材料簡(jiǎn)介

溫石棉塊體通常為不同色調(diào)的綠色及黃色，也有的為白色。劈分后的絲狀纖維為白色，絲絹光澤；硬度2～2.5；理論密度為2.56g/cm3，化學(xué)成分中類質(zhì)同象代替，決定實(shí)際密度值的大小，F(xiàn)e、Ti、Mn、Ni等元素取代Mg時(shí)，密度偏大，Al、Ti取代Si時(shí)，密度偏小，與纖維管心有無(wú)充填物也有關(guān)系，實(shí)際密度為2.426～2.646 g/cm3。

化學(xué)特性

溫石棉的光學(xué)性質(zhì)

溫石棉的光學(xué)性質(zhì)，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(diào)的綠色，Np為各種色調(diào)的黃色；平行消光，正延性為主。

衍射特征

溫石棉的X射線衍射特征，有兩條強(qiáng)衍射線，d(002)為0.728～0.740nm和d(004)為0.369～0.366nm；另有四條中強(qiáng)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(chǎn)出以2Mc型纖蛇紋石最多，ZORc型正纖蛇紋石少見(jiàn)。

溫石棉的熱效應(yīng)

溫石棉的熱效應(yīng)，在670～730℃區(qū)間出現(xiàn)深而大的放熱效應(yīng)（吸熱谷或脫羥谷）；815～830℃區(qū)間出現(xiàn)矮而窄的放熱效應(yīng)（熱放峰），原礦物結(jié)構(gòu)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(jié)晶程度的溫石棉，主要表現(xiàn)在1100～950cm-1三個(gè)方向的Si—O伸縮振動(dòng)帶及3700～3600cm-1羥基吸收振動(dòng)的差別。

溫石棉的電子顯微像多為空心管狀，其內(nèi)徑一般為6～8nm，外徑為20～50nm。

溫石棉的理論化學(xué)成分

SiO2 43.36%、MgO43.64%、H2O 13%。一般含有Fe2O3、FeO、TiO2、Al2O3、MnO、CaO、K2O、Na2O、Cr2O3、V2O5、NiO、F－、Cl等雜質(zhì)。表明混有磁鐵礦、方解石、白云石、菱鎂礦、水滑石、石英、水鎂石、鉻尖晶石等雜質(zhì)礦物或元素的類質(zhì)同象取代。

物理特性

溫石棉具有多種物理化學(xué)性質(zhì)，劈分性能優(yōu)良，能最大限度地劈分為絲狀體，劈分直徑最小為1～2μm。工業(yè)利用以比表面積為衡量指標(biāo)，一般在5～50m2/g。機(jī)械強(qiáng)度高，抗張強(qiáng)度值為120～350（單位9.8×106Pa）。

其中：高強(qiáng)度纖維大于350，正常強(qiáng)度纖維小于350、大于250，中等強(qiáng)度纖維小于250、大于150，低強(qiáng)度纖維小于150。溫石棉纖維強(qiáng)度優(yōu)于角閃石類石棉及人造碳纖維，與硼纖維和玻璃纖維接近。耐熱性能良好，工業(yè)利用溫度可達(dá)500℃（熱失重率小于1%）。溫石棉耐堿腐蝕性強(qiáng)，堿蝕量為0.46%～0.74%，耐酸腐蝕性差，不如角閃石石棉，酸蝕量一般為55%～58%。隔熱性能和導(dǎo)熱性能好，導(dǎo)熱系數(shù)一般為0.121～0.227W/（m·K）。電絕緣性良好，電阻率ρ一般為0.6×108～4×108Ω·cm。

溫石棉纖維還具有過(guò)濾性[透過(guò)系數(shù)為15%～60%，阻力為0.4×9.8～13.9×9.8Pa]、成膜打漿性、磁性（雙磁化系數(shù)為6×10^-6～10×10^-6cm/g）、電動(dòng)電位（一般e>20mV）等。

