Väestön kohdekohtainen ympäristöperäisen haitta-ainealtistumisen arviointi

Tämä sivu on tietokide alatyypiltään metodi. Sivutunniste: Op_fi2808
Moderaattori:Virpi Kollanus (katso kaikki) Sivun edistyminen: Täysluonnos. Arvostuksen määrää ei ole arvioitu (ks. peer review).
Lisää dataa {{#opasnet_base_link:Op_fi2808}}

Kysymys

Miten lasketaan väestön keskimääräinen päivittäinen paikallisesta ympäristöstä aiheutuva pitkäaikaisaltistuminen haitta-aineelle?

Vastaus

Vaihtoehtoinen käyttöliittymä ehdotettu D↷.

Mitä altistetta tarkastellaan?: Arseeni Elohopea Kadmium Koboltti Kromi (3+) Kupari Lyijy Lyijy Nikkeli Sinkki Vanadiini Näytetäänkö välivaiheiden tulokset?: Ei Kyllä + Näytä koodi- Piilota koodi library(OpasnetUtils) library(ggplot2) # Haetaan altistumislaskentafunktio, yleiset altistumisparametrit ja funktioparametrit tämän sivun alaosan R-koodista objects.latest('Op_fi2808','alustus') # Haetaan arviointikohtaiset tiedot haitta-aineiden ympäristöpitoisuuksista objects.latest('Op_fi3372','alustus') # Haetaan haitta-aineiden iholta imeytymista koskevat tiedot objects.latest('Op_fi3378','alustus') # Haetaan haitta-aineiden taustasaantia koskevat tiedot objects.latest('Op_fi3377','alustus') #Määritetään, että kaikki metodissa lasketut tulostaulut tulostetaan #verbose <- TRUE # Lasketaan altistuminen haitta-aineille altistuminen <- EvalOutput(altistuminen) # Muokataan esitettävää tulostaulukkoa siten, että ikä-indeksi käännetään leveään muotoon. altistuminen@output$altistuminenSource <- NULL altistuminen@output <- reshape( altistuminen@output, timevar = "Ikä", idvar = c("Altiste", "Altistumistaso", "Altistumislähde"), direction = "wide" ) colnames(altistuminen@output) <- gsub("altistuminenResult.", "", colnames(altistuminen@output)) # Tulostetaan altistumisen arvioinnin tulokset sekä laskennassa sovelletut lähtötiedot cat("Keskimääräinen päivittäinen haitta-aineen saanti paikallisista lähteistä (µg/kg/d) sekä kokonaissaanti (paikalliset lähteet ja taustasaanti ravinnosta, µg/kg/d).\n") oprint(altistuminen@output[altistuminen@output$Altiste == altiste, ],digits=5)

Perustelut

Altistumisen arviointi on yksi neljästä peruselementistä toksikologisessa terveysriskinarviossa. Arvioinnissa määritetään ihmisten saama arvioinnin kohteena olevan aineen saanti elimistöön tai aineen pitoisuustaso siinä ympäristön väliaineessa, jolle altistutaan.Altistumisen arviointi on erittäin tärkeä vaihe terveysriskin määrittämisessä ja kuvaamisessa. Altistuminen määrää riskin; onko terveysriskiä ja kuinka suuri se on.

Tavoitteena terveysriskinarvioinnissa on kuvata altistuminen kvantitatiivisesti (numeerisena; saatu annos tai pitoisuus jolle altistutaan). Vertaamalla altistumistasoa aineen haitalliseksi tiedettyyn tasoon voidaan myös terveysriski kuvata kvantitatiivisesti (turvamarginaali haitalliseen tasoon tai haitallisen tason ylitys).

Jos tarvittavaa tietoa kvantitatiiviseen altistumisen laskentaan ei ole saatavilla, on arviointi tehtävä kvalitatiivisesti tai semikvantitatiivisesti, eli kuvaillen.

Altistuminen tulee arvioida erikseen aikuisten ja lasten osalta. Lapset altistuvat elinympäristön aineille fysiologisista ominaisuuksistaan ja käyttäytymisestään johtuen yleensä suhteellisesti enemmän kuin aikuiset.

Altistumisen kvantitatiivinen arviointi

Elinympäristön aineille voidaan altistua

• hengitysteitse
• ruoansulatuskanavan tai
• ihon kautta

• ulkoilman
• juoma- ja talousveden
• ravinnon
• maa-aineksen sekä
• pintavesien välityksellä.

Altistuminen voidaan määrittää sekä saannin (intake) että elimistöön imeytyvän määrän (uptake) suhteen. Altistumisindikaattorin (saanti, elimistöön imeytyvä määrä, pitoisuus altistumisväliaineessa) valinta riippuu toksisuuden arvioinnissa sovellettavien annosvasteiden ja altistumisen kynnysarvojen luonteesta. Tavanomaisesti terveysriskiarvioinnissa kokonaisaltistumiseen liittyvä terveysriski määritetään saannin perusteella ja hengitystiealtistumiseen liittyvä riski hengitysilmassa esiintyvän ainepitoisuuden perusteella.

Tarkasteltava altistumisperiodi määräytyy riskin kuvauksessa sovellettavan toksisuuskriteerin perusteella (onko määritetty lyhyt- vai pitkäaikaiselle altistumiselle). Tavanomaisesti arvioinneissa on kuitenkin tarkoituksenmukaista kuvata keskimääräistä pitkällä aikavälillä (1 vuosi) tapahtuvaa altistumista.

Altistumisen arvioinnin tulee aina perustua kohdekohtaisen riskinarvioinnin kannalta olennaisten altistumisväliaineiden haitta-ainepitoisuuksien määrittämiseen sekä arvioon siitä, missä määrin paikallinen väestö joutuu kontaktiin eri väliaineiden kanssa.

Altistumista on yleensä hyödyllistä tarkastella kokonaisaltistumisen lisäksi eri altistumisreittien ja ympäristön väliaineiden osalta. Arvioinnissa tulee myös huomioida väestön tausta-altistuminen, eli altistuminen muista kuin paikallisista ympäristölähteistä.

