УДК 614.894

Воздействие углекислого газа на работников, использующих респираторы (обзор)

Carbon dioxide rebreathing during respirator usage (overview)

 

Капцов В.А.¹, Чиркин А.В.²

¹ ФГУП «ВНИИ гигиены транспорта Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека», 125438, Москва, РФ.

² ООО «Бета ПРО», 111024 РФ, г. Москва, РФ.

 

Kaptsov V.A.¹, Chirkin A.V.²

¹ - All-Russian Research Institute Hygiene of Transport the Federal Service for the Oversight of Consumer Protection and Welfare, Moscow, RF

² - LLC “Beta PRO”, Moscow, RF

 

Резюме

Результаты исследований, проводившихся как с привлечением испытателей, так и с помощью механических имитаторов дыхания, показали возможность значительного превышения максимально разовой предельно допустимой концентрации (ПДКрз мр) углекислого газа СО₂ при использовании всех типов средств индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД), у которых нет принудительной подачи воздуха в маску; и систематичное, значительное превышение среднесменной ПДКрз сс. Сертификация СИЗОД включает замеры воздействия СО₂, но требования сформулированы так, что можно сертифицировать практически любую модель респиратора. В результате для длительного использования работникам выдают такие СИЗОД, которые вызывают головные боли и др. недомогания; и работники часто не применяют их вовремя.

Заключение. Необходимо изменение системы сертификации, требований к СИЗОД; и разработка требований к их выбору и применению работодателями.

 

Введение

СО₂ - естественный продукт обмена веществ, присутствующий в организме в нормальных условиях в значительном количестве, и удаляемый с выдыхаемым воздухом. Его концентрация в альвеолах (около 5%) превышает: ПДКрз мр (27 г/м³, 1,5%) – втрое; и ПДКрз сс (9 г/м³, 0,5%) - на порядок [1]. Из всех вредных веществ у СО₂ самые большие ПДКрз. Любые помехи удалению газа из организма (маски СИЗОД [2], щиток сварщика, хирургические/«гигиенические» маски) могут стать причиной чрезмерного воздействия СО₂ на работника.

 

Цель

Определить возможное воздействие СО₂ на работника, использующего СИЗОД.

 

Методы

Использовались публикации в Journal of the International Society for Respiratory Protection, журналах издательств Taylor and Francis, Oxford University Press; другие доступные публикации. Анализировались требования к СИЗОД при сертификации в США, Европейском Союзе, РФ, и Международной Организации по Стандартизации (ISO).

 

 

Результаты и обсуждение

 

1. Замеры воздействия СО₂

Таблица 1. Часть опубликованных исследований, включавших замеры воздействия СО₂.

Страна, метод измерений	Исследования (не все)	Типы СИЗОД (число моделей)	Концентрация СО2, %
США испытатели	R.J. Roberg et al. Physiological Impact of the N95 Filtering Facepiece Respirator on Healthcare Workers. Respiratory Care 2010; 55(5): 569-77 http://rc.rcjournal.com/content/55/5/569   перевод + E.A. Laferty et al. Physiologic effects and measurement of carbon dioxide and oxygen levels during qualitative respirator fit testing. Journal of Chemical Health and Safety 2006; 13(5): 22-8 doi 10.1016/j.jchas.2005.11.015    диссертация 2004	Фильтрующие полумаски (4+1)         Полнолицевая маска (1)	До 3,1%         До 2,1%
США имитатор дыхания	E. Sinkule et al. Evaluation of N95 Respirator Use with a Surgical Mask Cover: Effects on Breathing Resistance and Inhaled Carbon Dioxide. The Annals of Occupational Hygiene 2013; 57(3): 384-98 doi: 10.1093/annhyg/mes068 + American Industrial Hygiene Conference and Exposure 2003, abstract #227 перевод PDF Wiki	Фильтрующие полумаски (30) + фильтрующие полумаски (26), полумаски и полные маски из непроницаемых материалов (27+6), СИЗОД с подачей воздуха (11), шланговые СИЗОД (20)	До 5,8%
Австралия испытатели	C.L. Smith et al. Carbon dioxide rebreathing in respiratory protective devices: influence of speech and work rate in full-face masks. Ergonomics 2013; 56(5): 781-90 doi 10.1080/00140139.2013.777128 ссылка	Полнолицевая маска (1)	До 3%
Швеция испытатели	G.O. Dahlbäck et al. Journal of the International Society for Respiratory Protection 1987; 5(1): 12-8 https://www.isrp.com/the-isrp-journal/journal-public-abstracts	Фильтрующая полумаска (1), полумаски из непроницаемых материалов (2)	До 1,4%
Израиль испытатели	S. Luria et al. Evaluation of CO2 Accumulation in Respiratory Protective Devices. Military Medicine 2004; 169(2): 121-4 doi 10.7205/MILMED.169.2.121	СИЗОД с подачей воздуха в капюшон вентилятором (2)	До 2,7% вентиля-тор выкл.

