基本介紹
- 中文名：溫石棉
- 外文名：Mg6Si4O10(OH)8
- 性質：蛇紋石石棉的統稱
- 別稱：纖蛇紋石石棉
材料簡介,化學特性,物理特性,開發利用,致病性,
材料簡介
溫石棉塊體通常為不同色調的綠色及黃色，也有的為白色。劈分後的絲狀纖維為白色，絲絹光澤；硬度2～2.5；理論密度為2.56 g/cm3，化學成分中類質同象代替，決定實際密度值的大小，Fe、Ti、Mn、Ni等元素取代Mg時，密度偏大，Al、Ti取代Si時，密度偏小，與纖維管心有無充填物也有關係，實際密度為2.426～2.646 g/cm3。
化學特性
溫石棉的光學性質
溫石棉的光學性質，折射率Ng為1.534～1.555，Np為1.522～1.549，Ng值隨Fe2O3及FeO含量增多而增大，Np值隨FeO及H2O+含量增多而增大；多色性，Ng為各種色調的綠色，Np為各種色調的黃色；平行消光，正延性為主。
衍射特徵
溫石棉的X射線衍射特徵，有兩條強衍射線，d(002)為0.728～0.740nm和d(004)為0.369～0.366nm；另有四條中強衍射線，d(020)為0.437～0.459nm、d(201)為0.256～0.260nm、d(202)為0.243～0.248nm、d(402)為0.130～0.134nm。溫石棉在自然界產出以2Mc型纖蛇紋石最多，ZORc型正纖蛇紋石少見。
溫石棉的熱效應
溫石棉的熱效應，在670～730℃區間出現深而大的放熱效應（吸熱谷或脫羥谷）；815～830℃區間出現矮而窄的放熱效應（熱放峰），原礦物結構被徹底破壞，形成新的物相，即鎂橄欖石和頑輝石的混合相。
溫石棉的紅外光譜
溫石棉的紅外光譜，不同結晶程度的溫石棉，主要表現在1 100～950cm-1三個方向的Si—O伸縮振動帶及3 700～3 600cm-1羥基吸收振動的差別。
溫石棉的電子顯微像多為空心管狀，其內徑一般為6～8nm，外徑為20～50nm。
溫石棉的理論化學成分
SiO2 43.36%、MgO 43.64%、H2O+13%。一般含有Fe2O3、FeO、TiO2、Al2O3、MnO、CaO、K2O、Na2O、Cr2O3、V2O5、NiO、F－、Cl等雜質。表明混有磁鐵礦、方解石、白雲石、菱鎂礦、水滑石、石英、水鎂石、鉻尖晶石等雜質礦物或元素的類質同象取代。
物理特性
溫石棉具有多種物理化學性質，劈分性能優良，能最大限度地劈分為絲狀體，劈分直徑最小為1～2μm。工業利用以比表面積為衡量指標，一般在5～50 m2/g。機械強度高，抗張強度值為120～350（單位9.8×106Pa）。
溫石棉纖維還具有過濾性[透過係數為15%～60%，阻力為0.4×9.8～13.9×9.8Pa]、成膜打漿性、磁性（雙磁化係數為6×10^-6～10×10^-6cm/g）、電動電位（一般e>20mV）等。
開發利用
石棉有致癌性早已為相關行業周知，但石棉細分為溫石棉和閃石棉。經中外多位礦物學、病理學、毒性學專家學者在長達2年多的比較試驗證明，在溫石棉、閃石棉及其他多種“溫石棉替代纖維”中，溫石棉是相對最安全的無機纖維材料。自從2004年，瑞士著名的吸入毒物專家、多國政府毒物學顧問大衛·伯恩斯坦博士公布“溫石棉可以安全使用”的實驗結果之後，2年來，中國、俄羅斯、加拿大、印度、巴西、墨西哥等國多位礦物學、病理學、毒性學專家，經過各自的科學實驗，得出與伯恩斯坦博士完全一致的結論。
