1

AFA Försäkring projekt Dnr. 090227 Speciering av manganföreningar i svetsrök och svetsares blodplasma Slutrapport Göran Lidén Institutionen för tillämpad miljövetenskap, Stockholms universitet, Stockholm Kortfattad sammanfattning av projektets viktigaste resultat Rörtrådssvetsning (FCAW) var förknippad med den högsta mangankoncentrationen i svets-röken. Denna exponering var emellertid inte associerad med de högsta halterna av citrat-bundet mangan i blodet hos svetsarna. De högsta koncentrationerna av citratbundet mangan fanns i blodet hos svetsare som arbetade med pinnsvetsning (SMAW) med basisk elektrod i legerat stål men även hos svetsare som arbetade med gasbågsvetsning (GMAW) i olegerat stål. Eftersom citratbundet mangan kan passera blod-hjärnbarriären och ackumuleras i de basala ganglierna antas detta mangan kunna påverka psykomotorik och kognition. För svet-sare i två av dessa svetsmetoder skiljde sig mangans fördelning i blodet signifikant, och i ett fall praktiskt taget signifikant, från kontrollernas fördelning av mangan i blodet. Skillnaderna mellan svetsare som använder dessa metoder och kontrollerna kan inte förklaras av uppmätt koncentration mangan i den respirabla fraktionen. Vi misstänker att detta istället beror på lös-ligheten i alveolerna för de manganföreningar som uppkommer vid de olika svetsmetoderna och hur mycket mangan som deponerar i alveolerna, två aspekter som helt förbigås vid prov-tagning av respirabelt damm. 1. Projektidé Projektet utgick från att mangans kritiska effekt (subkliniska psykomotoriska och kognitiva prestationsförsämringar) orsakas av att metallen ackumulerats i de basala ganglierna i hjärnan. För att komma in i hjärnan behöver det mangan som transporteras i blodet ta sig igenom blod-hjärnbarriären.[1] Det finns flera öppningar i denna barriär och enbart det mangan som trans-porteras på ett sätt som möjliggör passage genom blod-hjärnbarriären kan orsaka den kritiska effekten. Mangan i plasma utgör bara 1-6% av allt mangan i blodet och det är enbart en del av detta som kan passera blod-hjärnbarriären. Vad man vet gäller det mangan som transporteras antingen av transferrin (en transportör för järn) som trevärd jon, i citratkomplex (som tvåvärd jon) eller som hydratiserad tvåvärd jon. Undersökningar vid Helmholz Zentrum München har visat att när koncentrationen av mangan ökar över en viss gräns ökar andelen citrattranspor-terat mangan. Eftersom svetsare exponeras för mer mangan än allmänheten torde detta visa sig i en tydlig skillnad i mängden citrattransporterat mangan, vilket kan passera blod-hjärn-barriären och påverka nervsystemet. Eftersom allt mangan i blodet därmed inte var lika intres-sant blir det viktigt att undersöka om det finns något samband mellan mangans olika förenin-gar i svetsrök och andelen mangan som transporteras i plasma med olika transportörer. Man-gan i svetsrök som deponerat i alveolerna löses med tiden upp och överförs därefter till blodet i lungorna. Denna väg skiljer sig från den vanliga för mangan som tas upp via föda och dricksvatten. Detta mangan går direkt till levern för reglering av nivåerna i blodet och över-skottsmangan förs till avföringen via gallan.

2

Projektets hypoteser var att olika svetsmetoder genererade olika manganföreningar vilka i sin tur gav upphov till olika andel mangan som transporterades med transportörer som möjlig-gjorde passage blod-hjärnbarriären. Projektet bestod därför av tre delar: 1) Undersöka hur mangan förekom i svetsröken från 6-10 vanligt förekommande svetsmetoder; 2) Mäta expo-nering och fördelning av mangan i olika blodfraktioner för ungefär 75 svetsare som använde de metoder som tidigare undersökts; samt 3) Undersöka till vilka transportörer i plasma som mangan var bundet. Svetsares manganfördelningen i blod och mangantransportörer i plasma jämförs med kontroller. Då mangan och järn ligger bredvid varandra i periodiska systemet och mangan kan anta samma valenstal som järn kan transportörer för järnjoner också trans-portera manganjoner och för mycket/litet av endera metallen störa kroppens jämvikt för den andra. Därför analyserades även järn vid alla analyser för mangan. Skulle vi finna att några svetsmetoder genererade mangan som kan passera blod-hjärnbarri-ären skulle detta kunna ligga till grund för val av svetsmetod utifrån ett hälsoperspektiv. För-modligen skulle detta då på sikt även leda till teknisk utveckling inom svetsindustrin för att manganmängden skulle minska i nuvarande metoder med hög andel mangan som transpor-teras så att det kan passera blod-hjärnbarriären. 2. Ursprunglig projektplan Den ursprungliga projektplanen var på tre år. Inom projektet avsågs att i stora drag göra följande

• Göra en bred karaktärisering av mangan i svetsrök från 6–10 svetsmetoder genom mätningar hos Elga och ESAB. I detta skulle bl.a. ingå partikelstorleksfördelning, mangans och järns partikelstorleksfördelningar, elementanalys av svetsröken, morfologisk analys av svetsröks-partiklar med både SEM och TEM/EELS, analys med XRD av kristallina manganföreningar i svetsröken. • Söka etiskt tillstånd för provtagningarna på arbetsplatserna

• Ta blodprov och provta respirabel aerosolfraktion på ung. 75 svetsare från 5-10 arbets-platser. Dessutom ta blodprov på ung. 30 kontroller. Både svetsare och kontroller får en enkät som rör arbetsuppgifter, hälsa, diet, etc. som kan ha inverkan på kroppens järn- och mangan-homeostas.

• Både luft- och blodprover analyseras med ICP-MS, huvudsakligen på mangan (Mn) och järn (Fe). Vid ITM/Stockholms universitet sätts den analysmetod upp som använts av prof. B Michalke vid Helmholz Zentrum München (HZM) för att analysera transportörer av toxiska metaller i blodplasma. Ett urval av blodproven analyseras med XANES (X-ray Absorption Near Edge Structure) för att se vilka valenstal dessa manganjoner har.

3. Ändringar i projektplanen Under projektets gång har av olika anledningar delar av projektplanen lämnats därhän och andra tillkommit. Enbart i några av dessa fall har det varit till nackdel för projektet, eftersom de lösningar som hittades oftast var bättre än den ursprungliga planen.

• Projektplanen utökades till fyra år eftersom det blev uppenbart att vi inte skulle hinna på tre år, bl.a. p.g.a. analysproblem för att bestämma mangantransportörerna.

• Den person på ITM/SU som skulle ansvarat för att sätta upp av den analysmetod som an-vänds vid HZM slutade, och det beslöts därvid att istället skicka proverna till HZM för analys.

• Blodplasma och blodserum är i princip samma vätska. Serum erhålls genom att koagulerat blod, d.v.s. helblod provtaget i rör utan annan tillsats än koagultionsaktivator, som fått kallna

3

centrifugeras varefter serum avskiljs från blodkropparna. För att få plasma tas blodprovet i ett rör med ett tillsatt antikoagulationsmedel, vanligen natrium eller litiumheparin, som efter nog-grann blandning fått kallna före centrifugering. Efter centrifugeringen avskiljs plasma från blodkropparna. Det misstänktes att antikoagulationstillsatsen för plasmaseparationen kunde innehålla spår av mangan varför det bestämdes att använda serumprover istället för plasma-prover för analysen av mangantransportörer. • Det visade sig vara omöjligt att göra bra analyser av kristallina föreningar i svetsrök med XRD eftersom de enskilda mangankristallerna var för små för röntgenstrålning (de var ”rönt-genamorfa”) och de instrument som vi hade bra tillgång till hade för hög fluorescens från järn vilket störde bort de svaga mangansignalerna. Svetsröksprover har därför istället undersökts med sekventiell lakning för att klassificera manganet i fyra grupper med olika löslighet. Dess-utom har svetsrök från de svetsmetoder som undersöktes hos Elga och ESAB analyserats med XANES vid Max IV (Lunds universitet) för att bestämma vilka manganoxider som före-kommer. • På grund av omdisponeringar i projektbudgeten blev det i slutet av projektet möjligt att köpa in ett direktvisande instrument som mäter partikelarean för den aerosolfraktion som deponerar i alveolerna (Matter DiSCmini). Detta mäter partikelarean oberoende av kemisk sammansätt-ning, så det kan inte ge någon information direkt relaterad till mangan i svetsrök. Detta instru-ment användes på de tre sista arbetsplatserna som besöktes.

• Det visade sig vara omöjligt att analysera (torkade) plasmaprov med XANES eftersom man-ganhalten var för låg. Det visade sig senare att Michalke hade bestämt valenstalen för det mangan som transporterades med citratfraktionen. På grund av detta gjordes inga vidare ana-lyser i denna fråga.

• Det tog mycket lång tid att analysera halterna av mangantransportörer i serum och att hitta några mönster. Avsikten var att presentera resultaten för International Institute of Welding’s kommitté VIII Health, Safety and Environment i samband med dess svetskonferens i Essen i september 2013. Då var emellertid inte resultaten klara, och presentationer för svetsindustrin i Sverige (exkl. de deltagande svetsutrustningsleverantörerna) och internationellt planeras istäl-let för våren 2015. Detta har även försenat arbetet med ta fram lättlästa beskrivningar av pro-jektet och dess resultat på AMM/USÖs hemsida. I projektgruppen ingick personal från ITM/SU (aerosolprovtagning och metallanalys), AMM/USÖ (aerosolprovtagning, metallanalys och företagssköterska), IMM/KI (toxikologi) samt ESAB och Elga (svetsning). Ett-två projektmöten har hållits per år och däremellan har mindre möten hållits i Örebro vid något enstaka tillfälle. En referensgrupp sattes upp med del-tagare från AV, Svetskommissionen, IVL samt IF-Metall. Referensgruppen har träffats en gång per år 2011–2013. Förutom personal och resurser från de deltagande institutionerna har projektet kunnat analy-sera prover med XANES vid MAX IV/LU och med TEM/EELS vid Elektronmikroskopi-centrum vid Institutionen för materialkemi vid Stockholms universitet. MAX IV understöds av Vetenskapsrådet och flera svenska universitet. Centrum för elektronmikroskopi tillkom efter en donation från Wallenbergsstiftelsen och stöds av Stockholms universitet centralt.

4. Ekonomisk redogörelse Det ekonomiska utfallet finns i Bilaga 1. Den totala kostnaden överstiger den budgeterade med 38 243 kr. Till detta kommer lönekostnader vid ITM/SU och AMM/USÖ som inte bok-förts på projektet.

