Chronic obstructive pulmonary disease among workers exposed to in-dustrial aerosols: literature review

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The article presents a literature review regarding the formation of chronic obstructive pulmonary disease in conditions of the exposure of industrial aerosols. It shows a high frequency of occupational respiratory hazards, characterizes the diseases caused by air pollution with industrial and indoor pollutants, allergens and toxins in different occupational groups as well as basic conditions for development of dust pathology of the lungs.

Full Text

Хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) выявляется у 6,0 % взрослого населения Земли [1, 2]. Ежегодно от этого заболевания умирает около 2,8 млн человек, составляя 4,8 % всех причин летальных исходов [3]. Предикторами плохой выживаемости пациентов являются степень выраженности бронхообструктивного синдрома, системное воспаление, нарушение пищевого статуса, снижение толерантности к физической нагрузке по результатам теста 6-минут ной ходьбы, частота и тяжесть обострений, легочная гипертензия [4].

В течение последних лет в Российской Федерации удельный вес лиц, занятых на работах с вредными и (или) опасными условиями труда, составляет 45,0–49,2 % [5]. По данным мониторинга условий и охраны труда в России [6] под воздействием нагревающего и охлаждающего микроклимата, а также промышленных аэрозолей (ПА) трудятся 5,3 и 4,6 % рабочих соответственно.

Заболевания респираторной системы, вызванные загрязнением воздушной среды производственными и бытовыми поллютантами, аллергенами и токсическими веществами, диагностируются в 17–63 % случаев. Доказанным фактом считается связь между длительной экспозицией промышленными аэрозолями (ПА), независимо от фактора курения, и развитием бронхиальной обструкции [7–10]. Основными причинами, вызывающими профессиональные заболевания респираторной системы, являются неудовлетворительные условия труда. Так, при добыче каменного и бурого угля, торфа они выявлены в 79,7 % случаев; в металлургическом производстве – в 71,0 %; при добыче металлических руд – в 69,9 %.

По данным Н.Н. Мазитовой [11], частота ХОБЛ среди 1397 рабочих промышленных предприятий составляет 7,5 %, хронического бронхита (ХБ) – 12,1 %. Обнаружена зависимость «доза – эффект» между уровнями воздействия ПА и формированием ХОБЛ. Степень влияния курения на развитие заболевания в когорте рабочих варьируется от 5 до 40 %. При этом вклад концентрации ПА в вероятность развития ХОБЛ статистически значимо нарастает с увеличением класса условий труда. Так, при контакте с низкими концентрациями ПА (классы условий труда 2 и 3.1) вероятность развития профессиональных заболеваний легких практически не меняется, при классе условий труда 3.2 возрастает на 30 %, при классах 3.3 – 3.4 – на 44 %.

Развитию заболеваний дыхательной системы у работников предприятий черной и цветной металлургии способствуют вредные производственные факторы – повышенная интенсивность теплового облучения работающих от нагретых поверхностей технологического оборудования и открытых источников, повышенный уровень шума, высокая запыленность и загазованность, аллергены, раздражающие и токсический вещества. Доля рабочих мест, находящихся в условиях воздействия вредных и опасных факторов, превышающих гигиенические нормативы, составляет в среднем 70–80 % [12]. Среди работающих в металлургическом производстве при воздействии пыли ванадийсодержащих шлаков, свободного диоксида кремния, оксида марганца и мелкодисперсной пыли чаще диагностируется патология нижних дыхательных путей [13].

Воздействие токсических аэрозолей способствует развитию химического повреждения трахеобронхиального дерева, системного воспаления с увеличением концентрации провоспалительных цитокинов (IL-8, tumor necrosis factor α). При этом курение – как основной фактор риска непрофессиональной ХОБЛ – способствует развитию лишь системного воспаления [14, 15]. Клиническая картина ХОБЛ от действия ПА характеризуется преимущественным развитием эмфиземы легких при наличии легкой степени обструктивного синдрома и легочной гипертензии I степени [16].

К ПА, способствующим развитию профессиональной ХОБЛ, относятся пары, газы, пыли, дымы [17, 7, 18–23]; сварочный аэрозоль, содержащий диоксид азота, диоксид серы, озон, марганец, 6-валентный хром и его компоненты [24, 25], кварцсодержащая пыль [26–31], токсичный газ и масляный туман [32, 33], органическая пыль птицефабрик и свиноферм, зерновая и хлопковая [34, 35, 18], угольная [36–38], металлическая пыль и пары металлов [39], диизоцианаты [40, 41], продукты горения [42, 43], индий [44], выхлопные газы дизельных двигателей [45] и кадмий [46, 47].