開(kāi)發(fā)利用

石棉有致癌性早已為相關(guān)行業(yè)周知，但石棉細(xì)分為溫石棉和閃石棉。經(jīng)中外多位礦物學(xué)、病理學(xué)、毒性學(xué)專家學(xué)者在長(zhǎng)達(dá)2年多的比較試驗(yàn)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(duì)最安全的無(wú)機(jī)纖維材料。自從2004年，瑞士著名的吸入毒物專家、多國(guó)政府毒物學(xué)顧問(wèn)大衛(wèi)·伯恩斯坦博士公布“溫石棉可以安全使用”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果之后，2年來(lái)，中國(guó)、俄羅斯、加拿大、印度、巴西、墨西哥等國(guó)多位礦物學(xué)、病理學(xué)、毒性學(xué)專家，經(jīng)過(guò)各自的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，得出與伯恩斯坦博士完全一致的結(jié)論。

然而，2001年三月WTO做出具有里程碑意義的裁定，認(rèn)為溫石棉既然已被認(rèn)定是致癌物質(zhì)，石棉生產(chǎn)商堅(jiān)持的安全使用極限就不存在。使得WTO的各個(gè)成員國(guó)禁止使用或進(jìn)口如石棉等含致癌物質(zhì)的權(quán)利合法化，也進(jìn)一步確認(rèn)WTO各成員國(guó)有權(quán)認(rèn)為保護(hù)生命和健康比履行貿(mào)易義務(wù)更為重要。

石棉的致癌性早已被學(xué)界所知，但國(guó)內(nèi)行業(yè)，特別是建筑行業(yè)并沒(méi)有禁用，政府雖然規(guī)定了開(kāi)采加工溫石棉必須佩戴防護(hù)用品，但對(duì)于應(yīng)用并沒(méi)有給出相應(yīng)規(guī)范和引導(dǎo)。

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(yáng)起石石棉、直閃石石棉、鐵石棉、透閃石石棉）兩類。中國(guó)石棉資源絕大部分為溫石棉礦，溫石棉 占石棉總產(chǎn)量的95%以上。石棉使用的安全性是礦物工業(yè)產(chǎn)業(yè)一個(gè)具有爭(zhēng)議性的話題。石棉所致職業(yè)病中對(duì)人體危害最嚴(yán)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(qiáng)的是青石棉，對(duì)于溫石棉潛在致癌、致纖維化的能力還存在爭(zhēng)議。

溫石棉的致癌和致纖維化機(jī)制

溫石棉同其他種類石棉的致病機(jī)制大致相同，其危害來(lái)自加工時(shí)產(chǎn)生的粉塵纖維。這些細(xì)小的纖維通過(guò)呼吸進(jìn)入肺內(nèi)，大部分經(jīng)呼吸道的廓清體系（黏液纖毛廓清機(jī)制和有效的咳嗽）排出體外，如果不能排出，可被肺泡巨噬細(xì)胞所吞噬或穿透上皮細(xì)胞而進(jìn)入肺間質(zhì)，從而在體內(nèi)持續(xù)停留很長(zhǎng)時(shí)間。滯留的溫石棉纖維引發(fā)炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激反應(yīng)，這是石棉致細(xì)胞損傷的重要機(jī)制。目前溫石棉致纖維化和致癌的機(jī)制仍未充分闡明，主要認(rèn)為包含以下機(jī)制：

1）機(jī)械損傷：溫石棉多數(shù)以元纖維的形態(tài)侵入人體，這類纖維為結(jié)晶態(tài)，銳利并有尖刺，可以刺破肺泡上皮細(xì)胞和胸膜間皮細(xì)胞，對(duì)染色體和DNA造成機(jī)械干擾和損傷，導(dǎo)致肺癌和間皮瘤發(fā)生。

