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火場裡的隱形殺手:消防員罹患癌症風險高?該如何加強防護?

活躍星系核_96
・2018/11/06 ・3308字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 528 ・七年級
  • 文/柯灃隆(畢業於國立新竹高中,現就讀成功大學心理學系,對自然科學和社會議題皆有興趣和接觸。)
  • 責任編輯/蔣維倫

今年(2018)七月,美國總統川普簽署了「消防人員癌症登錄法案(The Firefighter Cancer Registry Act of 2018」,該法案要求美國衛生及公共服務部(Department of health and human services)建立一個登錄系統,收集罹癌消防員的年齡、醫療資訊、生活習慣、出勤頻率等資訊,針對消防員癌症發生率進行研究。為什麼美國政府會開始關注這個議題呢?

消防員具有較高罹癌風險

根據美國疾病管制與預防中心(Centers for Disease Control and Prevention)在 2015 年發表的一項研究,消防人員罹患癌症的風險較一般大眾提高了 9%,因癌症而喪生的風險更是提高了 14% [1]。該研究包含了將近 30,000 名在 1950 年至 2009 年間於芝加哥、費城以及舊金山,實際參與第一線火場工作消防人員的資料。

研究發現提高的罹癌風險主要包括與消化道、呼吸系統和泌尿系統相關的癌症。儘管和此研究一樣指出消防員具有較高罹癌風險的研究不在少數,公衛學家仍然需要更多時間和證據來釐清這樣的趨勢是否代表了因果關係。

對於消防員承受的風險,一般認為是災害現場的高溫與濃煙,然而濃煙中的有害物質卻是會附著在消防員的身體和裝備上。在離開災害現場之後,消防員(甚至是其親友)的健康仍然受到這些有害物質的威脅。 圖/12019 @pixabay

國際癌症研究機構(International Agency for Research on Cancer)是世界衛生組織轄下的癌症研究機構,自 1971 年開始評估各種潛在的致癌因子,根據當時可得的證據將這些因子劃分為確定致癌、極有可能致癌(probably)、可能致癌(possibly)以及大概不致癌(probably not)等分類,並且不斷地更新。劃分的依據以流行病學方法為主,同時也參考動物實驗或與致癌機制有關的資料。在 2010 年出版的專書中,IARC 的工作小組將消防工作歸類為可能致癌(possibly),代表支持其致癌的證據有限 [2]。

但專書中也提到,消防員在工作的過程中確實會接觸到致癌物質,其來源正是燃燒產生的煙霧。

消防員工作現場的致癌物是哪來的?

我們知道在理想的燃燒之下,不論燃燒的材料是由碳、氫、氧、氮、硫或其他元素所組成,最終的產物都是這些元素的氧化物,其中又以二氧化碳和水為大宗,對人體來說相對無害。但實際上,理想的燃燒只能在仔細控制的實驗中被慢慢逼近,唯有當氧氣和易燃物的比例以及燃燒的溫度都恰到好處時才有可能發生。

火場中(以及瓦斯爐上、金爐裡這些日常生活中可見的燃燒)的不完全燃燒,將會導致許多燃燒副產物的生成,這當中也包含了一些致癌物質。另一方面,火場中的高溫會使有機物質發生裂解,燃燒的過程也會將原本封存在固體中的有毒物質以蒸汽或微粒的方式釋出。在火場煙霧中曾經被偵測出的致癌物包括砷、石綿、苯、鎘與甲醛等 [2]。

一家烤肉萬家香,但也要小心木炭不完全燃燒產生的致癌物質。圖/HaiRobe @pixabay

燃燒過程中還會產生另一個不容忽視的副產物──懸浮微粒。顆粒比較大的懸浮微粒可以被呼吸道的黏液和纖毛排除,然而顆粒較小的 PM10 與 PM2.5 可以穿透這些屏障到達支氣管和肺泡,被認為和心血管疾病與肺癌等疾病有關。更細小的微粒更是會穿過肺泡而循環全身。此外,這些懸浮微粒有很大的表面積,因此能夠吸附其他物質,包括本文中提到火場中出現的致癌物質 [2]。吸附在懸浮微粒上的致癌物質不僅能夠隨著微粒被吸入體內,也可以附著在消防員身上的裝備,進而沾染到其他器材、車輛或消防隊的空間。值得留意的是,上述致癌物質與懸浮微粒的產生並不僅限於建築物火警中,開放空間中的車輛、垃圾堆或植被火警都具有同樣的危險。