В настоящее время наиболее часто ХОБЛ формируется под воздействием смешанных аэрозолей (пыль, газы, пары), составляющих 19,0–56,0 %, реже – других (таблица).

 

Частота развития ХОБЛ под воздействием промышленных аэрозолей [7, 8, 11, 13, 17, 21, 22, 25, 27, 31, 40, 46]

Промышленные аэрозоли

Частота, %

Органическая пыль (сельскохозяйственная, текстильная, древесная)

14,0–26,8

Неорганическая пыль (кварц, асбест, ванадий, кобальт, уголь и др.)

17,9–19,0

Смешанные аэрозоли (пыль, газы, пары)

19,0–56,0

Химические вещества, биологически активные компоненты (кислоты, щелочи, детергенты, пищевые концентраты)

19,0–28,7

 

Экспозиция аэрозолей на рабочем месте в сочетании с курением способна в 6–8 раз увеличить риск развития ХОБЛ, что послужило основанием для ее включения в список профессиональных заболеваний, утвержденный приказом Минздравсоцразвития России в 2012 г.

Основными условиями для развития пылевой патологии легких являются содержание в зоне дыхания пылевого аэрозоля в концентрациях, превышающих предельно допустимые (4–10 мг/м3 для частиц размером 5–10 мкм и 2 мг/м3 для частиц размером ≤ 5 мкм); ежедневное пребывание в запыленных условиях свыше 6 ч в сутки или более 2/3 рабочего времени; ежегодная ингаляция свыше 20 г пыли; экспозиция ПА более 10 лет для ХОБЛ; а также предрасполагающие факторы – курение, неблагоприятные условия проживания и отягощенная наследственность.

К факторам, участвующим в нарушении функции внешнего дыхания и формировании бронхообструктивного синдрома у работников различных пылевых профессий, относятся взаимно усиливающие влияние курение, характер ПА и длительность контакта с производственными поллютантами [7, 48, 49].

Исследование патофизиологической связи клинических проявлений ХОБЛ у рабочих пылевых профессий машиностроительной отрасли показало, что химический состав ПА, воздействующих на них, обусловливает различные клинические проявления вентиляционных нарушений у отдельных профессиональных групп. Так, у литейщиков вследствие преимущественного действия кварцсодержащей пыли на ранних этапах возникает бронхиальная обструкция при малой выраженности воспалительного процесса. Смешанная пыль в процессе работы шлифовщика имеет преимущественно механическое раздражающее влияние, при этом вентиляционные нарушения наблюдаются в меньшей степени. У электросварщиков аэрозоль комбинированного состава оказывает токсическое, раздражающее и сенсибилизирующее действие. Для них характерны раннее развитие бронхоспастического синдрома, более тяжелое течение заболевания с частым интенсивным кашлем и нарастающими вентиляционными нарушениями. По мере прогрессирования патологии развиваются эмфизема легких и пневмофиброз, что приводит к развитию дыхательной недостаточности [50].

При сочетанном действии табачного дыма и экспозиции никелем в производственных условиях наблюдается потенцированный негативный эффект на органы дыхания, проявляющийся более ранним и частым развитием ХБ. Развитие ХОБЛ у работников никелевой промышленности определяется воздействием курения. При этом авторами не выявлено существенного потенцирующего эффекта производственных аэрополлютантов на формирование заболевания и влияния курения на развитие токсического пневмосклероза [51].

Выводы

Таким образом, данные литературы свидетельствуют о важности знания этиологических факторов производственной среды, потенцирующих развитие ХОБЛ. В настоящее время доказана связь между длительностью экспозиции к ПА, увеличением класса условий труда и развитием ХОБЛ. Воздействие токсических аэрозолей способствует развитию повреждения трахеобронхиального дерева, системного воспаления, эмфиземы легких и легочной гипертензии. Основными факторами формирования ХОБЛ среди работников пылевых профессий являются характер ПА, длительность экспозиции производственных поллютантов и потенцирующее влияние курения.

