Bromerade flamskyddsmedel Sambandet mellan PBDE i modersmjölk och barns inlärningsförmåga

Transkript

1 Bromerade flamskyddsmedel Sambandet mellan PBDE i modersmjölk och barns inlärningsförmåga Basgrupp 3, termin 4, HT-07 Läkarprogrammet på Hälsouniversitetet Christina Nilsson Maryam Derogar Sevda Ekip Erik Törner Magnus Johansson Andreas Jonsson

2 Bakgrund Flamskyddsmedel är organiska eller oorganiska tillsatser i en rad olika produkter för att minska risken för att brand ska uppstå. Till de oorganiska hör ämnen som innehåller klor, brom eller fosfor. Bromerade flamskyddsmedel utgör 25% av de flamskyddsmedel som tillverkas varje år i världen (mer än en halv miljon ton) och är bland de mest omdiskuterade. (1) Flamskyddsmedel finns överallt runt omkring oss. Exempel på produkter vilka kan innehålla flamskyddsmedel är textilier i offentlig miljö, olika typer av elektronisk apparatur inklusive datorer och TV-apparater, och vissa plastprodukter, bl.a. elkablar och byggmaterial. Av de ca 70 olika bromerade flamskyddsmedel som finns, är det fem som historiskt sett har använts mer: PBDE (Polybromerade difenyletrar) PentaBDE OktaBDE DekaBDE TBBP-A (Tetrabrombisphenol A) HBCDD (Hexabromcyklododekan) Under 1900-talet började nya material som plast ersätta traditionella material som trä och metall. Eftersom plaster är lättantändliga utvecklades flamskyddsmedel för att minska risken för brand. Flamskyddsmedel har två olika uppgifter. Dels skall de minska risken för att det skall börja brinna och dels skall de hejda utvecklingen om det börjar brinna. (2) Bromerade flamskyddsmedel är de mest effektiva då relativt små mängder skyddsmedel behövs för att få ett högt flamskydd. (3) I Sverige finns ingen tillverkning av bromerade flamskyddsmedel. De importeras istället i form av varor som innehåller medlen eller som råvaror till industrin. Vad gäller den totala användningen av bromerade flamskyddsmedel internationellt står, enligt siffror från 1999, Asien högst med 57% följt av Europa 29% och Amerika 15%. (4) Vad säger lagen? Den 1:a juli 2006 förbjöds användningen av sex farliga ämnen i elektriskt och elektronisk utrustning, däribland PBB, pentabde och oktabde. Den 1:a januari 2007 införde Sverige ett förbud även mot dekabde. Förbudet innebär att flamskyddsmedel som innehåller dekabde i högre halt än 0.1viktsprocent inte får släppas ut på marknaden. Undantag finns dock. (5,6) Påverkan på miljön Flamskyddade isbjörnar om rätt sak på fel plats I det moderna kemikaliesamhället hamnar ofta rätt sak på fel plats. Flamskyddsmedel från våra dataskärmar hittas vid nordpolen i isbjörnars blod. På fel plats kan dessa ämnen få allvarliga häslo- och miljöeffekter. (7) Foto: Michael Jensen

3 Bromerade flamskyddsmedel finns numera inte bara i hushållet, utan även i naturen. De finns i maten vi äter, i damm och i luften som vi andas. De är långlivade och lipofila och är därför både bioackumulerande och biomagnifierande. (8) Hela livscykeln av flamskyddsmedel bidrar till deras spridning till miljön. Dels sprids de direkt från tillverkningen, men även i processen när varor flamskyddas, vid användning av produkterna och i avfallsanlag. Vid förbränning, ofrivilliga bränder eller återvinning av produkter skyddade med flamskyddsmedel bildas även dioxiner. (9) Själva bromeringen är en process då en förening tillförs en eller flera bromatomer. Det kan vara en additiv reaktion, då brom adderas vid en dubbelbindning eller trippelbindning, eller en substituerande reaktion då en väteatom byts ut mot en bromatom. (10) Man pratar även om additiv och reaktiv användning av exempelvis TBBP-A. Med reaktiv användning åsyftas att medlet tillsätts vid framställningen av ex. plast och därmed binds in kovalent till polymeren. Denna kovalenta inbindning saknas vid additiv användning. Fördelen med den reaktiva formen är att den bromerade föreningen tack vare sin kovalenta bindning har svårare att läcka ut från produkten och därmed orsaka mindre miljöskada. (11) En annan uppdelning av bromerade flamskyddsmedel är låg- respektive högbromerade. Med lågbromerade menas i allmänhet difenyletrar med fem eller färre bromatomer. Tidigare har man trott att det är dessa som är de mest farliga. Nu har man funnit dekabde hos pilgrimsfalksägg och koncentrationerna motsvarar de som i studier visats ge neurologiska skador hos möss. (12) Det pågår forskning om vilka effekter flamskyddsmedlen har på djur och människor. I djurförsök har lågbromerade flamskyddsmedel visats orsaka levercancer hos möss. De har också visats ge beteende-, inlärnings- och minnesstörningar samt kan bidra till ökad fosterdödlighet och till fördröjd skelettbildning. Högbromerade flamskyddsmedel har också visats ge levertumörer på möss och påverka skelettbildningen hos foster. (13) Enligt Livsmedelsverket är det totala intaget av PBDE ca 0,6 ng/kg/dag för en normalkonsument. Forskningen tyder hittills på att de mesta av de bromerade flamskyddsmedel som vi får i oss kommer in i kroppen med maten som vi äter, framförallt i animaliska produkter. Personer som äter mycket fisk kan förmodas ha ett högre värde. (7) Nedan följer en något mer ingående beskrivning av de vanligaste och viktigaste bromerade flamskyddsmedlen.

