UPORABA MODELA lEUBK ZA NAPOVED VSEBNOSTI SVINCA V KRVI OTROK PRI RAZISKAVAH IN SANACIJI OKOLJA V ZGORNJI MEŽIŠKI DOLINI THE IEUBK MODEL FOR LEAD BLOOD BURDEN PREDICTION IN CHILDREN USED IN THE EXPLORATION AND REMEDIATION OF THE UPPER ME@A VALLEY ENVIRONMENT Matej Ivartnik1, Ivan Eržen2 Prispelo: d. 8. 2009 - Sprejete: 29. 12. 2009 Izvlrnl znanstveni članek UDK 615.9(497.4 Zg. Mežiška delina) Izvleček Uvod: Model IEUBK je računalniško podprto orodje, ki na podlagi vnesenih podatkov o izpostavljenosti oceni koncentracijo svinca v krvi otrok. Namen raziskave je bil s pomočjo modela ugotoviti, ali izmerjene koncentracije svinca v krvi otrok iz Zgornje Mežiške doline ustrezno zrcalijo obremenjenost okolja s svincem, in oceniti, kateri so najpomembnejši dejavniki izpostavljenosti. Metoda dela: V raziskavi smo uporabili model IEUBK s podatki o koncentracijah svinca v zraku, zemlji, hišnem prahu in pitni vodi v Zgornji Mežiški dolini in privzetimi vrednostmi za preostale dejavnike izpostavljenosti. Vrednosti, ki jih je napovedal model, smo primerjali z izmerjenimi vrednosti svinca v krvi otrok v letih 2001-2002 in 2004-2007. Med seboj smo primerjali skupine ot^ok, oblikovane na podlagi geografske lege stalnega bivališča. Pri oblikovanju skupin smo uporabili dva pristopa. Ujemanje napovedanih in izmerjenih vrednosti smo ocenili na podlagi prekrivanja vrednosti in pripadajočih 95-odstotnih intervalov zaupanja. Rezultati: Vključenih je bilo 196 triletnih otrok iz Zgornje Mežiške doline. Zadovoljivo ujemanje med napovedanimi in izmerjenimi vrednostmi je bilo pri 6 izmed 8 skupin, ki so vključevale vsaj pet otrok pri prvem pristopu oz. pri 5 od 7 skupin pri drugem pristopu. Simulacije z modelom so za vse skupine napovedale delež vnosa svinca p^eko zemlje in hišnega prahu v vrednosti nad 80 % skupnega vnosa. Zaključek: Rezultati kažejo, da otroci z najvišjimi vrednostmi svinca živijo na najbolj onesnaženih območjih in da sta zemlja in hišni prah pomembna dejavnika izpostavljenosti svincu. Model je uporabno orodje za napovedovanje svinca v krvi otrok, saj je zelo prilagodljiv in omogoča natančen opis izpostavljenosti otrok svincu in identifikacijo najpomembnejših virov izpostavljenosti, če je na razpolago dovolj krajevno specifičnih podatkov. Ključne besede: medel IEUBK, svinec v krvi, Zgornja Mežiška delina, etreci Original scientific article UDC 615.9(497.4 Zg. Mežiška delina) Abstract Introduction: The Integrated Exposure Uptake Biokinetic (IEUBK) Model for Lead in Childr^en is a computer software package used for determining blood lead concentrations in children on the basis of information about their exposure to lead. Data on environmental lead pollution of the Upper Meža valley were used for calculations by the model. The aim of the study was to determine whether lead burden data for children reflect environmental lead contamination, and to identify the most important lead exposure risk factors in the Upper Meža valley. Methods: Data on air, soil, house dust and drinking water lead concentrations for the Upper Meža valley were used for calculations by the IEUBK model, together with default values for other lead exposure factors. The values predicted by the model were compared to blood lead concentrations in