Biologisk monitering Analytiske utfordringer

Transkript

1 Biologisk monitering Analytiske utfordringer Skaper, bruker og formidler kunnskap om arbeid og helse Forskningsdirektør Prof. Pål Molander 1,2 1 Statens arbeidsmiljøinstitutt (STAMI) 2 Kjemisk institutt, Universitetet i Oslo Seminar om biologisk monitering OLF, Stavanger

2 Statens arbeidsmiljøinstitutt (STAMI) Det nasjonale forskningsinstituttet på arbeidsmiljøområdet Etat under Arbeids- og inkluderingsdepartementet (AID) Faglig rådgiver for Arbeidstilsynet og Petroleumstilsynet Budsjett på ca. 100 mill. pr. år Ca. 120 ansatte, tverrfaglighet 2

3 Kjemisk helsefare Omstridt faktagrunnlag Ca dødsfall årlig i Norge kan relateres til arbeidsmiljøfaktorer (ca. 50 arbeidsulykker) (Atil). Atil estimerer at minst 500 dødsfall årlig skyldes kjemisk arbeidsmiljø Fortsatt ca. 60 meldte løsemiddelskader årlig, 50 KOLS, 100 yrkesastma SSB levekårsundersøkelse 2006: 8% av arbeidsstokken oppgir at de blir yrkeseksponert for kjemikalier (ca ), i enkelte yrker opp til 40% To myndighetsrapporter er nylig blitt fremlagt: Pilotprosjekt Kjemisk arbeidsmiljø i petroleumssektoren (Ptil) Kjemikaliekampanjen (Atil) Hovedbudskap: Kunnskapen om eksponeringsforhold (kjemiske) i norsk arbeidsliv er begrenset Bare 25% av bedriftene i utvalgte bransjer med kjemisk eksponering har gjennomført en (god nok) lovpålagt risikovurdering 3

4 Kjemisk helsefare Omstridt faktagrunnlag European Agency for Occupational Health and Safety at Work (Bilbaoinstituttet): Estimert 2,3 millioner arbeidsrelaterte dødsfall i verden årlig, hvorav ca er i Europa (ca. 200 millioner sysselsatte i Europa) arbeidsrelatert sykdom relatert til yrkeseksponering for helseskadelige kjemikalier I Norge ca arbeidsrelaterte dødsfall årlig (ca. 4%) EU: 1 arbeidsrelatert dødsfall hvert 3,5 minutt Internasjonale studier: Ca. 15% av astma, kronisk obstruktiv lungesykdom (KOLS) og lungekreft, samt ca. 17% av alle hjerte/karsykdomsdødsfall har sin bakgrunn i det kjemiske arbeidsmiljøet (menn) 4

5 Hvor mange kjemikalier har vi? Andel deklarasjoner helsefarlige Ca (35.000) produkter Ca kjemiske stoffer Ca. 70 meget giftig Ca giftig Ca irriterende Ca allergifremkallende Ca kreftfremkallende Ca 500 reproduksjonsskadelige Ca arvestoffskadelige Ca helskadelige 5

6 Biologisk monitering Albertini et al., Mutation Research, 2001, ,

7 Biologisk monitering Organiske, uorganiske og biologiske eksponeringer Eksempler på instrumentelle anlytiske analyseteknikker: Organisk - Separasjonsteknikker - Spektroskopi - Massepektrometri - Ekstraksjonsprinsipper - Immunoassays Uorganisk - Spektroskopi - Massespektrometri - Elektroanalytiske metoder - Radiokjemiske metoder Væskekromatografi (HPLC) Gasskromatografi (GC) Superkritiskfluidkromatografi Kapillær elektrokromatografi (CEC) Kapillær elektroforese (CE) 7

8 Instrumentell organisk analytisk kjemi Det er veldig mange organiske forbindelser i typiske biologiske matrikser, både naturlig forekommende forbindelser og fremmedstoffer For å kunne måle organiske enkeltkomponenter i biologiske prøver kreves det ofte både en prøveopparbeidelse (prøver å bli kvitt alt vi ikke er interessert i samt forsøker å oppkonsentrere prøven) og separasjon (ofte en kromatografisk separasjon hvor man separerer de(n) aktuelle komponenten(e) fra hverandre i en tid slik at disse kan detekteres (måles) enkeltvis. t 0 Sample preparation Separation t 1 Selectivity/specificity? t 2 Detection 8

9 Kromatografi Flyktige forbindelser: Ikke-flyktige forbindelser: Gasskromatografi (GC) Væskekromatografi (HPLC) Paradigmeskifte på midten av 1990-tallet: Kommersiell LC-MS (væskekromatografi koplet til massespektroskopi) 9

