Mitä työterveyslääkärin tulee tietää toksikologiasta?

Toksisuuden testaaminen

Kemikaaleille on kehitetty joukko standarditestejä, joiden tuloksia käytetään hyväksi niiden vaaraominaisuuksien karakterisoinnissa. Nämä testit ovat pääasiassa jyrsijöillä tehtäviä eläinkokeita (in vivo testejä). Viime aikoina on tehty paljon kehitystyötä solu- tai kudosviljelmiin pohjautuvien in vitro -testimenetelmien kehittämiseksi, mutta näiden kehittäminen ja validointi on suhteellisen haastavaa ja vaatii muun muassa vaikutuksiin johtavien mekanismien tuntemista. In vitro -testejä onkin pystytty tähän mennessä validoimaan vain joillekin yksinkertaisille toksisille vaikutuksille (kuten ärsyttävät ja syövyttävät vaikutukset) tai joidenkin tietyllä mekanismilla välitty-vien vaikutusten seulomiseen (mm. in vitro -genotoksisuustestit tai esim. in vitro -estrogeenireseptorisitoutumista mittaava testi). Mitään yleispätevää in vitro -toksisuustestiä toksisuuden testaamiseen ei ole, eikä sellaisen kehittämistä pidetä mahdollisena. In vivo- ja in vitro -testien lisäksi viime aikoina on kehitetty niin sanottuja in silico -menetelmiä eli aineen toksisten vaikutusten arviointia tietokonemallien avulla. Näihin kuuluvat niin sanotut rakenneaktiivisuusanalyysit, joita voidaan käyttää haitallisten ominaisuuksien seulomiseen ja aineiden priorisointiin jatkotutkimuksia varten.

Eri toksisten vaikutusten tunnistamisen lisäksi tutkimukset aineen käyttäytymisestä (toksikokinetiikasta) elimistössä ovat oleellisia arvioitaessa muun muassa eläinkoelöydösten relevanssia ihmisille tai altistumisreittien merkitystä. Myös toksikokinetiikan arvioinnissa voidaan käyttää tukena tietokonemallinnusta (PBPK/PBTK- eli physiologically based toxico-/pharmacokinetic -mallinnus).

Toksisuustestien tulosten tulkinta ei aina ole yksinkertaista. Vaikka testimenetelmiä on pyritty standardoimaan luomalla ohjeistuksia niiden luotettavuuden parantamiseksi, kirjallisuudesta löytyvät, etenkin vanhemmat tutkimukset saattavat olla laadultaan hyvin vaihtelevia. Tavallisia puutteita vanhoissa tai ei-ohjeistuksen mukaisissa eläinkokeissa ovat esimerkiksi ryhmäkokojen pienuus, huonosti valitut annostasot ja niiden vähäinen määrä sekä puutteellinen kudosten tutkiminen. Joskus saattaa olla jopa epäselvyyksiä siitä, mitä ainetta on tutkittu ja mikä on ollut aineen puhtaus-aste.

Mikäli testi on kuitenkin tehty hyvin, kiinnitetään tulosten arvioinnissa huomiota muun muassa vaikutusten vakavuuteen, palautuvuuteen ja annostasoihin, joissa niitä nähdään. Vaikutusmekanismien tunteminen auttaa arvioimaan aineen vaikutusten relevanssia ihmisille. Tietyt vaikutusmekanismit ovat relevantteja vain jyrsijöillä, joista esimerkkinä on ftalaattien peroksisomiproliferaatiomekanismilla aiheuttamat maksatuumorit rotilla.

Joskus tutkimuksissa käytetyt annostasot saattavat olla niin korkeita, että aineen metabolia tai poistuminen elimistöstä muuttuu. Näillä tasoilla havaitut vaikutukset eivät välttämättä ole enää relevantteja matalammilla, työ- tai ympäristöperäisessä altistumisessa kyseeseen tulevilla pitoisuuksilla. Esimerkiksi huonosti liukenevien, muutoin hyvin vähätoksisten pölyjen, kuten titaanidioksidin, on osoitettu korkeilla annoksilla aiheuttavan eläinkokeissa keuhkosyöpää. Nämä annokset ovat sellaisia, että ne johtavat keuhkojen puhdistusmekanismin lamaantumiseen makrofagien täyttymisen johdosta. Puhutaan niin sanotusta "overloading" ilmiöstä, joka johtaa krooniseen inflammaatioon, oksidatiiviseen stressiin ja lopulta keuhkokasvaimiin. Rottien on havaittu olevan erityisen herkkiä näille vaikutuksille ja onkin epäselvää, mikä on näiden rotilla korkeilla annoksilla havaittujen syöpävaarallisten vaikutusten relevanssi ihmisille.