Arviointi voidaan tehdä deterministisesti tai probabilisesti. Probabilistinen menettely on työläämpi ja vaatii laskentaparametrien määrittelemistä todennäköisyysjakaumina, mutta tuottaa enemmän tietoa altistumiseen ja edelleen terveysriskeihin liittyvästä vaihtelusta ja epävarmuudesta.

Tällä sivulla kuvataan, kuinka väestön ympäristöstä aiheutuvaa altistumista arvioidaan MINERA-mallin mukaisessa kohdekohtaisessa terveysriskinarvioinnissa. Prosessi tuottaa arvion väestön keskimääräisestä päivittäisestä ympäristöperäisestä altistumisesta. Altistumisen arviointi kuvataan sekä aineen saannin (intake, potential dose) että elimistöön imeytyvän annoksen (uptake, absorbed dose) suhteen.

Arviointimalli pohjautuu Finmerac-hankkeessa (Nikkarinen, ym. 2008) tuotettuun metallialtistumisen laskenta- ja riskinarviointimalliin (Kollanus 2008). Finmerac-mallin soveltamisesta käytäntöön on projektin loppuraportissa saatavilla Harjavallan suurteollisuuspuistoa koskeva esimerkkilaskelma (Kollanus, ym. 2008). Arvioinnissa laskettiin Harjavallan teollisuuspuiston lähiympäristön asukkaiden altistuminen usealle metallille sekä altistumisesta aiheutuva terveysriski.

Altistumisen laskentamalli

Tässä kappaleessa kuvataan altistumismallin laskentaperiaate ja -kaavat. Altistumisen laskentamalli on alun perin tehty metalleille, mutta sitä voidaan pääosin käyttää myös muille aineille (poikkeuksena orgaanisten aineiden imeytyminen vedestä ihon kautta elimistöön).

Laskentaan on aina käytettävä kohde- ja ainekohtaisen arvioinnin kannalta asianmukaisia laskentaparametrien arvoja. Mallin ja käytettävien parametrien soveltuvuus on siten harkittava tapauskohtaisesti.

Altistumisen laskentamalliin Opasnetissä on liitetty myös riskinkuvaus: altistumisen vertailumahdollisuus ympäristölle säädettyihin terveysperusteisiin ohjearvoihin, vaaraosamäärän (HQ, Hazard Quotient) laskenta turvallisen saannin viitearvon avulla, turvamarginaalin (MOS, margin of safety) laskenta toksisuusarvojen avulla sekä syöpäriskin laskenta syöpäriskin annosvasteen avulla.

Altistumisen arvioinnissa tulee huomioida altistuminen hengitysteiden, ruoansulatuskanavan, sekä ihon kautta. Näiden altistumisreittien suhteellinen osuus kokonaisaltistumisesta vaihtelee kohde- ja ainekohtaisesti. MINERA-altistumismalli sisältää kaikki nämä reitit, ja niiden pohjalta lasketaan kokonaisaltistuminen aineelle.

Saannin arviointi

Kokonaisaltistuminen

Total intake = Inhalation intake + Ingestion intake + Dermal uptake

*Total intake = Keskimääräinen päivittäinen aineen kokonaissaanti (µg/kg/d) 
*Inhalation intake = Keskimääräinen päivittäinen aineen saanti hengitysteitse (µg/kg/d) 
*Ingestion intake = Keskimääräinen päivittäinen aineen saanti ruuansulatuskanavan kautta (µg/kg/d) 
*Dermal uptake = Keskimäärin päivittäin iholta elimistöön imeytyvä ainemäärä (µg/kg/d) 

Kokonaisaltistumista arvioitaessa tulee huomioida kaikki paikallisen väestön ja kohteen käyttömuodon kannalta olennaiset altistumisreitit. Laskennassa käytettyjen parametriarvojen tulee olla edustavia kohteen olosuhteiden sekä väestön ominaispiirteiden suhteen (aikuiset, lapset). Arvioinnissa tulee myös pyrkiä kuvaamaan altistumisen paikallista ja ajallista vaihtelua.

Lifetime intake = (Total intake child * Lifetime child + Total intake adult * Lifetime adult) / (Lifetime child + Lifetime adult)

*Lifetime intake = Keskimääräinen päivittäinen aineen kokonaissaanti keskiarvoistettuna koko eliniän ajalle (µg/kg/d) 
*Total intake child= Lapsen keskimääräinen päivittäinen aineen kokonaissaanti (µg/kg/d) 
*Lifetime child = Lapsuusajan kesto vuosina (y) 
*Total intake adult = Aikuisen keskimääräinen päivittäinen aineen kokonaissaanti (µg/kg/d) 
*Lifetime adult = Aikuisuusajan kesto vuosina (y) 

Vaikka yllä oleva kaavaa opastaa laskemaan keskimääräisen elinikäisen saannin lapsuus- ja aikuisaikaisen saantitason huomioiden, riskinarvioinnissa elinikäisen altistumisen arvioinnin voi perustaa myös pelkästään aikuisajalle määritettyyn saantiarvioon. Lapsia koskeva riskitaso määritetään erikseen lapsuusajan altistumisen/saantiarvion perusteella.

Altistuminen hengitysteiden kautta

Inhalation intake = Inh.int.outdoor + Inh.int.indoor

*Inhalation intake = Keskimääräinen päivittäinen aineen kokonaissaanti hengitysteiden kautta (µg/kg/d) 
*Inh.int.outdoor = Keskimääräinen päivittäinen aineen saanti ulkoilmasta hengitysteiden kautta (µg/kg/d) 
*Inh.int.indoor = Keskimääräinen päivittäinen aineen saanti sisäilmasta hengitysteiden kautta (µg/kg/d) 

Altistuminen ulkoilman ja sisäilman välityksellä lasketaan saman periaatteen mukaisesti:

Inh.int = (C.air * IR.air * ED.air * EF.air) / (BW * AT) 

*C.air = Aineen pitoisuus ilmassa (µg/m3) 
*IR.air = Hengitystilavuus (m3/h) 
*ED.air = Päivittäinen altistumisaika niinä päivinä, jolloin altistumista tapahtuu (h/d) 
*EF.air = Päivien määrä, jolloin altistumista tapahtuu tarkastellun altistumisperiodin aikana (d) 
*BW = Keskimääräinen kehon paino arvioinnin kohteena olevassa väestöryhmässä (kg) 
*AT = Tarkastellun altistumisperiodin pituus päivinä (d)

Ulkoilmaan muodostuvien ainepitoisuuksien suhteen tulee varsinaisten päästölähteiden vaikutuksen lisäksi huomioida alueen käyttömuotoon liittyvät erityispiirteet. Pitoisuuksia voivat kasvattaa esimerkiksi erilaiset maaperän hiukkasia ilmaan nostattavat toiminnat.

