Risicobeoordeling voor mens

Transcriptie

1 168 1 Risicobeoordeling voor mens en milieu door dr. H. Könemann, RIVM, Bilthoven, bewerkt door drs. C. Schlax 1. Inleiding Blootstelling Uitstoot Lotgevallen Metingen Toxiciteit Dosis-effectrelatie Drempelwaarde Effecten op de mens Blootstellingsroutes Algemene toxiciteit en bijzondere effecten Veiligheidsfactoren voor de mens Effecten op het milieu Blootstellingsroutes Milieutoxicologisch onderzoek Veiligheidsfactoren voor het milieu Normstelling en risicobeheersing Conclusies Literatuur Chemische Feitelijkheden is een uitgave van Samsom bv in samenwerking met de Koninklijke Nederlandse Chemische Vereniging.

2 Inleiding Geen enkele chemische stof is helemaal vrij van giftige eigenschappen. Veel stoffen zijn echter zo weinig giftig dat zij geen schadelijke effecten voor mens of milieu veroorzaken blootstelling aan een stof effecten van een stof analyse levenscyclus van een stof: productie - gebruik - afval dosis-effectrelaties in proefdieren gemeten gehalten in het milieu en in producten schatting van totale emissies verspreiding in het milieu vaststellen geen-effectniveau in proefdieren of kans op effect bij lage dosis extrapolatie naar mens en/of milieu epidemiologische gegevens schatting concentratie in het milieu rekening houden met kwetsbare groepen beschikbaarheid voor mens en milieu schatting van hoogste concentratie zonder gevaren voor mens en milieu veiligheidsmarge met onzekerheid hierin Figuur 1. Schematisch overzicht van risico-evaluatie voor stoffen. Of een stof schadelijke effecten veroorzaakt hangt in het algemeen af van twee factoren: 1. de giftige eigenschappen van de stof voor een bepaald organisme (toxiciteit); 2. de blootstelling van het betreffende organisme aan de stof.

3 168 4 Risicobeoordeling voor mens en milieu Stoffen die niet erg giftig zijn maar waaraan we in grote hoeveelheden worden blootgesteld, kunnen even ernstige schade aan onze gezondheid veroorzaken als stoffen die veel giftiger zijn, maar waaraan we de blootstelling beter kunnen beperken. De beoordeling van het risico dat een stof veroorzaakt berust dan ook op het vergelijken van het niveau waarop mens en milieu aan de stof worden blootgesteld met het niveau waarop geen giftige effecten van de stof meer verwacht worden. Bij de risicobeoordeling wordt nagegaan of de marge tussen blootstelling en giftigheid groot genoeg is voor de veiligheid van mens en milieu. Hierbij moet de onzekerheid in de schatting van blootstelling en toxiciteit in acht worden genomen. In figuur 1 wordt een schematisch overzicht gegeven van de aspecten die een rol spelen bij de risicobeoordeling. 2. Blootstelling Blootstelling aan een stof kan op talrijke manieren plaatsvinden. De mens wordt aan stoffen blootgesteld via consumentenproducten, zijn voedsel, de lucht die hij inademt, en het water dat hij drinkt of waarmee hij via zijn huid in contact komt. Voor planten en dieren zijn tevens de kwaliteit van de bodem en het oppervlaktewater van belang. Om de risico s van een stof te kunnen vaststellen moeten daarom de concentraties in elk van deze onderdelen van het milieu worden bepaald. De concentraties worden bepaald door de uitstoot van de stoffen naar het milieu en zijn lotgevallen in het milieu Uitstoot Stoffen kunnen op velerlei wijze het milieu bereiken. Tijdens elke fase van zijn levencyclus (productie, verwerking, gebruik, hergebruik en afval) kan een stof aan het in principe controleerbare menselijk handelen ontsnappen en in het milieu geraken. Een eerste vereiste voor een goede risicobeoordeling van een stof is dan ook een systematische analyse van de levenscyclus. Voor stoffen die al geruime tijd in commerciële productie zijn kan de analyse van de uitstoot binnen de levenscyclus van de stof met

