Mangaan Zware metalen Indicator voor: Mangaan (CAS:7439-96-5) Mangaan (Mn) wordt vooral gebruikt in de metallurgische industrie. Mangaan komt ook voor in batterijen, in de chemische nijverheid, in de productie van glas, in de leeren textielindustrie en als kunstmeststof. Het is een bestanddeel van sommige legeringen. Vooral lassers kunnen worden blootgesteld aan hoge concentraties mangaan. Mangaan is een essentieel element dat als cofactor dient voor verschillende enzymen, maar bij hogere concentraties schadelijk voor het zenuwstelsel. Bij langdurige blootstelling aan mangaan kunnen Parkinson-achtige symptomen ontstaan. Productievolume: Totaal geproduceerd en/of geïmporteerd in de Europese Economische Zone: meer dan 100000 ton per jaar (http://echa.europa.eu)
Wetgevend kader: Richtlijn 2010/75/EU: Emissiegrenswaarden voor de som van Mangaan en mangaanverbindingen: Uit afvalverbrandingsinstallaties: 0,5 mg/Nm3 Richtlijn 2009/48/EC: De migratielimieten van mangaan uit speelgoed zijn voor volgende materialen: 1200 mg /kg in droog, bros, poederachtig of flexibel speelgoedmateriaal 300 mg/kg in vloeibaar of kleverig speelgoedmateriaal 15000 mg/kg in afgekrabd speelgoedmateriaal. 1989: Richtlijn betreffende zware metalen (oa. mangaan) in fertilizatoren (89/530/EEC) Aanvulling op richtlijn 76/116/EEC Verwachte blootstellingswegen naar de mens: Mangaan kan door de mens worden opgenomen via inademing, ingestie of via de huid: Mangaan kan als klein partikel via ingeademde lucht in de longen terecht komen en hier vast geraken. Een deel van het ingeademde Mangaan kan ook in mucus vast komen te zitten, en na ophoesten door slikken in de maag terecht komen. Mangaan kan via water en voeding terecht komen in het gastro-intestinaal stelsel. 1
Mangaan Zware metalen Via de huid kunnen slechts heel kleine hoeveelheden Mangaan opgenomen worden wanneer de mens in contact komt met mangaan bevattende vloeistoffen. (ATSDR, 2012) (Hoog) blootgestelde groep: Werknemers in industrie waar mangaan gebruikt of geproduceerd wordt, worden waarschijnlijk blootgesteld aan hogere concentraties mangaan. Dit gebeurt voornamelijkdoor inademing van stofdeeltjes in de werkplaats. Werknemers in de metaalindustrie kennen de grootste blootstellingen. Verwachte gezondheidseffecten: De problemen die het vaakst vastgesteld wordt bij personen met hoge professionele blootstelling hebben te maken met het zenuwstelsel. Het gaat om veranderingen in gedrag en motoriek (trage en onhandige bewegingen). Bij hoge blootstelling kan ook pneumonie (in geval van partikels), verminderd libido en schade aan spermacellen. Er zijn geen effecten vastgesteld bij algemene bevolking, waarschijnlijk omdat milieuconcentraties ongeveer twintigduizend keer lager zijn dan die waarbij bovenstaande effecten beginnen op te treden. (ATSDR, 2012) Daartegenover staat dat mangaan een essentieel element is, en dus zijn tekorten ook verbonden aan gezondheidsrisico’s. (Keen et al., 2000) Laagste niveau waarbij schadelijke effecten waargenomen werden: LOAEL waarden werden niet gevonden. Wel werd er op basis van de observatie van neurologische effecten bij beroepshalve blootgestelde mensen een NOAEL-waarde bepaald van 30 µg/m³ lucht. Vertrekkende van