Työperäisen pienhiukkasaltistumisen sydän- ja verisuonivaikutukset Loppuraportti Työsuojelurahastolle 106106 Merja Järvelä, Timo Hannu, Bernt Engström, Paula Kauppi, Harri Lindholm, Tuula Lindholm, Ritva Luukkonen, Timo Tuomi Työterveyslaitos Helsinki 2008 1
TIIVISTELMÄ Altistuminen hiukkasmaisille ilman epäpuhtauksille lisää sairaalakäyntejä, sairastuvuutta ja kuolleisuutta sydän- ja verisuonitauteihin sekä keuhkosairauksiin. Hitsaajat, levyseppähitsaajat ja polttoleikkaajat altistuvat työssään erityisen paljon pienhiukkasille ja ultrapienille hiukkasille. Skandinaavisissa tutkimuksissa on saatu viitteitä, että hitsaajilla olisi kohonnut riski sairastua iskeemiseen sydänsairauteen. Tässä tutkimuksessa haluttiin selvittää työympäristössä usein ulkoilmaa suurempina pitoisuuksina esiintyvien pienhiukkasten vaikutuksia sydän- ja verenkiertoelimistön toimintaan sekä hengityselimistöön. Laboratorio- ja kenttämittauksissa tutkittiin työperäisen pienhiukkasaltistumisen vaikutuksia veren tulehdusmerkkiaineisiin ja sydämen sykevariaatioon. Keuhkovasteita selvitettiin mittaamalla uloshengityksen huippuvirtausta (PEF), sekuntikapasiteettia (FEV 1 ) ja typpioksidipitoisuutta. Koehenkilöinä (n=18) toimivat Työterveyslaitoksen ammattiastmaepäilypotilaat, joita altistettiin kontrolloiduissa laboratoriotutkimuksissa sekä seostamattoman että ruostumattoman teräksen hitsaushuurulle puolen tunnin ajan. Kenttämittauksissa tutkittiin kahdella työpaikalla vuorokauden ajan hitsaustyötä ja/tai levysepäntyötä tekevien työntekijöiden (n=20) altistumista pienhiukkasille sekä altistumisen vaikutusta sydän- ja verenkiertoelimistön tilaan sekä keuhkojen toimintaan. Koehenkilöiden ja työpaikkatutkittavien huurualtistumista mitattiin useilla mittausmenetelmillä sekä hengitysvyöhykkeeltä että kiinteistä pisteistä. Hankkeessa testattiin myös uudentyyppisen hitsausmaskin alle sopivan pölykeräimen (ns. minikeräimen) toimivuutta perinteiseen hengittyvän pölyn näytteenottoon (IOM) verrattuna. Hitsausaltistusten aikana hengitysvyöhykkeeltä mitatut pölypitoisuudet olivat seostamattoman teräksen hitsauksessa keskimäärin 32 mg/m 3 ja ruostumattoman teräksen hitsauksessa noin 42 mg/m 3 IOM-menetelmällä mitattuna. Työpaikoilla pitoisuudet vaihtelivat 1,5 35 mg/m 3, keskiarvon ollessa 9,4 mg/m 3. Työpaikkatutkittavien hitsausmaskin alta mitatut pitoisuudet olivat 65 80 % pienempiä kuin maskin ulkopuolelta mitatut pitoisuudet. Koehenkilöillä viisi tuntia seostamattoman teräksen altistuksen jälkeen otetuissa verinäytteissä todettiin tilastollisesti merkitsevä ero ennen altistuskoetta olleeseen tilanteeseen nähden hemoglobiinin, hematokriitin ja punasoluarvojen osalta, mutta 22 tunnin kuluttua altistuksesta otetuissa näytteissä ero ei ollut enää merkitsevä. Kokonaisvalkosolujen, neutrofiilisolujen ja monosyyttien määrä nousi lievästi sekä seostamattoman teräksen että ruostumattoman teräksen hitsausaltistuksen yhteydessä lähtötilanteeseen verrattuna. Verihiutaleiden kokonaismäärä nousi sekä seostamattoman että ruostumattoman teräksen hitsausaltistuksessa viisi tuntia altistuksesta otetuissa näytteissä. Työpaikkatutkittavien tulokset olivat samansuuntaisia. Työvuoron jälkeen otetuissa verinäytteiden tuloksissa havaittiin tilastollisesti merkitsevä lasku hemoglobiinin, hematokriitin ja punasolujen pitoisuuksissa. Monosyyttien, leukosyyttien ja neutrofiilisten valkosolujen pitoisuus kohosi työpäivän aikana tilastollisesti merkittävästi ja samalla IL-1 ja E- selektiinipitoisuudet laskivat. Sykevälivaihtelun aikasarjamuuttujat olivat normaalialueella sekä koehenkilöillä että työpaikkatutkittavilla. Muutamilla työpaikkatutkittavilla esiintyi runsaasti lisälyöntejä, mutta tällöin oli kyse jo tiedetystä työpaikka-altistumiseen liittymättömästä lisälyöntiherkkyydestä. 3
Koehenkilöiden sykevälivaihtelussa ei havaittu eroja seostamattoman ja ruostumattoman teräksen hitsausaltistuspäivinä. Tilastollisesti merkitseviä muutoksia uloshengityksen PEF- ja FEV 1 -arvoissa ei havaittu koehenkilöiden hitsausaltistusten yhteydessä eikä myöskään työpaikkatutkittavilla. Uloshengitysilman typpioksidipitoisuus vaihteli koehenkilöillä 4,5 139 ppb:hen ja työpaikkatutkittavilla 6,0 69 ppb:hen. Poikkeava, yli 30 ppb:n NO-pitoisuus mitattiin kuudella koehenkilöillä ja kolmella työpaikkatutkittavalla. Hitsausaltistuksissa koehenkilöiden hengitysvyöhykkeeltä mitatut hiukkaspitoisuudet olivat korkeita, mutta kenttämittausten perusteella mahdollisia myös työpaikoilla. Työpaikoilla altistuminen oli vähäistä niillä tutkittavilla, jotka käyttivät moottoroitua tai paineilmalinjaan kytkettyä hengityksensuojainta työskennellessään. Mittaukset osoittivat, että levyseppien ja levyseppähitsaajien altistuminen voi olla hitsaajiin verrattuna voimakkaampaa satunnaisen hengityksensuojaimen käytön vuoksi. Työpaikoilla tulisikin kiinnittää huomiota näiden työntekijäryhmien altistumisen vähentämiseen tarjoamalla työhön soveltuvia hengityssuojaimia ja tiedottamalla niiden käytön eduista. Hitsausmaskin alle sijoitettavan pölykeräimen (minikeräin) antamat tulokset vastasivat hyvin standardin mukaisella hengittyvän pölyn keräimellä (IOM-keräin) saatuja tuloksia. Menetelmä kuvaa hyvin todellista altistumista ja soveltuu erinomaisesti pölynäytteenottoon hitsaustyössä. Tutkimuksessa etsittiin viitteitä hitsaukseen liittyvän pienhiukkasaltistumisen aiheuttamasta systeemisestä tulehdusreaktiosta (inflammaatiosta) sekä sydän- ja verisuonimuutoksista. Sykevälivaihtelussa ei todettu yhteyttä hitsausaltistukseen kummassakaan tutkimusaineistossa. Verinäytteiden tulokset viittaavat lievään tulehdusvasteeseen. Tutkittavilla voitiin todeta useita muita kuin pienhiukkasaltistumiseen liittyviä sydän- ja verisuonisairauksien riskitekijöitä, kuten ylipaino, kohonnut veren kolesteroli- ja glukoosipitoisuus sekä tupakointi. Asiasanat: pienhiukkaset, altistuminen, hitsaus, EKG, verikokeet, tulehdus 4
