的影响

  发表日期:2008年5月14日   出处:国际石棉协会        【编辑录入:smxhzh

温石棉对健康的影响:根据近来的证据,对目前前景的评估

   David M.Bernstein* & John A.Hoskins* 

*Consultant in Toxicology, Geneva, Switzerland

*Consultant in Toxicology, Haslemere, U.K.

摘要ABSTRACT  本文从动力学和病理学来证明温石棉和角闪石石棉的不同。蛇纹石是薄壁硅酸盐,而角闪石石棉是双链硅酸盐,这些不同的化学性质导致了温石棉可以快速地从肺部清除(T1/2 纤维清除半衰期= 0.3 to 11 天),而角闪石石棉属于最慢纤维之列(纤维清除半衰期T1/2 =500  to ∞)。在矿物纤维可溶性排序方面,温的排名是靠后的。温石棉在动物身上进行慢性吸入毒性研究,不幸的是在高密度暴露并导致肺部过分充斥的情况下进行的。结果是,这些试验与人类暴露的关联连性是极为有限的。

暴露在平均每立方厘米有长度大于20μm的温石棉纤维76根的情况下(总数为3413/cm3,在进行亚慢性吸入后,并没有导致纤维化(华格纳范围1.8 to 2.6),不管在任何时候, 而且在BrdU 反应的不同控制以及在生物化学和细胞学的参数变化情况下,都是如此。试验中,可观察到较长的温石棉纤维,分裂成较小颗粒或较小纤维。

从毒物学角度,温石棉在肺部迅速分裂的特性,更象非纤维矿物尘埃,而角闪石棉的反应反映了其不溶性的纤维结构。

最近对矿物纤维的流行病学研究进行的量化考虑,决定了温石棉和角闪石石棉由于纤维类型的不同而在造成肺癌和间皮瘤方面的效应也不尽相同。最新分析得出的结论是,如有关动物吸入毒物学的报道,更长更薄的纤维具有最大的致病潜能。然而,在铨释这些研究方面所遇到的主要困难之一是:温石棉和角闪石石棉在原扩散的估计上很少有不同。

与人类接触或由于职业的原因,严重接触的一些其它可吸入颗粒一样,有证据表明:长时间大量接触温石棉也可造成肺癌。本文以及其它研究的价值在于:它们表明了低水平地接触纯温石棉对健康不会造成可诊查的危险。由于决定疾病发生发展的可能性取决于纤维总量和超时限接触,所以他们建议,如果接触纤维剂量大,那么接触的时间要短些,这样致病的危险性也会较低。

关键词  Keywords: chrysotile温石棉; serpentine蛇纹石; amphibole角闪石石棉; Biopersistence(生物残留性), carcinogenicity(致癌作用), epidemi’ology(流行病学) 

1、概况

石棉(asbestos)本身不是一种矿物,它是一组晶体成纤维状的矿物的集合名称:“石棉”这个术语的采用仅仅是为了进行商业性的识别而已。在评价和分类时,温石棉(chrysotile )常常和其它类石棉矿物(amphibole)混杂在一起。

这六种通常称作石棉的矿物,可分两大类:蛇纹石石棉(温石棉、白石棉)和角闪石类石棉(包括青石棉crocidolite,亦称兰石棉、铁石棉amosite,亦称棕石棉、直闪石石棉anthophyllite、透闪石石棉tremolite、和阳起石actinolite)。它们都是硅酸盐类矿物。 这两大类石棉在化学性质和矿物学上是有区别的。特别是在矿物学结构上是有显著不同的,这点导致了在被肺吸入后,它们被处理的方式是明显不同的。在今天,只有温石棉、或者白石棉矿物在被大数量地开采;蛇纹石石棉矿物一直是商业性石棉。

本文对区分蛇纹石石棉和角闪石类石棉研究的矿物学的、毒物学的和病理学的数据,提供了可行的系统的分析和评估。

2、温石棉和角闪石类石棉的矿物学结构的化学组成

化学组成方面,所有石棉矿物都是硅酸盐,但在矿物学上和结晶学上,蛇纹石石棉和角闪石类石棉是非常不同的(Deer et al., 1966)

2.1 温石棉

温石棉和角闪石类石棉一样,是薄板状而非杆状硅酸盐矿物,温石棉含有镁离子和硅离子,它们之间的空隙的错配,导致温石棉能有效地卷成薄卷板状(见图一)。

图一:薄硅片温石棉的组成结构

Figure 1 Structural formation of the sheet silica chrysotile

图中英文译文:Mg:镁; Si:硅。

温石棉纤维研磨分解后,通过精磨或与水混合,温石棉纤维结构破碎成小纤维。

温石棉小纤维的外表是水镁石矿物。据Hargreaves and Taylor (1946) 报告说,如果温石棉纤维用稀释酸处理,则氧化镁可完全除去。硅的水合物仍然以纤维状存在,但已经完全失去温石棉的弹性,而形成非晶质类结构或玻璃质类结构。Wypych et a1教授最近检验了有控酸浸析对天然温石棉纤维的作用, 作者报告说,酸浸析过的天然温石棉产品包含有层状无序的硅的水合物,其结构变形,有点象原硅酸盐矿物的层状硅,进一步的鉴定技术证实了,在除去水镁石样的薄层后,突出地留下了非晶质结构的硅。

