CC BY-ND
22
МАЙ №5 (218)
19
ОПАСНОСТЬ НАНОЧАСТИЦ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ ПРИ ПЛАЗМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ
А.И. Потапов, В.Н. Ракитский, А.В. Ильницкая, И.В. Березняк
THE DANGER OF NANOPARTICLES FORMED BY PLASMA TECHNOLOGIES
A.I. Potapov, V.N. Rakitskiy, A.V. Il'nitskaya, I.V. Bereznyak
ФГУН «Федеральный научный центр им. Ф.Ф. Эрисмана» Роспотребнадзора
Поступающий в воздух рабочей зоны высокодисперсный аэрозоль металлов (0,1-0,2 мкм) в эксперименте на крысах вызывает токсический эффект, а у рабочих — хронические воспалительно-дистрофические заболевания органов дыхания на фоне выраженной сосудистой дисфункции.
Ключевые слова: высокодисперсный аэрозоль металлов, нанотехнологии, наноча-стицы, антропогенного загрязнение, плазменные технологии.
Highly dispersed aerosol of metals entering the workplace air (0,1-0,2 mcm) causes toxic effect in experimental rats and chronic inflammatory-dystrophic diseases of top respiratory ways in combination with vessel dysfunction in operators.
Keywords: superfine metals aerosol, nanotechnology, nanoparticles, anthropogenic pollution, plasma technology.
Нанотехнологии предусматривают разработку или применение специальных веществ в виде наночастиц с линейным размером менее 1 мкм. Между тем, существуют источники непреднамеренного антропогенного загрязнения производственной и окружающей среды наночастицами, которые могут присутствовать в различных аэрозолях не свободно, изолированно, а в виде комплексов с более крупными частицами или с газами [1].
Среди непреднамеренных источников поступления частиц в воздух рабочей зоны современных производств можно назвать, например, плазменные технологии.
Тепловое взаимодействие плазмы и обрабатываемого материала может приводить к образованию субмикронных частиц высокой степени чистоты в узком диапазоне гранулометрического состава (0,1—0,2 мкм) со сферической формой частиц.
В силу того, что распределение температур в плазменной струе характеризуется неоднородностью при некоторых видах технологий, например при напылении, наплавке, плазменно-механической обработке не происходит достаточного проплавления вещества и, поэтому, образуются оплавленные сферические частицы разных размеров с небольшим числом пор и с невысокой сорбционной способностью.
При плазменной резке, когда обрабатываемый материал нагревался до испарения, или при плазменно-химической технологии, вследствие конденсации паров и последующей коагуляции частиц в воздух рабочей зоны может поступать высокодисперсный аэрозоль с высокой сорбционной способностью.
Как показала электронная микроскопия, после обработки материалов плазменной струей в составе аэрозоля вольфрама было 39,6 % частиц до 0,2 мкм, окиси алюминия — 18,0 %, хрома — 46,3 %, бронзы — 56,4 %.
Принимая во внимание физико-химические особенности порошков, полученных плазменным способом, и, выделяя озон из комплекса химических веществ, сопутствующих плазменной технологии, как наиболее химически активное соединение, постоянно присутствующее в воздухе при эксплуатации дуговых и ВЧ-плазмотронов проведены экспериментальные исследования на крысах по изучению ингаляционного воздействия окиси алюминия, полученной способом плазменного нагрева с удельной поверхностью 150— 200 м2/г, концентрация 48,6 мг/м3 и её смеси с озоном.
Экспериментально было установлено ослабление эффекта общетоксического действия озона в составе пылегазовых смесей высокой дисперсности и усиление за счет озона пуль-монотоксичности аэрозолей, обладающих фи-брогенными свойствами. Это подтверждается исследованиями отечественных ученых, установивших, что гамма-оксид алюминия с высоким содержанием на поверхности гидрок-сильных групп вызывает в легких значительно больший фиброз, чем альфа-оксид с минимальным содержанием ОН-групп [2].
Морфологически в легких — выраженная клеточная реакция, преимущественно лимфоидной ткани, множество макрофагов (эпителиоидного типа) компактно в альвеолах и перегородках, признаки периваскуляр-
20
ЗНиСО
МАЙ №5 (218)
ного отека, набухание и разволокнение стенок сосудов.
Результаты медицинского обследования работающих, обслуживающих различные типы плазменных установок в динамике 10 лет, показали наличие функциональных расстройств в состоянии центральной и вегетативной нервной систем, сердечно-сосудистой системы, анализаторов.
