N-Metyyli-2-pyrrolidoni (NMP) -altistuminen Suomessa ja sen biomonitorointi

Transkriptio

1 N-Metyyli-2-pyrrolidoni (NMP) -altistuminen Suomessa ja sen biomonitorointi Loppuraportti Työsuojelurahastolle Työterveyslaitos Työympäristön kehittäminen osaamiskeskus Riskinarviointi ja biomonitorointi tiimi Topeliuksenkatu 41 a A, Helsinki puhelin: , faksi: sähköposti: etunimi.sukunimi@ttl.fi, WWW: Tämän asiakirjan osittainen julkaiseminen on sallittu vain Työterveyslaitoksen antaman kirjallisen luvan perusteella.

2 N-Metyyli-2-pyrrolidoni (NMP) -altistuminen Suomessa ja sen biomonitorointi Loppuraportti Työsuojelurahastolle Hanke Hankkeen kesto Raportin laatineet: Simo Porras ja Eivor Elovaara Hankkeen toteuttamiseen osallistuneet henkilöt: Eivor Elovaara, FT, dos., erikoistutkija Ilpo Ahonen, FL, vanhempi asiantuntija Antero Aitio, LKT, prof. Ritva Degerth, FM, erikoistyöhygieenikko Pirjo Heikkinen, mittausinsinööri Tiina Heiskanen, eläintenhoitaja Maj-Len Henriks-Eckerman, FL, kemisti Santtu Hirvikorpi, tutkimusapulainen Sirpa Hyttinen, apulaistutkija Anneli Hännikäinen, laboratoriomestari Mirja Kiilunen, FT, dos., vanhempi asiantuntija Pertti Koivisto, FT, erikoistutkija Juha Laitinen, FT, dos., vanhempi tutkija Simo Porras, FT, erikoistutkija Tiina Santonen, LT, tiimipäällikkö Työterveyslaitos, Helsinki 2009 Kannen kuva Ilpo Ahonen 2008: Graffitien poistoainetta huuhdellaan kuumavesipainepesurilla muuntoaseman seinästä. 2

3 Esipuhe Työsuojelurahaston rahoittama N-Metyyli-2-pyrrolidoni (NMP) -altistuminen Suomessa ja sen biomonitorointi -tutkimusprojekti toteutettiin vuosina Projekti toteutettiin pääasiassa Työterveyslaitoksen Helsingin toimipisteessä, mutta työpaikkojen ilmanäytteiden keräämiseen ja analysointiin sekä biologisten näytteiden keräämiseen osallistui henkilöitä myös Työterveyslaitoksen Kuopion, Tampereen ja Turun aluetoimipisteistä. Projektin vastuuhenkilö oli dos. Eivor Elovaara. Ilmamittaukset suoritettiin pääasiassa syksyllä 2008 ja joiltain osin myös alkuvuodesta LC-MS tekniikkaan perustuvan biomonitorointimenetelmän kehitys alkoi alustavasti vuonna 2007 ja jatkui systemaattisemmin vuosina Biomonitorointitulokset ovat pääasiassa vuodelta Kiitämme lämpimästi kaikkia tähän tutkimukseen osallistuneita NMP-työpaikkoja ja tutkimukseen osallistuneita vapaaehtoisia työntekijöitä kuin myös kaikkia tutkimusprojektin suorittamiseen osallistuneita henkilöitä, joiden eri alojen asiantuntemus mahdollisti tämän projektin menestyksellisen loppuunsaattamisen. Erityiskiitos Työsuojelurahastolle tutkimusprojektin rahoittamisesta, jota ilman projektin läpivieminen kyseisessä laajuudessa olisi ollut mahdotonta. Helsingissä joulukuussa Tutkijat 3

4 Sisällysluettelo Esipuhe... 3 Tiivistelmä Lähtökohta ja tausta Tavoitteet Aineisto ja menetelmät Työpaikat Näytteiden keräys Ilmanäytteet ja analysointi Biologiset näytteet Biomonitorointimenetelmä Reagenssit LC-MS-parametrit Virtsan suhteellinen tiheys ja siitä mitatun pitoisuuden tiheyskorjaus Näytteen esikäsittely Virtsanäytteet Kalibraatioliuokset Tulokset ja niiden tarkastelu Ilmanäytteet Biomonitorointi Biomonitorointimenetelmä Biomonitorointitulokset Vertailu biomonitoroinnin viitearvoihin Yhteenveto, johtopäätökset ja tulosten hyödynnettävyys Kirjallisuusviitteet

5 Tiivistelmä Tausta ja tavoitteet N-Metyyli-2-pyrrolidoni (NMP) -altistuminen Suomessa ja sen biomonitorointi - tutkimushankkeen tavoitteena oli kehittää menetelmä biologiselle altistumisindikaattorille, joka soveltuu henkilökohtaisen NMP-liuotinaineen kokonaisaltistumistason arvioimiseen työntekijän virtsanäytteestä ja tarjota työterveyshuoltojen käyttöön uusi biomonitorointimentelmä, joka mahdollistaa NMP-altistumisen seuraamisen suomalaisilla työpaikoilla. NMP on yleisesti käytetty liuotin monissa teollisuuden sovelluksissa ja sitä käytetään useissa eri tuotteissa. Tällä hetkellä Suomessa on myytävänä yli 200 tuotetta, jotka sisältävät NMP:tä. Menetelmät Tutkimukseen vapaaehtoisesti osallistuneiden työntekijöiden altistumista selvitettiin työhygieenisin menetelmin mittaamalla ilman NMP-pitoisuus hengitysvyöhykkeeltä työpäivän aikana kerätyistä näytteistä, neljästä eri työpaikasta ja työtehtävästä: maalin valmistus, graffitien poisto, puhdistustyö ja parketin lakkaus. Projektissa kehitettiin biologinen ns. kehonsisäistä kokonaisaltistumista mittaava menetelmä, jolla voidaan luotettavasti arvioida ihon kautta ja hengitysilmasta elimistöön kulkeutuneen NMP:n määrä. Tällä uudella biomonitorointimenetelmällä pystyttiin virtsanäytteistä määrittämään sekä NMP että sen metaboliitit 5-hydroksi-N-metyyli-2-pyrrolidoni (5-HNMP), N-metyylisukkiini-imidi (MSI) ja 2- hydroksi-n-metyylisukkiini-imidi (2-HMSI). Analyysi perustuu virtsaan erittyneiden aineiden erottamiseen toisistaan nestekromatografialla (LC), jonka jälkeen aineiden tunnistaminen tapahtui massaspektrometrilla (MS). Virtsanäytteen esikäsittelyä varten kehitettiin kiinteäfaasiuuttotekniikkaan perustuva näytteen puhdistus. Työpaikkatutkimukset tehtiin eri puolella Suomea ja ne toteutettiin Työterveyslaitoksen paikallisten asiantuntijoiden toimesta. Tulokset Suurimmat NMP:n ilmapitoisuudet mitattiin parketin lakkaustyössä. Ilmapitoisuudet olivat kaiken kaikkiaan hyvin pieniä - alle 10 % 8 h haitalliseksi tunnetusta pitoisuudesta (HTParvosta 40 mg/m 3 ). NMP:n biologiseksi altistumisindikaattoriksi valittiin NMP:n päämetaboliatuote 5-HNMP, mutta myös 2-HMSI:n todettiin soveltuvan altistumisen arviointiin. 5-HNMP:n näytteenottoajankohta on heti työvuoron jälkeen. Kirjallisuustulosten perusteella 8 h altistuminen NMP:n HTPpitoisuudelle 40 mg/m 3 vastaa 900 mol/l 5-HNMP-pitoisuutta virtsassa, johon perustuen tämä on 5-HNMP:lle valittu toimenpideraja-arvo. Altistumattomien viitearvona sovelletaan 1 mol/l 5-HNMP-pitoisuutta. Biomonitorointitulokset osoittavat, että graffitien poistossa, puhdistustyössä ja parketin lakkauksessa voi altistua NMP:lle. Pitoisuudet olivat kuitenkin alle 10 % toimenpiderajaarvosta 900 mol/l. Maalinvalmistuksessa sen sijaan 5-HNMP-pitoisuudet olivat joko altistumattomien viitearvon suuruisia tai sen alle. Kyseisessä työssä ihoaltistumisen riski ei ole merkittävä, sillä tulokset ovat selitettävissä erittäin pienillä NMP:n ilmapitoisuuksilla. Hanke tuotti luotettavaa tutkimustietoa NMP-altistumisesta neljältä erilaiselta työpaikalta, vaikka näytteiden määrä olikin suhteellisen pieni. NMP:n pitoisuudet hengitysilmassa olivat myös varsin pieniä. Tulokset antoivat viitteitä siitä, että työhygieniset mittaukset eivät yksinään välttämättä anna aina oikeaa kuvaa henkilökohtaisen NMP-altistumisen kokonaismäärästä, johon vaikuttavat altistavan työn ja suojautumisen lisäksi henkilön hyvät tai huonot työtavat. Koska iholle joutunut NMP imeytyy elimistöön helposti ja merkittävästi, altistumisen arvioinnissa tarvitaan biomonitorointia. On myös huomioitava, että kirjallisuustiedon valossa tutkitunlaisilla työpaikoilla hieman erilaisissa olosuhteissa NMPpitoisuudet saattavat nousta nyt mitattuja arvoja huomattavasti korkeammiksikin. Lisäksi, vaikka kaikki virtsan 5-HNMP:n pitoisuudet olivat alle 10 % toimenpideraja-arvosta, niin kolmessa neljästä tutkitusta työstä altistuttiin selvästi NMP:lle. 5