2）自由基和細(xì)胞因子介導(dǎo)的損傷：溫石棉纖維基于自身的化學(xué)特性和通過(guò)激活肺泡巨噬細(xì)胞，可以誘導(dǎo)過(guò)氧化氫、超氧化物陰離子和氫氧根離子等活性氧的產(chǎn)生，導(dǎo)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(qiáng)的表面活性，含氧自由基引起細(xì)胞膜自由基的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)；另一方面溫石棉還可通過(guò)刺激巨噬細(xì)胞發(fā)生呼吸爆發(fā)及崩解死亡，釋放一系列溶酶體酶、炎性細(xì)胞因子及活性氧自由基。在兩種機(jī)制作用下，細(xì)胞膜上多聚不飽和脂肪酸發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)，引起細(xì)胞和基質(zhì)損傷。溫石棉纖維通過(guò)對(duì)巨噬細(xì)胞和成纖維細(xì)胞的細(xì)胞膜的脂質(zhì)過(guò)氧化作用，引起細(xì)胞和基質(zhì)成分損傷，促進(jìn)成纖維細(xì)胞增殖和 膠原合成，導(dǎo)致整個(gè)肺泡結(jié)構(gòu)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(guò)DNA損傷和染色體改變途徑。在DNA層面，主要通過(guò)DNA單鏈、雙鏈斷裂、氧化損傷等途徑引起細(xì)胞致突變性。在染色體層面，主要通過(guò)使染色體或染色體單體發(fā)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(shù)目改變，從而產(chǎn)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(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)系統(tǒng)，激活原癌基因并導(dǎo)致抑癌基因失活，進(jìn)而影響細(xì)胞的增殖和分化，引起肺癌和間皮瘤的發(fā)生。

溫石棉致病性的影響因素

濃度對(duì)溫石棉致病性的影響

國(guó)內(nèi)外研究認(rèn)為作業(yè)環(huán)境空氣中溫石棉粉塵質(zhì)量濃度（以下簡(jiǎn)稱濃度）與石棉肺發(fā)病有明顯的劑量反應(yīng)關(guān)系，它在空氣中的含量必須達(dá)到一定程度，才會(huì)對(duì)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(jì)算，預(yù)測(cè)石棉粉塵容許濃度應(yīng)低于2.71～3.90mg/m3或石棉纖維容許濃度應(yīng)低于1.15 ～2.00f/mL（f為纖維根數(shù)），說(shuō)明中國(guó)現(xiàn)行工作場(chǎng)所石棉粉塵職業(yè)接觸限值0.8mg/m3或0.8f/mL是合理的，溫石棉纖維的濃度可以被控制在安全范圍內(nèi)。同時(shí)也有學(xué)者認(rèn)為在溫石棉接觸水平低的人群中一直觀察到致癌風(fēng)險(xiǎn)的增加，因此溫石棉沒(méi)有一定的安全閾值。這是部分研究人員認(rèn)為溫石棉沒(méi)有安全閾值的原因。

形態(tài)對(duì)溫石棉致病性的影響

纖維尺寸影響生物殘存性，進(jìn)而影響肺的呼吸、沉淀和清除。主要從兩個(gè)方面考慮尺寸的影響：

1）纖維是否可吸入；

2）如果它處于可吸入的尺寸，吸入肺后仍需考慮纖維尺寸的影響。大多數(shù)溫石棉纖維和粉塵可被氣管—支氣管樹(shù)的黏液逐步向上運(yùn)移并隨咳嗽排出，據(jù)病理學(xué)標(biāo)本電鏡檢測(cè)，肺部沒(méi)有發(fā)現(xiàn)過(guò)長(zhǎng)度大于200μm的纖維，多數(shù)短于50μm。進(jìn)入肺部后，尺寸很短的纖維，尤其那些短于5μm的纖維和粉塵，能夠被巨噬細(xì)胞完全吞噬，通過(guò)類似非纖維顆粒物的清除機(jī)制被清除，較長(zhǎng)的纖維不能被巨噬細(xì)胞完全吞沒(méi)，長(zhǎng)時(shí)間存在肺內(nèi)將導(dǎo)致疾病。而更長(zhǎng)的，長(zhǎng)于20μm的溫石棉纖維可以迅速?gòu)姆尾勘磺宄晦D(zhuǎn)移到胸膜腔，不啟動(dòng)纖維誘發(fā)的反應(yīng)。特別短的可以吞食溶解，比較長(zhǎng)的可被清除，致病的纖維集中于中間長(zhǎng)度。對(duì)人體致癌危險(xiǎn)性最大的石棉纖維是長(zhǎng)度大于5～8μm、直徑小于1.5μm或大于0.25μm的纖維。