Sisäilman pitoisuutta ja sen yhteyttä alueelliseen pilaantumiseen arvioitaessa tarvitaan lisäksi tietoa ulkoilman hiukkasten siirtymisestä ja pidättymisestä sisätiloihin. Sisäilman osalta on myös huomioitava, että ainepitoisuuksiin voivat vaikuttaa erilaiset ympäristön pilaantuneisuudesta riippumattomat sisätilojen lähteet. Mikäli haitta-aineen pitoisuudesta sisäilmassa ei ole tietoa, voidaan ulkoilman haitta-ainepitoisuuden olettaa kuvaavan myös sisäilmassa esiintyvää pitoisuutta.

Hengitystilavuus vaihtelee iästä, sukupuolesta, painosta, terveydentilasta ja aktiivisuudesta riippuen. Altistumista arvioitaessa on olennaista kuvata hengitystilavuus ja sen vaihtelu edustavasti tarkasteltavan väestöryhmän, eri altistumistilanteiden sekä altistumisperiodin pituuden suhteen.

Päivittäinen altistumisaika ulko- ja sisäilmalle vaihtelee yleensä vuodenajasta ja väestöryhmästä riippuen. Valtaosa ajasta vietetään sisätiloissa, erityisesti talviaikaan. Vuodenaikoihin liittyvää päivittäisen altistumisajan vaihtelua tulee kuvata kohteissa, joissa ilman ainepitoisuus vaihtelee olennaisesti vuodenajasta riippuen.

Altistuminen ruoansulatuskanavan kautta

Ingestion intake = ∑ (Ing.int.media) + Ing.int.background

*Ingestion intake = Keskimääräinen päivittäinen aineen kokonaissaanti ruuansulatuskanavan kautta (µg/kg/d) 
*Ing.int.media = Tietystä altistumisväliaineesta aiheutuva keskimääräinen päivittäinen aineen saanti ruuansulatuskanavan kautta (µg/kg/d) 
*Ing.int.background = Keskimääräinen päivittäinen alueellisesta pilaantuneisuudesta riippumaton aineen saanti esim. ravinnon kautta (µg/kg/d) 

Altistuminen eri altistumisväliaineiden osalta lasketaan saman periaatteen mukaisesti:

Ing.int.media = (C.media * IR.media * EF.media) / (BW * AT)
 
*C.media = Aineen pitoisuus altistumisväliaineessa (kiinteässä aineessa µg/kg, liuoksessa µg/l) 
*IR.media = Keskimääräinen ruuansulatuskanavaan tuleva altistumisväliaineen määrä niinä päivinä, kun altistumista tapahtuu (kiinteälle aineelle kg/d, nesteelle l/d) 
*EF.media = Päivien määrä, jolloin eri väliaineille altistutaan tarkastellun altistumisperiodin aikana (d) 
*BW = Keskimääräinen kehon paino arvioinnin kohteena olevassa väestöryhmässä (kg) 
*AT = Tarkastellun altistumisperiodin pituus päivinä (d) 

Altistumisen arviointi voi perustua väliaineessa olevaan aineen kokonaispitoisuuteen tai sen biosaatavaan osuuteen. Kokonaispitoisuus johtaa altistumistason ja terveyshaittojen yliarviointiin, jos biosaatava osuus on pieni. Biosaatavan pitoisuuden arvioiminen on yleensä käytännössä hankalaa, koska liukoisuuteen vaikuttavat tekijät ja näiden vaikutussuhteet ovat usein huonosti tunnettuja.

Arvioinnissa tulisi kuvata tarpeen vaatiessa myös pitoisuuksien alueellista ja ajallista vaihtelua (esimerkiksi pintavesien virkistyskäyttö keskittyy kesäaikaan, jolloin uinnin yhteydessä tapahtuvan pintaveden nielemisen kannalta olennaista on erityisesti kesäaikaan vedessä esiintyvä pitoisuus).

Arvioinnissa käytettävien pitoisuuksien tulee edustaa todellisia altistumistilanteita. Esimerkiksi maaperän osalta altistumista tapahtuu pääasiallisesti asuinalueiden pintamaalle ja pintavesien osalta uimarantojen vesille. Koska altistumisolosuhteet vaihtelevat kohteesta riippuen, tulee arvioinnissa käytettävien pitoisuuksien perustua kohdekohtaiseen harkintaan.

Juomavesialtistumisen kannalta on olennaista huomioida paikallisen talousveden lähde, mikäli talousvettä käytetään juomavetenä. Talousvesi voi olla lähtöisin yleisestä vesijohtoverkostosta tai yksityisestä kaivosta. Erityisesti kaivovesissä saattaa maaperän ja pohjaveden pilaantumisen yhteydessä esiintyä korkeita haitta-ainepitoisuuksia. Myös vesilaitokselta tuleva vesi voi periaatteessa sisältää ympäristön pilaantuneisuudesta johtuen tavallista enemmän haitta-aineita, mikäli raakavesi otetaan paikallisesta pinta- tai pohjavesilähteestä. Toisaalta metalleja, erityisesti kuparia ja lyijyä, voi kulkeutua veteen myös jakeluverkostosta tai säilytysastioista (EPA 2007 ). Veden käsittely voi vaikuttaa haitta-aineiden pitoisuuteen ja olomuotoon vedessä. Puhdistuksessa vedestä poistetaan kiinteää ja orgaanista ainesta, jolloin jäljelle jäävät aineet ovat usein liukoisemmassa ja siten biosaatavammassa muodossa.