4

5. Projektets delar i) Karaktärisering av tio svetsmetoder Mangan förekommer huvudsakligen vid fyra olika grupper av svetsmetoder vilka med ameri-kanska terminologi heter Shielded metal arc welding (SMAW – manuell pinnsvetsning), Gas metal arc welding (GMAW – MIG/MAG gasbågssvetsning), Flux cored arc welding (FCAW – flussfylld rörtråd) och Metal cored arc welding (MCAW – metallpulverfylld rörtråd). De tre senare finns i semiautomatiska versioner och använder olika typer av skyddsgas, dock finns vissa FCAW-metoder som ej använder sig av skyddsgas. Både SMAW och FACW använder sig av flussmedel för att minska syrets oxidation av metallen i ljusbågen. Beroende på elektro-dernas flussmedel delas de in i basiska respektive rutila elektroder. Inom varje grupp av svets-metoder finns många olika versioner beroende på tekniska krav på svetsfogen och huruvida metoden skall användas på olegerat stål (handelsstål), låglegerat eller höglegerat stål (rostfritt stål). De karaktäriserade metoderna presenteras i Tabell 1. Partiklarna i svetsrök har två olika ursprung. De första består av sfäriska ”primärpartiklar” med en storlek på 5-20 nm vilka aggregerats till långa kedjor, ibland blir dock aggregaten mindre men kompaktare. De andra är betydligt större (ca 1 µm = 1000 nm) sfärer vilka kastats ut från den flytande svetssmältan. När mangan förångats i svetsbågen och kyls ned bortanför denna oxideras mangan och bero-ende på bl.a. temperatur är fyra olika oxider (med fyra olika valenstal) möjliga – Mn(II)O, Mn(II)O-Mn(III)2O3, Mn(III)2O3 samt Mn(IV)O2. Dessutom kan den blandade oxiden (två- och trevärt mangan) förekomma i blandformer med järn där de tvåvärda eller trevärda man-ganjonerna (helt eller devis) bytts ut mot järn. Denna oxid är betydligt svårare att lösa upp än de rena manganoxiderna. Tabell 1. Testade svetsmetoder Metod Stål Kommentar1 Kommersiell version Manuella metoder SMAW oLS2 Rutil ESAB OK 46.00 SMAW oLS Basisk Elga P 48S SMAW hLS2 Rutil Elga Cromarod 316L SMAW hLS Rutil-basisk – hög-Mn ESAB OK 86.30 Halvautomatiska metoder (Gas) Skyddad GMAW oLS ESAB OK Autrod 12.51 GMAW hLS ESAB OK Autrod 316L Si MCAW oLS Metallpulver ESAB OK Tubrod 14.01 FCAW oLS Rutil ESAB OK Tubrod 15.14 FCAW hLS Rutil ESAB Shield-Bright 316L Xtra Självskyddad FCAW hLS Rutil – hög-Mn ESAB OK Tubrodur 15.60 1) Rutil: Flussmedlet innehåller höga andelar titanoxid; Basic: Flussmedlet innehåller höga andelar kalk (CaO) och fluorinnehållande mineral (t.ex. flusspat (CaF2) och kryolit (Na3AlF6)); hög-Mn: mycket hög andel mangan 2) oLS: olegerat stål; hLS: höglegerat stål

5

Metoder Luftburna partiklar karaktäriseras med olika mått på dess storlek beroende på hur partiklarna studeras och vilken avskiljningsmekanism man är intresserad av. Aerodynamisk diameter är intressant för partiklar större än 0.4 µm eftersom det enbart är partiklar med aerodynamisk diameter större än 0.4 µm som avskiljs med aerodynamiska krafter (tröghet respektive sedi-mentation). Mobilitetsdiameter bestäms med elektriska mätmetoder och den diametern är in-tressant för partiklar som huvudsakligen avskiljs med diffusion, dvs. mindre än 0.4 µm. För svetsrök som består av aggregat av antingen långa kedjor eller mer kompakta aggregat av små primärpartiklar kan inget av dessa mått direkt översättas till aggregatens geometriska längd eller bredd. Svetsrökspartiklarna karaktäriseras därför av tre olika storleksmått som alla an-vänds för sitt speciella sammanhang. För en manganmassviktad aerodynamisk partikelstor-leksfördelning kan den massandel av svetspartiklarna som avskiljs aerodynamiskt i alveolerna skattas direkt utan extra antaganden. Det går dock inte för den del av manganet i svetsrök som avskiljs med diffusion. Den internationella standarden SS EN ISO 13137:2013[2] har en kon-vention för både aerodynamisk och diffusiv avskiljningseffektivitet i alveolerna, se Figur 1.

Figur 1. Provtagningskonventioner för den aerosolfraktion som deponerar i alveolerna p.g.a.

diffusion respektive aerodynamiska krafter

Prover togs från en modifierad testkammare ursprungligen tillverkad för tester enl. ISO 15011-1.[3] Svetsmetoderna karaktäriserades med standardmetoder inom provtagning och analys av luftburna partiklar: Partikelräknare 10 nm – 1 µm; Skannande partikelmobilitets-klassifiering (SMPS); Kaskadimpaktor (MOUDI) åtföljt av analys med ICP-MS; Element-analys på bulkprov (XRF) respektive enskilda partiklar (TEM-EDS); Kristallanalys (XRD); Partikelmorfologi (SEM, TEM) samt Analys av valenstal för enskilda partiklar (TEM-EELS). Eftersom röntgendiffraktionsanalys var mycket svårtydd p.g.a. för små kristaller (i de små svetspartiklarna) och hög fluorescens från Fe som störde analysen av mangans kristallina föreningar (främst oxider) genomfördes istället XANES-analys för att bestämma vilka man-ganoxider som förekom och en sekventiell löslighetsanalys för att klassificera manganet i fyra olika löslighetsklasser (vattenlösligt, lättlösligt, svårlösligt respektive olösligt). Den fjärde klassen representerar det mangan som måste lösas med en blandning av väteperoxid, salpeter-syra och fluorvätesyra. Resultat Antalskoncentrationerna var ung. 10 ggr högre för de semimanuella metoderna än för de ma-nuella metoderna. De antalsviktade mobilitetspartikelstorleksfördelningarna var alla likartade med den partikeldiameter som motsvarar toppen på fördelningarna (den s.k. moden) i inter-

6

vallet 90-350 nm. Moden var i snitt ungefär 50 nm mindre för de semimanuella metoderna än för de manuella metoderna och dessa svetsmetoder bestod därför av partiklar med mindre mobilitetsdiameter än partiklarna från de manuella metoderna. Se Figur 2 för medelvärdena för de antalsviktade mobilitetsfördelningarna för de semimanuella metoderna. Även de man-ganmassviktade aerodynamiska partikelstorleksfördelningarna var alla likartade med moden i intervallet 290-890 nm (=0.29-0.89 µm).

Figur 2. Antalsviktade mobilitetsstorleksfördelningar för de semimanuella metoderna

De manganmassviktade aerodynamiska partikelstorleksfördelningarnas mod var i snitt unge-fär 200 nm (=0.2 µm) större för de manuella metoderna än för de semimanuella metoderna och dessa svetsmetoder bestod därför av partiklar med större aerodynamisk diameter än par-tiklarna från de semimanuella metoderna. Se Figur 3 för ett exempel. Både de antals- och massviktade fördelningarna varierar betydligt från svetsning till svetsning med samma metod.

Figur 3. Uppmätt manganmassviktad aerodynamisk storleksfördelning för GMAW på

olegerat stål – ESAB OK Autrod 12.51

Beroende på svetsmetod genereras partiklar med tre olika typer av utseende. Avgörande är massandelen metaller respektive summan för fluor och kisel. De metoder vars rök består av åtminstone 40% metall och mindre än 10% fluor och kisel bildade långa kedjor av mindre sfäriska partiklar vilka till stor del består av metalloxider (Typ 1). Vid ung. 20% fluor och kisel och 25% metaller fås istället partiklar av Typ 2 vilka antingen består av kompakta par-

7

tiklar innehållande ett fåtal primärpartiklar med ett hölje av andra element eller mycket korta kedjor av primärpartiklar. Vid en metallhalt nere på 10% erhålles partiklar av Typ 3, kom-pakta och isometriska (dock ej sfäriska) täckta av ett tjockt hölje samt mycket korta kedjor av primärpartiklar. Se Figur 4 och Tabell 2.

Figur 4. I övre raden partiklar från svetsrök av Typ 1a och 1b, och i nedre raden av

Typ 2 och 3.

Tabell 2. Klassindelning av svetsrökspartiklar, elektroder, metallandel samt sammanslagen fluor och kiselandel Metod Kommersiell version Rutil1 Partikel- Metaller [%] F & Si Basisk typ (Cr, Mn, Fe, Ni, Cu) [%] Manuella SMAW ESAB OK 46.00 R 1a 49 9 SMAW Elga P 48S B 2 24 20 SMAW Elga Cromarod 316L R 3 10 23 SMAW ESAB OK 86.30 R 1a 56 9 Halvautomatiska (Gas) Skyddad GMAW ESAB OK Autrod 12.51 — 1a 67 2 GMAW ESAB OK Autrod 316L Si — 1a 59 3 MCAW ESAB OK Tubrod 14.01 — 1a 65 3 FCAW ESAB OK Tubrod 15.14 R 1a 43 10 FCAW ESAB Shield-Bright 316L Xtra R 2 25 21 Självskyddad FCAW ESAB OK Tubrodur 15.60 R 1b 53 8 1) R: rutil, B: basisk

8

Tre svetsrökprov analyserades med transmissionselektronmikroskopi med energidispersiv röntgenspektroskopi (TEM-EDS) samt elektronenergiförlustspektroskopi (TEM-EELS): ESAB OK Autrod 12.51 (låg andel mangan; hög andel järn), ESAB Shield-Bright 316L Xtra (låg andel mangan och järn) och ESAB OK Tubrodur 15.60 (hög andel mangan och järn). Partikelutseendet i röken ESAB OK Autrod 12.52 och i ESAB OK Tubrodur 15.60 är snarlika med inslag av stora och små partikelagglomerat (sfäriska ”bollar”) samt också stor andel väl-digt typiska partikelkedjor (se Figur 5). Röken från ESAB Shield-Bright 316L Xtra uppvisar mindre andel av ”svetstypiska” långa förgrenade kedjor. Vissa av partiklarna/ agglomeraten synes vara mer kompakta med inslag av olika inneslutna partikelformationer (se Figur 5). En del av partiklarna och agglomeraten ser ut som ”runda bollsamlingar”. Ett amorft skikt av tro-ligtvis någon kiseloxidförening omger vissa av dessa olika partikelformationer.