除了長(zhǎng)度，纖維形狀也影響其致病性。角閃石石棉纖維是鏈狀結(jié)構(gòu)，而溫石棉纖維是一種褶皺型的或是卷成空心小卷的頁(yè)硅酸鹽，卷曲的纖維形狀不易于吸入呼吸道。此外，薄而短的纖維質(zhì)量更小，比厚而長(zhǎng)的纖維在空氣中懸浮的時(shí)間更長(zhǎng)。而大多數(shù)的石棉纖維比目前正在開(kāi)發(fā)的新的納米纖維更厚，說(shuō)明其懸浮時(shí)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(nèi)沉積時(shí)，一些纖維能夠直接完全溶解，另一些纖維不能溶解，但可以斷裂成短片后被成功吞噬和清除?？扇苄愿叩睦w維表現(xiàn)較低的致病性，而可溶性不佳的纖維致病性較強(qiáng)。溫石棉可以被強(qiáng)酸（比如巨噬細(xì)胞吞噬時(shí)產(chǎn)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(duì)身體的致病性。而角閃石類石棉更頑固，在多數(shù)情況下都不會(huì)被破壞，因此有較強(qiáng)的致癌性。溫石棉是一種片狀硅酸鹽，呈薄層而卷曲的形態(tài)，約0.8nm厚，是由鎂和二氧化硅組成的夾層結(jié)構(gòu)。肺 巨噬細(xì)胞提供的酸性環(huán)境可以快速破壞這種片狀結(jié)構(gòu)，將溫石棉纖維分解成小片，隨后這些碎片可以很容易地從肺部清除。

角閃石類石棉是實(shí)心棒狀雙鏈的四面體硅酸鹽纖維，這使得它非常結(jié)實(shí)耐用。角閃石類石棉晶體結(jié)構(gòu)的外表面像石英一樣，并且具有類似石英的耐化學(xué)性。角閃石類石棉纖維在任何pH值下都不會(huì)溶解。

吸煙對(duì)溫石棉致病性的影響

煙草和石棉都是國(guó)際抗癌聯(lián)盟（IARC）宣布的人類致癌物，吸煙會(huì)對(duì)溫石棉接觸者肺癌的發(fā)生起協(xié)同作用。吸煙降低機(jī)體清除溫石棉纖維和粉塵的功能，使石棉塵易沉積于呼吸系統(tǒng)中，同時(shí)煙溶液抑制了巨噬細(xì)胞的吞噬功能，使巨噬細(xì)胞不能有效地防御侵襲，從而使溫石棉直接作用于靶細(xì)胞，加劇自由基的生成，進(jìn)而導(dǎo)致DNA損傷，產(chǎn)生更為嚴(yán)重的損害。有調(diào)查表明，不接觸溫石棉的吸煙者肺癌相對(duì)危險(xiǎn)度（RR）為26，不吸煙的溫石棉接觸者肺癌RR為12.2，而接觸溫石棉的吸煙者肺癌RR高達(dá)32.1，吸煙和溫石棉接觸協(xié)同指數(shù)為2.2。

降低溫石棉致病性的研究

有研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)檸檬酸鋁、混合稀土或亞硒酸鈉3種化合物預(yù)處理的溫石棉纖維表面元素的構(gòu)成和含量均發(fā)生變化，導(dǎo)致相比未預(yù)處理的溫石棉，該類溫石棉作用于細(xì)胞時(shí)，細(xì)胞的酸性磷酸酶活性降低，人胚肺細(xì)胞存活率提高及超微結(jié)構(gòu)改變，癌基因轉(zhuǎn)錄水平降低，最終減輕了溫石棉的細(xì)胞毒性。另有研究發(fā)現(xiàn)大蒜提取物能有效減少溫石棉對(duì)外周血淋巴細(xì)胞的基因毒性。

溫石棉所致職業(yè)性腫瘤流行病學(xué)研究

國(guó)內(nèi)大量流行病學(xué)調(diào)查研究提示溫石棉粉塵在接觸濃度超標(biāo)條件下具有顯著的致病性。

對(duì)重慶石棉廠接觸純溫石棉工人的25年縱向隊(duì)列研究顯示，生料間和紡織間的粉塵濃度分別為7.6f/mL和4.5f/mL，接塵組的肺癌發(fā)病率是不接塵組的8.1倍。對(duì)中國(guó)另一大型石棉廠515名單純接觸溫石棉的工人進(jìn)行27年的追蹤研究發(fā)現(xiàn)，其20世紀(jì)60年代前溫石棉粉塵平均濃度為146.2mg/m3，20世紀(jì)90年代后降低到10mg/m3，單純接觸溫石棉工人的肺癌發(fā)生率顯著超高（P<0.05）。