Ravintokasvien ja -sienten haitta-ainepitoisuuden suhteen tulee huomioida, että aineet kulkeutuvat kasveihin ja sieniin sekä maaperästä juurien kautta imeytymällä että ilmasta kuiva- ja märkälaskeuman mukana. Kasvihuoneviljely tai muut viljelytekniset tekijät voivat siten olennaisesti vaikuttaa kasveihin muodostuviin pitoisuuksiin. Ilmalaskeumasta peräisin oleva kuormitus jää yleensä kasvin pinnalle, ja on altistumisen kannalta olennainen tekijä niiden ravintokasvien osalta, joiden syötävä osuus kasvaa maan pinnalla. Myös osa juuresten haitta-aineista saattaa olla maa-ainesvälitteistä pintakuormitusta. Kasvisten ja juuresten huuhtelu tai muu käsittely voi vähentää altistumista pintakuormituksen osalta.

Päivittäinen altistuminen ympäristön eri väliaineille voi vaihdella huomattavasti väliaineesta ja väestöryhmästä riippuen. Esimerkiksi saanti ravintokasveista ja ruokasienistä vaihtelee kasvisten, juuresten, hedelmien, marjojen ja sienten sesonkiluonteisuudesta johtuen. Altistuminen maaperälle ja pintavedelle puolestaan vaihtelee aktiviteettien ja vuodenaikojen mukaan. Maaperälle altistutaan pääasiallisesti lumettomana aikana. Myös altistuminen pintavesille painottuu kesäaikaan. Olennaista on pyrkiä kuvaamaan keskimääräistä päivittäistä altistumistasoa sekä tämän vaihtelua tarkastelun kohteena olevan altistumisperiodin pituuteen suhteutettuna. Jos altistumisessa eri vuoden aikoina on merkittävä ero, voidaan altistuminen määrittää vertailun vuoksi vuodenajoille erikseen. Juomaveden ja ravinnon kohdalla kulutus arvioidaan nimenomaan paikallisen altistumislähteen osalta.

Ihokontakti maan kanssa

Potentiaalisen ihoaltistumisen arvioiminen on mielekästä tilanteissa, joissa iho todella joutuu kosketuksiin arvioitavan maan kanssa, toistuvasti.

Derm.exp.soil = C.soil * 10-6 * Soil.ad.skin 

*Derm.exp.soil = Keskimääräinen päivittäinen maa-aineksen mukana iholle tuleva ainemäärä (µg/cm2) 
*C.soil = Ainepitoisuus maaperässä (µg/kg) 
*Soil.ad.skin = Keskimääräinen päivittäinen iholle kiinnittyvä maa-aineksen määrä (mg/cm2) 

Maa-aineksen kiinnittymistä iholle on hankala arvioida yleisellä tasolla, koska kiinnittyminen vaihtelee aineksen rakenteesta ja kosteuspitoisuudesta sekä ihmisten aktiviteeteista ja käyttäytymisestä riippuen. Arvioinnissa tulee siten pyrkiä huomioimaan paikalliset ominaispiirteet sekä maaperän ominaisuuksien että alueen käytön suhteen.

Elimistöön imeytyvä annos

Elimistöön imeytyvää annosta voidaan riskinarviossa soveltaa altistumisindikaattorina niiden aineiden osalta, joille haittavaikutuksille määritetty annosvaste tai altistumisen raja-arvo perustuu varsinaiseen elimistöön päätyvään annokseen. Elimistöön kulkeutuva (verenkiertoon päätyvä) kokonaisannos saattaa kertyä useita eri reittejä.

Kokonaisaltistuminen

Total uptake = Inhalation uptake + Ingestion uptake + Dermal uptake

*Total uptake = Keskimäärin päivittäin elimistöön imeytyvä ainemäärä (µg/kg/d) 
*Inhalation uptake = Keskimäärin päivittäin hengitysteiden kautta elimistöön imeytyvä ainemäärä (µg/kg/d) 
*Ingestion uptake = Keskimäärin päivittäin ruuansulatuskanavavasta elimistöön imeytyvä ainemäärä (µg/kg/d) 
*Dermal uptake = Keskimäärin päivittäin iholta elimistöön imeytyvä ainemäärä (µg/kg/d) 
*Lifetime uptake = (Total uptake child * Lifetime child + Total uptake adult * Lifetime adult) / (Lifetime child + Lifetime adult) 
*Lifetime uptake = Päivittäin elimistöön imeytyvä ainemäärä keskiarvoistettuna koko eliniän ajalle (µg/kg/d) 
*Total uptake child = Lapsella keskimäärin päivittäin ruuansulatuskanavavasta elimistöön imeytyvä ainemäärä (µg/kg/d) 
*Lifetime child = Lapsuusajan kesto vuosina (y) 
*Total uptake adult = Lapsella keskimäärin päivittäin ruuansulatuskanavavasta elimistöön imeytyvä ainemäärä (µg/kg/d) 
*Lifetime adult = Aikuisuusajan kesto vuosina (y) 

Altistuminen hengitysteiden kautta

Inhalation uptake = Inh.int * Abs.lung
 
*Inh.int = Keskimäärin päivittäin hengitysteihin tuleva ainemäärä (µg/kg/d) 
*Abs.lung = Hengitysteihin tulevasta ainemäärästä hengitystie-epiteelin läpi elimistöön imeytyvä osuus 

Yleensä oletetaan, että ≤ 10 µm hiukkasfraktioon sitoutuneet metallit imeytyvät kokonaisuudessaan hengitysteiden epiteelin läpi elimistöön (HERAG 2007a, Paustenbach 2000). Yli 10 µm fraktiossa olevien metallien katsotaan yleensä kulkeutuvan ruuansulatuskanavaan, missä imeytymistä säätelevät ruuansulatuskanavan olosuhteet. Orgaanisten aineiden suhteen voidaan tehdä sama oletus. Kaasumaisten aineiden voidaan olettaa imeytyvän kokonaisuudessaan keuhkoista.

