Koper Zware metalen Indicator voor: koper (CAS: CAS: 7440-50-8) Koper (Cu) is een roodachtig metaal dat natuurlijk voorkomt in gesteenten, bodem en water. Het is een essentieel element voor alle levende organismen. In te hoge concentraties kunnen echter toxische effecten optreden. Het wordt voornamelijk gebruikt als elektrisch geleider in elektrische bedrading en kabels voor vele toepassingen. Daarnaast wordt het ook gebruikt in elektronica, architectuur, antibiofouling en antimicrobiele voorwerpen, houtverduurzaming, waterzuivering en behandeling van plantziekten. Vervuiling met koper wordt vastgesteld in de buurt van stortplaatsen, afvalverbranding, in de houtproductie, bij de verbranding van fossiele brandstoffen, en in de bodem waar fungiciden gebaseerd op koper worden gebruikt. Productievolume: Totaal geproduceerd en/of geïmporteerd in de Europese Economische Zone: 1 tot 10 miljoen ton per jaar (http://echa.europa.eu)
Wetgevend kader: Richtlijn 2010/75/EU: Emissiegrenswaarden voor de som van koper en koperverbindingen: Uit afvalverbrandingsinstallaties: 0,5 mg/Nm3 Voor lozing van afvalwater van reiniging van afgassen: 0,5mg/l Richtlijn 2009/48/EC: De migratielimieten van koper uit speelgoed zijn voor volgende materialen: 622,5 mg /kg in droog, bros, poederachtig of flexibel speelgoedmateriaal 156 mg/kg in vloeibaar of kleverig speelgoedmateriaal 7700 mg/kg in afgekrabd speelgoedmateriaal. VLAREBO 2008: Streefdoel koper in bodem: 20 mg/kg droge stof; in grondwater 20 µg/l Richtlijn 1998/83/EG: Maximum concentratie van koper in drinkwater is 2mg Cu/l. Classificatie GHS H412: schadelijk voor aquatische ecosystemen met langdurige effecten H400: zeer toxisch voor aquatische ecosystemen 1
Koper Zware metalen
Verwachte blootstellingswegen naar de mens: Koper is veelvuldig in de natuur aanwezig. De mens kan hieraan worden blootgesteld door het inademen van lucht, drinken van water, eten van voedsel of door het contact van de huid met koper bevattende vloeistoffen en substanties. Een belangrijke vraag bij het bekijken van koperblootstelling is of dat het gaat over vrij koper (meestal vrije Cu (II)), of dat het gebonden of geabsorbeerde koper betreft. Hoewel, ook gebonden koper kan, na ingestie, onder invloed van de lage pH in de maag vrijgegeven worden. (Hoog) blootgestelde groep: Een potentiele oorzaak voor verhoogde koperblootstelling in de algemene bevolking is de hoge consumptie van drinkwater dat veel koper heeft opgenomen van het distributienet, of dat reeds hoge concentraties aan koper bevat door natuurlijke of antropogene activiteit (bv. in de buurt van ontginningssites). Mensen die in de buurt wonen van afvalverwerkingssites hebben een groter risico op blootstelling dan de algemene populatie. Omwonenden van kopersmelterijen en – raffinaderijen en werknemers in deze industriën kunnen ook blootgesteld worden aan hogere concentraties van koper, door inhalatie of ingestie. (ATSDR, 2004) Gevoelige groepen: Mensen met een genetische afwijking die het kopermetabolisme verstoort, zoals Menkes syndroom en de ziekte van Wilson, en mensen met medische complicaties aan lever en galklier of met alfa-1-antitrypsinedeficiëntie kunnen hogere waarden van koper in bloed vertonen dan gezonde mensen met dezelfde blootstelling. (Gaetke, 2003) Verwachte gezondheidseffecten: Koper is een essentieel element en gezondheidseffecten kunnen zich voordoen bij zowel te lage als te hoge concentraties. Een tekort aan Cu is geassocieerd met anemie, neutropenie en botafwijkingen, maar klinische bewijzen zijn zeldzaam. 2
