Влияние СА на организм сварщика

Вдыхание сварочного аэрозоля и токсичных газов является причиной развития фиброзных изменений в легких, раздражающего действия на дыхательные пути, общей интоксикации. Пневмокониоз электросварщиков протекает по типу сидероза в относительно благоприятной форме диффузно склеротических изменений, с возможностью частичного обратного развития.

При проведении сварочных работ в закрытых помещениях необходимо предусматривать (при необходимости) местные отсосы, обеспечивающие улавливание сварочных аэрозолей непосредственно у места его образования. В вентиляционных устройствах помещений для ЭСУ должны быть установлены фильтры, исключающие выброс вредных веществ в окружающую среду.

Обзор занятости показал, что у 185 тыс. человек основная работа связана со сваркой и (термической) резкой металлов в 1981-1983г. По некоторым оценкам, во всём мире насчитывается 800 тыс. человек, у которых основная специальность – сварщик. Ещё больше людей – считается, что до 1 млн. – выполняют сварочные работы непостоянно, как часть своей работы. Проводившееся позднее исследование показало, что в 1999г в США 410 человек работали сварщиками, резчиками, пайщиками и выполняли наплавку. В настоящее время ПДКрз составляет 5 мг/м3 для всего дыма в зоне дыхания сварщика - или других людей, находящихся в месте проведения любой сварочной работы.

При горении сварочной дуги скорость образования дыма зависит от вида сварки, силы тока и химического состава проволоки и её покрытия. У расходуемого электрода увеличение силы тока увеличивает дымообразование. Интенсивность образования дыма имеет большое значение, так как при сварке в закрытых, ограниченных, плохо вентилируемых помещениях происходит быстрое загрязнение воздуха до большой концентрации. Например, Sferlazza and Becket (1991) вычислили, что при скорости дымообразования 1 г/мин (это часто бывает) в помещении 3 м3 через минуту концентрация сварочного дыма превысит ПДКрз 5 мг/м3 (для 8-часовой смены). Поэтому при выполнении обычной сварочной работы есть риск вдыхания сварочного дыма при высокой концентрации. При плохой вентиляции, или при выполнении сварочной работы в ограниченном пространстве, вероятность развития заболевания органов дыхания становится ещё выше. Roesler and Woitowiltz (1996) описали случай развития фиброза у сварщика, что было связано с накоплением в лёгких железа. Сотрудник проработал 27 лет в ограниченном пространстве без нормальной вентиляции и без респиратора.

Хотя полезно описать концентрацию частиц в воздухе во время сварки, но для определения воздействия сварочного дыма на здоровье полезно определить реальную дозу, воздействующую на лёгкие при вдыхании. Интересно отметить, что измерения показали, что концентрация аэрозоля снаружи сварочного щитка и под ним (при одновременном измерении) заметно отличается. Alpaugh et al. (1968) пришёл к выводу, что концентрация частиц чрезмерная, и что вредное воздействие – не стабильное, а под щитком концентрация ниже и стабильнее. Кроме того, концентрация озона и окислов азота под маской изменяется меньше, чем снаружи маски. Goller and Paik (1985) показали, что концентрация дыма в зоне дыхания под сварочным щитком ниже на 36-71% по сравнению с концентрацией снаружи щитка.

При вскрытии проводилось исследование того, какая доза сварочного дыма воздействовала на лёгкие. Но эти исследования проводились спустя годы, и они не давали никакой информации о тех частицах, которые были удалены из лёгких (при самоочистке). Так как в сварочном дыме есть много магнитного металла, то для измерения его содержания в лёгких можно использовать не инвазивную магнитометрию. С её помощью Kalliomaki et al. (1983a) изучал сварщиков-судостроителей. Он получил, что у сварщиков, работающих полную смену, “чистая“ скорость осаждения частиц в лёгких составляет 70 мг железа в год, а за 10 лет у сварщика накапливается в лёгких 1г частиц железа – это результат одновременного накопления и выведения (самоочистки). У сварщиков, уходящих на пенсию, происходит удаление 10-20% частиц, накопленных за год.