×

About the authors

L. A. Panachevа

Novosibirsk State Medical University

Author for correspondence.
Email: LAP232@yandex.ru

MD, PhD, Professor

Russian Federation

L. A. Shpagina

Novosibirsk State Medical University

Email: LAP232@yandex.ru

MD, PhD, Professor, Head of Department of Hospital Therapy and Medical Rehabilitation

Russian Federation

References

  1. Akwe J., Fair N. Chronic Obstructive Pulmonary Disease: An Overview of Epidemiology, Pathophysiology, Diagnosis, Staging and Management International. J of Clinical and Experimental Med Sciences 2016; 2 2): 13–25.
  2. Global Initiative for chronic obstructive lung disease. Global strategy for the diagnosis, management, and prevention of chronic obstructive pulmonary disease 2017 report), available at: http://goldcopd.org/gold–2017–global–strategy–diagnosis–management–prevention–copd.
  3. Chronic obstructive pulmonary disease. Klinicheskie rekomendacii. Pod red. A.G. Chu chalin. Moscow 2018; 89 in Russian).
  4. Sulaiman I., Cushen В., Greene G. Objective assessment of adherence to inhalers by COPD patients. Am J Respir Care Med 2017; 195 10): 1333–1343.
  5. Occupational diseases of the respiratory system: Nacional'noe rukovodstvo. Pod red. F. Izmerova, A.G. Chuchalina. Moscow: GEOTAR–Media 2015; 792 in Russian).
  6. Monitoring of conditions and labor protection in Russian Federation in 2015. Moscow 2016; 34 in Russian).
  7. Vasilieva O., Gusakov A.A., Gushina E.E., Kravchenko N.Yu. Chronic obstructive pulmonary disease from exposure to industrial aerosols. Pul'monologija 2013; 3: 49–55 in Russian).
  8. Shpagina L. A., Kotova O.S., Karmanov skaya S.A., Kuznetsova G.V. Chronic obstructive pulmonary disease formed under the action of toxic aerosol: biomarkers. Medicina truda i promyshlennaja jekologija 2015; 9: 159 in Russian).
  9. Kraïm–Leleu M., Lesage F.X., Drame М., Lebargy F., Deschamps F. Occupational Risk Factors for COPD: A Case–Control Study. PLoS One 2016; 11 8): e0158719.
  10. Shabalkin A. I., Piktushanskaya T. E., Rabicheva I. V. Analysis of the state of occupational morbidity and disability due to occupational diseases in the Rostov region Improvement of occupational pathology care in modern conditions: Vserossijskaja nauchno–prakticheskaja konferencija s mezhdunarodnym uchastiem. Shakhty 2016; 234–237 in Russian).
  11. Mazitova N.N. Occupational risk factors for chronic obstructive pulmonary disease: results of a cohort study. Kazanskij medicinskij zhurnal 2011; 4: 537–541 in Russian).
  12. Gugis N.N., Plastinin B.G. Introduction of modern methods of ensuring labor protection and industrial safety. Metallurg 2011; 4: 23–26 in Russian).
  13. Shlyapnikov D.M., Vlasova E.M., Ponomareva T.A. respiratory Diseases in workers of metallurgical production. Medicina truda i promyshlennaja jekologija 2012; 12: 16–19 in Russian).
  14. Bachinsky O.N., Babkina V.I., Pribylov S.A., Ivanov V.P., Trubnikova E.V. Systemic inflammation in chronic obstructive pulmonary disease of professional and non-professional etiology. Chelovek i ego zdorov'e 2011; 1: 26–32 in Russian).
  15. Paulin L.M., Diette G.B., Blanc P.D., Putcha N., Eisner M.D., Kanner R.E., Belli A.J., Christenson S., Tashkin D.P., Han M., Barr R.G., Hansel N.N. Occupational exposures are associated with worse morbidity in patients with chronic obstructive pulmonary disease. Am J Respir Crit Care Med 2015; 191: 557–565.
  16. Shpagina L.A., poteryaeva E.L., Kotova O.S., Shpagin I.S., Smirnova E.L. Actual problems of pulmonology in modern occupational pathology clinic. Medicina truda i promyshlennaja jekologija 2015; 9: 11–14 in Russian).
