A SÍLICA

Introdução

O termo sílica refere-se aos compostos de dióxido de silício, SiO2, nas suas várias formas incluindo sílicas cristalinas; sílicas vítreas e sílicas amorfas. O dióxido de silício, SiO2, é o composto binário de oxigênio e silício mais comum, sendo inclusive composto dos dois elementos mais abundantes na crosta da Terra. A sílica e seus compostos constituem cerca de 60% em peso de toda a crosta terrestre.

Os depósitos de sílica são encontrados universalmente e são provenientes de várias eras geológicas. A maioria dos depósitos de sílica que são minerados para obtenção das "areias de sílica" consistem de quartzo livre, quartzitos, e depósitos sedimentares como os arenitos.

O quartzo é um mineral de natureza dura, inerte e insolúvel. Suporta totalmente a vários processos de ação de agentes atmosféricos (intempéries) e é encontrado desde traço até grandes quantidades em várias rochas sedimentares. Ele é o componente principal dos solos, variando de 90 a 95% das frações arenosas e siltosas de um solo. A areia é composta predominantemente de quartzo.

Comercialmente, a sílica é fonte do elemento silício e é usada em grande quantidade como um constituinte de materiais de construção. A sílica também possui numerosas aplicações especializadas, como cristais piezoelétricos Na sua forma amorfa é utilizada como dessecante, adsorvente, carga e componente catalisador. Na sua forma vítrea é muito utilizada na indústria de vidro e como componentes óticos. Sílica é um material básico na indústria de vidro, cerâmicas e refratários, e é uma importante matéria prima na produção de silicatos solúveis, silício e seus derivados carbeto de silício e silicones.

Pela sua abundância na crosta terrestre, a sílica é largamente utilizada como constituinte de inúmeros materiais. Desta forma, trabalhadores podem ser expostos a sílica cristalina em uma grande variedade de indústrias e ocupações. No Quadro 1 apresentam-se exemplos de indústrias, operações e atividades específicas onde podem ocorrer exposição ocupacional a sílica livre cristalina. Sílica cristalina refere-se a um grupo mineral no qual a sílica assume uma estrutura que se repete regularmente, isto é uma estrutura cristalina.

Oito diferentes arranjos estruturais (polimorfos) do SiO2 ocorrem na natureza, no entanto sete dentre esses são mais importantes nas condições da crosta terrestre: a-quartzo, cristobalita, tridimita, moganita, keatita, coesita e stishovita.

As três formas mais importantes da sílica cristalina, do ponto de vista da saúde ocupacional são o quartzo, a tridimita e a cristobalita. Estas três formas de sílica também são chamadas de sílica livre ou sílica não combinada para distingüí-las dos demais silicatos.

Quadro 1 Ramos de atividade onde podem ocorrer exposição ocupacional a sílica livre cristalina.

 

Fonte: IARC 1997

Sinônimos, nomes comerciais e fórmula

Número de registro CAS (Chemical Abstrat Service): 7631-86-9
Nome químico: Dióxido de silício
Fórmula molecular: SiO2.

Sinônimos: Cristalina: coesista, cristobalita, jasper, sílica microcristalina, quartzo, quartizito, entre outros. Amorfa: Sílica coloidal, terra diatomácia, diatomita, sílica "fumed" sílica fused, opala, sílica gel, sílica vítrea, entre outros

Nomes comerciais: Cristalina: BRGM, D&D, DQ12, Min-U-Sil, Sil-Co-Snowit. Amorfa: Aerosil, Celite, Ludox, Silcron G-910.

Origem e classificação

Origem: Mineral, biogênica ou sintética

Classificação:

   a- formas cristalinas
   natural - , ß quartzo; , ß1, ß2, tridimita; , ß cristobalita; coesita;
   stishovita; moganita, keatita.
   sintética - keatita; sílica W; porosils

   b- formas amorfas
   natural - opala; sílica biogênica; terras diatomácias; fibras de sílica;
   sílica vítrea.
   sintética - sílica fundida; pirogênica ou sílica evaporada; sílica precipitada;
   sílica coloidal; sílica gel.

   c- Rochas contendo sílica (>90% de SiO2)
   quartzito, quartzo arenito, diatomita, porcelanita, sílex córneo, gueiserita
   (Fondel,1962; Coyle, 1982; Flörke&Martin,1993)

O -Quartzo é a forma termodinamicamente estável da sílica cristalina nas condições ambientais A grande maioria da sílica cristalina natural existe como a-quartzo. As outras formas existem num estado metaestável. A nomenclatura usada é "a" para uma fase de baixa temperatura e "ß" para uma fase de alta temperatura. A estabilidade dos polimorfos da sílica está relacionada com a temperatura e a pressão. Polimorfo é um termo usado para descrever materiais com diferentes arranjos atômicos cristalinos mas de mesma composição química. O -quartzo é o mais estável nas temperaturas e pressões que caracterizam a crostra terrestre. A tridimita e cristobalita são formadas sob altas temperaturas, enquanto coesita e stishovita são formadas sob altas pressões.

