Biologický monitoring – Biologický monitoring – toxické prvkytoxické prvky

V.Spěváčková, M.Černá, M.Čejchanová,

A. Batáriová,

Státní zdravotní ústav, Praha

Jaké jsou pravdy?Jaké jsou pravdy?

• Sdělovací prostředky mají rády senzace– „Poslanci mají 33 cizorodých látek v těle!“Poslanci mají 33 cizorodých látek v těle!“– „„Těhotné ženy nesmí jíst ryby!“Těhotné ženy nesmí jíst ryby!“– „„Kuřata obsahují arsen!“Kuřata obsahují arsen!“– „„Našli mi ve vlasech 1 µg/g arsenu, ale ve Našli mi ve vlasech 1 µg/g arsenu, ale ve

Spojených státech mají povolený limit Spojených státech mají povolený limit pouze 10 ppm!“pouze 10 ppm!“

– „ „ Kepler otrávil Tycha de Brahe rtutí!“Kepler otrávil Tycha de Brahe rtutí!“– Rovněž problém staré zátěže v Rovněž problém staré zátěže v

Neratovicích lze uvádět velice akčněNeratovicích lze uvádět velice akčně

Biologický monitoringBiologický monitoring

• Celostátní monitoringCelostátní monitoringProjekt Ministerstva zdravotnictví „Systém

monitorování zdravotního stavu obyvatelstva ve vztahu k životnímu prostředí“ (od roku 1994 doposud)

• Cíl monitoringuCíl monitoringuStanovení referenčních hodnot populačních

skupin v ČRUrčit normální hodnoty v populaci ČRNajít časové trendy

NORMÁLNÍ HODNOTYNORMÁLNÍ HODNOTY• hodnoty nesignalizující onemocněníhodnoty nesignalizující onemocnění• hodnoty, které se běžně vyskytují v populacihodnoty, které se běžně vyskytují v populaci

LIMITNÍ HODNOTYLIMITNÍ HODNOTY• stanovené Komisí pro biologický monitoring v stanovené Komisí pro biologický monitoring v

NěmeckuNěmecku• odvozené z výsledků epidemiologických a odvozené z výsledků epidemiologických a

toxikologických studiítoxikologických studií• mají 2 stupněmají 2 stupně (<1. stupeň – riziko velmi nízké, není zapotřebí dalších

vyšetření. Mezi 1. a 2. stupněm – nepředpokládá se zdravotní riziko, tvorba preventivních opatření, kontrola jedinců, pohybujících se ve stejných podmínkách. >2. stupeň – zvýšené riziko u vnímavých jedinců, další kontrolní měření, preventivní opatření ke snížení expozice

REFERENČNÍ HODNOTAREFERENČNÍ HODNOTA

• koncentrace látky, která může být přítomna u populace bez profesionální expozice (neexponovaná populace)

• charakterizuje horní hranici aktuální expozice dané látce

• za referenční hodnotu můžeme považovat 90% nebo 95% percentil (kvantil) koncentrace dané látky v měřeném médiu (krev, moč, vlasy…….)

REFERENČNÍ HODNOTYREFERENČNÍ HODNOTY

• jsou platné pro určitou část populace v určitém čase a dané geograf. oblasti

• mohou být definovány pro různé populační skupiny (dospělí-děti, muži-ženy, chlapci-dívky, apod.), nebo pro podskupiny (např. věkové)

Jak stanovit „normální“ a Jak stanovit „normální“ a „referenční“ hodnoty?„referenční“ hodnoty?

• vhodně zvolená matrice je důležitou podmínkou pro správné určení referenčních hodnot

• k analýze se nejčastěji využívá krev, krevní sérum, moč, dále mléčné zuby, mateřské mléko, vlasy či nehty

Stanovení toxických prvků v Stanovení toxických prvků v tělních tkáníchtělních tkáních

Hlavní biomarkeryHlavní biomarkery

• krevkrev – poločas vylučování několik – poločas vylučování několik hodin, tj. ukazatel akutní expozice hodin, tj. ukazatel akutní expozice

• močmoč – poločas vylučování dny až roky, – poločas vylučování dny až roky, tj. ukazatel nedávné i chronické tj. ukazatel nedávné i chronické expozice expozice