10 LC-MS 10

11 LC-MS Høy selektivitet Ofte høy følsomhet 11

12 LC-MS Multiple choice LC Ionization Mass analyzer RP ESI Q NP APCI QqQ IC APPI TOF SEC MALDI qtof (CE/CEC) ICP IT 12

13 Miniatyrisert LC-MS Lavere fortynning Lavere deteksjonsgrenser 13

14 Foreløpig konklusjon Nye og forbedrede analytisk-kjemiske teknikker har de senere år utvidet drastisk mulighetene for å kunne måle kjemiske forbindelser i biologiske matrikser Både forbedret selektivitet, følsomhet og robusthet Gitt et kompetent og velutstyrt laboratorium: Kan måle lavere nivåer av flere forbindelser enn tidligere på en bedre kvalitetssikret måte til en relativt lav pris Hva kan man bruke denne kunnskapen til? Mangler for de fleste forbindelser kunnskap om dose-respons forhold Mangler for mange forbindelser kunnskap om biologisk relevans (eks. ytre miljø) Få miljøer som både har kunnskap om og et balansert forhold til biomonitering i seg selv og biologisk relevans/helse 14

15 Ytre miljø vs. arbeidsmiljø? Forskjellig risikoforståelse? 15

16 Ytre miljø vs. arbeidsmiljø Eksempel bromerte flammehemmere 16

17 Ytre miljø vs. arbeidsmiljø Eksempel bromerte flammehemmere HBCD en av fokuskjemikaliene i ytre miljø Påvises i økende grad i morsmelk, selspekk mm. Tidligere ikke studert i arbeidsmiljø 1 vitenskapelig publikasjon i 2007 fra Norge (STAMI) ganger høyere nivåer i blod fra arbeiderne enn tidligere høyest eksponerte Opp til ganger høyere luftnivåer enn tidligere målt i byluft Finnes ikke administrativ norm i Norge Liten kunnskap om helseeffekter 17

18 Ytre miljø vs. arbeidsmiljø Eksempel bromerte flammehemmere 18

19 Biomonitoring: 1-hydroxypyrene in urine Column-switching µlc-esi-ms SIR [M-H] - m/z Injection volume: 100 µl Urine dilution: 1:10 Focusing solvent composition (P1): ACN H 2 O (5:95, v/v) (120 µl/min) TIC MP (P2): ACN - 5 mm NH 4 Ac (70:30, v/v) (1 µl/min) SP: 0.15 x 30 mm, 10 µm Kromasil C x 100 mm, 3.5 µm Kromasil C 18 clod ~ 200 pg/ml urine 19

20 Biomonitoring: B[a]P-tetrols DNA-adducts Column switching µlc-fluorescens-esi-ms/ms mlod ~ 200 pg/ml urine 20

21 Biomonitoring: Phathalate monoesters in urine Column-switching µlc-esi-ms (MRM) m/z m/z m/z m/z Injection volume: 200 µl Urine dilution: 1:10 Focusing solvent composition (P1): ACN H 2 O (HCl adjusted to ph 2) (15:85, v/v) (20 µl/min) MP (P2): THF - 5 mm NH 4 Ac (Gradient: % THF) (4 µl/min) SP: 0.32 x 30 mm, 5 µm Hypercarb 0.32 x 100 mm, 5 µm Hypercarb clod ~ 2 ng/ml urine 21

22 Biomonitoring: PFOS and PFOA in plasma Column-switching µlc-esi-tof-ms Injection volume: 250 µl Plasma dilution: 1:10 SIM [M-H] - m/z SIM [M-H] - m/z Focusing solvent composition (P1): ACN 10 mm NH 4 Ac (5:95, v/v) (100 µl/min) MP (P2): ACN 10 mm NH 4 Ac (Gradient: % ACN) (5 µl/min) SP: 0.32 x 30 mm, 10 µm Kromasil C x 100 mm, 3.5 µm Kromasil C 18 clod ~ 500 pg/ml plasma 22

23 Biomonitoring: Cotinine in urine µlc-esi-ms/ms Røyker: µg/g kreatinin Passiv røyker: µg/g kreatinin Relative abundance m/z 177 m/z 80 TIC 2.41 x 10 6 Relative abundance m/z 177 m/z 80 TIC 1.11 x Retention (min) Retention time (min) 23

24 rat (10.969)C m(596:61 0) TOFM SES % m/z Biomonitering: Smertesignalpeptider i dialysevæske Column-switching µlc-esi-tof-ms µdialyse av signalpeptider fra rottemuskelvev µl ekstrakt Bradykinin % 0% m/z Arg-bradykinin Sml. med RIA: % 100 0% Forbedret deteksjonsgrense -Forbedret selektivitet m/z Time 24

25 Biomonitoring bibliografi (ISI) (1960-tallet ) 25

26 Occupational health - Bibliografi 26

27 Konklusjon Biomonitering gir et mål på opptak fra alle ruter, men det er store personlige forskjeller m.h.p. metabolisering og utskillelseshastigheter (toksikokinetikk) Dette begrenser i mange tilfeller verdien av biomonitorering som mål for eksponering på personnivå Biomonitorering er derimot godt egnet i yrkeshygienisk sammenheng til vurdering av grupper av arbeidstakere Mange og stadig flere robuste og appliserbare biomoniteringsmetoder er tilgjengelige for stadig flere biomarkører. Dette feltet har utviklet seg hurtig de senere årene. Stort kunnskapsbehov om biologisk relevans og dose-despons Mye pågående forskningsarbeid som studerer sammenhenger mellom eksponering og opptak (i kombinasjon med luftmålinger) 27

28