EVALUATION OF EXPOSURE TO AEROSOLS ON DIFFERENT TYPES OF WORKPLACES

Transkript

1 EVALUATION OF EXPOSURE TO AEROSOLS ON DIFFERENT TYPES OF WORKPLACES Abstrakt Petr Skřehot, Marcela Rupová Výzkumný ústav bezpečnosti práce, v.v.i., Jeruzalémská 9, Praha 1, Česká republika, Již delší dobu je v nejrůznějších rovinách pohledu diskutován vliv aerosolů na lidské zdraví. Nejnověji se pak tento fenomén rozrostl také o úvahy o možném negativním vlivu ultrajemných částic a nanočástic. Jsou však uváděné obavy důvodné? Nejsou uvažovaná rizika poněkud přeceňována? Na tyto otázky není možné v dnešní době zcela jasně odpovědět. Stále totiž chybí znalosti o toxických vlastnostech nanočástic tvořených nejrůznějšími materiály a nejsou k dispozici důkladné epidemiologické studie jejich vlivu na exponovanou populaci. Provádět posouzení zdravotních rizik v souvislosti s expozicí uvedeným materiálům například na pracovištích je tak stále hudbou budoucnosti. Zkušenosti z minulosti nás však na mnoha případech poučily, že existují-li pochybnosti, není radno možnou hrozbu podceňovat. Dvojnásob to platí u profesionální expozice na pracovištích, kde jsou lidé vystavováni zvýšeným koncentracím nejrůznějších polutantů a jejich směsí, aniž by si to často uvědomovali. Jelikož se toto téma stalo jistým fenoménem doby, rozhodl se Výzkumný ústav bezpečnosti práce, v.v.i. provést screeningové měření kontaminace ovzduší částicemi aerosolů na několika vybraných pracovištích. Smyslem této práce bylo nejen získat dílčí údaje o znečištění pracovního ovzduší ve vybraných průmyslových provozech, ale především provést analýzu současného přístupu v aplikaci preventivních opatřeních, která se mnohdy míjejí účinkům. Klíčová slova: pracovní ovzduší, prevence rizik, aerosol, nanočástice, terénní měření. Reference: Tento článek prezentuje výsledky projektu Pracovní pohoda a spolehlivost člověka v pracovním systému řešeného v rámci Výzkumného záměru VÚBP, v.v.i. č. MPS ÚVOD V posledních letech je v nejrůznějších rovinách pohledu stále častěji diskutován vliv aerosolů na lidské zdraví. Dodnes však není známa celá řada informací důležitých pro fundované posouzení zdravotních rizik, které by expozice těmto částicím mohla vyvolávat. I přes značné pokroky v oblasti výzkumu z minulých let je tato problematika obestřena ještě mnoha otazníky, jež souvisejí s toxickým působením velmi malých částic a způsobu jejich vstupu do organismu. V souvislosti s těmito otázkami definovala v roce 2009 evropská vědecká platforma NEW OSH ERA dvě základní priority dalšího výzkumu v oblasti nanobezpečnosti : (1) vývoj metod pro odhad expozice aerosolům a nanočásticím na pracovištích a (2) výzkum potencionálních nebezpečí, které aerosoly a nanočástice pro exponované jedince skýtají. Mezi další významné cíle preferovaného výzkumu patří i vývoj postupů pro jejich detekci a monitorování v pracovním ovzduší a zaznamenávání změn zdravotního stavu exponovaných jedinců [6]. EXPOZICE AEROSOLŮM A ZPŮSOB JEJÍHO HODNOCENÍ S aerosoly (tj. soustavou tvořenou částicemi o velikostí shluků molekul až po částice velké 100 mikrometrů, jež jsou rozptýleny v ovzduší) se setkáváme v každém prostředí a to po 24 hodin denně, 365 dní v roce zkrátka po celý svůj život. Každý živý tvor si vlivem evoluce na přítomnost aerosolů do jisté míry zvykl. Částice tvořící atmosférický aerosol jsou součástí našeho životního prostředí a interagují se svým okolím, včetně člověka samého. Kromě běžného prostředí jsou ale lidé aerosolům exponováni také na svých pracovištích. V pracovním prostředí se však, na rozdíl od přírodního prostředí, můžeme setkávat s naprosto ojedinělými polutanty, se kterými jinde nepřijdeme do styku. Do lidského těla pronikají většinou respirační cestou, v menší míře kůží a výjimečně spolu s potravou do trávícího traktu [4]. V těle člověka se pak účastní celé řady pozitivních i negativních životních procesů. Jejich charakteristiky, jako např. velikosti přítomných částic, jejich množství (hmotnostní koncentrace), zastoupení jednotlivých velikostních frakcí a jejich chemické složení (či složení látek zachycených na jejich površích), mohou vykazovat variabilitu v čase (např. v závislosti na pracovním procesu), což značně ztěžuje odhad zdravotních rizik. Díky takto velkému počtu proměnných a neznalosti toxikologických vlastností malých částic (vč. nanočástic) pak vzniká komplexní a takřka neřešitelný problém, zvláště pak, stojíme-li před úkolem vyhodnotit na daném pracovišti expozici a navrhnout účinná opatření pro její snížení [8]. 1

