Upload
eytan
View
60
Download
2
Tags:
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Jouni Tuomisto, THL. From biomonitoring of dioxins from Baltic fish to human populations to epidemiology, risk assessment and risk management. Outline. Why do we care about dioxins? A public health approach on dioxins in fish Biomonitoring in fish Biomonitoring in humans - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
From biomonitoring of dioxins from Baltic fish to human populations to epidemiology,
risk assessment and risk managementJouni Tuomisto, THL
Outline
• Why do we care about dioxins?• A public health approach on dioxins in fish
– Biomonitoring in fish– Biomonitoring in humans– Epidemiology in humans
• A vulnerable group approach– Health data from animals and humans
• A food and feed monitoring approach
• Biomonitoring (in this presentation): measuring pollutants from human, animal or food samples.
What are dioxins?
• A group of persistent, fat soluble, organic compounds with 4-8 chlorines.
• Dioxins stimulate AH receptor and lead to many physiological and toxic endpoints, e.g. CYP1A1 induction, reproductive effects,...
• Dioxins accumulate in the environment, e.g. in fish and milk.
Dibenzo-p-dioxin
10 9
8
7
5 64
3
2
1O
O
2,3,7,8-TCDD
O
O
ClCl
Cl Cl
Dirty dozen (Stockholm Convention on Persisten Organic Pollutants 2001)
Aldrin
Chlordane
Dieldrin
Endrin
Heptachlor
Hexachloro
benzene
Mirex
Toxaphene
PC
Bs
DD
T
Dioxins
Furans
Baltic fish is the major dioxin source in Finland. Is Baltic fish a public health hazard?
PCDD/F concentrations in Finnish fish• Salmon• Baltic herring• Whitefish• Sprat• Perch• Flounder• Pike perch• Pike• Burbot
• Farmed whitefish• Farmed char
• Bream• Vendace• Whitefish• Pike perch• Perch• Pike• Burbot
EU limit value
PCDD/F concentration by age in Finland.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 20 40 60 80 100
Age, years
WH
O-T
Eq,
ng/
kg
Cases
Controls
Tuomisto JT et al. 2004
Decrease of PCDD/Fs in breast milkFinland, mothers milk 1987-2000, primiparae mothers
WHOPCDD/F-TEq
9.4
15.516.2
19.1
27.6
0
5
10
15
20
25
3019
85
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
Year
pg/g
fat
Vartiainen et al.
What is the right health metric?
BAU
Restrict fish use
30900
23400
-206
-154
If risk managers assume responsibility of total health effect of salmon consumption
If risk managers care only for cancer due to pollutantsTuomisto JT et
al. 2004
30000250000
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
0 20 40 60 80
WHO-TEq, ng/kg
Odd
s ra
tio
Odds ratios of STS by PCDD/F concentration (95 % CI).
Tuomisto JT et al. 2004
Comparison of WHOPCDD/F-TEqs between fishermen and average population in Finland
In Finland at the end of 1990's, fishermen versus average population
0
100
200
300
400
500
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
age
WH
OPC
DD
/F-T
EQ, f
at
average menaverage women
fishermen
Kiviranta et al. 2002, Tuomisto JT et al. 2004
A ll c aus esDis eas es of the c irc u la tory s y s tem
Malignant neoplas msDrow ning
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
Fis hermen
Fis hermen's w iv es
The Fishermen study: mortality reduced despite double dioxin intake
• Turunen AW et al: Int J Epidemiol. 2008;37:1008
Is Baltic fish a public health hazard?
• Conclusion 1.– No. In general, the (cardiovascular) health benefits of
even the most polluted Baltic herring and salmon far outweight the risks.
• But…– Did we ask the right question?
Are there vulnerable groups that we should be especially worried about?
In utero / Lactational TCDD ExposureEffects on Molar Development in rats
M1M2
M3
M1 M2
Control TCDDKattainen, H. et al., 2001
• The enamel in the tooth 6 is deformed.
• Due to dioxin exposure during pregnancy and the first year of life.
• Increases the risk of caries.
Alaluusua et al. 1996
Dioxin causes tooth defects
Tooth defects of dioxins
0
1
2
3
0 50 100
Level ofmineralization
Individuals ranked by their total exposure to PCDD/Fs
P < 0.005
Mineralization defects of the permanent firstmolars in relation to the ranked individual valuesof the total exposure to PCDD/Fs
Alaluusua et al., Lancet 1999;353:206
Are there vulnerable groups that we should be especially worried about?
• Conlusion 2– Yes. Pregnant and nursing women may expose their
children to relatively high amounts of dioxin and cause tooth defects.