  17. Mehta A.J., Thun G.A., Imboden M., Ferrarotti I., Keidel D., Künzli N., Kromhout H., Miedinger D., Phuleria H., Rochat T., Russi E.W., Schindler C., Schwartz J., Vermeulen R., Luisetti M., Probst-Hensch N. Occupational exposure to dusts, gases, and fumes and incidence of chronic obstructive pulmonary disease in the Swiss Cohort Study on Air Pollution and Lung and Heart Diseases in Adults. Am J Respir Crit Care Med 2012; 185 12): 1292–1300.
  18. Vasilyeva O.S., Kravchenko N.Yu. Chronic obstructive pulmonary disease as an occupational disease: risk factors and the problem of medical and social rehabilitation of patients. Rossijskij medicinskij zhurnal 2015; 2: 22–26 in Russian).
  19. Hagstad S., Backman Н., Bjerg А., Ekerljung L., Hedman L., Kjell Lindberg А., Torén , Lötvall J., Rönmark E., Lundbäck B. Prevalence and risk factors of COPD among never–smokers in two areas of Sweden. Occupational exposure to gas, dust or fumes is an important risk factor. Respir Med 2015; 109 11): 1439–1445.
  20. Lee S.J., Kim S.W., Kong K.A., Ryu Y.J., Lee J.H., Chang J.H. Risk factors for chronic obstructive pulmonary disease among never–smokers in Korea. Int J Chron Obstruct Pulmon Dis 2015; 10: 497–506.
  21. Würtz E.T., Schlünssen V., Malling Т.Н., Hansen J.G. Occupational COPD Among Danish never–smokers: a population–based study. Occup Environ Med 2015; 72 6): 456–459.
  22. Alif S.M., Dharmage S.C., Bowatte G., Bowatte G., Karahalios A., Benke G., Dennekamp M., Mehta A.J., Miedinger D., Künzli N., Probst-Hensch N., Matheson M.C. Occupational exposure and risk of chronic obstructive pulmonary disease: a systematic review and meta–analysis. Expert Rev Respir Med 2016; 10 8): 861–872.
  23. Cullinan P. Occupation and chronic obstructive pulmonary disease COPD). Br Med Bull 2012; 104; 143–161.
  24. Soyseth V., Johnsen H.L., Kongerud J Respiratory hazards of metal smelting. Curr Opin Pulm Med 2013; 19 2): 158–162.
  25. Syurin S. A., Nikanov A. N. Features of bronchopulmonary pathology in miners of the Kola polar region. Medicina truda i promyshlennaja jekologija 2009; 4: 39–42 in Russian).
  26. Chebotarev A.G., Gibadulina I.Yu. Characteristics of mine aerosol and occupational pulmonary pathology in workers of highly mechanized mines. Medicina truda i promyshlennaja jekologija 2009; 7: 7–12 in Russian).
  27. Artamonova V.G., Basova O.N., Lashina E.L. working Conditions and structure of occupational morbidity of workers of modern production of non-metallic construction materials. Medicina truda i promyshlennaja jekologija 2009; 3: 36–39 in Russian).
  28. Andersson L., Bryngelsson I.L., Ohlson C.G., Naystrom P. Quartz and dust exposure in Swedish iron foundries. J Occup Environ Hyg 2009; 6 1): 9–18.
  29. Brüske I., Thiering Е., Heinrich J., Huster K., Nowak D. Biopersistent granular dust and chronic obstructive pulmonary disease: a systematic review and meta–analysis. PLoS One 2013; 8 11): e80977.
  30. Möhner M., Möhner М., Kersten N., Gellissen J Chronic obstructive pulmonary disease and longitudinal changes in pulmonary function due to occupational exposure to respirable quartz. Occup Environ Med 2013; 70 1): 9–14.
  31. Baur X., Bakehe Р., Vellguth Н. Bronchial asthma and COPD due to irritants in the workplace – an evidence–based approach. J Occup Med Toxicol 2012; 7 1): 19.
  32. Cherrie J.W., Brosseau L.M., Hay А., Donaldson К. Low–toxicity dusts: current exposure guidelines are not sufficiently protective. Ann Occup Hyg 2013; 576): 685–691.
  33. Hoppin J.A. Pesticides and respiratory health: where do we go from here. Occup Environ Med 2014; 71 2): 80.
  34. Harting J.R., Gleason А., Romberger D.J., Essen S.G., Qiu F., Alexis N., Poole J.A. Chronic obstructive pulmonary disease patients have greater systemic responsiveness to ex vivo stimulation with swine dust extract and its components versus healthy volunteers. J Toxicol Environ Health A 2012; 75 24): 1456–1470.