childr^en measured during the periods 2001-2002 and 2004-2007. The groups of children compared were formed on the basis of the geographical location 1Zaved za zdravstvene varstve Ravne, Ob Suhi 5b, 2390 Ravne na Kereškem 2Ministrstve za zdravje, Štefaneva 5, 1000 Ljubljana Kentaktni naslev: e-pešta: matej.ivartnik@zzv-ravne.si of their residence, using two different approaches. The level of agreement between the observed and predicted values was assessed on the basis of the overlap between the two values and on the basis of the calculated 95 % confidence intervals. Results: The study involved 196 three-year-old children from the Upper Meža valley. Using the first approach the predicted values were in good accordance with the measured levels for six out of eight groups including at least five children, and by the second approach, good accordance was found for five of seven groups. Simulations by the lEUBK model showed that over 80 %o of the total lead intake was through ingestion of soil and dust in all groups. Conclusion: The results show that children with highest blood lead levels live in the most polluted area^s where soil and house dust are important lead exposure factors. The lEUBK model is a useful tool for predicting blood lead levels in children. It is very adaptable and allows for accurate assessment of lead exposure in children, as well as for identification of most important exposure factors, provided that sufficient site specific data are available. Key words: lEUBK model, blood lead, Upper Meža Valley, children UVOD Svinec je težka kovina, ki jo je človek skozi zgodovino uporabljal na številnih področjih, posledica pa je več kot tisočkratno povišanje koncentracij svinca v okolju v zadnjih treh stoletjih (1). Svinec ima akutno in kronično toksično delovanje. Zaradi večje občutljivosti in izpostavljenosti so skupina z največjim tveganjem otroci do sedmega leta starosti. Danes so problematične predvsem dolgotrajne izpostavljenosti nizkim koncentracijam svinca, ki jih povezujejo s spremembami v duševnem razvoju in vedenju otrok. Najpogosteje omenjajo hiperaktivnost, težave pri fini motoriki, podaljšan odzivni čas, slabšo koordinacijo rok in oči ter slabše rezultate inteligenčnih testov (2,3). Poleg otrok in nosečnic spadajo med skupine z največjim tveganjem še zaposleni v industriji svinca in prebivalci onesnaženih območij, kjer se je razvila proizvodnja in predelava svinca. Tako območje je tudi Zgornja Mežiška dolina, kjer imata pridobivanje in predelava svinca večstoletno zgodovino (4). Različne študije so pokazale, da je okolje in tudi prebivalstvo Zgornje Mežiške doline čezmerno obremenjeno s svincem in da bi bilo potrebno ukrepanje (5). Zadnja celovita študija leta 2002 (6) je med drugim pokazala, da ima večina otrok v krvi več kot 100 ^g svinca na liter krvi, kar so potrdile tudi vrednosti svinca v krvi otrok, izmerjene v okviru projekta »Življenje s svincem.