2 S ohledem na složitost procesů, kterých se velmi malé částice účastní, a to jak v ovzduší tak i v lidském těle, nebude ještě velmi dlouho možné tento problém komplexně fundovaně řešit. Jisté však je, že podle dosavadních zkušeností a znalostí víme, že aerosoly a nanočástice mohou lidské zdraví ovlivňovat poměrně výrazně (především negativně). Tuto skutečnost potvrzují například nejrůznější studie vlivu cigaretového kouře na lidské zdraví (tj. směsi tvořené organickými plyny a částicemi o velikosti přibližně 100 nanometrů). V průběhu 20. let minulého století mnoho lidí začalo kouřit cigarety. O dvacet let později začala stoupat frekvence výskytu rakoviny plic. Ve 40. letech 20. stol. začaly kouřit více i ženy a dvacet let poté vzrostl výskyt rakoviny plic i u žen. Nádory plic většinou začínají ve stěně průdušek a bylo zjištěno, že kouření může vést až ke dvaceti typům maligních nádorů. Proto je s podivem, že boj proti kouření se výrazněji prosazuje až v posledních letech. Přitom už v roce 1956 měla britská vláda k dispozici fundované informace o vztahu mezi kouřením a rakovinou plic, ale z obav o ztrátu daňových příjmů je před veřejností tajila [2]. Samozřejmě ale i v případě kouření není zcela známo, jak výrazně k těmto následkům přispívají částice aerosolu obsažené v cigaretovém kouři, nicméně je nepochybné, že sehrávají významnou roli. Zůstaneme-li u vlivu částic na lidské zdraví a dosavadní zkušenosti, pak nelze nezmínit také azbest, který byl po dlouhou dobu oblíbeným a hojně používaným víceúčelovým materiálem. Když však byly v 90. letech 20. stol. jednoznačně prokázány karcinogenní účinky částic tvořené tímto materiálem, práce s ním byla zákonem zcela zakázána a jakékoli další manipulace s touto látkou (např. pro výzkumné účely nebo při likvidaci existujících výrobků a zásob) jsou velice přísně regulovány. Nejen tyto zkušenosti v nás mohou vyvolávat oprávněnou obavu z možných účinků velmi malých částic. Je však možné i při stávající úrovni poznání provádět hodnocení jejich expozice? Odpověď zní, ano. Ačkoli nemáme dostatek znalostí o toxických účincích velmi malých částic tvořených nejrůznějšími látkami, lze však pro odhad dávky obdržené inhalační cestou využívat některé z již existujících modelů. Jedním z nich je i model ICRP. Jedná se o model zavedený Mezinárodní komise pro radiační ochranu, který je všeobecně uznávaný. Tento model sestává z několika zjednodušených rovnic určených pro výpočet inhalovatelné frakce aerosolu, dále frakcí depozice pro jednotlivé konvence (alveolární, tracheobronchiální a vdechovatelné) a také celkovou depozici aerosolu v celém dýchacím ústrojí člověka. Model je validní pro monodisperzní kulové částice o velikostech od 0,001 do 100 µm standardní hustoty vyskytujících se v daném prostředí za standardních (laboratorních) podmínek [3]. Pakliže v pracovním prostředí nedochází k výraznějším změnám podmínek, je tento model pro toto prostředí dobře použitelný. Jeho velkou výhodou je, že pro hodnocení expozice a výpočet expoziční dávky není potřeba mít k dispozici velké množství dat, ale postačí de facto výsledky měření hmotnostních koncentrací co největšího spektra velikostních frakcí pro hodnocení depozice pro tracheobronchiální a alveolární konvenci postačí změřit zastoupení částic do velikosti cca 35 µm. Taková měření lze provádět například pomocí přístrojů Grimm 1.10X (X = modelová řada 6 až 9), které jsou i u nás poměrně rozšířené. Získáme-li tato potřebná data, můžeme při znalosti podmínek ovlivňujících celkovou