4 168 5 een redelijke betrouwbaarheid worden uitgevoerd. Voor stoffen die nieuw op de markt verschijnen is het (toekomstig) maatschappelijk gebruik vaak moeilijker te overzien. Bij de beoordeling van een nieuwe stof moeten daarom soms verstrekkende aannames worden gedaan. Eenvoudige gegevens, zoals de op de markt gebrachte hoeveelheid, spelen daarom soms een grote rol in de beoordeling. Ook stoffen die al heel lang in gebruik zijn, blijken soms nog onverwachte risico s op te leveren. Zo wordt de afgifte van zinkoxide door zinken of verzinkte producten pas sinds enkele jaren als problematisch beschouwd Lotgevallen Op het moment dat een stof het milieu bereikt heeft houdt de menselijke beheersbaarheid op, maar er kan nog een lang en gevarieerd leven voor hem liggen. Wat er met de stof gebeurt hangt af van de omgeving waarin de stof terecht is gekomen en van de chemische en fysische eigenschappen van de stof. Het voorspellen van het gedrag van een stof in het milieu is van groot belang bij de risicobeoordeling van zowel nieuwe als bestaande stoffen. Twee typen processen spelen een belangrijke rol: a. Transportprocessen. Hierbij wordt de stof verplaatst zonder dat daarbij zijn structuur verandert, bijvoorbeeld door stroming van water of door de vluchtigheid van een stof. b. Transformatieprocessen. Hierbij wordt de chemische structuur van de stof veranderd. Dit kan een gevolg zijn van zowel chemische, biologische alsook fysische factoren. De mate waarin een stof transformatieprocessen ondergaat hangt sterk van zijn structuur af. Voor de voorspelling van het gedrag van een stof in het milieu zijn veel modellen beschikbaar. Een aantal van deze modellen beschrijft het gedrag van een stof in een bepaald compartiment van het milieu, te weten water, lucht, bodem en organismen. De verspreidingsmodellen van stoffen in de afzonderlijke compartimenten zijn gebaseerd op de voor het compartiment en de stof relevante transport- en transformatieverschijnselen. Naast transport binnen een compartiment treedt er echter vaak transport tussen

5 168 6 Risicobeoordeling voor mens en milieu compartimenten op. De invloed van intercompartimentaal transport op de lotgevallen van een stof komt in de compartimentale verspreidingsmodellen niet goed tot zijn recht. Vooral voor het weergeven van langetermijn-trends van het gedrag van een stof schieten deze benaderingen tekort. Ook de intercompartimentale modellen kunnen de milieusituatie slechts ten dele beschrijven, zij het alleen al omdat het een vereenvoudiging van de werkelijkheid is om de compartimenten als homogeen en uniform te beschouwen. Om te kunnen voorspellen tot welke blootstelling de productie en het gebruik van stoffen aanleiding geven zijn ze echter onmisbaar: beter een voorspelling met onnauwkeurigheden en onzekerheden dan in het geheel geen inzicht in wat verwacht kan worden Metingen Door middel van chemische analyses kan het voorkomen van een stof in producten of het milieu worden vastgesteld. Chemische analyses kunnen in een aantal gevallen ook gebruikt worden om modelberekeningen van het gedrag van een nieuwe stof te verifiëren. Aanleiding hiertoe kan zijn een berekend risico op grond van schattingen van zowel de blootstelling als de giftigheid. Ten behoeve van de beoordeling van het gevaar dat in een concrete situatie bestaat is zo n analytisch-chemische benadering onmisbaar. Hetzelfde geldt uiteraard voor bestaande stoffen, waarvoor milieumetingen vaak juist de aanleiding vormen voor een systematische risicobeoordeling en er een essentieel deel van zijn. Gezien de gevoeligheid van de moderne bepalingsmethoden is het mogelijk steeds meer stoffen in extreem lage concentraties aan te tonen. Het feit dat een stof is aangetroffen zegt vaak meer over de kwaliteit van de gehanteerde techniek dan over de aanwezigheid van enig risico. Hiervoor is een uitgebreid meetprogramma nodig waarbij ook aandacht wordt besteed aan factoren als selectiviteit en reproduceerbaarheid van metingen en representativiteit van de monsters.

