NOVÉ POZNATKY O ZDRAVOTNÍCH RIZICÍCH ZNEČIŠTĚNÉHO OVZDUŠÍ Ústav experimentální mediciny AV ČR Praha ARNIKA, Ostrava, 28. 5. 2009 Radim J. Šrám ?

Prezentace na téma: "NOVÉ POZNATKY O ZDRAVOTNÍCH RIZICÍCH ZNEČIŠTĚNÉHO OVZDUŠÍ Ústav experimentální mediciny AV ČR Praha ARNIKA, Ostrava, 28. 5. 2009 Radim J. Šrám ?"— Transkript prezentace:

1 NOVÉ POZNATKY O ZDRAVOTNÍCH RIZICÍCH ZNEČIŠTĚNÉHO OVZDUŠÍ Ústav experimentální mediciny AV ČR Praha ARNIKA, Ostrava, 28. 5. 2009 Radim J. Šrám ?

2 VÝVOJ ZNEČIŠTĚNÍ OVZDUŠÍ V ČR R. J. Sram 2009

3 50 40 30 20 10 0 % 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

4 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

5 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

6 > 10 mm < 10 mm (PM10) < 2.5 mm (PM2.5) Air particles deposition in the airways R. J. Sram 2009

7 rok 0 10 20 30 40 50 60 70 19931994199519961997199819992000200120022003200420052006 průměr [µg/m 3 ] TeplicePrachatice Roční průměry PM2.5 Teplice a Prachatice 1993 - 2006 R. J. Sram 2009

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

9

10 PM10 - 2006 R. J. Sram 2009 Concentrations [µg/m 3 ] ≤ 10 > 10 - 14 > 14 - 30 > 30 - 40 > 40 - 45 > 45 ≤ LAT (LAT, UAT > (UAT, 30 > (30, LV > >LV 0% 2.6% 66.7% 28.4% 1.1% 1.2%

11 B[a]P - 2006 R. J. Sram 2009 ≤ 0.4 > 0.4 - 0.6 > 0.6 - 1.0 > 1.2 - 2.0 > 2.0 ≤ LAT (LAT, UAT > (UAT, LV > (LV,2 > > 2 39.7% 35.4% 15.9% 6.6% 2.4% Concentrations [ng/m 3 ]

12 ZNEČIŠTĚNÍ OVZDUŠÍ A ÚMRTNOST R. J. Sram 2009

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

14 LIFE EXPECTANCY 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 Mining malesPrague malesCR males Mining femalesPrague femalesCRfemales 82 80 78 76 74 72 70 68 66 64 years Age - years R. J. Sram 2009

15 0 2 4 6 8 10 12 All<6060-74>75 Age categories (years) males females IMPACT OF AIR POLLUTION TO MORTALITY IN MINING DISTRICTS periods 1983 – 1994 vs. 1995 - 2004 R. J. Sram 2009

16 25 All<6060-74>75 malesfemales Age categories (years) IMPACT OF AIR POLLUTION TO CARDIOVASCULAR MORTALITY IN MINING DISTRICTS periods 1983 – 1994 vs. 1995 - 2004 0 5 10 15 20

17 DŮSLEDKY POZITIVNÍCH ZMĚN V období 1995-2004 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

18 BIOMARKERY

19 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

20 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

21 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

22 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

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

24 MICRONUCLEI R. J. Sram 2009

25 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

26 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

27 BIOMARKERY VLIV OVZDUŠÍ

28 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

29 R. J. Sram 2009

30 VLIV OVZDUŠÍ NA 8-oxodG V MOČI DĚTÍ

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

32

33 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 0.16 -2.74 3.20 1.34 28.57 0.24 -2.51 4.41 7.59 43.71 -0.13 -3.07 -3.03 33.56 <0.05 <0.0001 0.001 0.41 <0.01 <0.001 <0.005 0.01 0.30 <0.001 0.06 0.16 -2.74 3.23 1.28 29.81 0.23 -2.56 4.321 7.64 45.22 -0.20 -3.09 -3.02 33.94 0.08 <0.001 0.005 <0.005 <0.05 <0.001 0.005 0.01 0.21 <0.001 0.06 Period (days before sampling) 7-day (-1;-7)3-day (-4;-6) RpRp PollutantRegion

34 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 34.01 -1.44 -2.65 3.04 1.19 31.09 1.73 -2.54 4.42 7.76 40.25 -0.02 -3.05 -1.62 0.03 <0. 001 <0.005 0.47 <0.05 <0.001 <0.005 <0.01 0.98 <0.001 0.22 34.94 1.20 -2.74 3.49 1.27 31.30 2.13 -2.71 4.58 8.46 42.18 -0.99 -2.97 -4.18 0.08 <0.001 <0.01 0.55 <0.05 <0.001 0.01 <0.05 0.36 <0.001 0.05 Period (days before sampling 3-day (-1;-7)3-day (-4;-6) RpRp PollutantRegion

35 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

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

37 Bronchitidy RR, 95% CI’s, akutní expozice PAU, multivariátní analýza 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 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 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 0-24 months 2-4.5 years

38 Bronchitidy RR, 95% CI’s, akutní expozice PM2.5, multivariátní analýza 0-24 months 2-4.5 years 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 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 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

39 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

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

41 Acute laryngitis and tracheitis – the mean occurrence (child/year) R. J. Sram 2009 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 PrachaticeBílinaDuchcovKrupkaTeplice 0-2 years2-6 years

42 Otitis media - the mean occurrence (child/year) R. J. Sram 2009 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 PrachaticeBílinaDuchcovKrupkaTeplice 0-2 years2-6 years

43 Pneumonia - the mean occurrence (child/year) R. J. Sram 2009 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 PrachaticeBílinaDuchcovKrupkaTeplice 0-2 years2-6 years

44 ASTHMATIC AND ALLERGIC CHILDREN OSTRAVA – BARTOVICE 2001 - 2007 R.J.Sram 2009 Asthmatic childrenAllergic children

45 VLIV OVZDUŠÍ NA VÝSLEDKY TĚHOTENSTVÍ R. J. Sram 2009

46

47

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

49 NA KVALITU SPERMIÍ VLIV OVZDUŠÍ R. J. Sram 2009

50 0100 Fragmented DNA (red fluorescence) Native DNA Stainability (green fluorescence) SCSA ® - Acridine Orange Stained DNA R. J. Sram 2009

51 PAHcPAHB[a]P FebruaryMay12.0 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 0 eqB[a]P Air pollutions Prague 2007 (ng/m 3 ) R. J. Sram 2009

52 Morphology (%) FebruaryMay 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 Volume (ml) Concentration (mil/ml) Motility (%) Vitality (%) Sperm analysis R. J. Sram 2009

53 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 25 20 15 10 5 det DFI (%) February May high DFI (%) 16 12 8 4 February 5 HDS (%) 20 15 10 February May

54 R. J. Sram 2009 HODNOCENÍ RIZIKA VLIV OVZDUŠÍ

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

56 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

57 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

58 0 1 2 3 4 5 6 7 8 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

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

60 Daily concentrations of benzo[a]pyrene R. J. Sram 2009 Bartovice (Ostrava) 2005 Impact on pregnancy outcome 60 limit/year ( 31.12. 2012): 1 ng/m 3 2.8 7.5 5.15.25.35.45.55.65.75.85.95.105.115.12 0 10 20 30 40 50 ng/m 3 Impact on DNA fragmentation in sperm

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

62 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

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