Figur 5. Vissa olika partikelformationer av svetsrök (fotograferade i ett transmissionsmikro-skop av Kjell Jansson, Stockholms universitet). Observera att de formationer som ovan i bild redovisas är inte de enda typerna av formationer som finns i respektive prov. En EELS-undersökning i transmissionselektronmikroskopet genomfördes för proverna ESAB Shield-Bright 316L Xtra och ESAB OK Tubrodur 15.60 för att undersöka om det var möjligt bestämma det huvudsakliga valenstalet för mangan i några olika partikelformationer (se även om medelvalenstal i avsnitt Röntgenabsorptionsspektroskopi nedan). Utvärderingen av detta är ännu inte färdig men förväntas vara klar under våren 2014. Som synes av Figur 5 tycks många ”bollar” bestå av mindre enheter (”pre-primärpartiklar”) med olika kemisk samman-sättning och varav vissa var kristallina medan andra var amorfa. Proverna har undersökts med tre olika röntgendiffraktionsinstrument med olika förutsättnin-gar för studier av svetsrök. Inom projektgruppen fanns tillgängligt en modern Panalytical X’pert röntgendiffraktometer (AM/USÖ), dock ej optimerad för denna typ av järnhaltiga pro-ver (ett röntgenrör med kopparanod ger störande bakgrundstrålning på grund av fluorescens vid högt järninnehåll). Sex av proverna analyserades initialt. De erhållna diffraktogramen vi-sade på hög järnfluorecens och har svaga och brusiga reflexer. Diffraktionsmönstret överens-stämde i stort med någon form av magnetitförening (Fe3O4). Någon datoriserad ”matchning” mot ICDD-databas (International Centre for Diffraction Data) har ej genomförts på grund av den låga kvalitén på diffraktogramen. Ej heller har några andra kristallina föreningar i röken

9

kunnat identifieras. Undersökningen kompletterades därför med studier med två andra rönt-gendiffraktometersystem (en vid MMK, Stockholms universitet (SU) samt ett annat system vid SWEREA/Kimab). Dessa två system ansågs ha möjlighet att reducera alternativt elimi-nera störande bakgrundsfluorescens. Vid SWEREA/Kimab studerades proverna ESAB OK Autrod 12.52, ESAB OK Tubrodur 15.60 och ESAB OK 46.00. Vid SU studerades proverna ESAB OK Autrod 12.52 och ESAB OK Tubrodur 15.60 samt kommer att studeras ESAB OK Tubrod 15.14, ESAB Shield-Bright 316L Xtra, ESAB OK Tubrodur 15.60 och ESAB OK 86.30 (resultaten från de fyra senaste förväntas bli klara under våren 2014). Det som hittills framkommit från dessa studier är att proverna ESAB OK Autrod 12.52, ESAB OK Tubrodur 15.60 samt ESAB OK 46.00 som analyserades vid SWEREA/Kimab visar på förekomst av någon magnetitförening med bäst ”matchning” mot en syntetisk magnetit, Fe2.9O4, (ICCD-databas, PDF-kort 09-2285). För prov ESAB OK Tubrodur 15.60 (med hög andel mangan (21%)) har även god ”matchning” erhållits mot PDF-kort 89-2807, en blandad mangan-järn-oxid (Mn0.43Fe2.57O4). Proverna ESAB OK Autrod 12.52 och ESAB OK Tubrodur 15.60 från studierna vid MMK/SU var ej av sådan kvalitet att någon datoriserad matchning genomfördes. Däremot kommer proverna ESAB OK Tubrod 15.14, ESAB Shield-Bright 316L Xtra, ESAB OK Tubrodur 15.60 och ESAB OK 86.30 med största sannolikt att kunna utvärderas då dessa nu analyseras med en instrumentering utrustad med ett röntgenrör med silveranod, varvid störande järnfluorescens ej längre ska föreligga. Samtliga tio svetsröksprover har studerats med hjälp av synkrotronbaserad röntgenabsorp-tionsspektroskopi (i detta fall XANES – ”X-ray Absorption Near Edge Structure”) vid MAX IV (tidigare MAXLab) i Lund. Som referenssubstanser användes rena pulver av mangan- och järnoxider (MnO, Mn3O4, Mn2O3, MnO2, Fe3O4, Fe2O3, etc.). Utseendet och läget vid respek-tive elements absorptionskant utvärderades med avseende på ”medelvalenstal” samt innehåll av de olika metalloxiderna (med lineär kombinationsanpassning). För järn så beräknades medelvalenstalet för samtliga prover till mellan ca +2,5 till +3, vilket överensstämmer väl med data från XRD-studierna ovan om att proverna innehåller någon typ av magnetitförening. Mängdandelen av specifikt Fe3O4 i sju av proverna har beräknats och varierar mellan ca 60-100%. ESAB OK Tubrodur 15.60 och ESAB OK Tubrod 14.01 indike-rar ett något annorlunda mönster med andelar av både metalliskt järn samt större andel av tre-värt järn (Fe2O3). Likaså ESAB OK 86.30 uppvisar ett annorlunda mönster med stor andel tre-värt järn men ingen förekomst av metalliskt järn. För mangan är inte XANES-utvärderingen helt slutförd då det visade sig att datainsamlingen av referenssubstansen (MnO2) måste göras om på grund av för hög självabsorption vid första analystillfället. En mycket preliminär be-räkning ger dock ett medelvalensvärde för alla prover på ca +2,6, vilket indikerar förekomst av någon Mn3O4-förening. Mängdandelen av specifikt Mn3O4 för samtliga tio prover varierar mellan ca 60-100% (fem av proverna mellan 80-100%), vilket kan jämföras även med järn och Fe3O4 ovan. Samtliga prover förutom ESAB OK Autrod 12.51, ESAB OK 86.30 samt Elga P 48S indikerar även en liten förekomst av små mängder metalliskt mangan (Mn(s)). Endast proverna ESAB OK Tubrodur 15.60 och Elga P 48S indikerar eventuell förekomst av Mn(IV)O2. En slutlig utvärdering av medelvalenstalen samt andelar beräknas vara färdig först under april/ maj 2014. Löslighetsanalysen visade att det var stor skillnad i löslighet mellan de olika metodernas svetsrök. Lösligheten för mangan i svetsröken för Elga Cromarod 316L var exceptionellt hög, 99%, å andra sidan var andelen mangan i svetsröken den lägsta för metoderna, ung. 2.7%. För tre metoder var manganet i svetsröken till mer än 20% olösligt, SMAW rutil på olegerat stål (OK 46.00) samt GMAW på både legerat och olegerat stål (OK Autrod 316L Si respektive

10

OK Autrod 12.51). För fyra metoder var minst 50% av manganet svårlösligt, SMAW basisk på olegerat stål (Elga P 48S), SMAW rutil-basisk på legerat stål med hög halt av mangan (OK 86.30), MCAW rutil (OK Tubrod 14.01) samt FCAW rutil utan skyddsgas på höglegerat stål (OK Tubrodur 15.60). Se Figur 6. En kristallanalys av både bulkprov respektive den olösliga fraktionen för den svetsmetod med högst andel olösligt mangan (SMAW rutil på olegerat stål) visade att både den lösliga och den olösliga fraktionen tycktes bestå av samma variant av järns mixade oxid, där 3% av järnet bytts ut mot andra metaller (troligen mangan eftersom varken krom eller nickel – som också kan bilda dessa blandoxider med järn – förekom i rö-ken). Det en var högre andel röntgenamorft mangan i den olösliga fraktionen än i bulkprovet, vilket är förvånande eftersom amorfa föreningar vanligen är mer lättlösliga än kristallina föreningar.

Figur 6. Sekventiell löslighet för mangan i fyra olika vätskor: Steg 1. 0,01 mol/liter

ammoniumacetat i vatten; Steg 2. 25 % ättiksyra; Steg 3. 0,1 mol/liter hydroxylamin-hydroklorid i 25 % ättiksyra och Steg 4. uppslutning i slutet kärl i mikrovågsugn

med en blandning av väteperoxid, salpetersyra och fluorvätesyra.

Diskussion I snitt var den beräknade deponeringen av mangan i alveolerna p.g.a. aerodynamisk avskilj-ning 5.3% av allt mangan i svetsröken för de manuella metoderna mot 3.6% för de semimanu-ella metoderna. Att dessa värden blir så låga beror på att den aerodynamiska massviktade par-tikelstorleksfördelningen har sitt maximum för så små partikelstorlekar att de inte avskiljs aerodynamiskt. Utifrån de uppmätta mobilitetsfördelningarna går det inte att skatta andelen mangan som avskiljs i alveolerna p.g.a. diffusion eftersom svetsrökspartiklarna har oregelbun-den form. Emellertid måste massmedianen ligga strax ovanför antalsmedianen, vilket innebär i intervallet 150-400 nm. För dessa storlekar är avskiljning med diffusion svag, så även en mindre andel av det luftburna mangan som inte avskiljs aerodynamiskt kommer att avskiljas med diffusion. Moderna för svetsrökspartiklar från de manuella metoderna var ung. 50 nm större än partiklarna från de semimanuella metoderna och dessa borde därför deponera med en lägre diffusiv effektivitet. Detta får till konsekvens att små variationer i svetsrökens partikel-storleksfördelning och andningsmönster kan orsaka stora skillnader i hur stor andel av svets-röken som faktiskt deponerar. (Att inte all svetsrök deponerar i alveolerna skall inte ses som att exponeringen därmed skulle vara mindre allvarlig, utan istället som att den verkliga effek-ten är betydligt större per deponerad partikel än per luftburen partikel.)

11

Trots att partiklarna kan klassas i tre olika klasser på grund av sin form (se Figur 4) tycks detta inte ha något samband med deras storleksfördelning (vare sig med den antalsviktade mobilitetsstorleksfördelningen eller med den manganmassviktade aerodynamiska storleks-fördelningen). Vi har inte lyckats bestämma vad den olösliga fraktionen består av. Att dess kristallina fas inte tycks skilja sig från bulkprovet för den svetsrök som innehöll störst andel olöslig skulle kunna innebära att den avgörande skillnaden mellan olöslig och svårlöslig man-gan är att olösligt mangan finns under ett skyddande skal av olösliga föreningar, förslagsvis innehållande kisel. (Eftersom vi har kvar prover kommer arbetet med att finna några samband mellan kemisk förening/struktur och löslighet att fortsätta.) Lättlösligt mangan var lättare att karaktärisera: Den metod vars svetsröksmangan var mest lättlöst, Elga Cromarod 316L (SMAW rutil på höglegerat stål), innehåller mycket höga halter av kalium (28%); De två metoder som var näst mest lättlösliga, två FCAW rutila på olegerat respektive höglegerat stål, innehöll bägge höga halter av natrium (5-6%). Lösligheten för mangan i svetsrök ökar med andelen fluor, alkali, krom samt nickel, men minskar med andel järn. Det verkar inte finnas något enkelt samband mellan löslighet och partikeltyp. Slutsatser Det är en betydande skillnad i mängden svetsrök som alstras med olika svetsmetoder, men varken de antalsviktade mobilitetsfördelningarna eller de manganmassviktade aerodynamiska partikelstorleksfördelningarna uppvisar stora skillnader beroende på svetsmetod. Svetsrök-partiklarna i större delen av de testade metoderna uppvisar den förväntade formen med långa kedjor med små primärpartiklar (5-50 nm). De övriga svetsmetoderna alstrar istället betydligt kortare kedjor av primärpartiklar eller mer kompakta partiklar som är täckta av ett hölje. Om detta hölje eller metallpartiklarna består av vattenlösliga salter (t.ex. fluorider) torde vatten-ånga som kondenserar på partikeln då den efter inandning transporteras ned i andningssyste-met mot alveolerna leda till att den växer i storlek och därför deponerar på ett annat ställe än vad som kan skattas utifrån des storlek och form i torr luft. Detta har inte undersökts i projek-tet och förutom två svenska konferensbidrag från åttiotalet finns i princip inget publicerat om detta i den internationella vetenskapliga litteraturen. Den olösliga manganfraktionen tycks bestå av blandad två- och trevärd oxid mellan (huvud-sakligen) järn och (en mindre andel) mangan, FexMn1-xO-Fe2-yMnyO3 Denna oxid (liksom blandoxiden av enbart järn) har en kristallstruktur som är en invers kubisk spinell. Det är betydande skillnad i löslighet för mangan i svetsröken – från 1% olösligt till 60% olösligt för två mycket vanliga rutila pinnsvetsmetoder – Elga Cromarod 316L för höglegerat stål respek-tive ESAB OK 46.00 för olegerat stål. Även den svårlösliga fraktionen varierade stort, för fyra metoder översteg denna fraktion 50%. Man kan misstänka att den svårlösliga fraktionen av det som deponerat i alveolerna kan komma att ligga kvar länge och kanske till stor del lösas upp när det redan lättlösliga manganet redan lösts upp och att mängden som löses upp per dag därför blir låg, och att kroppen därför har lättare att ta hand om detta mangan på ett sätt som erbjuder mindre möjligheter att penetrera blod-hjärnbarriären Lösligheten för mangan tycks vara minst lika väsentlig för att ge ett bra mått på exponeringen för mangan i svetsrök som totala mangankoncentrationen. Det går emellertid inte att utifrån dessa mätningar ge ett välunderbyggt förslag på vilken kombination av olika löslighetsfrak-tioner som bäst motsvarar vad som händer i alveolerna.

