Сокращения:
ЖЕЛ — жизненная емкость легких
МОС — максимальная объемная скорость
ОФВ1 — объем форсированного выдоха за 1-ю секунду
ПОС — пиковая объемная скорость
ФЖЕЛ — форсированная жизненная емкость легких
A — альвеолярный кислород
A-aDO2 — альвеолярно-артериальный кислородный градиент
Be-b — избыток оснований
CBS — стандартная концентрация бикарбонатов
HCO3 — бикарбонат
pCO2 — парциальное давление углекислого газа в крови
pCO2 — парциальное давление кислорода в крови
SO2% — сатурация кислорода в крови
Введение
Ранняя диагностика профессиональных заболеваний, профилактика их развития и замедление прогрессирования на протяжении многих лет являются основными задачами профпатологической службы. Своевременное прохождение работниками лечебно-профилактических курсов позволяет поддерживать их трудоспособность, а работодателю дает возможность сохранить квалифицированные кадры, избежать выплат и компенсаций в связи со стойкой утратой трудоспособности рабочих [1—3].
В России в структуре профессиональной патологии заболевания, ассоциированные с воздействием промышленных аэрозолей, стабильно составляют около 17%. При этом около 97% из них приходится на хроническую патологию, ведущую к ограничению профессиональной пригодности и трудоспособности [4, 5]. Воздействие профессиональных факторов даже при непродолжительной экспозиции приводит к формированию разнообразных отклонений в деятельности функциональных систем организма, являющихся переходными состояниями между приспособительными реакциями и патологическими процессами [6—8].
Слизистую оболочку верхних дыхательных путей покрывает эпителий, который, подвергаясь воздействию экзогенных веществ, создает восприимчивый (чувствительный) барьер, морфофизиологически давая возможность изучения функциональных аспектов воспалительных процессов слизистой оболочки всего респираторного тракта [9—16].
Обмен веществ и энергии в тканях нуждается в непрерывном поступлении кислорода и выведении углекислоты, образующейся в результате метаболических превращений веществ. Количественный анализ газов в крови применяется для оценки кислотно-основных патологических состояний, а исследование насыщения крови кислородом (сатурация) — для оценки оксигенации гемоглобина и уровня тканевой оксигенации в процессе дыхания [17, 18].
В связи с вышесказанным, актуальным является определение взаимосвязи изменений морфофункциональных и клинико-лабораторных показателей при формировании патологии респираторного тракта у работников, контактирующих с промышленными аэрозолями, с целью своевременного назначения комплексных профилактических мероприятий.
Цель исследования — обоснование методических подходов к ранней диагностике патологии респираторного тракта для работников горнодобывающих предприятий.
Материал и методы
Проведено изучение состояния органов дыхания 309 рабочих горнодобывающих предприятий Крайнего Севера (горнорабочие и подземные электросварщики) и средней полосы РФ и 205 шахтеров угледобывающих предприятий юга России.
Возраст обследованных колебался от 21 до 70 лет, составляя в среднем у горнорабочих северного региона 49,7 года, у электросварщиков — 49,3 года, у рабочих средней полосы — 38,8 года, у шахтеров-угольщиков — 53,1 года. Стаж работы в подземных условиях варьировал от 1 до 42 лет и составлял соответственно: 21,5; 20,6; 11,8; 24,5 года.
Условия труда анализировали в соответствии с данными карт аттестации рабочих мест, карт специальной оценки условий труда, подготовленными отделами охраны труда предприятий и аккредитованными лабораториями, а также санитарно-гигиеническими характеристиками, составленными территориальными управлениями Роспотребнадзора.
Клинико-функциональные, инструментальные, лабораторные исследования осуществляли в ходе проведения периодических медицинских осмотров лиц, работающих в контакте с промышленными аэрозолями, в соответствии с требованиями действовавшего на тот период Приказа Минздравсоцразвития РФ от 12.04.11 №302н (в редакции Приказа Минздрава России от 15.05.13 №296н), а также в условиях стационарного обследования на базе медико-санитарных частей предприятий [19, 20].
