Введение
Пневмокониоз, вызванный вдыханием частиц кремнезёма, кварца или сланца.
Силикоз – это форма профессионального заболевания легких, вызываемая вдыханием пыли кристаллического кремнезёма. Он характеризуется воспалением и рубцеванием в виде узелковых поражений в верхних долях легких. Это один из видов пневмокониоза. Силикоз, особенно острая форма, характеризуется одышкой, кашлем, лихорадкой и цианозом (синюшностью кожи). Зачастую его ошибочно диагностируют как отек легких (скопление жидкости в легких), пневмонию или туберкулез. При использовании средств контроля на рабочем месте силикоз почти всегда можно предотвратить. В 2013 году во всем мире от силикоза умерло не менее 43 000 человек, по сравнению с не менее 50 000 в 1990 году. Название «силикоз» (от латинского silex, или кремень) впервые использовал в 1870 году Ахилл Висконти (1836–1911), прозектор больницы Ospedale Maggiore в Милане. Осознание проблем с дыханием, вызванных вдыханием пыли, восходит к древним грекам и римлянам. Агрикола в середине XVI века писал о проблемах с легкими, возникающих при вдыхании пыли у шахтеров. В 1713 году Бернардино Рамаццини отметил симптомы астмы и песчаные вещества в легких каменщиков. Менее чем через 10 лет после его внедрения, в 1720 году, как сырье для британской керамической промышленности, было отмечено негативное воздействие измельченного обожженного кремнезёма на легкие рабочих. С индустриализацией, в отличие от ручного труда, увеличилось производство пыли. Пневматический отбойный молоток был представлен в 1897 году, а пескоструйная обработка – около 1904 года, оба фактора значительно способствовали увеличению распространенности силикоза. В 1938 году Министерство труда США во главе с действующим министром труда Фрэнсис Перкинс выпустило фильм под названием «Остановите силикоз», чтобы обсудить результаты годового исследования, проведенного в связи с ростом числа случаев силикоза в Соединенных Штатах. В начале XXI века вспышка силикоза была вызвана небезопасным производством искусственного камня для столешниц, содержащего кварц, который стал популярным.
Признаки и симптомы
Поскольку хронический силикоз развивается медленно, признаки и симптомы могут не проявляться в течение многих лет после воздействия. Легочные осложнения силикоза также включают хронический бронхит и ограничение воздушного потока (неразличимое с тем, что вызвано курением), инфекцию Mycobacterium, не относящуюся к туберкулезу, грибковую инфекцию легких, компенсаторную эмфизему и пневмоторакс. Имеются данные, указывающие на связь между силикозом и некоторыми аутоиммунными заболеваниями, включая нефрит, склеродермию и системную красную волчанку, особенно при остром или ускоренном силикозе.
Патофизиология
Когда вдыхаются мелкие частицы пыли кремнезема, они могут глубоко внедряться в крошечные альвеолярные мешочки и протоки в легких, где происходит обмен кислородом и углекислым газом. В этом месте легкие не могут удалить пыль с помощью слизи или кашля. При отложении в легких мелких частиц кристаллического кремнезема, макрофаги, поглощающие эти частицы, запускают воспалительную реакцию, высвобождая факторы некроза опухоли, интерлейкин-1, лейкотриен B4 и другие цитокины. В свою очередь, эти вещества стимулируют фибробласты к пролиферации и выработке коллагена вокруг частицы кремнезема, что приводит к фиброзу и формированию узелковых поражений. Воспалительное действие кристаллического кремнезема, по-видимому, опосредовано NLRP3-инфламмасомой. Характерная патология легочной ткани при узелковом силикозе проявляется в виде фибротических узлов с концентрическим расположением коллагеновых волокон, напоминающим «луковицу», центральной гиалинизацией и клеточной периферической зоной, в которой при поляризационной микроскопии видны слабо бирефрактивные частицы. Силикотический узел представляет собой специфический тканевый ответ на кристаллический кремнезем.
Кремний
Кремний (Si) является вторым по распространенности элементом в земной коре после кислорода. Соединение диоксида кремния, также известное как кремнезем (SiO2), образуется из атомов кремния и кислорода. Поскольку кислород и кремний составляют около 75% земной коры, кремнезем весьма распространен. Он встречается во многих породах, таких как гранит, песчаник, гнейс и сланец, а также в некоторых металлических рудах. Кремнезем может быть основным компонентом песка. Он также может содержаться в почве, строительном растворе, гипсе и черепице. При резке, дроблении, измельчении, бурении, шлифовке или абразивной обработке этих материалов может образовываться мелкодисперсная или ультрамелкодисперсная пыль кремнезема, взвешенная в воздухе. Кремнезем существует в трех формах: кристаллической, микрокристаллической (или криптокристаллической) и аморфной (некристаллической). "Свободный" кремнезем состоит из чистого диоксида кремния, не связанного с другими элементами, в то время как силикаты (например, тальк, асбест и слюда) представляют собой SiO2, объединенный со значительным количеством катионов. Кристаллический кремнезем существует в семи различных формах (полиморфах) в зависимости от температуры его образования. Основными тремя полиморфами являются кварц, кристобалит и тридимит. Кварц – второй по распространенности минерал в мире (после полевого шпата). Микрокристаллический кремнезем состоит из мельчайших кристаллов кварца, связанных вместе с аморфным кремнеземом. Примерами служат кремень и черт. Аморфный кремнезем состоит из кизельгура (диатомита), образованного из скелетов диатомовых водорослей, и стекловидного кремнезема, получаемого путем нагрева и последующего быстрого охлаждения кристаллического кремнезема. Аморфный кремнезем менее токсичен, чем кристаллический, но не является биологически инертным, и диатомит при нагревании может превращаться в тридимит или кристобалит. Кварцевая мука – это практически чистый SiO2 в мелкодисперсном состоянии. Кварцевая мука используется в качестве полировального или буферного материала, а также в качестве добавки к краскам, абразива и наполнителя для косметики. Кварцевая мука связана со всеми типами силикоза, включая острый силикоз. Силикоз возникает в результате отложения мелкой респирабельной пыли (диаметром менее 10 микрометров), содержащей кристаллический диоксид кремния в форме альфа-кварца, кристобалита или тридимита.
Диагноз
Для диагностики силикоза необходимо учитывать три ключевых элемента. Во-первых, анамнез пациента должен выявить воздействие достаточного количества кремниевой пыли, способного вызвать это заболевание. Во-вторых, результаты визуализации органов грудной клетки (обычно рентген грудной клетки) должны соответствовать картине силикоза. В-третьих, необходимо исключить наличие сопутствующих заболеваний, которые с большей вероятностью могли бы объяснить выявленные изменения. Физикальный осмотр обычно не выявляет специфических признаков, за исключением случаев осложненного течения заболевания. Результаты осмотра не являются специфичными для силикоза. Функциональные тесты легких могут показать ограничение воздушного потока, рестриктивные нарушения, снижение диффузионной способности, смешанные нарушения или быть в пределах нормы, особенно при неосложненном течении. В большинстве случаев для диагностики силикоза биопсия ткани не требуется, однако она может быть необходима в некоторых случаях, прежде всего для исключения других заболеваний. Оценка содержания альвеолярных кристаллов в жидкости бронхоальвеолярного лаважа может способствовать постановке диагноза. При неосложненном силикозе рентген грудной клетки подтвердит наличие мелких (< 10 мм) узелков в легких, особенно в верхних отделах. Согласно классификации МПТ (ILO), их профузия будет 1/0 или выше, а форма/размер – "p", "q" или "r". Распространенность и профузия поражения в легочных зонах увеличиваются по мере прогрессирования заболевания. В тяжелых случаях силикоза формируются крупные затемнения (> 1 см) в результате слияния мелких затемнений, особенно в верхних отделах легких. Вследствие сморщивания легочной ткани развивается компенсаторная эмфизема. Увеличение размеров корней легких часто наблюдается при хроническом и ускоренном силикозе. Примерно в 5–10% случаев узлы кальцинируются по окружности, образуя так называемую кальцификацию типа "яичной скорлупы". Этот признак не является патогномоничным (диагностическим) для силикоза. В некоторых случаях кальцинироваться могут и сами легочные узлы. Компьютерная томография (КТ) позволяет провести более детальный анализ легких и выявить кавитации, обусловленные сопутствующей микобактериальной инфекцией.
Классификация
Классификация силикоза проводится на основании тяжести заболевания (включая рентгенологическую картину), времени начала и скорости прогрессирования. К ним относятся: хронический простой силикоз, обычно возникающий в результате длительного воздействия (10 лет и более) относительно низких концентраций пыли кремнезема и проявляющийся, как правило, через 10–30 лет после первого воздействия. Это наиболее распространенный тип силикоза. У пациентов с этим типом силикоза, особенно на ранних стадиях, могут отсутствовать выраженные признаки или симптомы заболевания, однако отклонения могут быть выявлены на рентгенограмме. Хронический кашель и одышка при физической нагрузке (нехватка воздуха) – частые проявления. Рентгенологически хронический простой силикоз характеризуется множеством мелких (<10 мм в диаметре) затемнений, обычно округлой формы, преобладающих в верхних отделах легких. Ускоренный силикоз – это силикоз, развивающийся через 5–10 лет после первого воздействия высоких концентраций пыли кремнезема. Симптомы и рентгенологические признаки сходны с таковыми при хроническом простом силикозе, но возникают раньше и, как правило, прогрессируют быстрее. У пациентов с ускоренным силикозом повышен риск развития осложненного заболевания, включая прогрессирующий массивный фиброз (ПМФ). Осложненный силикоз – силикоз, который может осложниться развитием выраженного рубцевания (прогрессирующий массивный фиброз, также известный как конгломератный силикоз), при котором мелкие узелки постепенно сливаются, достигая размера 1 см и более. ПМФ ассоциируется с более тяжелыми симптомами и нарушением функции дыхания, чем при простом силикозе. Силикоз также может осложняться другими заболеваниями легких, такими как туберкулез, инфекция нетуберкулезными микобактериями, грибковые инфекции, некоторые аутоиммунные заболевания и рак легких. Осложненный силикоз чаще встречается при ускоренном силикозе, чем при хроническом его варианте. Острый силикоз – это силикоз, развивающийся в течение нескольких недель – 5 лет после воздействия высоких концентраций вдыхаемой пыли кремнезема. Он также известен как силикопротеиноз. Симптомы острого силикоза включают быстрое развитие тяжелой, изнуряющей одышки, кашель, слабость и потерю веса, часто приводящие к летальному исходу. Рентгенограмма обычно выявляет диффузное альвеолярное заполнение с воздушными бронхограммами, описываемое как «матовое стекло», и сходное с пневмонией, отеком легких, альвеолярным кровоизлиянием и раком легких с альвеолярными клетками.
Chronic simple silicosis Usually resulting from long term exposure (10 years or more) to relatively low concentrations of silica dust and usually appearing 10–30 years after first exposure. This is the most common type of silicosis. Patients with this type of silicosis, especially early on, may not have obvious signs or symptoms of disease, but abnormalities may be detected by x ray. Chronic cough and exertional dyspnea (shortness of breath) are common findings. Radiographically, chronic simple silicosis reveals a profusion of small (<10 mm in diameter) opacities, typically rounded, and predominating in the upper lung zones. Accelerated silicosis Silicosis that develops 5–10 years after first exposure to higher concentrations of silica dust. Symptoms and x ray findings are similar to chronic simple silicosis, but occur earlier and tend to progress more rapidly. Patients with accelerated silicosis are at greater risk for complicated disease, including progressive massive fibrosis (PMF). Complicated silicosis Silicosis can become "complicated" by the development of severe scarring (progressive massive fibrosis, or also known as conglomerate silicosis), where the small nodules gradually become confluent, reaching a size of 1 cm or greater. PMF is associated with more severe symptoms and respiratory impairment than simple disease. Silicosis can also be complicated by other lung disease, such as tuberculosis, non tuberculous mycobacterial infection, and fungal infection, certain autoimmune diseases, and lung cancer. Complicated silicosis is more common with accelerated silicosis than with the chronic variety. Acute silicosis Silicosis that develops a few weeks to 5 years after exposure to high concentrations of respirable silica dust. This is also known as silicoproteinosis. Symptoms of acute silicosis include more rapid onset of severe disabling shortness of breath, cough, weakness, and weight loss, often leading to death. The x ray usually reveals a diffuse alveolar filling with air bronchograms, described as a ground glass appearance, and similar to pneumonia, pulmonary edema, alveolar hemorrhage, and alveolar cell lung cancer.
Профилактика
Используя иерархию средств контроля, существует ряд методов предотвращения воздействия респирабельного кристаллического кремнезема. Наиболее эффективный способ предотвратить силикоз – это исключить воздействие пыли, содержащей респирабельный кристаллический кремнезем, на работников. Следующей по эффективности мерой профилактики является контроль за пылью. Инструмент с интегрированной подачей воды часто используется в тех случаях, когда пыль образуется при выполнении определенных задач. Чтобы избежать накопления пыли на одежде и коже, следует надевать одноразовый защитный костюм или герметично упаковывать одежду в пакет и, по возможности, принимать душ по возвращении домой. Если пыль начинает накапливаться на рабочем месте и использование инструмента с интегрированной подачей воды невозможно, следует использовать промышленный пылесос для улавливания и транспортировки пыли в безопасное место для утилизации. Контроль за пылью также может осуществляться с помощью индивидуальных фильтров для очистки воздуха. Использование средств индивидуальной защиты (СИЗ) является мерой крайней необходимости при попытке контролировать воздействие респирабельного кристаллического кремнезема. Для предотвращения силикоза могут потребоваться специальные меры. Например, при строительстве тоннелей, помимо воздушных фильтров для очистки воздуха во время строительства, используются специально разработанные кабины. При выборе средств защиты органов дыхания необходимо учитывать, обеспечивает ли оно соответствующий уровень защиты, проведено ли тестирование прилегания маски к лицу, отсутствует ли у пользователя растительность на лице и как будет осуществляться замена фильтров. Управление по охране здоровья и безопасности Великобритании разработало рекомендации по контролю воздействия респирабельного кристаллического кремнезема на предприятиях керамической промышленности, а Британская федерация керамики предоставляет в свободном доступе информационный буклет.
Лечение
Силикоз – это необратимое заболевание, не имеющее лечения. Вызывается пылью кремнезема и другими раздражающими веществами для легких, включая табакокурение. Применяются препараты для подавления кашля. Антибиотики при бактериальной инфекции легких. Профилактика туберкулеза (ТБ) для лиц с положительным результатом кожной пробы с туберкулином или анализом крови IGRA. Длительная антитуберкулезная терапия (многокомпонентный режим) для пациентов с активным туберкулезом. Физиотерапия грудной клетки для облегчения бронхиального дренажа слизи. Кислородотерапия для лечения гипоксии, при ее наличии. Бронхорасширяющие средства для облегчения дыхания. Трансплантация легких для замены поврежденной легочной ткани является наиболее эффективным методом лечения, но сопряжена с серьезными рисками, связанными как с хирургическим вмешательством по трансплантации легких, так и с последствиями длительной иммуносупрессии (например, оппортунистическими инфекциями). При остром силикозе бронхоальвеолярный лаваж может облегчить симптомы, но не снижает общую смертность. Предварительные исследования, использующие полное промывание легких у пациентов с силикозом, связанным с искусственным камнем, показали значительное улучшение рентгенологических показателей после проведения полного промывания легких.
Эпидемиология
В 2013 году во всем мире от силикоза умерло 46 000 человек, по сравнению с 55 000 в 1990 году. В период с 1991 по 1995 год в Китае ежегодно регистрировалось более 24 000 смертей от силикоза. Это заболевание затрагивает и развитые страны. В Соединенных Штатах, по оценкам, от одного до двух миллионов работников подвергались профессиональному воздействию кристаллической кремниевой пыли, и у 59 000 из них в течение жизни разовьется силикоз. Согласно данным CDC, силикоз в США встречается относительно редко. За период с 1968 по 1999 год смертность от силикоза снизилась на 84%, и в 1999 году лишь 187 смертей были вызваны силикозом как основной или сопутствующей причиной. Кроме того, случаи силикоза в Мичигане, Нью-Джерси и Огайо тесно связаны с отраслью и профессией. Последние данные The Health and Safety Executive показывают, что в последние годы ежегодно регистрируется от 10 до 20 смертей от силикоза, в среднем 12 случаев в год за последние 10 лет. В 2019 году в Великобритании за 10 лет было зарегистрировано 12 смертей. Хотя силикоз известен как профессиональное заболевание на протяжении веков, индустриализация горнодобывающей промышленности привела к увеличению числа случаев. Пневматическое бурение в шахтах и, реже, взрывные работы приводят к образованию мелкой и сверхмелкой кристаллической кремниевой пыли (каменной пыли). В 1930 году в США эпидемия силикоза, вызванная строительством туннеля Хоукс-Нест возле моста Гоули в Западной Вирджинии, привела к гибели по меньшей мере 400 рабочих. По другим данным, число погибших превысило 1000 человек, в основном афроамериканских временных рабочих из южных штатов США. Заболевшие рабочие увольнялись и покидали регион, что затрудняло точный подсчет смертности. Катастрофа в туннеле Хоукс-Нест известна как "самая страшная промышленная катастрофа в Америке". Распространенность силикоза привела к тому, что некоторые шахтеры отращивали так называемые "шахтерские усы", чтобы попытаться задержать как можно больше пыли. О хроническом простом силикозе сообщалось при воздействии кремния в окружающей среде в регионах с высоким содержанием кремния в почве и частыми пыльными бурями. Кроме того, горнодобывающая компания в заброшенном городе Деламар, штат Невада, была разорена сухим способом добычи, который производил пыль, вызывающую силикоз. После сотен смертей от силикоза город прозвали "Делателем вдов". Проблема в те дни была частично решена путем добавления к буру сопла, которое распыляло водяной туман, превращая пыль, поднимаемую бурением, в грязь, но это замедляло добычу полезных ископаемых. Вследствие профессионального воздействия кремниевой пыли, силикоз представляет собой профессиональную опасность для работников строительной отрасли, железнодорожников, демонтажников, горняков, пескоструйщиков, карьеров, тоннелеров, керамистов и литейщиков, а также шлифовщиков, каменщиков, производителей каменных столешниц, работников, изготавливающих огнеупорный кирпич, изготовителей надгробий, работников нефтяной и газовой промышленности, керамистов, производителей стекловолокна и стекла, кремневых резчиков и других. Кратковременное или случайное воздействие низких уровней кристаллической кремниевой пыли, как считается, не вызывает клинически значимых заболеваний легких. В менее развитых странах, где условия труда плохие и редко используются средства защиты органов дыхания, ожидаемая продолжительность жизни низка (например, у серебряных шахтеров в Потоси, Боливия, она составляет около 40 лет из-за силикоза). Недавно силикоз был обнаружен у турецких рабочих, занимающихся пескоструйной обработкой джинсовой ткани, как новая причина заболевания, связанная с повторяющимися плохими условиями труда. Силикоз наблюдается у лошадей, связанных с вдыханием пыли из некоторых почв, содержащих кристобалит, в Калифорнии. Художник-реалист Ноэль Каунихан изобразил мужчин, работавших в промышленных шахтах Австралии в 1940-х годах, умирающих от силикоза в своей серии из шести гравюр "Шахтеры" (линогравюры 1947 года). Недавний рост числа случаев заболевания в Австралии связан с производством и установкой искусственного каменного материала для кухонных и ванных столешниц. Искусственный камень содержит очень высокую долю кремния. Департамент здравоохранения правительства Австралии создал Национальную целевую группу по пылевым заболеваниям в ответ на количество зарегистрированных случаев силикоза в 2018 году. В ответ на это были ужесточены правила охраны труда и безопасности при резке этих столешниц. Профсоюз строителей, лесной промышленности, морского транспорта, горнодобывающей промышленности и энергетики, крупный профсоюз, представляющий строительных рабочих в Австралии, призвал к общенациональному запрету на использование искусственного камня с высоким содержанием кремния к 2024 году и заявил, что запретит своим членам использовать этот материал, если правительство не введет запрет. Силикоз также был выявлен как одно из многих долгосрочных последствий для здоровья спасателей, участвовавших в ликвидации последствий террористических атак 11 сентября 2001 года, после воздействия пыли, содержащей высокие концентрации респирабельной кристаллической кремниевой пыли, а также других металлов и токсинов.
Пустынная болезнь легких
Была описана не связанная с профессиональной деятельностью форма силикоза, вызванная длительным воздействием песчаной пыли в пустынных районах, с зафиксированными случаями в Сахаре, Ливийской пустыне и Негеве. Заболевание вызывается отложением этой пыли в легких. "Пустынная болезнь легких" может быть связана с болезнью Аль-Эскана – заболеванием легких, предположительно вызванным воздействием песчаной пыли, содержащей органические антигены, впервые диагностированной после войны в Персидском заливе в 1990 году. Относительная роль самих частиц диоксида кремния и микроорганизмов, которые они переносят, в развитии этих последствий для здоровья остается невыясненной.
Регулирование в США
В марте 2016 года OSHA официально обязало компании предоставлять определенные меры безопасности работникам, работающим с диоксидом кремния или вблизи него, для предотвращения силикоза, рака легких и других заболеваний, связанных с воздействием диоксида кремния.
Основные положения
Одним из основных обновлений стандарта OSHA по кремнезему стало снижение предельно допустимой концентрации (ПДК) для вдыхаемого кристаллического кремнезема с 250 до 50 микрограммов на кубический метр воздуха, усредненной за 8-часовую смену. Стандарт также содержит требования к очистке шлама, образующегося при использовании инструментов с водяным охлаждением в качестве средства инженерного контроля. Медицинские осмотры включают в себя беседу с врачом или лицензированным медицинским работником (PLHCP) об анамнезе респираторных заболеваний, рентгенографию грудной клетки, спирометрию, обследование на латентную туберкулезную инфекцию и любые другие исследования, которые PLHCP сочтет необходимыми. Эти медицинские осмотры должны проводиться в течение 30 дней после начала работы, связанной с воздействием кремнезема, и должны возобновляться не реже чем каждые три года, если PLHCP не примет иного решения. В рамках обновленного стандарта OSHA разработала таблицу конкретных методов инженерного и административного контроля для снижения воздействия кремнезема при использовании определенных инструментов в 18 различных областях применения, известных как источники воздействия кремнезема – от стационарных пил для резки камня до ручных шлифовальных машин. Для малого бизнеса предусмотрены дополнительные льготы и гибкость в применении стандарта.