SUMMARY Exposure to fine particles increases hospital admissions, morbidity and mortality to cardiovascular and pulmonary diseases. In occupational environments, welders, plate makers and flame cutters are exposed to high concentrations of fine and ultrafine particles. Scandinavian studies have shown that welders have increased risk to ischemic heart disease. This study aimed to investigate whether exposure to fine particles is able to affect the cardiopulmonary functions. Laboratory and field measurements were conducted to determine the effects of occupational particle exposure to inflammation markers in blood and heart rate variation (HRV). Pulmonary effects were determined by peak expiratory flow (PEF), forced expiratory volume in one second (FEV 1 ) and exhaled nitric oxide (NO) measurements. Welders (n=18) with suspected occupational asthma examined at Finnish Institute of Occupational Health (FIOH) were the study subjects. Examination at FIOH included 30-min welding challenge test to both mild and stainless steel. Field measurements were performed in two companies working in metal industry. In the field, exposure to fine particles was determined and effects to the cardiopulmonary function was measured among welders and plate makers (n=20). Exposure to welding fumes was measured from breathing zone and with static sampling. A new dust sampling method (minisampler) was tested parallel with the traditional inhalable dust sampling method (IOM). Minisampler can be used to sample air inside the welder's face shield. Personal dust exposure during welding challenge tests averaged 32 mg/m 3 in mild steel and 42 mg/m 3 in stainless steel welding. In the work places, personal exposure varied from 1.5 to 35 mg/m3. Average fume concentration was 9.4 mg/m 3. Inside the welder's face shield measured dust concentrations were 65-80% lower compared to levels measured outside face shield. Five hours after mild steel challenge tests taken blood samples showed statistically significant difference in haemoglobin, haematocrit and red blood cell number compared to samples taken before exposure tests. 22 hours after challenge tests difference was no longer significant. Leukocyte, neutrophil and monocyte levels as well as platelet count increased slightly after both mild and stainless steel welding challenge tests. Parallel results were shown in workplace measurements. After the work shift taken blood samples showed also statistically significant fall in haemoglobin and haematocrit levels and in red blood cell number compared to samples taken before work shift. Leukocyte, neutrophil and monocyte levels increased significantly. At the same time concentrations of IL-1 and E- selectin decreased. Exposure to fine particles did not affect on parameters of HRV in laboratory or workplace study subjects. Among laboratory study subjects there was no differ in HRV when mild and stainless steel exposure days were compared. No significant changes were found in PEF or FEV 1 levels in both laboratory and workplace study subjects. Exhaled nitric oxide levels varied from 4.5 to 139 ppb and from 6.0 to 69 ppb, respectively. Abnormal, over 30 ppb NO concentration was measured from six laboratory study subjects and three workplace study subjects. 5
In welding challenge tests breathing zone dust concentrations were rather high. Workplace dust measurements showed lower exposure levels among subjects who used power assisted respirator or respirator connected to compressed air line. Plate makers' exposure can be higher compared to welders' because they use respirators only occasionaly. Lower exposure levels can be achieved by offering proper respirators to plate makers and by giving information about the advantage of respiratory protection. Inside the welder's face shield measured dust levels were in good agreement with traditionally measured dust results. Method gives real information about welders' occupational exposure and it is well suited for dust sampling. The aim of this study was to find whether fine particle exposure could cause systemic inflammation or changes in cardiopulmonary functions. Welding did not affect significantly on HRV parameters. A little, but statistically significant changes in blood inflammation markers and cell counts indicate mild but temporary inflammatory response after particle exposure. However, other risk factors related to cardiovascular diseases such as overweight and elevated blood cholesterol and glucose levels were found in study population. In addition, number of smokers was higher compared to Finnish men population. Keywords: fine particles, exposure, welding, EKG, blood test, inflammation 6
ESIPUHE Ulkoilman pienhiukkasten aiheuttamista terveysvaikutuksista on tiedetty jo pitkään. Tässä tutkimuksessa haluttiin selvittää pienhiukkasaltistumisen sydän- ja verisuonivaikutuksia sekä hengitystievaikutuksia kontrolloiduissa laboratorio-olosuhteissa ja hitsaustyöpaikoilla. Tutkimushanke toteutettiin vuosina 2006 2008. Hankkeen vastuuhenkilöinä toimivat tiimipäällikkö Timo Tuomi sekä työlääketieteen erikoislääkäri Timo Hannu Työterveyslaitokselta. Osoitamme lämpimät kiitokset tutkimukseen osallistuneille Työterveyslaitoksen ammattitautitutkimuksissa olleille potilaille sekä mukana olleille yrityksille ja heidän työntekijöilleen. Kiitokset myös Työsuojelurahastolle, joka toimi tutkimuksen rahoittajana ja mahdollisti tutkimuksen toteutuksen. Kiitos asiantuntevasta työstä ja hyvästä yhteistyöstä Tampereen yliopiston lääketieteen laitoksen professori Eeva Moilaselle ja tutkija Riina Niemiselle, jotka vastasivat tutkimuksen interleukiini- ja välittäjäaineanalyyseistä. Suuret kiitokset tutkija Tiina Anttinen-Klemetille, joka toimi tutkijan äitiysloman sijaisena vastaten työpaikkamittausten suunnittelusta, näytteenotosta ja tulosten käsittelystä. Työterveyslaitoksen tutkimushoitajat Seija Karas ja Johanna Naskali organisoivat potilasmittauksia sekä huolehtivat tutkimustietokannan tallennuksesta. Asiantuntija Heli Sistonen, tutkimusapulainen Kaarina Eklöf, laboratoriohoitajat Sirkka Hopeakangas, Sari Fischer ja Tuula Riihimäki huolehtivat työpaikka- ja potilasmittauksissa verinäytteenotosta ja muista kliinisistä tutkimuksista. Keuhkotautien erikoislääkäri Hille Suojalehto tiedotti potilaita tutkimuksesta, ja kemisti Katri Suuronen huolehti hiukkasmittauksista tutkijan poissa ollessa. Lisäksi haluamme kiittää Työterveyslaitoksen potilasosaston henkilökuntaa yhteistyöstä potilastutkimuksissa. Helsingin ja Uudenmaan sairaanhoitopiirin kuntayhtymän koordinoiva eettinen toimikunta antoi puoltavan lausunnon tutkimussuunnitelmasta 26.4.2006. Helsingissä 30.10.2008 Tutkimusryhmä 7
8