Для оценки функционального состояния организма рабочих был проведен широкий спектр исследований, включающий: клинико-функциональное обследование с применением общего оториноларингологического осмотра с акцентом на состояние верхних дыхательных путей; исследование состояния мукоцилиарного клиренса — транспортной функции мерцательного эпителия — путем нанесения мелкодисперсного порошка древесного угля на переднебоковую поверхность нижней носовой раковины с последующим контролем появления пыли в носоглотке на уровне основания uvula; морфологическое (риноцитологическое) исследование слизистой оболочки полости носа методом мазков-отпечатков с последующим окрашиванием гематоксилином и эозином и расчетом эпителиальных клеток, форменных элементов крови на 100 клеток; исследование функции внешнего дыхания на компьютерном спирометре «Спиро-Спектр» (Япония, 2004) с определением объемных показателей (форсированная жизненная емкость легких (ФЖЕЛ), объем форсированного выдоха за 1-ю секунду (ОФВ1), проба Тиффно (ОФВ1/ФЖЕЛ)) и скоростных показателей (пиковая объемная скорость (ПОС), максимальные объемные скорости в момент выдоха 25—75% ФЖЕЛ (МОС25—75)); исследование газов крови на автоматическом анализаторе Start Profile pHOx (Nova biomedical, США) с вычислением по непосредственно измеренным параметрам (pH, парциальное давление углекислого газа (pCO2), сатурация (SO2%)) следующих показателей: избыток оснований (BE-b), бикарбонат (HCO3), стандартная концентрация бикарбонатов (CBS), общий CO2, содержание кислорода (O2Ct), альвеолярный кислород (A), альвеолярно-артериальный кислородный градиент (A-aDO2) [5, 13, 21].
Результаты
Большинство технологических процессов на горнодобывающих предприятиях сопровождается выделением пыли с разным химическим составом и физическими свойствами.
При влажном пылеподавлении при процессах бурения и проходческих работах на предприятии северного региона по добыче полиметаллических руд концентрации пыли достигали 4,3 мг/м3, при отгрузке горной массы — 6,75 мг/м3 (предельно допустимая концентрация (ПДК) — 4,0 мг/м3). Класс условий труда — 3.1.
На рабочих местах подземных электросварщиков концентрации пыли достигали 7,2 мг/м3, сварочного аэрозоля (твердой и газовой составляющей) — 6,5 мг/м3 (ПДК — 1,0 мг/м3), окислов марганца — до 0,5 мг/м3 (ПДК при содержании в составе сварочного аэрозоля до 20% — 0,2 мг/м3). При всех видах работ содержание свободного SiO2 в составе витающей пыли не превышало 1%. Класс условий труда — 3.3 [13].
При добыче железистых кварцитов на горнодобывающем предприятии средней полосы РФ рабочие подвергались воздействию высокофиброгенной пыли с содержанием свободного SiO2 >10%. Среднесменная концентрация пыли на рабочих местах проходчиков составляла 1,48 мг/м3, бурильщиков — 1,56 мг/м3 (ПДКс.с. — 2,0 мг/м3). Класс условий труда — 2, допустимый [22].
На угольных шахтах содержание свободного SiO2 в составе угольной и угольно-породной пыли не превышало 10%. На рабочих местах горнорабочих очистного забоя концентрации угольной (антрацитовой) пыли достигали 54,6 мг/м3 (ПДК — 6 мг/м3). Класс условий труда — 3.3. На рабочих местах проходчиков концентрации угольной и угольно-породной пыли составляли 49,3 мг/м3 (ПДК — 4 мг/м3). Класс условий труда — 3.4 [13].