另有長(zhǎng)達(dá)41年調(diào)查浙江家庭溫石棉手工紡織業(yè)的研究發(fā)現(xiàn)，其20世紀(jì)60年代作業(yè)環(huán)境的溫石棉粉塵濃度38.00～73.00mg/m3，20世紀(jì)70年代降低到平均為1.25 mg/m3，但仍超標(biāo)，作業(yè)女工5681人中累計(jì)死亡858例，其中213人死于癌癥，肺癌居首位（87例，占40.85%），肺癌標(biāo)準(zhǔn)化死亡比3.88，明顯高于當(dāng)?shù)嘏阅挲g別標(biāo)準(zhǔn)化死亡比。對(duì)某大型溫石棉礦研究發(fā)現(xiàn)，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(guó)外研究認(rèn)為，低于限值濃度的溫石棉纖維粉塵不會(huì)造成健康風(fēng)險(xiǎn)。毒理學(xué)博士David Bernstein的研究表明，溫石棉和角閃石在動(dòng)力和病理上都存在差異，其他類似研究也展示出對(duì)溫石棉的低程度接觸不會(huì)導(dǎo)致可被檢測(cè)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

有證據(jù)表明，高濃度和長(zhǎng)時(shí)間接觸溫石棉可以產(chǎn)生肺癌，低濃度溫石棉不存在可檢測(cè)的健康風(fēng)險(xiǎn)，即使短時(shí)間接觸高濃度溫石棉，發(fā)生健康風(fēng)險(xiǎn)的概率也不高。希臘持續(xù)39年的關(guān)于接觸純溫石棉的水泥工人的研究表明，對(duì)純凈溫石棉在允許范圍內(nèi)的職業(yè)接觸與肺癌以及間皮瘤的顯著增長(zhǎng)無(wú)關(guān)。而有巴西的研究發(fā)現(xiàn)，減少石棉接 觸可以顯著降低石棉肺、實(shí)質(zhì)和/或良性胸膜疾病的發(fā)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(rèn)為，在化學(xué)特性和礦物學(xué)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個(gè)中歐、東歐國(guó)家和英國(guó)的多中心對(duì)照研究發(fā)現(xiàn)，職業(yè)接觸石棉似乎并不促進(jìn)男性肺癌的發(fā)病，溫石棉誘發(fā)肺癌的概率小于溫石棉合并角閃石石棉。另有研究計(jì)數(shù)133名間皮瘤患者和262名肺癌患者的肺組織標(biāo)本中長(zhǎng)度超過(guò)5μm的石棉纖維數(shù)目，發(fā)現(xiàn)溫石棉纖維僅占2%。英國(guó)健康安全理事會(huì)的研究表明溫石棉和其他兩類角閃石石棉在間皮瘤風(fēng)險(xiǎn)上的差異為1∶100∶500?？偨Y(jié)71個(gè)石棉群體的廣泛的流行病學(xué)研究表明，沒(méi)有任何證據(jù)支持未被角閃石污染的溫石棉會(huì)導(dǎo)致間皮瘤的這種假設(shè)。

溫石棉致病機(jī)制的研究方向及展望

溫石棉致癌和致纖維化的機(jī)制十分復(fù)雜，至今仍存在很多尚未研究清楚之處。比如溫石棉在細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)層面的完整致病機(jī)制如何；不同產(chǎn)地的溫石棉成分有所不同，對(duì)溫石棉的致病性影響如何；溫石棉同時(shí)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(zhì)不同之處；在細(xì)胞層面，溫石棉和其他種類石棉的致病機(jī)制存在哪些區(qū)別；是否存在有效降低溫石棉致病性的方法及其應(yīng)用等。對(duì)溫石棉致病機(jī)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(rèn)識(shí)溫石棉的危害，并在此基礎(chǔ)上研發(fā)適宜的防護(hù)措施和防護(hù)手段，以更安全、健康地應(yīng)用溫石棉。