6 Toxiciteit De toxiciteit van stoffen voor mens, plant of dier kan vele vormen aannemen. Van essentieel belang voor een beter begrip van de gevaren van stoffen is het begrip dosis-effectrelatie. Stoffen die weinig giftig zijn, zijn stoffen waarvan we veel binnen kunnen krijgen (een hoge dosis) voordat we er de schadelijke effecten van ondervinden. Van erg giftige stoffen is dat punt al bij een lage dosis bereikt. Voor alle stoffen geldt echter ook dat er een dosis is die geen (waarneembare) schade meer veroorzaakt Dosis-effectrelatie Voor het onderzoek naar de dosis-effectrelatie worden organismen (meestal proefdieren, soms planten of micro-organismen) in een aantal groepen onderverdeeld. Een groep is altijd de controlegroep, de groep die niet wordt blootgesteld aan een toxische stof, maar overigens net zo wordt behandeld als de andere groepen. De andere groepen worden elk aan een verschillende dosis van de te onderzoeken stof blootgesteld. De doses lopen daarbij gelijkmatig op Drempelwaarde Voor chemische stoffen geldt dat naarmate een organisme met een hogere dosis van een stof belast wordt, de kans op het optreden van een effect toeneemt (zie fig. 2). Het effect kan van uiteenlopende aard zijn, variërend van sterfte tot leverafwijkingen of gedragsstoornissen. Voor ieder effect kan in principe een dergelijke curve worden opgesteld en veel toxiciteitsonderzoek is erop gericht het verloop van deze curve vast te stellen. In het linker deel van de curve is te zien dat bij lage doses geen effect optreedt. Boven de waarde A begint de lijn te stijgen en bij B is de kans op een effect 50%. Bij de waarde C nadert deze kans de 100%. De waarden A en B worden veel gebruikt in toxiciteitsonderzoek. A wordt meestal aangeduid als de drempelwaarde of het no-effectlevel. De waarde B wordt aangeduid met ED50, de dosis waarbij het onderzochte effect optreedt bij 50% van de proefdieren. Als deze

7 168 8 Risicobeoordeling voor mens en milieu % Effect A Figuur 2. B ED50 C Dosis (mg) Het verband tussen dosis en effect (dosis-effectrelatie). waarde wordt gebruikt om letale effecten weer te geven dan spreekt men van de LD50. Het aantonen van een dosis-effectrelatie is een voorwaarde om waarnemingen te kunnen toeschrijven aan de invloed van een toxische stof. Voor de nauwkeurigheid van het vaststellen van een drempelwaarde is het aantal gebruikte proefdieren van groot belang. Het feit dat er om ethische en economische redenen betrekkelijk kleine aantallen proefdieren gebruikt worden, brengt onzekerheden met zich mee waarmee bij de interpretatie van resultaten rekening moet worden gehouden. Een dosis-effectrelatie wordt bepaald na een van tevoren vastgestelde tijdsduur. Als de duur van een experiment langer wordt, zal in veel gevallen de dosis waarbij een effect optreedt lager worden. Dat komt enerzijds doordat sommige effecten pas na langere tijd aan het daglicht treden, en anderzijds doordat de hoeveelheid van een stof die in een organisme terechtkomt vaak nog geleidelijk aan toeneemt. Voor sommige soorten van effecten biedt figuur 2 als regel geen goede beschrijving. Het gaat daarbij met name om effecten die worden veroorzaakt door beïnvloeding van het DNA. Dit kan gevolgen hebben voor de erfelijke eigenschappen van een organisme (muta-