expozici osob v daném pracovním prostředí (tj. doby expozice zaměstnanců během stanoveného časového úseku, fyzické náročnosti dané práce, charakteristiky používaných ochranných prostředků apod.), provést výpočet expoziční dávky pro konkrétní časový úsek (směna, rok apod.). Jelikož tento přístup neuvažuje vliv clearance a vylučování deponovaného materiálu z lidského těla ani chemickou interakci částic s organismem, je nutné na něj pohlížet pouze jako na model odhadní. I tak je ale možné získat zajímavé výsledky, které mohou výrazným způsobem napomoci k definování lepších preventivních opatření [7]. 2

3 , Olomouc, Czech Republic, EU METODIKA MĚŘENÍ AEROSOLŮ NA PRACOVIŠTÍCH Výzkumný ústav bezpečnosti práce, v.v.i. se v letošním roce v rámci výzkumného projektu Pracovní pohoda a spolehlivost člověka v pracovním systému řešeného v rámci Výzkumného záměru VÚBP, v.v.i. č. MPS zaměřil na screeningové měření kontaminace pracovního ovzduší na vybraných pracovištích s těmito základními cíli: prověření stávajícího stavu kontaminace pracovního ovzduší ve vybraných průmyslových provozech a zavedených opatření pro snížení pracovních rizik (zejména z pohledu dlouhodobého působení); navržení optimálního postupu pro získávání všech relevantních dat pro kvalitativní a kvantitativní hodnocení expozice aerosolům na pracovištích; prověření možnosti širší aplikace modelu ICRP v praxi. Měření na vybraném pracovišti bylo prováděno tak, aby bylo maximálně reprezentativní s ohledem na dispoziční charakteristiky pracoviště i s ohledem na dobu expozice zaměstnanců. Na pečlivě vybraném místě byly ve výšce dýchací zóny dospělého člověka (tj. cca 1,6 metru) umístěny měřící přístroje, které byly zapnuty po vybranou reprezentativní část pracovní směny. Pro měření byly využity celkem tři přístroje dva měřící přístroje DustTrak 8520 (výrobce TSI, USA) a jeden přístroj Grimm (výrobce Grimm Aerosol Technik, Německo) (viz obrázek 1). Měřeny byly tyto velikostní skupiny: přístroj DustTrak PM1 a PM10; přístroj Grimm PM1, PM4, PM10 a dále 32 jednotlivých velikostních frakcí o aerodynamickém průměru částic v rozmezí od 0,22 do 32 µm. Obr. 1. Provádění měření v hutním provoze. Fig. 1. Measurements in the metallurgical plant. Všechny použité měřící přístroje jsou laserovými fotometry (nefelometry). Vzduch je do nich nasáván konstantní rychlostí (nastavený průtok 1,7 l/min) pomocí pumpy a při jeho vstupu do měřící aparatury jsou v případě přístroje DustTrak na impaktoru odděleny částice aerosolu s aerodynamickým průměrem větším než sledovaná velikostní skupina (v našem případě do 1 µm a do 10 µm). Principem záchytu větších částic v impaktoru je jejich vyšší setrvačnost, tedy snížená schopnost sledování proudnic vzduchu. Menší částice se stihnou impakční destičce vyhnout a proudí dále do analytické části přístroje, ve které je optické čidlo 3

4 rozptylu laserového světla na částicích. Naměřené hodnoty rozptylu jsou následně převedeny na hmotnostní koncentraci částic v objemu vzduchu. Přístroj DustTrak je kalibrován dle normy ISO vůči standardu Arizona Dust třídy A1 (Ultrafine Test Dust) a s jeho pomocí je možno stanovovat částice aerosolu o aerodynamickém průměru 0,1 až 10 µm a koncentrace hmotnosti aerosolu od 0,001 do 100 mg/m 3. Přístroj Grimm je kalibrován vůči standardu PSL (Polystyrene Latex Spheres) prostřednictvím analyzátoru mobility částic DMA a kondenzačního čítače částic CPC. S pomocí přístroje Grimm je možno stanovovat částice aerosolu o aerodynamickém průměru 0,25 až 32 µm a koncentrace hmotnosti aerosolu od 0, 1 do µg/m 3. Jelikož přístroje DustTrak udávají hodnoty, které jsou pro velikostní skupinu PM1 zatížené určitou chybou stanovení (přeceňují příspěvek malých částic k celkové hmotnosti měřeného aerosolu), je pro jejich zpřesnění a získání relevantních hodnot hmotnostní koncentrace u konkrétních přístrojů nutné vypočítat příslušný kalibrační faktor. Použité přístroje tak byly srovnávány vůči Harvard impaktorům a ze získaných dat byly pro indoor prostředí vypočítány