« (7). Čeprav študije kažejo, da za svinec praktično ni mogoče določiti koncentracije, ko ni škodljivih vplivov na zdravje (8,9,10), je 100 ^g Pb/l krvi tista vrednost, ki jo Center za nadzor bolezni (CDC) določa kot akcijsko raven (11), to je raven, pri kateri je potrebno pričeti z izvajanjem dejavnosti za zmanjšanje izpostavljenosti svincu. Vsebnost svinca v krvi otrok je odraz izpostavljenosti svincu v okolju, v katerem otroci živijo. Tako ne preseneča, da je bilo razvitih kar nekaj matematičnih modelov, ki na podlagi podatkov o izpostavljenosti podajo oceno vsebnosti svinca v krvi. Model IEUBK, ki ga je razvila Agencija Združenih držav Amerike za varovanje okolja (US EPA), je eden najbolj izpopolnjenih modelov. Model na podlagi vnesenih podatkov o izpostavljenosti svincu iz različnih virov izračuna najverjetnejšo vsebnost svinca v krvi otrok in oceni doprinos posameznih virov k skupnemu vnosu svinca v telo (12). Model se je izkazal kot dober pripomoček pri načrtovanju ukrepov za sanacijo s svincem onesnaženih območij v svetu. Na območju Zgornje Mežiške doline se izvajajo ukrepi za izboljšanje stanja okolja, katerih cilj je zmanjšati izpostavljenost svincu in doseči, da bo vsebnost svinca v krvi nižja od 100 ^g/l pri 95 % otrok. Ukrepe je potrebno načrtovati tako, da je učinek ob izvedbi največji. Model lEUBK je bil uporabljen s podatki o obremenjenosti okolja s svincem za Zgornjo Mežiško dolino. Namen je bil ugotoviti, ali na območjih, kjer je obremenjenost s svincem največja, živijo otroci z najvišjimi vrednostmi svinca v krvi in ali napovedane vrednosti modela ujemajo z dejansko izmerjenimi vrednostmi svinca v krvi. Izračuni z modelom naj bi nakazali, kateri so najpomembnejši dejavniki izpostavljenosti svincu v Zgornji Mežiški dolini. Prav slednje je bistvenega pomena pri načrtovanju ukrepov za izboljšanje kakovosti okolja oziroma zmanjšanje izpostavljenosti svincu. METODE MODEL lEUBK Model lEUBK omogoča napoved vsebnosti svinca v krvi otrok do sedmega leta starosti. Model ocenjuje verjetnostno porazdelitev koncentracije svinca v krvi okoli geometrične sredine za vrednost svinca v krvi in izračuna tveganje, da bo pri otrocih, ki na onesnaženem območju živijo, presežena vrednost (100 ^g/l), pri kateri je potrebno ukrepati (13). Model lEUBK simulira vnos svinca v telo, njegovo porazdelitev znotraj telesa in izločanje iz telesa. Sestavljajo ga štirje moduli. Modul izpostavljenosti izračuna povprečen dnevni vnos svinca v telo na podlagi znanih podatkov o koncentraciji svinca v posameznih dejavnikih okolja in njihovih specifičnih vnosih v telo. Modul sprejema izračuna količino svinca, absorbiranega v krvni obtok otroka, iz količine vnesenega svinca v pljuča in prebavno cev. Biokinetični modul simulira premeščanja absorbiranega svinca med krvjo in preostalimi telesnimi tkivi in njegovo izločanje iz telesa. Zaključek tega dela je napoved geometrične sredine svinca v krvi otroka, ki je seveda odvisna od podatkov, vnesenih v modul izpostavljenosti. Modul verjetnostne porazdelitve predvideva log-normalno porazdelitev, ki jo določata geometrična sredina in geometrični standardni odklon, in na tej podlagi napove verjetnost pojava določene koncentracije svinca v krvi v populaciji podobno izpostavljenih otrok. Modul izračuna tudi verjetnost, da bo presežena vsebnost, ki nas skrbi (100 ^g/l) (12). Model omogoča vnos koncentracij svinca z različnimi dejavniki izpostavljenosti, ki vplivajo na končno vsebnost svinca v krvi otroka. Ti so: zrak, pitna voda, zemlja in hišni prah, prehrana, kri matere (za oceno prenatalne izpostavljenosti) in dodatna