Altistuminen ruuansulatuskanavan kautta

Ingestion uptake = ∑ (Ing.int.media * Abs.gi.media) + (Ing.int.background * Abs.gi.food)

*Ing.int.media = Keskimäärin päivittäin tietyn altistumisväliaineen mukana ruuansulatuskanavaan tuleva ainemäärä (µg/kg/d) 
*Abs.gi.media = Ruuansulatuskanavaan tietyn altistumisväliaineen mukana tulevasta aineen kokonaismäärästä elimistöön imeytyvä osuus 
*Ing.int.background = Keskimääräinen päivittäinen alueellisesta pilaantuneisuudesta riippumaton ravinnosta aiheutuva altistuminen aineelle (µg/kg/d) 
*Abs.gi.food = Ruuansulatuskanavaan ravinnon mukana tulevasta aineen kokonaismäärästä elimistöön imeytyvä osuus 

Altistumisväliaineen ominaisuuksien vaikutus imeytymistehokkuuteen tulisi pyrkiä huomioimaan. Imeytyminen ilmoitetaan tavallisesti prosentuaalisena osuutena ruuansulatuskanavaan tulevasta kokonaismäärästä, ainekohtaisesti. Ellei imeytyvää osuutta aineelle tiedetä, oletusarvona käytetään tavallisesti 100 % (imeytyy täysin). Koska harva aine imeytyy täydellisesti ruoansulatuskanavasta, elimistöön imeytyvästä annoksesta tulee usein yliarvio. Tietoa metallien imeytymisestä ruoansulatuskanavasta ja imeytyviä osuuksia on esimerkiksi HERAG:n yhteenvedossa (HERAG 2007b).

Altistuminen ihon kautta

Kokonaisaltistuminen:

Dermal uptake = Derm.upt.soil + Derm.upt.bw + Derm.upt.sw
 
*Derm.upt.soil = Keskimääräinen päivittäinen maa-aineksesta ihon läpi elimistöön imeytyvä ainemäärä (µg/kg/d) 
*Derm.upt.bw = Keskimääräinen päivittäinen peseytymisvedestä ihon läpi elimistöön imeytyvä ainemäärä (µg/kg/d) 
*Derm.upt.sw = Keskimääräinen päivittäinen uimavedestä ihon läpi elimistöön imeytyvä ainemäärä (µg/kg/d) 

Ihokontakti maan kanssa:

Derm.upt.soil = Derm.exp.soil * Skin.sa * F.skin.soil * Abs.skin * EF.soil / (BW * AT) 

*Derm.exp.soil = Keskimääräinen päivittäinen maa-aineksen mukana iholle tuleva ainemäärä (µg/cm2) 
*Skin.sa = Ihon kokonaispinta-ala (cm2) 
*F.skin.soil = Osuus ihon kokonaispinta-alasta, joka on kosketuksissa maa-aineksen kanssa 
*Abs.skin = Osuus iholle tulevasta ainemäärästä, joka imeytyy ihon läpi elimistöön
*EF.soil = Päivien määrä, jolloin altistumista tapahtuu tarkastellun altistumisperiodin aikana (d) 
*BW = Keskimääräinen kehon paino arvioinnin kohteena olevassa väestöryhmässä (kg) 
*AT = Tarkastellun altistumisperiodin pituus päivinä (d) 

Ihon kokonaispinta-ala vaihtelee iän ja painon suhteen. Kokonaispinta-ala voidaan laskea seuraavan kaavan avulla (DEFRA & the Environment Agency 2002):

Skin.sa = (4 * BW + 7) / (BW + 90) * 104 

Aineiden imeytymistä maa-aineksesta ihon läpi on hankala arvioida, koska maan fysikaalis-kemialliset ominaisuudet vaikuttavat niiden biosaatavuuteen. Aineiden liukoisuuteen ja imeytymiseen vaikuttavat myös ihon ominaisuudet, joten esimerkiksi hikoilu tai ennestään vaurioitunut iho saattavat tehostaa imeytymistä (EPA 2007).

Ihokontakti talous- ja pintaveden kanssa:

Tässä kuvattu malli koskee epäorgaanisten aineiden imeytymistä ihon kautta. Orgaanisten aineiden imeytymisen mallinnuksesta vesikontaktin yhteydessä löytyy tietoa lähteestä EPA 2004. Toistaiseksi Minera-altistumismalli ei sisällä ihon kautta tapahtuvan altistumisen laskentaa orgaanisten aineiden osalta.

HUOM! Painetussa Minera-raportissa on tässä kaavassa virhe. Painetussa raportissa kaavasta puuttuu kerroin 10^-3. Virheellisen kaavan käyttäminen antaa siten yliarvion talous- tai uimavedestä ihon kautta imeytyvästä epäorgaanisen aineen määrästä.

Derm.upt = (C.water * 10-3 * Kp * T.event * EF.water * Skin.sa * F.skin ) / (BW * AT)

*C.water = Aineen pitoisuus vedessä (µg/l) 
*Kp = Ihon läpäisevyysvakio aineelle (cm/h) 
*T.event = Peseytymisen / uimisen päivittäinen kesto (h) 
*EF.water = Päivien määrä, jolloin altistumista tapahtuu tarkastellun altistumisperiodin aikana (d) 
*Skin.sa = Altistuvan henkilön ihon kokonaispinta-ala (cm2) (ks. kohta ’ihokontakti maan kanssa’)
*F.skin = Osuus ihon pinta-alasta, joka on kosketuksissa veden kanssa peseydyttäessä / uidessa 
*BW = Keskimääräinen kehon paino arvioinnin kohteena olevassa väestöryhmässä (kg) 
*AT = Tarkastellun altistumisperiodin pituus päivinä (d) 

Aineen kokonaispitoisuuteen vedessä perustuva arvio voi johtaa imeytymisen yliarviointiin, jos osa aineesta on sitoutunut kiinteään ainekseen eikä siten ole biosaatavassa muodossa. Pintaveden osalta tulisi Suomen olosuhteissa arvioida erityisesti kesäaikaan esiintyviä pitoisuuksia, koska vesien virkistyskäyttö painottuu kesäkuukausille.

Ihon läpäisevyysvakioita on määritetty eri metalliyhdisteille. Mikäli läpäisevyys-vakiota ei ole määritetty, suosittelee Yhdysvaltain EPA (Environmental Protection Agency) epäorgaanisille aineille käytettäväksi oletusarvoa 10^-3 (EPA 2004).

