Ochrana před nanočásticemi v pracovním ovzduší

1. Úvod

I přesto, že se to někomu může zdát, nejsou nanočástice (NČ) v ovzduší povětšinou žádnou novinkou. Což v zásadě platí i pro pracovní ovzduší. NČ tu byly, jsou a budou. V ovzduší se můžeme setkávat s koncentracemi NČ od 1*103/cm³ (velmi čisté ovzduší) (1) až po cca 1*107/cm³ (velmi frekventovaná křižovatka) (2). Než budeme pokračovat dále, je ještě zapotřebí si říci, co to NČ vlastně jsou. Velmi zjednodušeně řečeno se jedná o ten nejjemnější prach ve velikosti od 1 do 100 nm. Respektive se jedná o částice, kdy alespoň jeden z rozměrů je menších než 100 nm (3). Pro představu, jeden lidský vlas má tloušťku cca 60 µm, což odpovídá velikosti 60 000 nm. Je tedy zřejmé, že se jedná o velmi malé částice, kdy ty nejmenší jsou na úrovni větších molekul (molekula DNA má velikost kolem 2 nm).

Problém NČ tkví velmi často v tom, že stejná látka se v makrosvětě chová často jinak než v nanosvětě. Zjednodušený princip odlišného chování nanomateriálů spočívá v tom, že fyzikálně chemické vlastnosti pevných látek nejsou stejné uvnitř materiálu a na jeho povrchu. Při zmenšení částic pod 100 nm začínají fyzikálně chemické vlastnosti povrchu převládat nad vlastnostmi daného materiálu a částice se začne chovat, jako by celá byla tvořená jen povrchem. Jeden z nejvýraznějších jevů tohoto procesu je silné zvýšení chemické reaktivity, a tím se předpokládá přímá úměra i vůči toxicitě (1). To je dáno tím, že se zmenšující se velikostí roste víceméně exponenciálně počet molekul nacházejících se na povrchu částice. K tomuto jevu dochází výrazně od velikosti cca 90 nm. Částice o velikosti kolem 100 nm má na svém povrchu cca 1% molekul či atomů, 50 nm jich má na svém povrchu cca 5%, 10 nm jich má na svém povrchu cca 10% a částice kolem 5 nm jich má na svém povrchu již cca 50% (4).

NČ, které se v prostředí kolem nás vyskytují, jsou buď přírodního, nebo antropogenního původu. NČ přírodního původu vznikají třeba při požárech, erupcích sopek, erozí nebo chemickým rozkladem organických látek. NČ antropogenního původu vznikají převážně spalováním (tepelné elektrárny, spalovací motory apod.), dále pak broušením, svařováním nebo také zcela cíleně v laboratořích či ve výrobě.

Výskytu běžně se v životním prostředí nacházejícím NČ a jejich koncentracím jsou živé organismy povětšinou přizpůsobeny. Toto však nemusí platit v případě uměle vytvořených NČ nebo uměle navýšené koncentraci těchto částic. I přesto, nebo spíš právě proto, že v současnosti nemáme dostatek potřebných informací, je potřeba pracovat s principem předběžné opatrnosti. V minulosti tento princip nebyl vždy dodržen. To se negativně projevilo například při použití, z počátku bezpečně vypadajícího, DDT (insekticid) nebo PCB (pesticid) či freonů (používán jako inertní hnací plyn). Z této zkušenosti bychom se měli poučit a k NČ, jakožto doposud neprozkoumanému, bychom se měli stavět obezřetně (5). Dokud se tedy neprokáže bezpečnost uměle tvořených NČ nebo uměle zvýšených koncentracích těchto částic, je vhodné se držet principu předběžné opatrnosti (6).

