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Segunda-feira, 28 fevereiro 2011 23: 59

Efeitos para a saúde de fibras sintéticas

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O uso industrial de vários tipos de fibras artificiais tem aumentado, principalmente desde que foram impostas restrições ao uso de amianto em vista de seus conhecidos riscos à saúde. O potencial de efeitos adversos à saúde relacionados à produção e uso de fibras sintéticas ainda está sendo estudado. Este artigo fornecerá uma visão geral dos princípios gerais sobre o potencial de toxicidade relacionado a essas fibras, uma visão geral dos vários tipos de fibras em produção (conforme listado na tabela 1) e uma atualização sobre os estudos existentes e em andamento de seus possíveis efeitos à saúde .

Tabela 1. Fibras sintéticas

Fibras sintéticas

óxido de alumínio

Carbono/grafite

Kevlar® para-aramida

Fibras de carboneto de silício e
bigodes

  
Fibras vítreas artificiais

Fibras de vidro

 

Lã mineral

 

Fibra cerâmica refratária

Lã de vidro
Filamento de vidro contínuo
Fibra de vidro para uso especial

Lã de rocha
lã de escória

 

Determinantes de Toxicidade

Os principais fatores relacionados ao potencial de toxicidade devido à exposição às fibras são:

  1. dimensão da fibra
  2. durabilidade da fibra e
  3. dose no órgão-alvo.

 

Geralmente, as fibras longas e finas (mas de tamanho respirável) e duráveis ​​têm maior potencial para causar efeitos adversos se entregues aos pulmões em concentração suficiente. A toxicidade da fibra foi correlacionada em estudos de inalação animal de curto prazo com inflamação, citotoxicidade, alteração da função dos macrócitos e biopersistência. O potencial carcinogênico está provavelmente relacionado ao dano do DNA celular por meio da formação de radicais livres de oxigênio, formação de fatores clastogênicos ou segregação incorreta de cromossomos em células em mitose - isoladamente ou em combinação. Fibras de tamanho respirável são aquelas com menos de 3.0 a 3.5 mm de diâmetro e menos de 200 μm de comprimento. De acordo com a “hipótese de Stanton”, o potencial carcinogênico das fibras (conforme determinado por estudos de implantação pleural em animais) está relacionado à sua dimensão (o maior risco está associado a fibras menores que 0.25μm de diâmetro e maiores que 8mm de comprimento) e durabilidade (Stanton et al. 1981). Fibras minerais de ocorrência natural, como o amianto, existem em uma estrutura policristalina que tem propensão a clivar ao longo de planos longitudinais, criando fibras mais finas com maiores proporções de comprimento para largura, que têm um maior potencial de toxicidade. A grande maioria das fibras artificiais são não cristalinas ou amorfas e irão fraturar perpendicularmente ao seu plano longitudinal em fibras mais curtas. Esta é uma diferença importante entre silicatos fibrosos de amianto e não amianto e fibras sintéticas. A durabilidade das fibras depositadas no pulmão depende da capacidade do pulmão de limpar as fibras, bem como das propriedades físicas e químicas das fibras. A durabilidade das fibras artificiais pode ser alterada no processo de produção, de acordo com os requisitos de uso final, por meio da adição de certos estabilizadores como o Al2O3. Devido a esta variabilidade nos constituintes químicos e no tamanho das fibras sintéticas, a sua toxicidade potencial tem de ser avaliada de tipo de fibra para tipo de fibra.

Fibras sintéticas

Fibras de óxido de alumínio

A toxicidade da fibra de óxido de alumínio cristalino foi sugerida por um relato de caso de fibrose pulmonar em um trabalhador empregado na fundição de alumínio por 19 anos (Jederlinic et al. 1990). Sua radiografia de tórax revelou fibrose intersticial. A análise do tecido pulmonar por técnicas de microscopia eletrônica demonstrou 1.3×109 fibras cristalinas por grama de tecido pulmonar seco, ou dez vezes mais fibras do que o número de fibras de amianto encontradas no tecido pulmonar de mineradores de amianto crisotila com asbestose. Mais estudos são necessários para determinar o papel das fibras cristalinas de óxido de alumínio (figura 1) e a fibrose pulmonar. Este relato de caso, no entanto, sugere um potencial para a ocorrência de fibrização quando coexistem condições ambientais adequadas, como aumento do fluxo de ar em materiais fundidos. Tanto a microscopia de luz de contraste de fase quanto a microscopia eletrônica com análise de raios X de dispersão de energia devem ser usadas para identificar potenciais fibras transportadas pelo ar no ambiente de trabalho e em amostras de tecido pulmonar nos casos em que há achados clínicos consistentes com pneumoconiose induzida por fibras.