4 Hexabromcyklododekan - HBCDD Namn Hexabromocyklododekan Kemisk beteckning C 12 H 18 Br 6 Kemisk struktur Molekylvikt 641,7 g/mol Smältpunkt 190 C Kokpunkt Bryts ned vid >200 C I Sverige används inte HBCDD längre i ren form, utan förkommer då i importerad, redan flamskyddad polystyren, se figur 1. Polystyren kan expanderas till expanderad polystyren, dvs. cellplast eller frigolit. Denna används sedan främst som isoleringsmaterial, t.ex. i busskarosser eller i väggelement på putsade fasader. Det är dock en väldigt liten del av all polystyren som används i Sverige som är skyddad med just HBCDD, eventuellt så lite som 0,5 procent. Även textilier kan flamskyddas med HBCDD. Trots att det inte används i Sverige längre kan viss import av textilier förekomma. Även elektronikprodukter kan innehålla plast som är flamskyddad med HBCDD, men det även denna tros vara av ringa betydelse. Figur 1 Importen av HBCDD till Sverige har minskat kraftigt under de senaste åren, från cirka 120 ton år 1997 till cirka 3,5 ton år Hälsoeffekter Undersökning av HBCDDs skadeverkan har försvårats genom att den förkommer i 3 olika isomerformer, alfa, beta och gamma. Gammaisomeren tycks kunna brytas ner i kroppen, medan alfaformen bioackumuleras i högre grad. HBCDD tas upp främst oralt, via föda eller inhalation, men till viss del även genom huden. Exponering sker bland annat i arbetsmiljön vid processen då textilier och polystyren ska flamskyddas. En exponering är också möjlig i närmiljön till fabriker där HBCDD tillverkas (något som inte är aktuellt i Sverige). Den toxicitet man märkt vid djurförsök innefattar en leverförstoring vid kraftig exponering av HBCDD. Ämnet lagras främst i fettvävnad, muskler och levern. Vissa djurförsök har även rapporterat förändrad inlärningsförmåga, vilket dock inte är bevisat. (11,15,16)

