吸入暴露

吸入は、個人が汚染された空気を吸い込んで呼吸器系に入るときに発生する主な曝露経路です。呼吸器系による汚染物質の吸収を特定することで、結果として生じる曝露が線量にどのように影響するかを判断できます 。このように、呼吸器系による汚染物質の吸収メカニズムは、人間の集団における潜在的な健康影響を予測するために使用できます。^[1]

曝露は一般的に、口と鼻の境界における空気中の汚染物質の濃度であると理解されています。屋外の濃度は、固定された場所で測定されるか、モデルで推定されることが多いです。人が吸入するこの環境濃度の割合は、主に場所（屋内または屋外）、汚染源までの距離、および毎分換気量によって異なります。伝統的に、曝露は居住地の屋外濃度に基づいて推定されています。他の場所への移動や身体活動レベルはほとんど無視されていますが、最近のいくつかの研究では、ポータブルセンサーやウェアラブルセンサーの使用が試みられています。^[2]

摂取量とは、接触境界を越えて個人が吸入する汚染物質の質量です。この汚染物質の一部は吐き出され、呼吸器系に吸収される割合は吸収量と呼ばれます。汚染物質の一部は、くしゃみ、咳、つばき、または飲み込むことによっても排出されます。液体層を通って運ばれ、呼吸器系組織と接触する残りの汚染物質は、生物学的利用能の割合であり、有効量と呼ばれます。

1970年に、大気浄化法の改正により、国家大気環境基準（NAAQS）と米国環境保護庁（USEPA）によって定期的に更新される6つの大気汚染基準が設定されました。6つの汚染基準は、汚染物質による健康への影響に関する科学的知識に基づいて特定されました。6つの基準は次のとおりです： 粒子状物質（PM）、窒素酸化物NO
₂、オゾンO
₃、二酸化硫黄 SO
₂、一酸化炭素（CO）、非メタン炭化水素（NHMC）です。粒子状物質（PM）は、吸入可能なPMと呼ばれるPM ₁₀と、微細PMと呼ばれるPM _2.5の2つのサイズに分けられます。

Oの拡散
₂肺の空気から血流へのCOの拡散
₂血流から肺に戻ることは、人間の呼吸に不可欠な部分です。ガスの吸収と拡散は双方向のプロセスです。ガスが粘液層または界面活性剤層に吸収されると、溶解したガスは肺の空気中に脱着します。ガスは、2 つの層間の濃度勾配に応じて、どちらの方向にも拡散します。ガスは、血流への輸送中に化学反応を起こす場合があります。

SOに対する終末細気管支のガス粘液および組織に対する抵抗の推定
₂、 O
₂、およびCOは SO
₂水溶性が高く、粘液や組織層の抵抗が非常に低いため、最も速く吸収されます。オゾンと CO は水溶性が低く、物質移動に対する抵抗が高くなります。オゾンは最も反応性が高く、組織や血液への物質移動を減らします。CO は吸収が最も遅く、終末細気管支への抵抗が最も高くなります。

粒子状汚染物質が肺に沈着するのは、粒子が粘液を通って肺組織に移動する前です。沈着のメカニズムには、インターセプション、衝突、重力沈降、ブラウン拡散の 4 つがあります。インターセプションは、粒子が障害物にぶつかった後に除去されるときに発生します。衝突は、粒子が大きな慣性により呼吸器の表面に衝突するときに発生します。重力沈降は、粒子が呼吸器に沈着する原因となる重力の力の影響を受けます。 ブラウン運動は、粒子が呼吸器に入るまで、粒子に対するガス分子のランダムな衝突を引き起こします。

粒子が呼吸器系に沈着する場所の予測は、粒子のサイズと種類によって異なります。ほこり、砂、砂利などの自然発生源から発生する粗い粒子は、鼻咽頭領域に沈着する傾向があります。化石燃料や喫煙などの人為的発生源から発生する微粒子は、通常、肺領域に沈着します。ガス交換のほとんどは、表面積の大きい 肺胞があるため、肺領域で発生します。

科学者たちは、粒子状物質の濃度が呼吸器疾患や心血管疾患の原因因子であることに正の相関関係があることを確認しました。粒子状物質は、年間 20,000 人もの死因や喘息の悪化の原因にもなっている可能性があります。健康への影響を判断するには、用量の定量化、肺領域に沈着した粒子の総数の決定、粒子の表面積、粒子の酸性度、形状が重要です。表面積が大きいほど、粘液に吸収される毒素が多くなります。アスベストなどの粒子は、肺胞に永久に留まり、場合によっては癌を引き起こす可能性があります。

