Biological and air monitoring of exposure to isocyanates

Abstract

Exposure to isocyanates may induce disorders in the airways of workers. Therefore, application, development and validation of methods for exposure assessment is of great importance. In the present study, we have determined the personal air and biomarker levels of isocyanates for a group of occupationally exposed workers (n=170) in different types of industrial processes. Also, the biomarker levels were determined for a control group consisting of occupationally unexposed workers (n=121). A method with filters impregnated with 1-(2-methoxyphenyl)piperazine (2MP) was used for personal air monitoring of exposure in different types of manufacturing processes. The field performance of the 2MP method was evaluated. Short-term stationary measurements was collected in parallel with an impinger method using dibutylamine (DBA) in toluene. Also, the long-term performance was evaluated by parallel sampling with consecutive sampling by the 2MP method itself. The 2MP method was found to underestimate the air levels of some isocyanates. Correction factors were calculated that may adjust for these observed losses. A new bioanalytical method for determination of biomarkers of aromatic diisocyanates was validated. This method is more convenient, better characterized and more robust than previous methods. The biomarker levels of aromatic diisocyanates were determined in the two groups of workers and upper reference limits (URLs) were calculated. The URLs may be useful in a screening test to assess whether a worker is occupationally exposed to diisocyanates or not. The biomarkers of 4,4'-methylene diisocyanate (MDI) were present in 97% of the occupationally unexposed workers. This indicates an unknown source of background exposure. For the exposed workers, there were strong correlations between urinary and plasma biomarker levels of isocyanates and between air and biomarker levels of isocyanates. The biomarkers of toluene diisocyanate (TDI), 1,5-naphthalene diisocyanate (NDI) and MDI were shown to be applicable as an index of exposure. For TDI, strategies for biological monitoring of exposure were established, and biological limit values were proposed.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

På de allra flesta arbetsplatser utsätts arbetstagarna för risker, och de kemiska hälsoriskerna utgör en omfattande del av dessa. Till exempel är det många som får astma orsakad av exponeringar i arbetsmiljön. En vanlig orsak till yrkesrelaterade luftvägsbesvär är exponering för isocyanater. Isocyanater är små reaktiva (instabila) ämnen som används i polymerindustrin för att tillverka såväl hård som mjuk så kallad polyuretanplast (PUR). PUR har vitt skilda användningsområden, såsom stoppning i möbler, limmer, billacker och mycket annat i vardagen. Isocyanaterna är veterligen helt ofarliga så länge de finns bundna i plasten. Det är först när man blir exponerad för isocyanater i fri form som de kan orsaka besvär. Yrkesmässig exponering för isocyanater förekommer vid tillverkning av såväl isocyanater som PUR men även vid bearbetning av PUR-produkter. Därför är det av stor vikt att minimera exponeringen för arbetstagarna. Det vanligaste sättet att kontrollera och bedöma exponeringen är genom mätningar av halten av isocyanater som det finns i den luft som individerna befinner sig i. Man kan jämföra den uppmätta lufthalten av isocyanater med ett så kallat hygieniskt gränsvärde. För isocyanater är gränsvärdet väldigt lågt vilket ställer stora krav på metoderna som används.



När man andas in isocyanaterna så binds de in hårt till kroppens egna ämnen, och bildar så kallade addukter med tex. proteiner i blodet. När proteinet senare bryts ner i kroppens vanliga ämnesomsättning, utsöndras det nedbrytningsprodukter av isocyanater i urinen. Detta gör det möjligt att mäta exponering för isocyanater på ytterligare ett sätt, genom så kallad biologisk övervakning. Man mäter då halten av nedbrytningsprodukter, eller biomarkörer, i ett urin- eller blodprov från de exponerade arbetarna. Dessa biomarkörer är då ett mått på hur mycket isocyanater som arbetarna andats in och som tagits upp i blodet.



I den studie som ligger till grund för denna avhandling har vi kartlagt vilka exponeringsnivåer av isocyanater som finns i luften på olika typer av verksamheter där isocyanater eller PUR används dagligen. Vi såg att de verksamheter där man tillverkar PUR-skum hade högst lufthalter, följt av så kallad flamlaminering, sedan gjutning av PUR-detaljer och lägst nivå fanns i verksamheter där ingen eller låg värme bildades i den industriella processen. När vi mätte luftexponeringen fick arbetarna gå med en mätutrustning på sig under en hel arbetsdag. Provtagningen gjordes i andningszonen hos arbetaren med en metod som suger luften genom ett filter impregnerat med 2MP, som är ett så kallat reagens. På filtret stabiliseras isocyanaten av reagenset som sedan analyseras. Vid en utvärdering av 2MP metoden, visade det sig dock att metoden underskattade halterna väsentligt. I våra studier har vi kunnat uppskatta hur man ska justera dessa underskattningar.



