Amikor szerves anyagok égnek el, például erdőtűzben, erőműben, autó kipufogógázában vagy napi főzés során, az égés során policiklikus aromás szénhidrogének (PAH) szabadulnak fel – a szennyező anyagok egy osztálya, amelyről ismert, hogy tüdőrákot okoz.
A kutatók azt remélik, hogy a tudósok és a szabályozó hatóságok a vegyületek szélesebb osztályát veszik figyelembe a PAH-expozíció miatti rákkockázat értékelése során.
Amikor szerves anyagok égnek el, például erdőtűzben, erőműben, autó kipufogógázában vagy napi főzés során, az égés során policiklikus aromás szénhidrogének (PAH) szabadulnak fel – a szennyező anyagok egy osztálya, amelyről ismert, hogy tüdőrákot okoz.
Naponta több mint 100 típusú PAH-vegyületet bocsátanak ki a légkörbe. A szabályozó hatóságok azonban történelmileg egyetlen vegyület, a benzo(a)pirén méréseire hagyatkoztak, hogy felmérjék a közösségben a PAH-expozíció miatti rák kialakulásának kockázatát. Most MIT A tudósok azt találták, hogy a benzo(a)pirén rossz mutatója lehet az ilyen típusú rákkockázatnak.
Egy modellezési tanulmányban, amely most jelent meg a folyóiratban GeoHealth, a csapat jelentése szerint a benzo(a)pirén kis mértékben – körülbelül 11 százalékban – játszik szerepet a PAH-hoz kapcsolódó rák globális kockázatában. Ehelyett a rákkockázat 89 százaléka más PAH-vegyületekből származik, amelyek közül sok nem közvetlenül szabályozott.
Érdekes módon a PAH-hoz kapcsolódó rákkockázat körülbelül 17 százaléka a „bomlási termékekből” származik – olyan vegyi anyagokból, amelyek akkor képződnek, amikor a kibocsátott PAH-ok reakcióba lépnek a légkörben. Sok ilyen bomlástermék valójában mérgezőbb lehet, mint a kibocsátott PAH, amelyből keletkeztek.
A csapat reméli, hogy az eredmények arra ösztönzik majd a tudósokat és a szabályozó hatóságokat, hogy a benzo(a)pirénen túlra tekintsenek, és a PAH-ok szélesebb osztályát vegyék figyelembe a közösség rákkockázatának értékelése során.
„A PAH-okra vonatkozó szabályozási tudományok és szabványok többsége a benzo(a)pirénszinteken alapul. De ez egy nagy vakfolt, amely nagyon rossz útra vezethet annak felmérésében, hogy a rák kockázata javul-e vagy sem, és hogy az egyik helyen viszonylag rosszabb-e, mint a másikon” – mondja Noelle Selin, a tanulmány szerzője, az MIT professzora. Institute for Data, Systems and Society, valamint a Föld-, Légkör- és Bolygótudományi Tanszék.
Selin MIT-társszerzői közé tartozik Jesse Kroll, Amy Hrdina, Ishwar Kohale, Forest White és Bevin Engelward, valamint Jamie Kelly (aki jelenleg a University College Londonban dolgozik). Peter Ivatt és Mathew Evans a Yorki Egyetem szintén társszerzők.
Kémiai pixelek
A benzo(a)pirén történelmileg a PAH-expozíció plakátja volt. A vegyület indikátor státusza nagyrészt korai toxikológiai vizsgálatokon alapul. A legújabb kutatások azonban azt sugallják, hogy a vegyi anyag nem az a PAH képviselője, amelyre a szabályozók régóta támaszkodnak.
"Volt egy kis bizonyíték arra, hogy a benzo(a)pirén nem túl fontos, de ez csak néhány terepvizsgálatból származott" - mondja Kelly, Selin csoportjának egykori posztdoktora és a tanulmány vezető szerzője.
Kelly és kollégái ehelyett szisztematikus megközelítést alkalmaztak a benzo(a)pirén PAH-mutatóként való alkalmasságának értékelésére. A csapat kezdetben a GEOS-Chem globális, háromdimenziós vegyianyag-transzport-modellt használta, amely a világot egyedi rácsdobozokra bontja, és minden dobozon belül szimulálja a reakciókat és a vegyi anyagok koncentrációját a légkörben.
Ezt a modellt kiterjesztették a különféle PAH-vegyületek, köztük a benzo(a)pirén légköri reakcióinak kémiai leírására. A csapat ezután a kibocsátási leltárakból és a meteorológiai megfigyelésekből származó friss adatokat gyűjtötte be, és előre futtatta a modellt, hogy szimulálja a különböző PAH-kémiai anyagok koncentrációját a világon az idő múlásával.
Kockázatos reakciók
Szimulációik során a kutatók 16 viszonylag jól tanulmányozott PAH-vegyianyagból indultak ki, köztük a benzo(a)pirénnel, és nyomon követték ezeknek a vegyi anyagoknak a koncentrációját, valamint bomlástermékeik koncentrációját két generáción keresztül vagy kémiai átalakulásokon keresztül. A csapat összesen 48 PAH-fajt értékelt.
Ezután összehasonlították ezeket a koncentrációkat ugyanazon vegyi anyagok tényleges koncentrációival, amelyeket világszerte megfigyelőállomások rögzítettek. Ez az összehasonlítás elég közel volt ahhoz, hogy megmutassa, a modell koncentráció-előrejelzései reálisak voltak.
Ezután az egyes modellek rácsdobozában a kutatók az egyes PAH-vegyületek koncentrációját a kapcsolódó rákkockázathoz viszonyították; ehhez új módszert kellett kidolgozniuk korábbi szakirodalmi tanulmányok alapján, hogy elkerüljék a különböző vegyszerekből adódó kétszeres kockázatot. Végül népsűrűség-térképeket borítottak, hogy előre jelezzék a rákos megbetegedések számát világszerte, egy adott PAH-vegyület koncentrációja és toxicitása alapján az egyes helyeken.
A rákos esetek népesség szerinti felosztása az adott vegyszerhez kapcsolódó rákkockázatot eredményezte. Ily módon a csapat kiszámította a rákkockázatot mind a 48 vegyület esetében, majd meghatározta az egyes vegyi anyagok egyéni hozzájárulását a teljes kockázathoz.
Ez az elemzés feltárta, hogy a benzo(a)pirén meglepően kis mértékben, körülbelül 11 százalékkal járult hozzá a PAH-expozíció miatti rák kialakulásának általános kockázatához világszerte. A rákkockázat 17 százaléka más vegyi anyagokból származott. Ennek a kockázatnak a XNUMX százaléka pedig a bomlástermékekből származott.
„Azt látjuk, hogy ahol a benzo(a)pirén koncentrációja alacsonyabb, de a bomlástermékek miatt nagyobb a kockázat” – mondja Selin. "Ezek a termékek nagyságrendekkel mérgezőbbek lehetnek, így az a tény, hogy kis koncentrációban vannak, nem jelenti azt, hogy leírhatja őket."
Amikor a kutatók összehasonlították a kiszámított PAH-hoz kapcsolódó rákkockázatokat szerte a világon, jelentős különbségeket találtak attól függően, hogy a kockázatszámítás kizárólag a benzo(a)pirén koncentrációján vagy a PAH-vegyületek egy régióban található szélesebb keverékén alapult.
„Ha a régi módszert alkalmazza, azt tapasztalná, hogy az egész életen át tartó rákkockázat 3.5-szer magasabb Hongkongban, mint Dél-Indiában, de figyelembe véve a PAH-keverékek különbségeit, 12-szeres különbséget kapunk” – mondja Kelly. „Tehát a relatív rákkockázatban nagy különbség van a két hely között. És fontosnak tartjuk, hogy kibővítsük azon vegyületek körét, amelyekre a szabályozók gondolnak, nem csupán egyetlen vegyi anyagon.”
A csapat tanulmánya „kiválóan hozzájárul ezeknek a mindenütt jelenlévő szennyező anyagoknak a jobb megértéséhez” – mondja Elisabeth Galarneau, a kanadai Környezetvédelmi Minisztérium levegőminőségi szakértője és PhD kutatója. „Érdekes lesz látni, hogy ezek az eredmények hogyan viszonyulnak a máshol végzett munkához… hogy meghatározzuk, mely vegyületeket kell nyomon követni és figyelembe venni az emberi és környezeti egészség védelme érdekében.”
Hivatkozás: „Global Cancer Risk from Unregulated Polycyclic Aromatic Hydrocarbons”, Jamie M. Kelly, Peter D. Ivatt, Mathew J. Evans, Jesse H. Kroll, Amy IH Hrdina, Ishwar N. Kohale, Forest M. White, Bevin P. Engelward és Noelle E. Selin, 6. szeptember 2021., GeoHealth.
DOI: 10.1029/2021GH000401
Ezt a kutatást az MIT Superfund Research Centerében végezték, és részben az Országos Környezet-egészségügyi Tudományok Intézete Superfund Alapkutatási Programja és az Országos Egészségügyi Intézet támogatja.