Vaikka eläinkokeita tehdään myös altistaen eläimiä hengitysteitse, on tavallisin altistumisreitti suun kautta tapahtuva annostelu. Tehtäessä johtopäätöksiä oraalista annostelureittiä käyttävistä tutkimuksista hengitystiealtistumiseen tulee huomioida mahdolliset erot aineiden imeytymisessä suun kautta suhteessa imeytymiseen hengitysteitse sekä aineiden erilainen jakautuminen elimistöön. Suun kautta annosteltaessa aine päätyy suoraan maksaan ja valta-osa aineesta metaboloidaan ennen jakautumistaan muualle elimistöön. Hengitysteitse (tai ihon kautta) altistuttaessa aine jakautuu ensin muualle elimistöön ja elimistön muut osat saattavat altistua metaboloitumattomalle aineelle suuremmissa määrin kuin suun kautta altistuttaessa. Toisaalta maksa-annokset ja mahdollinen maksatoksisuus saattavat jäädä pienemmiksi.

Toksisuustiedon käyttö luokittelussa

Aineiden terveysvaaraluokitukset perustuvat pitkälti eläinkoetietoon. Vain pitkään käytössä olleista aineista on myös ihmisperäistä näyttöä haittavaikutuksista. On huomioitava, että luokitukset kertovat vain siitä, että aineella on kyseinen vaaraominaisuus eikä niiden perusteella voi vielä päätellä mitään aineen aiheuttamasta riskistä.

Aineen luokitusta tehtäessä oleellista on havaittujen vaikutusten arvioitu relevanssi ihmisille. Esimerkiksi arvioitaessa vaikkapa syöpävaarallisuutta vaikutusten relevanssia ihmisille vähentää esimerkiksi se, että havaitut vaikutukset ilmaantuvat vasta iäkkäillä eläimillä, hyvin korkeilla annostasoilla tai niitä havaitaan vain yhdellä eläinlajilla kahdesta tutkitusta eläinlajista. Tämä on usein peruste lievempään, kategorian 2 luokitukseen kategorian 1 sijasta (taulukko «Esimerkkejä aineiden luokitteluperiaatteista. »1). Vaikka eläinkoenäyttö titaanidioksidin keuhkosyöpää aiheuttavista ominaisuuksista onkin aika selkeä rotilla, keuhkosyöpien ilmaantuminen vasta korkeilla, "overloading" -tilaan johtavilla altistumistasoilla ja rottien erityinen herkkyys näille vaikutuksille on ollut perusteluna sen esittämiseksi alempaan epäillyn syöpävaaran kategoriaan 2 (H351). Myös toksikokineettiset erot jyrsijöiden ja ihmisten välillä voivat olla perusteena luokituksen alentamiseen tai jopa luokittelematta jättämiseen.

Kuva 1. Esimerkkejä aineiden luokitteluperiaatteista.

Annosvastesuhde ja raja-arvot

Annosvastesuhteen määrittelyssä oleellista on tunnistaa matalin taso, jolla vaikutuksia nähdään (LOAEL-taso, lowest observed adverse effect level) ja korkein annostaso, joka ei enää tutkimuksissa johda vaikutuksiin (NOAEL-taso, no observed adverse effect level). Raja-arvojen asettaminen perustuu oletukseen, että useimmille vaikutuksille on olemassa niin sanottu kynnystaso, jonka alapuolella terveysriskiä ei enää ole. Poikkeuksena tähän ovat suoraan DNA:n kanssa reagoivat genotoksiset karsinogeenit, joiden kohdalla annosvastesuhteen oletetaan olevan lineaarinen. Myös potenttien hengitystieherkistäjien, kuten di-isosyanaattien, kohdalla kynnystasoa ei usein kyetä tunnistamaan. Koska ekstrapolointiin eläinkokeista ihmisiin liittyy useita epävarmuuksia, käytetään näiden epävarmuuksien kattamiseen niin sanottuja arviointi- (tai turva-) kertoimia. Tavoitteena raja-arvojen asettamisessa on se, että voidaan olemassa olevan tiedon valossa olla luottavaisia siihen, että altistumisen jäädessä raja-arvon alle merkittäviä terveysriskejä ei ole odotettavissa. Toisaalta raja-arvon ylittyminen ei näissä tapauksissa välttämättä tarkoita sitä, että altistumisesta olisi odotettavissa heti joitain kliinisiä vaikutuksia. Taulukossa «Raja-arvon asettaminen n-metyylipyrrolidonille (NM»2 on esimerkki raja-arvon asettamisesta. Poikkeuksena tähän malliin ovat aineet, joille kynnysarvoa ei ole pystytty määrittämään. Näiden kohdalla pyritään raja-arvo asettamaan siten, että riski voidaan katsoa hyväksyttäväksi.