12

ii) Svetsares exponering för mangan och relation till mangan i olika blodkomponenter Etiskt tillstånd för provtagningarna på arbetsplatserna och motsvarande analyser har erhållits av EPN. Detta tillstånd har utvidgats en gång. Metoder Företag med svetsare som huvudsakligen använder varianter av de svetsmetoder som testats i projektets första del kontaktades för medverkan. Företagen fanns antingen bland kunderna hos Arbets- och miljömedicinska kliniken, Universitetssjukhuset i Örebro eller hos något av de deltagande svetsföretagen. Vid ett förbesök informerades om projektet, intresserade svetsare/ kontroller fick ett informationsblad, en enkät att fylla i fram till mätdagen och ett papper att signera om informerat samtycke. Vid mätningarna togs prover från alla svetsare som blev exponerade för mangan (oberoende av hur metoden förhöll sig till de som tidigare testats) och deltagande kontroller. Produktionen vid de deltagande företagen var varierad: rensning/ lag-ning vid gjuterier, underleverantör till tillverkningsindustrin, egen tillverkning av större och mindre konstruktioner. Tillverkningen skedde antingen i svetsbås eller i stora svetshallar. På några av företagen skedde produktionen i 2- eller 3-skift, och då mättes på alla skiften.

Figur 7. Den minicyklon som använts vid provtagningen av respirabelt damm

Personburen provtagning på respirabelt damm, respirabelt mangan och respirabelt järn ge-nomfördes med en liten minicyklon som delvis utvecklats inom projektet, se Figur 7. Denna cyklon följer kraven i SS-EN ISO10882-1:2011[4] och är monterad så att den är nära näsa/ mun oberoende av om svetsaren har sin svetsskärm på sig, respektive om den är upp- eller nedfälld. Provtagningen genomfördes under en arbetsdag/-skift och varade 1.2-9.6 timmar, med ett medelvärde på 6.5 timmar. Vid två platser per skift genomfördes även stationära mätningar med provtagning av inhalerbart damm och respirabelt damm med minicyklonen och en traditionell cyklon. Vid de två sist besökta företagen genomfördes dessutom stationära mätningar dels med det direktvisande instrumentet för deponerad partikelarea i alveolerna, dels med två provtagare för de aerosolfraktioner som deponerar i alveolerna respektive i yttre delarna av näsan. Dessa provtagare har utvecklats inom det europeiska FP7-projektet nanoDEVICE och har använts för att bestämma koncentrationen mangan som deponerar. Filterproverna har analyserats gravimetriskt och med ICP-MS för mangan och järn med samma metod som användes för kaskadimpaktor-proverna från karaktäriseringen av svets-

13

metoderna. Den gravimetriska dammbestämningen gjordes på en Mettler Toledo MX5 filter-våg enligt metod AME 11:03. Mangan och järn analyserades på en HP 4500-100 ICP-MS och metod AME 11:20 efter uppslutning i slutet kärl i mikrovågsugn SEM MARS 5 med en blandning av väteperoxid, salpetersyra och fluorvätesyra. Både AME 11:03 och AME 11:20 är AMM/USÖs interna SWEDAC-ackrediterade metoder. Vid slutet av arbetspasset togs blodprov från försökspersonerna. För att undvika kontamine-ring av mangan från kanyl och mandräng fylldes blodprovrören i öppnat skick direkt via kran på infartskatetern. Samtliga rör vaggades 15 minuter efter provtagning och lades sedan i kyl-väska. Prover togs för helblod (B), plasma (P), serum (S) och blodkroppsgröt (ELT), CRP, järn och ferritin. Proverna för plasma, serum och blodkroppar separerades på lab och därefter frystes proverna till -20°C. CRP, järn och ferritin analyserades på klinkemiska laboratoriet vid Universitetssjukhuset i Örebro medan helblod, plasma och blodkroppsgröt analyserades på mangan och järn vid ett kommersiellt laboratorium. Serumproverna analyserades vid HZM och redovisas nedan i ett separat avsnitt. Både svetsare och kontroller fick besvara en enkät med frågor om ålder, tid i yrket, tidigare arbeten, använda svetsmetoder, hälsa, intag av mediciner, naturläkemedel, vitamin- och kost-tillskott, tidigare sjukdomar, rökvanor, dricksvatten, m.m. Tre olika mått har använts för att skatta exponeringen för mangan: koncentrationen vid prov-tagningstillfället, antalet år som svetsare, samt produkten av de två tidigare måtten. Skillnaden i koncentration av mangan och järn i blodfraktionerna B, P & ELT mellan grupperna svetsare och kontroller har testats med både ett parametriskt test (Welch-Aspins version av Students t-test) och ett icke-parametriskt test (Wilcoxons test). De ger i allmänhet samma resultat, även om signifikansnivåerna ibland skiljer sig åt. Resultat Totalt togs både prov på respirabelt damm och blodprov från 71 svetsare och blodprov togs på 29 kontroller. Som grupp har kontrollerna ofta tjänster som innebär produktions-, personal- eller företagsledning. Kontrollerna har en högre genomsnittlig ålder (46.6 år) mot 41.0 för svetsarna. Andelen kvinnor var högre bland kontrollerna än för svetsarna. Andelen rökare var betydligt högre bland svetsarna. Det var ingen skillnad mellan svetsarna och kontrollerna vad avsåg de klinkemiska analyserna. Proverna visade att en svetsare kunde misstänkas ha hemokromatos och han informerades om detta och blev ombedd utreda det. Misstankarna kunde senare bekräftas och dennes blod-värden har strukits från slutliga analysen. Två kontroller uppgav i enkäten att de svetsade 2 h per vecka och även de ströks från den slutliga analysen. Det visade sig svårt att begränsa urvalet av svetsare till de som arbetade enbart med ett urval av variationer av de svetsmetoder som testats i projektets första del. För FCAW rutil på olege-rat stål och GMAW på olegerat stål deltog dock 21 respektive 19 svetsare. För metoderna MCAW på olegerat stål, FCAW på höglegerat stål, SMAW basisk på låglegerat stål, GTAW på låglegerat stål samt SAW på låglegerat stål deltog enbart 4-6 svetsare per metod. (GTAW går även under namnet TIG och SAW betyder submerged arc welding och innebär att svets-smältan skyddas av ett lager med pulver.) För metoderna SMAW belagd elektrod på lågle-gerat stål, SMAW rutil på höglegerat stål, SMAW basisk Zr på höglegerat stål, GMAW på legeringar utan järn, GMAW på höglegerat stål, GTAW på höglegerat stål samt SAW på ole-gerat stål erhölls deltog enbart 1-2 svetsare per metod, totalt 9 svetsare. Se Tabell 3.

14

Tabell 3. Svetsmetoder för vilka mätningar gjorts samt skattade 95% konfidensintervall1 för manganexponeringens geometriska medelvärde Svetsmetod Stål- Antal Konfidensintervall Kvalitet [mg/m3] SMAW Basisk lLS 7 0.003–0.055 GTAW lLS 4 0.001–0.104 SAW lLS 5 0.001–0.020 GMAW oLS 19 0.030–0.065 MCAW oLS 6 0.072–0.268 FCAW Rutil oLS 21 0.078–0.183 FCAW Rutil hLS 4 0.027–0.702 1) Under antagande att uppmätta koncentrationer är log-normalfördelade Vid en jämförelse med de svenska hygieniska gränsvärdena för respirabelt mangan (0.1 mg/m3), järn (3.5 mg/m3) samt damm (5 mg/m3), visade det sig att gränsvärdet över-skreds för 30% av manganexponeringarna, medan enbart en svetsare överskred gränsvärdena för både järn och respirabelt damm, och ytterligare en för respirabelt damm. Fördelningen av mangankoncentrationerna var log-normal med två moder, med den ena moden på 0.1 mg/m3 och den andra på 0.01 mg/m3). Den övre moden stod för 65% av alla uppmätta exponeringar och bestod huvudsakligen av FCAW, GMAW på låglegerat stål, SMAW basisk Zr och SMAW rutil (bägge SMAW på höglegerat stål), medan SMAW basisk på låglegerat stål, GMAW på höglegerat stål, GTAW och SAW genererade 10 ggr lägre exponeringar. Se Figur 8.

Figur 8. Fördelningen av svetsarnas manganexponering. Röd vertikal linje indikerar et

svenska gränsvärdet (0.1 mg/m3). Den svarta kurvan visar den bimodala fördelningen av exponeringarna. De svetsmetoder som markerats med fet stil i teckenförklaringen är de som mestadels återfinns i den övre moden. Den svarta vertikala linjen vid 0.02 mg/m3 visar den

exponering där frekvensfunktionen för de bägge moderna har samma värde.