用酸除去水镁石层中的金属镁,将弱化温石棉纤维,并最终摧毁其形稳性。温石棉纤维对酸溶的敏感性对肺有特殊的重要性,在肺里巨噬细胞够生成-4.5PH的氛围。从肺里清除和吞噬的温石棉纤维将很容易地被胃里的盐酸攻击,这时在胃里保有低于PH2元素的细胞腔。

2.2、角闪石类石棉

角闪石类石棉的化学结构比较复杂,其中所属五种石棉化学结构有如下述。虽然结构相同,但由于硅酸盐组织可在构成纤维的硅酸盐带状构造之间,容纳众多不同离子的混合物,导致了成分差异。

Crocidolite 青石棉             (Na2Fe32+Fe23+) Si8O22(OH)2

Amosite 铁石棉                (Fe2+, Mg)7 Si8O22(OH)2

Tremolite透闪石石棉,          Ca2Mg5 Si8O22(OH)2

Anthophyllite直闪石石棉       (Mg, Fe2+)7 Si8O22(OH)2

Actinolite 阳起石石棉          Ca2(Mg, Fe2+)5 Si8O22(OH)2

角闪石石棉晶质结构的外表有点类似石英,具有石英的耐化学的特性。下面图二(A-D)表明的为透闪石石棉的结构:

图2A中每个兰盒子代表一个四面体硅酸盐结构的双链。就透闪石石棉而言,图中白的和绿的圆圈代表正有效地将一条链粘接到相邻链的镁和钙离子。与链的窄面相比,在链的宽面,很少有共享的离子将链粘结在一起,其结果是,正是这些粘结不牢的宽面,最有可能是矿物粉碎(见图2B);在透闪石石棉里,这粘结不牢的部分与Mg离子是相关联的。2C图简化了该图,并表明双链硅酸盐可以粉碎成纤维状的碎片。

图2D表明在3个尺寸方面有同样的情况。分裂是沿着链发生的,而且也可以看出纤维是怎样形成的;链的本身不会轻易分裂,因为与离子粘结两链相比,硅的四面体之间粘结还是很牢的。

图2 双链硅角闪石类石棉的组成结构,透闪石石棉

2.3 体外毒物学

生物体外毒物学研究对阐明有关致病原因的可能机理常常是很有帮助的。然而,如同我们过去对纤维毒物学的评估一样,这方面也是很难诠释的。这里有几个因素在起作用:一是体外实验系统是一个静态系统,这样,它对纤维的溶解性的不同不是很敏感。高剂量纤维通常可获得积极的反应,但从这大量短时细胞接触来推断体内低密度慢性接触是很困难的。此外,纤维数和体积分布常常不是量化的。然而,最重要的是,这些断定是体内长期致病原因的筛选试验的端点并没有被证实;体外试验可能是鉴定和评估可能的机理的有用工具,但对纤维来说,这些体外试验系统在区分纤维类型方面的使用是有限的。

2.4生物残留性

近来的出版物清楚地表明合成矿物纤维的生物残留性与老鼠慢性吸入毒性和慢性腹膜内注射肿瘤反应的关系。实际上,如果较长纤维,即不能完全被巨噬细胞吞噬,也不能迅速破碎并从肺部消失,这些纤维不会发生致癌作用。这一概念已经包括在欧盟1997人造矿物纤维指南(European Commissions Directive on man made minerals fibers)

在试验的动物吸收温石棉表现为迅速从肺部中被清除,此外,主要接触温石棉的工人的肺部分析表明,温石棉在肺部中含有水平比角闪石石棉为低。即使接触角闪石石棉的只不过仅是痕量杂质而已。

既然温石棉是天然矿采纤维,其生物残留性因为所试验纤维的产地和商业品质的不同,而有些微不同,这没有什么令人惊奇之处了。然而,在矿物纤维可溶性的范围里温石棉的排序应排在较靠后的。与玻璃和和石质纤维的生物残留性相比,温石棉也是属于最低生物残留性之列的;温石棉比测试的陶瓷的纤维或特种用途的玻璃的生物残留性却要低,当然比角闪石棉低的更多。

2.4.1纤维结构的生物残留性:

在可吸入物质颗粒里,纤维是很独特的,在可吸收的颗粒物里中,纤维的空气动力学直径在多数情况下是纤维直径的3倍。正因为如此,又长又簿的纤维可绕过只对非纤维颗粒有作用的过滤物,而有效地深潜到肺里。通常在肺里的纤维可以完全被巨噬细胞吞噬,同着其它颗粒一起被清除出肺部。然而,这些纤维太长,不能被巨噬细胞完全吞掉,所以不能通过这一途径清除掉。

长度小于5μm的纤维与非纤维颗粒物基本相同,像同类型颗粒一样,以类似的动力学地机械地被清除掉。而较长纤维也可能被有效地清除掉,如果巨噬细胞能够全部吞噬它们。5μm界限的选择,是在纤维计数项目中,WHO使用的5μm界限的反映。最近对这些尺寸纤维的验证得出结论:较短纤维对人类健康只有很小或没有危险。

长度5~20μm的纤维代表一个过渡:在作为颗粒物被清除的纤维和不能被巨噬细胞完全吞噬的较长纤维之间的过渡。到底什么长度的纤维能完全被吞噬,其实际界限对老鼠建议为15~20μm。20μm的值,一直在对动物的研究中,用作不能完全被巨噬细胞吞噬和清除的指数。

在肺里,使用体内溶解技术和吸入生物残留性,模仿人造玻璃纤维(SVF)的溶解,表明肺部有很大的液体缓冲能力。体内流率在1ml(毫升)/min(分)以上的等值,需要提供同样的SVF的溶解率,这是在肺部发生的。这一大的在肺部的液体流率导致可以溶解更多的可溶纤维。

为使评估纤维的生物残留性标准化,欧盟工作小组已经提出一个建议,该议包括一个5天吸入接触,然后定期对肺部进行分析,一年为限。对于矿物纤维,长于20μm纤维的半排出期为几天到接近100天。(见表1)

表1:温石棉,合成玻璃纤维和角闪石类石棉纤维(纤维长>20μm和5-20μm半清除期的比较

纤维

类型

 半清除期(T12)(天)

参考资料

纤维长度

>20um

纤维长

5-20um

Calidria

温石棉

蛇纹石石棉

0.3

7

伯恩斯坦2005b

巴西

温石棉

蛇纹石石棉

1.3

2.4

伯恩斯坦2004

纤维B

(B01.9)

试验玻璃棉

2.4

11

伯恩斯坦1996

纤维A

玻璃棉

3.5

16

伯恩斯坦1996

纤维C

玻璃棉

4.1

15

伯恩斯坦1996

纤维G

岩石棉

5.4

23

伯恩斯坦1996

MMVF34

(HT)

岩石棉

6

25*

赫斯特伯1998a

MMVF22

矿渣棉

8.1

77

伯恩斯坦1996

纤维F

岩石棉

8.5

28

伯恩斯坦1996

MMVF11

玻璃棉

8.7

42

伯恩斯坦1996

纤维J

(X607)

钙镁硅酸盐

9.8

24

伯恩斯坦1996

加拿大温石

棉(纺织级)

蛇纹石石棉

11.4

29.7

伯恩斯坦2005a

MMVF11

玻璃棉

13

32

伯恩斯坦1996

纤维H

岩石棉

13

27

伯恩斯坦1996

MMVF10

玻璃棉

39

80

伯恩斯坦1996

纤维L

岩石棉

45

57

伯恩斯坦1996

MMVF21

岩石棉

46

99

伯恩斯坦1996

MMVF33

特种玻璃

49

72

赫斯特伯1998a

RCF1a

耐火陶瓷

55

59

赫斯特伯1998a

MMVF21

岩石棉

67

70

赫斯特伯1998a

MMVF32

特种玻璃

79

59

赫斯特伯1998a

铁石棉

角闪石类石棉

418

900

赫斯特伯1998a

青石棉

角闪石类石棉

536

262

伯恩斯坦1996

透闪石棉

角闪石类石棉

伯恩斯坦2005b

注:对纤维长5-20µm的(T1/2)半排除期,伯恩斯坦1998a没有报导;所表明的值是使用伯恩斯坦的原始数据计算的。

温石棉纤维从物理上讲是一种很薄的卷片,这种薄片比角闪石类石棉的硅酸盐双链要易碎得多,而且能够破裂。水镁石层可溶于水和肺液,余下的结构在酸的环境中被攻击,比如遇到巨噬细胞。温石棉表面变质会导致纤维结构完整性的缺失并且解体。

早些时候研究表明,温石棉被清除不那么快,在Coin et al研究中,使用的NIEHS温石棉来自一种被称作plasticbest-20的温石棉产品中,plasticbest-20是塑料工业使用的温石棉。样品使用“hurricane粉碎机”粉磨三次,这种粉碎机是一种商用设计,专门用来研磨弱于铁的材料。在coin et al的研究中,使用的接触密度是10mg/m3。虽然出版物中从未提明,由于对plasticbest-20的均匀研磨,将会出现更多的短纤维。如下列所示,在对密度10mg/m3的长期研究中,据奥博度斯特,这种肺部接触已经超过标准。

