Biologisk monitorering Beste praksis 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 Biologiske eksponeringsindikatorer - praksis, jus og etikk Statens arbeidsmiljøinstitutt 12.11.2009
Kjemisk arbeidsmiljø Omstridt faktagrunnlag Ca. 1.000 dødsfall årlig i Norge kan relateres til arbeidsmiljøfaktorer (ca. 50 arbeidsulykker) (Atil). I Finland: ca. 1.800 (4% av alle dødsfall, tilskrivbar risiko 7 (10/2)%). Atil estimerer at minst 500 dødsfall årlig skyldes kjemisk arbeidsmiljø Kreftregisteret estimerer ca. 350 kreftdødsfall skyldes kjemisk arbeidsmiljø ILO estimerer 359 årlige dødsfall i Norge pga. kjemisk arbeidsmiljø SSB levekårsundersøkelse 2006: 8% av arbeidsstokken oppgir at de blir yrkeseksponert for kjemikalier (ca. 200.000), i enkelte yrker opp til 40% To myndighetsrapporter er nylig blitt fremlagt: Pilotprosjekt Kjemisk arbeidsmiljø i petroleumssektoren (Ptil) Kjemikaliekampanjen 2003-2006 (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 2
Kjemisk arbeidsmiljø Omstridt faktagrunnlag European Agency for Occupational Health and Safety at Work (Bilbaoinstituttet): Estimert 2,3 millioner arbeidsrelaterte dødsfall i verden årlig, hvorav ca. 167.000 er i Europa (ca. 200 millioner sysselsatte i Europa) Ca. 7.000 ulykker 160.000 arbeidsrelatert sykdom 74.000 relatert til yrkeseksponering for helseskadelige kjemikalier I Norge ca. 1.700 arbeidsrelaterte dødsfall årlig (ca. 4%, 359 pga. kjemiske forb.) 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) 3
Hvor mange kjemikalier har vi? I følge CAS finnes det over 50.000.000 unike kjemiske stoffer REACH: Forventes innmelding av 29.000 stoffer innen 2018 Artikkel i Nature (2009) estimerer at det finnes mellom 68.000 og 101.000 kjemiske stoffer som bør innmeldes til REACH SFTs stoffliste over farlige kjemiske stoffer: Ca. 3.000 stoffer Arbeidstilsynets administrative normer: Ca. 600 stoffer Norge: Ingen biologiske grenseverdier for arbeidsmiljø (med unntak av bly) På det internasjonale markedet finnes det analyselaboratorier som tilbyr validerte biomonitoreringsmetoder for ca. 100 kjemiske forbindelser; for det meste metaller, organiske forbindelser inkl. løsemidler (IFKAN, 2009) 4
Hvor mange kjemikalier har vi? Andel deklarasjoner helsefarlige Ca. 15.000 (35.000) produkter Ca. 10.000 kjemiske stoffer Ca. 70 meget giftig Ca 2.000 giftig Ca 8.000 irriterende Ca 8.000 allergifremkallende Ca 1.000 kreftfremkallende Ca 500 reproduksjonsskadelige Ca 1.000 arvestoffskadelige Ca 15.000 helskadelige 5
Risikovurdering NAS, US 1983 6
Konsentrasjon, mg/m^3 Tradisjonelle yrkeshygienisk målinger Direktevisende Prøvetaking Indirekte målinger Prøveopparbeidelse og analyse 30 25 20 Respirabel Torakal Inhalerbar 15 10 5 0 7:55:12 9:07:12 10:19:12 11:31:12 12:43:12 13:55:12 15:07:12 Tidspunkt 7
Biologisk monitering Albertini et al., Mutation Research, 2001, 480-481, 317-331. 8
Formål med eksponeringsmålinger Personlige eksponeringsmålinger og biologisk monitorering er komplementære prosedyrer som brukes til å: Forhindre yrkessykdom ved å identifisere potensialet for inhalasjon og absorpsjon av toksiske kjemikalier i forkant av evt. debut av alvorlig helseskade Vurdere helserisiko for arbeidstakere (når konsentrasjoner og/eller sammensetning av fremmedstoffer i arbeidsatmosfæren er ukjent) Evaluere effektiviteten av arbeidsmiljøtiltak/intervensjoner, eksempelvis personlig verneutstyr eller teknologiendringer Løpende kontroller Som et ledd i epidemiologiske undersøkelser eller yrkeshygieniske kartlegginger 9