Estrutura e ligações químicas

A unidade estrutural básica da maioria das formas da sílica e dos silicatos é um arranjo tetraédrico de 4 átomos de oxigênio ao redor de um átomo de silício centralizado, silício tetraédrico, SiO4. Pequenas variações na orientação da cela de silício tetraédrico com outra respectiva resulta no desenvolvimento de nova simetria, produzindo os diferentes polimorfos da sílica, quartzo, tridimita, cristobalita, coesita e stishovita. Uma orientação totalmente aleatória destas unidades resulta nas variedades amorfas do material.

Esse arranjo tetraédrico possibilita a formação de uma rede cristalina tridimensional infinita por meio do compartilhamento de todos os átomos de oxigênio de um tetraedro com os grupos vizinhos. Quando alguns dos vértices do tetraedro não se ligam, isto é, átomos de oxigênio ficam livres, uma ampla faixa de possibilidades estruturais se abre, algumas das quais são encontradas nos silicatos. Nas estruturas para as quais todos os vértices do tetraedro não são compartilhados, cada átomo de oxigênio não compartilhado contribui com uma carga negativa para o grupo aniônico então formado, o equilíbrio dessas cargas dá-se pela presença de cátions (cargas positivas) na estrutura do silicato. Na figura, encontra-se a representação esquemática das possíveis estruturas básicas dos silicatos. Na figura 2, encontra-se a representação da estrutura cristalina do -quartzo, da cristobalita e da tridimita.

A sílica a temperaturas ordinárias é quimicamente resistente a muitos dos reagentes comuns. Além disso, ela pode suportar uma ampla variedade de transformações sob condições severas como por exemplo, temperaturas altas. A reatividade da sílica depende fortemente da sua forma, pré-tratamento e estado de subdivisão da amostra específica em estudo.

Poeiras contendo sílica livre cristalina que foram geradas recentemente, como por exemplo, em operações com jateamento de areia, perfuração de rochas, escavação de túneis e moagem, possuem maior toxicidade para as células do pulmão comparada com poeiras mais velhas. Alguns estudos que demonstram isso, descrevem que esse aumento da toxicidade é devido a geração e presença de radicais livres na superfície da partícula de poeira. São formados radicais de oxigênio livre como o ánion superóxido (O2.-) e radicais hidroxilas (.OH) que são altamente reativos na presença do cátion ferro bivalente (Fe2+) e traços de outros metais

A solubilidade, as características de clivagem, a morfologia e as propriedades de superfície da sílica podem influenciar na sua atividade biológica nos organismos.

Figura 1. Representação esquemática das estruturas básicas dos silicatos.
(a) Formas de ligação de tetraedro de SiO4;
(b) padrões de ligação química correspondente;
(c) fórmula molecular. Os átomos de Si aparecem ligados somente a 3 átomos de O, o quarto átomo de O ligado ao Si está abaixo do plano de diagrama.
Fonte: Kirk Otmer

Figura 2. Representações das estruturas poliédricas do a-quartzo
(a) e da tridimita e cristobalita, que é comum a ambas (b).

Exposição ocupacional

A exposição ocupacional dá-se por meio da inalação, pelo trabalhador, de poeira contendo sílica livre cristalizada.

Poeira é toda partícula sólida de qualquer tamanho, natureza ou origem, formada por trituração ou outro tipo de ruptura mecânica de um material original sólido, suspensa ou capaz de se manter suspensa no ar. Essas partículas geralmente têm formas irregulares e são maiores que 0,5 μm

 O local de deposição das partículas no sistema respiratório humano, Figura 1 depende diretamente do tamanho das partículas:

• as inaláveis - partículas menores que 100 μm, são capazes de penetrar pelo nariz e pela boca;
• as torácicas - partículas menores que 25 μm, são capazes de penetrar além da laringe;
• as respiráveis - partículas menores que 10 μm, são capazes de penetrar na região alveolar.

As poeiras podem ser classificadas de várias formas. No entanto, a classificação quanto ao tamanho da partícula, têm importância fundamental quando trata-se de poeira que contem sílica, pois a avaliação do risco de se desenvolver silicose, depende da quantidade de sílica livre cristalizada inalada e depositada na região dos bronquíolos respiratórios e alvéolos pulmonares. Os fatores determinantes são: a concentração atmosférica de fração respirável de poeira e seu teor de sílica livre cristalina, duração da exposição do trabalhador e a suscetibilidade individual.