在考夫的研究文献里(1987),据报告,温石棉-UICC密度为5 mg/m3时没有纤维的显示,或悬浮颗粒。在他的研究中,悬浮颗粒是由于使用流化床振荡机造成的,振荡机将有选择地使较短、较轻的纤维变成烟雾状,这样,有可能使同样总数目较大的颗粒/纤维变成悬浮颗粒。

作者报告说:这是足以在BAL液中产生细胞反应的高水平,在BAL液中,不同接触时间的肺部纤维的直径和长度被检测,并显示肺部纤维可能渐进地分裂单个小纤维,而且它们的数目在肺里也在增加。巨噬细胞的清除的活动不能除掉较短纤维的事实同样表明,“肺部超负荷”在本研究中也会出现。除了上述的生物残留性研究外,在比工作场所密度高一些的暴露环境中,再也没有其它检验清除商用温石棉方面的研究。

2.5 慢性吸入毒物学研究

在对从角闪石类石棉,到可溶玻璃纤维,到有机纤维进行许多慢性吸入毒物学研究时,它们的类型和随后的翻译常常被纤维尺寸、粒径分布、长短纤维的比例和在暴露的悬浮颗粒中非纤维颗粒等词语相混淆。现在意识到,高密度不可溶的有害尘埃将损害肺部清除功能,导致老鼠体内有类似肺部过载的痰症和肿瘤状的反应。

在表2中所列是,为了进行一系列慢性吸入毒物学研究的暴露密度和肺部负担,这里,对人造蛇纹石和角闪石石棉使用类似的方案。在这些研究中,石棉暴露属于规定的控制,然而,可以看到,将温石棉的暴露,甚至青石棉的暴露与SVF的暴露在比较纤维数目的基础上相比较是很困难的。

暴露密度和所造成的温石棉在肺部的载量是太大了,以至于可能发生基于存在的短纤维的数目的肺部过载效应, 如果在这些研究中,暴露密度和纤维粒径分布在规定的控制数据和SVFs的数据之间可相比拟的话。

表2 使用同样方案进行一系列纤维吸入毒物学研究所采用的纤维暴露和肺部残存量数据

纤维类型

悬浮颗粒

总数

(纤维/cm3)

悬浮颗粒

WHO

(纤维/cm3)

悬浮颗粒

数目

(纤维/cm3

长>20μm)

肺部

总纤维数

(在24个月

接触后)

肺部

纤维>20μm

(在24个月

接触后)

参考

资料

MMVF11***

Na

41

14

93000000

5580000

赫斯特伯

MMVF11***

Na

153

50

692000000

24912000

赫斯特伯

MMVF11***

273

246

84

1284000000

30816000

赫斯特伯

MMVF21**

44

34

13

112142857

14130000

麦克康耐尔

MMVF21**

185

150

74

548173913

50432000

麦克康耐尔

MMVF21**

264

243

114

622884615

80975000

麦克康耐尔

MMVF22**

33

30

10

21984733

2880000

麦克康耐尔

MMVF22**

158

131

50

320625000

7695000

麦克康耐尔

MMVF22**

245

213

99

596750000

23870000

麦克康耐尔

RCF1***

36

26

13

99900000

12787200

马斯特

RCF1***

91

75

35

233120000

31238080

马斯特

RCF1***

162

120

58

578240000

58402240

马斯特

RCF1***

234

187

101

1017500000

132275000

马斯特

温石棉

102000

10600

na

54810000000

na

赫斯特伯

青石棉26w

4214

1610

236

2025000000

88452000

麦克康耐尔

* WHO纤维:长度大于5μm,宽度大于3μm;长径比>3:1

** 肺部纤维总数目在出版物不见报道,而是基于Owens-Corning提供的计算数据。

*** 每个肺长于20μm的纤维数目在出版物不见报道,而是基于Owens-Corning提供的计算数据。  

**** 由赫斯特伯1993年、马斯特1994年、赫斯特伯1994年和赫斯特伯1998b所报告的同样研究。

Na: 无数据可供参考

在最近,奥博道斯特博士(Oberdorster)(2002)检阅了纤维的和非纤维难溶颗粒的毒物动力学及其影响,并说明了要多高的难溶颗粒接触浓度,可造成老鼠肺部颗粒吸入过量,过量吸入会导致肺癌的发生。他建议:观察到的老鼠高剂量的影响,可能与下列两个临界点有关:

1. 第一临界点是导致巨噬细胞介入清除的肺状剂量

2. 第二临界点是,剂量高于第一点,在这一剂量上,抗氧防护层被淹没,肺部出现癌变。

巨噬细胞介入清除的减少主要是为了对抗图3显示的肺部滞留的尘埃数量,作者说明:滞留的尘埃负担临界点看来是存在的,高于这一点,清除率则开始下降。

   ·

图3:滞留肺部尘埃数量和碎片清除率(节选自奥博道斯特博士Oberdorster2002)

图中英文译文:fractional clearance rate/day碎片清除率/日,retained dust volume in lungs(μl) 肺里尘埃保留量(μl),test Toner(recovery)实验色料(恢复期),test toner(sub-chronic) 实验色料(亚慢性), test toner(chronic)实验色料(慢性),X:柴油,+:二氧化钛(锐钛矿), 二氧化钛(金红石),井:塑料,*:碳黑, ·:滑石(NTP研究),O:二氧化硅(方晶石),§:温石棉

在表2中,温石棉慢性吸入研究中,赫斯特伯即没有提供滞留的尘埃数量也没有提供清除率,然而对此进行估计,以衡量,如同赫斯特伯所测定的,肺部滞留的温石棉总量的是可能的。在本研究中,在慢性研究使用的暴露密度的1/3时,肺部温石棉总量是28μL。该值已经添加到图3,并提示,对于在慢性温石棉吸入研究使用的滞留尘埃数量,巨噬细胞介入清除的数量将会强烈减少。如果巨噬细胞活动受阻,那么它们创造酸的环境的作用也将受到影响,而酸的环境将会破碎温石棉的纤维的。

Oberdorster假定的第二个临界点发生在比第一个更高的剂量中。在第二个剂量中,抗氧化剂防护被淹没,从使肺部发生癌变。这种关系被Oberdorster阐明了(2002,图6,p.37,并显示在图4上。其滞留的尘埃的表面积,在慢性吸入研究中可视为肺癌率大小的成因。表面积的计算使用从温石棉90天吸收毒性研究得出的同样数据组。在慢性吸入研究中,温石棉肺部颗粒和短纤维的剂量恰好在图4(难溶低毒颗粒)过高浓度的范围之内。

这一比较表明:温石棉慢性吸入毒物学研究的结果,也就是短纤维和颗粒的数目的产物。它不能排除小比例的较长纤维,这将会造成致癌反应的可能性。然而,生物残留性的答数显示,如果在这些研究中不出现过高浓度条件时,则较少有(如有的话)长纤维会出现。

图4作为癌病发生率的因素-颗粒表面积

图中英文译文:rate with lung tumor:肺部肿瘤发病率;talc:滑石;toner:色料;Carbon black:碳黑;TiO2:二氧化钛; diesel: 柴油;§:chrysotile:温石棉;background tumor rate: 背景是肿瘤发病率;surface area m2/g lung: 肺表面积m2/g

注:对温石棉,Ono.Ogasawara和kohyama二位在1999年表明,由氮吸收作用决定的表面积是计算的表面积的2.3倍。除外,在Mast et al的题为《在90天慢性吸入研究中》,提到在24个月肺部滞留的温石棉纤维比笫90天多200倍。

2.6 温石棉亚慢性吸入毒物学研究

由于过高浓度的效应,目前温石棉的慢性吸入研究是很难分析的。最近由ILSI召集与美国EPA一起的工作小组建议,在慢性试验策略中,按优先序排列。所建议的策略有三个基本组成部分:准备工作和对合适的纤维样品特征化;进行体内生物残留性试验;以及在亚慢性侵蚀性研究中对毒物学结论的评估。

当在亚慢性吸入研究评估列明参数时,该工作小组也注意到,欧洲委员会对老鼠人造矿物纤维亚慢性吸入毒性试验的指导原则,也载明类似的参数。为了评估老鼠肺内对温石棉典型的悬浮颗粒在细胞学的和病理学上的反应,对商业性温石棉进行了90天的亚慢性吸入毒物学研究。方案是基于欧洲委员会评估人造玻璃纤维的原则,并按照ILSI工作小组推荐的标准进行的。

在本研究中,wistar雄鼠暴露在控制空气的一组以及纤维大于20μm平均悬浮颗粒浓度在76根/3,(总纤维数为3413根/3)或207根/3的两组温石棉中,时间是5天/周,每天6小时,连续进行13周,然后停止接触92天。中止接触后,在恢复期的第50天和第92天之后,有动物死亡发生。对每一个死亡都要对亚组老鼠进行鉴定,以测定其肺部的浓度,做组织病理学检测;细胞核扩散反应;进行支气管肺泡灌洗以测定炎症细胞;临床生物化学;以及用共焦显微技术进行分析等。