För svetsare som arbetar med GMAW eller FCAW blir det ingen systematisk skillnad i respi-rabelt mangan beroende på användning av andningsskydd eller huruvida punktutsug fanns på arbetsplatsen. För de svetsare som använder andra svetsmetoder än GMAW eller FCAW och använder andningsskydd 50-75% av arbetstiden är exponeringen för de med punktutsug signi-fikant 13 ggr lägre än för de utan punkutsug. Detta kan dock istället bero vilken produktion de

15

arbetar med (dvs. vilket företag de arbetar på) eftersom användningen av punktutsug är rätt homogen per arbetsplats. Minicyklonen har fungerat bra, men blev lite för tung, så nästa version behöver optimera godstjockleken eller t.ex. tillverka den i aluminium istället för brons vilket skulle minska vikten med 70%. Regression mellan koncentrationer respirabelt damm uppmätta stationärt med den designade minicyklonen och den traditionella cyklonen uppvisade ett lineärt sam-band med lutningskoefficient och r2 lika med 1.11 respektive 0.95, då dammkoncentrationen var lägre än 1 mg/m3. Mätningarna med depositionsprovtagarna på två stationära positioner på två arbetsplatser visade att i snitt deponerade 4-12% av respirabelt mangan i alveolerna medan 0.3-2% deponerade p.g.a. diffusion i yttre näsan. Mätningarna med det direktvisande instru-mentet för partikelarean för deponerad aerosolfaktion i alveolerna visade att trots att partiklar-nas antalskoncentration varierade med en faktor 1.9 mellan två företag varierade den depone-rade partikelarean med en faktor 4.5 och att den karaktäristiska partikelstorleken var 45% större. På ett av företagen var halten tyvärr för hög så att mätningarna blev oanvändbara och instrumentet behöver därför modifieras för att klara de höga partikelhalterna i svetsrök. Distributioner för mangan och järn i B-, P- och ELT-fraktioner av blod för grupperna av svet-sare och kontroller visas i Tabell 4 och Figur 9-10. Alla fördelningarna är log-normala, antin-gen med en eller två moder. Förutom för Fe-B och Fe-ELT är alla Mn- och Fe-koncentratio-ner och deras koncentrationskvoter signifikant skilda mellan de två grupperna svetsare och kontroller. Det är en stor skillnad mellan förmågan för olika mätstorheter att urskilja gruppen av svetsare från gruppen av kontroller. Skattade signifikansnivåer sträcker sig från strax under 0.05 ned till 15·10-6. Trots att skillnaden mellan svetsargruppens och kontrollgruppens blod för Mn och Mn/Fe-kvoter, samt i ett fall för Fe, är mycket signifikant är de inte samma enty-diga uppdelning för individuella svetsare eller kontroller. För mått där skillnaden mellan grup-perna svetsare och kontroller är signifikant, är andelen kontroller vars värden överskrider re-spektive understiger (beroende på om geometriska medelvärdet för svetsarna är större eller mindre än det för kontrollerna) medianen för svetsarna anmärkningsvärt hög, 10-30% bero-ende på mått. För samma mått är andelen svetsare vars värden överskrider det maximala re-spektive understiger det minimala värdet för kontrollerna lågt, 0-25%. Ett lågt värde på den första andelen och ett högt på den andra andelen skulle för detta mått göra det möjligt att se vilka individuella svetsare som hade betydligt högre koncentrationer än kontrollerna. Data visar att det enbart är ett fåtal svetsare som har högre (lägre) koncentration är alla kontrol-lerna. Variationen i mangankoncentrationerna beror inte på försökspersonernas ålder.

16

Figur 9. Fördelningen för mangankoncentration i plasma för svetsare och kontroller.

Värdena inom ellipsen nere till vänster var under kvantifieringsgränsen.

Figur 10. Fördelningen för kvoten mangankoncentration/järnkoncentration

för blodkroppsgröt för svetsare och kontroller

Två personers blodvärden (för en försöksperson som tog antitumörmedicin och en som åt ett speciellt vitamintillskott) var extrema ur flera aspekter, men inte så extrema att de drastiskt ändrat någon slutsats varför de har behållits i databasen. Regression har gjorts mellan Mn-B, Mn-P, Mn-ELT, (Mn/Fe)-B, (Mn/Fe)-ELT, (Mn/Fe)-P samt Mn-ELT/Fe-P mot de tre olika måtten på svetsarnas mangan exponering. Maximalt r2=0.13 erhölls för Mn-B mot respirabelt mangan (Mn-R). Se Figur 11. För Mn-B och Mn-P var regressionskoefficienten signifikant, men det saknar intresse då r2 var så låg. Med expo-neringsmåttet ”arbetstid som svetsare” var r2 i princip 0.00. För de Mn-koncentrationer och Mn/Fe-koncentrationskvoter som resulterade i signifikanta skillnader mellan grupperna av svetsare respektive kontroller, testades hur svetsmetoderna skiljde sig från kontrollerna. Det var enbart gruppen av svetsare som använde FCAW rutil på olegerat stål som genomgående skiljde sig signifikant från gruppen kontroller enligt dessa mått. Å andra sidan, vad gäller Fe-P skiljde sig alla svetsmetoder utom SAW på låglegerat stål från gruppen av kontroller.

17

Tab

ell 4

. Sam

man

fatta

nde

data

för

man

gan

och

järn

i ol

ika

blod

frak

tione

r fö

r gr

uppe

rna

svet

sare

och

kon

trol

ler

p-

värd

en

S

vets

are

Kon

trolle

r Te

st p

å sk

illna

den

mel

lan

And

el K

ontro

ller

A

ndel

Sve

tsar

e

gru

pper

na (s

anno

likhe

t)

stör

re/m

indr

e än

>m

ax(K

) res

pekt

ive

GM

a

GSD

a G

M

G

SD

Stud

ents

t W

ilcox

on

m

edia

n(S)

d

<m

in(K

)d R

espi

rabe

lt da

mm

[mg/

m3 ]

1.1

2.

22

Res

pira

belt

Fe [m

g/m

3 ] – F

e-R

b 0.

53

1

.96

Res

pira

belt

Mn

[µg/

m3 ] –

Mn-

Rb

0.04

5

4.7

7 M

n i h

elbl

od [µ

g/L]

– M

n-B

9.

5

1.45

7

.1

1.

32

0.

0000

82

0.

0004

2

0.1

9 0.

15

Fe i

helb

lod

[mg/

L] –

Fe-

B

438

1.3

6b 43

6

1.

22

0.

931

0.

21

0

.33

0.04

M

n i b

lodk

ropp

ar [µ

g/L]

– M

n-E

LT

17

1

.40

12

1.37

0.00

0051

0.00

013

0

.15

0.23

Fe

i bl

odkr

oppa

r [m

g/L]

– F

e-EL

T 77

5

1

.25b

793

1.37

b

0.73

7

0.07

7

0.3

3 0.

01

Mn

i pla

sma

[µg/

L] –

Mn-

P 0.

58

1

.50c

0.4

7

1.54

0.03

0

0.01

1

0.3

0 0.

03

Fe i

plas

ma

[mg/

L] –

Fe-

P 0.

92

1

.40

1.1

4

1.60

0.03

0

0.00

63

0

.26

0.00

M

n/Fe

-kvo

t i h

elbl

od [–

] – (M

n/Fe

)-B

2.

2·10

-5

1.40

1.

6·10

-5 1

.30

0.

0000

40

0.

0001

8

0.1

9 0.

25

Mn/

Fe-k

vot i

blo

dkro

ppar

[–] –

(Mn/

Fe)-E

LT

2.1

·10-5

1.

39

1.5·

10-5

1.5

8c

0.00

11

0.

0000

32

0

.19

0.00

M

n/Fe

-kvo

t i p

lasm

a [–

] – (M

n/Fe

)-P

6.3·

10-4

1.

64

4.1·

10-4

1.6

5c

0.00

033

0.

0002

5

0.1

5 0.

10

Kom

bine

rad

Mn/

Fe-k

vot [

–] M

n-E

/Fe-

P 0.

018

1

.63

0.01

1

1.93

b

0.00

039

0.

0000

15

0

.11

0.00

a)

GM

= G

eom

etris

kt m

edel

värd

e, G

SD =

Geo

met

risk

stan

dard

avvi

kels

e b)

Dis

tribu

tione

n är

ege

ntlig

en b

imod

al m

ed sv

ans

i ned

re ä

ndan

c)

Dis

tribu

tione

n är

ege

ntlig

en b

imod

al m

ed sv

ans i

övr

e än

dan

d) S

= S

vets

are,

K =

Kon

trolle

r – A

ndel

en ”

stör

re ä

n” b

eräk

nas o

m G

M(S

)>G

M(K

) och

om

vänt

om

GM

(S)<

GM

(K)

Anm

. Måt

t på

expo

nerin

g fö

r man

gan

i sve

tsrö

k fö

r vilk

a gr

uppe

n sv

etsa

re ä

r sta

tistis

kt si

gnifi

kant

skilj

er si

g fr

ån g

rupp

en k

ontro

ller ä

r mar

kera

de m

ed fe

t st

il.

18

Figur 11. Mangan i blod (Mn-B) plottat mot den respirabla manganhalten (Mn-R) med

svetsmetod som parameter. Värdet för r2 avser regressionen av Mn-B mot Mn-R.

Diskussion Då det enbart för två metoder togs prover från ungefär 20 svetsare är det främst för dessa som det skulle kunna gå att erhålla statistiskt signifikanta skillnader mellan metoder respektive mellan enskilda svetsmetoder och kontroller. Vi har bedömt att trots att det är stor skillnad i socioekonomisk position mellan svetsarna och kontrollerna borde inte detta ha någon inver-kan på hur levern hanterar ökade halter av mangan i blodet från exponering för mangan i svetsrök, liksom förmodligen inte heller på förmågan för mangan att med rätt transportör att passera blod-hjärnbarriären. Vi fann att 30% av de svetsare som deltar i projektet ligger över det svenska gränsvärdet för mangan. Inom projektet har vi inte på något sätt letat efter höga exponeringar, utan snarare efter intressanta svetsmetoder. Den anmärkningsvärt höga andelen överskridanden för man-gan säger tyvärr en hel del om kvaliteten i skyddsingenjörers, arbetsmiljökommittéers och produktionsledares förebyggande arbetsmiljöarbete. Det mest slående resultatet är den stora individuella spridningen för mangan och järn för olika blodfraktioner, se Tabell 4 och t.ex. Figur 9. Den är ungefär lika stor för svetsare som för kon-troller. Detta beror förmodligen dels på manganinnehållet i varje individs föda, vatten och innehållet i eventuella tillskott, men även på hur väl varje enskild människas homeostas fun-gerar för mangan. Trots den stora individuella variationen i mangan- och järnkoncentrationer i olika blodfraktioner visade det sig inte vara några problem med att se en mycket tydlig skill-nad mellan de två grupperna svetsare och kontroller, trots att flera svetsmetoder genererade mycket låga manganhalter. Däremot klarar inget av de mått som redogjorts för i det här av-snittet av att med hög säkerhet peka ut vilka individer som har exponerats för mangan i svets-rök. Det finns alltid kontroller som har blodvärden liknande svetsarnas. Se de två sista kolum-nerna i Tabell 4. Ett mycket lågt värde i näst sista kolumnen och ett mycket högt den sista ko-lumnen skulle vara en indikation på att motsvarande mått skulle ha denna kapacitet. Istället är det så att de mått som har bäst förmåga att särskilja de två grupperna svetsare och kontroller har sämst förmåga placera individer i rätt grupp. Eftersom det uppenbart finns en tydlig skill-nad mellan grupperna av svetsare och kontroller baserat på de mått som redovisats ovan, men att denna skillnad inte går att se på individuell nivå, räcker inte dessa mått som identifiering av individer som exponerats för svetsrök. Minskad järnhalt i plasma vid samtidig hög expone-ring för mangan har tidigare rapporterats för smältverksarbetare.[5] Allvarliga leverskador,