5 Tetrabrombisfenol A TBBPA Namn Kemisk beteckning C 15 H 12 Br 4 O 2 Tetrabromo bisfenol-a 4,4 -(1-methylethylidene)bis[2,6-dibromophenol] Kemisk struktur Molekylvikt Smältpunkt Kokpunkt 543,9 g/mol 178 C; C ~316 C (bryts ned vid C) TBBPA används till största delen inom elektronikindustrin som flamskyddsmedel i kretskort och för inkapsling av elektroniska komponenter. Det tillverkas inte i Sverige men importeras i stora mängder, år 2004 så mycket som 246 ton. Epoxiharts som används vid tillverkningen av mönsterkort/kretskort flamskyddas med TBBPA reaktivt. Man tror att så mycket som 95 procent av alla kretskort i världen är flamskyddade med TBBPA. Även ABS-plast som används i många vardagsprodukter, exempelvis hushållsartiklar och telefonkomponenter kan vara flamskyddade med TBBPA. Det används additivt i ABS-plast och är därför mer benäget att läcka ämnet även innan produkten kasseras. Hälsoeffekter Exponeringen för TBBPA är generellt sett nära på försumbar för normalbefolkningen, även om den kan vara märkbar i en utsatt arbetsmiljö, exempelvis industriell tillverkning av polymerer och laminat. Ämnet absorberas via oralt intag och inandning, medan upptaget via hud är begränsat. Eliminationen i kroppen sker snabbt via avföringen. Något som oroat är att viss elimination även noterats via bröstmjölk. Då TBBPA inte ackumuleras i kroppen märks inte heller några toxikologiska effekter var sig vid kort eller lång tids exponering. Vid djurförsök har man på nyfödda råttor dock sett en njurpåverkan. TBBPA är inte mutagent, men några cancerstudier har inte genomförts, till stor del beroende på att man inte misstänker någon cancerogenicitet. (11,15,16) PolyBromerade DifenylEtrar (PBDE) - penta-, okta-, dekabromdifenyleter Det finns totalt över 200 olika kongener av PBDEs. Tre av dem är kommersiellt använda, penta- okta- och dekabromdifenyleter. Ett av problemen kring en reglerad användning av dessa ur miljösynpunkt, är att även subgrupperna består av olika blandningar av alla olika kongener. Namnet anger hur många bromatomer som ingår i strukturen, dvs. pentadekabromdifenyleter har 5 bromatomer etc. Samtliga av dessa tre är persistenta, alltså beständiga och svårnedbrytbara, medan toxiciteten skiljer sig åt. De är lipofila och till strukturen lika PCB, varför men hyser stora misstankar om toxicitet. Av dessa tre subgrupper är dekabromdifenyleter den vanligaste och viktigaste tack vare sin kostnadseffektivitet och antaget låga toxicitet. Det är ett additivt flamskyddsmedel och används i de flesta typer av syntetiska material, ex. textilier, men framför allt i exempelvis epoxiplaster för kretskort och annan elektronisk apparatur. Stora mängder används också för att flamskydda gummikabel.

6 Namn Kemisk beteckning Dekabromdifenyleter Dekabrombifenyloxid C 12 Br 10 O Kemisk struktur Molekylvikt Smältpunkt Kokpunkt 959,2 g/mol C bryts ned vid >300 C Pentabromdifenyleter är numera förbjudet då det blivit klassificerat som miljöfarligt och hälsoskadligt. PentaBDE har visat sig ha flera olika ogynnsamma effekter både på miljö och hälsa. Bland annat har två djurstudier, på möss respektive råttor visat på viss neurotoxisk effekt samt påverkan på levern. (14,15,16) Man har i en studie sett att PBDE binder till det tyreoideahormonbindande proteinet transtyretin och stör därmed transporten av T 4 till hjärnan. Tyroideahormon behövs för den normala CNS utvecklingen hos fostret. Dock är inte effekterna av PBDE hos foster studerat nog. (17) Även Oktabromdifenyleter är reglerat med hänsyn till att det klassificerats som reproduktionsstörande, persistent och toxiskt. Enligt ROHS-direktivet som antogs 2002 beslöts att samtliga nya elektriska och elektroniska produkter som släpps ut på marknaden, efter 1 juli 2006, måste vara fria från bland annat dessa polybromerade flamskyddsmedel. ROHS står för Restriction of the use of certain Hazardous substances in electrical and electronic equipment och är ett direktiv som EU instiftat för att förbjuda ett antal olika miljö- och hälsoskadliga ämnen. (5) Hur flamskyddsmedel mäts i miljö och människa Vid analys av organsiska föreningar så som bromerade flamskyddsmedel används Gaskromatografi- Masspektromi (GC-MS). En av de största fördelarna med denna metod är att den förutom att den är lättanvänd även kan spåra mycket små mängder av en substans i en viss miljö, vilket ofta är ett krav för att föroreningar skall kunna mätas. Apparaten består av tre olika delar; en termisk desorptionsenhet, en gaskromatograf och en massdetektor. De tre olika delarna separerar, kvantifierar och identifierar. Först hettas materialet upp i en termisk desorptionsenhet där värmen frigör de flyktiga föreningarna. Gaserna samlas upp tillsammans med en bärgas (vanligtvis helium) innan den passerar vidare till själva kromatografen. Gaskromatografen separerar de organiska föreningarna efter bl.a. flyktighet, storlek och polaritet. Partiklarna kommer även att joniseras, och därmed också att delvis fragmenteras, i ett elektrostatiskt fält. Detta är ett krav eftersom det elektromagnetiska