8 168 9 geniteit), maar kan ook het optreden van kanker veroorzaken. Voor stoffen die het DNA op een dergelijke wijze beïnvloeden geldt dat in principe één molecuul al tot het optreden van effect kan leiden. Er is dus geen no-effect-level. Voor kankerverwekkende stoffen wordt daarom vaak uitgegaan van een lineair verband tussen blootstelling en kans op effect: een twee maal zo hoge blootstelling leidt tot een twee maal zo grote kans op effect. Er zijn overigens ook stoffen die kanker kunnen veroorzaken of het optreden ervan bevorderen zonder beïnvloeding van het DNA. Voor deze stoffen bestaat in principe wel een drempelwaarde voor het optreden van een effect. 4. Effecten op de mens Aangezien toxiciteitsonderzoek bij proefpersonen over het algemeen ethisch onaanvaardbaar wordt geacht, zijn rechtstreekse gegevens over effecten op de mens vrijwel alleen afkomstig uit goed gedocumenteerde ongevallen met stoffen of door ongewenste arbeidsomstandigheden. Epidemiologisch onderzoek naar deze blootstelling zou veel waardevolle gegevens kunnen opleveren, maar er zijn veel problemen aan dit soort onderzoek verbonden, waardoor de interpretatie van gegevens bemoeilijkt wordt. Alleen voor geneesmiddelen is het gebruikelijk om onderzoek met vrijwilligers uit te voeren. De belangrijkste informatie wordt dan in het algemeen ook ontleend aan het benaderen van de giftige eigenschappen van stoffen voor de mens door middel van experimenten met proefdieren. Voor industriële chemicaliën gaat het daarbij voornamelijk om onderzoek met ratten en in sommige gevallen om muizen, hamsters, cavia s of konijnen Blootstellingsroutes Blootstelling kan op verschillende manieren plaatsvinden, te weten oraal (via de mond), dermaal (via de huid) en inhalatoir (via de ademhaling). Omdat er een verschil is in mate van opname van een stof door een organisme en verdeling in het lichaam bij blootstelling via verschil-

9 Risicobeoordeling voor mens en milieu lende routes, kunnen gegevens over toxiciteit via een bepaalde route niet zonder meer gebruikt worden om gevaren van blootstelling via een andere route te beoordelen. Zo zijn er veel stoffen die niet of nauwelijks door de huid worden opgenomen en daarom dermaal niet toxisch zijn. Bij orale toediening kan een dergelijke stof wel in het lichaam worden opgenomen en effecten veroorzaken Algemene toxiciteit en bijzondere effecten Er zijn diverse vormen van toxiciteitsonderzoek bestemd voor een brede screening van de mogelijke effecten van stoffen op de mens. Naar toenemende duur van dit onderzoek wordt onderscheid gemaakt tussen acute toxiciteit, waarbij proefdieren eenmalig worden blootgesteld en het optreden van effecten daarna gedurende een betrekkelijk korte tijd wordt gevolgd, subacute en subchronische toxiciteit, waarbij de te onderzoeken stof dagelijks wordt gedoseerd gedurende 2% (subacuut) tot 10% (subchronisch) van de levensduur van het proefdier en chronische toxiciteit, waarbij de proefduur zich uitstrekt tot bijna de gehele levensduur van het proefdier. Uit het acute toxiciteitsonderzoek wordt de LD50 afgeleid, terwijl subacuut en subchronisch onderzoek tot doel heeft een no-effectlevel te bepalen. In chronisch toxiciteitsonderzoek wordt er rekening gehouden met het feit dat ook de mens gedurende lange periodes van zijn leven bepaalde stoffen binnenkrijgt en dat de gevoeligheid van mens en proefdier met de levensfase kan veranderen. Naast dit algemene toxiciteitsonderzoek wordt er ook onderzoek gedaan naar bijzondere effecten, zoals huid- en oogirritatie, sensibilisatie (toename van de gevoeligheid bij herhaalde kortdurende blootstelling), effecten op de voortplanting, teratogeniteit (effecten op het nageslacht), mutageniteit en carcinogeniteit Veiligheidsfactoren voor de mens Om de gegevens uit dierexperimenteel onderzoek toe te kunnen passen op de situatie bij de mens is een extrapolatie nodig van het uit dierproeven verkregen no-effect-level naar een aanvaardbare belasting bij de mens. In deze extrapolatie- of veiligheidsfactor worden moeilijk kwantificeerbare factoren verdisconteerd, zoals het verschil