• vlasyvlasy – pevná vazba na keratin, tj. – pevná vazba na keratin, tj. ukazatel dlouhodobé expoziceukazatel dlouhodobé expozice

Odběr vzorkůOdběr vzorků

• Motto – analýza špatně odebraného Motto – analýza špatně odebraného vzorku je ztráta času analytikavzorku je ztráta času analytika

• Krev – jehly a odběrové nádobky jen Krev – jehly a odběrové nádobky jen pro „metal analysis“pro „metal analysis“

• Moč – u 24 hodinové moči nebezpečí Moč – u 24 hodinové moči nebezpečí kontaminace ranní močkontaminace ranní moč

Důležité i místo a časDůležité i místo a čas

VlasyVlasyOdebíráno a myto podle Odebíráno a myto podle

doporučení WHO+IAEA do doporučení WHO+IAEA do PE nebo papírových sáčkůPE nebo papírových sáčků

Mateřské mlékovýznamné změny v obsahu významné změny v obsahu

některých sledovaných některých sledovaných prvků s dobou laktace, prvků s dobou laktace, „ustálení“ až v druhé či třetí „ustálení“ až v druhé či třetí dekádědekádě

KrevKrev a moč a moč u profesionální expozice se u profesionální expozice se

může měnit i během dnemůže měnit i během dne

Závislost obsahu Cu na délce vlasu

0

10

20

30

0 5 10 15 20

cm

Cu

mg

/kg

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 5 10 15 20 25 30 35

Time (days)

Zn

(

mg

/l)

K odběru vzorku vždy připravenK odběru vzorku vždy připraven

Metody stanovení toxických Metody stanovení toxických prvků v klinických vzorcíchprvků v klinických vzorcích

Nejčastěji Nejčastěji • Atomová absorpční spektrometrie (AAS)Atomová absorpční spektrometrie (AAS)• Hmotnostní spektrometrie s indukčně Hmotnostní spektrometrie s indukčně

vázaným plazmatem (ICP MS)vázaným plazmatem (ICP MS)

Méně častoMéně často • Spektroskopie UV VISSpektroskopie UV VIS• INAA, PIXE, RTGFINAA, PIXE, RTGF• Elektrochemické metodyElektrochemické metody

Příklady koncentračních Příklady koncentračních možnostímožností

• INAA - > 0,01 INAA - > 0,01 µg/lµg/l

• AAS –plamenová technika > 10 AAS –plamenová technika > 10 µg/lµg/l

–bezplamenová technika > 0,01 bezplamenová technika > 0,01 µg/lµg/l –hydridová technika > 0,01 hydridová technika > 0,01 µg/lµg/l

• ICP – OES > 0,5 ICP – OES > 0,5 µg/lµg/l

• ICP –MS > 0,001 ICP –MS > 0,001 µg/lµg/l

to jsou pouze příklady, pro některé prvky mohou být i to jsou pouze příklady, pro některé prvky mohou být i řádové změnyřádové změny

Podprojekty celostátního Podprojekty celostátního monitoringumonitoringu

OvzdušíOvzdušíVodaVodaDietární expoziceDietární expoziceBiologický monitoringBiologický monitoringHluk Hluk Zdravotní stav a demografieZdravotní stav a demografieHygiena práceHygiena prácePůdaPůda

Dietární expoziceDietární expozice

• Typy potravinTypy potravin – výběr na základě jejich spotřeby, definované „spotřebním košem potravin“

• VzorkyVzorky odebírané v oblastech, reprezentujících různá zatížení – 195 druhů potravin ročně v podobě 2340 individuálních vzorků

• Příprava vzorkůPříprava vzorků – kompozitní vzorky kulinárně upravené, mineralizace v µ-vlnném systému

• AnalýzaAnalýza – metoda atomové absorpční spektrometrie (AAS)

Oblasti odběrů vzorků potravin a Oblasti odběrů vzorků potravin a biologického materiálubiologického materiálu

Obsah biologického monitoringuObsah biologického monitoringu

• Co se všechno sleduje v Co se všechno sleduje v biologickém monitoringu?biologickém monitoringu?