7 fältet i masspektrometern endast påverkar laddade partiklar. En organisk förening erhåller ett visst spektrum beroende på vilka komponenter som ingår och hur de sönderfaller. Varje enskild förening har ett unikt spektrum. Mängden av en viss substans kan läsas ut av signalstyrkan. För att utläsa resultatet används ett referensbibliotek där de flesta föreningar finns att tillgå. (18,19,20) Alternativ till bromerade flamskyddsmedel Av de totalt ca. 350 olika flamskyddsmedel som idag finns på marknaden är endast 70 bromerade. (21) De klorerade flamskyddsmedel som finns har likheter med PCB och är skadliga för både hälsan och miljön. Om en plast innehåller brom eller klor så behövs inga flamskyddsmedel pga. att de brinner tillräckligt dåligt av sig själva, men de kan vid förbränning ge upphov till dioxiner. Tyvärr så är det svårt att ersätta de farliga flamskyddsmedlen med bättre alternativ. Mycket faller på att det finns många olika plasttyper, och inget flamskyddsmedel har ett tillräckligt brett användningsområde. Det finns lösningar med magnesium, aluminiumföreingar, grafit, fosfor/kväveföreningar, molybden, tenn, zink, bor och kisel. En grupp forskare vid University of Massachusetts har utvecklat en syntetisk polymer (bishydroxydeoxybenzion BHDB) som fungerar som bas i ett flamskyddsmedel som bildar vatten och koldioxid vid antändning. Även teknik med s.k. nanokompositer finns utvecklade, exempelvis används de finkorniga bentonit- och montmorillonitlerorna i en blandning tillsammans ihop med ett ytaktivt medel för att kunna blanda dem med plasten. Även krita kan användas. I princip så gör all inblandning av oorganiska komponenter att värmeutveckling sprids långsammare och i mindre utsträckning pga. utspädning av den lättbrinnande plasten. Tyvärr är inte alla alternativ helt ofarliga ur hälso- och miljösynpunkt. En risk- och miljöutvärdering behöver utföras av alternativa tillsatser för att undvika att de nu kända farliga flamskyddsmedlen inte ersätts med nya farliga. En till aspekt är återvinningen. Tillsatser i plast försvårar helt enkelt återvinningen. (22,23,24) Förutom de olika kemiska lösningarna på flamskydd finns det ett flertal metoder som genom smart konstruktion och bättre materialval skulle minska brandrisken betydligt. T.ex. genom att isolera potentiella brandkällor med material som inte släpper igenom syre, minska effektbehovet hos apparater, minska friktion i rörliga delar, säkringar som bryter strömmen, användande av naturmaterial som är mindre lättantändliga. (25)

8 Källhänvisning (1) (2) fbffc html (Mölndals stad) (3) (BSEF bromine science and environmental forum) (4) (SNF) (5) aspx (6) (7) (8) (9) fulltext.pdf - (10) e&t_word=bromering (11) "Rapport från kemikalieinspektionen nr 3/06 " Hexabromcyklododekan (HBCDD) och tetrabrombisfenol - A (TBBPA)" ( (12) (13) (14) Rapport från kemikalieinspektionen nr 4/03. "Dekabromdifenyleter ( (15) Flamskyddskemikalier Faktalista, Ove Axelsson, Naturvårdsverket (16) (17) Schettler T. Toxic threats to neurologic development of children. Environmental Health Perspectives 2001;109 (Suppl. 6): (18) (19) matograf_gc-ms.pdf (20) (21) Kemikalieinspektionen, Faktablad December 2000 (22) Albinsson. B Alternativ om vissa flamskyddsmedel. PM för Räddningsverket Flamskyddsmedel ett miljöproblem. SRV/Aktuellt. Nr 3/1997 (23) (24) (25) Albinsson. B Alternativ om vissa flamskyddsmedel. PM för Räddningsverket Räddningsverket 2005, Evaluations of several halogen-free flame retarded Polypropylene