6 Johtopäätökset ja hyödynnettävyys NMP-tutkimushanke osoitti selvästi, että kun biomonitoroinnin avulla voidaan osoittaa, että tutkitun henkilön työperäinen altistuminen NMP:lle on tasoltaan matala, se on yksinään riittävä altistumisen seurantankeino eikä näin ollen vaadi tämän lisäksi työhygieenisiä mittauksia. Jos virtsan 5-HNMP tulokset työpäivän lopussa ovat korkeita (luokkaa 900 µmol/l ja yli) työhygieeniset mittaukset ovat suositeltavia niin työpaikan/työtehtävien altistumisen epäpuhtauslähteiden kuin työntekijöiden pääasiallisten altistumisreittien (iho vs. keuhkot) selvittämiseksi tavoitteena heidän parempi henkilökohtainen suojaaminen käyttäen sopivia altistumisen torjuntatoimenpiteitä. Työpaikoilla tulee pyrkiä mahdollisimman mataliin altistumistasoihin parantamalla torjuntatoimenpiteitä käyttäen tässä apuna biomonitorointia. NMP on luokiteltu lisääntymisterveydelle vaaralliseksi liuotinaineeksi. Joten on tärkeää korostaa, että biomonitorointi tarjoaa ainoan luotettavan tavan osoittaa, että naispuolisten työntekijöiden mahdollinen altistuminen raskauden aikana ei ylitä sallittuja rajoja. Mitä tulee NMP-altistumistasojen mataluuteen erilaisilla työpaikoilla, tämä neljän työpaikan tutkimus ei pysty antamaan kattavaa kuvaa Suomen altistumistasojen vaihtelusta. On ilmeistä, että tähän tutkimukseen vapaaehtoisesti osallistuneet työpaikat edustavat työnantajia, joissa työntekijöiden altistumisen torjunta oli pyritty hoitamaan hyvin ja asianmukaisesti. Työterveyshuoltojen toiminnan kautta voidaan kuitenkin tavoittaa kaikenlaisia työpaikkoja, myös sellaisia, joiden työntekijöiden biomonitorointi voi osoittaa liian korkeita NMP-altistumisen tasoja. Tällaisissa tapauksissa Työterveyslaitos on se taho, joka pyydettäessä antaa tarvittavaa asiantuntija-apua työolosuhteiden terveysriskien kartoittamiseksi ja parantamiseksi. 6

7 1 Lähtökohta ja tausta N-Metyyli-2-pyrrolidoni, NMP (CAS no ) on amiininhajuinen, vesiliukoinen väritön neste. Hyvien liuotinaineominaisuuksiensa ansiosta sillä on erittäin laajaa ja monenlaista käyttöä (IPCS 2001; ACGIH 2007; SCOEL 2007), mm. liuottimena maaleissa, petrokemiallisessa teollisuudessa, graffitien ja maalien poistossa, puhdistusaineissa elektroniikkateollisuudessa, kloorattujen liuottimien korvaajana, ja teollisuudessa sitä käytetään myös monien tuotteiden valmistuksessa (esim. pigmentit, väriaineet, kosmetiikka, lääkeaineet, pestisidit). Suomessa on Sosiaali- ja terveysalan lupa- ja valvontaviraston kemikaalirekisterin mukaan myytävänä 241 tuotetta, jotka sisältävät NMP:tä (Valvira). NMP imeytyy nopeasti sekä hengitysteiden että ihon ja ruuansulatuskanavan kautta (IPCS 2001; ACGIH 2007; SCOEL 2007). Huolimatta NMP:n suhteellisen vähäisestä haihtuvuudesta (korkea kiuhumispiste ja alhainen höyrynpaine) sen laaja käyttö johtaa työperäiseen altistumiseen myös hengitysteitse (SCOEL 2007). Hengitystiealtistuminen voi tapahtua höyrylle, aerosolille tai niiden sekoitukselle (DFG 1998). NMP:n käyttö liuottimena aiheuttaa myös työperäistä ihoaltistumista. Useissa tutkimuksissa on todettu NMP:n imeytyvän nopeasti ihon läpi (Akrill, Cocker et al. 2002; Åkesson, Carnerup et al. 2004; Bader, Keener et al. 2005; Keener, Wrbitzky et al. 2007; Bader, Wrbitzky et al. 2008). Ihoaltistumisen osuus voi olla huomattavan suuri NMP:n kokonaisaltistumisesta. Ihoaltistuminen ei johdu pelkästään liuotinroiskeiden joutumisesta iholle vaan sitä tapahtuu myös altistuttaessa NMP-höyrylle. Jopa 42 % kokonaisaltistumisesta NMP-höyrylle voi tapahtua ihon kautta (Bader, Wrbitzky et al. 2008). NMP imeytyy tehokkaasti ruuansulatuskanavan kautta (Åkesson ja Jönsson 1997). Mitä luultavammin ihmisten altistuminen ruuansulatuskanavan kautta on vähäistä ja mahdollinen altistuminen sitä kautta johtuu todennäköisesti hengitysilmasta sylkeen liuenneen NMP:n kulkeutumisesta ruuansulatuskanavaan. Vapaaehtoisilla laboratorio-olosuhteissa tehdyt altistuskokeet viittaavat siihen, että NMP ei aiheuta ihmisillä ärsytys- tai muita terveysvaikutuksia alle mg/m 3 ilmapitoisuuksissa (Åkesson ja Paulsson 1997; van Thriel, Blaszkewicz et al. 2007). Joissain tutkimukseissa työntekijöillä on raportoitu esiintyvän ärsytysoireita alhaisemmissakin pitoisuuksissa (IPCS 2001; SCOEL 2007), mutta annos-vaste-suhdetta ei ole pystytty määrittämään. Lisäksi monialtistumista useille eri aineille ei aina ole voitu sulkea pois. Koe-eläimissä NMP on todettu lisääntymisterveydelle vaaralliseksi aineeksi ihon (Becci, Knickerbocker et al. 1982), keuhkojen (Saillenfait, Gallissot et al. 2003) ja suun kautta (Saillenfait, Gallissot et al. 2002) annettuna. Epäilys kehitysmyrkyllisyydestä on merkityksellinen NMP:n terveysvaikutus myös ihmiselle ja tästä syystä se on EU:ssa luokiteltu lisääntymisterveydelle vaaralliseksi aineeksi (Repr. Cat. 2, R61) ( Raskauden aikana ei tule altistua lisääntymistoksisille aineille (Taskinen, Lindbohm et al. 2006). Mikäli altistumista NMP:lle ei voida poistaa, on työntekijä oikeutettu erityisäitiyslomaan (Työturvallisuuslaki 738/2002, 11 2 mom.). NMP:llä ei ole todettu genotoksisia vaikutuksia in vitro- ja in vivo-kokeissa (SCOEL 2007). Sen syöpävaarallisuudesta ihmiselle ei myöskään ole saatu näyttöä eläinkokeissa (hengitystiealtistuskoe rotilla, antokokeet ravinnossa rotilla ja hiirillä) (Lee, Chromey et al. 1987; Malley, Kennedy et al. 2001; Parod 2001). EU:n Scientific Committee on Occupational Exposure Limits (SCOEL) on uusimmassa esityksessääm suositellut NMP:lle seuraavia työhygieenisiä raja-arvoja: 40 mg/m 3 (10 ppm) 8 h aikapainotteinen keskiarvopitoisuus ja 80 mg/m 3 (20 ppm) 15 min lyhytaikaisen altistumisen aikapainotteinen keskiarvopitoisuus (SCOEL 2007). Lisäksi NMP:n voimakkaasta iholäpäisevyydestä johtuen on annettu iho -huomautus. Suomessa Kemian työsuojeluneuvottelukunta (KETSU) on päätynyt samoihin raja-arvoihin ja huomautukseen (KETSU 2007), jotka on myös listattu Sosiaali ja terveysministeriön HTP-arvot 2009 luettelossa (Haitallisiksi tunnettu pitoisuus) (STM 2009). 7

