NOVÉ POZNATKY O ZDRAVOTNÍCH RIZICÍCH ZNEČIŠTĚNÉHO OVZDUŠÍ Ústav experimentální mediciny AV ČR Praha ARNIKA, Ostrava, Radim J. Šrám ?

VÝVOJ ZNEČIŠTĚNÍ OVZDUŠÍ V ČR R. J. Sram 2009

% RATIO OF ABSOLUTE EMISSION CZECH REPUBLIC 1988 REGION N o r t h. B o h. S o u t h B o h. S o u t h M o r. W e s t B o h. N o r t h M o r. W e s t B o h C e n t r a l B o h. P r a h a SO 2 NO X R. J. Sram 2009

IMPACT OF AIR POLLUTION ON HUMAN HEALTH TEPLICE (coal power plant open pit mines industry) Control district PRACHATICE (agricultural area) TEPLICE PROGRAM Model district R. J. Sram 2009

vliv environmentální expozice k-PAU – riziko genotoxicity vztah mezi expozicí k-PAU, DNA adukty a chromosomovými aberacemi (FISH), snížením DNA reparace význam oxidačního poškození pro nemocnost dětí NOVÉ POZNATKY R. J. Sram 2009

> 10 mm < 10 mm (PM10) < 2.5 mm (PM2.5) Air particles deposition in the airways R. J. Sram 2009

rok průměr [µg/m 3 ] TeplicePrachatice Roční průměry PM2.5 Teplice a Prachatice R. J. Sram 2009

EUROPEAN HOT SPOT OF AIR POLLUTION BY PM2.5 AND B[a]P: OSTRAVA, CZECH REPUBLIC R. J. Sram 2009

PM R. J. Sram 2009 Concentrations [µg/m 3 ] ≤ 10 > > > > > 45 ≤ LAT (LAT, UAT > (UAT, 30 > (30, LV > >LV 0% 2.6% 66.7% 28.4% 1.1% 1.2%

B[a]P R. J. Sram 2009 ≤ 0.4 > > > > 2.0 ≤ LAT (LAT, UAT > (UAT, LV > (LV,2 > > % 35.4% 15.9% 6.6% 2.4% Concentrations [ng/m 3 ]

ZNEČIŠTĚNÍ OVZDUŠÍ A ÚMRTNOST R. J. Sram 2009

CONCENTRATION OF AIR POLLUTANTS (Mining districts 1982 – 2006) winter R. J. Sram 2009

LIFE EXPECTANCY Mining malesPrague malesCR males Mining femalesPrague femalesCRfemales years Age - years R. J. Sram 2009

All< >75 Age categories (years) males females IMPACT OF AIR POLLUTION TO MORTALITY IN MINING DISTRICTS periods 1983 – 1994 vs R. J. Sram 2009

25 All< >75 malesfemales Age categories (years) IMPACT OF AIR POLLUTION TO CARDIOVASCULAR MORTALITY IN MINING DISTRICTS periods 1983 – 1994 vs

DŮSLEDKY POZITIVNÍCH ZMĚN V období umíralo ročně méně o 195 mužů a 92 žen Za období 1995 – 2004 zemřelo méně o 1950 mužů a 920 žen R. J. Sram 2009

BIOMARKERY

LIDSKÉ BIOMARKERY Biomonitorování ÚmrtíÚmrtí Biomarkery expozice Biomarkery účinku doba (roky) Diagnóza rakoviny Časná Pozdní Pre-maligní léze 100% Léčba Prevence R.J. Albertini 1998 R. J. Sram 2009

HUMAN BIOMARKERS Genetic/Carcinogenic Risks EXPOSUREEXPOSURE Internal Dose Biologically Effective Dose Early Genotoxic Effects Altered Structure Function CANCERCANCER Environ Health Perspect 74: 3-9, 1987 Metabolic Genotype/Fenotype DNA Repair Capacity BIOMARKERS OF SUSCEPTIBILITY Immune Functions R. J. Sram 2009

PREGNANCY OUTCOME EXPOSURE PAHs SMOKING ETS Internal dose Biologically Effective Dose Early Genotoxic Effects CotinineDNA adducts HPRT BIRTH WEIGHT Metabolic Genotype/Phenotype DNA Repair Capacity R. J. Sram 2009

Autoradiographs of thin layer chromatograms with DNA adduct pattern of: DNA isolated from lymphocytes of subject sampled in January 2004 (1st sampling period) Water blank Positive control (DNA isolated from the lung of rats intraperitoneally treated with 100 mgB[a]P/kg b.w.) R. J. Sram 2009

t(Ab);t(Ab);t(Ba) Three translocations between chromosome 1 and unpainted chromosomes CYTOGENETIC ANALYSIS FISH analysis R. J. Sram 2009