2. Expozice

Expozice je chápána mj. jako kontakt chemické látky či jiného agens s vnějšími hranicemi živého organismu, při níž dojde k průniku do vnitřních částí organismu. K penetraci může dojít na různých místech, například dýchacím ústrojím, trávicím ústrojím, přes pokožku apod. Lze tedy říci, že expozice je proces, kdy látka překoná vnější bariéru organismu a pronikne do něj a následně pak může dojít k případné intoxikaci (7). V případě pracovního ovzduší je hlavním místem takovéhoto průniku dýchací ústrojí, resp. horní cesty dýchací. Vstupní branou do organismu jsou mj. ústa a nos. Expozice touto cestou je v podstatě jedna z nejproblémovějších, jelikož povrch plic, který je konečnou bariérou mezi vnitřním a vnějším prostředím, je cca 100 m2, navíc v plicích mají buňky nejmenší zábranu v komunikaci mezi vnitřním a vnějším prostředím, díky čemuž dochází k dýchání. V alveolech se totiž deponuje cca třetina NČ, které se dostaly do dýchacího ústrojí (5).

V případě NČ je třeba uvažovat následující faktory (8):

• složka prostředí, ve které se částice nacházejí (tzv. expoziční média – voda, půda, vzduch, biomasa),
• tvar NČ (primárních nebo sekundárních),
• expoziční kontext (pracovníci, uživatelé nebo spotřebitelé),
• dávka NČ, které je organismus potenciálně vystaven,
• doba expozice, tedy jak dlouhou dobu je daný organismus vystaven působení určité dávky výše jmenovaného faktoru.

Uvedené faktory mohou rozhodovat o tom, zda daný nanomateriál pronikne do organismu, kam bude transportován a jaký bude mít vliv na životní pochody exponovaného jedince/zaměstnance.

Ve zde řešené problematice nás zajímají převážně zvýrazněné položky, na které je zapotřebí se zaměřit při provádění rizikové (toxikologické) analýzy, a to v souladu se zákoníkem práce (9), resp. § 101 až 106, a to třeba za použití postupů uvedených v (10), kde jsou uvedeny zásady pro stanovení inhalační expozice chemickým látkám a zásady pro porovnání s limitními hodnotami a také strategie měření. Pro rizikovou analýzu mohou být využity také jednoduše aplikovatelné přístroje, kterými jsou různé čítače částic. I přes jejich nepřesnost se jedná o přístroje, které jsou schopny poskytnout alespoň základní představu o stavu pracovního ovzduší, kdy při známé hustotě převládajících částic v ovzduší můžeme vypočítat také příslušné expoziční hodnoty. Pro takováto měření je možné požádat například Státní zdravotní ústavy, případně Oddělení prevence rizik a ergonomie při Výzkumném ústavu bezpečnosti práce, v. v. i., kde se nachází také jedno ze specializovaných pracovišť.

3. Současný stav právních předpisů

Jak uvádí (5), v brzké době by měla vstoupit v platnost první omezení a regulace vztahující se přímo na nanomateriály a jejich použití. Klíčovým problémem je stále chybějící přesná definice nanomateriálů (24) promítnutá do platné legislativy, z čehož vyplývá skutečnost, že by tak pro tyto materiály neměla platit jiná legislativa než ta, která platí pro chemické látky (viz výše vlastnosti NČ a (1) a (4)).

V rámci Evropské unie platí pro nanomateriály zejména tzv. REACH (11) a CPL (12). V rámci českého práva jsou pak důležité předpisy jako zákon o chemických látkách (13). V souvislosti s pracovním prostředím se pak jedná také o nařízení vlády, kterým se stanoví další podmínky ochrany zdraví při práci (14), či již neplatná vyhláška, kterou se stanoví bližší podmínky hodnocení rizika chemických látek pro zdraví člověka (15).

Doposud není podchycena produkce nanomateriálů a rovněž neplatí žádná omezení či zákazy. To samé platí pro výrobky obsahující další produkty nanotechnologií (5).

Jedním z důvodů, proč je tak složité nalézt společné bezpečnostní standardy, je skutečnost, že se jedná z hlediska chemických a fyzikálních vlastností o nesmírně rozmanité materiály (například na bázi uhlíku, elementárních kovů, jejich oxidů a dalších sloučenin), jejichž možné nežádoucí účinky závisejí na řadě parametrů (16).

Jak již bylo řečeno, je nanomateriál definován jako materiál, který má jeden nebo více externích rozměrů v rozmezí přibližně 1–100 nm (tj. v nanoměřítku), případně materiál, který je nanostrukturován. Jako nanoměřítko je definováno velikostní rozmezí přibližně od 1 do 100 nm. Tato definice striktně vymezuje nanomateriály jedním parametrem, a to jejich velikostí (5).