然而，2001年三月WTO做出具有里程碑意義的裁定，認為溫石棉既然已被認定是致癌物質，石棉生產商堅持的安全使用極限就不存在。使得WTO的各個成員國禁止使用或進口如石棉等含致癌物質的權利合法化，也進一步確認WTO各成員國有權認為保護生命和健康比履行貿易義務更為重要。
石棉的致癌性早已被學界所知，但國內行業，特別是建築行業並沒有禁用，政府雖然規定了開採加工溫石棉必須佩戴防護用品，但對於套用並沒有給出相應規範和引導。
致病性
石棉分為蛇紋石石棉 （溫石棉） 和角閃石類石棉 （青石棉、陽起石石棉、直閃石石棉、鐵石棉、透閃石石 棉）兩類。中國石棉資源絕大部分為溫石棉礦，溫石棉 占石棉總產量的 95%以上。石棉使用的安全性是礦物 工業產業一個具有爭議性的話題。石棉所致職業病中 對人體危害最嚴重的是石棉肺、肺癌以及間皮瘤。在 所有種類石棉中，致病能力最強的是青石棉，對於溫石 棉潛在致癌、致纖維化的能力還存在爭議。
溫石棉的致癌和致纖維化機制
溫石棉同其他種類石棉的致病機制大致相同，其危害來自加工時產生的粉塵纖維。這些細小的纖維通 過呼吸進入肺內，大部分經呼吸道的廓清體系（黏液纖毛廓清機制和有效的咳嗽）排出體外，如果不能排出， 可被肺泡巨噬細胞所吞噬或穿透上皮細胞而進入肺間 質，從而在體內持續停留很長時間。滯留的溫石棉纖維引發炎症反應和氧化應激反應，這是石棉致細胞損傷的重要機制。目前溫石棉致纖維化和致癌的機制 仍未充分闡明，主要認為包含以下機制 ：
1）機械損 傷：溫石棉多數以元纖維的形態侵入人體，這類纖維為結晶態，銳利並有尖刺，可以刺破肺泡上皮細胞和胸膜 間皮細胞，對染色體和 DNA 造成機械干擾和損傷，導致肺癌和間皮瘤發生。
2）自由基和細胞因子介導的損傷：溫石棉纖維基於自身的化學特性和通過激活肺泡巨噬細胞，可以誘導過氧化氫、超氧化物陰離子 和氫氧根離子等活性氧的產生，導致 DNA 損傷和纖維化。一方面溫石棉纖維表面存在的不飽和 O-Si-O、 Si-O-Si 和 Mg-O 鍵等，具有很強的表面活性，含氧自 由基引起細胞膜自由基的鏈式反應；另一方面溫石棉 還可通過刺激巨噬細胞發生呼吸爆發及崩解死亡，釋 放一系列溶酶體酶、炎性細胞因子及活性氧自由基。在 兩種機製作用下，細胞膜上多聚不飽和脂肪酸發生脂 質過氧化反應，引起細胞和基質損傷。溫石棉纖維通過 對巨噬細胞和成纖維細胞的細胞膜的脂質過氧化作 用，引起細胞和基質成分損傷，促進成纖維細胞增殖和 膠原合成，導致整個肺泡結構單位破壞，形成不可逆的 纖維化，即石棉肺等肺部纖維化疾病。溫石棉纖維所致遺傳毒性早期改變主要通過 DNA 損傷和染色體 改變途徑。在 DNA 層面，主要通過 DNA 單鏈、雙鏈斷 裂、氧化損傷等途徑引起細胞致突變性。在染色體層 面，主要通過使染色體或染色體單體發生斷裂、缺失、 倒位以及姐妹染色體單體互換等，引起染色體畸變或 數目改變，從而產生致突變作用。
3）原癌基因激活 和抑癌基因失活：溫石棉可以改變細胞信號傳導系統， 激活原癌基因並導致抑癌基因失活，進而影響細胞的 增殖和分化，引起肺癌和間皮瘤的發生。
溫石棉致病性的影響因素
濃度對溫石棉致病性的影響
國內外研究認為作業環境空氣中溫石棉粉塵質量 濃度（以下簡稱濃度）與石棉肺發病有明顯的劑量反 應關係，它在空氣中的含量必須達到一定程度，才 會對人體健康造成危害。各研究分別按 1% ～ 3% 石棉肺患病率、30 ～ 40 年工作年限計算，預測石棉粉 塵容許濃度應低於 2.71 ～ 3.90 mg/m3 或石棉纖維容許 濃度應低於 1.15 ～2.00 f/mL（f 為纖維根數），說明 中國現行工作場所石棉粉塵職業接觸限值 0.8 mg/m3 或 0.8 f/mL 是合理的，溫石棉纖維的濃度可以被控制 在安全範圍內。同時也有學者認為在溫石棉接觸水平 低的人群中一直觀察到致癌風險的增加，因此溫石棉沒有一定的安全閾值。這是部分研究人員認為溫石棉沒 有安全閾值的原因。