dit cijfer werd een richtwaarde van 0,15 µg/m³ vastgelegd voor continue blootstelling. (WHO 2000) NOAEL voor orale blootstelling aan anorganisch mangaan: 0,16 mg/kg/dag (ATSDR, 2012) Geschatte externe blootstelling (dagelijkse inname) De gemiddelde concentratie aan Mangaan in de lucht bedraagt in de Verenigde Staten 0,02 µg/m³. Dit kan in de buurt van industriële bronnen variëren van 0,22 tot 0,3 µg/m³. Mangaan wordt vrijgegeven in waterstromen voornamelijk door de erosie van gesteenten en bodems, ontginningsactiviteiten, industrieel afval of via de leaching uit menselijk afval in landfills zoals bv. batterijen. De gemiddelde concentratie aan 2
Mangaan Zware metalen mangaan in het oppervlaktewater in de VS bedraagt 16 µg/l. In grondwater varieert dit van 5 tot 150 µg/l. (ATSDR, 2012) De jaarlijkse concentraties van mangaan in de lucht variëren van 0,01 tot 0,07 µg/m³. In de buurt van metaal gieterijen kan dit stijgen tot 0,2-0,3 µg/m³, en waar ferro- en silico-mangaan industrie aanwezig is tot 0,5 µg/m³. (WHO 2000) Geschatte dagelijkse inname in België: Volwassenen: 2,6 mg/dag (Buchet et al. 1983) Geschatte interne blootstelling De belangrijkste manier waarop mangaan wordt opgenomen in het lichaam is via de voeding. Voor water varieert dit van 0.1,1 tot 24 µg/dag, voor eten van 2 tot 8 mg/dag. Uitgaande van een gemiddelde concentratie van 50 ng/m³ lucht en een absorptie in de longen van 40%, opname via inhalatie zou 400 ng/dag bedragen (op basis van een gemiddelde inademing van 20 m³ lucht per dag). (WHO 2000) Gemeten interne blootstelling Normale concentraties aan mangaan in lichaamsvloeistoffen bedragen 4-15 µg/l bloed, 1-8 µg/l urine en 0,4-0,85 µg/l serum. (ATSDR, 2012) Richtwaarden voor externe blootstelling: Een WHO-richtwaarde voor externe blootstelling werd bepaald vertrekkende van een NOAEL-waarde van 30 µg/m³. Deze waarde werd berekend op basis van de observatie van neurologische effecten bij beroepshalve blootgestelde mensen. Na aanpassing naar continue blootstelling werd de richtwaarde vastgelegd op 0,15 µg/m³. (WHO 2000) De WHO –richtwaarde voor mangaan in drinkwater is 0,4 mg/l (WHO 2004) Richtwaarden voor de opname van mangaan via de voeding: Deze richtwaarden aan mangaan worden meestal overschreden als gevolg van inademing van fijne stofdeeltjes die mangaan bevatten. Minimal risk levels bepaald door ATSDR zijn 0.3 µg Mn/m3 voor chronische inademingsblootstelling. Het EPA bepaalde een chronische inhalation reference concentration (RfC) van 0,05µg Mn/m3. Voor orale blootstelling is een richtwaarde van 0,16 mg Mn/kg/dag (FNB/IOM, 2001). Het EPA bepaalde een orale referentie dosis van 0,14 mg Mn/kg/dag. EPA drinkwater richtlijn voor blootstelling gedurende volledig leven 0,3mg/l 3
Mangaan Zware metalen FDA Mn toegestaan in fleswater 0,05mg/l Advisable intakes(oraal) vooropgesteld (rekeninghoudend met essentiële en toxische karakteristieken van mangaan): 3mg/dag voor volwassenen; 0,02-0,5 mg/dag voor kinderen van 7-11 maanden; tussenliggende leeftijden geschaald volgens lichaamsgewicht naar advisable intake volwassenen. (EFSA Panel on Dietetic Products 2013) Beroepsblootstelling ACGIH Treshold Limit Value (TLV) 8-uur tijdsgemiddelde (8-u TWA) 0,2 mg Mn/m3 