rubrika, ki omogoča vnos podatkov za izpostavljenost preko alternativnih virov. Poleg vnosa koncentracij svinca model omogoča tudi spreminjanje vrednosti za biorazpoložljivost svinca v zraku, zemlji in prahu in spreminjanje specifičnega količinskega vnosa posameznih snovi v telo. Že v osnovi so v model vnesene tipične vrednosti za urbano okolje v ZDA in v primeru zagona brez sprememb vrne oceno koncentracije svinca v krvi za tipičnega ameriškega mestnega otroka. Uporaba modela postane smiselna z vnosom krajevno specifičnih podatkov. Model simulira kronično izpostavljenost in ne upošteva sezonskih sprememb. Model upošteva rast otroka in simulira spremembe v okolju v enoletnih intervalih. Uporaba modela lEUBK je najenostavnejša za oceno vsebnosti svinca v krvi otrok, ki živijo v okolju, kjer so koncentracije svinca v posameznih dejavnikih okolja približno konstantne. V takih primerih je dovolj enkraten zagon modela, saj ostaja izpostavljenost nespremenjena. V primeru obravnave večjega števila otrok, ki živijo na različnih lokacijah, kjer so koncentracije svinca v okolju različne, pa za napovedi ni možno uporabiti povprečij ali geometričnih sredin različnih koncentracij svinca v okolju. V takih primerih je vedno potrebno oblikovati podskupine otrok s približno enako izpostavljenostjo. Za oceno izpostavljenosti vseh otrok je potrebno povezati izračune za vse podskupine (14). PODATKI V študiji smo uporabili podatke o onesnaženosti okolja iz Primerjalne študije onesnaženosti okolja v Zgornji Mežiški dolini med stanji v letih 1989 in 2001, ki jo je v letih 2001 in 2002 izvedel Inštitut za ekološke raziskave ERICo Velenje (6). Podatki o obremenjenosti zraka, zemlje in hišnega prahu s svincem so služili kot vhodni podatki za simulacije z modelom lEUBK. Kot vhodni podatki so bili uporabljeni tudi podatki o obremenjenosti pitne vode s svincem iz arhivov Zavoda za zdravstveno varstvo Ravne na Koroškem. Vrednosti, ki jih je napovedal model, so bile primerjane z vrednostmi, izračunanimi iz dejanskih meritev vsebnosti svinca v krvi otrok. Podatki o koncentracijah svinca v krvi otrok iz študije ERICo so bili za potrebe naše študije združeni s podatki iz projekta »Življenje s svincem.« Podatke je bilo možno združiti, ker je bila obakrat uporabljena enaka metodologija odvzema in analiz vzorcev, ki so jih izvajali isti izvajalci. Za analize vsebnosti svinca v krvi otrok so bili odvzeti kapilarni vzorci krvi tri leta starih otrok. Vzorci so bili odvzeti v laboratoriju ZD Ravne na Koroškem ob rednem preventivnem zdravniškem pregledu v letih 2001-2002 (ERICo) in 2004-2007 (ZZV Ravne). Vzorčenje in laboratorijske analize so bile opravljene po standardnih metodah v akreditiranih laboratorijih (6). Skozi celotne postopke je bila zagotovljena ustrezna kontrola kakovosti. IZRAČUNI Za simulacije je bil uporabljen model IEUBK za svinec v krvi otrok, verzija za programsko okolje Microsoft Okna (IEUBKwin v 1.0 build 264). Programska oprema je bila prenesena s spletnega naslova http://www. epa.gov/superfund/lead/products.htm dne 3.9.2007. Za potrebe primerjave podatkov so bili najprej vsi razpoložljivi podatki o obremenjenosti okolja in otrok s svincem glede na lokacijo mesta vzorčenja oziroma bivališča otroka (koordinate X in Y po