形態對溫石棉致病性的影響
纖維尺寸影響生物殘存性，進而影響肺的呼吸、沉 淀和清除。主要從兩個方面考慮尺寸的影響：
1）纖維 是否可吸入；
2）如果它處於可吸入的尺寸，吸入肺後 仍需考慮纖維尺寸的影響。大多數溫石棉纖維和粉塵 可被氣管—支氣管樹的黏液逐步向上運移並隨咳嗽排 出，據病理學標本電鏡檢測，肺部沒有發現過長度大於 200 μm 的纖維，多數短於 50 μm。進入肺部後，尺寸 很短的纖維，尤其那些短於 5 μm 的纖維和粉塵，能夠 被巨噬細胞完全吞噬，通過類似非纖維顆粒物的清除 機制被清除，較長的纖維不能被巨噬細胞完全吞沒，長 時間存在肺內將導致疾病。而更長的，長於 20 μm 的溫石棉纖維可以迅速從肺部被清除，不轉移到胸膜 腔，不啟動纖維誘發的反應。特別短的可以吞食溶解， 比較長的可被清除，致病的纖維集中於中間長度。對人 體致癌危險性最大的石棉纖維是長度大於 5 ～ 8 μm、直 徑小於 1.5 μm 或大於 0. 25 μm 的纖維。
除了長度，纖維形狀也影響其致病性。角閃石石棉 纖維是鏈狀結構，而溫石棉纖維是一種褶皺型的或是 捲成空心小卷的頁矽酸鹽，捲曲的纖維形狀不易於吸入呼吸道。此外，薄而短的纖維質量更小，比厚而長 的纖維在空氣中懸浮的時間更長。而大多數的石棉纖 維比目前正在開發的新的納米纖維更厚，說明其懸浮 時間更短，吸入可能性更小。
可溶性與溫石棉致病性的影響
在肺內沉積時，一些纖維能夠直接完全溶解，另一 些纖維不能溶解，但可以斷裂成短片後被成功吞噬和 清除。可溶性高的纖維表現較低的致病性，而可溶性不 佳的纖維致病性較強。溫石棉可以被強酸（比如巨噬 細胞吞噬時產生的酸）分解，有更好的可溶解性以及更 小的生物殘存性，這將減低其對身體的致病性。而角閃 石類石棉更頑固，在多數情況下都不會被破壞，因此有 較強的致癌性。 溫石棉是一種片狀矽酸鹽，呈薄層而捲曲的形態， 約 0.8 nm 厚，是由鎂和二氧化矽組成的夾層結構。肺 巨噬細胞提供的酸性環境可以快速破壞這種片狀結 構，將溫石棉纖維分解成小片，隨後這些碎片可以很容 易地從肺部清除。
角閃石類石棉是實心棒狀雙鏈的四面體矽酸鹽纖 維，這使得它非常結實耐用。角閃石類石 棉晶體結構的外表面像石英一樣，並且具有類似石英 的耐化學性。角閃石類石棉纖維在任何 pH 值下都不 會溶解。
吸菸對溫石棉致病性的影響
菸草和石棉都是國際抗癌聯盟（IARC）宣布的人 類致癌物，吸菸會對溫石棉接觸者肺癌的發生起協同 作用。吸菸降低機體清除溫石棉纖維和粉塵的功 能，使石棉塵易沉積於呼吸系統中，同時煙溶液抑制了 巨噬細胞的吞噬功能，使巨噬細胞不能有效地防禦侵 襲，從而使溫石棉直接作用於靶細胞，加劇自由基的生 成，進而導致 DNA 損傷，產生更為嚴重的損害。有 調查表明，不接觸溫石棉的吸菸者肺癌相對危險度 （RR）為 26，不吸菸的溫石棉接觸者肺癌 RR 為 12.2， 而接觸溫石棉的吸菸者肺癌 RR 高達 32.1，吸菸和溫 石棉接觸協同指數為 2.2。
降低溫石棉致病性的研究
有研究發現經檸檬酸鋁、混合稀土或亞硒酸鈉 3 種化合物預處理的溫石棉纖維表面元素的構成和含量 均發生變化，導致相比未預處理的溫石棉，該類溫石棉 作用於細胞時，細胞的酸性磷酸酶活性降低，人胚肺細 胞存活率提高及超微結構改變，癌基因轉錄水平降低， 最終減輕了溫石棉的細胞毒性。另有研究發現大 蒜提取物能有效減少溫石棉對外周血淋巴細胞的基因 毒性。