19

som bl. a. levercirrhos (skrumplever), leder även de till höga manganhalter i blodet och till liknande kliniska symptom som vid manganism.[6] Den statistsikt sett mest signifikanta skillnaden mellan mangankoncentrationer för gruppen svetsare respektive kontroller erhölls för blodkroppsgröt (erytrocyter, leukocyter och trombo-cyter, ELT) som till lejonparten består av röda blodkroppar (erytrocyter). Så länge manganet är bundet inne i de röda blodkropparna kan det inte passera blod-hjärnbarriären. När de röda blodkropparna efter 3-4 månaders livslängd tjänat ut, bryts de ned och dess beståndsdelar re-cirkuleras i blodet. Det är i dagsläget okänt hur detta mangan då tas om hand, men förmod-ligen kommer det att bindas till vanliga transportörer i plasmat vilkas mangan kan passera blod-hjärnbarriären, som transferrin, citrater och hydratiserad jon, och förutom det mangan som binds till citrater kan även det tas upp på nytt av växande nya röda blodkroppar.[7] Vi fann inga signifikanta samband mellan respirabla manganhalter och något mått på mangan-exponering i någon av blodfraktioner. Detta beror förmodligen på flera saker, varav följande kan nämnas: 1) Den stora individuella variationen i blodets mangankoncentration, oberoende av om man exponeras för svetsrök eller om man enbart får i sig mangan via föda etc.; 2) För mangan i svetsrök från olika metoder är det en märkbar skillnad i andelen lättlöslig respektive svårlöslig mangan vilket påverkar den hastighet med vilken deponerat mangan löses upp och transporteras från alveolerna över till blodet; 3) Det är inte den del av den luftburna svets-röken som kommer att deponera i alveolerna som mäts med föravskiljare för den respirabla fraktionen eftersom den respirabla fraktionen även provtar den stora andel av svetsröken som inte deponerar utan istället följer med luften vid utandning; samt 4) Mangan som tagits upp/ lagrats i de röda blodkropparna fungerar som ett stort mellanlager som efter ungefär två må-nader återlämnar till plasmat det mangan som tagits om hand innan det på nytt delvis absorbe-ras av nya röda blodkroppar. Den provtagare för den aerosolfraktion som deponerar i alveolerna som testats i projektet bör vidareutvecklas så den kan användas mer rutinmässigt. Vilken upplöst fraktion av respirabelt mangan som bäst motsvarar det som löses upp i alveolerna och transporteras av blodet kan enbart testas i ett projekt där båda storheterna mäts (förmodligen över en längre tidsperiod) och det har inte varit möjligt i detta projektet. Enbart för svetsare som använde FCAW rutil på olegerat stål var det genomgående signifi-kanta skillnader gentemot kontrollerna för alla de mått på blodets mangankoncentration som redovisats ovan. Detta beror på att det fanns data på ungefär 20 svetsare som använde denna metod, vilket minskade det slumpmässiga felet, och att denna metod alstrar några av de högsta koncentrationerna. Även för GMAW på olegerat stål deltog ungefär 20 svetsare (även här tillräckligt för att få ett kompakt konfidensintervall), men denna metod alstrar betydligt lägre koncentrationer som med de mått på blodets mangankoncentration som redovisats ovan inte gick att skilja från kontrollerna. Den lägre järnkoncentration svetsare får i plasma måste ses som ett viktigt tecken på att homeostasen förskjutits på grund av den ökande mangankon-centrationen från svetsröken. Att svetsarnas järnkoncentrationer i plasma för alla metoder utom en svarar så tydligt på manganexponeringen är ett tydligt tecken på att de exponerats för mangan, även om koncentrationerna av respirabelt mangan för flera av metoderna var låga. Slutsatser I flera blodfraktioner är skillnaderna tydliga vad gäller halter mellan grupperna svetsare och kontroller för mangan- och järnkoncentrationer, samt kvoter dem emellan. Variationen i expo-nering för mangan i svetsrök på mätdagen kan inte förklara variationen i de olika måtten på

20

mangan i blod. Vi misstänker att detta kan bero på den stora individuella variationen i homeo-stas; att en stor mängd mangan lagras i blodet (och på andra ställen i kroppen) och långsamt kommer att ”läcka” tillbaka till plasma; att den fraktion av svetsrök provtas inte är den som deponerar i alveolerna; samt att totala halten i hela provet analyseras istället för främst de vattenlösliga, lättlösliga och svårlösliga fraktionerna. Trots att det är enkelt att se skillnader mellan grupperna svetsare och kontroller baserade på flera olika mått på mangan och/eller järn i olika bodfraktioner, är det på grund av den stora individuella variationen omöjligt att utifrån något av dessa mått på bloddata se vilka personer som exponerats för mangan via svetsrök. iii) Mangantransportörer i serum För att få klarhet i hur mangan transporterades (dvs. till vilka ligander mangan var bundet) i plasma analyserades serumproverna från svetsarna och kontrollerna med SEC-ICP-DRC-MS (Size Exclusion Chromatography – Inductively Coupled Plasma – Dynamic Reaction Cell – Mass Spectroscopy). Mangan i plasma/serum transporteras huvudsakligen bundet till följande ligander: α2-makroglobulin och oxalatoxidas, albumin och transferrin, lågmolekylära ligander (huvudsakligen citrater) samt som hydratiserad Mn(II+)-jon. Dessa ligander har mycket olika storlek (~170 kDa, ~73±5 kDa, 0.43 kDa respektive 0.11 kDa) och genom en skonsam gelfil-trering (SEC) kan man separera de olika transportörerna (beroende på dess storlek) i serum/ plasma från varandra och bestämma hur mycket mangan respektive järn etc. som de transpor-terar. Mangan som är bundet till transferrin eller citrater samt den hydratiserade jonen kan ta sig igenom blod-hjärnbarriären, övrigt mangan i plasma stängs ute från hjärnan. Det är bara det mangan som kan ta sig genom blod-hjärnbarriären som kan ackumuleras i de basala gang-lierna och därefter ev. påverka hjärnan funktion. Metoder Vid blodprovtagningen ute på svetsverkstäderna togs även prov i serumrör. Vid den efterföl-jande upparbetningen avskiljdes övriga blodkomponenter och serumet frystes ned till -20°C. Nedfruset blod transporterades till München. Analyserna utfördes vid Institute of Ecological Chemistry, Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt. Vid analys tinades ett prov och två analyser genomfördes – en på totalmängden av mangan respektive järn i provet samt ett för bestämning av metallmängden per transportör-fraktion. Efter analysen av den första sändningen (~40% av alla prov) upptäcktes ett fel i ana-lysen. Det verkade (enligt analysen) inte finnas något järn var bundet till transferrin, vilket var en omöjlighet. Det järn som borde funnits i transferrinfraktionen verkade ha påverkats av ned-frysningen/ upptiningen så att en del kom ut för större molekyler och en del som hydratise-rade joner och enbart en mindre del kvar som transferrin/albumin. Detta ledde till att avskilj-ningssteget (SEC) splittrades upp på två steg – en för de största liganderna och en för de minsta, varefter dessa analyser kördes om. Ett annat problem var att serumproverna för flera deltagare verkade blivit kontaminerade – antingen vid provtagningen, upparbetningen eller analysen. De kördes då om med blod från det alternativa provet, och ifall även det provet var kontaminerat analyserades blodplasma istället för blodserum. Detta resulterade i att 18 serum-prover bedömdes som så kontaminerade att plasmaprovet istället användes. (Som jämförelse tyckets enbart ett plasmaprov vara kontaminerat i jämförelse med serumproverna.) Emellertid erhöll det tyska laboratoriet för sju plasmaprover mer än 2.3 ggr högre manganhalt än det svenska laboratoriet (för vilka det svenska laboratoriet hade erhållit resultat under kvantifi-eringsgränsen för fyra prover) varför det beslöts att betrakta även dessa som kontaminerade och de ströks från den fortsatta analysen. Antalet svetsare och kontroller vars serum- eller

21

plasmaprover analyserats på mangantransportörer hade därmed reducerats till 66 respektive 26. Av dessa 92 prover var 15 plasmaprover och de övriga från serum. Värden mindre än kvantifieringsgränsen har skattas med den ”robusta” metoden ”regression på ordningsföljder” med programmet proUCL 5.0 från USEPA. Konfidensellipser för vänte-värdet (sanna medelvärdet) för flerdimensionella data har skattats med Hotellings T2-metod för simultana konfidensintervall. Konfidensgraden har satts till 95%. Resultat En av de tydligaste skillnaderna mellan grupperna av svetsare och kontroller är att mängden mangan som transporteras med α2-makroglobulin/oxalatoxidas i en femtedel av proverna var under detektionsgränsen för svetsarna men bara för var tjugofemte kontroll. De övriga stora skillnaderna för svetsarna som grupp jämfört med kontrollerna är att de har högre koncentra-tion av mangan transporterat som citrat och hydratiserad jon, samt lägre koncentration man-gan bundet till liganden α2-makroglobulin/oxalatoxidas, se Tabell 5 och Figur 12. Även här ses en stor individuell spridning. Figur 12 visar att de svetsmetoder för vilka störst mängd mangan är citratbundet är SMAW samt GMAW på olegerat stål. Tabell 5. Sammanfattande data för manganhalten i serum (fördelat på olika transportörer) för grupperna svetsare och kontroller Transportör Svetsare Kontroller GMa GSDa GM GSD Serum [ng/L] 745 1.4 552 1.4 α2-makroglobulin & oxalatoxidas [ng/L] 60 3.2 101 1.9 transferrin & albumin [ng/L] 18 3.9 16 2.4 citrater [ng/L] 155 2.8 67 2.3 hydratiserad jon [ng/L] 79 4.0 52 3.4 Kvot Mn-S[Citr]/Mn-S[α2-mG] [–] 2.6 6.4 0.7 2.4 a) GM = Geometriskt medelvärde, GSD = Geometrisk standardavvikelse

Figur 12. Fördelningen för koncentrationen av citratbundet mangan i serum för

svetsare(grupperade efter svetsmetod) och kontroller. Värdena inom ellipsen nere till höger var under detektionsgränsen men har skattats proUCL.

För att sammanfatta och förstärka skillnaderna mellan grupperna svetsare och kontroller beräknas ett nytt mått, y, baserat på serumfraktionerna citrater (Mn-S[Citr]) och α2-makro-globulin/oxalatoxidas (Mn-S[α2-mG])

22

y =Mn-S[Citr]

Mn-S[!2-mG]

.

Se Figur 13 med de numeriska värdena i Tabell 5. Noterbart är att det största värdet för en kontroll enligt detta mått är mindre än svetsarnas median. Detta mått, baserat på serumfrak-tionerna, är oberoende av (okorrelerat med) det bästa måttet på mangan och järn i plasma respektive blodkroppsgröt, Mn-ERT/Fe-P.