Työhygieenisiä raja-arvoja sovellettaessa ja tehtäessä johtopäätöksiä terveysriskistä on syytä huomioida että käytännöt ovat kehittyneet vuosien varrella eikä etenkään vanhoissa raja-arvoissa ole kiinnitetty huomiota olemassa olevan tiedon rajallisuuksiin eikä arviointikertoimien käyttö ole ollut systemaattista. Lisäksi niiden laatimisen jälkeen aineiden haittavaikutuksista on saattanut tulla uutta tietoa, jota ei ole ehditty vielä ottaa huomioon raja-arvoa asetettaessa. Joissain raja-arvoissa on saatettu huomioida myös teknistaloudelliset näkökulmat raja-arvoa asetettaessa. Tästä syystä tehtäessä johtopäätöksiä mahdollisista terveysvaikutuksista mitatuilla annostasoilla on hyvä tietää mihin tietoon käytetyt raja-arvot perustuvat. Suomalaisten työhygieenisten raja-arvojen osalta tämä tieto löytyy työsuojeluhallinnon julkaisemista HTP (haitalliseksi tunnettu pitoisuus) -arvojen perustelumuistiosta (ks. taulukko «Toksikologisen tiedon lähteitä. »3). Eri aineiden haittavaikutuksien annosvastesuhteet on syytä muistaa myös tulkittaessa sisäilman VOC (haihtuvien orgaanisten kemikaalien) -määrityksiä. Yksittäisten aineiden hiukan tavanomaista korkeampi pitoisuus sisäilmassa materiaaliemissiosta johtuen ei vielä tarkoita sitä, että pitoisuudesta olisi odotettavissa vakavia terveysriskejä, vaikka aineilla olisikin korkeilla (yleensä useita kertaluokkia korkeammilla) annoksilla esimerkiksi keskushermosto- tai maksatoksisia vaikutuksia.

Kuva 2. Raja-arvon asettaminen n-metyylipyrrolidonille (NMP).

Kuva 3. Toksikologisen tiedon lähteitä.

Mistä löytyy luotettavaa toksikologista tietoa?

Internetistä löytyy hyvin vaihtelevan tasoista tietoa kemikaalien haittavaikutuksista. Tähän tietoon tulee suhtautua kriittisesti ja kiinnittää huomiota mm. tietoja tuottavan tahon luotettavuuteen. Osa tietolähteistä antaa tietoa vain vaaraominaisuuksista, ja tieto annosvastesuhteista on haettava muualta. Taulukkoon «Toksikologisen tiedon lähteitä. »3 on koottu joitakin hyödyllisiä tiedonlähteitä. Tavallisimmista kemikaaleista saattaa löytyä useiden eri organisaatioiden laatimia riskinarvioita tai raja-arvoja. Eri organisaatioiden laatimat arviot tai niiden asettamat raja-arvot voivat poiketa toisistaan, vaikka ne periaatteessa perustuisivatkin samaan tietoaineistoon. Tämä heijastelee sitä, että toksikologinen tieto ei ole koskaan täydellistä ja eri tahot saattavat antaa eri tavalla painoa tutkimuksissa havaituille löydöksille. Myös käytännöt liittyen arviointikertoimien käyttöön vaihtelevat: perinteisesti työhygieenisten raja-arvojen kohdalla arviointikertoimien käyttö ei ole ollut niin systemaattista kuin viime vuosina EU:n kemikaalilainsäädännön (REACH, Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals) puitteissa asetettaessa REACH:n mukaisia raja-arvoja (DNEL-arvot, derived no-effect level) työntekijöiden tai väestön altistumiselle. Työterveyslaitoksen toksikologit antavat mielellään tulkinta-apua pohdittaessa eri aineiden haittavaikutuksista ja niiden annos-vastesuhteita.