通过90天的接触和92天的复苏,在温石棉纤维长大于20μm,平均浓度在76根/3时,结果在任何时间段,均没有出现纤维化,而且BrdU反应控制或生物化学和细胞参数也没什么不同。另外可观察到长的温石棉纤维破碎成小的颗粒和较小纤维。在纤维长于20μm的纤维暴露浓度为207根/3时,可看到轻微的纤维化。作者报导说:正如最近温石棉生物残留性研究所预测的那样,在暴露浓度比美国临界限制值0.1f(WHO)/3大5000倍的情况下,温石棉不产生显著的病理反应。

相对照,角闪石类透闪石棉作为生物残留性研究的一部分,在5天吸入接触后,就产生了肉芽肿,间质纤维化,和无数巨噬细胞聚集,以及多核巨型细胞等现象。

Bellmann et al(2003)报告道:SVF类似的90天亚慢性吸入毒性研究,范围从生物残留性到铁石棉。纤维之一是钙-镁-硅(CMS)纤维,除许多纤维外,还有大密度的颗粒物的存在。在慢性吸入纤维X607之后——这种纤维与CMS类似,但只有更少颗粒出现,——没有肺癌和纤维化可检测到。与上述温石棉的亚慢性吸入研究结果相比较,温石棉比生物可溶合成玻璃纤维CMS产生较少炎症反应。

2.7 温石棉:纤维或颗粒的影响

从肺部迅速清除温石棉长纤维,即那些不能有效地被巨噬细胞所清除的纤维,表明了温石棉一旦被吸入会有什么事发生。当合成玻璃纤维(SVF)可能相应地或不相应地溶解时,温石棉纤维表现为破碎成小的颗粒或较小纤维。

在酸性pH值时,温石棉变得不那么稳定,这将导致长的温石棉纤维的清除和分解。Kamstrup et al(2005)曾描述长的HT纤维的类似过程,这种纤维在pH4.5时具有高度溶解性。Wypych et al(2005)表示,酸浸温石棉纤维,可以清除水镁石样薄片,主要留下非晶质的二氧化硅,即是说,余下的是类似类似玻璃的小颗粒。Speil Leineweber(1969,图12,P,182总结了在沸腾盐酸中不同石棉状纤维分解速度的研究。其中有透闪石棉,铁石棉和温石棉的结果,见图5。酸溶解动力学显明地与图6表明的长于20μm的纤维的生物残留性动力学相类似。

            

图5 透闪石棉、铁石棉和温石棉的酸溶解研究

图中英文译文:tremolite, amosite and chrysotile acid dissolution: 透闪石,铁石棉和温石棉酸溶图。Weight change %:重量变化%;Time(hours): 时间(小时)

            

图6 在吸入生物残存性研究中,大于20μm的透闪石棉、铁石棉和温石棉纤维的排除

图中英文译文:clearance of tremolite,amosite,and chrysotile fibers with lenth>20μm:大于20μm的透闪石棉、铁石棉和温石棉纤维的排除。

Number of fibers L>20μm remaining in the lung: 留在肺里大于20μm的纤维数目。

Time since cessation of exposure(days): 停止暴露后的时间(天数)。

纤维的解体提供了理解温石棉潜在毒性的基础,温石棉纤维的迅速解体导致接触到更大数目的非晶质二氧化硅颗粒和较短纤维。这点显示在表2中。在表2中高浓度温石棉导致肺部大数量的颗粒/纤维,大部分长度小于5μm。象其它高浓度矿物尘埃一样,在浓度足够高接触时间足够长的情况下,有可能会造成疾病并最终导致癌症。

然而,低暴露水平的温石棉会导致肺部能处理的较短纤维和颗粒的暴露水平。在吸入研究中,组织病理学反应非常清楚地说明了蛇纹石温石棉和角闪石类石棉反应的对比。图7表明了

在上述温石棉(90天的接触和92天的复苏)亚慢性研究中组织病理学反应,在上述研究中,在肺部并没有观察到炎症反应。相对照,图8表明的是接触透闪石石棉5天后发生的组织病理学反应,出现显著的炎症反应,以及肉芽瘤,甚至出现轻度间质纤维化。

图7显微照相表明在90天接触中止之后中剂量肺部的组织病理学

             

           

图8 老鼠在接触5天透闪石棉之后,肺部的组织病理学部分显微照相

图中英文译文:Interstitial fibrosis:间质纤维化; granulomas:肉芽瘤

2.8 流行病学

一方面,接触石棉导致肺癌和间皮瘤是很清楚的了,确定这种关系的流行病学研究,必须设法凭借已有的数据解决重要的界限问题。在多年以前,这个界限问题还不那么重要,因为那时所有类型石棉矿物具有同等的潜能。然而,如上所述,动物研究表明在温石棉(蛇纹石石棉)和角闪石类石棉之间有重大不同。对温石棉,这常常是非常重要的焦点,而限定和相关的误差值得更为完善的理解。

