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尘肺病程特征及粉尘对背根神经元钙通道影响的研究

杨海兵  
【摘要】: 粉尘是矿山、冶金、建筑、制造、铸造及化工工业等工作场所在生产过程中产生的最常见的职业危害因素。由于其颗粒小,能长时间飘浮在空气中,污染作业环境,损害劳动者健康,引起多种职业性肺部疾患。长期吸入含游离二氧化硅粉尘可导致尘肺。世界各国几乎都有尘肺存在,发展中国家尤为严重。目前尘肺仍是危害我国工人健康最主要的疾病。据调查,截止1996年底全国累计尘肺病例约52万例,并以每年约10000例的速度增长,估计全国现有累积病例接近60万人。1995年4月国际劳工组织(ILO)和世界卫生组织(WHO)职业卫生联合委员会提出一项“ILO/WHO全球消除尘肺的国际规划”,号召世界各国行动起来,在2005年前明显降低尘肺发病率,在2015年消除尘肺。显然,欲达到这一目标任重道远,必须采取强有力的措施。对粉尘职业危害因素的识别、监测、评价、控制及发病机制研究是全人类面临的重大课题。目前该领域主要研究内容包括:(1)加强粉尘监测技术研究,通过各国粉尘测定方法的比较,寻找相互关系及转换系数,促进国际间的交流与合作,共同预防和控制粉尘危害。(2)开展尘肺流行病学调查,分析尘肺发生、发展规律,以完善接尘工人健康监护技术规范。(3)从微观水平探讨粉尘对机体的早期生物学效应,研究其机制和生物标志物。本文从粉尘监测、尘肺流行病学调查、粉尘对呼吸系统靶细胞膜钙通道影响三方面进行研究,以期对粉尘危害的预防和控制提供基础资料。 第一部分中美粉尘监测方法与测定结果比较 目的比较中美两国粉尘监测方法,寻找不同粉尘监测方法之间的换算系数。 方法中国采用环境瞬时总粉尘浓度测定法,美国采用整班时间加权平均呼吸性粉尘浓度和总粉尘浓度测定法。用美国的呼吸性粉尘采样器、级联撞击式采样器和中国总粉尘采样器在同一工作场所进行同步采样,运用滤膜质量法测定粉尘浓度,并用SPSS12.0软件对结果进行统计分析。 结果(1)美国呼吸性粉尘浓度(Rus)与中国环境瞬时总粉尘浓度(Tchn)、Rus与美国总粉尘浓度(Tus)间的换算系数估计值分别为53.64%和39.89%;不同矿厂、不同工种之间的换算系数估计值有显著性差异(P<0.05)。(2)美国测得的总粉尘浓度普遍高于中国的总粉尘浓度,两者比值1.3∶1(1.1~2.0∶1)。(3)广西锡矿和汉阳铸造厂,Rus与Tchn、Rus与Tus及Tchn与Tus间的对数直线趋势和回归系数都有显著性意义(P<0.05),确定系数R~2为0.22~0.71,回归系数β为0.31~1.13;而武钢耐火材料厂各采样方法测得的结果之间除Rus与Tus之间有一定的相关性外(P<0.05),其他相关性则不显著。(4)Rus与Tchn、Rus与Tus及Tchn与Tus的换算系数在锡矿与铸造厂之间不相同,有显著差别(P<0.05)。 结论影响不同粉尘监测方法间换算系数的因素较多,寻找呼吸性粉尘和总粉尘间普遍适用的换算系数相对比较困难,但在局部进行可比性分析及确定适当的换算系数是可行的和必要的。 第二部分尘肺疾病过程与接尘工人健康监护的关系 目的分析尘肺的流行病学特征,为完善粉尘作业工人健康监护技术规范提供依据。 方法采用回顾性队列研究方法对某地区20个厂矿(分为钨矿、锡矿和瓷厂3类)健康监护资料进行分析。本文主要分析各队列尘肺的疾病过程。 结果该地区尘肺的流行病学特征为:(1)尘肺发病平均潜伏期为22.9±9.8年。(2)52.2%的病例是在脱离接尘后发生的;平均时间为9.1±5.7年。(3)尘肺Ⅰ至Ⅱ期、Ⅱ至Ⅲ期的晋期率分别为48.2%和18.5%,晋期时间为4.1±0.2年和6.8±0.2年。(4)尘肺并发肺结核率为51.3%。(5)尘肺患者平均生存时间为Ⅰ期21.5年、Ⅱ期15.8年、Ⅲ期6.8年,25%的Ⅰ期尘肺患者生存时间超过33年。(6)尘肺患者平均死亡年龄为56.0±12.0岁,20世纪90年代中期延长到65.6±5.9岁,已接近同期正常人群寿命。(7)疑似尘肺(0~+)平均潜伏期为20.8±8.6年,发展为Ⅰ期尘肺的发生率为48.7%,平均时间为5.1年。 结论尘肺是一种由于吸入不同生产性粉尘而引起的慢性职业性肺病,进展慢,脱离接尘后仍会发病,易合并肺结核,最终影响接尘工人寿命。