NIOSH recommended exposure limit (REL) (10-u TWA 1mg Mn/m3). NIOSH short term exposure limit (STEL) (15-min TWA) 3mg/m3 NIOSH immediately dangerous for life and health concentration (IDLH) 500mg/m3 OSHA permissible exposure limit (PEL) 5mg/m3. (ATSDR, 2012) Persistentie (halfwaardetijd in de mens): 10-40 dagen (Finley 1999) Perinatale blootstelling (placenta/moedermelk): Studies in proefdieren toonden aan dat toenames in blootstelling aan Mn van de moeder geen verhogingen in Mn transfer over de placenta veroorzaakten(Järvinen & Ahlström 1975) (Dorman et al. 2005). Matrix: Invasief: bloed, serum Niet-invasief: urine, haar Benodigd volume voor chemische analyse: Bloed: 2 mL Urine: 2 mL Detectielimiet: Bloed: 0,81 µg/l Urine: 0.6 µg/l Gevalideerde biomerker:
4
Mangaan Zware metalen 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, maar hiervoor was enkel Mn in bloed urine op het niveau van beroepsblootstelling beschikbaar. Aanbevolen doelgroepen en matrix: Moeders: individueel staal navelstrengbloed Adolescenten : individueel bloedstaal Vergelijkende metingen: Reeds gemeten waarden in Vlaanderen: Leeftijdsgroep geslacht pasgeborenen m/v 14-15 m/v moeders beide (Baeyens et al. 2014)
matrix bloed bloed bloed
waarde 31,2 µg/l 9,7 µg/l 12,1 µg/l
jaar ‘08-‘09 ‘08-‘09 ‘08-‘09
5
Mangaan Zware metalen Internationale vergelijking: leeftijdsgroep 6-88 6-88 16-70 16-70 < 18
geslacht m/v m/v m/v m/v
matrix urine urine urine bloed urine bloed plasma urine haar
18-70 2-17 18-65 children 13-15 12-19 >20 12-19 >20 pasgeborenen pasgeborenen pasgeborenen pasgeborenen pasgeborenen pasgeborenen pasgeborenen
m/v m/v m/v
bloed urine urine
m/v m/v m/v m/v m/v m/v m/v
bloed bloed bloed bloed urine urine navelstrengbl navelstrengbl
m/v m/v m/v m/v m/v
navelstrengbl navelstrengbl navelstrengbl navelstrengbl navelstrengbl
waarde 0,89 µg/l 1,19 µg/l 0,3 µg/l 7,4 µg/l 0,062 µg/l 7,6 µg/l 1,12 µg/l 0,31 µg/l 0,067 µg/l 9,0 µg/l 0,1 µg/l 0,087 µg/l 8,48 µg/l 7,52 µg/l 10,1 µg/l 9,09 µg/l 0,13 µg/l 0,12 µg/l 43,7 µg/l 40 µg/l 52,8 µg/l 28,8 µg/la 78,99 µg/la 42 µg/l 45 µg/l
jaar 1997 1997 1998 1998 2004
Land USA USA1 UK2 UK2 EU3
2005 2005 2005 2005
Canada4 Canada4 Canada4 Canada4
2005 2005 2005
Duitsland5 Duitsland6 Duitsland6
2008 2008 11-´12 11-´12 11-´12 11-´12 2011 20032004 2010? 2006 20062007 19921995 19921995 2003
Zuid-Afrika7 Italië8 USA9 USA9 USA9 USA9 Jamaica10
1
California11 Polen12 Germany13 China14 France15 Canada (Montreal)15 France16
pasgeborenen m/v navelstrengbl 32,1 µg/l a mediaan 1 (Paschal et al. 1998);2 (White & Sabbioni 1998);3 (Heitland & Köster 2004);4 (Goullé et al. 2005);5(Heitland & Köster 2006b); 6(Heitland & Köster 2006a);7(Bazzi et al. 2008) 8 (Pino et al. 2012) ;9(Centers for Disease control and Prevention (CDC), 2015);10(Rahbar et al., 2015);11(Gunier et al., 2014);12(Zych et al., 2013);13(Kopp et al., 2012);14(Wang et al., 2008);15(Smargiassi et al., 2002);16(Abdelouahab et al., 2010)
6
Mangaan Zware metalen Referenties Abdelouahab, N., Huel, G., Suvorov, A., Foliguet, B., Goua, V., Debotte, G., … Takser, L. (2010). Monoamine oxidase activity in placenta in relation to manganese, cadmium, lead, and mercury at delivery. Neurotoxicology and Teratology, 32(2), 256–261.