根据最近对不同类型石棉的流行病研究所得数据的分析,Berman & Crump(2003)教授总结了各类可能影晌流行病学评估而且必须提及的界限,其中包括有:

>空气测验和其它说明历史接触的可用数据的限定;

>描述接触特点的限定(即纤维矿物学类型和纤维尺寸组成);

>致病性判定的精研性或群体跟踪范围不完善的限定;

>受实验人群和所选择的控制人口之间匹配的恰当性限定;

>混淆因素-如个别人吸烟历史-的不充分的说明。

除外,作者检验了用于测定石棉(表3)分析技术的能力和限定。微型冲击器(M1)和相衬显微镜(PCM)是在大多数流行病学研究中-该研究可得到目前存在的危险因素-用于获取暴露评估数据两项分析技术。然而,在眼下流行病学研究中,对石棉进行量化的方式(即M1和PCM)可能末充分反映与生物学相关的吸收微小悬浮颗粒的特点。

除了少数例外,在20世纪50年代以前几乎是很少或没有进行过取样实验,人们通常认为那时的暴露浓度比近来测定的要高些,这主要是因为那时没有使用尘埃控制设备,而且减少尘埃水平的程序是在晚些时候才采用的。所以许多研究,早期石棉暴露浓度只能根据后来的测量值加以推断的。

表4-1.衡量石棉分析技术的能力和界限a

参数

小型采集器

相衬显微术

扫描电子显微术

传输电子显微术

放大范围

100

400

2000-10000

5000-20000

过数颗粒

全部

纤维结构b

纤维结构b

纤维结构bc

最小可见直径

1μm

0.3μm

0.1μm

<0.01μm

分解内部结构

可能

识别矿物学d

A本表的能力和界限主要是基于所提到的设备的物理极限。过去25年里通常使用的方法和程序所造成的差别在表4-2着重说明。

B 纤维结构由于颗粒长寛比大于3而有所限定。

C TEM的数常常决定单个纤维结构在更大而复杂纤维结构范围内。基于内部结构,几种不同计数法规已经发展为可处理复杂结构,见下面的有关方法的讨论。

D 大多数SEM和TEM仪器已经有能力记录选定区域的电子衍射光谱(SAED)进行能源扩散式X光分析(EDXA),以用来识别矿物学结构。

特别是,作为测定技术的结果,对工人接触到的纤维类型,常常很少有量化的矿物学暴露浓度的信息。工业加工的性质部分地决定了所使用的纤维类型,然而,在过去,人们并没有进行区别蛇纹石和角闪石类石棉的尝试。结果是,角闪石类石棉常常被蛇纹石石棉所代替,或所混淆,而没有详细记录文件。在使用蛇纹石石棉的地方使用了角闪石类石棉,是由于一些因素,诸如可获性,成本和加工的效率而造成的。此外,雇员的工作履历也不像今天那样有记录可查。在评估温石棉和角闪石类石棉的不同时,所有不确定的因素是很重要的。在测定与某类型纤维相关的可能影响时,鉴别暴露空气的纤维类型很显然是极为重要的。

作为范例,在Berman & Crump(2003)的研究中,在同样进行了流行病学研究的环境中或有诸如采矿、纺织的类似环境中,使用TEM抽样分析来测定反馈的暴露指数。然而,数据整理分析中,存在明显的困难。举例而言,如果在提取TEM样品时或者使用了纯温石棉,或者在病理学研究的时候,也使用了角闪石类石棉,那么在事实上角闪石类石棉存在的情况下,TEM暴露指数会将任何后果归因于温石棉。

Berman & Crump总结到:在肺癌和间皮瘤两者的潜值的残余不一致性,主要是根据魁北克温石棉矿工和南卡罗里纳温石棉纺织工人的具体数据计算而来的。目前的检验将不会解决这个个问题。有趣的是,在南卡罗里纳受检查的温石棉纺织工人的肺部发现了角闪石类石棉。

为出版刊物接受的管理毒物学和药理学

不幸的是,由于每批供分析样品的纤维数太少,导致本研究的公信力较低。

同样有趣的是注意到:Berman & Crump(2003)报告说,与出版刊物文字一致的最佳暴露指数是长于10μm薄小于0.4μm的纤维一样的潜能的指数。

Hodgson & Darnton(2000)检阅了17份流行性学研究报告,这些研究曾被Peto et al(1985)HEl(1991)和  INSERM(1996),在写报告时作为参考资料。目的在于区分不同石棉纤维类型的效能。作者声明说:“不仅存在着基于最新测定数据来推断早些时侯的暴露(浓度)这一不可避免的问题,另外还有将最普通的历史测定数据(指颗粒数)转变成更为中肯的纤维数目的测定。直接进行纤维计数只是在1970年代才变得普遍起来。”

