Linking the health of the Baltic Sea with the health of humans: Dioxin

Esitys aiheesta: "Linking the health of the Baltic Sea with the health of humans: Dioxin"— Esityksen transkriptio:

1 Linking the health of the Baltic Sea with the health of humans: Dioxin
Jouni Tuomisto THL, Environmental health

2 Outline Dioxin emissions Dioxin concentrations in the Baltic area
Dioxin concentrations in fish and wildlife Benefit-risk assessment of Baltic herring

3 Background Baltic Sea: high loads and levels of dioxins (DLC), PCBs etc POPs EU dioxin strategy evolving due also to other (food) dioxin concerns; no marketing high-dioxin fish (Baltic herring, Salmon) Risks associated with dioxins/DLCs in Baltic fish? Modeled ΣPCB sea conc (MSCE)

4 AIR EMISSIONS (Gusev et al. 2013)
1990 2011

5

6 Concentrations of PCDD/Fs in air 2006-2007 (Sellström et al.) 2009)

7 Baltic-POPs

8 Where do PCDD/Fs come from?
Old Identified POINT SOURCES Pulp mills (G.of Bothnia, Swedish east coast), Kaliningrad?, TCDF VCM-production (Sköldvik, Finland) OCDF Chlorophenol production and use (HpCDF) Kymijoki at present largest identified point source Metal smelters, MWI, etc. (air) Pesticide use in catchment Note! No major PeCDF or PCDD source identified among point sources other than in air emissions Most major point emissions stopped in EU countries Atmospheric sources still exist

9 Example of major old point source – cholophenol production plant in river Kymijoki (Verta et al. 2007) Total dioxins/furans (I-TEQ): Kymijoki effect clear 2,3,4,7,8-PeCDF: Main congener in herring and salmon NO regional trends Mainly atmospheric?

10 Emission reduction measures

11 Are emission reductions enough? A mass balance approach
Emissions to air in (Gusev et al. 2009) EMEP-countries g (TEQ) HELCOM countries <1 400 g Deposition to Baltic Sea in 2005 200 g I-TEQ (Gusev et al , Armitage et al. 2009) <100 g PeCDF No reliable estimate of riverine load Kymijoki 44 g I-TEQ But only < 0.25 g PeCDF Estimated burden in fish biomass 5 g (max 10 g) Mainly in herring and in sprat QUESS: The present load is enough to keep concentrations high for several decades!

12 Temporal development of DLCs and PCBs in Baltic herring and its consumers (straight lines), and hypothetical courses of biological responses (curves) Possible human effects Potential human effects from in utero exposure

13 Temporal trends: PCDD/Fs in the Gulf of Finland
In the Gulf of Finland, the levels of dioxins, furans and PCBs started to increase rapidly from the 1940s-1950s. The period of maximum concentrations was between the years 1960 and These years were also easy to date, and so we used them to estimate the historical inputs of dioxins into the gulf. And as you can see, the surface sediments are getting cleaner again. concn. normalized to the maximum Maximum inputs between 1960 and 1986

14 sPCB 9 % /yr Chemical analyses, Department of Environmental Chemistry, Umeå University

15 Main PCDD/F congeners from I-TEQ in different environmental media (data from Finnish monitoring)

16 Sediment profiles (Wiberg et al. 2013)
50% or less decrease from late 1980’s Clear chlorophenol signal in GB and in GF Atmospheric/combustion signal dominates in Baltic Proper

17 Dioxins in herring- Swedish coast (Wiberg et al. 2013)

18 Dioxins and other POPs in herring – Finnish coast (Airaksinen et al.)

19 Individual herring samples from the Baltic Sea

20 FISH STUDIES Example Finland: PCDD/Fs and PCBs in domestic fish
nopeasti ohi, muistutus edellisestä osiosta että toisissa kaloissa enemmän kuin toisissa Ref: Hallikainen ym., 2011

21 Other means to fasten dioxin decrease in fish?
Extensive fishing of herring/sprat? Removal of substantial amount of old fish individuals and DL compounds Remaning stock younger, fish grow faster, accumulate less DL OCs Restoration of predative fish populations? Cod fisheries management These options should be looked at!

22 Modeling PCDD/F bioaccumulation (Peltonen et al. in prep)
Growth rate most influential biological parameter on herring dioxin concentrations in the Baltic Proper the and Bothnian Sea 2005 growth leads to double PCDD/F concentration in 30 g herring Fish biology and ecological interactions are impending decreases and influencing spatial variation.

23 Health effects Mineralisation defects caused by dioxins
(Alaluusua et al. 2002) Effect seen with normal background exposure level First molar mineralisation defect Found in Finland in early 1990’s Effect disappers while coming late 1990’s pitkäaikainen altistuminen pienille pitoisuuksille voi vaikuttaa salakavalasti

24 Levels of PCDD/Fs and PCBs and PBDEs going down in Finnish breast milk (Kiviranta 2013)
Most of the recent decrease in human breast milk is caused by dietary change, not a decrease in fish concentartions

25 Dioxin concentrations in fishermen and in average population in Finland (J. Tuomisto, THL)

26 Is Baltic fish a health threat?

27 Fish consumption in Finland
Olli Leino: Fish consumption: human health effects and decision making Julkaisun pysyvä osoite on