Biomonitering Best practice Det finnes intet internasjonalt regelverk for dette Det finnes intet nasjonalt regelverk for dette Mange organiasjoner har har foreslått guidelines for biomonitorering Prosedyrer Verdier for biomarkørkonsentrasjoner (Biological exposure index (BEI)) Et omfattende og tidkrevende arbeid å etablere BEI for et stoff (yrkeshygienisk/epidemiologiske undersøkelser) Ikke tilgjengelig for mange stoffer; forskjellig regelverk (og verdier) fra land til land Biologisk relevans er viktig Reduserte eksponeringsnivåer i arbeidslivet gjør dette vanskeligere (ikke like tydelige helseeffekter) 10
Biomonitering Best practice Når du ikke har en BEI å forholde deg til. Kilde: DCEP, Government of Western Australia, 2008 11
Biomonitoreringsprosessen Kilde: IFKAN 2009 12
Biomonitorering - yrkesetikk Manglende regelverk: Arbeidsmedisinsk ansvarsområde? Yrkeshygienisk ansvarsområde? Analytisk-kjemisk ansvarsområde? Arbeidsgiver? Arbeidstager? 13
Fordeler biomonitorering Biomonitering gir et mål på opptak fra alle ruter Ofte godt mål for å vurdere grupper av arbeidstakere Kan ofte si noe mer om helsefare enn generelle luftnivåer Enkelt å utføre Stadig økende tilgang på analytisk-kjemiske metoder Billig Kan måle på mange ting samtidig 14
Begrensninger biomonitorering Individer har forskjellig toksikokinetikk/dynamikk, hvilket ofte begrenser verdien av biomonitering på individnivå Kan forstyrres av bakgrunnsnivåer (kosthold, geografi, miljø) Få etablerte BEI sammenlignet med luftverdier Stor kunnskapsmangel om biologisk relevans for mange kjemiske forbindelser Krever større faglig innsikt i forsøksdesign og datatolkning; Komplekse mekanismer 15
Biomonitorering Analytisk kjemi 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) 16
Biomonitorering - Kromatografi Flyktige forbindelser: Ikke-flyktige forbindelser: Gasskromatografi (GC) Væskekromatografi (HPLC) Paradigmeskifte på midten av 1990-tallet: Kommersiell LC-MS (væskekromatografi koplet til massespektroskopi) 17
Biomonitorering - LC-MS Multiple choice LC Ionization Mass analyzer RP ESI Q NP APCI QqQ IC APPI TOF SEC MALDI qtof (CE/CEC) ICP IT 18
Biomonitorering - LC-MS 19
Miniatyrisert LC-MS Lavere fortynning Lavere deteksjonsgrenser 20
Biomonitorering av uringprøve hos servitør - Kotinin LC-UV LC-MS 21
Biomonitorering av uringprøve hos servitør - Kotinin LC-ESI-MS/MS Røyker: 1406.76 µg/g kreatinin Passiv røyker: 30.49 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 10 5 0 2 4 6 8 10 12 0 2 4 6 8 10 12 Retention (min) Retention time (min) 22
Ytre miljø vs. arbeidsmiljø? Forskjellig risikoforståelse? 23
Ytre miljø vs. arbeidsmiljø? Akrylamid 24
Ytre miljø vs. arbeidsmiljø? 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) 10-1000 ganger høyere nivåer i blod fra arbeiderne enn tidligere høyest eksponerte Opp til 25.000 ganger høyere luftnivåer enn tidligere målt i byluft Finnes ikke administrativ norm i Norge Liten kunnskap om helseeffekter 25