对Carolina人群,他们说“只使用了很少数量的青石棉,但青石棉原矿纤维并末经过加工。使用的青石棉数量约为总量的0.002%”。然而,至于这个数字的来源,末提及是什么参考资料。尽管如此,Hodgson & Darnton(2000)还是将温石棉和角闪石类石棉区分开来。有趣的是,在Carolina人群的肺里,总纤维数的47%是角闪石类石棉。

在一份更为近的分析里,Hodgson et al(2005)将在英国的间皮瘤致死率的预期负担加以模式化,将1968至2001年男性间皮瘤死亡率,考虑到石棉类型的不同,作为20世纪石棉暴露浓度的升降而起到的不同作用。有两个模式与数据相适配,即基于进口的铁石棉和青石棉的预期暴露模式以及实际暴露模式。作者说明道,温石棉在两个模式里皆为零。这样在英国从1920年以来发生的间皮瘤应解释为铁石棉和青石棉结合造成的。从而扭转了早些时候流传的是由温石棉造成的解释。Weill et al(2004)最近检验了暂时的模式和1973年以来美国间皮瘤发病趋势的变化。他们的结论是:间皮瘤的危险主要是由于接触角闪石类石棉(铁石棉和青石棉)造成的,这类石棉在1960年代的使用达到顶峰,而后开始下降。

在本分析以外的最新研究也表明,温石棉产生的影响,如果有的话,是很小的。Rees et al (1999,2001)报导说:南非以生产角闪石类石棉为主,但每年也生产10万吨温石棉。间皮瘤在南非温石棉矿工和研磨加工工人间没有发现,尽管南非有几十年的生产业绩。作者暗示到:对很少或没有发现癌病的可能解释是,相对而言,缺少纤维状透闪石棉—角闪石类石棉的一种,常与温石棉共生。对非职业性的研究诸如Camus et al的报告(1998),检验了魁北克两个矿区的温石棉对非职业性接触石棉的妇女的影晌。在1945年,这里平均外围接触浓度估计为1—1.4f/cm3。平均一生累计总接触量估计为准25根/年/ml。作者报告说:在两个温石棉开采地区,在妇女间没有可测验出的由肺癌引起的更大死亡危险。

对于制造工业部门职业性接触温石棉的工人已经进行了大量研究工作。Paustenbach et al 最近检验了生产摩擦材料企业雇用的工人和为相关材料服务的技工和维修人员等。这次检验包括进行一个世纪的亚分析研究。作者报告说:制动器修理技工未因接触温石棉而增加对健康损害的危险。他们也没有增加患间皮瘤或石棉肺的风险,而且没有在修理制动器期间由于接触温石棉而患肺癌的证据。

3、结论

本研究提供了重要数据,以证明从动力学和病理学上温石棉和角闪石石棉是不相同的。在肺部里能迅速分裂成许多小的颗粒的温石棉的毒物学,与其它非纤维矿物相比,是极为容易理解的,而角闪石石棉毒物学,很清楚是其不可溶解纤维结构的一个反映。

从矿物学角度,温石棉和角闪石石棉由于化学结构不同而有存在显著差别。这一结构导致肺部在吸入温石棉纤维后能将其分解,这点在商用温石棉的生物残留性研究中可以见到。

不幸的是,对温石棉所做动物慢性吸入毒性研究,是在很高暴露密度中进行的,也就是说,在肺部吸入过载的条件下进行的。结果是,它们与人类接触的关联性是极为有限的。

在亚慢性吸入平均密度在长度大于20μm的纤维每立方厘米为76根的条件下,其结果是在任何时间段,没有使肺部纤维化,而且与BrdU反应的控制,或与生物化学和细胞学参数没有区别。另外较长温石棉纤维可观察到破裂为小的颗粒或较小纤维。

最近对矿物纤维的流行病学研究进行量化检阅,断定了温石棉和角闪石石棉,从纤维类型来看,造成肺癌和间皮瘤的潜能,同时也可用来区分这两种矿物。最新分析得出结论:比较起来更长更薄的纤维具有最大的致病潜能,这在动物吸收毒物学研究中已有报告。然而,在铨释这些研究中最主要困难之一是,原始的接触估计很少把温石棉和角闪石石棉区分开来。

与其它人类接触或职业性严重接触的一些可吸收悬浮颗粒一样(如硅、柴油烟尘等),有证据表明,严重的长时间接触温石棉,也会造成肺癌。

目前以及其它类似的研究价值在于:它们表明对纯温石棉的较低水平的接触不会对健康造成可检测到的危险。既然高的剂量以及长时间接触决定了有造成疾病或使疾病恶化的可能性,他们建议:如果要进行高密度接触,那么接触时间要短,这样负面作用的风险可能才是低的。


 
 
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