可溶性粒子状物質は粘液や界面活性剤層に溶解する性質があるため、呼吸器官に非常に有害となる可能性があります。これにより pH が変化して組織が刺激され、体の他の部分や消化管に運ばれる可能性があります。鉛粒子などの不溶性 PM は鼻咽頭領域に沈着し、息を吹きかけたり、鼻をすすったり、唾を吐いたりすることで除去できます。ただし、飲み込むと粒子が消化管に沈着する可能性があります。気管気管支領域の粒子は繊毛によって除去され、粘液に粒子が移動します。肺領域に入った不溶性粒子は、肺胞の腫れ、咳、息切れを引き起こします。

一酸化炭素は、溶解度が限られている比較的反応性の低いガスです。高レベルの CO が数時間かけて肺に蓄積され、吸入した CO 濃度と平衡になります。一酸化炭素は毒性があり無臭であるため、それにさらされると危険です。このガスは肺に蓄積するのに時間がかかるため、吸入濃度が 600 ppm になると、1 時間以内に頭痛が起こり、精神能力が低下しますが、その他の症状は現れません。最終的には、この物質は昏睡を引き起こします。血液中の CO は、空気中の一定濃度に 6 ～ 8 時間さらされると平衡に達します。

体内で副産物として少量の CO が発生するため、血液中には 一定量のカルボキシヘモグロビン(COHb) が含まれます。体内に存在する COHb の総量は、COHb の基準値と外因性 COHb 値の合計に相当します。

[COHb] 合計 = [COHb] 基礎 + [COHb] exo

吸入リスクへの曝露を減らす方法は、米国労働安全衛生研究所（NIOSH）が作成した階層的管理でまとめることができます。このシステムには、除去、代替、工学的管理、管理的管理、個人用保護具の5つのステップが含まれます。この順序で効果に対応しており、除去が最も効果的で、個人用保護具が最も効果が低いです。^[3]

各要素を要約すると次のようになります。

除去: 危険を完全に除去します。

代替: 危険を、より危険性の低い別の危険に置き換えること。

エンジニアリングコントロール: 作業員や付近の個人から危険を隔離するために採用される方法。

管理上の制御: 作業の実施方法を変更して、曝露量、時間、重大度などを軽減します。

個人用保護具: 直接的な暴露から身を守るために着用する衣類や衣料品。

これらの制御方法はそれぞれ、化学物質や粒子への吸入暴露をさまざまな方法で制限するために使用できます。以下に、一般的な方法をいくつか示します。以下の重要な注意点は、さまざまな業界や職場で利用できる、ここに記載されていない方法、戦略、システムなどが他にも多数あるということです。

汚染ガスの発生源を取り除くだけで、吸入暴露の排除が可能になります。この例としては、化石燃料の燃焼による汚染ガスの発生を地域から排除するために、職場からあらゆる種類の車両を「完全に排除」することが挙げられます。

代替は、汚​​染ガスの発生源を、副産物の有害性が少ないものに置き換えることで適用できます。この例としては、職場で化石燃料を燃焼する車両を「置き換える」ために電気自動車が使用されることが挙げられます。

エンジニアリング コントロールは、さまざまなプロセスによって生成された有害な生成物を除去するために設置および実装される「ツールと機器」で確認できます。これは、大気から汚染ガスを取り除くために設置された煙抽出システムで実行できます。これは、環境に新鮮な空気を供給するシステムと組み合わせられることがよくあります。

吸入暴露を減らすために管理的制御を採用することはよくありますが、その方法としては、労働者に特定の方法でのみ作業を行わせる方法があります。多くの場合、これは労働者/従業員に提供される教育とトレーニングを通じて行われます。

個人用保護具は、自給式呼吸器（SCBA）^[4]のような「着用するアイテム」を通じて、病気や死亡を引き起こす可能性のある大気への曝露から作業員を保護する衣服として活用することができます。これらは、生命と健康に直ちに危険がある環境、つまりIDLH環境でよく使用されます。^[4]