Vi har också mätt halter av biomarkörer i urin och blodplasma såväl för de exponerade arbetarna som för en grupp med icke isocyanatexponerade arbetare. För att kunna mäta isocyanater antingen i urin eller i blod så måste man spjälka loss biomarkörerna. Detta görs genom så kallad hydrolys. En utvärdering gjordes av den hydrolysmetod som användes för bestämning av biomarkörer.



Hos de exponerade arbetarna fanns det ett starkt samband mellan lufthalten av isocyanater och halter av biomarkörer. Det innebär att vi kan använda biomarkörerna som ett relativt mått (ett index) för hur mycket isocyanat man personligen exponeras för.



Vi fann att halterna av biomarkörer var väsentligt högre för de exponerade än för de oexponerade. Utifrån dessa uppmätta halter kunde vi beräkna så kallade referensgränser som kan användas vid bedömning huruvida en arbetare är yrkesmässigt exponerad eller ej. Dock fanns det halter av biomarkörer även hos de yrkesmässigt oexponerade arbetarna, speciellt för en isocyanat: metylendifenyldiisocyanat (MDI). Detta tyder på att det kan finnas någon okänd källa till bakgrundsexponering i den allmänna befolkningen.



I samband med våra mätningar av exponering så genomgick samtliga arbetarna även grundliga läkarundersökningar. Det innebär att vi utifrån den data som presenteras i denna avhandling kan hitta eventuella samband mellan exponering och olika typer av hälsoeffekter.

• author: Sennbro, Carl Johan
• supervisor: Bo A Jönsson
• opponent: Professor Johanson, Gunnar, Karolinska Institutet, Stockholm
• organization: Division of Occupational and Environmental Medicine, Lund University
• publishing date: 2005
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Environmental Health and Occupational Health
• keywords: industrial medicine, Occupational health, asthma, protein adducts, polyurethane, biomarkers, occupational exposure, DBA, ICA, NDI, MDI, TDI, Diisocyanates, Isocyanates, Biomonitoring, Air monitoring, arbetsmiljömedicin, Yrkesmedicin
• pages: 135 pages
• defense location: Lecture Hall F1, University Hospital, Lund.
• defense date: 2005-02-04 13:15:00
• ISBN: 91-628-5957-9
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: Carl Johan Sennbro, M Littorin, H Tinnerberg and BAG Jönsson. 2005. Upper reference limits for biomarkers of exposure to aromatic diisocyanates. Int Arch Occup Environ Health, Department of Occupational and Environmental Medicine (inpress); Carl Johan Sennbro, CH Lindh, H Tinnerberg, H Welinder, M Littorin and BAG Jönsson. 2004. Biological monitoring of exposure to toluene diisocyanate. Scand J Work Environ Health, vol 30 pp 371-378. Department of Occupational and Environmental Medicine; Carl Johan Sennbro, CH Lindh, H Tinnerberg, C Gustavsson, M Littorin, H Welinder and BAG Jönsson. 2003. Development, validation and characterization of an analytical method for quantification of hydrolysable urinary metabolites and plasma protein adducts of 2,4- and 2,6-toluene diisocyanate, 1,5-naphthalene diisocyanate and 4,4'-methylenediphenyl diisocyanate. Biomarkers, vol 8 pp 204-217. Department of Occupational and Environmental Medicine; Carl Johan Sennbro, J Ekman, CH Lindh, H Welinder, BAG Jönsson and H Tinnerberg. 2004. Determination of isocyanates in air using 1-(2-methoxyphenyl)piperazine impregnated filters; long-term sampling performance and field comparison with impingers with dibutylamine. Ann Occup Hyg, vol 48 pp 415-424. Department of Occupational and Environmental Medicine; Carl Johan Sennbro, CH Lindh, A Östin, H Welinder, BAG Jönsson and H Tinnerberg. 2004. A survey of airborne isocyanate exposure in 13 Swedish polyurethane industries. Ann Occup Hyg, vol 48 pp 405-414. Department of Occupational and Environmental Medicine
• id: 50fff54b-e8b0-4dbe-b183-5ab623817982 (old id 544224)
• date added to LUP: 2016-04-04 11:46:08
• date last changed: 2018-11-21 21:07:04