SISÄLLYSLUETTELO TIIVISTELMÄ... 3 SUMMARY... 5 1 TAUSTAA... 10 1.1 HIUKKASTEN TERVEYSVAIKUTUKSET... 10 1.2 VAIKUTUSMEKANISMIT... 11 1.3 ALTISTUMINEN JA VAIKUTUKSET HITSAUSTYÖSSÄ... 12 2 TUTKIMUKSEN TAVOITTEET JA TOTEUTUS... 14 3 TUTKIMUKSET KOEHENKILÖILLÄ... 15 3.1 AINEISTO JA MENETELMÄT... 15 3.1.1 HUURUALTISTUKSET KOEHENKILÖILLÄ...15 3.1.2 HUURUMITTAUKSET...16 3.1.3 KLIINISET TUTKIMUKSET...17 3.2 TULOKSET JA NIIDEN TARKASTELU... 20 3.2.1 TYÖHYGIEENISET MITTAUKSET...20 3.2.2 KLIINISET TUTKIMUKSET...22 4 TUTKIMUKSET TYÖPAIKOILLA... 29 4.1 AINEISTO JA MENETELMÄT... 29 4.1.1 TYÖHYGIEENISET MITTAUKSET...29 4.1.2 KLIINISET TUTKIMUKSET...30 4.2 TULOKSET JA NIIDEN TARKASTELU... 30 4.2.1 TYÖHYGIEENISET TUTKIMUKSET...30 4.2.2 KLIINISET TUTKIMUKSET...31 5 JOHTOPÄÄTÖKSET... 37 6 SUOSITUKSET... 39 7 KIRJALLISUUS... 40 9
1 TAUSTAA Alle 10 mikrometrin kokoisia hiukkasia kutsutaan hengitettäviksi hiukkasiksi. Ne voidaan jakaa kolmeen eri kokoluokkaan: karkeisiin (aerodynaaminen halkaisija 2,5 10 µm), pienhiukkasiin (<2,5 µm) ja ultrapieniin hiukkasiin (<0,1 µm). Ulkoilman hiukkaspitoisuudet ovat Helsingissä kansainvälisesti verrattuna matalia, noin 10 µg/m 3 (Tainio ym. 2004). Kodeissa ja toimistotyyppisissä sisätiloissa hiukkaspitoisuus on normaalisti 20 200 µg/m 3 (Mølhave 2004), mutta työympäristöissä mitatut pitoisuudet saattavat olla moninkertaisia (Schimberg ja Ukkonen 2002). Hitsauksessa muodostuva savu on monimutkainen kaasumaisten ja hiukkasmaisten ainesosien muodostama seos. Hitsaushuuru koostuu pääasiassa hiukkasmaisista metallioksidieista, joista suurin osa on halkaisijaltaan alle 1 µm. Suurin osa ilmaan vapautuvista aineista on peräisin käytetyistä lisäaineista ja selvästi pienempi osa hitsattavasta materiaalista. Huuru voi sisältää mm. rautaa, nikkeliä, kromia, molybdeenia, alumiinia ja mangaania. Savun kaasumaisia epäpuhtauksia ovat hiilimononoksidi, hiilidioksidi, typen oksidit ja otsoni. 1.1 HIUKKASTEN TERVEYSVAIKUTUKSET Altistuminen hiukkasmaisille ilman epäpuhtauksille lisää sairaalakäyntejä, sairastuvuutta ja kuolleisuutta sydän- ja verisuonitauteihin sekä keuhkosairauksiin (Analitis ym. 2006, Dominici ym. 2006, Pope ym. 2004, Pope ym. 2002). Hiukkaset pääsevät elimistöön pääasiassa hengitysilman välityksellä. Karkeat hiukkaset jäävät yleensä ylähengitysteihin ja poistuvat melko nopeasti yskimällä, aivastelemalla ja liman mukana. Ne voivat aiheuttaa ärsytysoireita, kuten nuhaa, yskää sekä kurkun ja silmien kutinaa ja kirvelyä. Pienhiukkaset ja ultrapienet hiukkaset pääsevät hengitettäessä keuhkorakkuloihin saakka, mistä ne voivat joko poistua liman mukana ja makrofagien toimesta tai tunkeutua solukalvojen läpi verenkiertoon (Geiser ym. 2005). Keuhkoissa hiukkaset voivat aiheuttaa paikallista tulehdusta (Ghio ym. 2000). Kroonisia keuhkosairauksia, kuten astmaa ja kroonista keuhkoahtaumatautia sairastavilla altistuminen pahentaa oireita. Pitkäaikainen altistuminen voi lisätä riskiä sairastua keuhkosyöpään (Vineis & Husgafvel-Pursiainen 2005, Pope ym. 2002). Keuhkorakkuloista hiukkaset voivat siirtyä verenkiertoon. Haitallinen vaikutus kohdistuu verisuonen sisäseinämään todennäköisesti tulehdustekijöiden aktivoituessa. Krooninen seinämä-ärsytys voi johtaa valtimoiden kalkkeutumisen kiihtymiseen sekä sydämen ja verenkierron toimintahäiriöihin. Epidemiologissa ja kokeellisissa laboratoriotutkimuksissa on havaittu yhteys hiukkasaltistumisen ja sydämen sykevälivaihtelun muutosten sekä rytmihäiriöiden välillä (Peters ym. 2000, Wellenius ym. 2002, Frampton ym. 2004). Hiukkasten on raportoitu aiheuttavan myös sydänlihaksen hapenpuutetta (Pekkanen ym. 2002) ja lisäävän sydäninfarktin riskiä (Peters ym. 2001). Ultrapienet hiukkaset kulkeutuvat nopeasti keuhkoista verenkiertoon ja edelleen maksaan, munuaisiin, virtsarakkoon ja sydämeen (Kreyling ym. 2002, Nemmar ym. 2002). Nenän limakalvon läpi niiden on havaittu pääsevän hajuhermon hermosyitä pitkin aivoihin (Oberdörster ym. 2004). Eläinkokeissa hiukkasten on havaittu aiheuttavan aivoissa paikallista tulehdusta (Elder ym. 2006). Tuoreessa raportissa havaittiin muutoksia aivosähkökäyrässä (EEG), kun koehenkilöitä altistettiin diesel-pakokaasulle, jonka hiukkaspitoisuus oli keskimäärin 300 µg/m 3 (Crüts ym. 2008). 10
Ilman epäpuhtauksien aiheuttamille terveysvaikutuksille herkkiä väestöryhmiä ovat sepelvaltimotautia ja muita sydänsairauksia sekä kroonista keuhkoahtaumatautia ja diabetesta sairastavat (Zanobetti ym. 2001, Zanobetti ym. 2002, Peel ym. 2007). Geneettinen alttius, esim. glutationi-s-transferaasi -proteiinia koodaavan geenin puutos (GSTM1), voi lisätä sydämen toimintahäiriöitä. Henkilöillä, joilla on tämä alttius, on todettu mm. sydäntä suojaavan vagaalisen toiminnan kuvastajan eli korkeataajuuksisen sykevälivaihtelun heikentymistä hiukkasaltistumisen seurauksena (Schwartz ym. 2005). 1.2 VAIKUTUSMEKANISMIT Hiukkasten aiheuttamien sydän- ja verisuonitautivaikutukset käynnistyvät todennäköisesti hapettavan (oksidatiivisen) stressin välityksellä (Kelly 2003). Transitiometalleja pidetään tässä erityisen haitallisina (Donaldson & MacNee 2001). Kokeellisissa tutkimuksissa hapettava stressi on johtanut keuhkoissa paikalliseen tulehdukseen. Se voi edetä verenkierron välityksellä systeemiseksi tulehdukseksi (Salvi ym. 1999, Tamagawa ym. 2008). Elimistön tulehdusreaktioita heijastavat esim. herkkä C- reaktiivinen proteiini (s- CRP), interleukiinit (IL), sytokiinit ja tuumorinekroositekijä (TNF- ). Krooninen tulehdus aktivoi myös veren hyytymisjärjestelmän, ja esimerkiksi pysyvästi korkean fibrinogeenipitoisuuden on todettu olevan koronaaritaudin itsenäinen riskitekijä (Danesh ym. 2005). Adheesiomolelyylit (esim. ICAM-1, E-selektiini) vaikuttavat kiertävien leukosyyttien tarttumiseen endoteeliin. ICAM-1 pitoisuuden on raportoitu ennustavan sekä äkillisiä sydäntapahtumia että angina pectoris-oireilua (Luc ym. 2003). E-selektiini on adheesiomolekyyli, joka liittyy keskeisesti neutrofiilien ja endoteelisolujen adheesioon endoteelisolujen puolella. In vitro -tutkimuksissa endoteelisoluilla on havaittu E- selektiinipitoisuuden lisääntyvän hiukkasten vaikutuksesta (Montiel-Dávalos ym. 2007). Endoteliini-1 on voimakas verisuonen supistusta aiheuttava peptidi, jonka pitoisuuden on havaittu laskevan hitsaushuurulle altistetuilla terveillä koehenkilöillä (Scharrer ym. 2007). Tulehdus heikentää verisuonten sisäpinnan solukerroksen eli endoteelin toimintaa, mikä voi johtaa valtimoiden kalkkeutumisen kiihtymiseen. Jo syntyneissä kalkkeumissa tulehdus lisää niiden repeytymisherkkyyttä ja veritulppien vaaraa. Sydän ja verisuonisairauksiin liittyvä verenkierron säätelyn heikkeneminen voi ilmetä sykevälivaihtelun vaimenemisena (Rich ym. 2005). Hyvin pienillä hiukkasilla saattaa olla myös suoria sydänlihassoluihin kohdistuvia vaikutuksia. 11