MICRONUCLEI R. J. Sram 2009

GENETIC POLYMORPHISMS R. J. Sram 2009 BIOMARKERS OF SUCCEPTIBILITY metabolic genotypes CYP1A1, CYP1B1, CYP 2E1 ADH2, ADH3 GSTM1, GSTT1, GSTP1 NAT1, NAT2, EPHX1 DNA repair genotypes XPD, hOGG1, ERCC2, AGT

Reactive oxygen species Endogenous sourcesExogenous sources O2O2 - SOD H2O2H2O2 Catalase H 2 O + O 2 GPx H2OH2O OH DNA oxidationLipid peroxidationProtein oxidation R. J. Sram 2009

BIOMARKERY VLIV OVZDUŠÍ

DNA adducts by 32 P-postlabeling Chromosomal aberrations conventional, FISH, micronuclei Oxidative damage 8-oxodG, 15-F2T-isoP, proteins, SCGE Genetic polymorphisms Gene expression PM2.5Stationary monitoring c-PAHs Personal monitoring Stationary monitoring VOCPersonal monitoring Stationary monitoring Cotinine Triglycerids, Total, HDL and LDL cholesterol Vitamins A, C. E, folic acid R. J. Sram 2009 Human studies and biomarkers of exposure, effect and susceptibility

R. J. Sram 2009

VLIV OVZDUŠÍ NA 8-oxodG V MOČI DĚTÍ

Vztah 8-oxodG a kotininu 50 kotinin (µg/mmol kreat.) R. J. Sram 2009

Multivariate model of effect of PM2.5 on 8-oxodG levels (linear regression) R. J. Sram 2009 All Teplice Prachatice Intercept PM2.5 Child age Cotinine (above/below 20 ng/mg) Allergic rhinitis Intercept PM2.5 Child age Cotinine (above/below 20 ng/mg) Allergic rhinitis Intercept PM2.5 Child age Allergic rhinitis <0.05 < <0.01 <0.001 < < < <0.005 <0.05 < < Period (days before sampling) 7-day (-1;-7)3-day (-4;-6) RpRp PollutantRegion

Multivariate model of effect of B[a]P on 8-oxodG levels (linear regression) R. J. Sram 2009 All Teplice Prachatice Intercept B[a]P Child age Cotinine (above/below 20 ng/mg) Allergic rhinitis Intercept B[a]P Child age Cotinine (above/below 20 ng/mg) Allergic rhinitis Intercept B[a]P Child age Allergic rhinitis < < <0.05 <0.001 <0.005 < < <0.001 < <0.05 < < < Period (days before sampling 3-day (-1;-7)3-day (-4;-6) RpRp PollutantRegion

8-oxodG V MOČI DĚTÍ zvýšen při expozici pasivnímu kouření snižuje se s věkem dětí je ovlivněn etnicitou a vzděláním matky zvýšen expozicí PM2.5 a PM10 7 dní před odběrem zvýšen expozicí k-PAU 1-3 a 7-9 dní před odběrem zvýšen u dětí s alergickou rhinitidou R. J. Sram 2009

VLIV OVZDUŠÍ R. J. Sram 2009 NA RESPIRAČNÍONEMOCNĚNÍ U DĚTÍ

Bronchitidy RR, 95% CI’s, akutní expozice PAU, multivariátní analýza day lag 2 day lag 3 day lag 4 day lag 5 day lag 6 day lag 7 day prior average Single day no lag 3 day prior average 1 day lag 2 day lag 3 day lag 4 day lag 5 day lag 6 day lag 7 day prior average Single day no lag 3 day prior average R. J. Sram months years

Bronchitidy RR, 95% CI’s, akutní expozice PM2.5, multivariátní analýza 0-24 months years day lag 2 day lag 3 day lag 4 day lag 5 day lag 6 day lag 7 day prior average Single day no lag 3 day prior average 1 day lag 2 day lag 3 day lag 4 day lag 5 day lag 6 day lag 7 day prior average Single day no lag 3 day prior average R. J. Sram 2009

Krátkodobá expozice PAU u dětí Krátkodobá expozice PAU zvyšuje výskyt brochitid v předškolním věku Nejsilnější asociace je s expozicí 7 dní R. J. Sram 2009