Současná definice je však stále nedokonalá. To se ukázalo v případě jílového minerálu vermikulitu, který byl těžený v oblasti Libby a obsahoval vysoce nebezpečná azbestiformní vlákna. Tento materiál však nespadal do oficiální definice azbestu, a tudíž se na něj po mnoho let nevztahovala jakákoli omezení (5). Aby se tedy neopakovala stejná chyba v případě nanomateriálů, měli by tvůrci regulačních opatření pracovat se seznamem devíti až deseti atributů, včetně velikosti a povrchu, a určit hraniční hodnoty, kdy daný nanomateriál vykazuje určité specifické chování, které může souviset s jeho potenciálním toxickým působením (17). Otázkou stále zůstává, do jaké míry se musí sledované parametry materiálu změnit, aby jej bylo potřeba podřídit dodatečným směrnicím (5).

V roce 2011 bylo v Evropské unii přijato doporučení týkající se nové definice nanomateriálů, ve kterém jsou zahrnuta i jejich potenciální rizika a nebezpečnost (5). Podle nově navržené definice (18) je nanomateriál přírodním materiálem, materiálem vzniklým jako vedlejší produkt nebo cíleně vyrobeným materiálem obsahujícím částice. Tyto částice jsou ve formě izolovaných částic nebo jejich agregátů / aglomerátů. Padesát nebo více procent částic daného materiálu má jeden nebo více vnějších rozměrů ve velikostním rozmezí od 1 do 100 nm. Definice zahrnuje také fullereny, grafenové vločky a jednostěnné uhlíkové nanotrubice, které často existují v rozměrech pod 1 nm minimálně v 1D.

Přínosným přístupem v případě, kdy víme, že se na řešeném pracovišti mohou vyskytovat NČ, je zvolení přísnějších limitů, než které jsou uvedeny v současně platných právních předpisech. Příkladem může být doporučení britského standardizačního institutu, který doporučuje následující hodnoty (29):

• pro karcinogenní a mutagenní látky a pro látky toxické pro reprodukci 0,1 násobek hodnoty limitu stanovené pro mikrometrické částice téhož materiálu;
• pro nanovlákna 0,01násobek hodnoty limitu stanovené pro mikrometrické částice téhož materiálu;
• pro nerozpustné látky 0,066násobek hodnoty limitu stanovené pro mikrometrické částice téhož materiálu;
• pro rozpustné látky 0,5násobek hodnoty limitu stanovené pro mikrometrické částice téhož materiálu.

4. Výskyt nanočástic v pracovním ovzduší

V pracovním prostředí se v ovzduší můžeme setkat s vláknitými NČ, například v podobě azbestu, i s kulovými a dalšími tvary NČ. Při běžných činnostech byly zjištěny částice zaoblených i ostrých tvarů, a to vznikajících při různorodých činnostech. Pokud se zaměříme na pracovní prostředí, kde nedochází k cílené produkci NČ, můžeme zmínit činnosti jako svařování, broušení dřeva, slévání kovů nebo spalování (19), (20). Při mechanických činnostech, například ve stavebním průmyslu, jako je výroba sypkých stavebních hmot, opracování omítek a podobně nebyla naměřena zvýšená koncentrace NČ (21), (22). Se zvýšenou koncentrací NČ se však v pracovním ovzduší setkáváme také na místech, kde by to mnozí nečekali. Jedná se třeba o prostředí v blízkosti kopírovacích a tiskařských strojů (23). Do budoucna lze očekávat zvýšené koncentrace NČ v pracovním prostředí také jejich stále se zvyšujícímu užití v elektronice, energetice, v mechanických aplikacích, v katalyzátorech a podobně (30).

Nejběžnějšími nekontrolovanými procesy vzniku NČ jsou spalování v dieselových motorech, důlní činnost, svařování a podobně (1), (24). Významným zdrojem běžněji se vyskytujících antropogenních NČ je automobilová doprava (24), (2), s čímž by do budoucna mělo být pracováno například u zaměstnanců údržby dopravních (automobilových) tunelů.