IDLH雰囲気は、汚染ガスの汚染により、適切な呼吸保護がなければ人が重傷を負ったり死亡したりする環境が作り出される場所で発生します。^[5] CO (一酸化炭素)、CO2 (二酸化炭素)、HCN (シアン化水素) など、呼吸器系に害を及ぼす汚染ガスは、他の多くのものの中でも、適切な濃度で潜在的に致命的な環境を作り出す可能性があります。すべての汚染ガスは、IDLH 濃度、副作用、発がん性^{[6]など、独自の特性を持っています。多くの場合、IDLH 雰囲気では、人間の生命を維持するために必要な酸素が不足しています。これは多くの場合、CO2 などの窒息性[7]}ガスが周囲の酸素を、人が安全に吸入できるレベル以下に押し下げる ことによって発生します。

IDLH 環境は極めて危険なため、可能な限り回避されることがよくあります。残念ながら、IDLH 雰囲気は、さまざまな化学物質や汚染ガスによってさまざまな方法で作り出される可能性があります。そのため、多くの組織や機関、特に消防署や消防隊員は、こうした雰囲気で安全に作業するために自給式呼吸装置を採用しています。

IDLH 大気の濃度は、ppm (百万分率) で測定されます。ppmは、 IDLH 大気を作り出すのに必要な化学物質の空気に対する比率を詳細に示します。たとえば、4 ppm の IDLH 値は、IDLH 大気を作り出すのに必要な化学物質の量は 1,000,000 ガロンの空気に対してわずか 4 ガロンであることを意味します。IDLH ppm 値が低いほど、IDLH 大気を作り出すのに必要な化学物質の量が少なくなります。逆に、IDLH ppm 値が高いほど、IDLH 大気を作り出すのに必要な化学物質の量が多くなります。これらの化学物質の量がこれらの IDLH 値以上になると、人間の生存に適さない環境、つまり生命と健康に直ちに危険 (IDLH) となる環境が生まれます。これらの値は、関係する化学物質とその特性によって大きく異なります。例えば、六フッ化テルルのIDLH値はわずか1ppmですが、メチルアルコールのIDLH値は6,000ppmです。^[8]言い換えれば、メチルアルコールは六フッ化テルルよりも6,000倍強力ではなく、IDLH雰囲気を作り出すには6,000倍の量が必要です。

閉鎖空間とは、避難経路が制限されており、人が居住できるようには作られていない場所のことである。このため、閉鎖空間内で作業を行うには作業員に許可が必要である。^[9]これらの場所は狭く、換気が不十分なため、内部にガスが溜まりやすい。多くの場合、これらのガスは空気よりも密度が高く、自然に低地に沈殿する。これらには、プロパン、硫化水素、二酸化硫黄、二酸化炭素などが含まれるが、これらに限定されない。より密度の高いガスがこれらの場所に沈殿することが多いが、メタンなどの軽いガス（下水道に多く含まれる）もこれらの場所に集まることがある。

これらのガスが蓄積する可能性があるため、屋外に設置された機器からこれらのガスを排出するために、新鮮な空気をそのエリアに送り込むことがよくあります。このため、酸素濃度や有毒ガスへの曝露をよりよく理解するために、大気監視システムがよく使用されます。これらのシステムは、曝露を軽減するために必要な個人用保護具の量やその他の制御方法を作業者が判断するのに役立ちます。

閉鎖空間にはさまざまな種類があります。前述のように、避難経路が制限され、人が居住することを想定していないエリアは閉鎖空間になる可能性があります。これには、下水道、サイロ、ホッパー、貯蔵庫、トンネルなどのエリアが含まれます。

これらの汚染ガスは、一般的に、人が曝露するとがんやその他の慢性的な健康影響を引き起こす可能性があるガスや化学物質として説明できます。一般的な発がん性汚染物質には、ホルムアルデヒド、四塩化炭素、アセトアルデヒド、ベンゼン、1,3-ブタジエン、ナフタレン、ヒ素化合物、クロム化合物、PAHPOM、テトラクロロエチレンなどがあります。これらの化学物質は、顎顔面構造、呼吸器系、および/または肝臓にがんを引き起こす可能性があります。すべての化学物質やガスと同様に、それらの危険性を理解するには曝露量が重要です。一部の化学物質は、非常に低濃度でもすぐに重度の発がん性を示しますが、他の化学物質は、がん関連の問題を観察するために頻繁で強力な曝露が必要です。発がん性化学物質に関係なく、曝露を制限するための規制に従って適切な研究が行われる必要があります。^[10]

米国では、多くのレベルの政府や機関が、汚染ガス、発がん物質、化学物質への曝露の深刻さとそれらが引き起こす影響を認識しています。これらの団体は、曝露の可能性を減らすために、消費者向け製品やプロセスからそれらを排除する法律を制定することがよくあります。化学物質を研究および/または規制する機関には、OSHA、^[11]、 NIOSH、^[12]、CDC ^[13]などがあり、その他多数の州および専門組織があります。