Koper Zware metalen Volgende effecten werden gerapporteerd bij een éénmalige acute orale blootstelling: buikpijn, hoofdpijn, misselijkheid, duizeligheid, overgeven en diarree, tachycardie, ademhalingsproblemen, bloedarmoede, bloed in de urine, gastrointestinale bloedingen, lever- en nierfalen, en de dood. Bij éénmalige inname van drinkwater met hoge concentraties aan Cu werden gastrointestinale effecten vastgesteld. En bij chronische inname van Cu werd leverfalen gerapporteerd. Bij blootstelling via de huid werden geen systemische effecten vastgesteld, maar Cu kan via de huid wel allergische reacties veroorzaken. Bij occupationele blootstelling (via inademing) aan zeer hoge concentraties (200 mg Cu/dag) werden symptomen van Cu-vergiftiging vastgesteld (verhoogde serum concentraties, vergroting van de lever). (EHC, 1998) Chronische blootstelling veroorzaakt levercirrose, hemolyse, en schade aan nieren, hersenen en andere organen, wat kan leiden tot coma, necrose van levercellen, falen van de bloedsomloop en de dood.(Gaetke, 2003) Er is onvoldoende bewijs om te beweren dat Cu kankerverwekkend is. Laagste niveau waarbij schadelijke effecten waargenomen werden: De informatie hieronder wordt in eerste instantie opgedeeld op basis van de route van blootstelling (inademing, ingestie of via de huid), vervolgens op basis van gezondheidseffect (dood, systemisch, immunologisch, reproductief, ontwikkelingsstoornis, genotoxiciteit of carcinogeen). De data worden behandeld in termen van drie types van blootstellingsduur: acuut (14 dagen of minder), intermediair en chronisch (meer de 365 dagen) Daarnaast wordt er bij de LOAEL-waarden een onderscheid gemaakt tussen ‘ernstig’ en ‘minder ernstig’, waarbij ernstige effecten leiden tot het falen van biologische systemen of tot morbiditeit of dood. Inademing Type blootstelling
Gezondheidseffect
species
acuut
systemisch immunologisc h
chronisch
systemisch
LOAEL (<ersntig) mg/m³ 0,12 3,3 0,12
LOAEL (ernstig) mg/m³
muis hamster muis
Blootstellings duur 1-2 weken 3u 1-2 weken
3,3 0,64
0,56
mens
3u 8u/d, 5d/w
0,13
3
Koper Zware metalen Ingestie Type Blootstelling
Gezondheidseffect
species
Blootstellings duur
LOAEL (<ersntig) mg/kg/dag
acuut
dood
rat
systemisch
muis mens (gastro)
2-15 weken 14 dagen 14 dagen éénmalig éénmalig éénmalig éénmalig éénmalig éénmalig éénmalig 2 weken 1 week 1-2 weken 1-2 weken 14 dagen 1-2 weken 2 weken 14 dagen 14 dagen 14 dagen 14 dagen 14 dagen 2 maanden
0,017 0,018 0,046 0,030 6 0,080 0,011 0,073 0,096 300 450 198 450 200 10 92 44 196 197 0,091
3 maanden 90 dagen 18 weken 3-15 weken 2-15 weken 3-15 weken 15 weken 4-14 weken 30 dagen 3 maanden
89 8 150 180 280 180 320 280 100 140
rat (hepato)
rat (renaal)
intermediai systemisch r
rat (gastro) rat (hemato) muis (gastro) mens (gastro) rat (hepato)
rat(bodyweig ht)
LOAEL (ernstig) mg/kg/da g 550 31 62
550 640
4
Koper Zware metalen
rat (renaal)
rat (hemato) rat (cardio) muis (gastro) muis(bodyw.) varken(hemat o)
immunologisc h
neurologisch ontwikkeling chronisch
dood systemisch
2-15 weken 15 weken 21 weken 3-15 weken 2-15 weken 4-14 weken 4-15 weken 30 dagen 30 dagen 15 weken 13 weken 13 weken 54 dagen
49 dagen 6 weken varken(bodyw 54 dagen ) varken(hepat 49 dagen o) 6 weken muis 8 weken
rat rat muis muis muis(bodyw.)