8 NMP:n pääasiallinen poistumisreitti elimistöstä on erittyminen virtsaan, mutta pieniä määriä poistuu myös keuhkojen ja ulosteiden kautta. NMP metaboloituu vesiliukoisemmiksi aineiksi, jotka erittyvät virtsaan. Ensiksi NMP hydroksyloituu 5-hydroksi-N-metyyli-2-pyrrolidoniksi (5- HNMP), hapettuen sitten välituotteeksi N-metyylisukkiini-imidi (MSI), joka edelleen hydroksyloituu 2-hydroksi-N-metyylisukkiini-imidiksi (2-HMSI) (Kuva 1) (Åkesson ja Jönsson 1997). 5-HNMP ja 2-HMSI ovat NMP:n päämetaboliatuotteet. Myös 2-pyrrolidonin (2-P) on raportoitu olevan vähäinen metaboliatuote (Carnerup, Saillenfait et al. 2005; Carnerup, Spanne et al. 2006). Konjugoituneita metaboliatuotteita ei ole havaittu (Wells ja Digenis 1988; Åkesson ja Jönsson 1997). NMP:n metaboliatuotteet ovat samat sekä ihmisellä että rotalla, tosin 2-HMSI:n suhteellisen osuuden on havaittu olevan suurempi ihmisillä (Carnerup, Saillenfait et al. 2005; Carnerup, Spanne et al. 2006). Kuva 1. NMP:n eli N-metyyli-2-pyrrolidonin metabolia (aineenvaihdunta) ihmisessä. NMP (puoliintumisaika virtsassa t 1/2 4), 5-HNMP (t 1/2 6), MSI (t 1/2 8), 2-HMSI (t 1/2 16). NMP-altistumista voidaan osoittaa biomonitorointimenetelmillä, joissa mitataan NMP:tä tai sen aineenvaihdunnan tuotteita verestä tai virtsasta: NMP (Åkesson ja Paulsson 1997); 5-HNMP (Åkesson ja Jönsson 2000); MSI (Jönsson ja Åkesson 2001); 2-HMSI (Jönsson ja Åkesson 2003); 2-P (Carnerup, Spanne et al. 2006). Puoliintumisaikojen perusteella soveliaimmat näytteenottoajankohdat ovat esim. 5-HNMP:lle heti työvuoron päätyttyä ja 2-HMSI:lle altistumispäivää seuraavana aamuna. Kun Kemian työsuojeluneuvottelukunta vuonna 2007 esitti hyväksyttäksi EU:n uudet työhygieeniset raja-arvot työperäiselle NMP-altistumiselle, Työterveyslaitoksen asiantuntijat kiinnittivät huomiota siihen, että myös Suomessa tulisi selvittää työperäinen altistuminen NMP:lle. Lisäksi tulisi kehittää biologinen monitorointimenetelmä alan työntekijöiden mahdollisesti liian korkeiden NMP-altistumistasojen toteamiseksi ja torjumiseksi. Johtuen NMP:n luokittelusta lisääntymisterveydelle vaaralliseksi aineeksi erityisenä huolenaiheena ovat teollisuudessa työskentelevät lapsensaanti-iässä olevat naiset, ja heidän mahdollinen sikiön kehitystä vaarantava raskauden aikainen altistuminen NMP:lle, sen havaitseminen ja torjuminen. Koska iho on merkittävä altistumisreitti NMP:lle, paras tapa havaita altistuminen on NMP:n biomonitorointi. Työterveyslaitokselta voi tilata työhygieenisiä mittauksia NMP-pitoisuuksien määrittämiseksi lähinnä yleis- tai henkilökohtaisista hengitysilmanäytteissä. Tällaisia työhygieenisiä selvityksiä on pyydetty ja tehty, mutta vain isommille yrityksille. Työterveyslaitoksen palvelumittauksissa on vuosina mitattu NMP:n ilmapitoisuuksia 10 yrityksessä. NMP-pitoisuuksien keskiarvo oli 3,3 mg/m 3 ja vaihteluväli 0,01-31 mg/m 3 (n=45) (Saalo 2009). Työterveyslaitoksella ei ole ollut tarjota asiakkailleen työperäisen NMP-altistumisen biomonitoroinnin palveluanalyysiä, vaan NMP-altistumisen todentaminen biologisesta näytteestä on pitänyt tutkituttaa ulkomailla, esim. Ranskan työterveyslaitoksella INRS:ssä ( tai Belgiassa ( Myös Suomessa pitäisi työterveyshuolloilla olla mahdollista yksinkertaisella ja edullisella tavalla tutkituttaa asiakkaittensa virtsanäytteitä ja näin saada suomen- tai ruotsinkielellä tietoa työperäisestä altistumisesta NMP:lle ja sen mahdollisista terveyshaitoista ja tarvittaessa, voida myös pyytää työhygieenisiä työpaikan selvityksiä ja/tai työlääketieteellistä, toksikologista 8

9 asiantuntija-apua (Työterveyslaitokselta). Todettakoon vielä, että koska NMP imeytyy tehokkaasti ihon läpi, työntekijäkohtaisen altistumisen arviointi tavanomaisin ilmamittauksin on epävarmaa. Ihoaltistumisen vaara on suuri mm. graffitien (töhryjen) poistajilla. Heillä on mitattu verestä ja virtsasta suhteellisen korkeita pitoisuuksia johtuen nimenomaan NMP:n helposta iholäpäisevyydestä (Anundi, Langworth et al. 2000). Tämän liuotinainetutkimuksen päämääränä on tuottaa käytäntöön soveltuvat työhygieniaan ja biomonitorointiin perustuvat toimintatavat NMP-altistumisen seuraamiseksi ja torjumiseksi suomalaisilla työpaikoilla. Ajankohtainen ja tärkeä työsuojelullinen tavoite on nyt kehittää NMP:lle biologinen monitorointimenetelmä ja sen tarjoaminen uutena palveluanaalysinä Suomen työterveyshuolloille. 2 Tavoitteet Tavoitteena on selvittää NMP-altistumista suomalaisilla työpaikoilla. Altistumista mitataan työhygieenisin menetelmin ja biomonitoroinnin avulla. Biologisen mittausmenetelmän kehittäminen on tämän hankkeen päätavoite, koska työntekijän kokonaisaltistumista NMP:lle eri imeytymisteiden kautta (iho/keuhkot) voidaan luotettavasti arvioida vain biomonitoroinnin avulla. Selvittää kahden tärkeimmän, toksikokineettisesti erilaisen metaboliatuotteen, 5-HNMP:n (t 1/2 6) ja 2-HMSI:n (t 1/2 16) soveltuvuutta työperäisen NMP-altistumisen osoittamisessa, validoida näiden biologisten altistumisindikaattorien keskinäistä paremmuutta palveluanalytiikan testinä, jota voitaisiin tarjota mm. työterveyshuolloille. Virtsan 5-HNMP- ja 2-HMSI-analyysitulosten oikea tulkinta ja toksikokineettinen ymmärtäminen iho- ja keuhkoperäisen NMP-altistumisen arvioimiseksi edellyttää, että samanaikaisesti tutkitaan myös työntekijöiden henkilökohtaista altistumista. Työhygieenisten mittausten perusteella voidaan arvioida hengitys-/ihoteitse imeytyneen NMP:n määrä tutkitun työvuoron ajalta ja miten hyvin se selittää virtsan 5-HNMP- ja 2- HMSI-biomarkkerien eritystä (i) työvuoron lopussa ja (ii) ennen seuraavaan työvuoron alkua. NMP-altistumistasojen ja haitallisuuden tulkintaa varten suositamme virtsan biomarkkerille 5-HNMP:lle biologisen viiteraja-arvon altistumattomien ja altistuneiden näytteille. Työpaikkatutkimuksissa pyrimme tuottamaan tietoa työtilanteissa, joissa NMPihoaltistumisen vaaran havaitseminen ja torjuntatoimenpiteiden tehokkuuden seuranta edellyttää biomonitorointia. 3 Aineisto ja menetelmät 3.1 Työpaikat Tutkimukseen osallistui neljä työnantajaa: 1. Maalitehdas 1 Mittauksen aikana maalitehtaassa valmistettiin ja pakattiin kahta eri NMP:tä sisältävää maalia. Työhön osallistui kolme henkilöä ja mittauksia suoritettiin kahtena eri päivänä (ilmamittaukset vain ensimmäisenä päivänä). NMP lisättiin NeoPac E-101 -nimisenä aineena ja sen NMPpitoisuus oli 1,7 %. Henkilö 1 lisäsi 1500 kg noin 30 min aikana. Henkilö 2 lisäsi yhteensä 1260 kg noin 15 min aikana kahdessa erässä. Valmis maali sisältää alle 1 % NMP:tä. Suojakäsineinä käytettiin nitriilipäällystettyjä puuvillakäsineitä. Muita suojaimia ei käytetty. Maaleihin lisättiin myös seuraavia liuottimia: metyylidiglykoli, dipropyleeniglykolieetterit, metoksipropanoli, etyleeniglykoli ja metoksi-isopropyyliasetaatti. Ilmanäytteistä mitattiin myös liuotinbensiinit 9