Figura 1. Micrografia eletrônica de varredura (MEV) de fibras de óxido de alumínio.

RES200F1

Cortesia de T. Hesterberg.

Fibras de carbono/grafite

Fibras de piche carbonáceo, rayon ou poliacrilonitrila aquecidas a 1,200°C formam fibras de carbono amorfo, e quando aquecidas acima de 2,20°C formam fibras de grafite cristalina (figura 2). Aglutinantes de resina podem ser adicionados para aumentar a resistência e permitir a moldagem e usinagem do material. Geralmente, essas fibras possuem diâmetro de 7 a 10μm, mas ocorrem variações de tamanho devido ao processo de fabricação e manipulação mecânica. Compósitos de carbono/grafite são usados ​​nas indústrias de aeronaves, automóveis e artigos esportivos. A exposição a partículas de carbono/grafite de tamanho respirável pode ocorrer durante o processo de fabricação e com manipulação mecânica. Além disso, pequenas quantidades de fibras de tamanho respirável podem ser produzidas quando os compósitos são aquecidos de 900 a 1,10 °C. O conhecimento existente sobre essas fibras é insuficiente para fornecer respostas definitivas quanto ao seu potencial de causar efeitos adversos à saúde. Estudos envolvendo injeção intratraqueal de diferentes pós de compósitos de fibra de grafite em ratos produziram resultados heterogêneos. Três das amostras de poeira testadas produziram toxicidade mínima e duas das amostras produziram toxicidade consistente, manifestada pela citotoxicidade para macrófagos alveolares e diferenças no número total de células recuperadas do pulmão (Martin, Meyer e Luchtel 1989). Efeitos clastogênicos foram observados em estudos de mutagenicidade de fibras à base de piche, mas não de fibras de carbono à base de poliacrilonitrila. Um estudo de dez anos de trabalhadores da produção de fibra de carbono, fabricando fibras de 8 a 10 mm de diâmetro, não revelou nenhuma anormalidade (Jones, Jones e Lyle 1982). Até que mais estudos estejam disponíveis, recomenda-se que a exposição a fibras de carbono/grafite de tamanho respirável seja de 1 fibra/ml (f/ml) ou inferior, e que a exposição a partículas compostas de tamanho respirável seja mantida abaixo do padrão atual de poeira respirável para poeira incômoda.

Figura 2. SEM de fibras de carbono.

RES200F2

Fibras Kevlar para-aramida

Kevlar as fibras de para-aramida têm aproximadamente 12 μm de diâmetro e as fibrilas curvas em forma de fita na superfície das fibras têm menos de 1 mm de largura (figura 3). As fibrilas se desprendem parcialmente das fibras e se entrelaçam com outras fibrilas para formar aglomerados de tamanho não respirável. As propriedades físicas de Kevlar fibras incluem substancial resistência ao calor e resistência à tração. Eles têm muitos usos diferentes, servindo como agente de reforço em plásticos, tecidos e borracha, e como material de fricção de freios de automóveis. A média ponderada no tempo (TWA) de oito horas dos níveis de fibrilas durante a fabricação e aplicações de uso final varia de 0.01 a 0.4 f/ml (Merriman 1989). Níveis muito baixos de Kevlar as fibras de aramida são geradas na poeira quando usadas em materiais de fricção. Os únicos dados disponíveis sobre efeitos na saúde são de estudos em animais. Estudos de inalação em ratos envolvendo períodos de um a dois anos e exposições a fibrilas a 25, 100 e 400 f/ml revelaram bronquiolarização alveolar relacionada à dose. Fibrose leve e alterações fibróticas do ducto alveolar também foram observadas nos níveis de exposição mais elevados. A fibrose pode estar relacionada à sobrecarga dos mecanismos de depuração pulmonar. Um tipo de tumor exclusivo de ratos, tumor cístico de células escamosas queratinizantes, desenvolveu-se em alguns dos animais do estudo (Lee et al. 1988). Estudos de inalação de ratos de curto prazo indicam que as fibrilas têm baixa durabilidade no tecido pulmonar e são rapidamente eliminadas (Warheit et al. 1992). Não há estudos disponíveis sobre os efeitos na saúde humana da exposição a Kevlar fibra de para-aramida. No entanto, tendo em vista a evidência de diminuição da biopersistência e dada a estrutura física de Kevlar, os riscos à saúde devem ser mínimos se as exposições às fibrilas forem mantidas em 0.5 f/ml ou menos, como é o caso agora em aplicações comerciais.