3-5/8-10 weken 11 maanden 60-73 dagen 1 maand 850 dagen 850 dagen
280 320 120 180 280 280 200 100 100 14 267 398 24 36 35 24 36 35 24 13 36 130 208 4,2 42
Daarnaast heeft het European copper institute een vrijwillige risk assessment gedaan, waarbij uit studies in proefdieren een NOAEL voor herhaalde orale blootstelling van mensen wordt berekend met gebruik van onzekerheidsfactoren. Deze is 11,4 mg Cu/dag voor een persoon van 70 kg.(European Copper Institute, 2007)
5
Koper Zware metalen Geschatte externe blootstelling (dagelijkse inname) Uit (EHC, 1998): Voor gezonde, niet beroepshalve blootgestelde mensen is de belangrijkste roete van blootstelling oraal. De gemiddelde dagelijkse inname voor volwassenen varieert tussen de 0,9 en 2,2 mg. De verschillen tussen individuen kunnen verklaard worden door een verschil in dieet en door verschillende bewerkingstechnieken van de verschillende voedingsproducten. In sommige gevallen kan drinkwater zorgen voor een bijkomende blootstelling. Voornamelijk in het geval van corrosief drinkwater dat in kopere buizen heeft gelopen. In het andere geval stijgt de inname via drinkwater zelden boven 1 mg koper per dag. Totale orale inname van koper ligt gemiddeld tussen de 1 en 2 mg/dag. Inademing voegt gemiddeld 0,3-2 µg/dag als gevolg van stof en rook. Geschatte dagelijkse inname in België: Volwassenen:1,3 mg/dag (Buchet et al., 1983) 1,5 +/- 0,4 mg/dag (Cauwenbergh et al., 1995) Richtwaarden voor externe blootstelling: Uit (EHC, 1998): De onderste limiet van het accepteerbare interval voor orale inname bij van Cu bedraagt 20µg/kg lichaamsgewicht voor volwassenen. Voor pasgeborenen bedraagt dit 50 µg/kg. Deze waarden werden berekend op basis van de basisbehoefte aan het essentieel element Cu, rekening houdend met variatie in absorptie, retentie en opstapeling. De bovenste grens van dit interval is onzeker, maar bedraagt vermoedelijk enkele (2-3) mg per dag voor volwassenen. WHO en efsa acceptable daily intake upper limit(ADI): 0,15mg Cu/kg/dag. Efsa limiet van Cu in drinkwater gebaseerd op wetgeving: 2mg/l ATSDR orale minimal risk levels (MRL’s): Acuut en intermediair: 0,01mg Cu/kg/dag.(ATSDR, 2004) Beroepsblootstelling In rook: ACGIH Treshold Limit Value (TLV) 8-uur tijdsgemiddelde (8-u TWA) 0,2 mg Cu/m3 NIOSH recommended exposure limit (REL) (10-u TWA): 0,1mg Cu/m3 OSHA permissible exposure limit (PEL) 0,1mg/m3. In stof en nevel ACGIH Treshold Limit Value (TLV) 8-uur tijdsgemiddelde (8-u TWA) 1mg Cu/m3 NIOSH recommended exposure limit (REL) (10-u TWA): 1mg Cu/m3 OSHA permissible exposure limit (PEL) 1mg/m3. 6
Koper Zware metalen -In rook, stof en nevel. NIOSH immediately dangerous for life and health concentration (IDLH): 100mg/m3 Geschatte veiligheidsmarge t.o.v. LOAEL of TDI: Gebaseerd op de NOAEL voor orale blootstelling bepaald en de geschatte dagelijkse inname hierboven beschreven, kan een margin of safety berekend worden voor een persoon van 70 kg (Cauwenbergh et al., 1995)(European Copper Institute, 2007): 11,4/1,5= 7,6. Persistentie (halfwaardetijd in de mens): Biologische halfwaardetijden voor mannen en vrouwen in verschillende leeftijdscategorieën werden in de literatuur gevonden (Johnson et al., 1992): Leeftijd (jaren) 20-29 30-39 40-49 50-59 60-69 70-83
Halfwaardetijd man (dagen) 23,9 25,3 32,8 24,3 15,6 13,1
Halfwaardetijd vrouw (dagen) 18,7 21,3 18,0 19,7 18,9 19,3
Perinatale blootstelling (placenta/moedermelk): Volgens de literatuur vormt de placenta een barriere voor koper, daar concentraties in arterieel serum (kant van de moeder) 5 maal hoger hoger zijn dan in navelstrengserum (kant van de pasgeborene). Ook in moedermelk bedraagt de concentratie slechts 19% van die van het serum van de moeder (Rossipal et al., 2007). Matrix: Invasief: bloed Niet-invasief: urine, navelstrengbloed Benodigd volume voor chemische analyse: Bloed: 2 mL Urine: 2ml