10 (ryhmä 1), (2-metoksimetyylietoksi)-propanoli, 2-metyyli-2-propanoli ja tolueeni, mutta niitä ei käsitellä tässä raportissa. 2. Graffitien (töhryjen) poistoon erikoistunut yritys Kyseessä oli ulkotyö, jossa puhdistettiin graffiteja mm. muuntoasemista, seinäpinnoista, puiston penkeistä, roskakoreista ja rakennusten kivijaloista. NMP:tä sisältävä graffitien poistoaine levitettiin töhryn päälle joko siveltimellä tai sumuttamalla (katso kuva 1), annettiin imeytyä 5-30 minuuttia ja poistettiin kuumavesipainepesurilla ( C). Työhön osallistui kaksi henkilöä ja mittauksia suoritettiin neljänä eri päivänä (ilmamittaukset vain ensimmäisenä päivänä). Ulkoilman lämpötila ilmamittauskohteissa oli C, suhteellinen kosteus % ja tuuli 5-9 m/s. Suojavaatetus: työasu, turvakengät ja nahkakangaskäsineet (henkilöllä 2 kämmenpuolelta muovipinnoitetut). Hengityssuojaimia ei käytetty. Käytössä olleet NMP:tä sisältävät graffitien puhdistusaineet: AGS 2+ geeli (spraytöhryille) ja AGS 5SR geeli (tussitöhryille) / Oy Mororal Ab, Triton tensid Ab, jotka sisältävät käyttöturvallisuustiedotteen mukaan NMP:tä %. Ilmanäytteistä mitattiin myös 2-butoksietanoli, mutta sitä ei käsitellä tässä raportissa. 3. Maalitehdas 2 Työ oli öljyisten muttereiden ja koneen osien puhdistamista maalitehtaassa. Puhdistusaineessa oli merkittävä osuus NMP:tä. Työhön osallistui kaksi henkilöä ja mittauksia suoritettiin kahtena eri päivänä (ilmamittaukset vain ensimmäisenä päivänä). Ilmanäytteistä mitattiin myös 1- metoksi-2-propanoli, mutta sitä ei käsitellä tässä raportissa. 4. Parkettiasennusyritys Työ oli parketin lakkausta mm. rivitaloasunnoissa. Työhön osallistui kolme henkilöä ja mittauksia suoritettiin kolmena eri päivänä (ilmamittauksia kaikkina päivänä). Lakassa oli 5-10 % NMP:tä. Ilmanäytteistä mitattiin myös 2-butoksietanoli, etyylibentseeni, ksyleeni ja 1- metoksi-2-propanoli, mutta niitä ei käsitellä tässä raportissa. Kuva 2. Graffitien poistoainetta levitetään siveltimellä muuntoaseman seinässä olevien töhryjen päälle. Kuva: Ilpo Ahonen

11 3.2 Näytteiden keräys NMP:lle altistuvissa töissä mukana olleet henkilöt ja altistumispäivämäärät on esitelty taulukossa 1. Virtsanäytteitä kerättiin kaikkina päivinä, mutta ilma-näytteitä vain joinakin päivinä. Taulukko 1. Tutkimukseen osallistuneiden työntekijöiden lukumäärä ja altistumispäivät. Työ Henkilöt (lkm) Altistuspäivämäärät Muuta tietoa Maalinvalmistus a ja Lisäksi kaksi kiinteää mittauspistettä. Graffitien poisto a, 5.9., 8.9. ja T C, RH %, tuuli 5-9 m/s Puhdistustyö a ja Lisäksi yksi kiinteä mittauspiste. Parketin lakkaus a, a ja a - a Ilmapitoisuusmittaukset ovat kyseiseltä päivältä Ilmanäytteet ja analysointi Ilmanäytteet kerättiin adsorbenttiin, josta näyte desorboitiin liuottimella ja analysoitiin kaasukromatografisesti (GC-FID/FID) kaksikolonnilaitteistolla. Käytetty GC-menetelmä (TY- KEMIA-ANO-006) on akkreditoitu Biologiset näytteet Tutkittavilta henkilöiltä kerättiin ainakin seuraavat virtsanäytteet: 1. virtsanäyte: lähtötaso (nollanäyte), joka otetaan ennen NMP:lle altistavan työn aloittamista (=aamu). 2. virtsanäyte: ensimmäinen altistuksen jälkeen otettu näyte, joka otetaan NMP:lle altistavan työn päättyessä. 3. virtsanäyte: toinen altistuksen jälkeen otettu näyte, joka otetaan joko työpaikalla työvuoron lopussa tai heti kotiin saapuessa (=työvuoron jälkeen). 4. virtsanäyte: kolmas altistuksen jälkeen otettu näyte, joka otetaan altistumispäivän iltana (=ilta). 5. virtsanäyte: neljäs altistuksen jälkeen otettu näyte, joka otetaan altistumista seuraavan päivän aamuna (=seuraava aamu). Näytteet toimitettiin Työterveyslaitokselle Helsinkiin ja pakastettiin (-20 C). Tarkemmassa aineiston käsittelyssä keskitytään lähinnä aamu, työvuoron jälkeen, ilta ja seuraava aamu virtsanäytteisiin ja näyte numero 2 jää vähemmälle huomiolle. 3.3 Biomonitorointimenetelmä Reagenssit NMP:n toimitti Fluka (Buchs, Sveitsi); 5-HNMP ja deuterium-leimattu 2-HMSI (D3-2HMSI) olivat Ramidus AB:lta (Lund, Ruotsi); MSI ja 2-HMSI olivat Aldrichilta (Steinheim, Saksa). 11