V případě cíleně produkovaných NČ je možné uvést následující oblasti (25):

5. Možnosti ochrany před působením nanočástic vyskytujících se v pracovním ovzduší

Při přípravě na ochranu zaměstnance před působením NČ je nutné pamatovat na to, že o NČ je k dispozici jen velmi málo informací. Chybějí nám informace o velikosti expozice osob a o možném poškození zdraví exponovaných osob, které by byly způsobeny právě vlastnostmi NČ. K expozici zaměstnanců pracujících s cíleně vyráběnými či v prostředí se uměle objevovanými NČ dochází totiž zatím jen po historicky velmi krátkou dobu, ale doba expozice a zvláště počet exponovaných prudce narůstají.

Současným právním problémem je, že hodnocení expozice NČ na pracovištích je ošetřeno pouze pomocí nařízení vlády, kterým se stanoví další podmínky ochrany zdraví při práci (14). Toto nařízení bohužel nezohledňuje, zda se materiál v pracovním prostředí vyskytuje ve formě nanomateriálů. Otázkou tak je, jak na NČ pohlížet. Zda jako na prach nebo jako na chemické látky. A to jako na látky nerozpustné nebo nepatrně rozpustné? Účinek totiž značně závisí na fyzikálních vlastnostech (velikost a tvar částic, měrný povrch a podobně).

Jakým způsobem se tedy postavit ke strategii snižování expozice NČ? Jak už bylo uvedeno, je vzhledem ke stávajícímu stavu poznání toxikologických vlastností NČ nutné dodržovat přístup předběžné opatrnosti. Veškerá manipulace s nanomateriály, stejně jako s prašnými materiály obecně, se musí provádět tak, aby se koncentrace látky snižovala na co nejmenší úroveň, a to například za pomoci odvětrávání či úklidů za pomoci vysávání (s HEPA filtrem). Zametání je nevhodné, jelikož při něm dochází k rozvíření materiálu, a tedy k opětovnému vznosu. V provozech s cíleným výskytem nebo cíleně se vyskytujícími NČ v ovzduší je zametání nadmíru nevhodné. V případě, kdy je jisté, že se pracuje v prostředí se zvýšenými koncentracemi NČ v ovzduší, je potřeba pracovat v odvětrávaných místnostech nebo lépe v digestoři (23). Odsávaný vzduch by měl být filtrován přes HEPA filtry. Z provedených průzkumů je doporučován podtlak v okolí dýchací zóny nebo v pracovních prostorách na úrovni 60 Pa. Odsávání by mělo být schopno provést výměnu vzduchu odpovídající 6 až 12násobku celkového obsahu odvětrávané místnosti za hodinu (23).

Součástí preventivních bezpečnostních opatření jsou také organizační opatření zahrnující dozor nad pracovištěm dobře proškoleným specialistou nebo vedoucím pracovníkem. Dle potřeby by měla mít příslušná pracoviště zavedena kontrolovaná pásma nebo alespoň opatření zamezující přístup nepovolaných a řádně nechráněných osob.

V případě cíleně vyráběných nanomateriálů by měla mít kritická místa označení informující o přítomnosti rizikových látek – nanomateriálů. Práce s vysoce rizikovými NČ se musí vykonávat pouze ve dvojicích (pod dohledem). Pracovní režim musí být rozvržen tak, aby docházelo k expozici jen po nezbytně nutnou dobu. Samozřejmostí je zákaz jídla, žvýkání, kouření a pití na těchto pracovištích včetně uchovávání potravin. Veškeré manipulační plochy musí být vyrobeny z neporézních materiálů umožňujících snadné čištění. V odůvodněných případech je rovněž vhodné přistoupit ke kontinuálnímu monitorování emisí pomocí vhodných zařízení. Jako doporučená limitní hodnota pro množství emisí je uváděn 1 µg/hod. Důležitou součástí preventivních opatření je správně navržený systém neustálého proškolování zaměstnanců v oblasti nanobezpečnosti a nových poznatků z oboru a v právních požadavcích. Náročnost a obsah školení by měly být voleny s ohledem k pracovní pozici jednotlivých zaměstnanců. Součástí pravidelných školení mají být také podrobné informace o bezpečnostních listech používaných látek, o zavedených pracovních postupech a havarijních plánech a přijatá opatření k zamezení požáru a výbuchu (23).