7
Koper Zware metalen Detectielimiet: Bloed: 3,55 µg/l Urine: 0,38 µg/l Gevalideerde biomerker: Bij elke analyse van stalen worden een aantal stalen van een bloed-pool en referentiestalen van seronorm mee geanalyseerd, om de kwaliteit van de meting na te gaan. Daarnaast bleek de reproduceerbaarheid in orde bij een hermeting van biobankstalen die meer dan 3 jaar eerder gemeten waren. Ook de vergelijkbaarheid van meetresultaten van dezelfde stalen in verschillende labo’s leek voldoende bij een interlaboratorium controle uitgevoerd door VUB en AML. Er werden ook referentiestalen gemeten in het kader van de G-EQUAS ringtest, hiervoor was Cu in plasma op niveau van beroepsblootstelling, en in urine op het niveau van milieu- en beroepsblootstelling beschikbaar. Vergelijkende metingen: Reeds gemeten waarden in Vlaanderen: Leeftijdsgroep geslacht matrix pasgeborenen m/v bloed 14-15 m/v bloed moeders v bloed 18-80 beide urine a mediaanwaarde 1 FLEHS II (Baeyens et al., 2014); 2Hoet et al. (2013)
waarde 0,60 mg/l 0,79 mg/l 1,31 mg/l 8,18 µg/la
jaar ‘08-‘091 ‘08-‘091 ‘08-‘091 20112
8
Koper Zware metalen Internationale vergelijking: leeftijdsgroep geslacht matrix waarde jaar land adolescenten m/v bloed 0,95 mg/l 1994 Zweden1 adolescenten m/v serum 1,1 mg/l 1994 Zweden1 16-70 m/v urine 11,7 µg/l 1998 UK2 < 18 urine 5 µg/l 2004 EU3 18-70 m/v bloed 1,042 mg/l 2005 Duitsland4 15-90 m bloed 0,874 mg/l 2006 Brazilië5 15-90 v bloed 0,965 mg/l 2006 Brazilië5 2-17 m/v urine 14 µg/l 2005 Duitsland6 18-65 m/v urine 9 µg/l 2005 Duitsland6 children m/v bloed 1,195 mg/l 2008 Zuid-Afrika7 18-89 m/v bloed 1,036 mg/l 2009 Italië8 USA´9 12-19 m/v serum 1,06 mg/l 11-´12 USA´9 >20 m/v serum 1,14 mg/l 11-´12 pasgeborenen m/v navelstrengbl 1,05 mg/l 2010? Polen10 a pasgeborenen m/v navelstrengbl 0,47 mg/l 2006 Duitsland11 pasgeborenen m/v navelstrengbl 0,43 mg/la 1998-2003 Frankrijk12 a mediaanwaarde 1 (Bárány et al., 2002)2(White & Sabbioni, 1998) 3 (Heitland & Köster, 2004); 4(Heitland & Köster, 2006b); 5(Rodrigues et al., 2009); 6(Heitland & Köster, 2006a) 7(Bazzi et al., 2008); 8 (Bocca et al., 2011); 9 (CDC; 2012); 10(Zych et al., 2013); 11(Kopp et al., 2012);12(Galinier et al., 2005)
9
Koper Zware metalen Referenties ATSDR. (2004). TOXICOLOGICAL PROFILE FOR COPPER. U.S. Department of Health and Human Services, Georgia., (September). Baeyens, W., Vrijens, J., Gao, Y., Croes, K., Schoeters, G., Den Hond, E., … Leermakers, M. (2014). Trace metals in blood and urine of newborn/mother pairs, adolescents and adults of the Flemish population (2007-2011). International Journal of Hygiene and Environmental Health. Bárány, E., Bergdahl, I. a, Bratteby, L.-E., Lundh, T., Samuelson, G., Schütz, A., … Oskarsson, A. (2002). Trace element levels in whole blood and serum from Swedish adolescents. The Science of the Total Environment, 286(1-3), 129–41. Bazzi, A., Nriagu, J. O., & Linder, A. M. (2008). Determination of toxic and essential elements in children’s blood with inductively coupled plasma-mass spectrometry. Journal of Environmental Monitoring, 10(10), 1226. Bocca, B., Madeddu, R., Asara, Y., Tolu, P., Marchal, J. A., & Forte, G. (2011). Assessment of reference ranges for blood Cu, Mn, Se and Zn in a selected Italian population. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology : Organ of the Society for Minerals and Trace Elements (GMS), 25(1), 19–26. Buchet, J. P., Lauwerys, R., Vandevoorde, A., & Pycke, J. M. (1983). Oral daily intake of cadmium, lead, manganese, copper, chromium, mercury, calcium, zinc and arsenic in Belgium: A duplicate meal study. Food and Chemical Toxicology, 21(1), 19–24. Cauwenbergh, R. Van, Hendrix, P., Robberecht, H., & Deelstra, H. A. (1995). Lebensmitte [ - Untersuchung Original paper Daily dietary copper intake in Belgium , using duplicate portion sampling, 301–304. Centers for Disease control and Prevention (CDC). (2015). Fourth National Report on Human Exposure to Environmental Chemicals, updated tables 2015. EHC. (1998). Environmental Health Criteria (EHC): Copper. Retrieved December 15, 2014, from http://www.inchem.org/documents/ehc/ehc/ehc200.htm European Copper Institute. (2007). EU Copper voluntary risk assessment. Retrieved December 05, 2014, from http://echa.europa.eu/documents/10162/13630/vrar_risk_characterisation_en.rtf Gaetke, L. (2003). Copper toxicity, oxidative stress, and antioxidant nutrients. Toxicology, 189(1-2), 147–163. 10
Koper Zware metalen Galinier, A., Périquet, B., Lambert, W., Garcia, J., Assouline, C., Rolland, M., & Thouvenot, J. P. (2005). Reference range for micronutrients and nutritional marker proteins in cord blood of neonates appropriated for gestational ages. Early Human Development, 81(7), 583–593.
Heitland, P., & Köster, H. (2004). Fast, simple and reliable routine determination of 23 elements in urine by ICP-MS. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 1552–1558. Heitland, P., & Köster, H. D. (2006a). Biomonitoring of 30 trace elements in urine of children and adults by ICP-MS. Clinica Chimica Acta; International Journal of Clinical Chemistry, 365(1-2), 310–8. Heitland, P., & Köster, H. D. (2006b). Biomonitoring of 37 trace elements in blood samples from inhabitants of northern Germany by ICP-MS. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology : Organ of the Society for Minerals and Trace Elements (GMS), 20(4), 253–62. Hoet, P., Jacquerye, C., Deumer, G., Lison, D., & Haufroid, V. (2013). Reference values and upper reference limits for 26 trace elements in the urine of adults living in Belgium. Clinical Chemistry and Laboratory Medicine, 51(4), 839–849. Johnson, P. E., Milne, D. B., & Lykken, G. I. (1992). Effects of age and sex on copper absorption, biological half-life, and status in humans. The American Journal of Clinical Nutrition, 56(5), 917–25. Kopp, R. S., Kumbartski, M., Harth, V., Brüning, T., & Käfferlein, H. U. (2012). Partition of metals in the maternal/fetal unit and lead-associated decreases of fetal iron and manganese: An observational biomonitoring approach. Archives of Toxicology, 86(10), 1571–1581.
Rodrigues, J. L., Batista, B. L., Fillion, M., Passos, C. J. S., Mergler, D., & Barbosa, F. (2009). Trace element levels in whole blood of riparian villagers of the Brazilian Amazon. The Science of the Total Environment, 407(13), 4168–73. Rossipal, E., Krachler, M., Li, F., & Micetic-Turk, D. (2007). Investigation of the transport of trace elements across barriers in humans: studies of placental and mammary transfer. Acta Paediatrica, 89(10), 1190–1195. White, M. a, & Sabbioni, E. (1998). Trace element reference values in tissues from inhabitants of the European Union. X. A study of 13 elements in blood and urine of a United Kingdom population. The Science of the Total Environment, 216(3), 253–70. Zych, B., Pasternak, K., Sztanke, K., Sztanke, M., Kulesza-Bronczyk, B., & Lewandowski, B. (2013). The analysis of selected microelements in neonatal umbilical cord blood. Journal of Elementology, 18(3). 11
