Effects of Cobalt Exposure on the Respiratory System and the Heart Among Cobalt Production Workers

Abstract

Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää erityisesti pitkäaikaisen altistumisen vaikutuksia hengityselimistöön ja sydänlihakseen koboltin ja sen yhdisteiden valmistuksessa. Hengityselimistöä koskeva tutkimus oli kaksiosainen. Epidemiologisessa osassa tutkittiin altistumisen vaikutusta hengityselimistön toimintaan, oireistoon ja mahdollisiin sairauksiin. Tutkimuksen kohderyhmänä olivat ne nykyiset ja entiset työntekijät, jotka olivat työskennelleet koboltin tuotannossa vähintään kymmenen vuotta (110 miestä). Vertailuryhmä koostui 140 altistumattomasta työntekijästä. Tutkimusmenetelminä olivat kysely, keuhkojen röntgenkuvaus, spirometria, diffuusiokapasiteetin mittaus ja seerumin Clara cell -proteiinin (CC16) määritys. Hengityselintutkimuksen toisessa osassa analysoitiin 22 kobolttiastmatapausta, joissa diagnoosi oli varmistettu Työterveyslaitoksella tehdyllä spesifisellä altistuskokeella.

Sydäntutkimukset tehtiin vuosina 2000 ja 2006. Ensimmäisen poikkileikkaustutkimuksen kohteena olivat vähintään vuoden kobolttituotannossa työskennelleet nykyiset työntekijät (203 miestä) ja vertailuryhmä, joka muodostui 94 altistumattomasta saman teollisuusalueen työntekijästä. Tutkimusmenetelminä olivat kysely, laboratoriotestit, verenpaineen mittaus ja EKG. Näiden lisäksi tehtiin 122 koboltille kumulatiivisesti eniten altistuneelle ja 60 iän mukaan kaltaistetulle verrokille sydämen kaikukardiografiatutkimus. Seurantatutkimukseen osallistuivat ne koboltille altistuneet työntekijät, jotka olivat jatkaneet työskentelyä kobolttitehtaalla vuoden 2000 jälkeen ja jotka olivat kuuluneet kaikukardiografialla tutkittujen ryhmään. Vertailuryhmään kuuluneista tutkittiin ne, jotka niin ikään olivat osallistuneet mainittuun tutkimukseen. Ryhmien koot olivat 93 ja 49 miestä. Tutkimusmenetelmät olivat samat kuin vuoden 2000 tutkimuksessa, täydennettynä kudosdopplerilla ja EKG:n pitkäaikaisrekisteröinnillä (Holter). Koska tutkimusmenetelmät olivat osittain erilaiset, vuoden 2006 tulokset käsiteltiin uutena poikkileikkaustutkimuksena käyttäen samoja tilastollisia menetelmiä kuin vuonna 2000.

Epidemiologisten tutkimustulosten analyyseissä käytettiin metallialtistumisen mittayksikkönä mg-vuotta, hengityselintutkimuksessa kaasualtistumisen yksikkö oli vastaavasti ppm-vuosi. Kumulatiivinen altistuminen oli määritetty kaikille altistuneille tutkituille.

Hengityselintutkimuksen kyselyosiossa ilmoittivat koboltin tuotannossa altistuneet työntekijät astman kaltaisia oireita huomattavasti useammin kuin altistumattomat verrokit. Pienten hengitysteiden toimintaa kuvaavat virtausarvot, MEF50 ja MEF25, olivat merkitsevästi huonommat tupakoivilla altistuneilla kuin tupakoivilla altistumattomilla työntekijöllä. Altistuneista yhdellä todettiin uusi koboltin aiheuttama ammattiastma, sen sijaan kovametallitautia tai fibrosoivaa alveoliittia ei todettu. Ammattiastmapotilaille tehdyissä altistustesteissä olivat astmaattiset reaktiot valtaosin viivästyneitä tai kaksivaiheisia reaktioita. Kobolttiastman ilmaantuvuus oli korkein osastolla, jossa oli korkein koboltille altistumisen taso. Kobolttiastmat olivat kehittyneet osastoilla, joilla oli altistuttu koboltin lisäksi myös hengitysteitä ärsyttäville kaasuille. Astmapotilaiden seurantatutkimuksessa Työterveyslaitoksella, kuuden kuukauden kuluttua diagnoosin tekemisestä, oli keuhkoputkien epäspesifinen supistumisherkkyys (hyperreaktiviteetti) useimmiten pysynyt ennallaan tai lisääntynyt.

Ensimmäisen sydäntutkimuksen kaikukardiografiatuloksissa olivat kaksi alkudiastolea kuvaavaa muuttujaa (isovolyyminen relaksaatioaika, IVRT, ja E-aallon hidastumisaika, DT) pidentyneet altistuneiden ryhmässä ja pidentyminen näytti olevan yhteydessä altistumisen tasoon. Näitä muuttuneeseen diastoleen viittaavia havaintoja ei tehty seurantatutkimuksessa eikä siinä todettu tutkimusryhmien välillä merkitseviä eroja myöskään muissa kaikukardiografia-arvoissa eikä EKG-, Holter- tai laboratoriotuloksissa.