Вредные компоненты

Воздействие сварочного дыма уникально. Нет ни одного другого материала, который по структуре и по составу можно было бы сравнить со сварочным дымом. В исследовании, в котором изучалось вредное воздействие на металлических и не-металлических шахтах, Tierney (1977) обнаружил, что сварка является наиболее опасным занятием. Это происходит по нескольким причинам: 1) Есть много факторов, которые могут ухудшить здоровье сварщика – тепловое воздействие, ожоги, шум, дым, вредные газы и даже неудобная поза, которую приходится принимать во время работы; 2) Сильное непостоянство химического состава сварочного дыма, который зависит от места работы, используемого способа сварки и условий работы. 3) Вредные вещества могут попадать в тело разными путями (Zakhari and Anderson, 1981). Таблица1. Дым Газы Излучение Др. факторы Алюминий Углекислый газ Ультрафиолетовое Тепло Железо Угарный газ Видимое излучение Шум Кадмий Оксид азота ИК-излучение Вибрации Кремний Диоксид азота     Магний Озон     Марганец       Медь       Молибден       Никель       Свинец       Титан       Фториды       Хром       Цинк

Вредное воздействие при сварке состоит их физического и химического воздействия, и излучения (таблица 1). Часто встречающимися вредными веществами являются металлические частицы и вредные газы. К физическим вредностям относят электрическую энергию, тепло, шум и вибрацию. При сварке есть несколько не-респираторных вредных воздействий, большая часть которых связана с электричеством и с теплом. Воздействие УФ-излучения сварочной дуги на глаза сварщика часто приводит к острому фото керато-конъюнктивиту, или “ arc eye ” (Sferlazza and Beckett, 1991). Но самыми вредными воздействиями при сварке являются вредные аэрозоли и газы.

Дым.

В данном случае дымом называют твёрдые металлические частицы, находящиеся в воздухе, которые образуются при конденсации паров металла. При контакте паров металла с воздухом металл окисляется, поэтому большая часть дыма состоит из оксидов тех металлов, из которых был сделан израсходовавшийся электрод/проволока, и которые подаются в место сварки. Некоторые из этих металлов опаснее других, и они рассмотрены ниже.
Хром

Сварка нержавеющих и высоколегированных сталей приводит к образованию дыма, содержащего хром. “Нижнее” значение ПДК для хрома – 0.5 мг/м3. При сварке нержавеющей стали хром может образовывать разные оксиды (в частицах дыма) (Villaume et al., 1979; Sreekanthan, 1997). В сварочном дыме есть много и трёхвалентного, и шестивалентного хрома. Анализы сварочного дыма показали, что концентрация шестивалентного хрома зависит от типа используемого защитного газа (Sreekanthan, 1997).

Считается, что трёхвалентный хром менее токсичен, так как он не входит в клетки, а шестивалентный хром считается очень токсичным, и способствующим образованию рака у людей (Cohen et al., 1993). Исследования показали, что сварочный дым, содержащий шестивалентный хром, обладает мутагенным действием (Stern, 1977; Maxild et al., 1978; Costa et al., 1993a, 1993b). Эпидемиологические исследования показали, что у сварщиков нержавеющей стали может быть повышенный риск смерти от рака лёгких (Becker et al., 1985; Sjogren et al., 1994).
Никель

Никель присутствует в сварочном дыме, образующемся при сварке нержавеющей стали и никеля. Считается, что никель – канцерогенное вещество (NIOSH, 1977). Эпидемиологические исследования показали, что есть взаимосвязь между воздействием на рабочих никель-перерабатывающих заводов смеси растворимых и нерастворимых соединений никеля, и увеличением (частоты) случаев рака носа и лёгких. Разные соединения никеля в разной степени способствуют появлению рака (Lauwerys, 1989). Исследования показали, что при сварке нержавеющей стали, содержащей никель, воздействие дыма может быть мутагенным (Hedenstedt et al., 1977; Costa, 1991). Эпидемиологические исследования наводят на мысль, что сварка нержавеющей стали может увеличить риск развития рака лёгких из-за повышенного содержания никеля (Gerin et al., 1984; Langard, 1994). Но это увеличение риска не было связано с каким-то определённым компонентом дыма и сварочного процесса (IARC, 1987).
Железо

