La inhalación es una ruta importante de exposición que ocurre cuando un individuo respira aire contaminado que ingresa al tracto respiratorio. La identificación de la absorción de contaminantes por el sistema respiratorio puede determinar cómo la exposición resultante contribuye a la dosis . De esta manera, el mecanismo de absorción de contaminantes por el sistema respiratorio puede utilizarse para predecir posibles impactos en la salud de la población humana. [1]
Comúnmente se entiende que la exposición es la concentración del contaminante transportado por el aire en el límite de la boca y la nariz. Las concentraciones al aire libre a menudo se miden en sitios fijos o se estiman con modelos. La fracción de esta concentración ambiental que inhala una persona depende principalmente de su ubicación (interior o exterior), la distancia a las fuentes de contaminación y su ventilación mínima . Tradicionalmente, la exposición se estima en función de las concentraciones al aire libre en la dirección residencial. Los viajes a otros lugares y el nivel de actividad física se pasan por alto en su mayoría, aunque algunos estudios recientes han intentado utilizar sensores portátiles y portátiles. [2]
La dosis de ingesta es la masa del contaminante que cruza el límite de contacto y es inhalada por el individuo. Parte de este contaminante se exhala y la fracción que es absorbida por el sistema respiratorio se conoce como dosis absorbida . Una parte del contaminante también puede expulsarse al estornudar, toser, escupir o tragar. El resto del contaminante que se transporta a través de la capa líquida, entrando en contacto con los tejidos del tracto respiratorio es la fracción de biodisponibilidad , denominada dosis efectiva.
En 1970, las Enmiendas a la Ley de Aire Limpio establecieron seis criterios para los contaminantes del aire que son actualizados periódicamente por los Estándares Nacionales de Calidad del Aire Ambiental (NAAQS) y la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. (USEPA). Los seis contaminantes criterio se identificaron basándose en el conocimiento científico de los efectos sobre la salud causados por los contaminantes. Los seis criterios son los siguientes: partículas (PM), óxido de nitrógeno NO
2, ozono O
3, dióxido de azufre SO
2, monóxido de carbono (CO) e hidrocarburos distintos del metano (NHMC). Las partículas en suspensión (PM) se dividen en dos tamaños, PM 10 , que se denomina PM inhalable, y PM 2,5 , que se denomina PM fino.
La difusión de O
2del aire en los pulmones al torrente sanguíneo y la difusión de CO
2desde el torrente sanguíneo hasta los pulmones es una parte esencial de la respiración humana. La absorción y difusión de gases es un proceso bidireccional. Una vez que los gases se absorben en la capa de moco o surfactante, los gases disueltos pueden desorberse nuevamente al aire en los pulmones. Los gases pueden difundirse en cualquier dirección dependiendo del gradiente de concentración entre las dos capas. Los gases pueden reaccionar químicamente durante el transporte al torrente sanguíneo.
Estimaciones de la resistencia del moco y tejido gaseoso en los bronquiolos terminales al SO
2, Oh
2, y CO muestran que SO
2tiene la absorción más rápida debido a su alta solubilidad acuosa y muy baja resistencia de las capas de moco y tejido. El ozono y el CO tienen menores solubilidades acuosas y mayor resistencia a la transferencia de masa. El ozono es el más reactivo y reduce la transferencia de masa a los tejidos y la sangre. El CO tiene la absorción más lenta y la mayor resistencia en los bronquiolos terminales.
La deposición de partículas contaminantes en los pulmones es necesaria antes de que las partículas puedan viajar a través del moco hasta el tejido pulmonar. Hay cuatro mecanismos de deposición: interceptación, impactación, sedimentación gravitacional y difusión browniana. La interceptación ocurre cuando se elimina una partícula después de rozar un obstáculo. La impactación ocurre cuando la partícula choca contra la superficie del tracto respiratorio debido a la alta inercia. La sedimentación gravitacional está influenciada por la fuerza de gravedad que hace que la partícula se deposite en el tracto respiratorio. El movimiento browniano provoca la colisión aleatoria de las moléculas de gas contra la partícula, hasta que la partícula ingresa al tracto respiratorio.