Ytre miljø vs. arbeidsmiljø? Perfluorerte organiske forbindelser F:\LC-MSMS users\...\data\serumstami16 6/9/2009 2:45:15 AM 37 Wax 2A RT: 0.0-33.0 100 50 0 100 50 0 100 50 0 100 50 0 100 50 0 100 50 0 100 50 0 100 50 0 1.7 4.5 7.2 0 5 10 15 20 25 30 Time (min) 18.7 23.4 24.2 10.7 12.3 13.9 15.8 19.0 23.1 24.3 27.8 30.9 19.6 1.7 2.7 4.7 6.4 8.1 10.6 13.7 17.2 19.4 20.0 22.2 25.1 26.4 28.8 32.6 20.4 1.7 4.2 5.6 8.0 10.8 13.6 15.2 17.2 19.3 21.0 25.0 26.2 28.2 31.0 21.1 1.8 4.6 6.4 9.1 11.3 12.3 16.0 18.3 21.6 23.9 26.6 28.3 31.2 21.8 0.6 3.4 5.5 6.4 8.9 10.8 13.1 15.0 18.2 18.6 20.4 22.2 24.8 26.3 28.6 30.9 22.5 22.7 0.6 1.7 4.5 6.4 8.3 10.4 12.4 14.6 17.6 18.7 25.1 26.8 31.0 23.2 1.8 2.7 4.6 6.2 9.1 10.3 12.6 PFOA 15.4 14.7 15.8 21.0 23.4 25.0 26.7 29.8 23.8 NL: 1.74E5 TIC F: - c ESI sid=5.00 SRM ms2 363.000@cid8.00 [318.500-319.500] MS serumstami16 NL: 7.97E6 TIC F: - c ESI sid=5.00 SRM ms2 413.000@cid8.00 [368.500-369.500] MS serumstami16 NL: 1.92E6 TIC F: - c ESI sid=5.00 SRM ms2 463.000@cid8.00 [418.500-419.500] MS serumstami16 MS serumstami16 1.8 4.6 6.2 7.3 9.5 10.4 14.5 17.1 18.9 22.8 26.8 28.5 32.6 NL: 1.23E6 TIC F: - c ESI sid=5.00 SRM ms2 513.000@cid10.00 [468.500-469.500] MS serumstami16 NL: 6.78E4 TIC F: - c ESI sid=5.00 SRM ms2 563.000@cid8.00 [518.500-519.500] MS serumstami16 NL: 6.05E4 TIC F: - c ESI sid=5.00 SRM ms2 613.000@cid10.00 [568.500-569.500] MS serumstami16 NL: 1.46E4 TIC F: - c ESI sid=5.00 SRM ms2 663.000@cid15.00 [618.500-619.500] MS serumstami16 NL: 1.91E4 TIC F: - c ESI sid=5.00 SRM ms2 713.000@cid15.00 [668.500-669.500] 26
Biomonitering Ikke bare kjemikalier Mennesker takler motgang og traumer på forskjellige måter. Mens enkelte ser ut til å ta det som måtte komme på strak arm, kan andre bli så overveldet at de resignerer og blir handlingslammet. Nå hevder forskere i en ny studie at det er mengden av proteinet Brain-derived neutrophic factor (BDNF) som styrer hvor godt vi takler påkjenninger, og nivået er merkbart lavere hos personer som ikke takler det så godt. Tidligere studier har vist at deprimerte har et lavere nivå av hjerneproteinet sammenliknet med ikke-deprimerte 27
% % % 3 8 2. 9 1 4 5 8 2. 8 0 4 2 5 9. 0 3 4 5 0 3. 6 0 5 3 2 8. 0 3 5 9 1 3. 1 3 5 2 6 3. 1 3 5 9 2 8. 1 4 5 0 7 3. 5 5 5 0 4 3. 6 5 5 2 8 8. 4 6 7 2 5. 7 8 5 ) 0 1 6 : 6 9 5 ( Cm ) 9 6 9. 0 1 ( 8 9 5 5 0 5 0 9 1 t a r +SE SM F TO 100 3 0 9. 0 1 4 9 4. 4 5 4 4 4 9. 2 8 9 8 4. 7 8 2 9 3 4. 7 0 5 0 z / m 400410420430440450460470480490500510520530540550560570580590600 588 % % Biomonitering Ikke bare kjemikalier Column-switching LC-ESI-TOF-MS dialyse av signalpeptider fra rottemuskelvev 100-200 L ekstrakt Bradykinin 100 530.845 531.319 531.362 419.283 541.829 408.285 430.952 555.370 506.305 556.340 440.903 498.892 454.910 491.896 507.327 576.882 587.287 598.333 0 m/z 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580 590 600 0 100 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00 Arg-bradykinin Sml. med RIA: 100 406.265 406.284 406.595 406.935 608.895 352.951 430.962 609.356 440.933 619.886 356.263 498.850 532.938 576.848 675.867 686.868 760.818 0 350 375 400 425 450 475 500 525 550 575 600 625 650 675 700 725 750 775 800 -Forbedret deteksjonsgrense -Forbedret selektivitet m/z 0 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00 Time 28
Biomonitoring bibliografi (ISI) (1960-tallet - 2009) 29
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. Få miljøer som både har kunnskap om og et balansert forhold til biomonitorering og biologisk relevans/helse. Arbeidsmiljøsektoren vil utfordres av miljøsektoren på slike forhold. Lite samordnet regelverk Ingen lovregulert best practice for for biomonitorering i arbeidslivet 30
www.stami.no