10 in lichaamsgrootte tussen mens en dier, het verschil in gevoeligheid tussen individuen, het verschil in gevoeligheid tussen soorten en waarnemingsfouten. Een eenvoudige standaardmethode die zich als bruikbaar heeft bewezen is het delen van de no-toxic-effectlevel van proefdieronderzoek op ratten door een factor honderd. Deze methode beperkt zich echter tot stoffen die niet mutageen of carcinogeen zijn. 5. Effecten op het milieu In het ideale geval zouden effecten van stoffen op het milieu aan de hand van veldproeven moeten worden vastgesteld, maar dit is meestal niet mogelijk. Als indirecte benadering wordt daarom als regel gebruikt gemaakt van onderzoek naar de effecten op diverse soorten organismen die als belangrijke vertegenwoordigers worden gezien van een milieucompartiment (water, bodem, lucht) Blootstellingsroutes De blootstellingsroutes voor dierlijke organismen zijn in wezen gelijk aan die voor mensen: oraal, dermaal of inhalatoir. Bij bomen en planten kan opname plaatsvinden via het vegetatieve gedeelte (stengels, bladeren) of via het wortelsysteem en bij micro-organismen als schimmels, bacteriën en algen vindt opname plaats via de celwand. Bepalend voor de opnameroute is de vorm waarin de stof met het organisme in contact komt: als poeder, vloeistof, gas, opgelost in water, etc. De fysisch-chemische eigenschappen van een stof spelen daarbij een belangrijke rol. Zo zullen stoffen die weinig verdampen niet snel aanleiding geven tot inhalatoire blootstelling. Voor de hoeveelheid stof die een organisme binnendringt zijn daarnaast de blootstellingsduur en de concentratie van de stof in het compartiment belangrijk Milieutoxicologisch onderzoek De meeste aandacht wordt in het milieutoxicologisch onderzoek besteed aan waterorganismen, met name omdat veel chemische stoffen

11 Risicobeoordeling voor mens en milieu in het water terecht komen (bijv. door rechtstreekse lozingen) en daar een ruime verspreiding krijgen. Blootstelling tijdens toxiciteitsonderzoek geschiedt door oplossing van stoffen in het water. Omdat niet precies bekend is hoeveel stof door een organisme wordt opgenomen wordt de toxiciteit voor deze organismen niet uitgedrukt als dosis, maar als concentratie. Bij de keuze van organismen wordt getracht representanten van verschillende niveaus van de voedselketen te gebruiken, dat zijn in de meeste gevallen algen, watervlooien, vissen en (soms) bacteriën. Het meest gangbaar is onderzoek naar de acute toxische effecten op vissen en watervlooien. Tevens worden effecten op de ontwikkeling en de voortplanting van deze organismen bestudeerd. Met algen worden over het algemeen driedaagse toxiciteitstesten uitgevoerd waarbij effecten op de groei worden bepaald. Het onderzoek naar bodemorganismen betreft meestal de effecten op regenwormen (met name sterfte) en planten (groeiremming). Ook de toxiciteit van stoffen voor bodemorganismen wordt onderzocht door toediening aan de bodem. De giftigheid wordt uitgedrukt als concentratie in de bodem (voor regenwormen als LC 50 en voor planten als EC50). Het onderzoek dat wordt uitgevoerd met proefdieren ter bepaling van het risico voor de mens, wordt ook gebruikt voor schatting van het risico voor andere zoogdieren. Onderzoek met vogels wordt alleen voor bestrijdingsmiddelen uitgevoerd. Naast toxiciteitsonderzoek worden soms ook naar analogie van de epidemiologie en met vergelijkbare interpretatieproblemen veldwaarnemingen betrokken bij de beoordeling van de gevaren van stoffen Veiligheidsfactoren voor het milieu In navolging van het zoogdiertoxiciteitsonderzoek wordt, indien men beschikt over weinig gegevens, met vaste veiligheidsfactoren gewerkt. Zo wordt bijvoorbeeld een factor 1000 gehanteerd als men slechts over één of twee acute toxiciteitsgegevens beschikt, een factor 100 als men over drie of meer kortdurende tests beschikt, en een factor 10 indien men beschikking heeft over meer (sub)chronische toetsgegevens. Om op een meer nauwkeurige manier effecten van stoffen op eco-