• Esenciální prvky – Cu, Se, ZnEsenciální prvky – Cu, Se, Zn• Toxické prvky – As, Cd, Hg, PbToxické prvky – As, Cd, Hg, Pb• Organické polutanty – PCB, dioxiny, Organické polutanty – PCB, dioxiny,

ochratoxinochratoxin• cytogenetická analýzacytogenetická analýza

Rtuť a methylrtuťRtuť a methylrtuť

• Problémy s MeHg se ukázaly v 50. až 70. Problémy s MeHg se ukázaly v 50. až 70. letech, kdy byly zjištěny otravy rybářů letech, kdy byly zjištěny otravy rybářů lovících ryby v Minamatě a Niigatě, kam byly lovících ryby v Minamatě a Niigatě, kam byly vypouštěny odpady s vysokými obsahy rtutivypouštěny odpady s vysokými obsahy rtuti

• Konzumace ryb v přímořských státech je Konzumace ryb v přímořských státech je vysoká (až 3 kg ryb na osobu za týden)vysoká (až 3 kg ryb na osobu za týden)

• Obsah methylrtuti v rybách závisí na čistotě Obsah methylrtuti v rybách závisí na čistotě vod a typu ryb (dravé ryby mají vyšší vod a typu ryb (dravé ryby mají vyšší obsahy) obsahy)

Spotřeba ryb v Evropě a v ČRSpotřeba ryb v Evropě a v ČR(FAOSTAT 2004, Ruprich, Řehůřková, 2004)

FishmeatSCOOP (2003)av g/pers/dayEU

40Portugal 36Greece30France 53Finland 30Sweden 32Italy 23Denmark 20Ireland 10Netherlands 14United Kingdom 13Belgium-Lux.16Germany

FishmeatSCOOP (2003)av g/pers/dayEU

40Portugal 36Greece30France 53Finland 30Sweden 32Italy 23Denmark 20Ireland 10Netherlands 14United Kingdom 13Belgium-Lux.16Germany

Evropa - g/osobu/Evropa - g/osobu/dendenČR - g/osobu/ČR - g/osobu/týdentýden

Vlasy a MeHgVlasy a MeHg

• Výbor pro potraviny – 2004 rozhodl o Výbor pro potraviny – 2004 rozhodl o sledování MeHg sledování MeHg

• Jednou zabudovanáJednou zabudovaná MeHg MeHg ve vlasech ve vlasech nemění svou formunemění svou formu dobrý indikátordobrý indikátor expoexpozicezice MeHg MeHg v potravě v potravě

Metody pro stanovení MeHg – separace chemické Metody pro stanovení MeHg – separace chemické formy a následné měření některou z výše uvedených formy a následné měření některou z výše uvedených metodmetod

Česká specialita – AMA 254Česká specialita – AMA 254

RozděleníRozdělení Hg Hgtottot podél vlasupodél vlasu

• dobrovolnicedobrovolnice (20 žen)(20 žen), , věkvěk 20-30 20-30 letlet

0,00

0,20

0,40

0,60

0 10 20 30 40

vzdálenost od hlavy (cm)

g H

g/g

Závislost poměruZávislost poměru MeHg/Hg MeHg/Hgtottot na na

konzumaci rybkonzumaci ryb• dobrovolníci,dobrovolníci, 20- 20-660 0 letlet, , 20 žen20 žen, 10 m, 10 mužůužů

0

20

40

60

80

100

0 1 2 3 4 5

četnost konzumace (za měsíc)

% o

f M

eH

g

ZávislostZávislost Hg Hginorginorg na počtu na počtu

amalgamových plombamalgamových plomb• Dobrovolníci, věkDobrovolníci, věk 20- 20-6060 letlet, , 20 žen20 žen, 10 , 10 mužůmužů

00,10,20,30,40,50,60,7

0 5 10 15 20

počet amalgamových plomb

µg

Hg

in

org

/g

Porovnání obsahů forem Hg ve Porovnání obsahů forem Hg ve třech oblastech (vlasy-děti, 1995)třech oblastech (vlasy-děti, 1995)