Все исследования выявляли случаи чрезмерного воздействия у СИЗОД без подачи воздуха в маску; наибольшее при маленьком объёме вдоха (лёгкая работа). Концентрация СО₂ могла превышать ПДКрз мр более чем вдвое. В одинаковых условиях, средние (у СИЗОД одного типа) концентрации СО₂ у СИЗОД разных типов отличались; фильтрующие полумаски оказались наихудшими. У разных моделей одного типа могли иметься значительные отличия.

 

2. Оценка воздействия СО₂ при использовании СИЗОД в Российской Империи и СССР

Проводились замеры воздействия СО₂ с использованием испытателей и имитаторов дыхания; испытывали полные маски и полумаски, около 20 разных моделей.

Противогаз Зелинского-Кумманата, разработанный во время 1 мировой войны, в части воздействия СО₂ был неудачным. Выдох происходил через фильтр, накапливавший СО₂, и отдававший его при вдохе. Концентрация СО₂ при вдохе могла достигать 5,4%, а концентрация О₂ могла снижаться до 13% [3] Уровень «дискомфорта» был таков, что: «Экспериментатору приходилось наблюдать на опытах полигонныхъ въ iюнѣ 1916 года случай удушенiя въ респираторѣ Зелинскаго-Кумманта, сопровождавшiйся потерей сознанiя, нитевидным пульсомъ и кратковременнымъ разстройством дыханiя …» [4]. Войска несли потери из-за использования СИЗОД в не ядовитой атмосфере. Позднее маски улучшили, но (цитата из книги 1927 г.): «… все явления страдания от затруднённого дыхания при систематической тренировке уменьшаются;» [5]; (из книги 1932 г.): «… в предвидении газомётного залпа, маска может быть надета на голову, … , а под края шлема для облегчения дыхания подсовываются между резиной и щекой платок, перчатки и т.п.» [6].

Условия разработки и испытаний СИЗОД после войны:

1. В СССР не было ПДКрз для СО₂ (впервые включены в ГН 2.2.5.1313-03) [7].

2. Комиссия по борьбе с силикозом требовала, чтобы средняя концентрация СО₂ во вдыхаемом воздухе, при объёме вдоха 1 л – не превышала 0,5% [8].

3. Одновременно от разработчиков СИЗОД требовали, чтобы: «Стоимость массового производства респираторов и эксплуатации должна быть невысокой» (!).

Можно было бы выполнить п. 2 за счёт принудительной подачи воздуха в маску, у СИЗОД этого типа воздействие СО₂ минимально, и часто не превышает среднесменной ПДКрз. Такие СИЗОД успешно разрабатывались и в СССР (и даже применялись, в атомной промышленности). Но п. 3 исключал использование сложного и дорогого блока очистки и подачи воздуха (с вентилятором и аккумулятором). Выполнение п. 2 и 3 одновременно - пока не достигнуто ни в одной из стран мира.

В таких условиях разработчики СИЗОД могли иногда просто не упоминать о воздействии на работника СО₂. Так, в отчёте о разработке и испытаниях шахтёрской полумаски ПРШ-741 описаны требования; а затем, вместо результатов замеров концентрации СО₂ во вдыхаемом воздухе – приведены данные замеров объёма «мёртвого» пространства (180-220 мл) [9]. При содержании СО₂ в выдыхаемом воздухе 5%, и объёме вдоха 1 л - концентрация СО₂ во вдыхаемом воздуха будет 0,9 ÷ 1,1%.