– Currently, there is a safety margin, but it is small.– This has had an impact on fish recommendations.
• So, how should we manage this risk?
Should we withdraw all food items going beyond the EU limits?
Withdrawals of food items due to high dioxin levels in the EU
• Citrus pulp from Brazil used in animal feed, 1998– Cause: contaminated lime in food processing
• Belgian chicken incident, 1999– Cause: someone dumped PCB oil to used food oil
• Mozzarella incident in Italy, 2008
• Pork dioxin crisis in Ireland, 2008
• Animal feed producer Harles & Jentzsch, Germany 2011
Accumulation over months
• Example Belgian chicken crisis, 1999.
Should we withdraw all food items going beyond the EU limits?
• Conclusion 3– EU dioxin directive has created an automatic food
crisis generator with little benefit to infants, the risk group.
• Overall conclusion:– Biomonitoring is useful in understanding exposure
levels and pathways.– With the same data, different questions will lead to
different risk management.• The presentation:
http://en.opasnet.org/w/File:Dioxins.ppt
Conclusions
• Measurements are needed to learn about the pathways in the environment, accumulation, and intakes in humans.
• Some policy recommendations can already be given with a limited data.
• Some other recommendations are much less obvious and require thorough discussions between scientists and policy-makers
– We should aim at shared understanding.
Accumulation over decadesExample during Belgian chicken crisis
Emissions to air(UK time trends)
PCDD/F Emissions (I-TEQ) and Air Concentrations at UK Urban TOMPs Sites 1991-2002
0
200
400
600
800
1000
1200
1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002
UK
Est
imat
ed A
nnua
l Em
issi
ons
of
PC
DD
/F t
o A
tmos
pher
e (g
I-T
EQ
nd=
dl)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
Ann
ual M
ean
Air
Con
cent
ratio
n
(fg
I-T
EQ
m-3
)
Total Emissions
London
Manchester
Middlesbrough
PCDD/F deposition(German time trends)
0
5
10
15
20
25
1990 1995 2000 2005
Year
Dep
os.
(p
g I
-TE
Q m
-2d
-1)
Frankfurt
Hünfelden
Crumstadt
Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie
PCDD/F and PCB in breast milk in various countries (2002, mind timing!)
Median WHOPCDD/F-TEq and WHOPCB-TEq in breast milk
0
10
20
30
40
Bra
zil
Aus
tral
ia
Hun
gary
Bul
gari
a
New
Zea
land
Irel
and
Tai
wan
*
Cro
tia
Nor
way
Rom
ania
Swed
en
Slov
ak_R
epub
lic
Cze
ch_R
epub
lic
Spai
n
Rus
sia
Egy
pt
Ital
y
The
Net
herl
ands
Ukr
aine
Bel
gium
*
Country
pg/
g fa
t
WHOPCB-TEq
WHOPCDD/F-TEq
Leeuwen & Malisch 2002, Chao et al., 2004, Focant et al., 2002
Profiles of PCDD/F-TEq: you are what you eat
8 10
1
8
1
71
0
10
20
30
40
50
60
70p
erc
en
tag
e
Baltic salmon/herring
3
32
1
47
3 3
9
0
10
20
30
40
50
60
70
Bream
32
18
1
8
1 1
18
1
18
10
10
20
30
40
50
60
70
Pike
4
22
1
50
51 1
14
12
0
10
20
30
40
50
60
70
congeners
Bream eating fisherman
26
21 16
8
1
24
211
0
10
20
30
40
50
60
70
congeners
Pike eating fisherman
1116
6
1 1
63
11
0
10
20
30
40
50
60
70
pe
rce
nta
ge
congeners
Baltic salmon and herring eating fisherman
Kiviranta et al. 2002
Maternal Fat PCDD/F Concentrations vs. Tooth Defects in Rat and in Man
Releases of PCDD/F to air in Sweden g/year as TEq
Selected sources 1993 2004 Notes
Metal industries 7-25 11-19
Cement industries 3-6 0.2-0.3
Pulp and paper ind. 1 1.2 Water 1.5-5 (1993), <0.1 (2004)
Fossil-fuel boilers 0.7-3 <4
Small-scale wood b. 3.5-18 <14
Waste incineration 3 1.1
Landfill fires 2.8-30 0.4-65
Breast milk PCDD/F (diamonds) and PCB (squares)
0
10
20
30
40
50
60
1970
1972
1974
1976
1978
1980
1982
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
Year
WH
O-T
EQ
,pg/
g fa
t
Kiviranta 2005
Sweden
Germany
Kalan edut ja riskit
• Edut
• Ravitsemuksellinen arvo (mm. valkuaisaineet)
• Tietyt vitamiinit (esim. D) ja mineraalit (esim. Se)
• Edulliset rasvahapot (omega-3): sydänriskit, raskauden riskit
• Korvaa kovia rasvoja
• Riskit
• Mikrobiologiset ongelmat
• Toksiinit (esim. botulismi, eräät levätoksiinit)
• Kemialliset riskit (esim. Hg, As, PCB, PCDD/F, organoklooripestisidit)
EU-komissio
• Maksimipitoisuudet 1.7.2002
• Kala: 4 ng/kg (pg/g) PCDD/F tuorepainossa, lähiaikoina PCB-yhdisteet mukaan
• “does not necessarily mean that there is an appreciable risk to the health of individuals, because the tolerable weekly intake includes a safety factor … however … leads to erosion of the protection embedded in the safety factor”
• Suomi ja Ruotsi: poikkeus vuoteen 2006, velvoite hankkia lisätietoja ja informoida väestöä
Uusia ajatuksia?