12 HPLC-luokan metanoli (MeOH) oli Sigma-Aldrichilta (Steinheim, Saksa). Kaikki valmistajilta saadut kemikaalit käytettiin sellaisenaan ilman lisäpuhdistuksia. Tislattu vesi puhdistettiin Milli- Q-laitteella (Millipore, Molsheim, Ranska) LC-MS-parametrit Nestekromatografia-massaspektrometria (liquid chromatography-mass spectrometry, LC-MS) - analyysit tehtiin Agilent 1100 sarjan LC-laitteella (Agilent Technologies, Waldbronn, Saksa), jossa oli ilmanpaineessa tehtävä kemiallinen ionisaatioliitäntä (atmospheric pressure chemical ionization, APCI) ja Agilent sarjan massaselektiivinen detektori (mass selective detector, MSD). Kromatografiset erotukset tehtiin Inertsil ODS-3 C18-kolonnissa (3,0 x 250 mm, 3 m partikkelikoko; GL Sciences, Japani). Esikolonnina käytettiin Symmetry C18-kolonnia (3,9 x 20 mm, 5 m partikkelikoko; Waters Corporation, Yhdysvallat). Kolonnin lämpötilaa ei kontrolloitu, mutta mittauksissa käytetyn laboratorion lämpötila oli 26±1 C. LC-eluentin (A: vesi ja B: MeOH) virtausnopeus oli 0,3 ml/min. Eluenttikoostumus oli seuraavan ohjelman mukainen: 0-16 minuuttia isokraattinen eluutio 2 % (v/v) B, sitten eluentin B osuutta nostettiin lineaarisesti 2 minuutissa 20 % (v/v), jonka jälkeen eluentin koostumus pidettiin samana 3 minuutin ajan. Lopuksi eluentin B osuus laskettiin lineaarisesti 2 % (v/v) 1 minuutin aikana. Kaikki analyytit eluoituivat isokraattisissa olosuhteissa paitsi NMP, jonka eluoitumista nopeutettiin gradienttiolosuhteilla. Injektoitava näytemäärä oli 5 l. APCI-sumutuskammion parametrit valittiin flow injection analysis (FIA) -testien perusteella. Testit osoittivat, että kaikille analyyteille voidaan käyttää samoja parametreja, jotka ovat: sumutuspaine 60 psig, höyrystymislämpötila 350 C, koronaneulan virta 5 A, kuivauskaasun (typpi) virtaus 5 l/min ja lämpötila 300 C, kapillaarin jännite 3000 V, fragmentaatiojännite 120 V ja vahvistuslukema (gain) 4. Analyytit tunnistettiin käyttäen selected ion monitoring (SIM) -moodia: NMP 100 m/z, 5-HNMP 116 m/z, MSI 114 m/z, 2-HMSI 130 m/z ja D3-2-HMSI (sisäinen standardi) 133 m/z Virtsan suhteellinen tiheys ja siitä mitatun pitoisuuden tiheyskorjaus Virtsanäytteiden suhteelliset tiheydet mitattiin Atago UG-1 tiheysmittarilla (Atago Co, Japani). Analyysien mittaustulokset korjattiin suomalaisten työntekijöiden virtsan keskimääräiseen suhteelliseen tiheyteen 1,021 g/cm 3, joka on laskettu Työterveyslaitoksen biomonitorointimittaustulosten perusteella (kyseinen tiheys vastaa 12,4 mmol/l (1,4 g/l) kreatiniinipitoisuutta). Tiheyskorjaus tehdään kertomalla mittaustulos korjauskertoimella k d = [1,021-1]/[d(näyte)-1], missä d(näyte) on virtsanäytteen suhteellinen tiheys. Joissain tapauksissa mittaustuloksia suhteutettiin myös virtsan kreatiniinipitoisuuteen, joka mitattiin kolorimetrisella menetelmällä. 3.4 Näytteen esikäsittely Virtsanäytteet Työpaikoilta kerätyt virtsanäytteet säilytettiin muoviputkissa -20 C ennen näytteenesikäsittelyvaihetta. Kontrollivirtsana käytettiin NMP:lle altistumattoman vapaaehtoisen koehenkilön virtsaa. Virtsanäytteiden puhdistus tapahtui Varian Vac Elut SPS 24 (Palo Alto, CA, Yhdysvallat) kiinteäfaasiuutto (solid phase extraction, SPE) laitteistolla. Isolute ENV+ -kiinteäfaasiuuttopatruunat (sorbentin paino 100 mg, tilavuus 3 ml, Biotage, Uppsala, Ruotsi) kunnostettiin ennen käyttöä noin 3 ml MeOH:ia ja noin 3 ml vettä. Tyypillisesti 1 ml virtsaa sekoitettiin koeputkessa 1 ml:an vettä ja 0,5 ml 50 mg/l sisäisen standardin liuosta. Tämä liuos (V kok =2,5 ml) syötettiin SPE-patruunaan. Koeputki huuhdeltiin 1 ml vettä ja pesuvesi syötettiin myös patruunaan. NMP ja sen metaboliatuotteet eluoitiin 2 ml 40:60 (v/v) MeOH-vesi-liuosta. SPE-näytteet kerättiin muovisiin koeputkiin, pakastettiin -80 C ja kylmäkuivattiin (lyofilisoitiin) Christ Alpha 2-4 freeze-drying (Martin Christ Gefriertrocknungsanlagen GmbH, Osterode am Harz, Saksa) -laitteistolla. Kuivatut näytteet liuotettiin uudelleen 0,5 ml 2 % MeOH:ia ja suodatettiin 0,2 µm Anopore suodattimien läpi (Whatman International, Maidstone, Englanti) ennen LC-MS -analyysiä. 12

13 3.4.2 Kalibraatioliuokset NMP:n, 5-HNMP:n, MSI:n ja 2-HMSI:n kantaliuokset valmistettiin veteen 10 mg/ml vahvuisina. Niistä laimennettiin vedellä seuraavat kalibraatioliuokset sisältäen kaikki analyytit: 20, 50, 200, 1000, 2000, 5000 ja µg/l. D3-2-HMSI toimi sisäisenä standardina (IS). Näytteenesikäsittelyvaiheessa 1 ml kalibraatioliuosta sekoitettiin 1 ml:an kontrollivirtsaa ja 0,5 ml 50 mg/l IS-liuosta. Tämän jälkeen esikäsittely jatkui samalla lailla kuin virtsanäytteillä (katso edellä). 4 Tulokset ja niiden tarkastelu 4.1 Ilmanäytteet Työpaikoilla mitatut NMP:n ilmapitoisuudet on esitelty taulukossa 2. Kuten huomataan, niin NMP-ilmapitoisuudet ovat hyvin matalia usein pitoisuudet ovat vain murto-osan Sosiaali- ja terveysministeriön 8 h HTP-arvosta 40 mg/m 3 (STM 2009). Taulukko 2. NMP-ilmapitoisuudet työpaikoilla. Työ Kohde Päivämäärä Aika Pitoisuus (mg/m 3 ) Maalinvalmistus Henkilö :58-09:58 <0,05 10:00-11:49 <0,05 12:40-13:47 <0,08 Henkilö :58-10:11 <0,04 10:12-11:52 <0,05 13:27-14:24 <0,09 Aikapainotettu 8 h keskipitoisuus (mg/m 3 ) <0,04 <0,04 Kiinteä 1 a :20-11:13 <0,04 <0.01 Kiinteä 2 b :11-11:14 <0,03 <0.01 Graffitien poisto Henkilö :03-09:03 <0,7 09:26-10:32, 11:35-14:24 <0,2 Henkilö :05-09:03 <0,8 09:29-10:32, <0,2 11:35-14:24 <0,19 <0,19 Puhdistustyö Henkilö :05-13:05 0,9 0,79 Kiinteä 1 c :08-13:45 1,7 1,62 Parketin lakkaus Henkilö :47-12:54 1,6 0,22 Henkilö :56-12:55 1,5 0,18 Henkilö :15-14:55 2,7 0, :40-11:00 3,1 0,65 a Kiinteä mittauspaikka 3-4 m etäisyydellä työpisteestä ja 1 m korkeudella b Kiinteä mittauspaikka henkilön 1 satsauspisteessä. c Kiinteä mittauspaikka pesupaikan verhossa 1,5 m korkeudella. 13

14 Maalinvalmistustyössä NMP:n ilmapitoisuudet olivat hyvin pieniä (<0,1 mg/m 3 ), johtuen lisäysaineen pienestä NMP-pitoisuudesta (1,7 %). Tällöin valmiissa maalissa on alle 1 % NMP:tä. Käytännössä ilmapitoisuudet olivat alle menetelmän määritysrajan. Graffitien poistotyössä käytettävät puhdistusaineet sisälsivät % NMP:tä. Puhdistusainetta levitetään puhdistettavalle pinnalle, annetaan vaikuttaa jonkin aikaa ja sitten aine huuhdellaan kuumavesipainepesurilla ( C), jolloin NMP laimenee (katso kuva 3 ja kannen kuva). Näin ollen myös tässä työssä ilmapitoisuudet olivat hyvin pieniä (<0,8 mg/m 3 ). Ilmapitoisuuksiin ulkona vaikuttaa tietysti myös tuuliolosuhteet. Kyseisenä mittauspäivänä tuuli oli kohtalaista ja paikoitellen jopa navakkaa (5-9 m/s). Puhdistustyössä maalitehtaassa NMP:n ilmapitoisuus oli 0,9 mg/m 3, mutta sekin on vain noin 2 % HTP-arvosta. Pesupaikan verhossa olleesta kiinteästä mittauspisteestä saatiin ilmapitoisuus 1,7 mg/m 3, joka on noin 4 % HTP-arvosta. Kun mittauslukemat suhteutetaan 8 h työpäivään (aikapainotettu 8 h keskipitoisuus), prosenttiosuudet ovat vieläkin pienempiä. Parketin lakkaustyössä ilmapitoisuudet olivat kaikista korkeimmat. Korkein pitoisuus 3,1 mg/m 3, joka on alle 8 % HTP-arvosta, mitattiin henkilöllä 3. Henkilöiden 1 ja 2 hengitysvyöhykkeen NMP-pitoisuudet olivat luokkaa 4 % HTP-arvosta. Prosenttiosuudet ovat vieläkin pienempiä, kun mittauslukemat suhteutetaan 8 h työpäivään. Kuva 3. Graffitien poistoainetta huuhdellaan kuumavesipainepesurilla urheilustadionin seinästä. Kuva: Ilpo Ahonen