La predicción de la ubicación de la deposición de partículas en el tracto respiratorio depende del tamaño y tipo de partícula. Las partículas gruesas, procedentes de fuentes naturales como polvo, arena y grava, tienden a depositarse en la región nasofaríngea. Las partículas finas, derivadas de fuentes antropogénicas como los combustibles fósiles y el tabaco, normalmente se depositan en la región pulmonar. La mayor parte del intercambio gaseoso se produce en la región pulmonar debido a los alvéolos , que contienen una gran superficie.
Los científicos han identificado una correlación positiva entre las concentraciones de partículas como factor causante de enfermedades respiratorias y cardiovasculares. Las partículas también pueden ser responsables de hasta 20.000 muertes al año y de la exacerbación del asma. La cuantificación de la dosis, la determinación del número total de partículas depositadas en la región pulmonar, el área de superficie de las partículas, la acidez de las partículas y la forma son importantes para determinar los impactos en la salud. Una superficie más grande hará que haya más toxinas disponibles para su absorción en el moco. Las partículas como el amianto tienen la capacidad de quedar atrapadas permanentemente en los alvéolos y provocar cáncer en algunos casos.
Las partículas solubles pueden ser muy perjudiciales para el tracto respiratorio debido a su capacidad para disolverse en la mucosidad o la capa de surfactante. Esto puede irritar los tejidos al cambiar el pH y transportarse al resto del cuerpo o al tracto gastrointestinal. Las partículas insolubles, como las partículas de plomo, se depositan en la región nasofaríngea y pueden eliminarse soplando, estornudado o escupiendo. Sin embargo, tragar puede hacer que las partículas se depositen en el tracto gastrointestinal. Las partículas en la región traqueobronquial pueden ser eliminadas por los cilios , que moverán las partículas hacia el moco. Las partículas insolubles que ingresan a la región pulmonar provocan hinchazón de los alvéolos, tos y dificultad para respirar.
El monóxido de carbono es un gas relativamente no reactivo con solubilidad limitada. Los niveles elevados de CO se acumulan en la región pulmonar durante varias horas y se equilibran con las concentraciones de CO inhalado. La exposición al monóxido de carbono es peligrosa debido a su naturaleza tóxica e inodoro. Dado que el gas tarda en acumularse en la región pulmonar, una concentración inhalada de 600 ppm provocaría dolor de cabeza y reduciría la capacidad mental en una hora, sin ningún otro síntoma. Con el tiempo, la sustancia induciría un coma. El equilibrio de CO en la sangre se alcanza entre 6 y 8 horas de exposición a una concentración constante en el aire.
Un nivel básico de carboxihemoglobina (COHb) está contenido en la sangre debido a pequeñas cantidades de CO como subproducto en el cuerpo. La cantidad total de COHb presente en el cuerpo es equivalente al nivel inicial de COHb además del nivel exógeno de COHb.
[COHb] total = [COHb] bas + [COHb] exo
Los métodos para reducir la exposición a los riesgos de inhalación se pueden resumir en la Jerarquía de Controles creada por el Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH). Este sistema incluye 5 pasos; Eliminación, Sustitución, Controles de Ingeniería, Controles Administrativos y Equipos de Protección Personal. En este orden, se corresponden con su efectividad siendo la Eliminación la más efectiva y los Equipos de Protección Personal los menos efectivos. [3]
Para resumir cada elemento:
Eliminación: Elimina el peligro por completo.
Sustitución: Reemplazar el peligro por otro diferente de naturaleza menos peligrosa.
Controles de ingeniería : Métodos empleados para aislar el peligro de los trabajadores de las personas cercanas.
Controles administrativos : alterar la forma en que se realiza el trabajo para reducir la cantidad, el tiempo, la gravedad, etc.
Equipo de Protección Personal : Las prendas y prendas de vestir que se usan para proteger contra la exposición directa.