Kuva 1. Hiukkasten aiheuttamia sydän- ja verisuonivaikutuksia selittävät mekanismit. 1.3 ALTISTUMINEN JA VAIKUTUKSET HITSAUSTYÖSSÄ Hitsaajat, levyseppä-hitsaajat ja polttoleikkaajat altistuvat erityisen paljon pienhiukkasille ja ultrapienille hiukkasille. Hitsaushuurussa, samoin kuin metallin hionnassa syntyvässä aerosolissa, on runsaasti pienhiukkasia ja ultrapieniä hiukkasia ja niiden osuus kokonaishuurussa on merkittävä. Teräksen puikkohitsauksessa hiukkaspitoisuudet voivat olla 5-20 mg/m 3, mikäli kohdepoistoa ei ole käytössä. Toimivalla kohdepoistolle päästään pitoisuustasolle 1-5 mg/m 3 (KAMAT-tietokortti). Hitsaajat altistuvat hiukkasten lisäksi myös kaasumaisille ilman epäpuhtauksille sekä fysikaalisille haittatekijöille, kuten kuumuudelle, melulle, tärinälle ja hitsaussäteilylle. Yhdysvaltalaisessa tutkimuksessa karakterisoitiin puikkohitsauksessa syntyviä hiukkasia mittaamalla lukumääräpitoisuutta hitsaajan kasvojen läheisyydestä sekä massapitoisuutta noin 1,5 metrin korkeudelta hitsausalueesta. Hiukkaspitoisuudet olivat hengitysvyöhykkeellä 7,8 10 5 hiukkasta/cm 3 keskimääräisen hiukkaskoon ollessa 181 nm. Hitsausalueen yläpuolelta mitatut pitoisuudet vaihtelivat 6,5 ja 24 mg/m 3 välillä (Lee ym. 2007). Hitsaajien ja polttoleikkaajien sydän- ja verisuonisairastamisesta ei ole paljoa tutkittua tietoa. Norjassa tehdyssä kyselytutkimuksessa on saatu viitteitä siitä, että ruostumattoman teräksen työstäjillä ja hitsaajilla olisi kohonnut riski sairastua iskeemiseen sydänsairauteen (Hilt ym. 1999). Samansuuntaisia tuloksia on saatu myös muista skandinaavisista tutkimuksista (Sjögren ym. 2006). Muutamassa tutkimuksessa on osoitettu myös hitsaajien ylikuolleisuus iskeemisiin sydäntauteihin (Newhouse ym. 1985, Moulin ym. 1993, Sjögren ym. 2002). Yhdysvalloissa tehdyssä tutkimuksessa hitsaus- ja huoltotyöntekijöillä (n=40) havaittiin muutoksia sydämen sykeparametreissa ilman pienhiukkaspitoisuuden kasvaessa (Magari ym. 12
2001). Toisessa yhdysvaltalaisessa tutkimuksessa selvitettiin pienhiukkasaltistumisesta aiheutuvan sykevälivaihtelun laskun kestoa hitsaustyössä (Cavallari ym. 2008a). Tutkimuksessa havaittiin, että altistuminen (<2,5 µm:n hiukkasten pitoisuus keskimäärin 1,12 mg/m 3 ) näkyy sykevälivaihtelussa vielä 14 tunnin kuluttua työpäivän päättymisestä. Myös pienhiukkasten sisältämien metallikomponenttien osuutta sykeparametrien muutoksiin on selvitetty viime vuosina. Tutkimuksissa koe-eläimillä ja koehenkilöillä on saatu viitteitä nikkelin ja mangaanin yhteydestä sydämen sykkeeseen ja sykevälivaihtelun heikkenemiseen (Lippman ym. 2006, Cavallari ym. 2008b). Lisääntyneeseen verisuonisairauksien vaaraan ja esimerkiksi sykevälivaihtelulöydöksiin vaikuttavat kuitenkin merkittävästi perinteiset riskitekijät (Chen ym. 2006). Hitsaushuurun on todettu aiheuttavan systeemisiä tulehdusvaikutuksia, kuten ulkoilman hiukkastenkin. Yhdysvaltalaisessa tutkimuksessa havaittiin ei-tupakoivilla hitsaajilla veren valkosolujen, etenkin neutrofiilien, ja fibrinogeenin kohoavan merkittävästi työpäivän aikana (mediaani PM 2,5 1,66 mg/m 3 ). Kuudentoista tunnin jälkeen altistumisesta havaittiin C- reaktiivisen proteiinin (CRP) pitoisuuden nousua veressä sekä tupakoivilla että ei-tupakoivilla (Kim ym. 2005). Päinvastaisia tuloksia saatiin saksalaisessa tutkimuksessa, kun tupakoimattomia koehenkilöitä altistettiin tunnin ajan hitsaushuurulle. Viiden tunnin kuluttua altistuksesta veren valkosolumäärissä, CRP-, TNF- -, IL-6 ja IL-8 -pitoisuuksissa ei havaittu merkittäviä muutoksia lähtötasoon verrattuna. Sen sijaan veren endoteliini-1 -pitoisuus laski merkittävästi (Scharrer ym. 2007). 13
2 TUTKIMUKSEN TAVOITTEET JA TOTEUTUS Tutkimuksessa haluttiin selvittää työympäristössä usein ulkoilmaa suurempina pitoisuuksina esiintyvien pienhiukkasten vaikutuksia sydän- ja verenkiertoelimistön toimintaan sekä hengityselimistöön. Kenttä- ja laboratoriomittauksissa tutkittiin työperäisen pienhiukkasaltistumisen vaikutuksia veren tulehdusmerkkiaineisiin, sydämen sykevariaatioon ja verisuonten sisäkalvon toimintaan. Keuhkovasteita selvitettiin mittaamalla uloshengityksen huippuvirtausta (PEF), sekuntikapasiteettia (FEV 1 ) ja typpioksidipitoisuutta. Hankkeessa testattiin myös uudentyyppisen hitsausmaskin alle sopivan pölykeräimen (ns. minikeräimen) toimivuutta perinteiseen hengittyvän pölyn näytteenottoon (IOM) verrattuna. Tutkimus jakautui kahteen osaan: 1. Altistustutkimukset koehenkilöillä (ks. luku 3) Seostamattoman teräksen ja ruostumattoman teräksen hitsauksessa syntyvien pienhiukkasten vaikutusta verenkuvaan, veren tulehdusmerkkiaineisiin, sykevariaatioon ja keuhkojen toimintaan tutkittiin Työterveyslaitoksen ammattiastmaepäilypotilailla kontrolloiduissa laboratoriokokeissa. Tutkittavia oli yhteensä 18. 2. Tutkimukset hitsaustyöpaikoilla (ks. luku 4) Kahdella työpaikalla tutkittiin hitsaustyötä ja levysepäntyötä tekevien työntekijöiden altistumista pienhiukkasille sekä altistumisen vaikutusta verenkuvaan, veren tulehdusmerkkiaineisiin, sykevariaatioon ja keuhkojen toimintaan. Työpaikoilta osallistui tutkimukseen yhteensä 20 tutkittavaa. 14
3 TUTKIMUKSET KOEHENKILÖILLÄ 3.1 AINEISTO JA MENETELMÄT Tutkimuksessa koehenkilöinä toimivat Työterveyslaitoksen potilasosaston hitsausaltistuksiin tulleet potilaat (N=18), joita tutkittiin ammattiastmaepäilyinä. Koehenkilölle selvitettiin hoitavan lääkärin toimesta tutkimuksen tarkoitus ja pyydettiin vapaaehtoinen suostumus osallistumiseen. Potilaan altistumista, suojainten käyttöä, terveydentilaa ja elintapoja kartoitettiin ennen tutkimusta kyselylomakkeella. Tutkimusten jälkeen potilaille lähetettiin henkilökohtainen palaute omista tutkimustuloksistaan. Koehenkilöt olivat 23 57 -vuotiaita miehiä. Joukossa oli seitsemän hitsaajaa, kuusi levyseppähitsaajaa, kolme asentajaa, yksi metallityöntekijä ja yksi peltiseppä. Yksi koehenkilö (8) keskeytti tutkimuksen, joten hänen tuloksiaan ei ole esitetty tässä raportissa. Taulukossa 1 on esitetty taustatietoja tutkimukseen osallistuneista koehenkilöistä. Taulukko 1. Taustatietoja koehenkilöistä (N=18). Kaskiarvo (hajonta) Ikä 43,7 (10,5) Painoindeksi 27,7 (4,2) FEV 1 (l/min) 3,7 (0,5) PEF (l/min) 566 (100) fs-kol (mmol/l) 1 5,5 (1,0) fs-kol-hdl (mmol/l) 2 1,3 (0,4) fs-kol-ldl (mmol/l) 3 3,5 (0,8) fs-kol-trigly (mmol/l) 4 1,6 (0,6) fp-gluk (mmol/l) 5 5,7 (0,5) Diagnosoitu astma 15 Hitsaustyötä (vuotta) 22,2 (12,7) Tupakointi tupakoi nykyisin 2 lopettanut 7 ei koskaan 9 1 viitearvo <5, 2 viitearvo <1, 3 viitearvo <3, 4 viitearvo <2, 5 viitearvo 4,2-6 3.1.1 HUURUALTISTUKSET KOEHENKILÖILLÄ Hitsaajille, joilla epäillään olevan ammattiastma, tehdään Työterveyslaitoksella hitsausaltistushuoneessa (kuva 2) lumealtistus sekä aktiiviainealtistus hitsaushuurulle. Tähän tutkimukseen otettiin kyseisiä potilaita koehenkilöiksi. Lumealtistus tehtiin hitsaamalla 30 minuuttia seostamatonta terästä (ST), Aktiiviainealtistuksessa hitsattiin 30 minuuttia ruostumatonta terästä (RT). Hitsausmenetelminä käytettiin joko MIG- (Metal-Arc Inert Gas Welding) tai puikkohitsausmenetelmää. MIG-hitsauksessa suojakaasuna käytettiin Mison Ultra seoskaasua (75 % argonia ja 25 % hiilidioksidia). Seostamattoman teräksen puikkohitsauksessa koehenkilö hitsasi puolen tunnin aikana viisi puikkoa (OK 48.00, ESAB AB, Göteborg, Ruotsi) ja ruostumattoman teräksen hitsauksessa 11 puikkoa (OK 63.30, ESAB AB). 15
Kuva 2. Hitsausaltistushuone. 3.1.2 HUURUMITTAUKSET Hitsausaltistusten aikana mitattiin hengittyvän pölyn pitoisuutta IOM-keräimellä (EN 481:1993, SFS 3860, 1976) potilaiden hengitysvyöhykkeeltä. Hitsausmaskin alta pölypitoisuus mitattiin ns. minikeräimellä (kuva 3). Näytteenotossa tilavuusvirtaus oli IOM-keräimellä mitattaessa 2,0 l/min ja minikeräimellä 0,75 l/min. Lisäksi työilman kokonaispölypitoisuutta mitattiin suoraan osoittavalla aerosolimittarilla (DataRAM, MIE Inc, USA). Kolmen potilaan altistuksissa mitattiin myös hiukkasten lukumääräpitoisuutta ja kokojakaumaa sähköisen alipaineimpaktorin avulla (ELPI, Dekati) (kuva 4). Kuva 3. IOM-keräin ja minikeräin. Kuva 4. Sähköinen alipaineimpaktori. 16
3.1.3 KLIINISET TUTKIMUKSET Taulukossa 2 on esitetty tutkimuksessa käytetyt kliiniset tutkimukset sekä niiden näytteenotto- ja mittausajankohdat. Seuraavissa kappaleissa on esitelty tarkemmin kliinisiä tutkimuksia. Taulukko 2. Yhteenveto koehenkilöiden kliinisistä tutkimuksista. Tutkimus Aika Verinäyte Näytteenotto ennen altistusta (1. näyte), noin 5 h ja 22 h ST-altistuksen jälkeen (2. näyte ja 3. näyte) sekä 5 h ja 22 h RT-altistuksen jälkeen (4. näyte ja 5. näyte) PEF ja FEV 1 -mittaus Mittaus ennen altistuksia ja seuraavana aamuna klo 7.00 Uloshengitysilman Mittaus ennen ensimmäistä altistuskoetta ja noin 22 NO-mittaus tunnin kuluttua altistuksesta Ambulatorinen EKGseuranta Aloitus ennen altistuksia ja lopetus seuraavana aamuna Endoteelifunktiomittaus Mittaus ennen ensimmäistä altistuskokeita ja niiden jälkeen LABORATORIOTUTKIMUKSET VERINÄYTTEISTÄ Koehenkilöiltä otettiin verinäytteitä ennen altistuksia sekä noin viiden tunnin ja 22 tunnin kuluttua altistuksista. Verimääritykset ja niiden lyhenteet on esitetty taulukossa 3. Taulukko 3. Verinäytteiden laboratoriotutkimukset ja niiden lyhenteet. Laboratoriotutkimus Lyhenne Menetelmä Täydellinen verenkuva B-TVK B -PVK + T: Spektrofotometrinen, impedanssi ja optinen virtaussytometria B -Diffi: Laseroptinen monisuuntavalonsironta ja fluoresenssi tai MGG-värjäys ja mikroskopointi Fibrinogeeni P-Fibr Claussin menetelmä. Hyytymisajan mittaaminen. C-reaktiivinen proteiini, herkkä S-CRP lateksi-immunoturbidometrinen; analyyttinen herkkyys 0,3 mg/l Kolesteroli fs-kol entsymaattinen Kolesteroli, high density fs-kol-hdl entsymaattinen, suora menetelmä lipoproteiinit Kolesteroli, low density fs-kol-ldl laskennallinen lipoproteiinit Triglyseridit fs-kol-trigly entsymaattinen Glukoosi fp-gluk heksokinaasimenetelmä Interleukiini 1 P-IL-1 EIA-menetelmä Interleukiini 6 P-IL-6 EIA-menetelmä Interleukiini 8 P-IL-8 EIA-menetelmä Tuumorinekroositekijä P-TNF- EIA-menetelmä alfa Endoteliini 1 P-endotelin-1 EIA-menetelmä E-selektiini P-E-selektiini EIA-menetelmä 17
Verinäytteet otettiin talteen EDTA- (TVK, sytokiinit, endoteliini-1 ja E-selektiini), seerumi- (lipidit, glukoosi sekä herkkä CRP) ja natiriumsitraattiputkiin (fibrinogeeni). Fibrinogeeninäytteet pakastettiin erottelun jälkeen -20 C:een. Sytokiini-, endoteliini- ja selektiininäytteet säilöttiin suoraan jäihin, sentrifugoitiin ja pakastettiin välittömästi -20 C:een ja samana päivänä -70 C:een. IL-1, IL-6, IL-8, TNF-, endoteliini 1 sekä E-selektiini määritettiin EIA-menetelmällä (enszyme immuno assay) kaupallisia reagensseja käyttäen (IL-1 ja TNF- : Quantikine HS Elisa, R D Systems Europe Ltd, Abindgon, UK; IL-6: PeliPair Elisa, Sanquin, Amsterdam, Alankomaat; IL- 8: Opt EIA, BD Biosciences, Erembodegem, Belgia; endoteliini-1: QuantiGlo Elisa, R D Systems Europe Ltd, Abindgon, UK; E-selektiini: Elisa, HyCult Biotechnology, Uden, Alankomaat). PITKÄAIKAINEN SYDÄMEN SÄHKÖKÄYRÄN SEURANTA (EKG) Koehenkilöiden EKG:n pitkäaikaisrekisteröinti (BMS Inc, USA) aloitettiin aamulla ennen altistusta ja lopetettiin noin vuorokauden kuluttua. EKG:stä analysoitiin sykevälivaihtelun aikasarjamuuttujat, rytmihäiriöiden esiintyminen ja rytmihäiriöille altistavat muuttujat sekä sydänlihaksen hapenpuutelöydökset. Taulukossa 4 on esitetty EKG:stä seuratut muuttujat. Tulkinnassa tuloksia on verrattu Brittonin ja Hemingwayn (2004) esitettämiä ikään suhteutettuja viitearvoja. Taulukko 4. Sydämen sähkökäyrän pitkäaikaisrekisteröinnissä seuratut muuttujat. Sykevariaatio Aika-alue (SDNN, rmssd, pnn50, SDANN) Sydänlihas QRS kesto ja morfologia (johtumishäiriöt, patologiset Q-aallot) QT-variaatio ST-segmentin muutokset Rytmihäiriöiden määrä ja luonne Eteis- ja kammioperäiset rytmihäiriöt, eteis- kammiojohtumisen häiriöt ENDOTEELIFUNKTIOMITTAUS Verisuonen sisäkalvon toimintaa (endoteelifunktio) voidaan mitata non-invasiivisesti sormivaltimoiden laajenemisvasteita rekisteröimällä. Suunniteltuja mittauksia ei voitu tehdä teknisten ongelmien vuoksi. ULOSHENGITYKSEN TYPPIOKSIDI (NO) -PITOISUUDEN MITTAUS Uloshengityksen NO-pitoisuus kohoaa yleensä astmaan liittyvässä ja muissa keuhkoputkien limakalvon tulehdusprosesseissa. Koehenkilöiden uloshengitysilmasta mitattiin NO-pitoisuus ennen altistuksia sekä n. 22 tunnin kuluttua altistuksista. Alle 30 ppb:n NO-pitoisuutta pidetään normaalina. 18
ULOSHENGITYKSEN HUIPPUVIRTAUS (PEF) JA SEKUNTIKAPASITEETTI (FEV 1 ) PEF ja FEV 1 -mittaukset tehtiin One Flow -mittarilla (STI MEDICAL, Saint Romans, Ranska) ennen altistusta ja altistuksen jälkeen seuraavana aamuna kello 7.00. 19