15 4.2 Biomonitorointi Biomonitorointimenetelmä Tutkimuksen päätavoitteena oli kehittää biomonitorointimenetelmä NMP:n ja sen metaboliatuotteiden (5-HNMP, MSI ja 2-HMSI) määrittämiseen virtsanäytteistä. Menetelmäkehitykseen kuului sekä virtsanäytteiden esikäsittelymenetelmän että aineiden erotus- ja tunnistusmenetelmän kehittäminen. Näytteiden esikäsittelymenetelmäksi muodostui kiinteäfaasiuuttoon perustuva näytteen puhdistus, jonka jälkeen näytteitä konsentroitiin kylmäkuivauksen avulla. Aineiden erottamiseen kehitettiin nestekromatografiamenetelmä, jonka jälkeen erotetut aineet tunnistetaan massaspektrometrillä. Alustavissa tutkimuksissa, ennen kuin työperäisiä näytteitä oli käytettävissä, menetelmäkehitystä tehtiin NMP:lle suun kautta altistettujen naaraspuolisten Wistar rottien (Scanbur BK, Sollentuna, Ruotsi) virtsanäytteillä. Vaikka NMP:n metabolia on samanlainen sekä ihmisillä että rotilla, ei yksinomaan rottakokeiden perusteella kehitettyä alustavaa biomonitorointimenetelmää voitu sellaisenaan käyttää ihmisille. Työperäisten virtsanäytteiden taustasignaali on huomattavasti monimutkaisempi ja häiritsevämpi kuin vastaava signaali rotilla. Lisäksi ihmisnäytteiden pitoisuudet olivat paljon pienempiä kuin rottanäytteiden pitoisuudet. Näin ollen raportissa esitelty biomonitorointimenetelmä perustuu kokeisiin työperäisillä positiivisilla ihmisvirtsanäytteillä sekä puhdasaineilla. Kuvassa 4 on esitetty LC-MS analyysi puhdistustyötä tekevän henkilön virtsasta työvuoron päätyttyä sekä seuraavana aamuna. Kuvasta nähdään, että työvuoron päätyttyä 5-HMSIpitoisuus on korkea (iso piikki) ja 2-HMSI:tä esiintyy hyvin vähän (pieni piikki). Virtsassa on myös jonkin verran NMP:tä. Seuraavan päivän virtsanäytteessä 5-HMSI-pitoisuus on laskenut ja 2-HMSI-pitoisuus noussut, mutta NMP:tä ei havaita enää ollenkaan. Kummankin näytteen MSI-pitoisuus on niin pieni ettei sitä kyetty havaitsemaan. Tulokset antavat hyvän esimerkin NMP:n ja sen metaboliittien erityskinetiikassa havaituista tyypillisistä eroista verrattaessa työpäivän lopussa ja seuraavana aamuna annetun näytteen pitoisuuksia. 15

16 IS 5-HNMP m/z 133 m/z 100 m/z 130 m/z 116 Mittauslukema HMSI A NMP Aika (min) IS 5-HNMP m/z 133 m/z 100 m/z 130 m/z 116 Mittauslukema HMSI B Aika (min) Kuva 4. NMP:n, 5-HNMP:n ja 2-HMSI:n LC-MS-analyysi puhdistustyötä tekevän henkilön virtsasta (A) työvuoron päätyttyä ja (B) seuraavana aamuna. MSI:tä (m/z 114) ei havaittu kyseisissä näytteissä. IS (internal standard) = sisäinen standardi (D3-2-HMSI). 16

17 4.2.2 Biomonitorointitulokset Työpaikoilta kerättyjen henkilövirtsanäytteiden NMP-, 5-HNMP-, 2-HMSI- ja MSI-pitoisuudet on esitetty taulukossa 3. Taulukossa esitetyt tulokset ovat keskiarvoja samassa työtehtävässä toimineiden henkilöiden eri päivinä, mutta samoina ajankohtina kerätyistä virtsanäytteistä. Tuloksista nähdään, että suurimmat pitoisuudet mitattiin 5-HNMP:n ja 2-HMSI:n kohdalla. NMP:n ja MSI:n pitoisuudet olivat kaikissa työtehtävissä hyvin pieniä. Taulukko 3. Työpaikkavirtsanäytteiden biomonitorointitulokset. Pitoisuudet ovat keskiarvoja (±keskihajonta) saman työpaikan henkilöistä. Pitoisuus virtsassa (µmol/l) Työ Aamu Työvuoron jälkeen Ilta Seuraava aamu N-metyyli-2-pyrrolidoni (NMP) Maalinvalmistus Graffitien poisto 0,43 ± 0,78 0,55 ± 0,65 0 1,12 ± 1,62 Puhdistustyö 0,19 ± 0,22 0,89 ± 1,33 0,11 ± 0,13 0,08 ± 0,16 Parketin lakkaus 0,20 ± 0,41 2,34 ± 1,43 2,93 ± 2, Hydroksi-N-metyyli-2-pyrrolidoni (5-HNMP) Maalinvalmistus 0,64 ± 0,22 0,70 ± 0,28 0,66 ± 0,17 0,45 ± 0,03 Graffitien poisto 21,7 ± 23,9 23,3 ± 10,0 17,6 21,5 ± 14,7 Puhdistustyö 5,2 ± 8,8 52,5 ± 17,0 26,0 ± 10,9 13,4 ± 4,2 Parketin lakkaus 16,9 ± 13,5 42,1 ± 32,1 28,1 ± 31,7 26,4 ± 22,1 2-Hydroksi-N-metyylisukkiini-imidi (2-HMSI) Maalinvalmistus 0 0,26 ± 0,27 0,12 ± 0,17 0,85 ± 0,45 Graffitien poisto 14,9 ± 14,1 16,6 ± 12,3 25,4 18,6 ± 9,8 Puhdistustyö 1,08 ± 0,88 4,48 ± 1,97 12,41 ± 4,89 13,48 ± 5,50 Parketin lakkaus 9,46 ± 3,43 9,87 ± 5,96 6,99 ± 5,21 13,10 ± 7,45 N-Metyylisukkiini-imidi (MSI) Maalinvalmistus Graffitien poisto 0,15 ± 0,29 0,47 ± 0,38 0,42 0,25 ± 0,29 Puhdistustyö 0 0 0,41 ± 0,36 0,08 ± 0,16 Parketin lakkaus 0,29 ± 0,58 0,14 ± 0,28 0,89 ± 0,77 0,70 ± 0,89 Tulokset on korjattu virtsan tiheyteen 1,021 g/cm 3. 17

18 Maalinvalmistuksessa NMP:n ilmapitoisuudet olivat hyvin pieniä (<0,1 mg/m 3 ), johtuen maalien ja sekoitusaineiden alhaisista NMP-pitoisuuksista. Tämä näkyi myös biomonitorointituloksissa: NMP:n ja sen metaboliatuotteiden keskimääräiset pitoisuudet ovat alle 1 mol/l. Suurin keskimääräinen 5-HNMP-pitoisuus mitattiin työvuoron jälkeen ja suurin 2- HMSI-pitoisuus seuraavana aamuna. NMP:tä ja MSI:tä ei kyseisissä näytteissä havaittu lainkaan. Graffitien poistotyössä 5-HNMP:n pitoisuus oli korkeimmillaan työvuoron jälkeen, mutta erot pitoisuuksissa eri näytteenottoajankohtien välillä olivat vähäiset. Myöskään 2-HMSI:n pitoisuudet eivät vaihdelleet kovinkaan paljon; korkein keskimääräinen pitoisuus mitattiin iltanäytteestä. 2-HMSI:n korkeahko pitoisuus aamunäytteessä viittaa altistumiseen myös edellisenä päivänä, sillä 2-HMSI:n puoliintumisajan perusteella huippupitoisuus saavutetaan altistumista seuraavan päivän aamuna. Yllättäen myös 5-HNMP:n aamunäytteiden pitoisuudet olivat korkeat. Myös tämä viittaa siihen, että edellisen päivän kokonaisaltistus on ollut huomattavan iso. Korkein analysoitu yksittäinen 5-HNMP-pitoisuus oli 56 mol/l mitattuna aamulla ennen työvuoron alkua, mikä on todennäköisesti perua tutkitun henkilön voimakkaasta altistumisesta mittausta edeltäneenä päivänä. Graffitien poistotyössä virtsan 5- HNMP-pitoisuudet ovat hieman korkeampia kuin voisi työhygienisten ilmanäytteiden perusteella olettaa. Mahdollisena ja erittäin todennäköisenä selityksenä tälle voisi olla pesuaineiden roiskuminen työntekijöiden iholle ja siitä johtuva altistuminen NMP:lle ihon kautta. Puhdistustyössäkin sekä aamunäytteen että seuraavan aamun näytteen 5-HNMP-pitoisuudet ovat suhteellisen korkeat. Jälkimmäinen tosin selittyy suhteellisen korkealla altistumisella edellisen päivän aikana. 5-HNMP:n pitoisuus on huipussaan työpäivän jälkeen otetussa virtsanäytteessä, jonka jälkeen pitoisuus laskee kohti iltaa ja pienenee edelleen seuraavan aamun näytteessä. Kyseinen trendi on yhteneväinen virtsan 5-HNMP:n erityskinetiikan kirjallisuustietojen kanssa (Åkesson ja Jönsson 2000; Åkesson, Carnerup et al. 2004; Bader, Wrbitzky et al. 2007). 2-HMSI:n pitoisuus käyttäytyy myös odotetunlaisesti: pitoisuus kasvaa mentäessä kohti altistumispäivän iltaa ja on korkeimmillaan seuraavan aamun näytteessä. NMP:n ja MSI:n tapauksissa huippupitoisuus saavutetaan vastaavasti työvuoron jälkeen ja illalla. Kyseiset tulokset ovat odotettuja myös NMP:n ja MSI:n puoliintumisaikojen ( 4 h ja 8 h) perusteella. Korkein mitattu 5-HNMP-pitoisuus oli 77 mol/l mitattuna työvuoron päätyttyä. Parketin lakkaustyössä 5-HMSI:n ja 2-HMSI:n keskipitoisuustrendit ovat odotetunlaiset: 5- HMSIn huippupitoisuus mitattiin työpäivän päätteeksi ja 2-HMSI:n vastaavasti seuraavana aamuna. Kyseisessä työssä NMP:n ja MSI:n keskipitoisuudet olivat kaikista korkeimmat. Lisäksi työssä havaittiin kaikista korkein 5-HNMP-pitoisuus 85 mol/l työvuoron päätyttyä mitattuna. Kuvaan 5 on valittu kultakin tutkitulta työpaikalta yhdeltä työntekijältä tässä tutkimuksessa kerätyt kaikki virtsanäytteet (5-9 näytettä / henkilö). Virtsan 5-HNMP:n, 2-HMSI:n, MSI:n ja NMP:n pitoisuus (mmol/mol kreatiniinia) on normalisoitu kreatiniinierityksen suhteen ja se esitetään näytteenottoajan funktiona. Todettakoon, että trendit ovat samanlaiset myös tiheyskorjatuille tuloksille. Kaikissa muissa paitsi Graffitien poisto -paneelissa NMP:n ja sen metaboliittien eritystä on seurattu vain yhden työpäivän altistusjakson ajan (aamunäyte, näyte työpäivän aikana, näyte työpäivän jälkeen, iltanäyte ja seuraavana aamuna annettu näyte). Tulokset osoittavat selvästi, että mitä tulee biomonitoroinnin palvelunäyteanalytiikkaan, vain 5-HNMP:n ja 2-HMSI:n pitoisuudet olivat niin suuret että ne yksin tai yhdessä soveltuvat käytettäväksi NMP:n biologisina altistusindikaattoreina. Nämä esimerkit osoittavat myös selvästi, että virtsan 5-HNMP:n pitoisuus on korkein työpäivän jälkeen kun taas 2-HMSI:n osalta se pääsääntöisesti on vasta seuraavana aamuna. 18