Cada uno de estos métodos de control se puede emplear para limitar la exposición por inhalación a sustancias químicas y partículas de diversas maneras. A continuación se muestran algunos métodos comunes. Una nota importante a continuación es que existen muchos otros métodos, estrategias, sistemas, etc. que se pueden utilizar en diversas industrias y lugares de trabajo que pueden no estar enumerados.
La eliminación se puede aplicar a las exposiciones por inhalación simplemente eliminando la fuente de los gases contaminantes. Un ejemplo de esto se puede ver cuando se "retira" por completo cualquier tipo de vehículo de un lugar de trabajo para eliminar la producción de gases contaminantes provenientes de la quema de combustibles fósiles.
La sustitución se puede aplicar reemplazando la fuente de gases contaminantes por otras que produzcan menos o menos subproductos dañinos. Un ejemplo de esto se puede ver cuando los vehículos eléctricos se utilizan para "reemplazar" a sus homólogos que queman combustibles fósiles en el lugar de trabajo.
Los controles de ingeniería se pueden ver con la instalación e implementación de "herramientas y equipos" para eliminar productos dañinos creados por diversos procesos. Esto se puede hacer con sistemas de extracción de humos instalados para extraer gases contaminantes de la atmósfera. A menudo esto se combina con un sistema que suministra aire fresco al medio ambiente.
Se pueden emplear controles administrativos para reducir la exposición a la inhalación, a menudo mediante métodos para que los trabajadores solo realicen sus tareas de una manera determinada. A menudo esto se hace a través de la educación y la capacitación que se brinda a los trabajadores/empleados.
El equipo de protección personal se puede utilizar a través de "artículos que se usan", como un aparato de respiración autónomo (SCBA) [4] como prenda para proteger a un trabajador de la exposición a atmósferas que pueden causar enfermedad o muerte. Estos se utilizan a menudo en entornos que son inmediatamente peligrosos para la vida y la salud, o IDLH. [4]
Las atmósferas IDLH ocurren donde la contaminación de gases contaminantes crea un ambiente donde las personas resultarían gravemente heridas o morirían sin la protección respiratoria adecuada. [5] Los gases contaminantes que dañan el sistema respiratorio, como CO ( monóxido de carbono ), CO2 ( dióxido de carbono ) y HCN ( cianuro de hidrógeno ), entre muchos otros, pueden crear entornos potencialmente letales en las concentraciones adecuadas. Todos los gases contaminantes tienen características únicas en términos de concentraciones de IDLH, efectos secundarios y naturaleza cancerígena, [6] entre otros rasgos. A menudo, las atmósferas IDLH carecen del oxígeno necesario para sustentar la vida humana. Esto ocurre a menudo debido a gases asfixiantes [7] como el CO2 que desplazan el oxígeno del entorno por debajo de un nivel que un individuo puede inhalar de forma segura.
Debido a la naturaleza extremadamente peligrosa de los entornos IDLH, a menudo se evitan de todas las formas posibles. Desafortunadamente, las atmósferas IDLH se pueden crear de diversas maneras con muchos tipos de productos químicos y gases contaminantes. Esto ha llevado a muchas organizaciones y agencias, en particular a los departamentos de bomberos y al personal del servicio de bomberos, a adoptar aparatos de respiración autónomos para trabajar de forma segura en estas atmósferas.
Las concentraciones de atmósferas IDLH se miden en partes por millón (ppm). Partes por millón detalla la cantidad de producto químico que se necesita en proporción al aire para crear una atmósfera IDLH. Por ejemplo, un valor IDLH de 4 ppm significa que sólo se necesitan 4 galones de la sustancia química por cada 1.000.000 de galones de aire para crear una atmósfera que sea IDLH. Los valores más bajos de ppm de IDLH corresponden a una menor cantidad de sustancia química necesaria para crear una atmósfera IDLH. Por el contrario, un valor de ppm IDLH más alto corresponde a una mayor cantidad de sustancia química necesaria para crear una atmósfera IDLH. Cualquier cantidad de estas sustancias químicas igual o superior a estos valores IDLH crea un entorno inadecuado para la supervivencia humana o inmediatamente peligroso para la vida y la salud (IDLH). Estos valores pueden variar mucho dependiendo de las sustancias químicas involucradas y sus características. Por ejemplo, el hexafluoruro de telurio tiene un valor IDLH de solo 1 ppm, mientras que el alcohol metílico tiene un valor IDLH de 6000 ppm. [8] En otras palabras, el alcohol metílico es 6.000 veces menos potente que el hexafluoruro de telurio, ya que se necesita 6.000 veces más para crear una atmósfera IDLH.
