Human Exposure to PFAS and Other Anthropogenic Organofluorine Chemicals in Tromsø between 1986 and 2015

Abstract

Summary In the last century, there has been a dramatic increase in chemical production and number and diversity of chemicals produced. Especially, organofluorine chemistry has increased its importance due to applications in pharmaceuticals, agrochemicals, refrigerant gases and in consumer products and industry with fluoropolymers and per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS). PFAS are receiving international attention due to ubiquitous detection in the environment and in humans, their persistence and potential health and environmental impacts. Due to these concerns, production of some PFAS has been reduced internationally and their human blood concentrations are declining globally. However, PFAS production shifted towards new chemistries. Since >4700 PFAS exist and there is growing evidence about the presence of unknown organofluorine in human blood, there are concerns about PFAS human exposure underestimation. The overall thesis aim was to improve the description of PFAS and organofluorine exposure over three decades (1986-2015), covering a relevant timeframe for PFAS legislation and production changes. To achieve our goal, a new method to measure unknown PFAS in human blood had to be developed and we developed the total oxidizable precursors (TOP) assay for human serum. Pooled serum samples from the Tromsø Study collected in 1986, 2007 and 2015 were analysed using a fluorine mass-balance approach that included total fluorine (TF), extractable organic fluorine (EOF), target PFAS, suspect screening and, for the first time, TOP and fluorinated pharmaceuticals. Our study shows that TF concentrations did not change significantly between years, while EOF decreased between 1986-2007 and did not change between 2007-2015. However, the composition of EOF has been changing through years. While PFAS concentrations were highest in 2007, TOP concentrations were low and did not change between years and fluorinated pharmaceuticals and metabolites concentrations increased between 1986-2015. Further, suspect screening revealed only one additional PFAS with low concentrations.

Sammendrag I det siste århundre har det vært en dramatisk økning i produksjon av kjemikalier, både i antall og mangfold. Spesielt har organofluorkjemi fått økt betydning på grunn av gruppen med fluorforbindelser kjent som per- og polyfluoralkylforbindelser (PFAS). PFAS brukes i produksjon av farmasøytiske produkter og agrokjemikalier, gasser til kjøleanlegg, i en rekke forbrukerprodukter og polymerindustri . Den internasjonale oppmerksomheten rundt PFAS skyldes at de er funnet overalt i miljøet og i mennesker, demmes stabilitet i miljøet og potensielt helseskadelige. På grunn av disse bekymringene har produksjonen av noen PFAS blitt faset ut eller redusert. Som en følge av dette har konsentrasjonen av noen av disse PFAS målt i blodet hos mennesker avtatt på en globalt skala. Etter initiativene til utfasing av noen PFAS skiftet produksjonen av PFAS-til nye varianter. I dag eksisterer det over 4700 PFAS, og flere studier indikerer en tilstedeværelse av ukjente organiske fluorforbindelser i humant blod. Det overordnede målet med oppgaven var å forbedre forståelsen av PFAS- og organofluoreksponeringen over tre tiår (1986-2015). Denne tidsperioden dekker også den relevante tidsrammen for PFAS-lovgivning og produksjonsendringer. For å oppnå vårt mål, en måtte vi utvikle ny metode for å måle ukjente PFAS i human plasma. Vi utviklet metoden total oxidizable precursors (TOP) for serum for dette formålet. Sammenslåtte serumprøver fra Tromsø-undersøkelsen samlet inn i 1986, 2007 og 2015 ble analysert ved hjelp av en fluormassebalansemetode som inkluderte totalfluor (TF), ekstraherbar organisk fluor (EOF), kjente PFASer, mulige PFASer og, for første gang, totale oksiderbare forløpere (TOP) og fluorerte legemidler. Vår studie viser at TF-konsentrasjonene endret seg ikke vesentlig mellom årene, men mengden EOF avtok mellom 1986-2007 og var uendret mellom 2007-2015. Sammensetningen av EOF har imidlertid vært i endring gjennom årene. Mens PFAS-konsentrasjonene var høyest i 2007, var TOP-konsentrasjonene lave og endret seg ikke mellom år, og bidraget til fluorerte legemidler og metabolitter økte mellom 1986-2015. Videre viste analysen av mulige PFASer bare én ekstra PFAS med lave konsentrasjonene.