19 Maalinvalmistus Graffitien poisto Virtsan pitoisuus (mmol/mol kreatiniinia) HNMP MSI 2-HMSI NMP Virtsan pitoisuus (mmol/mol kreatiniinia) Aika (h) Aika (h) Virtsan pitoisuus (mmol/mol kreatiniinia) Puhdistustyö Aika (h) Virtsan pitoisuus (mmol/mol kreatiniinia) Parketin lakkaus Aika (h) Kuva 5. NMP:n ja sen metaboliittien virtsaerityksen profiileja eri työtehtävissä. Kultakin tutkitulta työpaikalta esitetään yhdeltä työntekijältä tässä tutkimuksessa häneltä kerättyjen kaikkien kertavirtsanäytteiden pitoisuudet näytteenottoajan funktiona. 19

20 4.2.3 Vertailu biomonitoroinnin viitearvoihin Hieman hajanaisten ja lukumäärältään suppeiden työhygienisten ilmamittauksien perusteella on vaikea etsiä korrelaatiota NMP:n ilmapitoisuuden ja biomonitorointitulosten välillä varsinkin kun mitatut henkilökohtaiset ilmapitoisuudet olivat tähän tarkoitukseen liian pieniä ja samanlaisia. Näin ollen kyseiseen tarkoitukseen on välttämätöntä käyttää kirjallisuustietoja. Kirjallisuudesta löytyy tutkimuksia, joissa NMP:n 8 h aikapainotteisen hengitysvyöhykkeeltä mitatun ilmapitoisuuden on näytetty korreloivan lineaarisesti sekä virtsan NMP:n, 5-HNMP:n, MSI:n että 2-HMSI:n pitoisuuksien kanssa (Åkesson ja Jönsson 2000; Jönsson ja Åkesson 2001; Jönsson ja Åkesson 2003; Åkesson, Carnerup et al. 2004; Bader, Wrbitzky et al. 2007). NMP:n ilmapitoisuuksien ja biologisten näytteiden pitoisuuksien vertailu on parasta tehdä käyttämällä jälkimmäisten tapauksessa NMP:n päämetaboliatuotteita 5-HNMP:tä ja/tai 2- HMSI:tä. Tässä tutkimuksessa NMP-altistumisen indikaattoriksi valittiin virtsan 5-HNMPpitoisuus mitattuna työvuoron päätyttyä. Vastaavasti, mikäli vain 2-HMSI:tä käytettäisiin indikaattorina, niin näytteenotto tapahtuisi altistusta seuraavana aamuna. 8 h NMP-altistumista vastaavaksi virtsan 5-HNMP-pitoisuudeksi voidaan Åkessonin ja Jönssonin (Åkesson ja Jönsson 2000) sekä Baderin tutkimusryhmän (Bader, Wrbitzky et al. 2007) tulosten perusteella laskea 900 mol/l (katso tarkempi selvitys (Porras 2009)). Kyseinen 5- HNMP:n pitoisuus on Työterveyslaitoksen käyttämä biologinen toimenpideraja-arvo (TTL 2009), joka vastaa 8 h altistumista 40 mg/m 3 NMP-pitoisuudelle (STM 2009). Korkein tässä projektissa mitattu yksittäinen 5-HNMP-pitoisuus työvuoron lopussa oli 85 mol/l, joka on hieman alle 10 % toimenpideraja-arvosta 900 mol/l. Näin ollen vastaava NMP:n ilmapitoisuus olisi myös luokkaa 10 % HTP-arvosta 40 mg/m 3 eli 4 mg/m 3, mikä vastaa suuruusluokaltaan hyvin parketin lakkauksessa mitattuja hengitysvyöhykkeen ilmapitoisuuksia (Taulukko 2). Kaikki ilmapitoisuudet olivat alle 4 mg/m 3 ja, mikäli tarkastellaan 8 h aikapainotettuja pitoisuuksia, niin kaikki ilmapitoisuudet olivat alle 2 mg/m 3. Mahdollinen roiskeina tapahtunut ihoaltistuminen saattaa aiheuttaa sen, että 5-HNMP:n (ja muiden metaboliittien) virtsapitoisuudet olivat korkeampia kuin ilmapitoisuuksien perusteella voisi olettaa. Työterveyslaitoksen altistumattomien viitearvo on 1 mol/l (Porras 2009; TTL 2009). Graffitien poistossa, puhdistustyössä ja parketin lakkauksessa työntekijät olivat selvästi altistuneet NMP:lle, mutta altistuminen oli suhteellisen vähäistä. Maalinvalmistuksessa 5-HNMPpitoisuudet olivat alle altistumattomien viitearvon kahta näytettä lukuunottamatta (korkein 5- HNMP-pitoisuus oli 1,1 mol/l). Näin ollen kyseisessä työssä ei juurikaan altistuttu NMP:lle. 20