Gauss-Krügerjevem koordinatnem sistemu) vneseni na geografsko karto. Za mapiranje je bila uporabljena programska oprema Map Info 5.0. Na podlagi bližine lokacij so bile oblikovane skupine, v katerih so bili združeni posamezni podatki o koncentracijah svinca v okolju in koncentracijah svinca v krvi otrok. Podatki o obremenjenosti dejavnikov okolja (zemlja, prah, zrak, pitna voda) za vsako skupino so bili uporabljeni v modelu IEUBK skupaj s preostalimi privzetimi vrednostmi. Vrednosti za geometri~no sredino za koncentracijo svinca v krvi in delež otrok s povišano vsebnost svinca v krvi (> 100 ^g/l), ki jih je napovedal model, sta bili primerjani z vrednostmi, izra~unanimi iz dejansko izmerjenih koncentracij pri populaciji otrok iz iste skupine. Izra~uni z empiri~nimi podatki so bili izvedeni s pomo~jo programa Microsoft Excel. Uporabljen je bil tudi drug pristop, pri katerem je bila na karti preko celotnega obmo~ja, ki je bilo predmet raziskave, oblikovana mreža kvadratov 1000 krat 1000 metrov. Podatki, ki so bili znotraj istega kvadrata, so predstavljali eno skupino (lokacijo). V tem primeru je bilo lahko v isti skupini tudi ve~ lokacij vzor~enja za posamezen dejavnik izpostavljenosti, za izra~une z modelom IEUBK pa so bile uporabljene povpre~ne vrednosti, sicer pa je bil postopek identi~en prvemu. Ujemanje napovedanih in empiri~nih vrednosti je bilo ocenjeno na podlagi prekrivanja 95-odstotnih intervalov zaupanja obeh vrednosti. Ti so bili izra~unani po Ena~bi 1 (geometri~na srednja koncentracija svinca v krvi) in Ena~bi 2 (delež otrok s povišano koncentracijo svinca v krvi). C/(95%) = exp In(G^Z)) ^N-1 GM - geometrična sredina, GSD - geometrični standardni odklon, N-število otrok IN N AN' 1 + 1.96' N P - delež otrok s povišano vsebnostjo svinca v krvi, N - število otrok Obravnavane so bile samo skupine, v katere je bilo uvrš~enih vsaj 5 otrok. REZULTATI Kot vhodni podatki za simulacije z modelom IEUBK so bile uporabljene izmerjene koncentracije svinca v zemlji, notranjem prahu, zraku in pitni vodi v Zgornji Mežiški dolini (Tabela 1). Tabela 1. Specifi~ni lokalni vhodni podatki po skupinah oz lokacijah. Table 1. Specific local input data by group and location. Koncentracija svinca/Lead concentration Koncentracija svinca/Lead concentration Skupina / lokacija Group/ Location zrak (^g/m) Air pitna voda (^g/l) Drinking water zemlja (mg/kg) Earth prah (mg/kg) Dust skupina / lokacija Group/ Source zrak (^g/m3) Air pitna voda (^g/l) Drinking water zemlja (mg/kg) Earth prah (mg/kg) Dust Sk. 1 / / 1410 839 Sk. 11 / 8,4 1890 724 Sk. 2 / / 2830 787 Sk. 12 0,072 / 4470 2126 Sk. 3 0,054 / 898 524 C 10 / / 595 880,5 Sk. 4 0,054 / 597 737 C 11 / / 971 1287 Sk. 5 / / 593 1024 D 11 0,054 / 1864 699,3 Sk. 6 / / 1030 1287 G 12 0,072 / 3350 2201,5 Sk. 7 / / 1030 787 H 11 / / 1407,5 724 Sk. 8 / 8,4 1950 1103 I 10 / 8,4 1950 1103 Sk. 9 / / 734 1426 I 11 0,080 / 815,5 1256,5 Sk. 10 0,083 8,4 1087 925 Skupne je bile v študije vključenih 196 triletnih, 105 fantev in 91 deklet. 