Если же данные публиковали, то они показывали (как и на западе) риск чрезмерного воздействия:

- 1965 г., объём вдоха 0,5 л, полумаски: РПЦ-22д и РП-К, концентрация СО₂ до 1%; ПР-60 – до 1,7% [10];

- 1968, полумаска Ф-62ш, объём вдоха 0,5 л, концентрация СО₂ до 1,6% [11];

- 1973, вдох 0,5 л: полумаска Астра-2, 2 рост, 1,7%; шлем-маска 3 рост, 1,7%; противогаз КД, 3 рост, 1,8% [12];

- 1976, вдох 0,5 л: полумаска РУ-60М, 1,7% [13];

- 1977, вдох 0,5 л, полумаски: Снежок К, 1,4%; У-2к, 1,1%; Снежок-КУ, без клапана, 1,7% [14].

 

3. Современные сертификационные испытания

При выдохе альвеолярный воздух заполняет всё подмасочное «мёртвое» пространство (концентрация СО₂ ~5%). Объём вдоха заметно превышает типичный объём «мёртвого» пространства ~200 мл, и после вдыхания 300-400 мл воздуха весь СО₂ уносится в органы дыхания, рис. 1. Дальнейший рост объёма вдоха не меняет количество вдыхаемого СО₂, но уменьшает его «среднюю» концентрацию во вдыхаемом воздухе.

Рис. 1. Изменение мгновенной концентрации СО₂ во вдыхаемом воздухе (Dahlbäck & Fallhagen, 1987).

 

Методика сертификационных испытаний СИЗОД с масками из непроницаемых материалов в ЕС и РФ требует использования дыхательной машины, и объёма вдоха 2 л (тяжёлая работа). Для примера, во время учений наибольший средний объём вдоха был у солдат, перетаскивавших опору миномёта 50 кг: 1,5 л [15]. При концентрации СО₂ под маской после выдоха 5%; и объёмах (подмасочного «мёртвого» пространства и вдоха) 0,2 и 2 л., средняя концентрация СО₂ во вдыхаемом воздухе из-за сильного разбавления будет на порядок меньше, чем в маске – примерно 0,5% (близко к ПДКрз сс). Но в стандартах [16] установлен критерий приемлемости (средняя концентрация во вдыхаемом воздухе) не <0,5%, а <1% (!). Таким образом, не пройти испытания по воздействию СО₂ – крайне сложно…

У фильтрующих полумасок при выдохе часть воздуха выходит из маски через её поверхность, и находится вблизи маски. При вдохе часть этого воздуха, с большим содержанием СО₂, вдыхается снова. Фильтрующие полумаски могут дополнительно накапливать СО₂ и вне маски. Методика испытаний в ЕС и РФ учитывает эту особенность: при замере маска обдувается вентилятором (!) (объём вдоха 2 л, критерий приемлемости: концентрация <1%) …

На Рис. 1 показано, что в конце вдоха в органы дыхания поступает воздух с низким содержанием СО₂. Часть его заполняет анатомическое «мёртвое» пространство (трахея, крупные бронхи) не участвуя в газообмене. А при расчёте «средней» за вдох концентрации СО₂ эта часть воздуха учитывается как будто участвующая в газообмене. Сравнение «средней» концентрации СО₂, не постоянной за 1 вдох, с ПДКрз мр и сс, разработанных для постоянной за вдох концентрацией – некорректно, и занижает вредное воздействие.

 

Рисунок из презентации, использовавшейся во время доклада. Фильтрующие полумаски могут накапливать углекислый газ и около своей внешней поверхности, а не только под маской - и при прочих равных условиях негативное воздействие у них больше.

Измерение воздействия СО₂ во время сертификационных испытаний СИЗОД в ЕС и РФ проводится в условиях, исключительно далёких и от «наихудшего возможного случая» (маленький объём вдоха, неподвижный окружающий воздух), и не похожих на условия при практическом применении.

Стандарт ISO предусматривает замер воздействия СО₂ при использовании СИЗОД при объёме вдоха 1-3 л. [17]; а в табл. 2 в ISO/TS 16976-3:2019 жизнерадостно утверждается, что: «концентрация СО₂ 1,5% может переносится без ограничений по длительности воздействия; концентрация 3% - до 15 часов…» [18].