溫石棉所致職業性腫瘤流行病學研究
國內大量流行病學調查研究提示溫石棉粉塵在接 觸濃度超標條件下具有顯著的致病性。
對重慶石棉廠 接觸純溫石棉工人的 25 年縱向佇列研究顯示，生料間和紡織間的粉塵濃度分別為 7.6 f/mL 和 4.5 f/mL，接塵組的肺癌發病率是不接塵組的 8.1 倍。對中國另一大 型石棉廠 515 名單純接觸溫石棉的工人進行 27 年的 追蹤研究發現，其 20 世紀 60 年代前溫石棉粉塵平均濃 度為 146.2 mg/m3 ，20 世紀 90 年代後降低到 10 mg/m3 ，單 純接觸溫石棉工人的肺癌發生率顯著超高（P < 0.05）。
另有長達 41 年調查浙江家庭溫石棉手工紡織業的研 究發現，其 20 世紀 60 年代作業環境的溫石棉粉塵濃 度 38.00 ～ 73.00 mg/m3 ，20 世紀 70 年代降低到平均為 1.25 mg/m3 ，但仍超標，作業女工 5 681 人中累計死亡 858 例，其中 213 人死於癌症，肺癌居首位（87 例，占 40.85%），肺癌標準化死亡比 3.88，明顯高於當地女性 年齡別標準化死亡比。對某大型溫石棉礦研究發現， 接觸溫石棉可以提高礦工肺癌、石棉肺等疾病的死亡 率。 而國外研究認為，低於限值濃度的溫石棉纖維粉 塵不會造成健康風險。毒理學博士 David Bernstein 的研究表明，溫石棉和角閃石在動力和病理上都存在差異，其他類似研究也展示出對溫石棉的低程度接觸不 會導致可被檢測的安全風險。
有證據表明，高濃度 和長時間接觸溫石棉可以產生肺癌，低濃度溫石棉不 存在可檢測的健康風險，即使短時間接觸高濃度溫石 棉，發生健康風險的機率也不高。希臘持續 39 年的 關於接觸純溫石棉的水泥工人的研究表明，對純淨溫 石棉在允許範圍內的職業接觸與肺癌以及間皮瘤的 顯著增長無關。而有巴西的研究發現，減少石棉接 觸可以顯著降低石棉肺、實質和/或良性胸膜疾病的 發病率。
溫石棉同角閃石類石棉致病性差異的流行病
溫石棉和角閃石石棉在吸入毒性和致病性上存在 差異。David Bernstein 認為，在化學特性和礦物學特性 方面，溫石棉與其他角閃石石棉差異明顯，可以從肺中 更快速地被清除。
6 箇中歐、東歐國家和英國的多中 心對照研究發現，職業接觸石棉似乎並不促進男性肺 癌的發病，溫石棉誘發肺癌的機率小於溫石棉合併角 閃石石棉。另有研究計數 133 名間皮瘤患者和 262 名肺癌患者的肺組織標本中長度超過 5 μm 的石棉纖 維數目，發現溫石棉纖維僅占 2%。英國健康安全理 事會的研究表明溫石棉和其他兩類角閃石石棉在間皮 瘤風險上的差異為 1∶100∶500。總結 71 個石棉群體的 廣泛的流行病學研究表明，沒有任何證據支持未被角 閃石污染的溫石棉會導致間皮瘤的這種假設。
溫石棉致病機制的研究方向及展望
溫石棉致癌和致纖維化的機制十分複雜，至今仍 存在很多尚未研究清楚之處。比如溫石棉在細胞信號 傳導層面的完整致病機制如何；不同產地的溫石棉成 分有所不同，對溫石棉的致病性影響如何；溫石棉同時 具有致癌性和致纖維化性，溫石棉有哪些較其他致癌 物或致纖維化物質不同之處；在細胞層面，溫石棉和其 他種類石棉的致病機制存在哪些區別；是否存在有效 降低溫石棉致病性的方法及其套用等。對溫石棉致病 機制、影響因素及降低毒性方法的完整研究，可以幫助 人們更全面地認識溫石棉的危害，並在此基礎上研發 適宜的防護措施和防護手段，以更安全、健康地套用溫 石棉。