3.2 TULOKSET JA NIIDEN TARKASTELU 3.2.1 TYÖHYGIEENISET MITTAUKSET Taulukossa 5 on esitetty koehenkilöiden hengitysvyöhykkeeltä hitsausaltistuskokeiden aikana mitatut pölypitoisuudet. Taulukko 5. Pölypitoisuudet hengitysvyöhykkeellä hitsausaltistusten aikana. Koehenkilö ST RT Hitsausmenetelmä IOM-keräin minikeräin IOM-keräin minikeräin 1 36,5 36,3 35,0 31,2 puikkohitsaus 2 17,7 16,5 40,8 39,4 puikkohitsaus 3 12,7 12,3 30,0 28,3 MIG-hitsaus (ST), puikkohitsaus (RT) 4 22,0 19,6 41,1 37,7 puikkohitsaus 5 * * * * puikkohitsaus 6 * 24,4 * * puikkohitsaus 7 37,0 38,0 55,2 62,2 puikkohitsaus 9 18,4 17,2 25,1 29,4 MIG-hitsaus 10 27,1 27,1 32,5 31,2 puikkohitsaus 11 17,3 15,8 15,9 63,7 MIG-hitsaus 12 31,0 28,1 35,1 40,5 puikkohitsaus 13 34,4 35,8 38,3 39,5 puikkohitsaus 14 43,7 46,4 38,7 34,8 puikkohitsaus 15 31,0 28,8 31,4 38,9 puikkohitsaus 16 34,5 30,2 32,5 32,3 puikkohitsaus 17 79,4 71,3 101 73,0 puikkohitsaus 18 30,9 27,3 46,2 42,3 puikkohitsaus 19 * 27,6 68,3 22,3 puikkohitsaus Keskiarvo 31,6 (N=15) 29,6 (N=17) 41,7 (N=16) 40,4 (N=16) ST= seostamaton teräs, RT = ruostumaton teräs * ei mittausta Puolen tunnin altistuksen aikana pölypitoisuudet olivat seostamattoman teräksen hitsauksessa keskimäärin 32 mg/m 3 ja ruostumattoman teräksen hitsauksessa noin 42 mg/m 3 IOMmenetelmällä mitattuna. Hitsausmenetelmän ja materiaalin ollessa samoja, eri koehenkilöiden välillä on suuriakin pitoisuuseroja. Vaihtelu johtuu todennäköisesti hitsaustavasta eli siitä miten lähellä hitsattavaa kohdetta henkilö työskenteli altistuksen aikana, koska pölynkeräimet sijaitsivat hengitysvyöhykkeellä. Verrattaessa IOM-keräimellä otettujen näytteiden tuloksia minikeräimellä saatuihin pitoisuuksiin havaittiin, että tulokset eivät poikkea toisistaan tilastollisesti merkitsevästi (Wilcoxonin yhden otoksen testi). Näin ollen minikeräin soveltuu hyvin hitsaustyötä tekevien pölyaltistumisen mittaamisen. Sähköisellä alipaineimpaktorilla mitatut hiukkaskokojakaumat seostamattoman ja ruostumattoman teräksen puikkohitsauksesta on esitetty kuvissa 5 ja 6. Kummankin materiaalin hitsauksessa suurin osa syntyneistä hiukkasista oli aerodynaamiselta halkaisijaltaan alle 1 µm:n kokoisia. Eniten syntyi halkaisijaltaan 0,3 0,6 µm:n hiukkasia. 20
Lukumääräpitoisuudet olivat korkeampia ruostumattoman teräksen hitsauksessa kuin seostamattoman teräksen hitsauksessa. 1,6E+06 1,4E+06 1,2E+06 Pitoisuus, 1/cm 3 1,0E+06 8,0E+05 6,0E+05 4,0E+05 2,0E+05 0,0E+00 0,01 0,1 1 10 Hiukkaskoko, µm Kuva 5. Hiukkaskokojakauma seostamattoman teräksen hitsausaltistuksessa (ELPI). 1,6E+06 1,4E+06 1,2E+06 Pitoisuus, 1/cm 3 1,0E+06 8,0E+05 6,0E+05 4,0E+05 2,0E+05 0,0E+00 0,01 0,1 1 10 Hiukkaskoko, µm Kuva 6. Hiukkaskokojakauma ruostumattoman teräksen hitsausaltistuksessa (ELPI). 21
Suoraan osoittavalla pölymittarilla mitatut keskimääräiset pölypitoisuudet olivat seostamattoman teräksen altistuksissa 2,8 38,7 mg/m 3 ja ruostumattoman teräksen altistuksissa 2,9 34,3 mg/m 3. Suuri ero keskimääräisissä pitoisuuksissa johtuu siitä, että suoraan osoittava mittari oli sijoitettu altistuksen ajaksi eri paikkaan. Altistuksissa, joissa mitattiin pienimmät keskipitoisuudet, mittari oli koehenkilön takana. Suurimman pitoisuudet mitattiin silloin, kun mittari asetettiin lähelle hitsaajan hengitysvyöhykettä. Kuvassa 7 on esitetty tyypillinen pölypitoisuuden vaihtelu hitsausaltistusten aikana (koehenkilö 15). 60 50 Pitoisuus, mg/m 3 40 30 20 ST RT 10 0 9:21 9:28 9:36 9:43 9:50 9:57 10:04 Kellonaika Kuva 7. Pölypitoisuuden vaihtelu seostamattoman teräksen (ST) ja ruostumattoman teräksen (RT) hitsausaltistuksessa (DataRam). 3.2.2 KLIINISET TUTKIMUKSET Verinäytteistä analysoidut keskimääräiset tulokset ja hajonnat on esitetty taulukossa 6. Koehenkilöiden sytokiinituloksia ei esitetä tässä raportissa, koska analyysit ovat vielä kesken. Koehenkilökohtaiset leukosyyttien ja neutrofiilisten valkosolujen pitoisuudet on esitetty kuvissa 8 ja 9 (N=18). Kuvassa 10 on esitetty koehenkilöiden uloshengitysilman NO-pitoisuudet ennen altistuskokeita ja altistuskokeiden jälkeen. Uloshengityksen PEF- ja FEV 1 -tulokset ja sykevariaatiotulokset on esitetty taulukoissa 7 ja 8. 22
Taulukko 6. Koehenkilöiden verinäytteistä analysoidut keskimääräiset tulokset ja hajonnat. Tutkimus 1. näyte 2. näyte 3. näyte 4. näyte 5. näyte Viitearvot Hemoglobiini, g/l 156 154* 157 155 156 132 167 # (12,8) (11,7) (11,6) (12,3) (11,3) Hematokriitti, % 46,1 45,3* 46,2 45,1* 45,2* 38 50 # (3,91) (3,77) (4,09) (3,76) (3,45) Erytrosyytit, 10 12 /l 5,02 4,92* 5,03 4,93 4,93 4,2 5,7 # (0,38) (0,34) (0,33) (0,31) (0,32) Trombosyytit, 10 9 /l 274 291* 281 293* 278 145 360 (62,5) (61,3) (54,7) (59,9) (52,4) Leukosyytit, 10 9 /l 6,53 7,35* 6,79 7,84* 6,67 3,3 8,2 (1,23) (1,48) (0,97) (1,64) (0,85) Neutrofiilit, 10 9 /l 3,65 4,44* 3,84 4,79* 3,87 1,5 6,6 (1,23) (1,30) (0,96) (1,44) (1,02) Eosinofiilit, 10 9 /l 0,20 0,16* 0,25* 0,20 0,23* 0,01 0,45 (0,09) (0,09) (0,09) (0,09) (0,11) Monosyytit, 10 9 /l 0,40 0,51* 0,37 0,56* 0,37 0,16 1,0 (0,11) (0,15) (0,08) (0,20) (0,13) Lymfosyytit, 10 9 /l 2,24 2,19 2,26 2,27 2,15 0,9 5,0 (0,64) (0,45) (0,56) (0,46) (0,64) C-reaktiivinen 2,08 2,36 2,46 2,60 2,33 <10 proteiini, mg/l (2,48) (2,52) (2,43) (2,29) (1,69) Fibrinogeeni, g/l 3,39 (0,98) 3,12 (0,93) 3,38 (0,93) 3,49 (1,15) 3,57 (1,09) 1,7 4 * tilastollisesti merkitsevä ero verrattuna 1. näytteeseen # miehet, aikuiset Viisi tuntia ensimmäisen altistuksen jälkeen otetuissa näytteissä todettiin tilastollisesti merkitsevä ero ennen altistuskoetta olleeseen tilanteeseen nähden hemoglobiinin osalta, mutta 22 tunnin kuluttua altistuksesta ero ei ollut enää merkitsevä. Sekä hemoglobiini-, hematokriitti- että punasoluarvot pienenivät hiukan. Kokonaisvalkosolujen, neutrofiilisolujen ja monosyyttien määrä nousi lievästi sekä seostamattoman teräksen että ruostumattoman teräksen hitsausaltistuksen yhteydessä lähtötilanteeseen verrattuna. Verihiutaleiden kokonaismäärä nousi sekä seostamattoman että ruostumattoman teräksen hitsausaltistuksessa viiden tunnin kuluttua altistuksesta otetuissa näytteissä. 23
12 10 8 10 9 /l 6 ennen altistuksia 5 h ST-altistuksen jälkeen 22 h ST-altistuksen jälkeen 5 h RT-altistuksen jalkeen 22 h RT-altistuksen jälkeen 4 2 0 1 2 3 4 5 6 7 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Koehenkilö Kuva 8. Veren valkosolupitoisuudet ennen altistuksia sekä viiden ja 22 tunnin kuluttua altistusten päättymisestä (viitearvoalue 3,3 8,2*10 9 /l).