Na pracovištích, kde je riziko ohrožení zdraví vdechovanými NČ, je vhodné stanovit tři bezpečnostní úrovně, které určují použití vhodného prostředku pro ochranu dýchacích cest, například podle stanoveného respiračního faktoru (APF – assigned protection factor) (26). Použití jakéhokoliv typu polomasky předpokládá ověření její těsnosti a dostatečné přilnavosti ke tváři, která je nejslabším místem při používání tohoto ochranného prostředku (23). Ideální je zajistit testování zvoleného ochranného prostředku jak pro dané prostředí, tak pro danou osobu, a to při kontinuálním terénním měření za použití fit faktoru, který se ověřil v praxi (19).

Při úklidu prostředí se znečištěním NČ se doporučuje používat vhodný respirátor vybavený třeba P100 filtrem. Možné je užití vlhké textilie nebo jednorázových ubrousků. Pro volné pracovní plochy a zařízení citlivá na vlhkost se používají elektrostatické čisticí utěrky z mikrovláken. Jako zvlhčovadla je možno použít iso-propanol, vodu nebo jinou vhodnou kapalinu zvolenou dle doporučení nebo podle typu nanomateriálu. Musí se vzít v úvahu možná reakce s kapalinou a následný vznik požáru. Nedoporučuje se uklízení ofoukáváním volných ploch stlačeným vzduchem kvůli možným pyroforickým vlastnostem a také kvůli víření (23).

Pro možnost použití běžně se vyskytujících filtračních materiálů polomasek bylo měřením zjištěno, že při použití filtrační polomasky FFP2 NR může docházet k záchytu od 69,5% (při průtoku 6 l/min) do 98,6% (při průtoku 90 l/min) generovaných NČ, resp. že došlo k takovýmto změnám v množství zachycených NČ v případě měření s použitím filtrační polomasky a bez této polomasky. O poměrně vysokém záchytu pomocí testovaných osobních ochranných pracovních prostředků (OOPP) se zmiňuje také (19). Testování účinnosti však tento autor provádí na základě již zmiňovaného fit faktoru, a to při kontinuálním měření rozdílu koncentrací NČ před OOPP a uvnitř OOPP. Pokusy prováděné v případě (19) jsou prováděny v terénní praxi, pokusy prováděné v rámci tohoto příspěvku byly laboratorní. Zajímavé je, že v obou případech dochází k poměrně vysokému snížení množství NČ měřeného s a bez použití OOPP. Z logiky věci by se dalo předpokládat, že použití postupů podle (19) bude méně účinné – další vlivy dané měřením v praxi. Je tak otázkou, zda je možné srovnávat měření laboratorní s měřením terénním. Zmíněné testování je vyobrazeno na obrázku (Obr. 1).

V současnosti probíhají další testování běžně používaných OOPP. Bylo zjištěno, že účinnost polomasek typu FFP1, FFP2 a FFP3 byla dobrá, resp. že při standardně generovaných NČ ze slabého roztoku NaCl (0,25%) byla za filtrem koncentrace těchto částic na úrovni 2,23*107 (FFP1), 1,88*107 (FFP2) a 1,50*107 (FFP3), kdy průtok pokusnou nádobou byl 8 l/min. Bez použití polomasky byla naměřena koncentrace těchto částic v počtu 5,82*107. Na první pohled se může zdát, že došlo k nízké účinnosti, ale není tomu tak. V případě studované polomasky typu FFP1 došlo k záchytu 62% NČ, v případě polomasky typu FFP2 došlo k záchytu 68% NČ a v případě polomasky typu FFP3 pak došlo k záchytu 74% NČ. Nižší účinnost záchytu než v případě prvního pokusu vyobrazeného na obrázku (Obr. 1) bude pravděpodobně způsobena úpravou metodiky, kterou je potřeba i nadále testovat. Do budoucna tak bude zapotřebí hledat optimální metodu testování OOPP, a to nejen při použití roztoku NaCl, který se v současnosti používá (27), (28). I v tomto případě je však zřejmé, že použité polomasky jsou schopny NČ zachytávat.