  35. Lai P.S., Christiani D.C. Long–term respiratory health effects in textile workers. Curr Opin Pulm Med 2013; 19 2): 152–157.
  36. Castleden W.M., Shearman D., Crisp G., Finch P. The mining and burning of coal: effects on health and the environment. Med J Aust 2011; 195 6): 333–335.
  37. Cullinan P. Occupation and chronic obstructive pulmonary disease COPD). Br Med Bull 2012; 104: 143–161.
  38. Graber J.M., Stayner L.T., Cohen R.A., Conroy L.M. Respiratory disease mortality among US coal miners; results after 37 years of follow–up. Occup Environ Med 2014; 71 1): 30–39.
  39. Khan A.J., Nanchal R. Cotton dust lung diseases. Curr Opin Pulm Med 2007: 13 2): 137–141.
  40. Baur X., Bakehe Р., Vellguth Н. Bronchial asthma and COPD due to irritants in the workplace – an evidence–based approach. J Occup Med Toxicol 2012; 7 1): 19.
  41. Ruder A.M., Meyers A.R., Bertke S.J. Mortality among styrene–exposed workers in the reinforced plastic boatbuilding industry. Occup Environ Med 2016: 73 2): 97–102.
  42. Schermer T.R., Malbon W., Morgan М., Smith M., Crocket A.J. Chronic respiratory conditions in a cohort of metropolitan fire–fighters: associations with occupational exposure and quality of life. Int Arch Occup Env Health 2014; 87 8): 919–928.
  43. Yip J., Webber М.P., Zeig–Owens R., Vossbrinck M., Singh A., Kelly K., Prezant D.J. Clinical services and health outcomes in World Trade Center–exposed firefighters and EMS workers from 2001 to 2016. Am J Ind Med 2016; 59 9): 695–708.
  44. Amata A., Chonan Т., Omae К., Omae K., Nodera M. High levels of indium exposure relate to progressive emphysematous changes: a 9-year longitudinal surveillance of indium workers. Thorax 2015; 70 11): 1040–1046.
  45. Hart J.E., Laden F., Eisen E.A. Chronic obstructive pulmonary disease mortality in railroad workers. Occup Environ Med 2009; 66 4): 221–226.
  46. Cullinan P. Occupation and chronic obstructive pulmonary disease COPD). Br Med Bull 2012; 104: 143–161.
  47. Oh C.M., Oh I.H., Lee J.K., Park Y.H., Choe B.-K., Yoon T.-Y., Choi J.-M. Blood cadmium levels are associated with a decline in lung function in males. Environ Res 2014; 132: 119–125.
  48. Rodríguez E., Ferrer J., Zock J.P., Serra I., Antó J.M., Batlle J., Kromhout Н., Vermeulen R., Donaire-González D., Benet М., Balcells Е., Monsó Е., Gayete А., Garcia-Aymerich J. Lifetime occupational exposure to dusts, gases and fumes is associated with bronchitis symptoms and higher diffusion capacity in COPD patients. PLoS One 2014; 9 : e88426.
  49. Malyutina N.N., Eremeev R.B., Kostarev V.G. Preventive aspects of occupational and production-related diseases from the position of occupational medicine. Aktual'nye problemy bezopasnosti i ocenki riska zdorov'ja naselenija pri vozdejstvii faktorov sredy obitanija: materialy Vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii s mezhdunarodnym uchastiem Perm', 2016 in Russian), available at: hppt: // ferisk.ru/.
  50. Kapustnik V.A., Kostyuk I.F., Kalmykov A.A. Pathophysiological relationship of clinical manifestations of chronic obstructive pulmonary disease in workers of dusty engineering professions with working conditions. Tezisy HHV Nacional'nogo kongressa po boleznjam organov dyhanija, Moscow 2011; 227–228 in Russian).
  51. Shilov V.V., Syurin C.A. Influence of Smoking and industrial aeropollutants on the respiratory health of workers in the Nickel industry. Medicina truda i promyshlennaja jekologija 2015; 11: 40–44 in Russian).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2021 Panachevа L.A., Shpagina L.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ЭЛ № ФС 77 - 75489 от 05.04.2019 г.