Ihon läpäisevyysvakioita epäorgaanisille aineille (EPA 2004):

Aine	Läpäisyvakio Kp (cm/h)
Kadmium	1 x 10-3
Kromi (+6)	2 x 10-3
Kromi (+3)	1 x 10-3
Koboltti	4 x 10-4
LYijy	1 x 10-4
Elohopea (+2)	1 x 10-3
Metyylielohopea	1 x 10-3
Elohopea, kaasu	0.24
Nikkeli	2 x 10-4
Kalium	2 x 10-3
Hopea	6 x 10-4
Sinkki	6 x 10-4
Muut epäorgaaniset aineet	1 x 10-3

Data

Altistumislaskennan lähtöarvot

altistumisparametrit(-)

Obs	Parametri	Lyhenne	Yksikkö	Aikuinen	Lapsi
1	Altistumisperiodin pituus	At	vrk	365	365
2	Kehon paino	Bw	kg	70	15
3	Hengitystiheys	Ir.air	m³/h	0.83	0.32
4	Oleskeluaika sisätiloissa (keskiarvo altistumisperiodille)	Ef.air.indoor	h/vrk	22.86	21.14
5	Juomaveden kulutus	Ir.dw	l/vrk	0.7	0.2
6	Altistumistiheys, juomavesi	Ef.dw	vrk/altistumisperiodi	365	365
7	Niellyn maa-aineksen määrä	Ir.soil	kg/vrk	0.00005	0.0001
8	Maa-aineksen kiinnittyminen iholle	Soil.ad.skin	mg/cm²/vrk	0.25	0.25
9	Maa-ainekselle altistuvan ihon osuus	F.skin.soil	-	0.05	0.2
10	Altistumistiheys, maa-aines	Ef.soil	vrk/altistumisperiodi	255	255
11	Vihannesten kokonaiskulutus (keskiarvo altistumisperiodille)	Ir.lfc	kg/vrk	0.11	0.055
12	Paikallisten vihannesten osuus kokonaiskulutuksesta (keskiarvo altistumisperiodille)	F.lfc.loc	-	0.1	0.1
13	Juuresten kokonaiskulutus (keskiarvo altistumsperiodille)	Ir.tfc	kg/vrk	0.2	0.1
14	Paikallisten juuresten osuus kokonaiskulutuksesta (keskiarvo altistumisperiodille)	F.tfc.loc	-	0.1	0.1
15	Marjojen kokonaiskulutus (keskiarvo altistumsperiodille)	Ir.berries	kg/vrk	0.044	0.035
16	Paikallisten marjojen osuus kokonaiskulutuksesta (keskiarvo altistumisperiodille)	F.berries.loc	-	0.5	0.5
17	Sienten kokonaiskulutus (keskiarvo altistumsperiodille)	Ir.mushroom	kg/vrk	0.05	0.025
18	Paikallisten sienten osuus kokonaiskulutuksesta (keskiarvo altistumisperiodille)	F.mushroom.loc	-	0.3	0.3
19	Kalan kokonaiskulutus (keskiarvo altistumsperiodille)	Ir.fish	kg/vrk	0.1	0.05
20	Paikallisen kalan osuus kokonaiskulutuksesta (keskiarvo altistumisperiodille)	F.fish.loc	-	0.2	0.2
21	Lihan kokonaiskulutus (keskiarvo altistumsperiodille)	Ir.meat	kg/vrk	0.1	0.05
22	Paikallisen lihan osuus kokonaiskulutuksesta (keskiarvo altistumisperiodille)	F.meat.loc	-	0.1	0.1
23	Maitotuotteiden kokonaiskulutus (keskiarvo altistumisperiodille)	Ir.dairy	kg/vrk	0.1	0.05
24	Paikallisten maitotuotteiden osuus kokonaiskulutuksesta (keskiarvo altistumisperiodille)	F.dairy.loc	-	0.1	0.1
25	Peseytymiseen kuluva aika	Ed.bw	h/vrk	0.25	0.25
26	Altistumistiheys, pesuvesi	Ef.bw	vrk/altistumisperiodi	365	365
27	Peseytyessä vedelle altistuvan ihon osuus	F.skin.bw	-	1	1
28	Uidessa niellyn pintaveden määrä	Ir.sw	l/uintikerta	0.05	0.05
29	Uintikerran kesto	Ed.sw	h/uintikerta	0.25	0.25
30	Altistumistiheys, pintavesi	Ef.sw	uintikerta/altistumisperiodi	30	30
31	Uidessa pintavedelle altistuvan ihon osuus	F.skin.sw	-	1	1

Altistumisfunktioiden käyttämät parametrit

funktioparametrit(-)

Obs	Matriisi	Altistusreitti	Funktio	Nopeus	Osuus	Kuvaus
1	Ulkoilma	Hengitystiet	F1	Ir.air	Ef.air.indoor	Ulkoilman hengitys
2	Sisäilma	Hengitystiet	F2	Ir.air	Ef.air.indoor	Sisäilman hangitys
3	Talousvesi	Ruuansulatuskanava	F3	Ir.dw	Ef.dw	Talousveden juominen
4	Maaperä	Ruuansulatuskanava	F3	Ir.soil	Ef.soil	Maaperän nieleminen
5	Pintavesi	Ruuansulatuskanava	F3	Ir.sw	Ef.sw	Pintaveden nieleminen uitaessa
6	Vihannekset	Ruuansulatuskanava	F4	Ir.lfc	F.lfc.loc	Paikallisten vihannesten syönti
7	Juurekset	Ruuansulatuskanava	F4	Ir.tfc	F.tfc.loc	Paikallisten juuresten syönti
8	Marjat	Ruuansulatuskanava	F4	Ir.berries	F.berries.loc	Paikallisten marjojen syönti
9	Sienet	Ruuansulatuskanava	F4	Ir.mushroom	F.mushroom.loc	Paikallisten sienten syönti
10	Kala	Ruuansulatuskanava	F4	Ir.fish	F.fish.loc	Paikallisen kalan syönti
11	Liha	Ruuansulatuskanava	F4	Ir.meat	F.meat.loc	Paikallisen lihan syönti
12	Maitotuotteet	Ruuansulatuskanava	F4	Dairy.tfc	F.dairy.loc	Paikallisten maitotuotteiden syönti
13	Maaperä	Iho	F5	Ef.soil	F.skin.soil	Ihokontakti maaperän kanssa
14	Talousvesi	Iho	F6	Ef.bw	F.skin.bw	Ihokontakti talousveden kanssa peseydyttäessä
15	Pintavesi	Iho	F7	Ef.sw	F.skin.sw	Ihokontakti pintaveden kanssa uitaessa