 

4. Практические последствия

Работникам выдают сертифицированные СИЗОД, соответствующие требованиям, в том числе, к воздействию СО₂. Но при применении люди нередко подвергаются чрезмерному воздействию этого газа. В Сингапуре в 2003 г. медики, лечившие больных ТОРС, из-за применения фильтрующих полумасок испытывали головные боли (37%), часть временно утрачивала трудоспособность (до 4 дней). Но авторы статьи [19] даже не высказали предположения о возможном чрезмерном воздействии СО₂ как причине недомоганий. Может быть, это вызвано тем, что врачи использовали успешно сертифицированные фильтрующие полумаски – а авторы не разбирались во всех тонкостях, и не поняли то, как именно респираторы негативно влияли на людей. С точки зрения защиты работников от СО₂, проведение испытаний по принятой методике – лишено смысла; и такие испытания могут маскировать случаи чрезмерного воздействия, дезориентируя даже специалистов.

В США у некоторых типов СИЗОД измеряют воздействие СО₂ – на испытателях [20], при низкой физической нагрузке (быстрая ходьба 5,6 км/ч – 3,5 миль/ч); или на имитаторе дыхания [21] – при объёме вдоха около 724 мл (вентиляция 10,4 л/мин).

Статья 219 [22] Трудового кодекса РФ обязывает работодателя выдавать рабочим сертифицированные СИЗ, соответствующие требованиям охраны труда. Но добросовестные и ответственные работодатели лишены информации о воздействия СО₂ у разных моделей, и при разном объёме вдоха; и не знают, что это воздействие у СИЗОД без принудительной подачи воздуха в лицевую часть – обычно превышает ПДКрз сс и нередко – ПДКрз мр. Закон о защите прав потребителей обязывает предупреждать последних об свойствах товара, способных причинить вред здоровью при обычном использовании; и о требованиях к эксплуатации, предотвращающих риск. Например, учебник Health and Safety Executive [23] (Великобритания, 2013) ограничивает длительность непрерывного применения СИЗОД без подачи воздуха 1 часом.

 

Выводы

1. Использование СИЗОД не может рассматриваться как альтернатива средствам коллективной защиты.

2. Требования к замерам концентрации СО₂ при сертификации сформулированы так, что проведение замеров бессмысленно.

3. Работники, использующие высококачественные сертифицированные СИЗОД (без принудительной подачи воздуха в маску) могут подвергаться чрезмерному воздействию СО₂ из-за повторного вдыхания ранее выдохнутого газа; в наихудших случаях концентрация превышает 2 ПДКрз мр.

4. Это воздействие плохо переносит, по крайней мере, часть работников; не применение СИЗОД в загрязнённой атмосфере значительную долю времени упоминается зарубежными, советскими, и российскими авторами. Вынужденное длительное применение СИЗОД вызывает разные недомогания, вплоть до заболеваний с временной утратой работоспособности (ЗВУТ) у части работников.

5. Поставщики, изготовители, органы по сертификации – не предупреждают потребителей об ограничениях по применению товара, связанных с его безопасностью; работодатели выдают работникам для длительного использования СИЗОД без подачи воздуха. Нарушается Трудовой Кодекс, Закон о защите прав потребителей.

 

Предложения

1. Проводить сертификацию СИЗОД в одной ответственной организации.

2. Проводить сертификационные замеры воздействия СО₂ не при больших, а при маленьких и умеренных объёмах вдоха. Учесть влияние сочетания анатомического «мёртвого» пространства и непостоянство концентрации СО₂ за 1 вдох.

3. Вносить в сертификат эти результаты, давая там для справки значения ПДКрз.

4. Разработать критерии для оценки классов труда при воздействии СО₂, при непостоянной концентрации за 1 вдох, в сочетании с пониженной концентрацией О₂.

5. Проводить предварительные и периодические медосмотры всех работников, использующих СИЗОД всех типов.

6. Разработать СанПиН [24], регламентирующие выбор и применение СИЗОД работодателем.

 

Документы, использованные при подготовке доклада