Figura 3. SEM de fibras Kevlar para-aramida.

RES200F5

Fibras e bigodes de carboneto de silício

O carboneto de silício (carborundum) é um material abrasivo e refratário amplamente utilizado, fabricado pela combinação de sílica e carbono a 2,400°C. Fibras e filamentos de carboneto de silício - figura 4 (Harper et al. 1995) - podem ser gerados como subprodutos da fabricação de cristais de carboneto de silício ou podem ser produzidos intencionalmente como fibras policristalinas ou filamentos monocristalinos. As fibras geralmente têm menos de 1 a 2 μm de diâmetro e variam de 3 a 30 μm de comprimento. Os bigodes têm em média 0.5 μm de diâmetro e 10 μm de comprimento. A incorporação de fibras e whiskers de carboneto de silício adiciona resistência a produtos como compósitos com matriz de metal, cerâmica e componentes cerâmicos. A exposição a fibras e filamentos pode ocorrer durante os processos de produção e fabricação e potencialmente durante os processos de usinagem e acabamento. Por exemplo, foi demonstrado que a exposição de curto prazo durante o manuseio de materiais reciclados atinge níveis de até 5 f/ml. A usinagem de compósitos de matriz de metal e cerâmica resultou em concentrações de exposição TWA de oito horas de 0.031 f/ml e até 0.76 f/ml, respectivamente (Scansetti, Piolatto e Botta 1992; Bye 1985).

Figura 4. SEMs de fibras de carboneto de silício (A) e whiskers (B).

A.

RES200F3

B.

RES200F4

Dados existentes de estudos em animais e humanos indicam um potencial fibrogênico definitivo e possível carcinógeno. In vitro estudos de cultura de células de camundongos envolvendo bigodes de carboneto de silício revelaram citotoxicidade igual ou superior à resultante do amianto crocidolita (Johnson et al. 1992; Vaughan et al. 1991). A hiperplasia adenomatosa persistente dos pulmões de ratos foi demonstrada em um estudo de inalação subaguda (Lapin et al. 1991). Estudos de inalação de ovinos envolvendo pó de carboneto de silício revelaram que as partículas eram inertes. No entanto, a exposição a fibras de carboneto de silício resultou em alveolite fibrosante e aumento da atividade de crescimento de fibroblastos (Bégin et al. 1989). Estudos de amostras de tecido pulmonar de trabalhadores da fabricação de carboneto de silício revelaram nódulos silicóticos e corpos ferruginosos e indicaram que as fibras de carboneto de silício são duráveis ​​e podem existir em altas concentrações no parênquima pulmonar. As radiografias de tórax também têm sido consistentes com alterações intersticiais nodulares e irregulares e placas pleurais.

Fibras e bigodes de carboneto de silício são respiráveis ​​em tamanho, duráveis ​​e têm potencial fibrogênico definido no tecido pulmonar. Um fabricante de bigodes de carboneto de silício estabeleceu um padrão interno de 0.2 f/ml como TWA de oito horas (Beaumont 1991). Esta é uma recomendação prudente com base nas informações de saúde atualmente disponíveis.

Fibras vítreas artificiais

Fibras vítreas artificiais (MMVFs) geralmente são classificadas como:

  1. fibra de vidro (lã de vidro ou fibra de vidro, filamento de vidro contínuo e fibra de vidro especial)
  2. lã mineral (lã de rocha e lã de escória) e
  3. fibra cerâmica (fibra têxtil cerâmica e fibra cerâmica refratária).

 

O processo de fabricação começa com a fusão de matérias-primas com posterior resfriamento rápido, resultando na produção de fibras não cristalinas (ou vítreas). Alguns processos de fabricação permitem grandes variações em termos de tamanho de fibra, sendo o limite inferior de 1 mm ou menos de diâmetro (figura 5). Estabilizadores (como Al2O3, TiO2 e ZnO) e modificadores (como MgO, Li2O, BaO, CaO, Na2O e K2O) pode ser adicionado para alterar as propriedades físicas e químicas, como resistência à tração, elasticidade, durabilidade e não transferência térmica.

Figura 5. SEM de lã de escória.

RES200F6

Lã de rocha, fibras de vidro e fibras cerâmicas refratárias são idênticas em aparência.