Efeitos tóxicos

Os efeitos tóxicos sobre o organismo humano devido a exposição à poeiras contendo sílica livre cristalina dependem de uma série de variáveis:

• tipo de exposição: composição da fração respirável, concentração de poeira ambiental, concentração de sílica livre cristalina, outros minerais presentes na fração respirável, tamanho da partícula e o tempo de exposição;
• tipo de resposta orgânica: integridade do sistema mucociliar e das respostas imunológicas; concomitância de outras doenças respiratórias; hiperreatividade brônquica.

O caminho que as partículas de poeira percorrem dentro do sistema respiratório é constituído pelo nariz, boca, faringe, laringe, árvore traqueobronquial e alvéolos pulmonares, e se depositam em diferentes regiões dependendo do seu diâmetro aerodinâmico. Em situações normais, o aparelho respiratório intercepta a maioria das partículas inaladas, através da ativação dos mecanismos de defesa e restauração Entretanto, essa capacidade de auto-proteção e reparo de danos tem um limite. Durante a exposição ocupacional, a deposição excessiva de poeira, provocada pela inalação freqüente e contínua desse agente, causa diversos efeitos adversos dentro do aparelho respiratório. Na região traqueobronquial a presença da poeira estimula um aumento na produção de muco para auxiliar o trabalho de condução dos cílios ali existentes na remoção das partículas. A estimulação prolongada das células e das glândulas de secreção do muco pode induzir a hipertrofia dessas estruturas.

As partículas que penetram além do bronquíolo terminal são rapidamente ingeridas por células chamadas macrófagos, cuja função é destruir material estranho. Alguns dos macrófagos, com suas partículas ingeridas, são transportados sobre a lâmina mucociliar. Outros macrófagos morrem, liberando partículas, substâncias ativas e restos celulares, que são ingeridas por novos macrófagos, e esse processo é repetido indefinidamente. A vida do macrófago sob circunstâncias normais é medida em termos de semanas ou talvez um mês ou mais. Sua vida é encurtada se a partícula ingerida é especialmente tóxica, como é o caso da sílica livre cristalina, que devido às suas propriedades de superfície, mata o macrófago em um período de horas ou dias. Partículas de poeira que se alojam nos alvéolos estimulam o recrutamento e acúmulo dos macrófagos nessa área provocando reações do tecido pulmonar. Estudos têm demonstrado um aumento nos indicadores de inflamação principalmente nos pulmões de pessoas silicóticas. A formação de colágeno acompanha a inflamação prolongada ou crônica na maioria dos órgãos do corpo. É uma parte da familiar formação de cicatriz nos tecidos, que pode agir tanto sobre a pele como dentro do pulmão. A fibrose pulmonar é uma seqüela comum da inflamação pulmonar crônica. Além disso, as células do pulmão que estão em contato com o ar, possuem uma alta taxa de reposição ou renovação, onde as células com a superfície parcialmente danificada são rapidamente trocadas por células novas. Devido à rápida regeneração das células do pulmão, há provavelmente maior vulnerabilidade às alterações carcinogênicas pela presença da poeira. Com base em todas as considerações anteriores, pode-se antecipar que a poeira depositada nos pulmões pode induzir:

• pequena ou nenhuma reação;
• hiperprodução de muco e hipertrofia das glândulas de secreção de muco,
• recrutamento de macrófagos;
• proliferação crônica ou reação inflamatória;
• fibrose;
• câncer.

Câncer

A sílica livre cristalina inalada na forma de quartzo ou cristobalita a partir de exposições ocupacionais é carcinogênica para humanos segundo a IARC (International Agency for Research on Cancer), instituição ligada a Organização Mundial da Saúde.

Um Grupo de Trabalho da IARC analisou uma série de estudos epidemiológicos realizados em diversos ramos de atividade tais como: mineração, extração e trabalhos com granito, cerâmica, olaria, refratário, processos industriais com terra diatomácea, fundição entre outros.

Nos estudos epidemiológicos que relacionavam silicose e risco de câncer de pulmão verificou-se que um silicótico possui 1,5 a 6 vezes mais risco de adquirir câncer de pulmão do que um não silicótico.

Em grande parte dos estudos o aumento do gradiente de risco foi observado em relação a dose, a exposição cumulativa, a duração da exposição ou a presença de silicose definida radiologicamente.

O Grupo de Trabalho concluiu que as evidências encontradas nestes estudos foram suficientes para comprovar o aumento do câncer de pulmão a partir de inalação de sílica livre cristalina resultante da exposição ocupacional.

Os mecanismos que induzem a formação do câncer provocado pela sílica livre cristalizada ainda estão sendo estudados. Existe um número maior de evidências demonstrando que o persistente processo de inflamação dos pulmões gera substâncias oxidantes que resultam nos efeitos genotóxicos no parênquima pulmonar.

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