Funktiot

• F1: concentration * (24 - tf(fraction) / 24) * tf(rate) / (tf("Bw") * tf("At"))
• F2: concentration * tf(fraction) / 24 * tf(rate) / (tf("Bw") * tf("At"))
• F3: concentration * tf(rate) * tf(fraction) / (tf("Bw") * tf("At"))
• F4: concentration * 1000 * tf(rate) * tf(fraction) / tf("Bw")
• F5: concentration * tf("Soil.ad.skin") * 0.001 * Skin.sa * tf(fraction) * Abs.skin * tf(rate) / (tf("Bw") * tf("At"))
• F6: concentration * 0.001 * Kp * tf(rate) * tf("Ed.bw") * Skin.sa * tf(fraction) / (tf("Bw") * tf("At"))
• F7: concentration * 0.001 * Kp * tf(rate) * tf("Ed.sw") * Skin.sa * tf(fraction) / (tf("Bw") * tf("At"))

Laskenta

+ Näytä koodi- Piilota koodi library(OpasnetUtils) tf <- function( condition, data = tidy(opbase.data("Op_fi2808.altistumisparametrit"), direction = "long"), col.condition = "Lyhenne", col.common = "Ikä", resultcol = "Result", ... ) { ########################## tf is a function that takes one large table, finds matching rows and #### produces a standard-format vector that can be operated with easily. Parameters: # condition = a vector with conditions for each condition column. The length must be ncol(col.condition). ############ External parameters (these must be defined as objects before the function is run; ##### they are not given in the function but they are used by it): # data = a data frame that contains the data # col.condition = vector with names of columns that contain the indices that must match in the data # col.common = vector with names of columns that are used as indices in calculations. # resultcol = the column that contains the actual values. # Take the part of data that fits the condition. Drop all columns but col.common and resultcol. out <- Ovariable( # ovariable cannot have a name because several ovariables are created and merged. data = data[data[col.condition] == condition, c(col.common, resultcol)] ) out <- EvalOutput(out, N = N) out@output <- out@output[ , colnames(out@output) != "Source"] return(out) } altistuminen <- Ovariable( name="altistuminen", dependencies = data.frame(Name=c("ympäristöpitoisuus", "Abs.skin", "Kp", "Ing.int.background")), formula = function(dependencies, ...) { # Funktio väestön ympäristöperäisen haitta-ainealtistumisen määrittelyyn # Saanti lasketaan yksikössä µg/kg/vrk kun ympäristön haitta-ainepitoisuudet on ilmoitettu yksiköissä µg/m3 (ilma), # µg/l (vesi) sekä µg/kg (kiinteät väliaineet) # Haitta-aineen taustasaanti tulee ilmoittaa muodossa µg/kg/vrk # Parametri: pitoisuus muodossa data.frame, jossa täytyy olla sarake Result, joka sisältää pitoisuuden ja Altiste, joka sisältää altistavan yhdisteen nimen. Skin.sa <- (4 * tf("Bw") + 7) / (tf("Bw") + 90) * 10000 #Lasketaan ihon kokonaispinta-ala F1 <- function(ympäristöpitoisuus, rate, fraction) { # Ulkoilma-altistuminen out <- ympäristöpitoisuus * (24 - tf(fraction) / 24) * tf(rate) / (tf("Bw") * tf("At")) return(out) } F2 <- function(ympäristöpitoisuus, rate, fraction) { # Sisäilma-altistuminen out <- ympäristöpitoisuus * tf(fraction) / 24 * tf(rate) / (tf("Bw") * tf("At")) return(out) } F3 <- function(ympäristöpitoisuus, rate, fraction) { # Altistusfrekvenssiin perustuva out <- ympäristöpitoisuus * tf(rate) * tf(fraction) / (tf("Bw") * tf("At")) return(out) } F4 <- function(ympäristöpitoisuus, rate, fraction) { # Altistumisen osuuteen perustuva out <- ympäristöpitoisuus * tf(rate) * tf(fraction) / tf("Bw") return(out) } F5 <- function(ympäristöpitoisuus, rate, fraction) { # Ihoaltistuminen maaperästä out <- ympäristöpitoisuus * tf("Soil.ad.skin") * 0.000001 * Skin.sa * tf(fraction) * Abs.skin / (tf("Bw") * tf("At")) * tf(rate) out@output <- out@output[ , !colnames(out@output) %in% c("Abs.skinYksikkö", "Abs.skinKuvaus","Abs.skinResult", "Abs.skinSource")] return(out) } F6 <- function(ympäristöpitoisuus, rate, fraction) { # Pesuvesi out <- ympäristöpitoisuus * 0.001 * Kp * tf(rate) * tf("Ed.bw") * Skin.sa * tf(fraction) / (tf("Bw") * tf("At")) out@output <- out@output[ , !colnames(out@output) %in% c("KpYksikkö","KpKuvaus","KpResult", "KpSource")] return(out) } F7 <- function(ympäristöpitoisuus, rate, fraction) { # Pintavesi out <- ympäristöpitoisuus * 0.001 * Kp * tf(rate) * tf("Ed.sw") * Skin.sa * tf(fraction) / (tf("Bw") * tf("At")) out@output <- out@output[ , !colnames(out@output) %in% c("KpYksikkö","KpKuvaus","KpResult", "KpSource")] return(out) } # Haetaan laskennassa käytetyt yleiset altistumisparametrit, joita eri altistumisfunktiot käyttävät temp <- opbase.data("Op_fi2808.funktioparametrit") temp$Result <- 1 params <- new("ovariable", name = "params", output = temp[ , colnames(temp) != "Obs"]) # Tulostetaan kaikki laskennassa käytetyt lähtöarvot if (exists("verbose") && verbose){ cat("Altistumisen arvioinnin perusteena käytetyt ympäristön haitta-ainepitoisuudet .\n") oprint(ympäristöpitoisuus@output[ympäristöpitoisuus@output$Altiste == altiste, ], digits=5) cat("Muiden altistumisen arvioinnissa käytettyjen muuttujien arvot.\n") altistumisparametrit <- opbase.data("Op_fi2808.altistumisparametrit") oprint(altistumisparametrit, digits=5) cat("Iholta imeytyvä haitta-aineen osuus maaperäkontaktin yhteydessä.\n") oprint(Abs.skin@output[Abs.skin@output$Altiste == altiste, ], digits=5) cat("Ihon läpäisykerroin haitta-aineelle vesikontaktin yhteydessä (cm/h).\n") oprint(Kp@output[Kp@output$Altiste == altiste, ], digits=5) cat("Haitta-aineen keskimääräinen päivittäinen taustasaanti ravinnosta (µg/kg/d, muut kuin paikalliset lähteet).\n") oprint(Ing.int.background@output[Ing.int.background@output$Altiste == altiste, ], digits=5) } # Yhdistetään altistumisparametrit ja haitta-ainepitoisuusaineisto ympäristöpitoisuus <- ympäristöpitoisuus * params # Lasketaan altistuminen eri altistumisreitettäin näille funktioparametritaulukossa määritettyjä funktioita käyttäen # Luodaan ovariable, joka kokoaa altistumisreittikohtaiset tulokset yhteen out <- Ovariable(name = "exposure") equations <- unique(ympäristöpitoisuus@output[c("Funktio", "Nopeus", "Osuus")]) for(i in 1:nrow(equations)) { temp2 <- ympäristöpitoisuus temp2@output <- temp2@output[ temp2@output$Funktio == equations$Funktio[i] & temp2@output$Nopeus == equations$Nopeus[i] & temp2@output$Osuus == equations$Osuus[i] , ] temp2 <- get(as.character(equations$Funktio[i]))( temp2, as.character(equations$Nopeus[i]), as.character(equations$Osuus[i]) ) out@output <- rbind(out@output, temp2@output) } # Poistetaan turhat sarakkeet tulostaulukosta out@output <- out@output[ , c("Ikä","Altiste", "Matriisi", "Altistumistaso", "Altistusreitti", "Result")] # Muokataan altistumisreittikohtainen tulostaulukko tulostettavaan muotoon taulukko <- out@output taulukko <- reshape( taulukko, timevar = "Ikä", idvar = c("Altiste", "Matriisi", "Altistumistaso", "Altistusreitti"), direction = "wide" ) colnames(taulukko) <- gsub("Result.", "", colnames(taulukko)) # Tulostetaan altistumisreittikohtaiset tulokset if (exists("verbose") && verbose){ cat("Altistus kiinnostuksen kohteena olevalle altisteelle altistusreiteittäin (µg/kg/vrk).\n") oprint(taulukko[taulukko$Altiste == altiste, ], digits=5) } # Lasketaan elinikäinen altistus #aikuisaltistus <- out #aikuisaltistus@output <- aikuisaltistus@output[aikuisaltistus@output$Ikä == "Aikuinen", ] #aikuisaltistus@output$Ikä <- "Elinikäinen" #lapsialtistus <- out #lapsialtistus@output <- lapsialtistus@output[lapsialtistus@output$Ikä == "Lapsi", ] #lapsialtistus@output$Ikä <- "Elinikäinen" #kokonaisaltistus <- out #kokonaisaltistus@output <- rbind(kokonaisaltistus@output, ((lapsialtistus * 6 + aikuisaltistus * 64) / 70)@output ) #out <- kokonaisaltistus # Summataan eri reittien kautta tuleva altistuminen yhteen kokonaisaltistumisen määrittämiseksi. out@output <- as.data.frame(as.table(tapply( out@output$Result, out@output[c("Ikä", "Altiste", "Altistumistaso")], sum ))) colnames(out@output) <- gsub("Freq", "Result", colnames(out@output)) # lasketaan kokonaissaanti sisältäen paikalliset lähteet sekä taustasaannin ravinnosta out.tausta <- Ing.int.background + out out.tausta@output$Altistumislähde <- "Paikalliset lähteet + taustasaanti ravinnosta" out.tausta@output$Reitti <- NULL out.tausta@output$Ing.int.backgroundYksikkö <- NULL out.tausta@output$Ing.int.backgroundResult <- NULL out.tausta@output$Ing.int.backgroundKuvaus <- NULL out.tausta@output$Ing.int.backgroundSource <- NULL out.tausta@output$Reitti <- NULL out@output$Altistumislähde <- "Paikalliset lähteet" out@output <- rbind(out@output, out.tausta@output) # Lasketaan kokonaisaltistuksen keskiarvo #out@output <- as.data.frame(as.table(tapply( #out@output$Result, #out@output[c("Ikä", "Altiste", "Altistumistaso")], #mean #))) return(out) } ) objects.store(tf, altistuminen) cat("Muuttujat tf, altistuminen alustettu!","\n")

