不斷吸入沙塵的職業造就可怕的矽肺病
感謝Moonrogu的提問~
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二氧化矽（SiO2）是地球上非常豐富的礦物資源，在地表的任何岩石與沙土中的成分佔比超過90%。人類不管在建築房屋、炸毀廢棄大樓、室內石材裝潢、製作石雕或陶瓷工藝品、炸山挖坑、牛仔褲製造廠的噴砂過程等等活動往往會暴露在二氧化矽的風險裡。二氧化矽的結構多變，根據結構差異，可分為晶體與非晶體（無定形）兩大類，晶體有更詳細的分類，包含α-石英、β-石英、α-鱗石英、β-鱗石英、α-方石英、β-方石英、莫甘石、柯石英等等。α-石英最具生物毒性，而非晶體則毒性最低，它的毒性並非是在我們體內會引起化學反應，反而是物理上的接觸所造成的傷害。為何一個我們日常所見的物質會對我們有傷害呢?不用過於擔心，地上隨便撿起的石頭不會對我們有影響，只有它變成粉末的形式吸入呼吸系統才會造成毒害，這也是我前面提到的建築、雕刻、轟炸、噴砂所出現的飛揚塵土才具有其危險性。當約莫在直徑5微米上下的二氧化矽顆粒吸入呼吸道時，非常容易逃過氣管與支氣管的纖毛攔截抵達肺部，最終導致矽肺病（silicosis）。
刻意讓牛仔褲質感粗糙的噴砂過程（感謝Munir uz ZAMAN提供）
矽肺病是一種十分古老的肺病之一，自西元前400年古希臘的希波克拉底已描述過採礦人時常出現這種疾病；17世紀的范‧迪默布魯克也提過吸入花崗岩的粉塵能對肺部造成嚴重的傷害。到了之後的工業革命，許多工業技術日益發展，矽肺病患者也日漸增加。1832年的一項統計發現，砂岩開採工人的壽命比石灰岩開採者來得低，平均壽命只有40歲左右，表明長期吸入二氧化矽懸浮顆粒引發的死亡風險不容小覷。雖然今日相關行業已有更加完備的防護措施，且世界衛生組織自1995年就希望矽肺病能在2030年以前完全從世界上根除，不幸的是目前世界上仍有眾多地方依然存在這種職業災害。
矽肺病依二氧化矽暴露量的多寡與發病時間，依序分成慢性、加速型、急性矽肺病：
慢性矽肺病是暴露粉塵量最少的情況下時間長達十年以上才開始出現症狀，其中又分為簡單矽肺病與複雜矽肺病。簡單矽肺病患者的肺泡會出現多個直徑小於1公分的結節，通常沒有明顯的症狀，但不時有乾咳與呼吸不順等症狀，這類病人如果繼續接觸粉塵或者吸菸也可能會演變成複雜矽肺病，此時肺泡的結節大於1公分，由於呼吸逐漸困難、氣體交換能力減少而無法充分獲得氧氣使人時常感到虛弱。
急性則在短時間暴露高濃度（>2毫克/立方公尺）的二氧化矽，並在數星期至五年內出現症狀，急性案例數量較少，多出於牛仔褲製造廠、在坑洞中的工作者。主要病徵包含肺泡炎（alveolitis）、肺泡蛋白沉積症（alveolar proteinosis），沉積症是由於二氧化矽顆粒刺激了第二型肺泡細胞大量產生表面活性物質（surfactant）堆積導致。此外也會出現胸膜炎、呼吸困難、咳嗽、發燒、倦怠、體重減輕等情形。肺泡出現結節的機會較少。
加速型矽肺病的時間則是大於5年小於10年，症狀則重疊於慢性與急性之間。
肺部組織出現結節（S）（感謝CDC提供）
矽肺病是如何產生的？
當二氧化矽顆粒進入肺泡時，會接觸到肺泡表面原本存在的表面活性物質，而被該物質包裹以降低對周圍組織的傷害。肺泡中存在一種免疫細胞—肺泡巨噬細胞（alveolar macrophage），平時遇到外來物時會吞噬外來物並藉由溶酶體將其分解。肺泡巨噬細胞遇到二氧化矽顆粒將其吞噬，並產生發炎前期細胞素引起發炎反應以及促纖維化因子。然而二氧化矽並非生物能夠分解的物質，所以只能原封不動地留存在巨噬細胞的溶酶體中，這也意味著吸入體內的二氧化矽顆粒會永遠留存於體內。二氧化矽屬於壓電材料，意思是當晶體結構變形時會產生電，此特性會使周圍的分子出現氧化還原反應，而製造出自由基。這些自由基可能會破壞溶酶體使巨噬細胞死亡，進而吸引更多其他的巨噬細胞前來吞噬死亡的巨噬細胞與內含的二氧化矽顆粒，細胞素和促纖維化因子的釋放便逐步增加，最終肺部組織呈現發炎與纖維化的結果，肺臟漸漸失去功能。此外進入淋巴系統的巨噬細胞如果攜帶了二氧化矽顆粒時，也會將上述的情形帶入淋巴系統，衍伸出淋巴腺腫大等問題。
肺泡組織圖，圖片中的球形皆為肺泡巨噬細胞（感謝National Toxicology Program 提供）
併發症
肺部組織因長時間的慢性受損與形成的免疫微環境，使肺癌的機率增加，所以國際癌症研究機構也將吸入性晶體二氧化矽視為一種致癌物質。除此之外，複雜矽肺病造成的肺空洞也提高了結核桿菌（Mycobacterium tuberculosis）的感染風險，故有不少罹患矽肺病患者也感染了肺結核。據某些報導，矽肺病也可能引起一些自體免疫疾病，如系統性紅斑狼瘡、多發性硬化症、腎絲球腎炎、類風濕性關節炎等，不過引起的機制尚不清楚。
預防與治療
矽肺病目前並沒有有效的治療方式，唯有針對患者因呼吸困難產生的缺氧做支持性的治療或者減緩其病症的發展。末期的矽肺病最好的處理方式即是肺臟移植，但肺臟移植耗費昂貴且移植後平均壽命也只能延長六至七年。於是預防便是最好的方式，避免接觸二氧化矽粉塵，如果不得已需要做相關職業，則必須做好防護措施將災害降至最低。
作者：水也佑
參考文獻：
Barnes, H et al. (2019) Silica-associated lung disease: An old-world exposure in modern industries. Respirology.