potřebné kalibrační faktory [1]. Upravené výsledky byly dále přepočítávány na hmotnostní koncentrace majoritní složky aerosolu přítomného na daném pracovišti. Integrační doba přístrojů byla nastavena na 1 minutu, výstupem jsou tedy jednominutové průměry hmotnostních koncentrací částic výše uvedených velikostních skupin, které přístroje vypočetly z hodnot zaznamenávaných každých 10 sekund. Velkou výhodou tohoto typu měření je možnost sledování časové závislosti, tedy i právě vykonávaných pracovních operací, na množství emitovaných částic. Tento výstup tedy umožňuje identifikovat prováděné činnosti, při kterých se emise částic aerosolu nejvýrazněji mění, což lze dobře využít při optimalizaci opatření pro snížení rizik. Pro doplnění diskuse k naměřeným výsledkům pak dále slouží výstupy z měření mikroklimatických parametrů pomocí systému Testo 445 (měření teploty, relativní vlhkosti vzduchu a rychlosti proudění vzduchu). VÝSTUPY MĚŘENÍ Z hlediska respirační depozice částic aerosolu je možné rozdělit dýchací systém na tři oblasti, kdy každá oblast pokrývá několik anatomických jednotek. Tyto oblasti se významně liší strukturou, způsobem proudění vzduchu, funkcí, dobou, po kterou v nich vzduch zůstává a citlivostí na usazené částice. První oblastí je oblast horních cest dýchacích, která zahrnuje nos, ústa, hltan a hrtan; druhá oblast je tracheobronchiální oblast (oblast průdušek a průdušinek); třetí je alveolární oblast, kde probíhá výměna plynů v plicních sklípcích, resp. alveolách. Pro orientační výpočet dávky, kterou obdrží exponovaný jedinec po stanovenou dobu, je nutné podle modelu ICRP nejprve vypočítat inhalovatelnou frakci a dále frakce depozice v jednotlivých uvedených oblastech dýchacího systému a pro jednotlivé velikostní skupiny částic. Pro výpočet dávky bylo nutné dále odhadnout dechové množství exponovaných pracovníků a to s ohledem na jejich fyzickou zátěž. Při znalosti hmotnostní koncentrace vybraných velikostních frakcí aerosolu, doby expozice pracovníků během pracovní směny, délky dovolené, průměrné doby odstávek zařízení a hustoty emitovaných částic pak bylo možné vypočítat denní a roční dávku, kterou na sledovaném pracovišti každý zaměstnanec (v případě, že by dýchal pouze nosem a nepoužíval vhodné prostředky na ochranu dýchadel) obdrží od jednotlivých měřených velikostních skupin částic. Pakliže jsou vypočtené hodnoty příspěvků expoziční dávky jednotlivých velikostních frakcí aerosolu vyneseny do grafu spolu s příslušnými hmotnostními koncentracemi pro tyto velikosti, je možné získat poměrně dobrou představu o závažnosti kontaminace pracovního ovzduší jednotlivými velikostními frakcemi aerosolu. Reálné hodnoty z jednoho měřeného pracovišti je uveden na obrázku 2. Z něj je patrné, že ačkoli největší příspěvky hmotnostní koncentrace odpovídaly těm nejmenším částicím, jejich příspěvek k celkové dávce i dávce alveolární byl však za daných podmínek poměrně malý. Naopak částice o velikosti od 2 do 7 µm, jejichž koncentrace byly relativně nízké, přispívaly k celkové dávce největší měrou. Z grafu lze tedy odvodit, které části velikostního spektra by měla být na daném pracovišti věnována z hlediska prevence největší pozornost. 4

5 Dávka celková roční (mg) Průměrná hm. koncentrace (ug/m3) Dávka alveolární roční (mg) ,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,7 0,8 1 1,2 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4, Aerodynamický průměr částice (um) Obr. 2. Vyjádření celkové dávky v dýchacím systému (červené sloupce) a dávky pro alveolární oblast (bílé sloupce), jež obdrží jedinec exponovaný jednotlivým frakcím aerosolu (0,2 až 32 µm) na daném pracovišti po dobu 1 roku (v mg). V grafu jsou vyneseny také hmotnostní koncentrace jednotlivých velikostních frakcí (modré sloupce) v měřeném aerosolu (v µg/m 3 ). Fig. 2. Expression of the total dose in the respiratory system (red columns) and dose for the alveolar zone (white columns) received by the individual exposed to each aerosol fractions (0.2 to 32 µm) at the workplace