Yhteenvetona voidaan todeta, että astman lisäksi tässä tutkimuksessa ei todettu muita kroonisia hengityselinsairauksia. Tupakoinnilla ja altistumisella oli negatiivinen vuorovaikutus keuhkojen toimintaan. Kobolttiastma oli kehittynyt pääasiassa olosuhteissa, joissa altistuminen sekä koboltille että ärsyttäville kaasuille oli ollut voimakasta. Astman kliininen kuva tukee käsitystä, että kobolttiastman syntymekanismi oli IgE-riippumaton. On mahdollista, että ensimmäisessä sydäntutkimuksessa todetut vähäiset muutokset peittyivät kehitykseen, joka tutkittavissa oli tapahtunut kuuden vuoden seuranta-aikana sydämeen ja sen toiminnan mittaamiseen vaikuttavissa yleisissä riski- ja elämäntapatekijöissä. Joka tapauksessa, kuten on havaittu muissa tutkimuksissa, terveet henkilöt kestävät erittäin korkeita veren kobolttipitoisuuksia, joten on hyvin epätodennäköistä, että työntekijälle kehittyisi asianmukaisissa työskentelyolosuhteissa koboltin aiheuttama kliininen kardiomyopatia.

The aim of the study was to investigate the respiratory and possible myocardial effects of mainly long-term exposure in the production of cobalt and its compounds. The study concerning the respiratory system consisted of two parts. In the epidemiological study, the association of exposure and respiratory symptoms, functions, and possible diseases was examined. The study population consisted of current and former cobalt workers who had been working in cobalt production for at least 10 years (110 men). The reference group consisted of 140 unexposed workers. The study methods contained a questionnaire, a chest X-ray, spirometry including diffusion capacity, and measurements of Clara cell protein. The case study characterised 22 occupational cobalt asthma patients whose diagnosis had been confirmed with a specific bronchial challenge by the Finnish Institute of Occupational Health. The cardiac studies were performed in 2000 and 2006. The first cross-sectional study surveyed a study group of workers with at least a year’s work history in cobalt production as well as an unexposed reference group. These groups consisted of 203 and 94 men, respectively. The study methods included a questionnaire, laboratory tests, blood pressure measurements, and electrocardiography (ECG). In addition to this, an echocardiograph (ECHO) examination was performed for the 122 men with the highest cumulative cobalt exposure and for an age-matched control group of 60 unexposed men. In the follow-up study, the subjects were workers who had continued working at the cobalt factory after the year 2000 and who had gone through an ECHO examination, and referents who had been examined similarly (93 and 49 men, respectively). The study methods were the same as in 2000 with the addition of using pulsed-wave tissue Doppler imaging and long-term ECG registration (Holter). Therefore, the results in 2006 were analysed as a new cross-sectional study design using similar statistical models as employed in 2000.

In the analyses of the epidemiological studies, the unit used for metal exposures was mg-year. In the respiratory study ppm-year was also used in the case of gas exposures. These parameters were calculated for all the exposed study subjects. In the results, symptoms of asthma based on questionnaire responses were more prevalent among the exposed workers. The respiratory flow rates MEF50 and MEF25, which refer to the smaller airways, were significantly lower among the smoking-exposed workers than among the smoking-unexposed workers. One new case of cobalt asthma but no cases of hard metal disease or fibrosing alveolitis were found. Among the cobalt asthma patients, on challenge tests mostly late or dual asthmatic reactions were observed. The incidence of cobalt asthma was the highest in the department with the highest cobalt exposure levels. All cases of cobalt asthma were encountered in departments where irritant gases were present in the ambient air in addition to cobalt. At the time of the follow-up examination 6 months after diagnosis, non-specific hyperreactivity had mostly remained at the same level or increased. In the first heart study, two of the ECHO parameters measuring early diastole, the left ventricular isovolumic relaxation time (IVRT), and the deceleration time of the velocity of the early rapid filling wave (DT) were prolonged and associated with cobalt exposure. These findings, indicating altered left ventricular function, could not be repeated in the follow-up study and no significant differences were found between the exposed and unexposed groups for any other ECHO, ECG, or Holter parameters or laboratory values. In conclusion, no chronic respiratory diseases except asthma were found in the study. Smoking and exposure had an interacting negative effect on the respiratory functions. Cobalt asthma had mainly developed in circumstances where exposure to cobalt and irritant gases had been high. The clinical picture and the results of the studies fit an IgE-independent mechanism in the development of asthma. It is possible that minor findings of the first cardiac examination were masked by the changes developed in the common risk and lifestyle factors affecting heart function and its measurement during the 6 years of follow-up. Regardless, as shown in other studies, healthy individuals can tolerate very high blood cobalt levels, so the development of clinical cobalt cardiomyopathy is very unlikely in appropriate working conditions.