По показателям специальных исследований было выявлено повышение тонуса мозговых сосудов, явления венозного застоя, замедление мозгового кровотока и сосудистая дисфункция у (44 ± 4,7) % лиц.
Также установлено стажезависимое нарушение электроактивности головного мозга с вовлечением в патологический процесс диэн-цефальных и стволовых его структур.
Показательно для состояния здоровья работающих на плазменных установках развитие изменений слизистой оболочки верхних дыхательных путей, которые носили в ряде случаев характер патологии или были расценены как признаки снижения функциональной способности слизистой. При длительном воздействии на рабочих аэрозоля конденсации металлов в смеси с озоном и окислами азота установлено снижение (замедление) транспортной функции мерцательного эпителия вследствие биохимических нарушений в клетках цилиндрического эпителия, изменений клеточного состава слизистой.
Риноцитологические исследования выявили десквамацию клеток мерцательного эпителия, рост числа дегенеративно измененных клеток призматического эпителия, метаплазию его в многослойный плоский, отражающий метапластические процессы.
При воздействии высокодисперсных частиц, насыщенных оксидазными газами, у рабочих отмечаются изменения бронхо-легочной системы по обструктивно-рестриктивному типу. Развитие функционального бронхоспаз-ма, снижающего эффективность легочного газообмена, альвеолярная гипоксия с подавлением усвоения кислорода является отправным механизмом для изменения рефлекторной перестройки, преимущественно региональной гемодинамики.
Повышение тонуса сосудов головного мозга и напряжение регуляторных механизмов являются реакцией обратной связи с изменением потребностей в кислороде отдельных областей мозга и других тканей, обусловленное токсическим действием пылегазовых компо-
зиций. Компенсаторно-приспособительные сдвиги в деятельности сердечно-сосудистой системы формируются в ответ на дыхательную недостаточность и гипоксию, возникающую под влиянием неблагоприятных факторов производственной среды.
Плазменно-струйные процессы при их технологическом применении сопровождаются образованием неблагоприятных побочных физических и химических факторов, которые обуславливают достаточно раннее развитие неспецифических патологических изменений в различных органах и системах организма человека.
Это подтверждает мнение некоторых исследований, что эффект влияния нанома-териалов на живой организм проявляется в возникновении воспалительных процессов в отдельных органах и тканях, в снижении иммунитета, в возможном возникновении хронических нарушений, которые способны вызывать онкопатологию, сердечно-сосудистые и иные заболевания [3].
Поведение наночастиц, образовавшихся в воздухе рабочей зоны непреднамеренно имеет ряд особенностей, обусловленных многокомпонентным составом аэрозоля, способностью образовывать конгломераты, нести на себе химические вещества и электрический заряд. Действие наночастиц на человека может усугубляться влиянием сопутствующих факторов физической и химической природы, то есть токсичность наночастицы зависит от наноси-стемы, в которую входит данная наночастица. Поэтому сведения о воздействии наночастиц и нанообъектов «в чистом виде» на человека практически отсутствуют.
В связи с этим необходимо проведение длительных наблюдений за состоянием здоровья лиц, непосредственно занятых в производствах получения и техногенного применения наноматериалов в промышленном масштабе в условиях стандартизованного объективного контроля экспозиций различных веществ в виде наночастиц в воздухе рабочей зоны и на кожных покровах. Гигиеническая оценка нанотехнологий и управление риском состояния здоровья человека возможны при проведении патогенетически направленных экспериментальных исследований на теплокровных животных и длительных наблюдений за состоянием здоровья лиц, непосредственно занятых в производствах получения и техногенного применения наноматериалов.
МАЙ №5 (218)
21
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Еловская Л.Т К вопросу о критериях оценки биологической активности аэрозольных частиц с на-нометрическими диаметрами //Мат. всероссийской конференции, посвященной 85-летию ГУ НИИ МТ РАМН: «Медицина труда: Реализация Глобального плана действий по здоровью работающих на 2008-2017 гг.» /Под. ред. акад. РАМН Н.Ф. Измерова. М., 2008. С. 97—99.
2. Домнин С.Г. О роли активных центров поверхности и фиброгенности пылей оксидов алюминия
/Профессиональные болезни пылевой этиологии. М., 1980. С. 107—113. 3. Лысцов В.Н., Мурзин Н.В. Проблемы безопасности нанотехнологий. М.: МИФИ, 2007. 70 с.
Контактная информация:
Потапов Анатолий Иванович, тел.: 586-11-44.
Contact information:
Potapov Anatoliy Ivanovich, tel.: 586-11-44