У рабочих со стажем до 15 лет включительно преобладали катаральные изменения слизистой оболочки верхнего отдела респираторного тракта: у 36,4% горнорабочих и 43,5% электросварщиков горнодобывающего предприятия северного региона; у 18,7% горнорабочих предприятия средней полосы и 45,2% шахтеров-угольщиков. С увеличением стажа работы в условиях пылевого воздействия частота этих изменений достоверно (p<0,05) снижалась, при этом достоверно (p<0,05) увеличивалась частота выявления субатрофических изменений, достигающих при стаже более 15 лет в группе горнорабочих 50,7%, электросварщиков северного региона — 64,2%; горнорабочих средней полосы — 32,1% и шахтеров-угольщиков — 53,7%.
Таким образом, отмечено прогрессирование воспалительно-дистрофических изменений слизистой оболочки верхнего отдела дыхательного тракта с увеличением стажа работы, а преобладание субатрофических процессов иллюстрирует глубину и тяжесть патологического процесса. Замедление скорости транспорта носовой слизи, отражающее функциональное состояние слизистой оболочки верхних дыхательных путей, прогрессирующее с увеличением стажа работы, отмечалось до появления визуальных изменений у 88,2% шахтеров-угольщиков, у 81,7% электросварщиков, у 73,4% горнорабочих Заполярья и у 59,8% горнорабочих средней полосы, обосновывая необходимость проведения настоящего исследования с целью выявления ранних отклонений со стороны слизистой оболочки верхних дыхательных путей.
Для углубленной оценки функционального состояния барьера верхних дыхательных путей были проведены риноцитологические исследования. У малостажированных рабочих северного региона преобладали процессы десквамации эпителия, преимущественно плоского (22,4—28,3%), тогда как у шахтеров-угольщиков — процессы миграции нейтрофилов (21,8%), интенсивнее и раньше реагировавших на действие факторов рабочей среды, что связано с первичной реакцией раздражения слизистой оболочки на действие пыли, при которой в достаточной степени активны процессы фагоцитоза. С увеличением стажа работы было зарегистрировано статистически достоверное (p<0,01) увеличение числа клеток поврежденного мерцательного эпителия во всех группах обследованных, наиболее выраженное у рабочих угольных шахт (43,6%).
Отмечено достоверно (p<0,05) большее число клеток с признаками повреждения как многослойного плоского, так и мерцательного эпителия у высокостажированных рабочих. Клетки мерцательного эпителия с признаками повреждения достоверно чаще (p<0,001) обнаруживались у шахтеров-угольщиков и электросварщиков Заполярья как при небольшом стаже (32,1 на 100 клеток и 26,0 на 100 клеток соответственно), так и у высокостажированных (44,0 на 100 клеток и 36,3 на 100 клеток соответственно).
Индексы альтерации (отношение числа поврежденных к числу неповрежденных эпителиальных клеток) плоского и мерцательного эпителия были достоверно выше (p<0,05) у шахтеров-угольщиков (2,1 и 3,8 соответственно) и электросварщиков (1,82 и 2,6 соответственно) со стажем более 15 лет по сравнению с малостажированными рабочими.
Анализ стажевых зависимостей объемных и скоростных показателей ФВД показал, что с увеличением стажа работы у горнорабочих северного региона нарастала частота выявления сниженных объемных показателей (жизненная емкость легких (ЖЕЛ), ФЖЕЛ и ОФВ1). При этом уменьшение значений скоростных показателей, свидетельствующих о наличии обструктивных изменений в легких, наблюдалось в большей степени. Снижение МОС75 (менее 60%), свидетельствующее об обструкции мелких бронхов и проявляющееся на ранних стадиях патологического процесса, было зарегистрировано при стаже до 15 лет у 39,4% горнорабочих, а при стаже более 15 лет — у 61,8%. Признаки обструктивных изменений на уровне крупных и средних бронхов (МОС25 и МОС50) начинали формироваться при стаже до 15 лет (выявлены у 23,6% горнорабочих), а с увеличением стажа выявлялись у 45,5%.