Katso myös

Muita Minera-projektin tuotoksia

Minera-mallin sovelluksia	· Luikonlahden tapaustutkimus · Luikonlahden sienitutkimusraportti
Muut	· Metallimalmikaivostoiminnan parhaat ympäristökäytännöt · Minera-hanke · MINERA Loppuseminaari · Kauppila T, Makkonen S, Komulainen H, Tuomisto JT: Metallikaivosalueiden ympäristöriskinarviointiosaamisen kehittäminen: MINERA-hankkeen loppuraportti. · Lehdistötiedote 15.4.2013 · Kohdekohtainen esimerkki · Lyhenteet ja määritelmät · Loppuraportti kokonaismalli · Kaivostoiminnan ympäristöterveysriskien arviointi (suojattu sivu) · Mallinnusohjelmat päästöjen arvioinnissa · Viitearvot · Talvivaaran kaivoksen terveysvaikutukset · Loppuraportti · Raportti · Yaran tapaustutkimus
Muita kaivostoimintaan liittyvää	· Vesijalanjälki · Hyvä kaivos pohjoisessa · Yhteiskuntatieteellinen kaivostutkimus Itä-Suomen yliopistossa · Teemasivu:Kaivostoiminnan vaikutusarviointi

Aiheeseen liittyviä tiedostoja

<mfanonymousfilelist></mfanonymousfilelist>