Význam první léta života dítěte jsou kritickou periodou dýchacího ústrojí a imunity R. J. Sram 2009

Acute laryngitis and tracheitis – the mean occurrence (child/year) R. J. Sram PrachaticeBílinaDuchcovKrupkaTeplice 0-2 years2-6 years

Otitis media - the mean occurrence (child/year) R. J. Sram PrachaticeBílinaDuchcovKrupkaTeplice 0-2 years2-6 years

Pneumonia - the mean occurrence (child/year) R. J. Sram PrachaticeBílinaDuchcovKrupkaTeplice 0-2 years2-6 years

ASTHMATIC AND ALLERGIC CHILDREN OSTRAVA – BARTOVICE R.J.Sram 2009 Asthmatic childrenAllergic children

VLIV OVZDUŠÍ NA VÝSLEDKY TĚHOTENSTVÍ R. J. Sram 2009

DŮSLEDKY IUGR Dětská úmrtnost Dětská nemocnost Zpoždění vývoje Cukrovka Hypertenze Ischemická choroba srdeční

NA KVALITU SPERMIÍ VLIV OVZDUŠÍ R. J. Sram 2009

0100 Fragmented DNA (red fluorescence) Native DNA Stainability (green fluorescence) SCSA ® - Acridine Orange Stained DNA R. J. Sram 2009

PAHcPAHB[a]P FebruaryMay eqB[a]P Air pollutions Prague 2007 (ng/m 3 ) R. J. Sram 2009

Morphology (%) FebruaryMay Volume (ml) Concentration (mil/ml) Motility (%) Vitality (%) Sperm analysis R. J. Sram 2009

Policemen patrolling the streets in Prague centre with heavy traffic N=46 dDFI < 15% Feb 30 May 42 dDFI 15 – 30%Feb 16 May 4 dDFI >30%Feb 2 May 2 HDS >15%Feb 10 May 4 The level of air pollution will be assessed on the basis of information from two source: -data from stationary measuring stations AIM Prague -for 48 h using personal sampling devices (URG Corp, USA) R. J. Sram 2009 P≤0.001 May det DFI (%) February May high DFI (%) February 5 HDS (%) February May

R. J. Sram 2009 HODNOCENÍ RIZIKA VLIV OVZDUŠÍ

R. J. Sram 2009 porodní hmotnost genotyp nemocnost dýchací funkce neuropsychické funkce OVLIVNĚNÍ VÝVOJE DĚTÍ VLIV FAKTORŮ ŽP A ŽIVOTNÍHO STYLU:

VÝZNAM OXIDAČNÍHO POŠKOZENÍ U DĚTÍ zvyšuje výskyt respiračních onemocnění (bronchitidy, astma) ovlivňuje imunitu U DOSPĚLÝCH zvyšuje výskyt nádorových onemocnění aterosklerosy diabetes URYCHLUJE PROCES STÁRNUTÍ R. J. Sram 2009

RISK FOR HUMAN HEALTH IMPACT OF c-PAHs IN POLLUTED AIR pregnancy outcome (IUGR, LBW) act as ED child morbidity, mental development men fertility cardiovascular diseases, diabetes, cancer R. J. Sram 2009

DNA adducts FISH F G /100 DNA adducts IUGRSCSA controls exposed FISH F G /100 ng/m 3 Risk limit EXPOSURE TO BENZO[a]PYRENE IN AIR – RISK ASSESSMENT R. J. Sram 2009

RISK FOR HUMAN HEALTH concentrations > 1 ng B[a]P/m 3 in polluted air ACCORDING TO MOLECULAR EPIDEMIOLOGY STUDIES R. J. Sram 2009

Daily concentrations of benzo[a]pyrene R. J. Sram 2009 Bartovice (Ostrava) 2005 Impact on pregnancy outcome 60 limit/year ( ): 1 ng/m ng/m 3 Impact on DNA fragmentation in sperm

R. J. Sram 2009 POŠKOZENÍ GENOMU POČÁTEK NEMOCI NUTNOST PREVENCE !

Rubes Vozdova Benes Novak Nozicka Holy Pokorna Schallerova Binkova Dejmek Dostal Milcova Novakova Rossner Rossner, Jr. Rossnerova Sevastyanova Solansky Svecova Topinka B. J. M. A. Z. P. A. O. I. V. J. ACKNOWLEDGEMENT J. M. I. J. L. Z. E. R. J. Sram 2009

Supported by the Czech Ministry of Environment VaV SP/1b3/50/07, SP/1b3/8/08 ACKNOWLEDGEMENT R. J. Sram 2009