У электросварщиков изменения указанных показателей по мере увеличения стажа работы были более существенными. Так, при стаже работы до 15 лет включительно снижение ЖЕЛ и ФЖЕЛ до 60% и менее было зарегистрировано у 40,0 и 30,4% обследованных соответственно, при стаже более 15 лет — у 46,7 и 38,0%. Снижение ОФВ1 выявлено у 20,7% электросварщиков со стажем до 15 лет, в старшей стажевой группе — более чем у 1/2 (51,6%).
Показатель МОС75 (менее 60%), свидетельствующий о функциональных нарушениях на уровне мелких бронхов, снижался уже при стаже 15 лет и менее у 55,6% обследованных, а при стаже свыше 15 лет — у 70,0%. Сниженные показатели МОС25 и МОС50 при стаже 15 лет и менее выявлялись у 22,2 и 44,4% электросварщиков, с увеличением стажа — у 45,0 и 61,7% соответственно.
У горнорабочих средней полосы также прослеживались изменения показателей ФВД в зависимости от стажа работы. При этом снижение объемных показателей было несколько меньшим, чем у электросварщиков, и сопоставимо с результатами, полученными при обследовании горнорабочих северного региона. Так, снижение ЖЕЛ, ФЖЕЛ и ОФВ1 менее 60% при максимальном стаже работы отмечалось у 22,0—28,2% обследованных. Снижение скоростных показателей в этой группе рабочих было менее выраженным, чем у рабочих северного региона.
Снижение объемных показателей (ЖЕЛ, ФЖЕЛ и ОФВ1) было отмечено более чем у 1/3 малостажированных шахтеров-угольщиков, достигая 60% при стаже свыше 15 лет. Снижение скоростных показателей (МОС25 и МОС50) было зарегистрировано у 45,2—62,0% рабочих уже при стаже до 15 лет, при более длительном стаже частота этих изменений достигала 60,0—76,7%. Снижение МОС75 менее 60% наблюдалось у 71,4% малостажированных рабочих, а при стаже свыше 15 лет — у 70,0% рабочих, что существенно превышало результаты, полученные при обследовании других профессиональных групп и свидетельствовало о нарушении вентиляционной функции у шахтеров, подвергающихся воздействию агрессивной угольной и угольно-породной пыли.
Для оценки взаимосвязи показателей повреждения эпителиальных клеток слизистой оболочки носовой полости с показателями ФВД оценивали дыхательные объемы и скоростные показатели в зависимости от повреждения эпителия (мерцательного или многослойного плоского и сочетанного повреждения обоих видов эпителия) (табл. 1).
Таблица 1. Взаимосвязь показателей повреждения эпителия носовой полости (индекс альтерации) и ФВД (% от должных значений), r
| Степень повреждения эпителия слизистой оболочки полости носа | Показатель ФВД | ||
| ЖЕЛ | ОФВ1 | МОС25—75 | |
| Повреждение мерцательного эпителия | –0,2 | –0,31 | –0,47 |
| Повреждение многослойного плоского эпителия | –0,18 | –0,25 | –0,3 |
| Сочетанное повреждение мерцательного и плоского эпителия | –0,29 | –0,42 | –0,53 |
Установлено достоверно более выраженное снижение ОФВ1, а также скоростных показателей при повреждении как мерцательного, так и многослойного плоского эпителия (r от –0,42 до –0,53) по сравнению с повреждением лишь одного вида эпителия слизистой оболочки носовой полости (r от –0,25 до –0,47).
Исследования капиллярной крови 56 работников горнодобывающих предприятий с признаками патологии органов дыхания показали, что наиболее строго из всех изученных физико-химических параметров поддерживал уровень и имел наименьший коэффициент вариаций показатель pH.