完善并实施接尘工人健康监护体系是目前我国尘肺防治工作的重点之一。 接尘工人健康监护(1)接尘工人接尘后前15年内至少每4-5年体检一次;以后不论是否继续从事接尘工作,每3年体检一次。(2)脱离粉尘作业时若与最近一次检查时间间隔超过6个月则进行一次检查,以后每3年检查一次。(3)尘肺病人至少两2年要复查一次,10年后可每3-4年检查一次。(4)重视粉尘作业者的结核病防治工作。(5)对疑似尘肺(0~+)也应调离接尘岗位,密切观察,每年检查一次,并按尘肺要求进行管理。(6)接尘工人健康监护记录于工人停止工作后仍要保存40年。 第三部分不同粉尘对背根神经元和肺泡巨噬细胞膜钙通道的影响 目的通过测定粉尘颗粒中有机物和无机物含量,分析其化学组成及性质。通过比较粉尘颗粒所致的背根神经元和肺泡巨噬细胞高电压激活(HVA)钙电流的变化,分析粉尘对该细胞膜钙通道的结构和功能的影响,探讨电压依赖性钙通道在职业性肺病形成中的作用。 方法采用德国呼吸性粉尘淘析式采样器定点采集作业场所生产性粉尘;用高压液相色谱仪测定焦炉逸散物中的多环芳烃成分及含量;用焦磷酸质量法测定煤尘中游离二氧化硅含量;用原子吸收光谱测定法测定铅、锰、镍、镉等重金属含量;用膜片钳和全细胞记录技术记录背根神经元和肺泡巨噬细胞HVA钙电流;采用pCLAMP9和SigmaPlot软件进行电流图分析和数据处理。 结果HVA钙电流记录1.对照组和石英组肺泡巨噬细胞均未记录到HVA钙电流。2.背根神经元(dorsal root ganglion,DRG):(1)石英①135μg/ml剂量组最大激活钙电流密度(I_(ca))为-95.89±38.82 pA/pF,显著高于阴性对照组和低剂量组(P<0.05);I_(ca)随浓度增加而升高,存在剂量反应关系(P<0.05,R~2=0.99)。②135μg/ml组钙电流平均激活速率为9.65±5.14 pA/pF*ms,显著快于对照组(P<0.05)。③Rise slope from30%-70%为14.08±8.69 pA/pF*ms,显著快于对照组(P<0.05)。④I_(ca)达峰时间略短于对照组,但差异不显著(P>0.05)。⑤135μg/ml剂量组HVA钙电流平均失活速率和最大失活斜率分别为0.43±0.10pA/pF*ms、0.83±0.49 pA/pF*ms,显著快于对照组和其它各染尘组(P<0.05)。⑥电流从峰值到记录结束时的下降率亦是135μg/ml剂量组最大,为63.20+8.23%,显著高于对照组和其它染尘组(P<0.05)。⑦不同剂量组间电导值有显著性差异(F=9.979,P=0.000),45μg/ml与135μg/ml组均显著高于对照组和低剂量染尘组(P<0.05或0.01),其值分别为1420.04±655.64和2257.44±454.20 pS/μm~2,135μg/ml组也显著高于45μg/ml组(P<0.05)。⑧45和135μg/ml剂量组在不同钳制电位(尤其在-10~30 mV)下的钙电流增大,但I-V曲线形状没有明显改变,最大激活电位在0mV也未改变。⑨I_(ca)时间依赖性改变不明显。⑩1/2最大激活电压(V_(1/2))较对照组显著增大,右移约6.0-6.5mV(P<0.05);激活曲线斜率变化不显著(P>0.05)。(2)焦炉逸散颗粒①DRGHVA I_(ca)呈增高趋势,但差异不显著(P>0.05)。②5 μg/ml组I_(ca)平均激活速率为5.77±2.56 pA/pF*ms,显著快于对照组(P<0.05)。③5 μg/ml组I_(ca)最大上升斜率为16.98±11.7 pA/pF*ms,显著快于对照组(P<0.05)。④5 μg/ml组I_(max1/2)平均激活速率为14.20±8.07 pA/pF*ms,显著快于对照组(P<0.05)。⑤5 μg/ml组30%~70%I_(ca)上升斜率为11.90±4.38 pA/pF*ms,显著快于对照组(P<0.05)。⑥5μg/ml组I_(ca)达峰时间显著短于对照组(P<0.05),为11.29±5.71 ms。⑦45μg/ml组I_(ca)激活时间常数显著短于对照组(P<0.05),为72.95±12.99 ms。⑧135μg/ml组电导值为1794.39±902.84 pS/μm~2,显著大于对照组(P<0.05)。