A fibra de vidro é fabricada a partir de dióxido de silício e várias concentrações de estabilizadores e modificadores. A maior parte da lã de vidro é produzida através do uso de um processo rotativo, resultando em fibras descontínuas de diâmetro médio de 3 a 15 μm com variações de 1 μm ou menos de diâmetro. As fibras de lã de vidro são unidas, mais comumente com resinas fenólicas de formaldeído, e depois submetidas a um processo de polimerização por cura a quente. Outros agentes, incluindo lubrificantes e agentes umectantes, também podem ser adicionados, dependendo do processo de produção. O processo de produção de filamento de vidro contínuo resulta em menor variação do diâmetro médio da fibra em comparação com lã de vidro e fibra de vidro para fins especiais. Fibras contínuas de filamentos de vidro variam de 3 a 25μm de diâmetro. A produção de fibra de vidro para fins especiais envolve um processo de fibrização por atenuação de chama que produz fibras com um diâmetro médio inferior a 3μm.

A produção de lã de escória e lã de rocha envolve a fusão e fibrização da escória de minério metálico e rocha ígnea, respectivamente. O processo de produção inclui uma roda em forma de prato e um processo de centrífuga de roda. Produz fibras descontínuas de diâmetro médio de 3.5 a 7 μm cujo tamanho pode variar bem na faixa respirável. A lã mineral pode ser fabricada com ou sem aglutinante, dependendo das aplicações de uso final.

A fibra cerâmica refratária é fabricada por meio de um processo de centrífuga de roda ou fibrização por jato de vapor usando argila de caulim derretida, alumina/sílica ou alumina/sílica/zircônia. Os diâmetros médios das fibras variam de 1 a 5μm. Quando aquecidas a temperaturas acima de 1,000°C, as fibras cerâmicas refratárias podem sofrer conversão em cristobalita (uma sílica cristalina).

MMVFs com diferentes diâmetros de fibra e composição química são usados ​​em mais de 35,000 aplicações. A lã de vidro é usada em aplicações residenciais e comerciais de isolamento acústico e térmico, bem como em sistemas de tratamento de ar. O filamento de vidro contínuo é usado em tecidos e como agentes de reforço em plásticos, como os empregados em peças de automóveis. A fibra de vidro para fins especiais é usada em aplicações especiais, por exemplo, em aeronaves, que exigem altas propriedades de isolamento térmico e acústico. Lã de rocha e escória sem aglutinante é usada como isolamento soprado e em forros. Lã de rocha e escória com um aglutinante de resina fenólica é usada em materiais de isolamento, como mantas e mantas de isolamento. A fibra cerâmica refratária constitui 1 a 2% da produção mundial de MMVF. A fibra cerâmica refratária é usada em aplicações industriais especializadas de alta temperatura, como fornalhas e estufas. Lã de vidro, filamento contínuo de vidro e lã mineral são fabricados em maior quantidade.

Acredita-se que os MMVFs tenham menos potencial do que os silicatos fibrosos de ocorrência natural (como o amianto) para produzir efeitos adversos à saúde por causa de seu estado não cristalino e sua propensão a fraturar em fibras mais curtas. Os dados existentes sugerem que o MMVF mais comumente utilizado, lã de vidro, tem o menor risco de produzir efeitos adversos à saúde, seguido por lã de rocha e escória e, em seguida, fibra de vidro para fins especiais com maior durabilidade e fibra cerâmica refratária. A fibra de vidro para fins especiais e a fibra cerâmica refratária têm o maior potencial para existir como fibras de tamanho respirável, pois geralmente têm menos de 3 mm de diâmetro. Fibra de vidro para fins especiais (com maior concentração de estabilizadores como Al2O3) e fibra cerâmica refratária também são duráveis ​​em fluidos fisiológicos. Os filamentos de vidro contínuos são de tamanho não respirável e, portanto, não representam um risco potencial para a saúde pulmonar.

Os dados de saúde disponíveis são coletados de estudos de inalação em animais e estudos de morbidade e mortalidade de trabalhadores envolvidos na fabricação de MMVF. Estudos de inalação envolvendo a exposição de ratos a dois materiais de isolamento de lã de vidro comerciais com uma média de 1 μm de diâmetro e 20 μm de comprimento revelaram uma resposta celular pulmonar leve que se reverteu parcialmente após a interrupção da exposição. Achados semelhantes resultaram de um estudo de inalação animal de um tipo de lã de escória. Fibrose mínima foi demonstrada com exposição animal à inalação de lã de rocha. Estudos de inalação de fibra cerâmica refratária resultaram em câncer de pulmão, mesotelioma e fibrose pleural e pulmonar em ratos e em mesotelioma e fibrose pleural e pulmonar em hamsters em uma dose máxima tolerada de 250 f/ml. A 75 f/ml e 120 f/ml, um mesotelioma e fibrose mínima foi demonstrado em ratos, e a 25 f/ml, houve uma resposta celular pulmonar (Bunn et al. 1993).