В группах горнорабочих горнодобывающих предприятий Крайнего Севера и средней полосы РФ значение pH находилось в пределах нормы, хотя и достигало ее верхней границы (7,45 и 7,44 соответственно). У электросварщиков и шахтеров-угольщиков концентрация ионов водорода была одинаковой и достигала 7,47, т.е. имелась склонность к алкалозу. Показатель рСО2 у рабочих всех групп находился в пределах нормативных значений, тогда как парциальное давление кислорода (pO2) было ниже нормы у всех обследованных рабочих, причем в группе шахтеров-угольщиков это снижение было максимальным и достигало 65,1 мм рт.ст. Показатель Be-b превышал нормативные значения и достигал 4,3 ммоль/л у горнорабочих северного региона, что было несколько выше (различия недостоверны), чем в группе рабочих средней полосы. Аналогичную направленность имела и SBC (от 27,3 ммоль/л — у шахтеров-угольщиков до 28,2 ммоль/л — у горнорабочих северного региона). При этом содержание HCO3– не превышало допустимых границ во всех обследованных группах (от 26,3 ммоль/л у шахтеров-угольщиков до 27,1 ммоль/л у электросварщиков).
При рассмотрении стажевых зависимостей показателей кислотно-основного равновесия (КОР) установлено, что у электросварщиков выявлено наличие умеренной отрицательной корреляционной связи pO2 (r= –0,39) и SO2% (r= –0,51), а также прямая умеренная корреляция pCO2 (r=0,51) со стажем работы (табл. 2).
Таблица 2. Стажевая зависимость показателей кислотно-основного равновесия обследованных рабочих, r
| Показатель КОР | Горнодобывающее предприятие Крайнего Севера | Рабочие горнодобывающего предприятия средней полосы РФ | Рабочие угольных шахт юга России | |
| Группа горнорабочих | Группа электросварщиков | |||
| pH | ‒0,07 | ‒0,60 | ‒0,27 | ‒0,30 |
| pCO2 | ‒0,10 | 0,51 | 0,01 | 0,58 |
| pO2 | 0,09 | ‒0,39 | ‒0,05 | ‒0,45 |
| Be-b | ‒0,17 | 0,03 | ‒0,25 | 0,62 |
| SBC | ‒0,17 | 0,03 | 0,26 | 0,61 |
| HCO3– | ‒0,18 | 0,19 | ‒0,28 | 0,63 |
| Общий CO2 | ‒0,17 | 0,27 | ‒0,22 | 0,63 |
| SO2% | 0,10 | ‒0,51 | ‒0,21 | ‒0,53 |
| A | 0,09 | ‒0,04 | 0,02 | ‒0,57 |
| A-aDO2 | ‒0,07 | 0,03 | 0,23 | ‒0,50 |
Наиболее значимые взаимосвязи отмечены в группе шахтеров-угольщиков, где выявлена прямая умеренная связь стажевых показателей с pCO2 (r=0,58), Be-b (r=0,62), SBC (r=0,61), HCO3 и общим CO2 (r=0,63). Давление A и A-aDO2 имело обратную умеренную связь со стажем (r= ‒0,57 и r= ‒0,50 соответственно).
Выявлена сильная положительная взаимосвязь скоростных показателей на уровне крупных (МОС25) и средних бронхов (МОС50) с pO2 (r=0,78 и r=0,73) и SO2% (r=0,7 и r=0,6). Сатурация кислорода зависела от ЖЕЛ (r=0,46) и ОФВ1 (r=0,51) (табл. 3).