9 8 7 6 10 9 /l 5 4 ennen altistuksia 5 h ST-altistuksen jälkeen 22 h ST-altistuksen jälkeen 5 h RT-altistuksen jalkeen 22 h RT-altistuksen jälkeen 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Koehenkilö Kuva 9. Veren neutrofiilisolujen pitoisuudet ennen altistuksia sekä viiden ja 22 tunnin kuluttua altistusten päättymisestä (viitearvoalue 1,5 6,6*10 9 /l). 25
140 120 100 NO-pitoisuus, ppb 80 60 ennen altistuksia ST -altistuksen jälkeen RT -altistuksen jälkeen 40 20 0 1 2 3 4 5 6 7 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Koehenkilö Kuva 10. Uloshengitysilman NO-pitoisuus ennen altistuksia ja niiden jälkeen. Uloshengitysilman typpioksidipitoisuus vaihteli koehenkilöillä 4,5 139 ppb:hen (kuva 10). Suurimmat pitoisuudet, yli 60 ppb, mitattiin koehenkilöillä 12, 14 ja 15. Yli 30 ppb:n pitoisuus mitattiin kuudella koehenkilöllä (2, 5, 9, 12, 14 ja 15). Tupakointi laskee uloshengityksen NOpitoisuutta. Koehenkilöt 12 ja 14 ilmoittivat esitiedoissaan tupakoivansa satunnaisesti. Tilastollinen tarkastelu osoitti, että uloshengitysilman NO-pitoisuus nousi merkitsevästi STaltistuksen jälkeen (p=0,02), mutta verrattaessa ennen altistuksia mitattua NO-arvoa RTaltistuksen jälkeiseen tulokseen, ero ei ollut enää tilastollisesti merkitsevä (p=0,07) (Wilcoxonin yhden otoksen testi). Viidellä koehenkilöllä kuudesta, joiden uloshengityksen NOpitoisuus oli koholla, typpioksidiarvot suurenivat hitsausaltistuksen yhteydessä, mutta tulos ei ollut merkitsevä.
Taulukko 7. Koehenkilöiden PEF ja FEV 1 ennen altistuksia ja altistuksen jälkeisenä aamuna (N=18). Koehenkilö ennen altistuksia PEF (l/min) ST - altistuksen jälkeen RT - altistuksen jälkeen ennen altistuksia FEV 1 (l) ST - altistuksen jälkeen RT - altistuksen jälkeen 1 450 510 445 3,50 3,65 3,50 2 480 480 545 3,65 3,70 4,05 3 535 495 505 3,20 3,30 3,30 4 635 580 580 4,60 4,60 4,60 5 535 530 495 3,55 3,50 3,25 6 545 495 * 4,05 3,65 * 7 715 700 635 4,00 3,80 3,35 9 515 460 455 2,95 2,95 2,75 10 470 455 425 3,40 3,05 3,30 11 675 670 695 4,10 4,15 4,05 12 770 740 * 4,55 4,40 * 13 530 495 490 3,20 3,15 3,20 14 490 475 470 3,85 3,80 3,65 15 655 540 585 3,70 3,55 3,50 16 445 455 400 3,60 3,35 3,45 17 690 650 640 4,60 4,40 4,30 18 465 485 485 3,45 3,55 3,80 19 585 555 610 3,35 3,20 3,45 Keskiarvo 566 543 529 3,74 3,65 3,59 (vaihteluväli) (445-770) (445-740) (400-695) (2,95-4,60) *tulos puuttuu, koska koehenkilö ei jatkanut tutkimuksessa ST-altistuksen jälkeen (2,95-4,60) (2,75-4,60) Tilastollisesti merkitseviä ryhmäkohtaisia muutoksia ei PEF- ja FEV 1 -arvoissa havaittu hitsausaltistusten yhteydessä. Yhdellä koehenkilöllä (15) seostamattoman teräksen jälkeisissä PEF-arvoissa oli viitteellinen lasku (- 18 %), mutta muutos oli vähäisempi ruostumattoman teräksen hitsauksen jälkeisessä mittauksessa. Viidellä koehenkilöllä kuudesta, joiden uloshengityksen typpioksidipitoisuus oli lähtötilanteessa koholla, pienenivät tässä esitetyt joko PEF- tai FEV 1 -arvo tai molemmat altistuskokeiden yhteydessä, vaikka tulos ei ollut astmalle diagnostinen eikä tilastollisesti merkitsevä (trendi). Kaikkiaan kuudella koehenkilöllä todettiin ammattiastma (tuloksissa on esitetty vain ennen altistusta ja seuraavana aamuna klo 7.00 mitattu PEF/FEV 1 -arvo, ammattiastmadiagnoosiin kannalta merkittäviä tuloksia ei ole esitetty). Taulukko 8. Sykevariaatiomuuttujien keskiarvot ja -hajonnat koehenkilöillä pitkäaikaisen EKGrekisteröinnin aikana (N=15). Sykevariaatiomuuttuja Keskiarvo (keskihajonta) ST-altistuspäivä RT-altistuspäivä keskisyke, 1/min klo 8 21 76,6 (9,48) 79,4 (9,25) klo 23 06 59,5 (7,74) 61,7 (6,56) kammiolisälyöntien määrä 4,27 (4,80) 4,13 (4,60) SDNN 149 (33,4) 145 (32,5) rmssd 31,6 (9,08) 30,3 (9,06) SDNN = peräkkäisten R-R intervallien (sykevälien) keskihajonta rmssd = neliöjuuri peräkkäisten R-R intervallien keskihajonnasta 27
Sykevälivaihtelussa tarkasteltiin kahta aikasarjamuuttujaa (SDNN, rmssd), joiden osalta on eniten tietoa niiden ennusteellisesta merkityksestä sydänsairauksien suhteen ja joiden tilastollinen käsittely sisältää vähemmän virhelähteitä kuin ns. spektrianalyysit (Kuss ym. 2008). ST- ja RT-altistuspäivät eivät eronneet toisistaan. Kumpanakin päivänä sykevälivaihtelun indeksit olivat normaalialueella. Seerumin kohonnut LDL- kolesteroli ja verensokeri korreloivat negatiivisesti sykevälivaihtelun (r=-0,51, p=0,05; r=-0,61, p=0,01). Mitä korkeampi "pahan" kolesterolin ja glukoosin määrä veressä oli, sitä pienempi oli sykevälivaihtelu (kuva 11). 8 7 6 Pitoisuus, mmol/l 5 4 3 fs-kol-ldl fs-gluk Linear (fs-kol-ldl) Linear (fs-gluk) 2 1 0 0 25 50 75 100 125 150 175 SDNN Kuva 11. LDL-kolesterolin ja verensokeripitoisuuden vaikutus sykevälivaihteluun. 28
4 TUTKIMUKSET TYÖPAIKOILLA 4.1 AINEISTO JA MENETELMÄT Tutkimukseen osallistui kaksi suurta yritystä, joissa tehdään hitsaustyötä. Kummastakin työpaikasta valittiin työterveyshuollon avustuksella 10 työntekijää mukaan tutkimukseen. Mittaukset tehtiin 30.10. 1.11.2006 ja 7.-8.5.2007. Tutkimukseen osallistuneet työntekijät olivat 23 58 -vuotiaita miehiä, joiden joukossa oli kuusi hitsaajaa, kymmenen levyseppää ja neljä levyseppähitsaajaa. Tutkimusten jälkeen työntekijöille lähetettiin henkilökohtainen palaute omista tutkimustuloksista. Myös työpaikan työterveyshuoltoon toimitettiin yhteenveto mittaustuloksista. Taulukko 9. Taustatietoja tutkittavista. Tulokset on ilmoitettu keskiarvona (suluissa keskihajonta). Työpaikka A (N=10) Työpaikka B (N=10) Yhteensä (N=20) Ikä 37,9 (6,0) 37,9 (12,8) 37,9 (9,7) Painoindeksi 26,4 (4,4) 28,0 (3,5) 27,2 (4,0) FEV 1 (l/min) 3,9 (0,8) 4,0 (0,7) 3,9 (0,7) PEF (l/min) 597 (66,5) 561 (64,6) 579 (66,5) fs-kol (mmol/l) 1 5,8 (1,2)* 5,3 (1,3) 5,5 (1,2) # fs-kol-hdl (mmol/l) 2 1,4 (0,1)* 1,4 (0,2) 1,4 (0,2) # fs-kol-ldl (mmol/l) 3 3,8 (1,0)* 3,2 (1,2) 3,5 (1,1) # fs-kol-trigly (mmol/l) 4 1,4 (0,3)* 1,5 (0,5) 1,4 (0,4) # fp-gluk (mmol/l) 5 6,4 (0,6)* 5,9 (1,6) 6,1 (1,2) # Diagnosoitu astma 1 1 2 Hitsaustyötä (vuotta) 12,4 (7,4) 15,2 (13,9) 13,7 (10,7) Tupakointi tupakoi nykyisin 5 7 12 lopettanut 1 2 3 ei koskaan 4 1 5 1 viitearvo <5, 2 viitearvo <1, 3 viitearvo <3, 4 viitearvo <2, 5 viitearvo 4,2-6 * N=5, N=6, # N=11 4.1.1 TYÖHYGIEENISET MITTAUKSET Työpäivän aikana mitattiin hengittyvän pölyn pitoisuutta IOM-keräimellä (EN 481:1993, SFS 3860, 1976) työntekijöiden hengitysvyöhykkeeltä. Osalta työntekijöistä pölypitoisuus mitattiin myös hitsausmaskin alta ns. minikeräimellä (kuva 3). Näytteenotossa tilavuusvirtaus oli IOMkeräimellä mitattaessa 2,0 l/min ja minikeräimellä 0,75 l/min. Näytteenottoaika vaihteli työtehtävistä ja työn pölyisyydestä riippuen tunnista kolmeen tuntiin. Lisäksi työilman kokonaispölypitoisuutta mitattiin suoraan osoittavalla aerosolimittarilla (DataRAM, MIE Inc, USA). 29