• Vuosia haettu AH-reseptorin fysiologista (”normaa-lia”) tehtävää (mm. kasvun ja kehityksen säätelijä??)
• Yksi ilmeinen tehtävä kuitenkin juuri vierasaineiden pilkkomisen kiihdyttäminen, myrkylliset aineet hoidetaan pois elimistöstä
• Siten pieni AH-reseptorin aktivaatio hyödyllinen, ei haitallinen
• Vuosia kiistelty dioksiinien syöpää aiheuttavista ominaisuuksista
• Eläinkokeissa selvä, suurten työaltistusten jälkeen todennäköinen mutta ei kovin vahva syöpäriski
AH-reseptorin ”luonnollinen” aktivaatio
• Monet kasvien aineet (erityisesti kaalikasvien mutta myös muiden vihannesten ja hedelmien flavonoidit ja muut aineet) stimuloivat AH-reseptoria
• Hedelmät ja vihannekset erityisen terveellisiä ja syynä nähty mm. juuri nämä flavonoidit, jopa kokeita menossa niiden syöpää estävästä vaikutuksesta
• Onko siis myös pieni määrä dioksiinia hyödyllinen eikä haitallinen, kun se stimuloi elimistön hävittämään vierasaineita??
• Ainakin kyseenalaistaa dioksiinien pienen annoksen syöpävaarallisuuden
Uusi dioksiini-rehuepisodi Saksassa
• Muistuttaa Belgian rehuskandaalia 1999
• Rehuöljyihin joutunut teknistä öljyä
• Rehussa 1,1-1,5 pg/g (EU maksimiraja 0,75 pg/g)
• Pitoisuudet joidenkin tilojen kananmunissa enintään 4-5-kertaisia sallittuihin rajoihin (3 pg/g) verrattuna, kananlihassa enintään 2-3-kertaisia
• Sianlihassa muutama näyte 1-1,5 pg/g (raja 1,0)
• Pitoisuudet noin sadasosa Belgiassa 1999 tavatuista pitoisuuksista
• Ylinopeus kaupungissa 60 km/h vai 180 km/h?
Dioksiineja löytyi ensin kanoista ja kananmunista, sittemmin myös sianlihasta
Kuva Der Spiegel
Harles & Jentzsch rehurasvan kierrätysyhtiö lähellä Hampuria on keskipisteessä
Kuva Der Spiegel
Elintarvikkeet pidettävä erossa teknisistä kemikaaleista
• Harles& Jentzschissä teknisiä rasvoja tullut rehurasvojen sekaan
• Eräissä varastoissa sekä rehurasvoja että teknisiä rasvoja. Sekaannus?
• Petrotec Biodiesel valmistaa jäterasvoista biodieseliä, aluksi väitti, ettei toimita rehutehtaille, on toimittanut kolmannen osapuolen kautta
• Epäselvää, mistä dioksiini tullut, ilmeisesti ei ainakaan syntynyt Petrotecin prosesseissa
• Herättää kysymyksiä sekakäsittelystä. Biodiesel? Huoltoasemat? Kemikaalit ruokakaupassa?