Таблица 3. Взаимосвязь показателей кислотно-основного равновесия и функции внешнего дыхания обследованных рабочих, r
| Показатель КОР | Показатель ФВД | ||||||
| ЖЕЛ | ФЖЕЛ | ОФВ1 | ПОС | МОС25 | МОС50 | МОС75 | |
| pH | –0,47 | –0,48 | –0,35 | 0,01 | –0,15 | –0,31 | –0,34 |
| pCO2 | –0,02 | –0,04 | –0,07 | 0,2 | 0 | –0,13 | –0,15 |
| pO2 | 0,62 | 0,32 | 0,65 | 0,58 | 0,66 | 0,78 | 0,73 |
| Be-b | –0,42 | –0,45 | –0,35 | 0,13 | –0,13 | –0,34 | –0,39 |
| SBC | –0,41 | –0,44 | –0,33 | 0,15 | –0,11 | –0,32 | –0,37 |
| HCO3– | –0,38 | –0,4 | –0,32 | 0,16 | –0,11 | –0,32 | –0,36 |
| общий CO2 | –0,37 | –0,39 | –0,31 | 0,17 | –0,1 | –0,32 | –0,36 |
| SO2% | 0,46 | 0,16 | 0,51 | 0,57 | 0,51 | 0,6 | 0,7 |
| A | –0,12 | –0,03 | –0,15 | –0,57 | –0,3 | –0,08 | –0,02 |
| A-aDO2 | –0,23 | 0,1 | –0,09 | 0,01 | –0,18 | –0,28 | –0,3 |
Объемные (ЖЕЛ, ФЖЕЛ, ОФВ1) и скоростные (МОС25 и МОС50) показатели с умеренной силой (r от –0,45 до –0,31) в обратной зависимости коррелировали с показателями Be-b, SBC, HCO3 и общим CO2. Давление альвеолярного кислорода находилось в обратной умеренной зависимости (r= –0,57 и r= –0,3) от ПОС и МОС на уровне крупных бронхов. A-aDO2 находился в обратной зависимости умеренной силы (r= –0,3) от МОС75 (на уровне бронхов мелкого калибра).
Установлено, что pO2 у рабочих всех групп было ниже нормы, причем в группе шахтеров угольных шахт оно было максимальным, а Be-b, CBS были выше у горнорабочих северного региона по сравнению с группой рабочих средней полосы.
В группе электросварщиков выявлена умеренная отрицательная корреляция pO2 и SO2%, а также прямая умеренная корреляция pCO2 со стажем работы. Наиболее значимые взаимосвязи отмечены в группе шахтеров-угольщиков, в которой выявлена прямая умеренная связь стажевых показателей с pCO2, Be-b, CBS, HCO3 и общим CO2.
Таким образом, в процессе контакта работников с промышленными аэрозолями формируются изменения слизистой оболочки носа и глотки воспалительно-дистрофического характера, опережающие клинические проявления патологии бронхолегочной системы. Интенсивность и характер этих изменений зависят от состава промышленного аэрозоля, уровня пылевого воздействия и стажевых характеристик.
Исследования неспецифической резистентности, морфофункциональных показателей, КОР дают возможность ранней диагностики и прогнозирования развития патологии дыхательных путей при профессиональном контакте с промышленными аэрозолями, а также более раннее использование лечебно-профилактических мероприятий в системе управления профессиональным риском.
Выводы
Характерным ранним признаком воздействия пылевого фактора на состояние верхних дыхательных путей рабочих горнодобывающих предприятий является нарушение мукоцилиарного клиренса с угнетением транспортной функции мерцательного эпителия, морфофункциональными сдвигами и развитием воспалительно-дистрофических изменений слизистой оболочки верхних дыхательных путей, предшествующее функциональным изменениям бронхолегочной системы. Стажевыми группами риска развития патологии верхних дыхательных путей у лиц, работающих в условиях воздействия высоких концентраций сварочного аэрозоля и угольной (угольно-породной) пыли, являются группы со стажем работы до 15 лет.
Участие авторов:
Концепция и дизайн исследования — Н.А. Дайхес
Обзор и обработка материала — И.Н. Федина, А.Г. Учуров, Н.Г. Бомштейн, В.Б. Панкова
Написание текста — И.Н. Федина
Редактирование — Н.А. Дайхес, В.Б. Панкова
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.