4.1.2 KLIINISET TUTKIMUKSET Työpaikoilla toteutettiin samantyyppiset kliiniset tutkimukset kuin Työterveyslaitoksen koehenkilöillä lukuun ottamatta endoteelifunktiomittausta. Kliiniset tutkimukset on esitelty tarkemmin sivuilla 14 15. Taulukossa 10 on yhteenveto työpaikoilla tehdyistä kliinisistä tutkimuksista sekä niiden näytteenotto- ja mittausajankohdista. Taulukko 10. Yhteenveto työpaikoilla tehdyistä kliinisistä tutkimuksista. Tutkimus Aika Verinäyte Näytteenotto ennen työvuoron alkamista sekä noin 8 tunnin kuluttua työvuoron päättyessä PEF ja FEV 1 - Mittaus ennen työvuoron alkamista sekä noin vuorokauden kuluttua mittaus Uloshengitysilman Mittaus ennen työvuoron alkamista sekä noin vuorokauden kuluttua NO-mittaus Ambulatorinen Aloitus ennen työvuoron alkamista ja lopetus seuraavana aamuna EKG-seuranta 4.2 TULOKSET JA NIIDEN TARKASTELU 4.2.1 TYÖHYGIEENISET TUTKIMUKSET Taulukossa 11 on esitetty työntekijöiden hengitysvyöhykkeeltä mitatuista pölypitoisuuksista lasketut tulokset, jotka kuvaavat altistumista koko työvuoron (8 h) aikana. Lisäksi taulukkoon on koottu hengityksensuojaimen käyttö mittauspäivän aikana. 30
Taulukko 11. Hengitysvyöhykkeeltä mitatut pölypitoisuudet sekä hengityksensuojaimen käyttö mittauspäivänä. Pölypitoisuus mg/m 3 Tutkittava IOM-keräin minikeräin Ammatti Hengityksensuojain 1 9,2 9,4 levyseppä kertakäyttöinen pölysuojain 2 5,3 7,2 levyseppä ei hengityksensuojainta 3 25 0,7* hitsaaja puhallinsuojain 4 1,5 1,4 levyseppä ei tietoa 5 4,5 3,9 levyseppä kertakäyttöinen pölysuojain 6 35 12 hitsaaja puhallinsuojain 7 18 14 hitsaaja puhallinsuojain 8 4,0 3,4 hitsaaja puhallinsuojain 9 4,3 3,2 hitsaaja puhallinsuojain 10 3,4 2,6 levyseppähitsaaja ei hengityksensuojainta 11 34 1,7* hitsaaja puhallinsuojain 12 6,2 5,4 levyseppähitsaaja ei hengityksensuojainta 13 1,7 1,3 levyseppä ei hengityksensuojainta 14 2,9 3,2 levyseppä ei hengityksensuojainta 15 6,6 2,1 levyseppä ei hengityksensuojainta 16 6,0 5,2 levyseppä ei hengityksensuojainta 17 4,3 3,6 levyseppä ei hengityksensuojainta 18 8,0 4,5 levyseppähitsaaja ei hengityksensuojainta 20 3,5 3,9 levyseppä ei hengityksensuojainta 21 5,1 4,2 levyseppähitsaaja ei hengityksensuojainta Keskiarvo 9,4 4,6 (vaihteluväli) (1,5-35) (0,7-14) *näytteenotto hengityksensuojaimen sisäpuolella IOM-keräimellä mitatut huurupitoisuudet olivat 15 350 % epäorgaaniselle pölylle annetusta HTP 8h -arvosta. Suurimmat, HTP 8h -arvon ylittävät pitoisuudet mitattiin hitsausmaskin ulkopuolella henkilöillä 3, 6, 7 ja 11, jotka olivat kaikki hitsaajia ja käyttivät työskennellessään moottoroitua tai paineilmakäyttöistä puhallinsuojainta. Heidän kohdallaan IOM-keräimellä mitatut pitoisuudet eivät vastaa todellista altistumista, koska keräin oli näytteenotossa hengitysvyöhykkeellä, raitisilmapuhaltimen ulkopuolella. Henkilöillä 3 ja 11 mitattiin huurupitoisuutta myös raitisilmasuojaimen sisäpuolelta minikeräimellä. Nämä pitoisuudet olivat 65 80 % pienempiä kuin suojaimen ulkopuolelta mitatut pitoisuudet. Levyseppien ja levyseppähitsaajien hengitysvyöhykkeeltä mitatut huurupitoisuudet olivat kaikilla alle HTP 8h -arvon. Levysepät saattavat kuitenkin altistua hiukkasille huomattavasti enemmän kuin hitsaajat, koska he eivät käytä työssään lainkaan tai käyttävät vain satunnaisesti kertakäyttöistä pölysuojainta. Työpaikkojen yleisilmasta suoraan osoittavalla hiukkasmittarilla mitatut keskiarvopitoisuudet olivat melko pieniä verrattuna henkilökohtaisilla näytekeräimillä mitattuun altistumiseen. Pitoisuudet yleisilmassa vaihtelivat ollen työpaikalla A enimmillään 5,2 mg/m 3 ja työpaikalla B 1,2 mg/m 3. 4.2.2 KLIINISET TUTKIMUKSET Taulukossa 12 on esitetty tutkittavien verinäytteistä analysoidut keskimääräiset tulokset. Kuvissa 12, 13, 14 ja 15 on esitetty tutkittavien (N=20) veren leukosyytti-, neutrofiili-, IL-1 ja E-selektiinipitoisuudet ennen työvuoron alkua ja työvuoron päätyttyä. Taulukoissa 13, 14 ja 31
15 on esitetty sykevariaatioanalyysissä tarkastellut muuttujat, uloshengityksen NO-pitoisuudet sekä FEV 1 - ja PEF -mittaustulokset ennen työpäivää ja seuraavana päivänä ennen työvuoron alkua. Taulukko 12. Työpaikkatutkittavien verinäytteistä analysoidut keskimääräiset tulokset ja hajonnat. Tutkimus 1. näyte 2. näyte Viitearvot Hemoglobiini, g/l 159,1 (10,0) 151,9 (10,5)* 132 167 # Hematokriitti, % 46,4 (2,7) 44,4 (2,7)* 38 50 # Erytrosyytit, 10 12 /l 5,1 (0,3) 4,9 (0,3)* 4,2 5,7 # Trombosyytit, 10 9 /l 284,0 (75,6) 279,1 (76,9) 145 360 Leukosyytit, 10 9 /l 8,6 (2,3) 10,0 (2,7)* 3,3 8,2 Neutrofiilit, 10 9 /l 5,0 (1,9) 6,1 (2,2)* 1,5 6,6 Eosinofiilit, 10 9 /l 0,32 (0,21) 0,27 (0,16) 0,01 0,45 Monosyytit, 10 9 /l 0,49 (0,14) 0,56 (0,19)* 0,16 1,0 Lymfosyytit, 10 9 /l 2,7 (0,8) 2,9 (0,9) 0,9 5,0 C-reaktiivinen proteiini, mg/l 2,0 (3,5) 2,3 (3,9) <10 Fibrinogeeni, g/l 3,4 (1,1) 3,3 (1,1) 1,7 4 IL-1, pg/ml 0,49 (0,30) 0,29 (0,14)* IL-6, pg/ml 3,6 (2,3) 4,1 (2,4) IL-8, pg/ml 5,9 (3,6) 4,4 (1,5) TNF-, pg/ml 1,3 (0,5) 1,1 (0,4) Endoteliini-1, pg/ml 1,16 (0,96) 1,19 (0,61) E-selektiini, ng/ml 60,1 (22,7) 57,8 (23,4)* * tilastollisesti merkitsevä ero verrattuna 1. näytteeseen # miehet, aikuiset 16 14 12 10 10 9 /l 8 Ennen työpäivää Työpäivän jälkeen 6 4 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 20 21 Tutkittava Kuva 12. Veren valkosolujen pitoisuudet työpaikkatutkittavilla ennen työpäivän alkua ja työpäivän päätyttyä (viitearvoalue 3,3 8,2*10 9 /l). 32