有毒烟雾、气体的危害和侵入人体过程分析！

火场中有些不为人知的危险，这些危险与烟雾出现的时间、位置及如何作用于人体密切相关。了解这些知识，将帮助消防员避免更多潜在危险，保护自身安全。

   最近科学家在对火场的研究中发现一些肉眼不易察觉到的危险，这些额外的危险与火灾中烟雾出现的时间、位置、以及如何作用于人体紧密相关。在本文中我们将讨论这些问题，并且在可能的情况下，提出改进防范这些危害的建议。记住，消防人员所承受最大的风险几率来自于他们的工作，但是事实上不可能完全规避所有的风险。我们的目标是发现这些隐藏的风险，这样消防队员就可以更多做一些基于知识所做的判断，来有效控制自身所承担的风险。

有毒环境VS无毒环境 以及慢性接触

   美国职业安全与健康管理局(OSHA)的环境条文显示，现在IDLH（Immediately Dangerous to Life or Health concentration，即害环境中空气污染物浓度达到某种危险水平，如可致命、可永久损害健康或可使人立即丧失逃生能力）会立即威胁生命。任何暴露于危险环境中的工作人员需要穿戴合适的呼吸防护装备。当前火场内通常需要在活跃的火焰(燃烧)建筑中使用SCBA（Self-Contained Breathing Apparatus，即独立呼吸装备）。在起火建筑的内部环境中，可对一种或多种气体进行检测，并且在对环境具有威胁的气体水平低于推荐暴露极限值的时候宣布non-IDLH（未达到IDLH）。此外，起火建筑的外部通常被认为是一个non-IDLH环境所以不进行监控。最近的一次起火研究，我们选择在印第安纳州的卡梅尔 ,一个建筑内部结构被烧毁，但外部完整(与1403年的培训协议相对)。我们监控外部环境一氧化碳(CO)和氰化氢(HCN)。显示器设置在10、20和30英尺高度，放置在建筑的四个角落。在火势的增长阶段,HCN和CO浓度记录在各方面超过IDLH水平。这表明监测应不止应该在建筑内部进行，也要考虑建筑外部环境。

扑火工作假定是在 non-IDLH条件下进行的。即使这一假设是有效的,对作业人员莱说环境仍然可能存在巨大的健康威胁。单从一个单独的事件来看,暴露在低污染水平环境中可能表现出来的威胁可能微不足道；然而,对于职业消防员来说,长期暴露在此环境中的积累，可能导致慢性疾病的发展。这种影响已经在其他行业出现---慢性,低水平环境中长期暴露与心脏,肺,神经系统疾病有着密切联系。

烟雾成分

   建筑火灾时产生的烟雾的主要成分是气体和微小颗粒的混合物，这些颗粒物对人的健康是有很大危害。有关建筑火灾产生烟雾的成分的研究已经被全面的进行研究(1),在这里就不再进行广泛讨论了。然而,最重要的是，要理解尽管对烟雾成分的定性可能没有太大的改变,但是近年来，其组成物质的比例变化很大。随着塑料和天然纤维物质在建筑和家居中被大量使用,烟雾中存在的大量气体和化合物的相对已经改变了。新型建材、纺织面料已被证实比30年前的建筑材料中含有更高的醛,氰化物和其他有毒物质 (2)。

有毒气体对人体的伤害

   毒素进入人体分为几条路径,包括摄入，吸入,注入和吸收。在火场,只有吸入和吸收与皮肤有关。肺是提供吸入气体与血液中的气体物质进行交换的场所，尽管肺是正常呼吸功能的一部分，用来促进氧气和二氧化碳的交换,但是它也给有毒气体物质进入血液提供了一个途径。在火场中产生的最主要两种有毒气体CO和HCN就是通过这个途径进入人体血液循环的。CO是有窒息性的，它与血红蛋白结合的能力是氧气的200倍。因此它消除了全身血液输送氧气的能力。HCN也是一种窒息性质的物质，它会破坏细胞利用氧气而产生人体所需能量的能力。重要的是，接触HCN通常会导致肌肉缺氧甚至窒息；更重要的是,HCN和CO共同作用于从氧气的输送和使用两方面，共同攻击呼吸系统，这加快了消防人员中毒后的死亡速度。
 皮肤吸收有毒物质的过程比吸入过程的复杂得多。皮肤可看成是两层系统组成---角质层（也叫表皮或者外层）是由一层薄的死细胞组成，它是阻碍皮肤吸收毒素的主要屏障。当物质沉积或接触皮肤表面时,一个浓度梯度就被建立起来，来对有毒物质进行驱动扩散。表皮层下面是一层比较厚，有很大活性的组织,组织包含血管、汗腺、毛囊和神经，皮肤吸收的有毒物质就是通过这一层系统进行扩散的。这种关系按照菲克扩散定律所描述的,在本质上说,有多少物质可以到达血液中以及导致有毒负载是由化合物和组织的特点共同确定的。表皮层疏水意味着它不溶于水，因此,与水相似的化合物类将很难通过表皮层；而有机化合物,如溶剂则更容易穿过表皮层。气体,如HCN和H2S更容易在真皮层移动,在适当的浓度可以大大推进有毒负载(4)。在运动时，一个血液循环良好的表皮复合区域，通过皮肤的血液流量也是导致有毒负载增加的另一个因素。当皮肤发热的时候,更多的血液流向皮肤，并造成污染物的扩散梯度。

  一名消防员的外层保护装备为扑救行动中自己暴露的部分皮肤提供了可靠地保障。然而，如果与持续暴露在污染源中且并未进行认真清洗的外部保护装备进行直接接触，，那么它也成为一个有毒污染源。

   菲克定律，是描述物质扩散现象的宏观规律，这是生理学家菲克（Fick）于1855年发现的。包括两个内容：（1）早在1855年，菲克就提出了：在单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散物质流量（称为扩散通量Diffusion flux，用J表示）与该截面处的浓度梯度(Concentration gradient)成正比，也就是说，浓度梯度越大，扩散通量越大。这就是菲克第一定律。（2）菲克第二定律是在第一定律的基础上推导出来的。菲克第二定律指出，在非稳态扩散过程中，在距离x处，浓度随时间的变化率等于该处的扩散通量随距离变化率的负值。