21 5 Yhteenveto, johtopäätökset ja tulosten hyödynnettävyys Sosiaali- ja terveysministeriö on asettanut NMP:lle HTP-arvoiksi 40 mg/m 3 (8 h altistus) ja 80 mg/m 3 (15 min lyhytaikainen altistus). Lisäksi NMP on EU:ssa luokiteltu lisääntymisterveydelle vaaralliseksi aineeksi, jolloin raskaana olevien ei tule altistua NMP:lle. Tästä johtuen NMPaltistumisen tasoa suomalaisilla työpaikoilla tulee seurata sekä työhygienisten ilmamittausten että biomonitoroinnin avulla. Työpaikoilla, joissa liuotinroiskeista aiheutuva ihokontakti on mahdollista, biomonitorointi on ainoa tapa mitata altistumista. NMP-altistumisen biomonitorointia varten on tässä tutkimusprojektissa kehitetty nestekromatografia-massaspektrometriaan (LC-MS) perustuva mittausmenetelmä, jolla pystytään määrittämään sekä NMP:n että sen metaboliittien (5-HNMP, MSI ja 2-HMSI) pitoisuudet biologisesta näytteestä (virtsa). Kotimainen NMP-altistumisen biomonitorointimenetelmä on nyt ensimmäistä kertaa tarjolla palveluanalyysinä työterveyshuolloille. Tutkimusprojektissa kerättiin ilmanäytteitä ja biologisia näytteitä neljältä eri työpaikalta ja neljästä eri työtehtävästä, yhteensä kymmeneltä eri henkilöltä: maalinvalmistus maalitehtaassa, graffitien poisto, puhdistustyö maalitehtaassa ja parketin lakkaus. Suurimmat NMP:n ilmapitoisuudet mitattiin parketin lakkaustyössä, mutta ilmapitoisuudet olivat kaiken kaikkiaan hyvin pieniä - alle 10 % 8 h HTP-arvosta. NMP:n biologiseksi altistumisindikaattoriksi valittiin NMP:n päämetaboliatuote 5-HNMP, mutta myös 2-HMSI:n todettiin soveltuvan altistumisen arviointiin. Sopivin 5-HNMP:n näytteenottoajankohta on heti työvuoron jälkeen. Kirjallisuustulosten perusteella 8 h altistuminen NMP:n HTP-pitoisuudelle 40 mg/m 3 vastaa 900 mol/l 5-HNMP-pitoisuutta virtsassa, joka on näin ollen otettu Työterveyslaitoksella käyttöön NMP-altistumisen biologisen altistumisindikaattorin (5-HNMP) toimenpideraja-arvona. Altistumattomien viitearvona sovelletaan 1 mol/l 5-HNMP-pitoisuutta. Biomonitorointitulokset osoittavat, että graffitien poistossa, puhdistustyössä ja parketin lakkauksessa oli selvästi altistuttu NMP:lle. Pitoisuudet olivat kuitenkin alle 10 % Työterveyslaitoksen toimenpideraja-arvosta 900 mol/l. Maalinvalmistuksessa sen sijaan 5- HNMP-pitoisuudet olivat joko altistumattomien viitearvon suuruisia tai sen alle. Tämä oli toki oletettavissakin, sillä maaleissa käytetyt NMP-pitoisuudet olivat erittäin pieniä. On kuitenkin huomioitava, että kaikilla tutkituilla työpaikoilla NMP-pitoisuudet saattavat hieman erilaisissa olosuhteissa nousta nyt mitattuja arvoja huomattavasti korkeammiksikin. Lisäksi, vaikka kaikki 5-HNMP:n biomonitorointitulokset olivat alle 10 % toimenpideraja-arvosta, niin kolmessa neljästä tutkitusta työstä altistuttiin selvästi NMP:lle. Näin ollen tämä tulee ottaa huomioon raskaana olevien tai raskautta suunnittelevien työntekijöiden kohdalla. Biomonitorointi tarjoaa ainoan luotettavan tavan osoittaa, että kyseisiin kohderyhmiin kuuluvat työntekijät eivät altistu NMP:lle. N-Metyyli-2-pyrrolidoni (NMP) -altistuminen Suomessa ja sen biomonitorointi -tutkimushanke osoitti selvästi, että kun biomonitoroinnin avulla voidaan osoittaa tutkitun henkilön työperäisen NMP-altistumisen olevan tasoltaan matalaa, se on yksinään riittävä altistumisen seurantakeino eikä näin ollen vaadi tämän lisäksi työhygieenisiä ilmamittauksia. Tulokset antoivat myös viitteitä siitä, että työhygieniset mittaukset eivät yksinään välttämättä anna aina oikeaa kuvaa NMP-altistumisesta. Mikäli virtsan 5-HNMP-pitoisuudet työpäivän lopussa ovat hälyttävän korkeita (luokkaa 900 µmol/l ja yli), työhygieeniset mittaukset ovat kuitenkin suositeltavia niin työpaikan/työtehtävien altistumisen epäpuhtauslähteiden kuin työntekijöiden pääasiallisten altistumisreittien (iho vs. keuhkot) selvittämiseksi. Mitä tulee NMP-altistumistasojen mataluuteen erilaisilla työpaikoilla tämä neljän työpaikan tutkimus ei pysty antamaan kattavaa kuvaa Suomen altistumistasojen vaihtelusta. On 21

22 ilmeistä, että tähän tutkimukseen vapaaehtoisesti osallistuneet työpaikat edustavat työnantajia, joissa työntekijöiden altistumisen torjunta oli pyritty hoitamaan hyvin ja asianmukaisesti. Työterveyshuoltojen toiminnan kautta voidaan kuitenkin löytää ja tavoittaa sellaisia NMP-työpaikkoja, joiden työntekijöiden biomonitorointipalvelunäytteet osoittavat suuria henkilökohtaisia NMP-altistumisen tasoja. Tällaisissa tapauksissa Työterveyslaitos on se taho, joka pyydettäessä antaa tarvittavaa asiantuntija-apua työolosuhteiden terveysriskien kartoittamiseksi ja parantamiseksi. 22

23 Kirjallisuusviitteet ACGIH (2007). N-Methyl-2-pyrrolidone BEI, The American Conference of Governmental Industrial Hygienists. Akrill, P., J. Cocker, et al. (2002). "Dermal exposure to aqueous solutions of N-methyl pyrrolidone." Toxicology Letters 134: Anundi, H., S. Langworth, et al. (2000). "Air and biological monitoring of solvent exposure during graffiti removal." International Archives of Occupational and Environmental Health 73(8): Bader, M., S. A. Keener, et al. (2005). "Dermal absorption and urinary elimination of N- methyl-2-pyrrolidone." International Archives of Occupational and Environmental Health 78(8): Bader, M., R. Wrbitzky, et al. (2008). "Human volunteer study on the inhalational and dermal absorption of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) from the vapour phase." Archives of Toxicology 82(1): Bader, M., R. Wrbitzky, et al. (2007). "Human experimental exposure study on the uptake and urinary elimination of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) during simulated workplace conditions." Archives of Toxicology 81(5): Becci, P. J., M. J. Knickerbocker, et al. (1982). "Teratogenicity study of N-methylpyrrolidone after dermal application to Sprague-Dawley rats." Fundamental and Applied Toxicology 2(2): Carnerup, M. A., A. M. Saillenfait, et al. (2005). "Concentrations of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) and its metabolites in plasma and urine following oral administration of NMP to rats." Food and Chemical Toxicology 43(9): Carnerup, M. A., M. Spanne, et al. (2006). "Levels of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) and its metabolites in plasma and urine from volunteers after experimental exposure to NMP in dry and humid air." Toxicology Letters 162: DFG (1998). N-Methyl-2-Pyrrolidone (vapour). Occupational Toxicants, Critical Data Evaluation for MAK Values and Classification of Carcinogens. H. Greim. Weinheim, Wiley-VCH. 10. IPCS (2001). Concise International Chemical Assessment Document No. 35, N-Methyl-2- Pyrrolidone. Inter-Organization Programme for the Sound Management of Chemicals (IOMC), World Health Organization. Jönsson, B. A. G. ja B. Åkesson (2001). "N-Methylsuccinimide in plasma and urine as a biomarker of exposure to N-methyl-2-pyrrolidone." International Archives of Occupational and Environmental Health 74(4): Jönsson, B. A. G. ja B. Åkesson (2003). "Human experimental exposure to N-methyl-2- pyrrolidone (NMP): toxicokinetics of NMP, 5-hydroxy-N-methyl-2-pyrrolidone, N- methylsuccinimide and 2-hydroxy-N-methylsuccinimide (2-HMSI), and biological monitoring using 2-HMSI as a biomarker." International Archives of Occupational and Environmental Health 76(4): Keener, S. A., R. Wrbitzky, et al. (2007). "Human volunteer study on the influence of exposure duration and dilution of dermally applied N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) on the urinary elimination of NMP metabolites." International Archives of Occupational and Environmental Health 80(4): KETSU (2007). Esitys N-metyylipyrrolidonin HTP-arvoiksi, Kemian työsuojeluneuvottelukunta. Lee, K. P., N. C. Chromey, et al. (1987). "Toxicity of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP): teratogenic, subchronic, and two-year inhalation studies." Fundamental and Applied Toxicology 9(2): Malley, L. A., G. L. Kennedy, et al. (2001). "Chronic toxicity and oncogenicity of N- methylpyrrolidone (NMP) in rats and mice by dietary administration." Drug and Chemical Toxicology 24(4): Parod, R. J. (2001). "Liver tumors in mice - M-methylpyrrolidone (NMP) acts via enhance cell proliferation." The Toxicologist 60: Porras, S. (2009). Työterveyslaitoksen perustelumuistio N-metyyli-2-pyrrolidonin biologisen altistumisindikaattorin toimenpideraja-arvolle. Helsinki, Työterveyslaitos: käsikirjoitus. 23