Un espacio confinado es un área que tiene medios de salida restringidos y no está construida para soportar la ocupación. Debido a esto, requieren permisos para que los trabajadores realicen tareas dentro de ellos. [9] La naturaleza pequeña y privada de ventilación de estas áreas a menudo crea una acumulación de gases en su interior. A menudo, se trata de gases que son más densos que el aire y se depositan naturalmente en zonas bajas. Estos incluyen, entre otros, propano, sulfuro de hidrógeno, dióxido de azufre y dióxido de carbono. Aunque a menudo los gases más densos se depositan en estas áreas, también se pueden acumular gases más ligeros como el metano (que a menudo se encuentra en las alcantarillas).
Debido a la posible acumulación de estos gases, a menudo se bombea aire fresco al área para ayudar a expulsar estos gases de un equipo colocado en el exterior. Con esto, a menudo se emplean sistemas de monitoreo atmosférico para ayudar a comprender mejor las concentraciones de oxígeno y la exposición a gases tóxicos o venenosos. Estos sistemas ayudan a los trabajadores a determinar la cantidad necesaria de equipo de protección personal u otros métodos de control necesarios para mitigar la exposición.
Los espacios confinados vienen en muchas variedades. Como se mencionó anteriormente, cualquier área con medios de salida restringidos y que no esté destinada a soportar la ocupación puede ser un espacio confinado. Esto incluye áreas como alcantarillas, silos, tolvas, contenedores de almacenamiento, túneles, etc.
Estos gases contaminantes generalmente pueden describirse como gases y sustancias químicas que pueden provocar cáncer u otros efectos crónicos en la salud cuando las personas se exponen a ellos. Los contaminantes cancerígenos comunes incluyen formaldehído , tetracloruro de carbono , acetaldehído , benceno , 1,3-butadieno , naftaleno , compuestos de arsénico , compuestos de cromo , PAHPOM y tetracloroetileno , entre otros. Estos químicos pueden causar cánceres en las estructuras maxilofaciales , el sistema respiratorio y/o el hígado. Como ocurre con todos los productos químicos y gases, la cantidad de exposición es importante para comprender sus peligros. Algunas sustancias químicas tienen propiedades cancerígenas graves incluso en concentraciones rápidas y muy bajas, mientras que otras requieren una exposición frecuente e intensa para observar problemas relacionados con el cáncer. Independientemente de los productos químicos cancerígenos, se deben realizar investigaciones adecuadas de acuerdo con las regulaciones para limitar la exposición. [10]
En Estados Unidos, muchos niveles de gobierno y agencias reconocen la gravedad de los gases contaminantes, los carcinógenos, la exposición a sustancias químicas y los efectos que pueden causar. Estos grupos a menudo aprueban leyes para eliminarlos de los productos y procesos de consumo para reducir el potencial de exposición. Algunas de las agencias que investigan y/o regulan sustancias químicas incluyen OSHA, [11] NIOSH, [12] y CDC, [13] por nombrar algunas, junto con muchas otras organizaciones estatales y profesionales.