労働安全衛生局（ OSHA ）は、汚染ガスなど、健康と安全に関する多くの問題に関する連邦レベルの基準を作成する規制機関です。彼らは、深刻度に基づいた定期的な検査を通じてこれらの基準を施行しています。米国の一部の州には、連邦OSHAの基準を上回る基準を設けているOSHAのような機関があります。^[11]

国立労働安全衛生研究所（NIOSH）は、汚染ガスの研究や実験を行う組織であり、健康と安全に関する多くのテーマを扱っています。OSHAとは異なり、NIOSHは規制機関ではなく、ベストプラクティスに関する推奨事項を頻繁に作成しています。^[12]

疾病予防管理センターは、さまざまなレベルの病気に関して、地域社会と市民の健康と安全を支援する組織です。CDCはCOVID-19のような病気の蔓延防止に努めることが多いですが、大気質や汚染関連の問題の影響をよりよく理解し、軽減するためにも取り組んでいます。^[13]

州が運営する労働局は、より地域的な吸入特有の規制の一般的な情報源です。これらの局は、連邦OSHAが定める基準を上回るプログラムであれば、OSHAの承認を受けることができます。OSHA承認の州プログラムは22州（そのうちの1つは米国領プエルトリコ）に存在し、検査や調査、さらには法的問題に関する作業に関して、ほぼ同じ機能を果たしています。^[14]これらのプログラムには、主に2つのバージョンがあります。1つは、政府と非政府労働者の両方に適用される州プログラム、もう1つは政府労働者と職場にのみ適用される州プログラムです。^[15]

アメリカ肺協会は肺疾患と呼吸器疾患を専門とする組織です。この組織は教育に加えて研究も行っており、主催するさまざまなイベントで支援活動を行っています。^[16]

安全データシート (SDS)、または別名で材料安全データシート (MSDS) は、化学物質または物質に関する健康と安全に関する情報を詳細に説明した文書です。SDS に含まれる幅広い情報の中には、吸入と呼吸器への曝露に関するセクションがあります。この情報には、応急処置、制御パラメータ (ppm 曝露限界)、個人用保護具、曝露の副作用、生態学的情報など、さまざまなトピックが記載されています。「応急処置」セクションでは、化学物質に感染した人が曝露による傷害や病気を減らすために行うべきことが詳細に説明されています。「制御パラメータ」セクションでは、傷害や病気を経験する前に人が曝露できる量の曝露限界 (多くの場合 ppm 単位) が詳細に説明されています。「個人用保護具」(PPE) セクションでは、化学物質への曝露を軽減するために着用すべき衣類が説明されています。「毒性」または「追加情報」セクションでは、曝露によって人が経験する可能性が最も高い副作用が詳細に説明されています。吸入曝露に関連する最後のセクションは「生態学的情報」で、化学物質が環境に及ぼす影響が詳細に説明されています。化学物質の多様性のため、これらのセクションの深さと範囲は大きく異なる可能性があります。^[17]

SDS 文書は、OSHA の危険有害性情報伝達基準29 CFR 1910.1200 に準拠している必要があります。この基準は、作業員に物質の存在と作業員がそれらとどのように関わるべきかを知らせる方法として、OSHA によって作成されました。潜在的に危険な物質と化学物質を対象としたこの基準は、ガスにも適用されます。過去 (使用されていたとき) は、危険有害性に関する情報伝達は、直接影響を受ける人から離れた高位の従業員の目につかない場所で行われることが多かったです。ガスの危険性を伝えることは、ガスの必要性と適切な慣行に関する混乱を減らすのに役立ちます。これにより、作業員に情報を提供することで、作業員を安全プロセスに参加させることができます。存在するガスの危険性をできるだけ多くの人に伝えることで、潜在的な事故の重大性と複雑さが軽減されます。これらの文書は、その内容を読みたい/読む必要があるすべての作業員がアクセスできるように、現場でバインダーに保管されています。^[17]

• [1] - 大気浄化法（EPA）
• [2] - 国家大気環境基準（NAAQS）
• [3] -米国EPAの暴露要因ハンドブック
• 吸入障害労働安全衛生機関ツールキット
• 吸入暴露の傾向: 1980 年代半ばから現在まで K Creely 他著。健康安全局研究報告書 RR460/2006