Irritação da pele, dos olhos e do trato respiratório superior e inferior pode ocorrer e depende dos níveis de exposição e das funções do trabalho. A irritação da pele tem sido o efeito de saúde mais comum observado e pode fazer com que até 5% dos novos trabalhadores da fábrica de MMVF deixem seus empregos em poucas semanas. É causada por trauma mecânico na pele de fibras maiores que 4 a 5μm de diâmetro. Ela pode ser evitada com medidas de controle ambiental apropriadas, incluindo evitar o contato direto da pele com as fibras, usar roupas folgadas de mangas compridas e lavar roupas de trabalho separadamente. Sintomas respiratórios superiores e inferiores podem ocorrer em situações de poeira incomum, particularmente na fabricação de produtos MMVF e aplicações de uso final e em ambientes residenciais quando os MMVFs não são manuseados, instalados ou reparados corretamente.

Estudos de morbidade respiratória, medidos por sintomas, radiografias de tórax e testes de função pulmonar entre trabalhadores de fábricas geralmente não encontraram nenhum efeito adverso. No entanto, um estudo em andamento de trabalhadores de fábricas de fabricação de fibras cerâmicas refratárias revelou um aumento na prevalência de placas pleurais (Lemasters et al. 1994). Estudos em trabalhadores de produção secundária e usuários finais de MMVF são limitados e foram dificultados pela probabilidade do fator de confusão de exposições anteriores ao amianto.

Estudos de mortalidade de trabalhadores em fábricas de fibra de vidro e lã mineral continuam na Europa e nos Estados Unidos. Os dados do estudo na Europa revelaram um aumento geral na mortalidade por câncer de pulmão com base nas taxas de mortalidade nacionais, mas não locais. Houve uma tendência crescente de câncer de pulmão nas coortes de lã mineral e de vidro com o tempo desde o primeiro emprego, mas não com a duração do emprego. Usando as taxas de mortalidade locais, houve um aumento na mortalidade por câncer de pulmão na fase inicial da produção de lã mineral (Simonato, Fletcher e Cherrie 1987; Boffetta et al. 1992). Os dados do estudo nos Estados Unidos demonstraram um risco aumentado estatisticamente significativo de câncer respiratório, mas falharam em encontrar uma associação entre o desenvolvimento de câncer e vários índices de exposição a fibras (Marsh et al. 1990). Isso está de acordo com outros estudos de caso-controle de trabalhadores de fábricas de lã de escória e fibra de vidro que revelaram um risco aumentado de câncer de pulmão associado ao tabagismo, mas não na extensão da exposição a MMVF (Wong, Foliart e Trent 1991; Chiazze, Watkins e Fryar 1992). Um estudo de mortalidade de trabalhadores da fabricação de filamentos de vidro contínuos não revelou um risco aumentado de mortalidade (Shannon et al. 1990). Um estudo de mortalidade envolvendo trabalhadores de fibra cerâmica refratária está em andamento nos Estados Unidos. Estudos de mortalidade de trabalhadores envolvidos com a fabricação de produtos e usuários finais de MMVF são muito limitados.

Em 1987, a Agência Internacional de Pesquisa sobre o Câncer (IARC) classificou lã de vidro, lã de rocha, lã de escória e fibras cerâmicas como possíveis carcinógenos humanos (grupo 2B). Estudos em animais em andamento e estudos de morbidade e mortalidade de trabalhadores envolvidos com MMVF ajudarão a definir melhor qualquer risco potencial à saúde humana. Com base nos dados disponíveis, o risco à saúde decorrente da exposição ao MMVF é substancialmente menor do que o associado à exposição ao amianto, tanto do ponto de vista da morbidade quanto da mortalidade. A grande maioria dos estudos em humanos, no entanto, são de instalações de fabricação de MMVF, onde os níveis de exposição geralmente são mantidos abaixo de 0.5 a 1 f/ml durante um dia de trabalho de oito horas. A falta de dados de morbidade e mortalidade em usuários secundários e finais de MMVF torna prudente controlar a exposição a fibras respiráveis ​​nesses níveis ou abaixo deles por meio de medidas de controle ambiental, práticas de trabalho, treinamento de trabalhadores e programas de proteção respiratória. Isso é especialmente aplicável com exposição a cerâmica refratária durável e MMVF de vidro para fins especiais e qualquer outro tipo de fibra artificial respirável que seja durável em meio biológico e que, portanto, possa ser depositada e retida no parênquima pulmonar.

 

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