⑨去极化脉冲-30 mV时染尘组的I_(ca)均增高。⑩时间依赖性结果显示I_(ca)一开始就很高,记录期间电流衰减缓慢;稳态激活曲线拟合结果显示V_(1/2)较对照组升高约4mV,差异有显著性(P<0.05)。(3)钢铁厂粉尘颗粒①135μg/ml组I_(ca)最大上升斜率为14.29±6.66 pA/pF*ms,明显高于对照组和其它各染尘组(P<0.05)。②45μg/ml组电导值显著大于对照组(P<0.01),为1542.12±719.79 pS/μm~2。③I-V曲线显示在脉冲刺激电压较低时,钙电流就开始变大,-30 mV~-10 mV间较平稳。④随记录时间延长电流衰减不明显。⑤除135μg/ml组外V_(1/2)均较对照组升高约4.5 mV(P<0.05)。(4)东湖大气颗粒①I_(ca)平均激活速率、最大上升斜率、I_(max1/2)平均激活速率以及30%~70%I_(max)上升斜率均有所降低,但差异不显著(P>0.05)。②135μg/ml组I_(ca)达峰时间较对照组和5 μg/ml组有显著延长(P<0.05),为19.84±5.36 ms。③膜电导没有明显改变(P>0.05)。④V_(1/2)较对照组升高约4.6-5.6mV,差异有显著性(P<0.05)。(5)城区大气颗粒①低染尘浓度时I_(ca)、平均激活速率和30%-70%I_(max)上升斜率均略较对照组大,但差异不显著(P>0.05)。②5μg/ml组膜电导显著大于对照组和其它染尘组(P<0.05),为1928.53±468.06pS/μm~2。③5μg/ml组平均衰减速率和最大衰减斜率显著大于对照组(P<0.05),分别为0.32±0.06和0.37±0.07 pA/pF*ms。④V_(1/2)较对照组升高约5.6-5.9 mV,差异有显著性(P<0.05)。(6)不同粉尘之间比较①5μg/ml剂量组:焦炉逸散颗粒和城区大气颗粒I_(ca)、平均电流激活速度和失活速度显著大于东湖大气颗粒(P<0.05);石英和焦炉逸散颗粒电流最大上升斜率显著大于其它颗粒;城区大气颗粒所致的膜电导升高显著大于石英和东湖大气颗粒(P<0.05)。②15μg/ml剂量组:不同颗粒所致生物学作用的各项指标基本接近。③45μg/ml剂量组:东湖大气颗粒I_(ca)达峰时间长于其它各尘(P<0.05),I_(ca)衰减率小于焦化厂尘和城区尘(P<0.05)。④135μg/ml剂量组:石英组I_(ca)、平均激活、衰减速度、最大衰减斜率、膜电导均大于钢铁厂、东湖和城区大气颗粒(P<0.05或0.01)。石英和钢铁厂尘I_(ca)最大上升斜率显著大于东湖大气颗粒(P<0.05)。⑤不同粉尘可引起V_(1/2)显著增大(P<0.05),向正值方向移动4.1-6.5 mV,移动的幅度与粉尘种类和染尘剂量关系不明显,(P>0.05)。粉尘颗粒成分测定1.焦炉散逸散物中主要含有萘、菲、苊烯、苯并a芘等多环芳烃类化合物,焦炉炉顶处最高,含量分别为70.0、5.9、5.2、1.3μg/m~3。2.煤尘中铅、锰、镍、镉等重金属含量分别为30.52±15.32、81.32±63.73、13.76±7.50、0.023±0.021μg/g。 结论不同粉尘所致钙通道的变化特点不一样:一定浓度的石英可使DRG HVA钙通道容易激活,正常测试电压下钙通道激活快,钙内向电流显著增大,钙电流持续部分衰减快,表现为钙电流幅度增大,激活快、失活亦快的特点,而且石英对钙通道作用的剂量范围与其他粉尘颗粒比较,明显要宽。低浓度焦炉逸散颗粒可使DRG HVA钙电流激活速率加快,最大上升斜率增大,达峰时间缩短,显示对钙通道激活过程有影响。高浓度炼钢厂粉尘颗粒可使DRG HVA钙电流最大上升斜率明显增大,影响钙通道的激活过程。低浓度城区大气颗粒可使钙电流平均衰减速率和最大衰减斜率显著增大,表现为对钙通道失活过程的影响。而东湖大气颗粒可使DRG HVA钙电流达峰时间显著延长,钙电流平均激活速率、最大上升斜率有所降低,对钙通道表现为一定的抑制效应。通过研究不同粉尘所致钙通道的影响,为进一步探讨不同粉尘的损伤(如炎症、肺纤维化甚至肿瘤等)机制提供了新的途径。石英对肺泡巨噬细胞HVA钙通道的作用不明显。


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