for 1 year (mg). The mass concentrations of individual size fractions (blue column) in the measured particulate aerosol (in µg/m 3 ) are plotted in the graph too. DISKUSE Prováděné šetření bylo prováděno formou screeningu na vybraných 20 pracovištích s cílem zjistit současný stav a to jak s ohledem na kontaminaci pracovního ovzduší aerosoly, tak i s ohledem na zavedená preventivní opatření. Komentář k množství a bližší charakteristice naměřených částic není předmětem tohoto článku, avšak je možné se vyjádřit ke stávajícímu stavu preventivních opatření. V rámci šetření bylo zjištěno, že pouze na některých navštívených provozech byla ochrana zaměstnanců na požadované úrovni. Tato skutečnost plyne z faktu, že zaměstnavatelé nemají bližší informace o charakteristice aerosolu na jejich pracovištích, což značně determinuje účinnost zavedených opatření. Příkladem může být situace, kdy zaměstnavatel má informaci o celkové hmotnostní koncentraci aerosolu v pracovním ovzduší, neboť je povinen tuto skutečnost průběžně sledovat a měřit (je-li pracoviště dle vyhlášky č. 432/2003 Sb. zařazeno v kategorii 2R a vyšší), avšak zcela postrádá informace o velikostní distribuci částic aerosolu (například jako v případě pracoviště viz obrázek 2). Jeho zaměstnanci používají standardní respirátory třídy FFP1, které mají více jak 95 % účinnost záchytu pro částice větší jak 1 µm [3,5], avšak podle výpočtů z naměřených dat se na celkové dávce u exponovaných jedinců na daném pracovišti nejvíce podílejí částice menší jak 0,3 µm, které však tento typ filtrů může zachytávat s účinností i pouhých 70 % (platí pro běžné dýchání, tj. rychlost proudění aerosolu přes filtrační materiál 10 cm/s) [3]. Uvedený příklad je nutno chápat pouze ilustrativně, protože vždy záleží na konkrétním použitém typu filtru, jeho materiálu, způsobu použití apod. Hlavním smyslem prováděného měření proto bylo upozornit na skutečnost, že aerosoly v pracovním ovzduší jsou dlouhodobě podceňovaným tématem. Přitom jejich vliv na lidské zdraví je značný, a proto je snižování expozice nutné věnovat patřičnou pozornost. 5

6 ZÁVĚR , Olomouc, Czech Republic, EU Prováděná měření umožnila navrhnout a ověřit postup, pomocí něhož by bylo možné efektivně provádět celosměnová měření expozice aerosolům a výsledky těchto měření vhodným způsobem kvalitativně a kvantitativně zpracovat a interpretovat. Současně se potvrdilo, že aplikace modelu ICPR pro účely hodnocení expozice z pracovního ovzduší je možná. Složitosti se vyskytují pouze při zpracovávání velkého objemu naměřených dat a jejich import z měřícího přístroje do vhodného vyhodnocovacího programu. Pro usnadnění této práce by bylo možné vyvinout vhodný software, který by umožnil zrychlení vyhodnocování, popř. umožnil i zpracovávat finální podobu zprávy o provedeném měření. LITERATURA [1] BRANIŠ M., HOVORKA J. Performance of a photometer DustTrak in various indoor and outdoor environments. Abstracts of the EAC 2005, Ghent , p. 535 [online] [cit ]. Dostupné na WWW: < >. [2] Britská vláda v 50. letech tajila informace o nebezpečí kouření. In Novinky.cz [online], [cit ]. Dostupné na WWW: < [3] HINDS, W.C Aerosol technology : Properties, Behavoir and Measurement of Airbone Particles. 2nd. ed. New York : John Wiley and Sons, Inc. ISBN [4] MRÁZ, J Nanomateriály z pohledu ochrany zdraví při práci [online]. In Konzultační den Aktuální otázky hygieny ovzduší, Praha : SZÚ, 2008 [cit ]. Dostupné na WWW: < _08.pdf>. [5] PATA, J. Umíte se účinně chránit? In Časopis TEST [online], [cit ]. Dostupné na WWW: < [6] RUPOVÁ, M; SKŘEHOT, P. Aktuální otázky bezpečnosti práce s nanomateriály. In. Sborník 1. ročník konference s mezinárodní účastí NANOCON Rožnov pod Radhoštěm : Tanger, 2009, 6 s. ISBN Dostupný z WWW: < [7] SKŘEHOT, P [et al.] Prevence nehod a havárií; 1. díl: Nebezpečné látky a materiály. Praha: Výzkumný ústav bezpečnosti práce a T-SOFT, 2009, 341 s., ISBN [8] SKŘEHOT, P; RUPOVÁ, M. Nepodceňujme kvalitu pracovního ovzduší. Bezpečnost a hygiena práce. 2009, č. 10, s ISSN