Riskikeskustelu Saksassa vanhahtavaa
• Puhutaan dioksiinien aiheuttamasta syöpäriskistä
• Sekä media että viranomaiset vähän perässä: jo 1998 WHO:n asiantuntijaryhmä arvioi, että syöpäriski ei ole dioksiinien olennaisin riski
• Olennainen on kehityshäiriöriski, sekä raskauden aika että imetyksen aika tärkeitä
• Syytä valvoa äitien ja tulevien äitien pitoisuuksia, sen määrää heidän koko siihenastinen altistumisensa
• Nykytaustapitoisuuksilla kuitenkin riski vähäinen, jos valvonta kunnossa ja episodit havaitaan ajoissa
Kalan edut ja riskit
• Edut
• Ravitsemuksellinen arvo (mm. valkuaisaineet)
• Tietyt vitamiinit (esim. D) ja mineraalit (esim. Se)
• Edulliset rasvahapot (omega-3): sydänriskit, kehitys, raskauden riskit
• Korvaa kovia rasvoja
• Riskit
• Mikrobiologiset ongelmat
• Toksiinit (esim. botulismi, eräät levätoksiinit)
• Kemialliset riskit (esim. Hg, As, PCB, PCDD/F, organoklooripestisidit)
Kalan ja kalaöljyjen käyttö ja sydän-kuolleisuus
Mozaffarian and Rimm, JAMA 2006
Kalastajatutkimus (Turunen ym. 2008)
• 6410 kalastajaa, 4260 puolisoa• Kalan käyttö runsaampaa kuin perusväestöllä, sekä
hyödylliset rasvahapot että dioksiinit kohonneet• Kokonaiskuolleisuus pienempi kuin perusväestöllä
– Kalastajat 78%– Vaimot 84%
• Sydänkuolleisuus vähäisempi– Kalastajat 73%– Vaimot 65%
• Kalastajilla myös aivoinfarktien ja syövän määrät vähentyneet
Maternal Fat PCDD/F Concentrations vs. Tooth Defects in Rat and in Man
1 10 100 1000 10000
Concentration (pg I-TEQ/g fat)
Frequency and severity of mineralization defects(Alaluusua et al., 1996)
Smaller molars andretarded eruptionRat
Human
0.03 µg/kg 0.05, 0.20, 0.80, 1.0 µg/kg, (Hurst et al., 2001)
1.0 µg/kg
Missing molars
Uutta kalasta ja hermoston kehityksestä
• Dioksiineihin liittyy kehityshäiriöiden riski, mutta:
• Monityydyttymättömät rasvahapot (EPA, DHA, etenkin DHA) välttämättömiä hermoston kehitykselle
• Raskauden aikana ja äidinmaidosta; riippuu suurelta osin äidin kalan käytöstä
• Vakavassa puutostilassa mm. huono näkökyky
• 14541 lapsen tutkimus (Hibbeln 2007) osoitti alle 340 g kalan viikkosaannin liittyvän heikompaan hermoston kehitykseen kuin yli 340 g (mm. IQ)
H/W vs. L-E rats
H/W L-E Lethality, LD50 >10,000 μg/kg 10 μg/kg
Liver damage mild severe
Anorexia transient to lethality
Enzyme induction 0.1 – 1 μg/kg 0.1 – 1 μg/kg
Thymus involution yes yes
Teratogenicity, developmental effects
yes yes
AH receptor binding 23 fmol/mg 20 fmol/mg
Lethal Dose in Different Species Single-dose LD50 (μg/ kg body wt)
Guinea pig 2Rat 10-60Rh. Monkey ~ 70Rabbit 115Mouse 100-300Dog > 300Bullfrog > 500Hamster ~ 3,000Han/Wistar(Kuopio) rat > 10,000
Which of theselab speciesbest predicts humansusceptibilityto lethalityfrom dioxins ??
Efficacy rather than potency
Liver EROD activity
0
300
600
900
1200
1500
1800
2100
0.01 0.1 1 10 100 1000 10000
(p
mo
l/(m
g*m
in))
0
Serum ASAT activity
0
300
600
900
1200
1500
0.01 0.1 1 10 100 1000 10000
TCDD (µg/kg)
(U/l)
0
Mean severity of incisor tooth defects
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
0.01 0.1 1 10 100 1000 10000
0
Serum bilirubin concentration
0
5
10
15
20
25
30
0.01 0.1 1 10 100 1000 10000
TCDD (µg/kg)
(µm
ol/l
)
0
Line A Line B Line C
Simanainen et al. 2003
PCDDs, PCDFs, DL-PCBs
• 75 PCDDs
• 135 PCDFs
• 209 PCBs, 4 non-ortho, 10 mono-ortho (DL)
Biphenyl
5'6'65
4'4
3'2'3 2
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
3,3',4,4',5-PCB
Dibenzo-p-dioxin
10 9
8
7
5 64
3
2
1O
O
2,3,7,8-TCDD
O
O
ClCl
Cl Cl2,3,4,7,8-PeCDF
O
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl