Wanneer organiese materiaal verbrand word, soos in 'n veldbrand, 'n kragsentrale, 'n motor se uitlaatgas, of tydens daaglikse kook, stel die verbranding polisikliese aromatiese koolwaterstowwe (PAK's) vry - 'n klas besoedelstowwe wat bekend is om longkanker te veroorsaak.
Die navorsers hoop dat wetenskaplikes en reguleerders 'n breër klas verbindings sal oorweeg in die evaluering van kankerrisiko as gevolg van PAH-blootstelling.
Wanneer organiese materiaal verbrand word, soos in 'n veldbrand, 'n kragsentrale, 'n motor se uitlaatgas, of tydens daaglikse kook, stel die verbranding polisikliese aromatiese koolwaterstowwe (PAK's) vry - 'n klas besoedelstowwe wat bekend is om longkanker te veroorsaak.
Daar is meer as 100 bekende tipes PAH-verbindings wat daagliks in die atmosfeer vrygestel word. Reguleerders het egter histories staatgemaak op metings van 'n enkele verbinding, benzo(a)pireen, om 'n gemeenskap se risiko om kanker te ontwikkel as gevolg van PAH-blootstelling te bepaal. Nou MIT wetenskaplikes het bevind dat benzo(a)pireen 'n swak aanduiding van hierdie tipe kankerrisiko kan wees.
In 'n modelleringstudie wat pas in die joernaal gepubliseer is GeoHealth, die span berig dat benzo(a)pireen 'n klein rol speel - ongeveer 11 persent - in die wêreldwye risiko om PAH-geassosieerde kanker te ontwikkel. In plaas daarvan kom 89 persent van daardie kankerrisiko van ander PAH-verbindings, waarvan baie nie direk gereguleer word nie.
Interessant genoeg kom ongeveer 17 persent van PAH-geassosieerde kankerrisiko van "afbraakprodukte" - chemikalieë wat gevorm word wanneer PAH's wat vrygestel word in die atmosfeer reageer. Baie van hierdie afbraakprodukte kan in werklikheid meer giftig wees as die vrygestelde PAK waaruit hulle gevorm het.
Die span hoop dat die resultate wetenskaplikes en reguleerders sal aanmoedig om verder as benzo(a)pireen te kyk, om 'n breër klas PAK's te oorweeg wanneer 'n gemeenskap se kankerrisiko beoordeel word.
“Die meeste van die regulatoriese wetenskap en standaarde vir PAK’s is gebaseer op benzo(a)pireenvlakke. Maar dit is 'n groot blindekol wat jou op 'n baie verkeerde pad kan lei in terme van die assessering of kankerrisiko verbeter of nie, en of dit op een plek relatief erger is as 'n ander,” sê studieskrywer Noelle Selin, 'n professor in MIT's. Instituut vir Data, Stelsels en Samelewing, en die Departement van Aarde, Atmosferiese en Planetêre Wetenskappe.
Selin se MIT-mede-outeurs sluit in Jesse Kroll, Amy Hrdina, Ishwar Kohale, Forest White en Bevin Engelward, en Jamie Kelly (wat nou by University College London is). Peter Ivatt en Mathew Evans by die Universiteit van York is ook mede-outeurs.
Chemiese pixels
Benzo(a)pireen was histories die plakkaatchemikalie vir PAH-blootstelling. Die verbinding se aanwyserstatus is grootliks gebaseer op vroeë toksikologiese studies. Maar onlangse navorsing dui daarop dat die chemikalie dalk nie die PAH-verteenwoordiger is waarop reguleerders lank staatmaak nie.
"Daar was 'n bietjie bewyse wat daarop dui dat benzo(a)pireen dalk nie baie belangrik is nie, maar dit was uit net 'n paar veldstudies," sê Kelly, 'n voormalige postdoktoraat in Selin se groep en die studie se hoofskrywer.
Kelly en sy kollegas het eerder 'n sistematiese benadering gevolg om benzo(a)pireen se geskiktheid as 'n PAK-aanwyser te evalueer. Die span het begin deur GEOS-Chem te gebruik, 'n globale, driedimensionele chemiese vervoermodel wat die wêreld in individuele roosterbokse opbreek en binne elke boks die reaksies en konsentrasies van chemikalieë in die atmosfeer simuleer.
Hulle het hierdie model uitgebrei om chemiese beskrywings in te sluit van hoe verskeie PAK-verbindings, insluitend benzo(a)pireen, in die atmosfeer sou reageer. Die span het toe onlangse data van emissievoorraad en meteorologiese waarnemings ingeprop en die model vorentoe laat loop om die konsentrasies van verskeie PAK-chemikalieë regoor die wêreld met verloop van tyd te simuleer.
Riskante reaksies
In hul simulasies het die navorsers begin met 16 relatief goed bestudeerde PAK-chemikalieë, insluitend benzo(a)pireen, en die konsentrasies van hierdie chemikalieë, plus die konsentrasie van hul afbraakprodukte oor twee generasies, of chemiese transformasies, opgespoor. In totaal het die span 48 PAK-spesies geëvalueer.
Hulle het toe hierdie konsentrasies vergelyk met werklike konsentrasies van dieselfde chemikalieë, wat deur moniteringstasies regoor die wêreld aangeteken is. Hierdie vergelyking was naby genoeg om te wys dat die model se konsentrasievoorspellings realisties was.
Dan, binne elke model se roosterkas, het die navorsers die konsentrasie van elke PAK-chemikalie in verband gebring met die gepaardgaande kankerrisiko; om dit te doen, moes hulle 'n nuwe metode ontwikkel wat gebaseer is op vorige studies in die literatuur om dubbeltelrisiko van die verskillende chemikalieë te vermy. Laastens het hulle bevolkingsdigtheidskaarte oorgetrek om die aantal kankergevalle wêreldwyd te voorspel, gebaseer op die konsentrasie en toksisiteit van 'n spesifieke PAK-chemikalie op elke plek.
Deur die kankergevalle volgens bevolking te verdeel, het die kankerrisiko veroorsaak wat met daardie chemikalie geassosieer word. Op hierdie manier het die span die kankerrisiko vir elk van die 48 verbindings bereken, en dan elke chemikalie se individuele bydrae tot die totale risiko bepaal.
Hierdie ontleding het aan die lig gebring dat benzo(a)pireen 'n verbasend klein bydrae, van ongeveer 11 persent, tot die algehele risiko om kanker te ontwikkel as gevolg van PAH-blootstelling wêreldwyd gehad het. Nege-en-tagtig persent van kankerrisiko kom van ander chemikalieë. En 17 persent van hierdie risiko het ontstaan uit afbraakprodukte.
"Ons sien plekke waar jy konsentrasies benzo(a)pireen kan vind, is laer, maar die risiko is hoër as gevolg van hierdie afbraakprodukte," sê Selin. "Hierdie produkte kan ordes van grootte giftiger wees, so die feit dat hulle teen klein konsentrasies is, beteken nie dat jy dit kan afskryf nie."
Toe die navorsers berekende PAH-geassosieerde kankerrisiko's regoor die wêreld vergelyk het, het hulle beduidende verskille gevind, afhangende van of daardie risikoberekening uitsluitlik op konsentrasies van benzo(a)pireen of op 'n streek se breër mengsel van PAH-verbindings gebaseer was.
"As jy die ou metode gebruik, sal jy vind dat die lewenslange kankerrisiko 3.5 keer hoër is in Hong Kong teenoor suidelike Indië, maar as jy die verskille in PAK-mengsels in ag neem, kry jy 'n verskil van 12 keer," sê Kelly. “Daar is dus 'n groot verskil in die relatiewe kankerrisiko tussen die twee plekke. En ons dink dit is belangrik om die groep verbindings waaraan reguleerders dink, uit te brei, verder as net 'n enkele chemikalie.
Die span se studie "lewer 'n uitstekende bydrae om hierdie alomteenwoordige besoedeling beter te verstaan," sê Elisabeth Galarnaau, 'n luggehaltekenner en PhD-navorsingswetenskaplike in Kanada se departement van die omgewing. "Dit sal interessant wees om te sien hoe hierdie resultate vergelyk met werk wat elders gedoen word ... om vas te stel watter (verbindings) opgespoor en oorweeg moet word vir die beskerming van menslike en omgewingsgesondheid."
Verwysing: "Globale kankerrisiko van ongereguleerde polisikliese aromatiese koolwaterstowwe" deur Jamie M. Kelly, Peter D. Ivatt, Mathew J. Evans, Jesse H. Kroll, Amy IH Hrdina, Ishwar N. Kohale, Forest M. White, Bevin P. Engelward en Noelle E. Selin, 6 September 2021, GeoHealth.
DOI: 10.1029/2021GH000401
Hierdie navorsing is uitgevoer in MIT se Superfund Navorsingsentrum en word gedeeltelik ondersteun deur die Nasionale Instituut vir Omgewingsgesondheidswetenskappe Superfund Basiese Navorsingsprogram, en die Nasionale Instituut van Gesondheid.