Sommario Nell’ultimo secolo, la produzione chimica e il numero e la diversità di sostanze prodotte sono drasticamente aumentate. In particolare, la chimica degli organofluoruri ha guadagnato importanza grazie alle sue applicazioni nei prodotti farmaceutici, agrochimici, nei gas refrigeranti e nei prodotti di consumo e nell'industria grazie a fluoropolimeri e sostanze per- e polifluoroalchiliche (PFAS). Le PFAS sono oggetto di attenzione a livello internazionale a causa della presenza ubiquitaria nell'ambiente e negli esseri umani e dei potenziali impatti sulla salute e sull'ambiente. A causa di queste preoccupazioni, la produzione di alcune PFAS è stata ridotta internazionalmente e le loro concentrazioni nel sangue umano stanno diminuendo in tutto il mondo. Tuttavia la produzione di PFAS si è spostata verso nuove sostanze. Poiché esistono > 4700 PFAS e vi sono sempre più prove a sostegno della presenza di organofluorori sconosciuti nel sangue umano, ci sono preoccupazioni sulla sottostima dell'esposizione umana alle PFAS. L'obiettivo generale della tesi è quello di migliorare la descrizione dell'esposizione umana alle PFAS e agli organofluorori durante tre decenni (1986-2015), in cui la legislazione e la produzione delle PFAS sono cambiate. Per raggiungere questo obiettivo, è stato necessario sviluppare un nuovo metodo per misurare i PFAS sconosciuti nel sangue umano e in questo studio abbiamo sviluppato il test dei precursori ossidabili totali (TOP) per il siero umano. Pool di siero umano provenienti dal Tromsø Study raccolti nel 1986, 2007 e 2015 sono stati analizzati utilizzando un approccio basato sul bilancio di massa del fluoro, includendo fluoro totale (TF), fluoro organico estraibile (EOF), PFAS conosciuti, suspect screening e, per la prima volta, TOP e farmaci fluorurati. Le concentrazioni di TF non sono cambiate in modo significativo tra gli anni analizzati, mentre l’EOF è diminuito tra1986-2007 e non è cambiato tra 2007-2015. Tuttavia, la composizione dell’EOF è cambiata nel corso degli anni. Mentre le concentrazioni di PFAS erano più alte nel 2007, le concentrazioni di TOP erano basse e non sono cambiate nel corso degli anni e le concentrazioni dei farmaci fluorurati e dei loro metaboliti sono aumentate tra 1986-2015. Inoltre, il suspect screening ha rivelato solo una PFAS aggiuntiva in basse concentrazioni.

Resumen En el último siglo, se ha verificado un incremento significativo de la producción química y del número y diversidad de sustancias químicas producidas. Especialmente, la química organofluorada ha aumentado su importancia debido a sus aplicaciones en productos farmacéuticos, agroquímicos, gases refrigerantes y en productos de consumo e industria con fluoropolímeros y sustancias perfluoroalquiladas (PFAS). Las PFAS son objeto de atención internacional debido a su detección ubicua en el medio ambiente y en los seres humanos y por su posible impacto ambiental y en la salud. Debido a estas preocupaciones, la producción de algunas PFAS se ha reducido a nivel internacional y las concentraciones en sangre humana están disminuyendo a nivel mundial. Sin embargo, la producción de PFAS se ha desplazado hacia nuevas sustancias. Dado que existen >4700 PFAS y hay evidencia sobre la presencia de organofluorados desconocidos en la sangre humana, existe preocupación sobre la subestimación de la exposición humana a las PFAS. El objetivo general de la tesis es mejorar la descripción de la exposición humana a las PFAS y a los organofluorados durante tres décadas (1986-2015), en las que la legislación y la producción de PFAS han cambiado. Para lograr nuestro objetivo, fue necesario desarrollar un nuevo método para medir PFAS desconocidos en sangre humana y desarrollamos el ensayo de precursores oxidables totales (TOP) para suero humano. Se analizaron pools de suero sanguíneo del Tromsø Study recolectados en 1986, 2007 y 2015 utilizando un balance de masa de flúor que incluyó flúor total (TF), flúor orgánico extraíble (EOF), PFAS conocidos, suspect screening y, por primera vez, TOP y productos farmacéuticos fluorados. Las concentraciones de TF no cambiaron significativamente en los años investigados, mientras que el EOF disminuyó entre 1986-2007 y no cambió entre 2007-2015. Sin embargo, la composición del EOF ha ido cambiando a lo largo de los años. Si bien las concentraciones de PFAS eran más altas en 2007, las concentraciones de TOP eran bajas y no cambiaron en los años investigados y la concentracion de productos farmacéuticos y metabolitos fluorados aumentó entre 1986-2015. Además, el suspect screening detectó solo una PFAS adicional con concentraciones bajas.