这项研究是第一次对这种通常被称为黑肺病的疾病的病理和矿物学进行跨代比较。它也是第一个提供科学证据，解释为什么进行性大规模纤维化——最严重的黑肺病形式——在西弗吉尼亚州、弗吉尼亚州和肯塔基州的年轻煤炭工人中发生得更频繁。

在2005年首次报道黑肺病发病率上升之前，自70年代实施现代煤尘控制措施以来，黑肺病的发病率一直在下降。随后的调查报告显示，黑肺病病例增加了两倍，在阿巴拉契亚中部(黑肺病的中心)的终身矿工中，严重的黑肺病病例增加了十倍。

“我们知道二氧化硅是剧毒的，接触二氧化硅会导致煤炭工人尘肺病，但我们不知道为什么煤炭工人会突然患上更多更严重的疾病。法规仍然存在，地球上的矿物没有改变，也没有证据表明人们变得更容易受到煤尘的伤害，所以从90年代末开始，年轻工人中病例的增加令人费解。”环境与职业健康科学临床教授、UIC矿业教育与研究中心主任罗伯特·科恩博士说。

为了更好地理解这一现象，科恩和他的合作者收集了患有严重黑肺病的煤矿工人的肺组织样本。他们将1910年至1930年出生的矿工的样本与1930年或1930年以后出生的矿工的样本进行了比较，这些矿工分别是历史矿工和“当代”矿工。

研究人员观察了样本的病理学——患病肺部的物理特征。有75%以上硅质结节的组织被归类为硅质型疾病，硅质结节呈圆形，周围有粉红色的螺旋状疤痕组织;硅化结节较少，灰色或黑色结节较多的组织可分为煤型(≤25%)或混合型(25%-75%)。他们还寻找其他病变，如与矿物粉尘有关的肺泡蛋白沉积症，这种病变在肺组织上表现为液体样物质，由二氧化硅暴露引起。

先进的分析技术如扫描电子显微镜和x射线光谱学被用来测量样品中矿物颗粒的化学、晶体结构和物理性质。

科恩和他的团队发现了二氧化硅暴露与当代矿工严重黑肺病之间的明显联系:

• 与历史上的矿工相比，当代矿工罹患矽肺病的比例明显更高(57%对18%)。相比之下，历史上的矿工患煤型疾病(50%对17%)和混合型疾病(33%对26%)的比例均显著较高。

• 矿尘肺泡蛋白沉积症在当代矿工中更为常见(70% vs. 37%)。

• 在当代矿工中，二氧化硅颗粒的百分比(26%对18%)和浓度(每立方厘米47个对26亿个颗粒)明显更高。

• 当出现矽肺型重度黑肺、矿尘肺泡蛋白沉积、硅肺结节或未成熟硅肺结节时，硅肺颗粒浓度显著升高(50%以上)。

“这些发现提供了第一个直接证据，表明二氧化硅是进行性大规模纤维化(严重黑肺病)发病率增加背后的致病因素。这是重要的信息，可以用来确定煤矿工人的健康保护允许接触限值，”科恩说。

他认为，硅驱动的复苏可能是由于采矿技术的变化，比如20世纪50年代美国引进的机械化采煤设备，当时出生在1930年或1930年以后的矿工可能已经开始了他们的职业生涯。他说:“二氧化硅是一种存在于岩石中的矿物，这种技术允许在煤层下方和上方进行更多的开采，这是有利可图的，这意味着更多的岩石切割和更多的二氧化硅暴露。”

科恩和他的合著者写道:“我们的研究结果强调了控制工作场所二氧化硅暴露的重要性，以防止美国煤矿工人致残和无法治疗的不良健康影响。”

2019年，美国矿山安全卫生管理局(Mine Safety and Health Administration)发起了一项信息请求，以告知其二氧化硅规则，但1969年建立的标准仍然有效。规则允许每立方厘米二氧化硅暴露100微克。美国职业安全与健康管理局(Occupational Safety and Health Administration)为几乎所有其他行业制定了职业健康标准，该机构允许每立方厘米含50微克。

研究人员将他们的发现发表在《美国胸科学会年报》的一篇文章中，“病理学和矿物学证明，可呼吸的结晶二氧化硅是美国煤矿工人严重尘肺病的主要原因。”

该研究的共同作者是UIC的Leonard Go博士、Kirsten Almberg和Cayla Iwaniuk。

合作机构包括国家犹太人健康和科罗拉多大学、国家职业安全与健康研究所、美国地质调查局、弗吉尼亚理工大学、西弗吉尼亚大学、纽约州立大学、卡尔加里大学和约翰内斯堡威特沃特斯兰德大学。

Cecile Rose、Lauren Zell-Baran、Emily Sarver、Heather、Sidney Clingerman、Diana Richardson、Jerrold Abraham博士、Carlyne Cool博士、Angela Franko博士、Ann Hubbs博士、Jill Murray博士、Marlene Orandle博士、Soma Sanyal博士、Naseema Vorajee博士、Edward Petsonk博士、Rafia Zulfikar博士和Francis Green博士是合作机构的共同作者。

这项研究由改善采矿安全和健康阿尔法基金会资助。

Journal Reference:

1. Robert A Cohen, Cecile S Rose, Leonard H. T. Go, Lauren M Zell-Baran, Kirsten S Almberg, Emily A Sarver, Heather A Lowers, Cayla Iwaniuk, Sidney M Clingerman, Diana L Richardson, Jerrold L Abraham, Carlyne D Cool, Angela D Franko, Ann F Hubbs, Jill Murray, Marlene S Orandle, Soma Sanyal, Naseema I Vorajee, Edward L Petsonk, Rafia Zulfikar, Francis H. Y. Green. Pathology and Mineralogy Demonstrate Respirable Crystalline Silica is a Major Cause of Severe Pneumoconiosis in US Coal Miners. Annals of the American Thoracic Society, 2022; DOI: 10.1513/AnnalsATS.202109-1064OC