12 systemen in te schatten zijn statistische extrapolatiemethoden ontwikkeld die kunnen worden toegepast als men beschikt over voldoende chronisch toxicologische gegevens (meer dan vier no-observed-effectconcentraties). De waarden die met behulp van dergelijke modellen worden verkregen komen goed overeen met de no-observed-effect concentraties verkregen uit veldonderzoek. 6. Normstelling en risicobeheersing Na de beantwoording van de technisch-wetenschappelijke vragen omtrent de mate van blootstelling en de mogelijke effecten van deze blootstelling op mens en milieu komt de vraag op naar de aanvaardbaarheid van risico s. Deze vraag wordt beantwoordt via het pad van normstelling. Milieukwaliteitsdoelstellingen vervullen een rol in het lucht-, wateren bodembeschermingsbeleid. De milieukwaliteit zal op een zodanig niveau moeten liggen dat de risico s voor de te beschermen belangen verwaarloosbaar klein zijn. Dit kwaliteitsniveau wordt aangeduid als de streefwaarde, die echter voor de meeste milieucondities (concentraties van stoffen, etc.) veelal pas op termijn bereikt kunnen worden. De normen kunnen wettelijk worden vastgelegd op grond van de Wet milieubeheer. Om tot een systematische en doorzichtige manier van normstelling te komen worden risicogrenzen toegepast en beoordelingssystemen gebruikt. Per stof gelden altijd twee risicogrenzen: een Maximaal Toelaatbaar Risiconiveau (MTR) en een Verwaarloosbaar Risiconiveau (VR). In principe wordt de streefwaarde voor een stof in een milieucompartiment gelegd op het niveau van het verwaarloosbaar risico en de grenswaarde op het niveau van het maximaal toelaatbare risico. Voor nieuwe stoffen zal direct het verwaarloosbare risico worden geëist om geen nieuwe risico s te introduceren (preventief beleid). 7. Conclusies Risicobeoordelingen voor mens en milieu berusten tot op zekere hoogte op schattingen. Ondanks steeds geavanceerdere meetmetho-

13 Risicobeoordeling voor mens en milieu den komt de ideale situatie dat alle benodigde gegevens beschikbaar zijn niet of nauwelijks voor. Om desondanks op een verantwoorde manier uitspraken te kunnen doen over de risico s van stoffen is het van belang dat de toegepaste modellen en schattingsmethoden voor ontbrekende gegevens zo uniform mogelijk zijn. Continue verbetering van onderzoeks- en berekeningsmethoden zal eveneens kunnen bijdragen aan een meer betrouwbare beoordeling van de risico s van nieuwe en bestaande stoffen voor mens en milieu. 8. Literatuur Nico van Sittert, Moleculaire effecten van blootstelling aan chemicaliën meten, Chemisch Magazine Informatiebulletin Milieugevaarlijke Stoffen, juni 1996 (jaargang 3, nr. 2).