107 (54,6 %) etrek je imele pevišane vsebnesti svinca v krvi (>100 ^g/l). Geemetrična sredina kencentracije svinca v krvi je bila 95,8 ^g/l, mediana 104 ^g/l, medus pa 110 ^g/l (Tabela 2). Na pedlagi razpeležljivih pedatkev e kencentraciji svinca v ekelju je bile eblikevanih 12 skupin. Glede na neenakemerne perazdelitev lekacij vzerčenja ekeljskih dejavnikev se nekatere skupine pekrivale večje ebmečje ket druge. V skupine je bile vključenih 126 etrek, preestalih 70 je živele predaleč ed lekacij vzerčenja, da bi bile meč zageteviti ustrezen epis njiheve izpestavljenesti svincu. 5 ali več etrek je vsebevale 8 skupin. Pri drugem pristepu je bile 5 ezirema več etrek uvrščenih v 7 skupin (lekacij), ki sme jih ebravnavali. Skupne je bile v ebravnavane lekacije zajetih 143 etrek. Vsebnesti svinca v krvi etrek pe pesameznih skupinah se se precej razlikevale. Mediane pe pesameznih skupinah se bile ed 37 ^g/l de 199 ^g/l. Pri drugem pristepu se bile mediane pe lekacijah ed 60 ^g/l de 199 ^g/l (Sliki 1 in 2). Tabela 2. Geometrična sredina, mediana ter najvišja in najnižja izmerjena vsebnost svinca v krvi otrok iz Zgornje Mežiške doline. Table 2. Geometric mean, median, and highest and lowest blood lead levels measured in children from the Upper Meža valley. N Geemetrična sredina (^g/l) Geemetric mean Mediana (^g/l) Median Skrajne vrednesti (^g/l) Lewest/highest values Fantje Beys 105 105.9 110 15 - 375 Dekleta Girls 91 85.4 85 10 - 500 Skupaj Tetal 196 95.8 104 10 -500 Slika 1. Prikaz skupin in mediana vsebnosti svinca za skupine z vsaj 5 otroki. Figure 1. Map indicating groups and median blood lead levels for groups of at least 5 children. Slika 2. Prikaz lokacij in mediana vsebnosti svinca za lokacije z vsaj 5 otroki. Figure 2. Map showing geographical locations and median blood lead levels for locations with at least 5 children. Na slikah 3 do 6 je prikazana primerjava napovedanih in izmerjenih vsebnostih svinca v krvi 3 leta starih otrok iz zgornje Mežiške doline po skupinah oz. lokacijah. 1 400 350 300 250 200 150 inn so ■ — 4 Sk 2 55k 3 Sk 4 Sk.5 Sk.8 Sk. 9 Sk 10 Sk. 2 E opazovana DIELIBK Slika 3. Primerjava napovedanih in izmerjenih geometričnih sr^ednjih vr^ednostiin pripadajočih 95-odstotnih intervalov zaupanja za koncentracije svinca v krvi otrok po skupinah. Figure 3. Comparison between the lEUBK- predicted and observed geometric means of blood lead concentrations and the corresponding 95% confidence intervals, by group. 100% 90% 80% 70% 60% "g 50% Q 40% 30% 20% 10% ■- 0% Sk.2 Sk.3 Sk.4 Sk.5 Sk.8 Sk.9 Sk.10. Sk.12 Qopazovana □ lEUBK Slika 4. Primerjala napovedanih in izmerjenih deležev otrok s povišanimi koncentracijami svinca v kr^i (nad 100 jjg/l) in pripadajočih 95-odstotnih intervalov zaupanja po skupinah. Figure 4. Comparison between the lEUBK- predicted and observed geometric means of blood lead concentrations and the corresponding 95% confidence intervals, by group. 400 350 300 250 Lok.C10 Lok. C11 Lok. Dil Lok. G12 Lok. H11 Lok. 110 Lok. III EJopazovana tilEUBK Slika 5. Primerjava napovedanih in izmerjenih geometričnih srednjih vrednosti in pripadajočih 95-odstotnih intervalov zaupanja za koncentracije svinca v krvi otrok po lokacijah. Figure 5. Comparison between the lEUBK- predicted and observed geometric means of blood lead concentrations and the corresponding 95% confidence intervals, by location. .ok.C10 Lok. C11 Lok. Dil Lok. G12 Lok. H11 Lok. 111 taopazovano □ IEUBK Slika 6. Primerjava napovedanih in izmerjenih deležev otrok s povišanimi l