La Administración de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA) es una agencia reguladora que crea estándares a nivel federal para gases contaminantes, entre muchos otros temas relacionados con la salud y la seguridad. Hacen cumplir estos estándares a través de inspecciones de rutina basadas en el nivel de severidad. Algunos estados de EE. UU. tienen sus propias agencias similares a OSHA, que deben exceder los estándares de OSHA federal. [11]
El Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) es una organización que investiga y realiza experimentos sobre gases contaminantes, además de muchos temas relacionados con la salud y la seguridad. A diferencia de OSHA, no son reguladores y, a menudo, hacen recomendaciones sobre las mejores prácticas. [12]
Los Centros para el Control de Enfermedades son una organización que trabaja para apoyar a las comunidades y a los ciudadanos con su salud y seguridad en relación con enfermedades de diversos niveles de gravedad. Si bien los CDC a menudo trabajan contra la propagación de enfermedades como el COVID-19, también trabajan para comprender y mitigar mejor los impactos de la calidad del aire y los problemas relacionados con la contaminación. [13]
Los departamentos de trabajo estatales son una fuente común de regulación más localizada y específica de la inhalación. Estos departamentos a menudo pueden ser aprobados por OSHA, siempre que estos programas excedan los estándares establecidos por OSHA federal. Los programas estatales aprobados por OSHA existen en 22 estados (uno de los cuales es el territorio estadounidense de Puerto Rico) y llevan a cabo gran parte de la misma función con respecto a inspecciones e investigaciones, e incluso trabajan en asuntos legales. [14] Estos programas vienen en dos versiones principales. Ellos son; programas estatales que se aplican tanto a trabajadores gubernamentales como no gubernamentales, y programas estatales que se aplican únicamente a trabajadores y lugares de trabajo gubernamentales. [15]
La American Lung Association es una organización que se especializa en enfermedades pulmonares y respiratorias. Esta organización realiza investigaciones además de educación y promoción en los diversos eventos que organiza. [dieciséis]
Las Hojas de datos de seguridad (SDS), o Hojas de datos de seguridad de materiales (MSDS), como también se las conoce, son documentos que detallan información relacionada con la salud y la seguridad de un químico o sustancia. Entre la información amplia contenida en las SDS se encuentran secciones sobre inhalación y exposición respiratoria. Esta información describe medidas de primeros auxilios, parámetros de control (límites de exposición en ppm), equipos de protección personal, efectos secundarios de la exposición e información ecológica, entre otros temas. La sección "Medidas de primeros auxilios" detalla lo que debe hacer una persona afectada por la sustancia química para reducir las lesiones o enfermedades derivadas de la exposición. La sección "Parámetros de control" detalla los límites de exposición, a menudo en ppm, a la que una persona puede estar expuesta antes de sufrir una lesión o enfermedad. La sección "Equipo de protección personal" (EPP) describe qué prendas se deben usar para mitigar la exposición al químico. Las secciones "Toxicológicas" o "Información adicional" detallan los efectos secundarios que una persona probablemente experimentaría debido a la exposición. La última sección relevante a la exposición por inhalación es la de "Información ecológica", que detalla cómo el producto químico afecta al medio ambiente. Debido a la naturaleza diversa de los productos químicos, la profundidad y el alcance de estas secciones pueden variar mucho. [17]
Los documentos SDS deben cumplir con la Norma de comunicación de riesgos de OSHA 29 CFR 1910.1200. Esta norma fue creada por OSHA como una forma de informar a los trabajadores sobre la presencia de materiales y cómo deben interactuar con ellos. Dirigida a materiales y productos químicos potencialmente peligrosos, la norma se aplica también a los gases. En el pasado, (cuando estaban empleados) la comunicación de peligros a menudo se mantenía fuera de la vista y con los empleados de alto nivel, lejos de aquellos inmediatamente afectados por ellos. Comunicar los peligros de los gases ayuda a reducir posibles confusiones sobre las necesidades y prácticas adecuadas sobre los mismos. Esto ayuda a involucrar a los trabajadores en el proceso de seguridad proporcionándoles información. Al comunicar los peligros de los gases presentes al mayor número posible de personas, se reduce la gravedad y la complejidad de los posibles incidentes. Estos documentos se guardan en una carpeta en el sitio para que sean accesibles a todos los trabajadores que quieran o necesiten leer su contenido. [17]