Biological monitoring of low-level exposure to benzene / Monitoraggio biologico dell’esposizione a basse dosi di benzene

Summary
Introduction: Conflicting opinions exist about the reliability of biomarkers of low-level  exposure to benzene. We compared the ability of the urinary excretion of trans,trans-muconic acid (t,t-MA), s-phenilmercapturic acid (s-PMA) and urinary benzene (U-Benz) to detect low level occupational and environmental exposure to benzene. Methods: We monitored airborne benzene by personal air sampling, and U-Benz, s-PMA, t,t-MA and cotinine (U-Cotinine) in spot urine samples, collected at 8 am and 8 pm, in 32 oil refinery workers and 65 subjects, randomly selected among the general population of urban and suburban Cagliari, Italy. Information on personal characteristics, diet and events during the sampling day was acquired through in person interviews. Results: The median concentration of airborne benzene was 25.2 mg/m3 in oil refinery workers, and 8.5 mg/m3 in the general population subgroup. U-Benz in morning and evening samples was significantly more elevated among oil refinery workers than the general population subgroup (p=0.012, and p=7.4x10-7, respectively) and among current smokers compared to non-smokers (p=5.2x10-8, and p=5.2x10-5 respectively). Benzene biomarkers and their readings in the two sampling phases were well correlated to each other. The Spearman’s correlation coefficient with airborne benzene was significant for U-Benz in the evening sample, while no correlation was seen with t,t-MA and s-PMA readings in either samplings. The two benzene metabolites were frequently below limit of detection (LOD), particularly among the general population study subjects (17-9% and 39%, for t,t-MA and s-PMA respectively). Morning U-Cotinine excretion showed a good correlation with U-Benz in the morning and in the evening sampling (p<0.001), and with s-PMA in the evening sample (p<0.001), but not with t,t-MA in either samplings. t,t-MA in the evening sample was the only biomarker showing a moderate inverse correlation with BMI (p<0.05). The multiple regression analysis adjusting by BMI and number of cigarettes smoked during the day  confirmed the results of the univariate analysis. Discussion: Our results suggest that unmetabolized U-Benz would allow a more reliable biomonitoring of low-level exposure to benzene than s-PMA and t,t-MA.


Riassunto
«Monitoraggio biologico dell’esposizione a basse dosi di benzene». Introduzione: La validilità dei biomarcatori di bassi livelli d’esposizione a benzene è oggetto di opinioni contrastanti. Abbiamo confrontato la validità dell’acido trans,trans muconico (t,t-MA), dell’acido s-fenilmercapturico (SPMA) e del benzene urinario (U-Benz) nel monitoraggio dell’esposizione a basse dosi occupazionali ed ambientali a benzene. Metodi: Sono stati dosati i livelli di esposizione ambientale (AB) ed analizzati i livelli di U-benz, SPMA e t,t-MA in due campioni estemporanei di urina (alle ore 8 e alle ore 20) di 32 operai di una raffineria di petrolio e 65 soggetti non esposti  estratti a caso tra la popolazione generale residente nell’area metropolitana di Cagliari. È stata inoltre dosata la cotinina (U-Cotinina) nel campione del mattino e calcolato l’indice di massa corporea (BMI). Informazioni sull’esposizione nel giorno del monitoraggio sono state raccolte mediante questionario. Risultati: I valori ambientali mediani di benzene sono risultati pari a 25.2 mg/m3 negli operai di raffineria e 8.5 mg/m3 nella popolazione generale. U-benz è risultato significativamente più elevato tra gli operai di raffineria in entrambi i campioni (p=0.012, e p=7.4x10-7 rispettivamente) e tra i fumatori rispetto ai non fumatori (p=5.2x10-8 e p=5.2x10-5 rispettivamente). I vari marcatori si sono mostrati ben correlati tra di loro e tra i due campionamenti. U-benz nel campione serale ha mostrato una buona correlazione con l’esposizione ambientale (p<0.001), mentre s-PMA e t,t-MA non hanno mostrato una correlazione in nessuno dei due campionamenti. U-Cotinina ha mostrato una buona correlazione con U-benz al mattino e alla sera (p<0.001) e s-PMA nel campione serale (p<0.001), ma non con t,t-MA in nessuno dei due campioni. t,t-MA è risultato l’unico biomarcatore a mostrare una moderata correlazione inversa con il BMI (p<0.05). L’analisi della regressione multipla, corretta per BMI e numero di sigarette fumate nel corso della giornata ha confermato i risultati dell’analisi univariata. Discussione: I nostri risultati suggeriscono che la determinazione del benzene urinario possa costituire un biomarcatore piu’ affidabile rispetto a s-PMA e t,t-MA nel monitoraggio dell’esposizione occupazionale ed ambientale a bassi livelli di benzene.