28 POPs in Baltic fish Summary

29 Kalan edut ja riskit Edut Ravitsemuksellinen arvo (mm. valkuaisaineet)
Tietyt vitamiinit (esim. D) ja mineraalit (esim. Se) Edulliset rasvahapot (omega-3): sydänriskit, kehitys, raskauden riskit Korvaa kovia rasvoja Riskit Mikrobiologiset ongelmat (pilaantuu herkästi) Toksiinit (esim. botulismi, eräät levätoksiinit) Kemialliset riskit (esim. Hg, As, PCB, PCDD/F, organoklooripestisidit) Tämä ja muita kalvoja esityksestä N:\YTO\Users\JOUKO\Luennot, esitelmät\Luennot_2011\Dioksiinien terveyshaitat – erityistapaus kala.ppt

30 Mitä dioksiinit olivatkaan?
Hiilivetyjä, 12 hiiltä, 2 happea, 8 vetyä tai klooria Kloorit nurkissa (2,3,7,8) estävät elimistöä pilkkomasta Kestäviä ympäristössä, hitaasti elimistöstä poistuvia, rasvaliukoisina biokertyviä esim. plankton → kalat → hylkeet tai ihminen Terveyshaittoja: kehityshäiriöt, syöpä, muita

31 Pollutants in fish are a clear health risk

32 …but dioxins are not the main concern

33 What do we want to protect
What do we want to protect? Estimates for Western Europe (deaths per year) Risk management is interested in the net health impacts of fish consumption -206 30900 BAU -154 23400 Restrict fish use 25000 30000 Risk management is only interested in cancer caused by pollutants Tuomisto JT ym. 2004

34 Benefit-risk assessment of Baltic herring in Finland

35 Participants by age and sex

36 Consumption of Baltic herring in Finland

37 Consumption of Baltic herring by region

38 Concentrations in Baltic herring: PCDD/F, PCB, vitamin D, omega-3

39 DALYs of herring consumption by age and sex

40 DALYs of herring consumption in < 50 years

41 Would herring restrictions bring health benefit?
Silakkaraportista

42 Value of information related to the herring recommendtion

43 Details of the assessment
model report presentation in Finnish Bayes model

44 Further development: Bayesian model

45 Bayesian model: interface

46

47 Mitä vaikuttavat elimistöön?
Stimuloi ns. AH-reseptoria eli ”dioksiinireseptoria” AH-reseptori on transkriptiotekijä, eli geenien ilmentymiseen vaikuttava valkuaisaine AH-reseptorin stimulaatio vaikuttaa monien geenien ilmentymiseen Tunnetuin vaikutus on myrkyllisiä vierasaineita pilkkovien entsyymien aktivointi, tyypillinen entsyymi nimeltään CYP1A1 Näitä aktivoivat monet muut aineet, mm. savun ja noen syöpää aiheuttavat polyaromaattiset hiilivedyt kuten bentso(a)pyreeni

48 Uusia ajatuksia AH-reseptori nykymuodossa on ainakin 400 miljoonaa vuotta vanha säätelytekijä Yksi tehtävä on vierasaineiden pilkkomisen aktivoiminen, myrkylliset aineet hoidetaan pois elimistöstä Siten ”normaali” AH-reseptorin aktivaatio hyödyllinen, ei haitallinen Vuosia kiistelty dioksiinien syöpää aiheuttavista ominaisuuksista Sekä eläinkokeissa että suurten työaltistusten jälkeen syöpäriski, mutta ei pienillä annoksilla

49 AH-reseptorin ”luonnollinen” aktivaatio
Monet kasvien aineet (erityisesti kaalikasvien mutta myös muiden vihannesten ja hedelmien flavonoidit ja muut aineet) stimuloivat AH-reseptoria Hedelmät ja vihannekset erityisen terveellisiä ja syynä nähty mm. juuri nämä flavonoidit, jopa kokeita menossa niiden syöpää estävästä vaikutuksesta Onko siis myös pieni määrä dioksiinia hyödyllinen eikä haitallinen, kun se aktivoi elimistön hävittämään vierasaineita?? Tämäkin kyseenalaistaa dioksiinien pienen annoksen syöpävaarallisuuden

50 Pehmytkudossarkooman riski PCDD/F-pitoisuuden mukaan (95 % CI).
This is our main result. To our surprise, we found a decreasing risk of cancer when dioxin concentration increased. All possible confounders we could imagine, were tested. None of them changed the main result. Some of them, e.g. chemical exposure, had their own effect on cancer risk, but they did not confound the correlation between dioxins and cancer. Tuomisto JT et al. 2004

51 Kalastajatutkimus (Turunen ym. 2008)
6410 kalastajaa, 4260 puolisoa Kalan käyttö runsaampaa kuin perusväestöllä, sekä hyödylliset rasvahapot että dioksiinit kohonneet Kokonaiskuolleisuus pienempi kuin perusväestöllä Kalastajat 78% Vaimot 84% Sydänkuolleisuus vähäisempi Kalastajat 73% Vaimot 65% Kalastajilla myös aivoinfarktien ja syövän määrät vähentyneet

52 Uutta kalasta ja hermoston kehityksestä
Dioksiineihin liittyy kehityshäiriöiden riski, mutta: Monityydyttymättömät rasvahapot (EPA, DHA, etenkin DHA) välttämättömiä hermoston kehitykselle Raskauden aikana ja äidinmaidosta; riippuu suurelta osin äidin kalan käytöstä Vakavassa puutostilassa mm. huono näkökyky 14541 lapsen tutkimus (Hibbeln 2007) osoitti alle 340 g kalan viikkosaannin liittyvän heikompaan hermoston kehitykseen kuin yli 340 g (mm. IQ)

53 Acknowledgement for slides
Matti Verta Janusz Krupanek Riikka Airaksinen Karin Wiberg Hannu Kiviranta Ian Cousins Jouko Tuomisto Linda Birnbaum Jaakko Mannio Simo Salo Heikki Peltonen