Obsah sloučenin rtuti - KT

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

Hg tot MeHg Hg anorg

µg

Hg

/g v

las

ů

Obsah sloučenin rtuti - BN

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

Hg tot MeHg Hg anorg

µg

Hg

/g v

las

ů

Obsah sloučenin rtuti - PJ

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

Hg tot MeHg Hg anorg

µg

Hg

/g v

las

ů

% MeHg ve vlasech dětí

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

KT PJ BN

oblast

% M

eH

g

Rtuť - shrnutíRtuť - shrnutí

• Projevy konzumace ryb – ze zahraničních Projevy konzumace ryb – ze zahraničních pozorování významnější od četnosti 4x týdně pozorování významnější od četnosti 4x týdně (1 porce (1 porce ~~ 150 g), tj. 600 g týdně 150 g), tj. 600 g týdně

• U nás (údaj z dietárního monitoringu – U nás (údaj z dietárního monitoringu – konzumace ca 80 g týdně – obsahy vyhovují konzumace ca 80 g týdně – obsahy vyhovují limitům (4% expozičního limitu)limitům (4% expozičního limitu)

• Limitní hodnota pro celkovou rtuť v krvi Limitní hodnota pro celkovou rtuť v krvi (SRN) 5 µg/l(SRN) 5 µg/l, , u nás nalezené hodnoty v u nás nalezené hodnoty v rozmezí let 1996-2006 rozmezí let 1996-2006 medián <1 µg/lmedián <1 µg/l

• Ženy > muži, u dětí žádný rozdílŽeny > muži, u dětí žádný rozdíl

Arsen - zdroje arsenuArsen - zdroje arsenu

• ovzdušíovzduší – – do 0,007 µg/mdo 0,007 µg/m33

• pitné vodypitné vody – ve většině případů – ve většině případů < 1 µg/l, limit < 1 µg/l, limit 10µg/l10µg/l

• potravinypotraviny – mezi 10 – mezi 10-2-2 až 10 až 10-3-3 mg/kg. mg/kg.– Výjimku tvoří ryby, kde obsahy mohou být až o

řád vyšší – vázán v „netoxických“ sloučeninách (arsenobetain, arsenocholin) – snížuje se, vyhovuje limitům (3,5% expozičního limitu)

• půdapůda – obsahy v průměru – obsahy v průměru do 20 mg/kgdo 20 mg/kg, mohou , mohou být i vyššíbýt i vyšší

Hlavní zdroje pro člověkaHlavní zdroje pro člověka

• neprofesionálníneprofesionální– dietární expozice – zejména ryby, případně dietární expozice – zejména ryby, případně

drůbeždrůbež– pitná vodapitná voda

• profesionálníprofesionální

• otravyotravy

• zvláštní případyzvláštní případy

Arsen v močiArsen v moči

• arsen toxikologicky významnýarsen toxikologicky významný – vázaný v anorganických formách As (III,V)vázaný v anorganických formách As (III,V)– metabolity detoxifikačních procesů v metabolity detoxifikačních procesů v

organismu – monometyl a dimetyl- organismu – monometyl a dimetyl- arseničné kyselinyarseničné kyseliny

– LDLD5050 mezi 3 až 50 mg/kg (platí pro potkany) mezi 3 až 50 mg/kg (platí pro potkany)

• arsen toxikologicky nevýznamnýarsen toxikologicky nevýznamný– arsenobetain, arsenocholinarsenobetain, arsenocholin– LDLD50 50 > 10 000 mg/kg (pro potkany)> 10 000 mg/kg (pro potkany)

Proč stanovovat As Proč stanovovat As toxikologicky významný jako toxikologicky významný jako

sumu?sumu?

• vypovídá o celkové zátěži toxickými vypovídá o celkové zátěži toxickými formamiformami sloučenin arsenu sloučenin arsenu

• jednoduchá metodajednoduchá metoda, dostupná ve , dostupná ve většině laboratoří, stanovujících většině laboratoří, stanovujících stopové prvky v klinických vzorcích stopové prvky v klinických vzorcích metodou AASmetodou AAS

• nevyžaduje separaci jednotlivých foremnevyžaduje separaci jednotlivých forem

Reálné vzorky – celkový vs. Reálné vzorky – celkový vs. toxikologicky významnýtoxikologicky významný

vzorekvzorek Toxikologicky Toxikologicky významnývýznamný

L-cysteinL-cystein

celkovýcelkový

ETAASETAAS

FF 17 17 ±±11 3333

GG 3,7 3,7 ±±0,30,3 7,67,6

HH <3<3 12,012,0

Výsledky biologického Výsledky biologického monitoringu děti – různé oblasti - monitoringu děti – různé oblasti -