消防人員保護指南

簡而言之,消防人員面對的危害,和烤肉、火力發電與露天焚燒等十分相似,都是來自燃燒過程中生成的有害物質。對於消防人員的職業暴露,美國消防協會(NFPA)等組織提出了相對應的指引和建議,筆者在此將其整理、摘要如下,希望能提供第一線消防人員、政府官員、立法者與消防裝備製造商等作參考。

  1. 不論是發生在建築物內的火警,或是發生在開放空間中的車輛、垃圾堆等火警,消防人員都應該穿著全套的消防衣並使用呼吸器,避免有害物質被吸入或與皮膚接觸。
  2. 未直接參與火警搶救,卻仍然有機會接觸到有害物質的人員,也應該穿著防護裝備並使用呼吸器或防護級別夠高的口罩。這些人員可能包括殘火處理、通風排煙與火場調查等人員。
  3. 任務結束的消防人員,若能在拔下呼吸器之前,先將全身裝備做簡單的清洗並脫除,將會大幅減少有害物質的暴露。由於火場中產生的許多有機性的有害物質不溶於水,因此清洗時須使用清潔劑。
  4. 脫去裝備後,在現場就應該盡可能的清潔雙手與頭頸部。這可以透過水和清潔劑或是濕紙巾來達成。歸隊途中,應該把車輛的窗戶打開來通風。歸隊後應該盡快洗澡與更衣,以去除附著在身上的有害物質。
  5. 從火場中攜出的裝備附著有微粒和有害物質,最好能夠在火災現場附近就用水和清潔劑清洗再歸隊。如無法達成,在歸隊途中也應盡量放在車廂以外的地方,或是以大塑膠袋密封起來,歸隊後再做清洗。
  6. 消防衣、褲屬於多孔材質,容易將有害物質與微粒吸附在其中,最好在每趟火場任務結束後都經過清洗才繼續使用。因此也建議消防機關為每位消防員準備兩套消防衣、褲交替使用。
  7. 柴油廢氣是已知的致癌物,故消防人員應盡量避免吸入消防車輛的廢氣。消防隊駐地中停放車輛的地方應保持良好通風,在災害現場也應隨手將門窗關閉,以免內部受到柴油廢氣以及火場煙霧的汙染。
消防衣。消防衣除了替消防人員隔絕高溫,還具備了防水透氣、防切割、反光等功能。另外,這層屏障可以防止有害物質接觸到消防員,因此消防衣的清洗非常重要。圖/Justin DiPierro @wiki,圖片經作者後製。

由於消防人員在執勤與備勤時具有團體生活的特性,上述的措施只有在團體中的每一個人都確實執行時才能發揮最大的效果。這些措施固然有些窒礙難行之處,有些麻煩、有些花錢,卻是和每一位救火英雄的健康息息相關,在保護自己的同時,還能保護身邊弟兄以及家人的健康。筆者建議不妨從更頻繁且確實的使用呼吸器開始,畢竟吸入煙霧是接觸有害物質最直接的方式。

期許本文能夠喚醒第一線執勤人員對於相關議題的重視與實際行動,也希望主管機關能夠透過相關器材的採購、教育訓練的實施等方式來進一步提高對消防人員健康的保障。

參考資料:

  1. Daniels, R. (2018, May 10). Firefighter Cancer Rates: The Facts from NIOSH Research | | Blogs | CDC.
  2. IARC (2010). Painting, Firefighting, and Shiftwork. IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, 98:9-764
  3. WSCFF (2016). Healthy In, Healthy Out: Best Practices for Reducing Firefighter Risk of Exposures to Carcinogens. 

編按後記:

以下為消防員工作權益促進會理事所提供的經驗談:

  • 本身是消防的外勤隊員,年資 8 年。個人防護這點確實是越早年越不重視,甚至時至今日,同業還是有人會把不做好個人防護當作英勇象徵,把沾滿碳粒、異味的消防衣視為功勳;自己在現場皮膚直接接觸外部的部位常會全部起疹,徒手收拾裝備後雙手也常常會刺痛好幾天。
    後來漸漸接觸歐美國家相關資訊,才知道在火場外圍作業也應該要戴過濾式防毒面具、收拾裝備要戴防水手套,所有離開火場染物的裝備都要視同化學汙染物清洗才能重新上架使用。
    但之前工作中已經接觸不少,健檢也出現輕度肺纖維化的情況。醫師看了 X光片還問我是不是抽菸抽很兇呢。不,醫生我從來不抽菸阿 QQ
綠圈中為「疑似纖維化的區域」,經醫師檢視,但詳細情形仍須視患者個人醫師診視而定。

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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia


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如何幫畜牧業減排溫室氣體?——教會小奶牛上廁所,可有效降低「一氧化二氮」排放!

阿咏_96
・2021/10/17 ・2612字 ・閱讀時間約 5 分鐘

近年來,大眾對於「氣候變遷」這個詞越來越不陌生,國際間也會簽訂不同協議與政策,來減緩溫室氣體的排放,講到這邊,我們通常會想到化石燃料的使用,但較少被人們注意到的是,畜牧業也是排放甲烷、二氧化碳、一氧化二氮等溫室氣體的大宗,甚至會造成水污染及空氣污染。

最近由心理學家團隊發表的研究,提出一種可能的解決方案,以減少畜牧業對環境的影響,也就是——「教小奶牛上廁所」!

看到這邊一定頭上冒出好幾個問號,為什麼畜牧業會對氣候變遷造成影響?是哪方面的影響?為什麼教奶牛尿尿可能可以減緩對環境的衝擊呢?要怎麼教?

圖/Pixabay

畜牧業和氣候變遷到底有什麼關係?

首先,根據聯合國糧食與農業組織 (FAO) 的報告,全球畜牧業每年約排放 7.1 兆噸的二氧化碳,大約是人為排放溫室氣體的 14.5%,其中,牛是排放量最大的物種,佔畜牧業排放量的 65 %,而大約來自於腸道發酵、糞便儲存與加工、飼料生產過程、其他能源使用等活動,FAO 也提出了目前評估可實行的減緩方案,其中一項便是提高奶牛的飼料開發以及飼養技術,來減少消化過程中和分解糞便時產生的甲烷 (CH4) 與一氧化二氮 (N2O) 。

而這篇研究的主角之一就是一氧化二氮 (N2O) ,雖然它只佔全球溫室氣體總排放量的 5% ,但它把熱留在地球的能力卻將近是二氧化碳的 300 倍!除此之外,每次排放的一氧化二氮 (N2O) 都會停留在大氣中超過一世紀,可以說是一種「長壽」的溫室氣體。從 1990 年起,紐西蘭的一氧化二氮排放量增加了五成,主要是來自乳製品業擴展以及氮肥使用,因此紐西蘭政府制定了一個目標,要在 2050 年之前將一氧化二氮的排放減少到淨零。

但這和牛有什麼關係呢?

紐西蘭的一氧化二氮排放量增加與乳製品業擴展有關。 圖/Pixabay

從「牛尿尿」開始的氮旅程

原因是牛尿液中氮含量很高,而動物尿液中的氮來源主要是尿素  (CH₄N₂O),在紐西蘭和澳洲,通常將牛飼養在戶外,牠們排尿之後,就開始一趟名為「氮循環」的旅程,首先尿素會迅速在土壤裡被水解成銨鹽 (NH4+) ,再經過微生物「亞硝化菌」氧化成亞硝酸根 (No2),接著,另外一群微生物「硝化菌」,將亞硝酸鹽 (No2) 再氧化成硝酸根 (NO3),以上的過程稱為「硝化作用 (Nitrification) 」。

當然,旅程還沒有結束,另一群稱作「脱硝菌」或「脫氮菌」的微生物會將硝酸鹽還原成氮氣 (N2),叫做「去硝化作用」或「脫氮作用」,而一氧化二氮 (N2O) 是反應的中間產物,會直接被釋放到大氣中。

難道把牛飼養在牛舍裡就沒有問題了嗎?

代誌不是憨人想得這麼簡單!當牛尿液中的氮和地板上的糞便混在一起時,會產生另一種空氣污染物——氨 (NH4)。

File:Nitrogen Cycle 2.svg
生態環境中的氮循環系統。細菌在其中扮演了關鍵角色,將氮源轉換為各種化合物,能夠被生物利用。圖/WIKIPEDIA

所以,如果牛的尿液可以被收集處理,裡面所含的氮就可以被轉換,減緩對環境的衝擊,但是要怎麼收集牛的尿液呢?

最直接的方式就是,教小牛到「廁所」裡尿尿。

要怎麼教會小牛尿尿?獎勵和拆解步驟是關鍵

研究團隊利用行為心理學的原理,訓練小牛到特定的地方排尿,這個原理便稱為「操作制約 (Operant Conditioning)」,由美國哈佛大學心理學教授史金納 (B.F. Skinner) 於 1938 年提出,當時有個著名的動物實驗稱為「史金納箱 (Skinner Box)」,將飢餓的小白鼠放在箱子裡,內有電動裝置紀錄動物的正確反應次數和頻率,因飢餓不安而活動的小白鼠,偶然壓到槓桿就會得到少量食物,當以後小白鼠看到槓桿,再去壓桿的頻率就會比以前高。對小白鼠來說,因反應而出現的食物是「強化物」,對壓桿這個「操作性反應」產生了強化作用。

除此之外,他們還運用訓練小孩上廁所,一種叫做「反向鏈接技術 (Backward Chaining Technique) 」的方式,將目標拆解成小步驟,從最後一步開始訓練到第一步。

首先,小牛被限制在圍欄設置成的廁所區域裡,當小牛排尿後再給予牠們喜歡的食物進行強化。然後,把小牛帶到圍欄外的一條走廊上,並再次強化進去廁所裡尿尿的行為,如果小牛在走廊上就排尿,便會用讓牠稍微不開心的噴水阻止牠。

經過幾次強化訓練,他們訓練的八頭小牛中,有七隻學會了在廁所尿尿,而且學習的速度和人類小孩差不多快!牠們大約只受了 15 天的訓練,大部分的小牛在 20 至 25 次排尿後學會了整套,比三到四歲的人類小孩還快。

小奶牛在廁所尿尿的影片。資料來源/參考資料 1

由此,研究團隊得到了兩個結論,第一是牛能夠學會注意自己的排尿反射,在準備尿尿時會移動到廁所裡;第二,在可以得到獎勵的情況下,牠們學會先憋尿,除非到了正確的地方。

牛牛學會了,然後呢?

在知道可以訓練牛牛到廁所排尿後,下一步要怎麼做才能夠離減排溫室氣體的目標越來越近呢?

作者認為希望未來可以優化廁所裝置,自動檢測排尿以及給予獎勵,就像是放大版的史金納箱一樣。除技術層面外,像是紐西蘭、澳洲等地的畜牧業,大多將牛飼養在開放的圍場,應該要把廁所設在哪裡,或者牛願意走多遠過來上廁所,都是需要進一步了解的問題,也才能夠將這項技術真正運用在不同國家的畜牧業,實際做到減緩畜牧業對氣候變遷的影響。

參考資料

  1. Dirksen, N., Langbein, J., Schrader, L., Puppe, B., Elliffe, D., Siebert, K., … & Matthews, L. (2021). Learned control of urinary reflexes in cattle to help reduce greenhouse gas emissions. Current Biology, 31(17), R1033-R1034.
  2. Gerber, P. J., Steinfeld, H., Henderson, B., Mottet, A., Opio, C., Dijkman, J., … & Tempio, G. (2013). Tackling climate change through livestock: a global assessment of emissions and mitigation opportunities. Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO).
  3. 張春興(民80)。教育心理學:三化取向的理論與實踐。台灣東華書局。
  4. Backward Chaining Technique
  5. 全國法規資料庫:空氣污染防治法施行細則
  6. The science of nitrous oxide

阿咏_96
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