Figur 13. Fördelningen för kvoten mellan koncentration av mangan bundet till citrater i

serum och koncentration mangan bundet till α2-makroglobuin för svetsare(grupperade efter svetsmetod) och kontroller

I Figur 14 plottas svetsarnas (grupperade efter svetsmetod) och kontrollernas värden för de två måtten, Mn-ERT/Fe-P respektive Mn-S[Citr]/Mn-S[α2-mG]. Den streckade tegelstensröda linjen markerar ett område som omfattar alla kontroller och 20% av svetsarna. De svetsare vars bloddata ligger utanför denna figur avviker från alla kontrollernas blod. För de tre grup-per som omfattade minst 18 försökspersoner (FCAW rutil respektive GMAW på låglegerat stål, samt kontrollerna) har konfidensellipser för väntevärdet (sanna medelvärdet) för bloddata plottats. För de svetsmetoder för vilka vi enbart mätte på 4-7 svetsare blir osäkerheten så stor att ellipsen fyller praktiskt taget hela diagrammet och saknar betydelse. Konfidensellipsen för FCAW rutil på låglegerat stål skär inte kontrollernas konfidensellips, medan konfidensellip-sen för GMAW på låglegerat stål skär in yttre delarna av i kontrollernas konfidensellips. Bloddata för de tre SMAW-metoderna (basisk på låglegerat stål samt två metoder för hög-legerat stål – röda och kakifärgade cirklar) ligger alla i diagrammets övre del, och dessa har kombinerats till konfidensellips för SMAW. Denna ellips ligger väl separerad från kontrol-lernas.

23

Figur 14. Diagram över svetsarnas och kontrollernas bloddata plottade mot två koncentra-

tionskvoter med svetsmetod som parameter – på x-axeln mangan i blodkroppsgröt (Mn-ERT) relativt järn i plasma (Fe-P) och på y-axeln mangan transporterat med citrat i serum

(Mn-S[Citr]) relativt mangan transporterat med α2-makroglobulin i serum (Mn-S[α2-mG]). Ellipserna är 95% simultana konfidensintervall för respektive svetsmetod samt kontrollerna.

Den tegelstensröda streckade linjen separerar gruppen kontroller från 80% av svetsarna. Diskussion Mangan som transporteras med citrater (i plasma/serum) kan passera blod-hjärnbarriären. Det finns gott om fria citrater i blodet och manganjoner som på något sätt transporterats från alveolerna till blodet kan lätt bindas till dessa. Å andra sidan är α2-makroglobulin en ligand som levern parar ihop med mangan och den är inte en transportör som associeras med yrkes- eller miljömässig exponering för höga manganhalter. Kvoten dem emellan uttrycker förhål-landet mellan mangan som kan ha kommit till blodet via alveolerna relativt det som gått den ”vanliga” vägen via födan. Vi har ovan visat att denna kvot är en av de bästa indikatorerna på exponering för mangan i svetsrök vad avser transportörerna i plasma/serum. Detta mått på ex-ponering för mangan i svetsrök är oberoende av det mått som erhållits tidigare och som base-ras på kvoten mellan koncentrationen mangan i blodkroppsgröt och koncentrationen järn i plasma (Mn-ERT/Fe-P). De två måtten beskriver därför exponeringen för mangan på olika sätt. Mängden mangan i blodkroppsgröt är ett mått på exponeringen över de senaste måna-derna eller kanske t.o.m. åren. Eftersom de röda blodkropparnas livslängd är ung. 100 dagar och när en röd blodkropp dör cirkuleras dess innehåll i blodet och tas delvis upp av växande röda blodkroppar. Halveringstiden för detta mangan okänd. De manganjoner som inte trans-porteras av transferrin kommer att tas om hand av antingen citrater eller hydratiseras. Mangan transporterat med alla dessa tre transportörer kan passera blod-hjärnbarriären. De nya blod-kropparna kan ta upp både transferrin-transporterat och hydratiserat mangan, men ingen har rapporterat att även citratbundet mangan kan tas upp.[7] Höga halter av citratbundet mangan har därmed två källor, vilka bägge grundas på tidigare ex-ponering. Mangan i svetsrök som deponerat i alveolerna kommer att frigöras under en tids-period vars längd beror på lösligheten för manganets kemiska föreningar. När dessa mangan-joner kommer ut i blodet kommer en väsentlig del att absorberas in i de röda blodkropparna varpå de frisläpps när den röda blodkroppen levt ”färdigt”. Som en konsekvens av detta torde koncentrationen respirabelt mangan uppmätt en viss arbetsdag ha liten betydelse för koncen-trationen av mangan i de röda blodkropparna respektive i plasma. Vilket stämmer väl överens med våra resultat. Oberoende av ursprung kan emellertid höga koncentrationer av citratbundet

24

mangan kan leda till ökad passage av mangan genom blod-hjärnbarriären och därmed en ökad ackumulering av mangan i basala ganglierna med de hälsorisker det eventuellt innebär. Denna stora tidsfördröjning mellan exponering för mangan och mangankoncentrationen för olika blodkomponenter och transportörer i plasma, tillsammans med den stora individuella variationen, bekräftar rimligheten det angreppssätt som togs i detta projekt – nämligen att studera grupper av svetsare med likartad exponering vad avser vilken svetsmetod som alstrat svetsröken snarare än mangankoncentrationen i respirabelt damm (Mn-R). För tre svetsmetoder, SMAW basisk på låglegerat stål, GTAW samt SAW, var exponeringen för respirabelt mangan låg. Figur 14 visar för de två grupperna SMAW-svetsare (basisk på låglegerat stål, röda cirklar [låg exponering], respektive höglegerat stål, kakifärgade cirklar [hög exponering]) att trots skillnaderna i exponering för mangan i svetsröken hamnar vänte-värdet för bägge grupperna kombinerat signifikant från kontrollernas väntevärde. Trots att dessa svetsares värden i x-led (vilket speglar hur mycket mangan som ackumulerats i de röda blodkropparna) är ungefär desamma som för kontrollerna, skiljer de sig drastiskt från kontrol-lerna i y-led (vilket speglar förekomsten av citrattransporterat mangan i blodet). Trots den låga exponeringen har SMAW-svetsarna som grupp erhållit signifikant högre koncentration av citrattransporterat mangan, vilket kan passera blodhjärnbarriären och ackumuleras i basala ganglierna. Som jämförelse har grupperna GTAW- respektive SAW-svetsarna (öppna lila romber respektive fyllda ljusblå romber) i y-led ung. samma värden som för kontrollerna, men inte i x-led. För dessa svetsmetoder tycks därför risken för ackumulering av mangan i basala ganglierna mindre. iv) Sammanfattning av de vetenskapliga resultaten Provtagning och analyser • Den designade minicyklonen har fungerat bra och visade sig vi en jämförelse med en vanlig cyklon provta ung. 10% högre halt. Dess vikt behöver dock minskas. Det mangan som depo-nerar i yttre delarna av näsan på grund av diffusion, respektive i alveolerna, mättes på två svetsverkstäder upp till ung. 0.3-2% respektive 4-12% av respirabelt mangan. • Serumprover tycks betydligt mer känsliga för kontaminering än plasmaprover beroende på provberedningen och de rör helt utan tillsats som valdes för att minimera kontaminations-risken. På grund av detta blev proven istället mer känsliga för hemolys och bildning av koagel i serumfasen.. Karaktärisering av svetsrök • Identifieringen av vilka manganföreningar som förekommer i svetsrök har ännu inte slut-förts. Det verkar som om mangan enbart till en mindre andel finns som ren oxid. En stor del av manganet tycks bestå av små kristaller vilka är röntgenamorfa, dvs. kan inte detekteras med röntgendiffraktometri (XRD). Enbart vid hög manganandel i svetsröken detekteras man-gan med XRD, och så som en blandoxid med två- och trevärt järn. Analys med XANES visar att mangans vanligaste kemiska förening är en blandoxid mellan två- och trevärt mangan. • Inte all svetsrök består av de förväntade långa kedjorna av sfäriska partiklar som i sin tur består av oxiderade metaller. För flera svetsmetoder erhölls mycket korta kedjor eller rätt kompakta aggregat av icke-sfäriska partiklar. De partiklar som ej bestod av långa kedjor tycktes vara täckta av ett lager av en okänd förening.

25

• Det är stor skillnad i mangans löslighet för svetsrök från olika metoder. Detta torde ha stor betydelse för den mängd mangan som blir tillgänglig i blodet per tidsenhet, t.ex. per dag. Ju högre andel fluor och alkali, och desto mindre andel järn, ju mer lättlösliga var manganföre-ningarna. Svetsares exponering • 30% av svetsarna överskred det hygieniska gränsvärdet för respirabelt mangan. Vissa svets-metoder (främst FCAW, GMAW på låglegerat stål och SMAW på höglegerat stål) gav upp-hov till manganexponeringar som var ca 10 ggr högre än andra metoder. Vi har inte hittat något enkelt samband mellan exponering för respirabelt mangan och stålkvalitet. • Inte någon av de mangankoncentrationer, järnkoncentrationer eller kvoter däremellan som uppmätts på svetsarna går att förklara med exponeringen för mangan på mätdagen, tid som svetsare eller produkten dem emellan. Mått på mangankoncentrationer i blod som är signifikanta för svetsröksexponering • Ett existerande index för exponering för mangan i rök har modifierats och ger därmed ett ännu starkare utslag för skillnaden mellan grupperna av svetsare respektive kontroller. Det modifierade indexet beräknas som kvoten av koncentrationen mangan i blodkroppsgröt till koncentrationen järn i plasma. Uppdelat på svetsmetod var det enbart gruppen av FCAW-svetsare som signifikant skiljde sig från gruppen av kontroller för detta index. Även om svetsarnas exponering inte var direkt avläsbar i ökad mangankoncentration i blodet för de övriga svetsmetoderna hade svetsarnas homeostas påverkats så att järnkoncentrationen ned-reglerats för alla grupper av svetsmetoder förutom SAW. • Det är en mycket stor individuell variation i halter av mangan (och även järn) i olika blod-fraktioner – inte enbart för svetsare utan precis lika stor variation för kontrollerna. (Variatio-nen orsakas därför inte av exponeringen för mangan i svetsrök.) Det finns flera möjliga orsa-ker till detta: individuell variation i homeostas, delvis på grund av hälsa och ålder; sjukdomar; intag av mediciner, kosttillskott, vitaminer, m.m.; individuella preferenser för föda och dryck; vatten från egen brunn, etc. Denna stora variation gör att det alltid kommer att finnas individer som har höga värden på en eller flera komponenter av mangan i blod, utan att ha exponerats för mangan i svetsrök. • Ett index har konstruerats som utgörs av koncentrationskvoten mellan citrattransporterat mangan och mangan transporterat med α2-macroglobulin (eller oxalatoxidas). Den förra liganden finns i stor mängd i blodet och till den skulle manganjoner som kommer ut i blodet från alveolerna lätt kunna bindas, medan mangan enbart binds till den andra i levern. Detta index är oberoende av det modifierade indexet för mangan i blodkroppsgröt och järn i plasma. • De svetsmetoder som leder till störst mängd mangan som transporteras med citrater är SMAW på låg- och höglegerat stål samt GMAW på olegerat stål. För FCAW-svetsare (vilka är några av de svetsare som är högst exponerade för respirablet mangan) är citratfraktionen fördelad över hela koncentrationsintervallet. • Baserat på de två oberoende indexen för mangan i blod blir manganblodvärdena för två grupper av svetsmetoder signifikant, men för en grupperad svetsmetod enbart nästan signi-fikant, skilda sig från gruppen av kontroller – SMAW, GMAW på olegerat stål samt FCAW på olegerat stål. Detta resultat är i princip helt oberoende av exponeringen för respirabelt man-gan och beror istället på egenskaperna hos manganföreningarna i svetsröken. Gruppen av