9 Epidemiologisk Studie Frågeställning Korrelerar barnets inlärningsförmåga med exponering av bromerade flamskyddsmedel och dess metaboliter under amningsperioden? Vi har valt frågeställningen då studier har visat att PBDE kan verka neurotoxiskt. Då ämnet är fettlösligt förekommer det i bröstmjölken och på så sätt exponeras spädbarn under amningstiden. Val av studietyp Vi väljer att göra en kohortstudie. Då vi inte vet helt säkert hur PBDE påverkar barnets inlärningsförmåga måste vi definiera studiepopulationen genom att mäta halterna i bröstmjölk och därigenom definiera de exponerade och oexponerade individerna. Alltså är en retrospektiv studie inte möjlig och vi måste därför göra en kohortstudie trots de nackdelar studien medför, t.ex. lång undersökningstid och dyrt. Genomförande Vi väljer ut våra två grupper, exponerade och oexponerade, genom att kalla in ammande kvinnor för mätning av halten PBDE i modersmjölk. De barn vars mödrar har hög halt i modersmjölk får utgöra vår exponerade grupp medan de barn vars mödrar har lägre halt utgör vår oexponerade grupp. Vi väljer en studietid på 10 år då vi planerar att mäta barnets inlärningsförmåga en gång varje år fram till tio års ålder. För att bestämma studiepopulationens storlek låter vi våra experter på området göra en storleksberäkning. Resultatet av denna beräkning blir t.ex barn. - Inklusionskriterier för studiepopulationen o Barn till ammande kvinnor i åldrarna år (alltså mödrarnas ålder!) i Stockholms län. o Barnen måste vara ammade under de första 6-12 levnadsmånaderna - Exklusionskriterier för studiepopulationen o Barn till mödrar med höga halter av PCB och andra ämnen som har liknade effekt som bromerade flamskyddsmedel hos människan. o Barn som föds med psykiska funktionshinder. Den exponerade och den oexponerade gruppen skiljer sig åt enbart i avseende på om halten PBDE är över eller under nivån X ng/ml i bröstmjölk hos mammorna. Vi ser inga alternativ till jämförelsegruppen med det aktuella studieupplägget. Möjligen skulle man kunna ha en parad kontrollgrupp men vi tror att de eventuella skillnaderna som skulle kunna elimineras då är tillräckligt små för att inte ha signifikant inverkan vid nuvarande studieupplägg. Vi går tillväga genom att kalla in mödrarna för mätning av halten PBDE i modersmjölken en gång varje månad under hela perioden då de ammar. Sedan gör vi en kontroll varje år och genomför ett test på barnets inlärningsförmåga. De första åren görs mätningar/bedömningar liknande de som görs på BVC och sedan övergår testerna i prov på vad barnen lärt i skolan. Studiens precision Mätningen av barnens inlärningsförmåga är inte exakt. Mätningarna kan påverkas av flera faktorer. T.ex. att barnet vid undersökningen inte vill utföra de uppgifter man ber honom/henne om även om de egentligen skulle klara det. Det kommer även vara flera olika undersökare och deras förmåga att få barnen att utföra den satta uppgiften kan variera.

10 Felklassificering Gränsvärdet som vi använder för att skilja den oexponerade och exponerade gruppen åt är inte exakt. Dvs. att det finns inga klara bevis för att vid ett visst exponeringsvärde får barnet inlärningssvårigheter och vid ett annat får barnet normal inlärningsförmåga. Ett felberäknat gränsvärde skulle därmed kunna ligga till grund för felklassificering i studien. Confounding Det finns väldigt många olika faktorer som påverkar ett barns inlärningsförmåga och alla sådana som även har ett samband med nivåerna av PBDE i moderns bröstmjölk, antingen positvit eller negativt, utgör confoundingfaktorer i vår studie. T.ex. familjeförhållanden såsom föräldrars utbildningsnivå eller ekonomi skulle kunna påverka moderns fiskkonsumtion under och efter graviditeten. Fisken kan innehålla PBDE och då påverka barnets exponering. Man har sedan tidigare sett att barn till akademiker presterar bättre i skolan. En annan confoundingfaktor kan vara att om mödrarna är exponerade för ämnet under amningstiden så är det stor sannolikhet att exponeringen fortsätter även senare och att då även barnen fortsätts vara exponerade även efter de slutat ammas. Effekterna av denna exponering blir då en del av vårat resultat. Eventuella bortfall Någon i studiegruppen dör, någon flyttar utanför Stockholms län. En sak som skulle kunna leda till bortfall är ifall barnet ammar mindre än 6 månader eller mer än 12 månader men eftersom detta är ett inklusionskriterie i studien så får de teoretiskt sett inte vara med från första början i så fall. Mått på sjukdomsförekomst/risk Vi skulle kunna använda både incidensrat och kumulativ incidensrat då vi har planerat att testa barnens inlärningsförmåga en gång varje år fram tills de blir 10 år gamla. Resultaten av de båda raterna skulle då kunna bli likvärdiga. Vi väljer dock att i slutet redovisa resultatet som en incidensrat då detta visar flödet på ett bättre sett. Vi kan göra både absoluta och relativa riskberäkningar. Det är dock svårt att såhär i förhand veta vilken som passar bäst då vi inte vet hur stor förekomsten av sjukdomsfallet är. Åtgärder prevention Om vår studie skulle påvisa ett kausalt samband mellan PBDE i bröstmjölk och barns inlärningssvårigheter skulle man kunna sätta restriktioner på amningstiden och istället ge mjölkersättning till barnen. Man kan även minska mammornas intag av bromerade flamskyddsmedel genom att minska intaget av animalisk föda, framförallt fisk. Även hårdare anvisningar på användningen och hanteringen av produkter med bromerade flamskyddsmedel.