В большинстве сварочных процессов главным компонентом сварочного дыма является оксид железа. Считается, что оксид железа – нетоксичная (раздражающая) пыль, которая при вдыхании с небольшой вероятностью может вызвать хронические заболевания лёгких. Но наблюдалось накопление частиц в альвеолярных макрофагах и в интерстиции легких. В результате при длительном воздействии сварочного дыма у сварщиков возникает пневмокониоз, называемый (в данном случае) сидерозом (Doig and McLaughlin, 1936; Enzer and Sander, 1938). На снимках грудной клетки наблюдаются небольшие диффузионные круглые непрозрачности, обычно с небольшим помутнением (непрозрачностью), и без больших повреждений и прогрессивного фиброза (Sferlazza and Beckett, 1991). Значительного изменения лёгочных функций не происходит, и при развитии сидероза состав газов в крови и в конце, и вовремя выполнения упражнения остаётся нормальным (Howden et al., 1988).
Марганец

В большинстве сварочных дымов присутствует марганец, и было показано, что он и цитотоксичен, и нейротоксичен (Agency for Toxic Substance and Disease Registry, 1992). Оксид марганца используется как компонент покрытия электродов при сварке с защитными газами, при дуговой сварке порошковой проволокой и как составная часть сплава электродной проволоки (Villaume et al., 1979). При сварке некоторых сталей с большим содержанием марганца может образоваться большое количество дыма оксида марганца (Moreton, 1977). Хорошо известно, что хроническое отравление марганцем проявляется как заболевание центральной нервной системы – болезнь Паркинсона (Cooper, 1984). Было сделано предположение, что воздействие сварочного дыма может вызвать заболевание, схожее с болезнью Паркинсона (Chandra et al., 1981; Sjogren et al., 1996), или же начальные признаки этого заболевания (Racette et al., 2001). Но исследований клинических случаев, которые бы определённо показывали, что марганец из сварочного дыма влияет на центральную нервную систему – нет. Нужны дополнительные исследования на людях и на животных, чтобы выявить возможную нейротоксичность марганца, содержащегося в сварочном дыме.
Кремний

В сварочном дыме основным источником кремния является покрытие электрода. Кремний входит в состав покрытия металлических (расходуемых) электродов и в смеси, из которой изготовлен электрод для дуговой сварки порошковой проволокой. Покрытие содержит большое количество кремния – в кварце, ферросилиции, каолине, полевом шпате, слюде, тальке и жидком стекле – от 5 до 30% (Pantucek, 1971). Тот кремний, который находится в сварочном дыме, относительно слабо цитотоксичен, так как он находится там в аморфной форме, а не в сильно цитотоксичной кристаллической форме, которая вызывает силикоз (Villaume et al., 1979).
Фториды

Основным источником, из которого фториды попадают в сварочный дым, является покрытие металлических электродов, или флюс и шлак у (порошкового электрода), содержащие большое количество фторида кальция (плавикового шпата). Вдыхание газов, содержащих фтор, вызывает заболевание лёгких (Stavert et al., 1991). При воздействии аэрозолей, содержащих фториды, возникает риск профзаболевания лёгких (O’Donnell, 1995). Ранее было показано, что дым от ручной дуговой сварки покрытыми электродами вызывает (у крыс) более сильное повреждение лёгких и воспаление, чем дым от дуговой сварки в защитном газе (Coate, 1985; Antonini et al., 1997). Кроме того, было показано, что вдыхание фторидов подавляет антибактериальные функции у мышей, что может увеличить чувствительность/восприимчивость к инфекции (Yamamoto et al., 2001).
Цинк

Сварщики подвергаются воздействию цинка чаще всего тогда, когда сваривают детали с гальваническим покрытием. Когда металл нагревается так сильно, что цинк испаряется, и образуется много дыма оксида, возникает “литейная лихорадка”. Это – наиболее часто описываемое респираторное заболевание у сварщиков (Sferlazza and Beckett, 1991). Оно начинается через 6-8 часов после вдыхания дыма, и характеризуется симптомами, похожими на симптомы гриппа, потением, металлическим привкусом во рту, сильной жаждой, и кашлем без отхаркивания. Острая стадия заболевания – “самоограничена”, и она проходит через 24-48 часов.
Алюминий

Алюминий широко используется как добавка во многих сплавах, используемых в сварочных электродах. Также алюминий содержится в краске и в покрытиях, наносимых на свариваемые материалы электрически (electro-plated), или распылением, или методом горячего покрытия (hot dip coatings) (Howden et al., 1988). Обычно при дуговой сварке в защитном газе алюминиевых сплавов используют алюминиево-магниевую проволоку, дающую сравнительно много дыма, так как магний легко испаряется. Кроме того, сварка алюминия приводит к образованию большого количества “пневмотоксичного” газа – озона.