Agency for Toxic Substances and Disease Registry. (2012). TOXICOLOGICAL PROFILE FOR MANGANESE, (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. 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. 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. Dorman, D. C., McElveen, A. M., Marshall, M. W., Parkinson, C. U., Arden James, R., Struve, M. F., & Wong, B. A. (2005). Maternal-fetal distribution of manganese in the rat following inhalation exposure to manganese sulfate. Neurotoxicology, 26(4), 625–32. EFSA Panel on Dietetic Products, N. and A. (NDA). (2013). Scientific Opinion on Dietary Reference Values for manganese. EFSA Journal 2013, 11(11). Retrieved from http://www.efsa.europa.eu/en/efsajournal/pub/3419.htm Finley, J. (1999). Manganese absorption and retention by young women is associated with serum ferritin concentration. AMERICAN JOURNAL OF CLINICAL NUTRITION, 70(1), 37–43. Goullé, J.-P., Mahieu, L., Castermant, J., Neveu, N., Bonneau, L., Lainé, G., … Lacroix, C. (2005). Metal and metalloid multi-elementary ICP-MS validation in whole blood, plasma, urine and hair. Reference values. Forensic Science International, 153(1), 39– 44. Gunier, R. B., Mora, A. M., Smith, D., Arora, M., Austin, C., Eskenazi, B., & Bradman, A. (2014). Biomarkers of Manganese Exposure in Pregnant Women and Children Living in an Agricultural Community in California. Environmental Science & Technology, 48(24), 14695–14702.
7
Mangaan Zware metalen 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. Järvinen, R., & Ahlström, A. (1975). Effect of the dietary manganese level on tissue manganese, iron, copper and zinc concentrations in female rats and their fetuses. Medical Biology, 53(2), 93–9. Keen, C., Ensunsa, J., & Clegg, M. (2000). Manganese metabolism in animals and humans including the toxicity of manganese. METAL IONS IN BIOLOGICAL SYSTEMS, VOL 37, 37, 89–121. 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.
Paschal, D., Ting, B., & Morrow, J. (1998). Trace metals in urine of United States residents: reference range concentrations. Environmental …, 59, 53–59. Pino, A., Amato, A., Alimonti, A., Mattei, D., & Bocca, B. (2012). Human biomonitoring for metals in Italian urban adolescents: data from Latium Region. International Journal of Hygiene and Environmental Health, 215(2), 185–90. Rahbar, M., Samms-Vaughan, M., Dickerson, A., Hessabi, M., Bressler, J., Desai, C., … Boerwinkle, E. (2015). Concentration of Lead, Mercury, Cadmium, Aluminum, Arsenic and Manganese in Umbilical Cord Blood of Jamaican Newborns. International Journal of Environmental Research and Public Health, 12(5), 4481–4501. Smargiassi, A., Takser, L., Masse, A., Sergerie, M., Mergler, D., St-Amour, G., … Huel, G. (2002). A comparative study of manganese and lead levels in human umbilical cords and maternal blood from two urban centers exposed to different gasoline additives. The Science of the Total Environment, 290(1-3), 157–64. Wang, P., Tian, Y., Shi, R., Zou, X., Gao, Y., Wang, M., … Yan, C. (2008). [Study on maternal-fetal status of Pb, As, Cd, Mn and Zn elements and the influence factors]. Zhonghua yu fang yi xue za zhi [Chinese journal of preventive medicine], 42(10) 8
Mangaan Zware metalen 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. WHO. (2000). Air quality guidelines for Europe. WHO Regional Publications. European Series, (91), V–X, 1–273. 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).
9