µg As/g kreat.µg As/g kreat. oblastoblast mediánmedián 10% 10%

kvantilkvantil90% 90% kvantilkvantil

% pod % pod MDMD

BNBN 3,113,11 <2<2 9,259,25 2222

PMPM 2,882,88 <2<2 7,057,05 2424

ULUL 4,684,68 22 11,0111,01 7,27,2

ZRZR 5,255,25 2,72,7 11,5911,59 1,91,9

Kadmium (Cd)Kadmium (Cd)

• Ovzduší – většinou <0,001 µg/m3, limit 0,005 µg/m3 nebyl překročen

• Pitná voda –čerpání 0,8% přijatelného přívodu, překročení limitu v 0,3%,

• Potraviny – čerpání 19 % expozičního limitu

• Půda – obsahy kolísají, většinou < 1 mg/kg

Olovo (Pb)Olovo (Pb)

• Ovzduší – limit 0,5 µg/m3 nebyl překročen, hodnoty se pohybovaly mezi 0,001 – 0,066 µg/m3

• Pitná voda – překročení limitu v 0,55%, čerpání 2,3% tolerovaného přívodu

• Potraviny – čerpání 6% expozičního limitu

• Půda – 20-120 mg/kg

Porovnání hodnot v krvi dospělé Porovnání hodnot v krvi dospělé populace s dietární expozicípopulace s dietární expozicí

Cd

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

´´96 ´´97 ´´98 ´´99 ´´00 ´´01 ´´02 ´´03

roky

krev -

µg/l

00,050,10,150,20,250,30,35

přívod

- µg/k

g/d

Pb

0

20

40

60

´´96 ´´97 ´´98 ´´99 ´´00 ´´01 ´´02 ´´03

roky

krev - µg

/l0

0,2

0,4

0,6

přívod

- µg/

kg/d

Cd kuřáci vs nekuřáciCd kuřáci vs nekuřáci

0,7 0,7

1,2

0,5

0,7

1

0,6

0,15

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

g/l

Cd - REFERENČNÍ A Cd - REFERENČNÍ A NORMÁLNÍ HODNOTY – NORMÁLNÍ HODNOTY –

SROVNÁNÍ - SROVNÁNÍ - µg/l

Populace Referenční Referenční hodnota hodnota NěmeckoNěmecko

medián rozpětí Referenční Referenční hodnota ČRhodnota ČR

Děti, 8-10 let

0,5 >50% pod MD (<0,3)

0,80,8

Dospělí-nekuřáci

1,0 0,3-0,6 0,2-0,8 1,11,1

Dospělí- kuřáci

0,8-1,4 1,4-4,5 (4,5)(4,5)

Pb - REFERENČNÍ A LIMITNÍ Pb - REFERENČNÍ A LIMITNÍ HODNOTY - SROVNÁNÍ - HODNOTY - SROVNÁNÍ - µg/l

Populační skupina

Referenční Referenční hodnota SRNhodnota SRN

Limitní hodnota I

Limitní hodnota II

Referenční Referenční hodnota ČRhodnota ČR

Děti, 6-12 let

50 100 150 55

Dospělí 150 250Muži 90 80Ženy 70 65Výsledky ČR Mediány

Muži – 35 – 49 µg/lMuži – 35 – 49 µg/l, , ženy 25 – 30 µg/l, ženy 25 – 30 µg/l, děti 30-36 µg/lděti 30-36 µg/l

Dospělí >150 g/l - <1%, děti > 100 µg/l < 1% Dospělí >150 g/l - <1%, děti > 100 µg/l < 1%

Mezilaboratorní přesnost

(W. Horwitz

7500 výsledků v období 1915 – 1995)

• je funkcí koncentrace• je více-méně

nezávislá na analytu, metodě, matrici a době

• RSD(%)=2*exp(1-0,5log10(C))

Děkuji za pozornostDěkuji za pozornost

www.szu.czwww.szu.cz