Медь

При сварке меди и её сплавов возможно сильное воздействие меди. Другим источником воздействия меди могут стать электроды для дуговой сварки в защитном газе, покрытые медью. Присутствие меди в сварочном дыме – одна из причин “литейной лихорадки” (Sferlazza and Beckett, 1991).
Кадмий

Иногда при изготовлении флюса у электродов для дуговой сварки порошковой проволокой туда добавляют кадмий. Сообщали, что присутствие кадмия в сварочном дыме вызывает острое химическое ингаляционное заболевание лёгких (Anthony et al., 1978). Основными клиническими проявлениями двустороннего лёгочного проникания являются воспаление, кровотечение и/или отёк, и ограниченные изменения. Острое состояние может пройти полностью, а может и сохраниться, ухудшая работу лёгких (Townsend, 1968). Интересно, что дым кадмия – одно из немногих воздействий, возникающих при сварке, для которого описан смертельный случай (Patwardhan and Finch, 1976). Присутствие в сварочном дыме кадмия также способствует появлению литейной лихорадки (Ohshiro et al., 1988).

Газы

При обычной дуговой сварке образуется несколько вредных газов – озон, окислы азота, монооксид углерода и углекислый газ. Для очистки металла перед сваркой часто используют обезжиривающие химикаты, например – хлористые углеводороды (Howden et al., 1988). Часто используют трихлорэтилен, и у него большое давление паров.

Рядом со сварочной дугой пары окисляются, и этот процесс усиливается за счёт УФ-излучения. В результате образуется фосген – газ, раздражающий лёгкие. У газов, образующихся при сварке – в зависимости от вида сварки - есть несколько источников: 1) Защитные газы, 2) Продукты разложения покрытия электрода и самой проволоки электрода, 3) Продукты реакции составляющих атмосферного воздуха в сварочной дуге, 4) Продукты реакции составляющих атмосферного воздуха при воздействии УФ-излучения, 5) Продукты разложения обезжиривателей и органических компонент покрытия свариваемого металла (Villaume et al., 1979).
Озон

Озон О ₃ – аллотропная форма кислорода. Он образуется из атмосферного кислорода во время сварки в процессе фотохимической реакции из-за УФ-излучения сварочной дуги. Реакция происходит в два этапа при воздействии излучения с длиной волны <210 нм (Edwards, 1975):

1.О ₂ +УФ(<210нм)→2О

2.О+О ₂ →О ₃

Скорость образования озона зависит от интенсивности излучения и от длины волны излучения, создаваемого дугой. В свою очередь это зависит от свариваемого материала, используемого электрода, защитного газа, вида сварки и её параметров – напряжения, тока, длины дуги (Pattee et al., 1973). Озон оказывает сильное раздражающее действие на органы дыхания – вдыхание озона при концентрации > 0.3 ppm (частей на миллион по объёму) в течение нескольких часов может вызвать сильный дискомфорт, а при вдыхании озона при концентрации до 10 ppm в течение нескольких часов может возникнуть отёк лёгких (Palmer, 1989).. В воздухе озон не стабилен, и его разложение ускоряется дымом оксидов металлов. Поэтому при ручной дуговой сварке и дуговой сварке порошковой проволокой – когда образуется много дыма – обычно не ожидается присутствие большого количества озона (Maizlish et al., 1988). Но Steel (1968) измерял концентрацию озона от 0.1 до 0.6 ppm на 40 судоверфях, использовавших три вида сварки. В нынешнем стандарте OSHA (Управление по охране труда в Минтруда США) (допускается) концентрация озона до 0.1 ppm. В других исследованиях Nemacova (1984, 1985) обнаружила, что концентрация озона при резке и сварке различными способами заметно ниже ПДК (TLV) в США.