26

SMAW-svetsare på legerat stål tycks vara den metod som leder till de största skillnaderna i manganblodvärden gentemot gruppen av kontroller. I princip alla SMAW-svetsare som an-vände basiska elektroder på låglegerat stål hade dessutom mycket låg exponering för respira-belt mangan. • Baserat på de två oberoende indexen för mangan i blod har kontrollernas värden avgränsats till den nedre vänstra kvadranten. För individuella svetsare vars värden hamnar utanför detta område, och mer så ju längre från kontrollernas området ens värde hamnar, ju större är chan-sen att ens fördelning av mangan i blodet bestäms av exponeringen för mangan i svetsrök. • Trots att mangan i svetsrök från GMAW på olegerat stål hade en av de högsta andelarna olösligt mangan (~40%) var denna metod en av de som ledde till högst koncentration citrat-bundet mangan. I dagsläget kan vi inte förklara detta – men det indikerar eventuellt att lös-ligheten inte i sig är en viktig parameter. • Det går inte att dra några slutsatser huruvida svetsare med värden på de två indexen för man-ganblodvärden vilka avviker från gruppen av kontroller kommer att ackumulera (har ackumu-lerat) mer mangan i basala ganglierna eller inte. Vi har inte mätt mängden ackumulerat man-gan i de basala ganglierna. Det skulle kunna vara så att det enbart är koncentrationen av vissa mangantransportörer i plasma som spelar roll för hur mycket mangan som passerar blod-hjärnbarriären, oberoende av var detta mangan kommer ifrån. För att avgöra det behöver ackumuleringen av mangan i basala ganglierna studeras och relateras till de olika mangan-koncentrationerna i blodet. v) Konsekvenser för svetsares exponering Risken för att erhålla höga koncentrationer av citratbundet mangan i serum tycks inte vara relaterat till exponeringen för respirabelt mangan. Istället är det två metoder för vilka svet-sarna hade låg exponering respirabelt mangan som leder till höga halter citrattransporterat mangan, främst SMAW basisk på legerat stål samt GMAW på olegerat stål. Det går inte att på grundval av denna undersökning avgöra huruvida hög andel citrattransporterat mangan fak-tiskt leder till större ackumulering av mangan i basala ganglierna. Vill man på grundval av vad som kommit fram i denna rapport minska risken trots att gränsvärdet är oförändrat bör svetsare som använder andra metoder än de som leder till extremt låg exponering (t.ex. GTAW och SAW av de som undersökts i det här projektet), låg mängd mangan i blodkrop-parna samt låg mängd citrattransporterat mangan, använda sig av god skyddsutrustning, t.ex. visir med filtrerad fläktmatad luft och punktutsug. Ett problemet med visir som har fläktmatad filtrerad luft är att visiret ofta enbart används när man själv svetsar, och så fort man avslutat svetsningen/gör en kort paus, fälls visiret upp eller tas av och då försvinner den filtrerade luf-ten, varvid man blir exponerad för svetsröken från sina arbetskamrater. Därför är tillgång och användning av lätthanterliga punktutsug ett nödvändigt komplement. vi) Presentationer på vetenskapliga konferenser och vetenskapliga artiklar Delar av projektet har presenterats på följande vetenskapliga konferenser, etc. • ”Manganspeciering i svetsrök”, Arbets- och miljömedicinska utbildningsdagar, Örebro 2011 • ”Characterizing Welding Fume containing Manganese”, Modern Principles of Air Monitoring and Biomonitoring, Loen (Norge) 2011 • ”Specificering av mangan i svetsrök och i svetsares blod”, Arbets- och miljömedicinska utbildningsdagar, Malmö 2013

27

• ”Manganese in the Citrate Serum Fraction is a Good Indicator for Welders’ Exposure”, American Industrial Hygiene Conference and Exposition, Montreal 2013 • ”Manganese in the Citrate Serum Fraction is a Good Indicator for Welders’ Exposure”, Inhaled Particles XI, Nottingham 2013 • ”Mn Speciering i svetsrök och svetsares blod”, Kemistutbildarnas nordiska möte för ICP-användare, Knivsta 2013 Projektet presenterades för Svetskommissionens arbetsgrupp AG32 den 12 november 2013 och kommer att även att presenteras på dess möte den 3 april 2014. En workshop arrangerades på Stockholms universitet 28 november 2013 för forskare på SU, KI, KTH, USÖ, GU, LU samt UmU vilka studerar arbetares exponering för metaller på något sätt. Detta har förmodligen lett till två nya konstellationer som under 2014 lämnat/avser att lämna in var sin forskningsansökning i ämnet. – Ett nytt möte kommer att avhållas vid SYMFs vårmöte i Uppsala i april 2014.

Under våren-sommaren 2014 kommer fyra presentationer genomföras på tre konferenser • ”Manganexponering vid svetsning”, Arbets- och miljömedicinska utbildningsdagar, Uppsala 2014 • ”Development of a respirable minicyclone for use with a headset mounting arrange-ment” & “Determination of manganese valence states in some typical welding fumes using XANES spectroscopy”, Modern Principles of Air Monitoring and Biomonitoring, Marseille (Frankrike) 2014 • ”Development of a respirable minicyclone for use with a headset mounting arrange-ment”, International Aerosol Conference, Busan (Korea) 2014

Planerade manus med preliminära titlar för artiklar i vetenskapliga tidskrifter • ”Different Aspects of Manganese in Welding Fumes” – om karaktäriseringen av svetsrök, förmodligen till J. Aerosol Sci. • ”Occupational Exposure to Manganese in Welding Fumes” – om svetsares exponering och mangan- och järnhalter i olika blodfraktioner – förmodligen till Ann. Occup. Hyg. • ”Transporters of Manganese in Welders Serum” – om hur mangan transporteras i serum för svetsare/kontroller samt hur svetsarnas fördelning av transportörer beror på svetsmetod – förmodligen till Ann. Occup. Hyg. • ”Performance Test of a miniCyclone for use with a Headset Mounting Arrangement” – prestandatest enligt färsk europeisk standard för arosolprovtagare – förmodligen till J. Aerosol Sci. • “Quantification of Manganese Oxides in some typical Welding Fumes using XANES Spectroscopy”, redogörelse för analyser och resultat vid MAX-labb vid Lunds universitet – förmodligen till Environ. Sci. Technol. vii) Kommunikation till myndigheter och aktörer inom arbetslivet Projektet har under resans gång presenterats för Arbetsmiljöverkets enhet för kemiska, mikro-biologiska och fysikaliska faktorer vid ett flertal av de gemensamma möten denna enhet har med gruppen för arbetsmiljöaerosoler vid ITM/SU. AVs centrale yrkeshygieniker sitter dess-utom i referensgruppen och har bl. a. fått information relevant för dess tillsynsarbete. Projekt-deltagaren från IMM/KI är dessutom samlokaliserad med AVs kriteriegrupp för gränsvärden vilken kommer att få all nödvändig information för sitt arbete med att ta fram vetenskapliga underlag för gränsvärden. Då dess arbete skall vara transparent bygger det enbart på öppna

28

källor, varför den gruppen kommer att erhålla kopior av de vetenskapliga artiklarna när de publicerats. Arbetsmiljöverket är väl informerat om projektet, och kommer dessutom att er-bjudas en speciell dragning med projektets resultat och implikationer. AMM/USÖ lägger på sin hemsida ut information om projektets resultat och de kommer även att redovisas i AMM/USÖs nyhetsbrev under hösten 2014. I samband med att de vetenskap-liga artiklarna om svetsarnas mangan i olika blodfraktioner publiceras kommer ITM/SUs hemsida redogöra för projektet och dess resultat. Svetskommissionens tidning Svetsen hade en kort presentation i början av projektet. Den kommer nu att erbjudas en sammanfattande artikel om resultaten som vi hoppas också kom-mer att presenteras på dess hemsida. Även tidningen Du och jobbet kommer att erbjudas en artikel/intervju om projektet. Projektresultaten kommer att presenteras för de två leverantörer av svetsutrustning (ESAB och Elga) som deltagit i projektet. Vid AMM/USÖs utbildningsdag 2015 för arbetsmiljöingenjörer kommer information om projektet och dess resultat att presenteras. Lärare i svetsteknik vid svenska yrkesskolor kommer vid Svetskommissionens utbildningsdag Lärardagen i januari-februari 2015 informeras om projektets relevanta resultat. Detsamma kommer att ske för svetsindustrin i Sverige vid Fogningsdagarna 2015. International Institute of Welding har sitt årsmöte 2015 i Helsingfors och om dess kommitté VIII Health, Safety and Environment är intresserade kommer projektet då att presenteras för dem. viii) Insatser som skett och planeras för att resultatet ska komma till praktisk användning i arbetslivet Arbetsmiljöverket har hållits kontinuerligt informerat om projektets framsteg och resultat. Den information som planeras att ges till svetsindustrin i Sverige och internationellt hoppas vi skall leda till ökad användning av skyddsutrustning vid svetsning med metoder som alstrar manganinnehållande svetsrök. 6. Referenser 1. Yokel, R.A. and J.S. Crossgrove, Manganese Toxicokinetics at the Blood-Brain Barrier. HEI Report

No. 119, Health Effects Institute, Boston (MA), USA, 2004. 2. EN ISO13138:2012 Air Quality — Sampling conventions for airborne particle deposition in the human

respiratory system. Comité Européen de Normalisation, Brussels, Belgium, 2012. 3. ISO 15011-1 Health and safety in welding and allied processes – Laboratory method for sampling fume

and gases – Part 1: Determination of fume emission rate during arc welding and collection of fume for analysis. International Organization for Standardization, Geneva, Switzerland, 2009.

4. EN ISO 10882-1 Health and Safety in Welding and Allied Processes – Sampling of Airborne Particles and Gases in the Operator's Breathing Zone – Part 1: Sampling of Airborne Particles. Comité Européen de Normalization, Brussels, Belgium, 2011.

5. Cowan, D.M., Q. Fan, Y. Zou, X. Shi, J. Chen, M. Aschner, F.S. Rosenthal, and W. Zheng, Manganese exposure among smelting workers: Blood manganese–iron ratio as a novel tool for manganese exposure assessment. Biomarkers 14(1):3-16, 2009.

6. Park, N.H., J.K. Park, Y. Choi, C.-I. Yoo, C.R. Lee, H. Lee, H.K. Kim, S.-R. Kim, T.-H. Jeong, J. Park, C.S. Yoon, and Y. Kim, Whole Blood Manganese Correlates with High Signal Intensities on T1-Weighted MRI in Patients with Liver Cirrhosis. NeuroToxicol. 24(6):909–915, 2003.

7. Jiang, Y., W. Zheng, L. Long, W. Zhao, X. Li, X. Mo, J. Lu, X. Fu, W. Li, S. Liu, Q. Long, J. Huang, and E. Pira, Brain magnetic resonance imaging and manganese concentrations in red blood cells of smelting workers: Search for biomarkers of manganese exposure. NeuroToxicol. 28(1):126-135, 2007.