Физиологические механизмы повреждающего действия угольной пыли на организм

Качественный состав шахтного воздуха определяется объемной долей кислорода, которая не должна быть ниже 20%, объемной долей вредных и ядовитых (токсичных) газов и запыленностью воздуха — содержанием угольно-породной пыли в воздухе горных выработок.

Снижение содержание кислорода в воздухе приводит к уменьшению степени насыщения крови кислородом, что при содержании кислорода ниже 17% уже не компенсируется частотой дыхания и вызывает гипоксию — выраженное кислородное голодания клеток коры головного мозга, приводящее при содержании кислорода ниже 12% к необратимым изменениям в коре головного мозга или смертельному исходу.

При добыче угля в воздух поступает большое количество твёрдых частиц: песок, пыль, частицы металла; газообразных и жидких частиц: диоксид серы, оксид углерода, диоксид азота, углеводороды; в небольших количествах цветные и редкие металлы, в очень малых — радионуклиды: уран, торий. Все эти отходы производства наносят большой ущерб здоровью шахтеров и окружающей среде.

Степень опасности неблагоприятного действия угольной пыли на организм определяется в основном ее концентрацией в воздухе и дисперсностью. Чем выше концентрация пыли в воздухе, тем большее ее количество проникает в организм через органы дыхания. Размеры пылинок имеют большое значение, так как чем мельче пыль, тем глубже она проникает в дыхательную систему. Если относительно крупные пылинки при вдыхании в большей степени задерживаются в верхних дыхательных путях и постепенно удаляются оттуда со слизью (отхаркиваются), то мелкая пыль, как правило, проходит в легкие и оседает там на длительный срок, вызывая поражение легочной ткани. Кроме того, мелкая пыль при той же массе имеет большую поверхность соприкосновения с легочной тканью, поэтому она более активна.

Высокодисперсная пыль представляет большую опасность, чем крупная (низкодисперсная), так как она дольше находится в воздухе во взвешенном состоянии. Наиболее опасными для человека считаются частицы размером от 0,2 до 0,7 мкм, которые, попадая в легкие при дыхании, задерживаются в них и, накапливаясь, могут стать причиной заболеваний.

Существуют три пути проникновения пыли в организм человека: через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт и кожу.

Действие пыли на верхние дыхательные пути сводится к их раздражению, а при длительном воздействии — к воспалению. В начальных стадиях оно проявляется в виде першения в горле, кашля, отхаркивания грязной мокротой.

Затем появляется сухость слизистых, сокращение отделения мокроты, сухой кашель, хрипота; в некоторых случаях при воздействии пыли химических веществ могут появиться изъязвления слизистой оболочки носа.

Наибольшую опасность представляют токсические пыли при попадании их в более глубокие участки органов дыхания, то есть в легкие, где, задерживаясь на длительный период и имея разветвленную поверхность соприкосновения с тканью легкого (в бронхиолах и альвеолах), они могут быстро всасываться в большом количестве и оказывать раздражающее и обще токсическое действие, вызывая интоксикацию организма.

Нетоксические пыли, задерживаясь в легких длительное время, постепенно вызывают разрастание вокруг каждой пылинки соединительной ткани, которая не способна воспринимать кислород из вдыхаемого воздуха, насыщать им кровь и выделять при выдохе углекислоту, как это делает нормальная легочная ткань. Процесс разрастания соединительной ткани протекает медленно, как правило, годами. Однако при длительном стаже работы в условиях высокой запыленности разросшаяся соединительная ткань постепенно замещает легочную, снижая, таким образом, основную функцию легких — усвоение кислорода и отдачу углекислоты. Длительная недостаточность кислорода приводит к одышке при быстрой ходьбе или работе, ослаблению организма, понижению работоспособности, снижению сопротивляемости организма инфекционным и другим заболеваниям, изменениям функционального состояния других органов и систем. Вследствие воздействия нетоксической пыли на органы дыхания развиваются специфические заболевания, называемые пневмокониозами. Наиболее опасной формой пневмокониоза является силикоз, развивающийся при наличии в пыли свободной двуокиси кремния.

Вдыхание угольной пыли сопровождается локальными ее скоплениями. В легких есть своеобразные санитары — фагоциты, которые как бы обволакивают, захватывают пылевые частички и по лимфатическим каналам выносят эти пылинки. При значительной запыленности фагоциты не «справляются с работой», часть из них погибает, а пылинки остаются в легких. Скопление пыли приводит к развитию пылевого фиброза. Происходит замещение (омертвление) альвеол и легочной ткани, делающее попадание кислорода в кровь не только затруднительным, но и невозможным. Лёгочный фиброз — уплотнение соединительной ткани с появлением рубцовых изменений в лёгких, возникающий, как правило, в результате хронического воспаления. Прогрессирование фиброзного процесса влечет за собой нарушение кровоснабжения, лимфостаз и дальнейшее разрастание соединительной ткани. Все это наряду с воспалительными и атрофическими процессами в бронхах приводит к возникновению эмфиземы легких, легочного сердца и недостаточности внешнего дыхания.

Скопление угля в легких, обозначаемое как легочный антракоз, является типичным для работников угольной промышленности. Частички пыли обнаруживаются в макрофагах (клетки в организме, способные к активному захвату и перевариванию бактерий, остатков погибших клеток и других чужеродных или токсичных для организма частиц), в просвете альвеол, внутри и вокруг бронхиол. У населения, проживающего вблизи, эта пигментация не токсична и не приводит к развитию какого-либо заболевания органов дыхания. Лишь у шахтеров-угольщиков, пребывающих в течение многих лет и подолгу в шахтах, особенно сильно запыленных, может возникнуть целый ряд тяжелых последствий. Тяжесть заболевания еще усугубляется тем, что оно оказывает влияние на организм в целом (нарушение сердечно-сосудистой системы, центральной нервной системы и др.).

Наряду с воздействием угольной пыли на органы дыхания, она оказывает влияние и на другие органы и системы организма. Так, угольная пыль способствует возникновению гнойничковых заболеваний кожи и подкожной клетчатки. Угольно-породная пыль может проникать либо непосредственно в кожу, либо в отверстия сальных и потовых желез. Проникшая в кожу пыль может вести себя как индифферентное инородное тело, не вызывая со стороны кожи никакой реакции. В некоторых случаях проникновение в кожу пыли сопровождается воспалительными явлениями, выражающимися в припухлости, красноте и болезненности кожи. При закупорке пылью сальных желез может возникнуть папулезная сыпь, а в случае присоединения вторичной инфекции — пиодермия. Закупорка пылью потовых желез ведет к понижению потоотделительной способности кожи, которая является защитным приспособлением организма против перегревания. Все это может нарушить нормальную деятельность кожи.

Пыль, оседая на слизистых оболочках глаз, может вызвать их раздражение и воспалительные процессы. Твердые пылинки с острыми краями могут вызвать травмы глаз.

При проглатывании пыли может страдать и пищеварительный тракт. Токсическая угольная пыль, попав туда даже в относительно небольшом количестве, всасывается и вызывает интоксикацию (отравление). Нетоксическая пыль какого-либо заметного неблагоприятного действия на органы пищеварения не оказывает.