Human exposure pathways to environmental contaminants

Abstract

Os humanos estão permanentemente expostos a vários contaminantes ambientais que têm sido produzidos pela indústria química ao longo das últimas décadas. Para além do contacto direto com produtos onde estes contaminantes são aplicados, a exposição ocorre principalmente porque estes químicos se libertam destes materiais e acumulam-se no ambiente, tornando-se desta forma disponíveis para serem consumidos involuntariamente pelos humanos. Durante muito tempo a alimentação foi considerada como a principal via da exposição dos humanos a diversas classes de contaminantes, incluindo os poluentes orgânicos persistentes (POPs) e metais tóxicos. No entanto, a exposição através do pó em ambientes interiores surgiu como uma importante via de exposição, principalmente porque estes contaminantes se acumulam no pó e devido ao facto das pessoas passarem grande parte do seu tempo em ambientes interiores. Na presente tese, foi estudada a presença de várias classes de contaminantes ambientais em amostras de duplicados de dieta e amostras de pó doméstico, de forma a caracterizar a exposição dos humanos através da ingestão de alimentos e pó doméstico em Portugal, e a avaliar os riscos associados a esta exposição. Os contaminantes estudados incluem: retardantes de chama bromados (BFRs); retardantes de chama fosforados (PFRs); bifenilos policlorados (PCBs); pesticidas organoclorados (OCs); e os metais tóxicos chumbo (Pb) e cádmio (Cd). Os níveis de BFRs, PCBs, OCs, Pb e Cd foram determinados em amostras de duplicados de dieta fornecidas por voluntários da comunidade académica da Universidade de Aveiro. No que diz respeito aos compostos orgânicos, as concentrações obtidas foram baixas. Os BFRs foram detetados em poucas amostras de dieta, sendo que o mais detetado foi o congénere BDE 209 (67%), enquanto os BFRs emergentes – 1,2-bis (2,4,6-tribromofenoxi) etano (BTBPE), decabromodifenill etano (DBDPE) – não foram detetados. Os PCBs e os OCs apresentaram as concentrações mais elevadas e foram detetados na maioria das amostras de duplicados de dieta analisadas, sendo que os diclorodifeniltricloroetanos (DDTs) e os hexaclorociclohexanos (HCHs) foram detetados em 100% das amostras. Os valores estimados das ingestões diárias foram baixos e abaixo dos valores de referência estabelecidos para a avaliação de risco em humanos. O Pb foi detetado em todas as amostras de duplicado de dieta e o seu consumo através da ingestão de alimentos foi associado a efeitos adversos para a saúde. Para 33% dos participantes a ingestão diária estimada (EDI) foi superior à dose de referência (bench mark dose level – BMDL) associada à doença renal crónica, e para um dos participantes a EDI foi 50% mais elevado do que a BMDL associada à pressão arterial sistólica elevada. A abordagem da margem de exposição (MOE - margin of exposure) foi aplicada e indicou que em pelo menos 3,3 e 26,7% dos participantes poderão surgir efeitos cardiovasculares e nefrotóxicos, respetivamente. As concentrações de Cd foram avaliadas em amostras de duplicados de dieta fornecidas por mulheres a trabalhar ou a estudar na Universidade de Aveiro. Este metal foi também detetado em todas as amostras analisadas e 35% das participantes apresentaram ingestões semanais estimadas (EWIs) mais elevadas do que a dose semanal tolerável estabelecida, sugerindo riscos de saúde elevados. No geral, os resultados obtidos através das análises feitas em amostra de duplicados de dieta demonstraram que a ingestão de alimentos é uma importante via de exposição aos contaminantes ambientais estudados. Os níveis de PFRs, BFRs and PCBs foram monitorizados em amostras de pó doméstico de casas de Aveiro e Coimbra. Estes compostos e os seus respetivos congéneres/isómeros foram detetados num grande número de amostras, sendo que os PFRs apresentaram as concentrações mais elevadas, seguidos dos BFRs e PCBs. Apesar das frequências de deteção elevadas, os EDIs foram inferiores às doses de referência (RfDs) estabelecidas. Os BFRs, PCBs, OCs foram também analisados em amostras de pó doméstico da Covilhã. Neste estudo, as amostras de pó foram recolhidas em casas de voluntários com asma e em casa de participantes sem asma. Os congéneres/isómeros dos contaminantes avaliados foram detetados na maioria das amostras, e o grupo de BFRs apresentou as concentrações mais altas, seguido de PCBs e DDTs. No entanto, para todos os contaminantes, as ingestões diárias foram inferiores às RfDs. Estes resultados confirmam que os PFRs, BFRs, PCBs e OCs estão omnipresentes nas casas Portuguesas, no entanto, o consumo diário dos contaminantes orgânicos através da ingestão de pó doméstico é baixo. Os resultados obtidos no âmbito desta tese permitiram descrever, pela primeira vez em Portugal, os níveis dos contaminantes selecionados em amostras de duplicados de dieta e pó doméstico. Estes resultados revelaram que o risco associado à ingestão de contaminantes orgânicos através da alimentação e do pó doméstico foram baixos, ao contrário do elevado risco associado à ingestão de Pb e Cd presentes nos alimentos.

Humans are permanently exposed to environmental contaminants which have been produced for decades and with numerous applications. Besides the direct contact with the consumer products in which these contaminants are applied, the exposure occurs mainly because these chemicals are released from those materials and accumulate in the environment being available for involuntary consumption. For a long time, diet has been considered the major human exposure route for several contaminants, including persistent organic pollutants (POPs) and toxic metals. However, the indoor exposure through dust emerged as important exposure route, mainly motivated by the fact that these contaminants accumulate in dust and because people in modern society spend much of their time indoors. In this thesis, several classes of environmental contaminants were analysed in duplicate diet samples and house dust in order to characterize the human exposure through the ingestion of food and the ingestion of house dust in Portugal and to access the associated risks. The contaminants studied include: brominated flame retardants (BFRs), phosphorus flame retardants (PFRs), polychlorinated biphenyls (PCBs), organochlorine pesticides (OCs), and also the toxic metals lead (Pb) and cadmium (Cd). The levels of BFRs, PCBs, OCs, Pb and Cd were assessed in duplicate diet samples obtained from volunteers from the University of Aveiro community. Regarding the organic compounds the obtained levels were low. BFRs were detected in few duplicate diet samples, with the congener BDE 209 exhibiting the higher detection frequency (67%) while the emerging BFRs – 1,2-bis (2,4,6-tribromophenoxy) ethane (BTBPE), decabromodiphenyl ethane (DBDPE) – were not detected. PCBs and OCs exhibited higher levels and were detected in most analysed duplicate diet samples, with dichlorodiphenyltrichloroethanes (DDTs) and hexachlorocyclohexanes (HCHs) being detected in 100% of the samples. The daily dietary intakes were estimated, being low and under the established guidance values for human risk assessment. Pb was detected in all duplicate diet samples and its dietary ingestion was associated with adverse health effects. For 33% of the participants, the estimated daily intakes (EDIs) were higher than the dietary intakes related to the bench mark dose level (BMDL) derived from chronic kidney disease, and for one participant the EDI was 50% higher than the BMDL derived from elevated systolic blood pressure. The margin of exposure approach (MOE) was applied and indicated that cardiovascular and nephrotoxic effects might likely occur in at least 3.3 and 26.7% of the participants, respectively. The concentrations of Cd were assessed in duplicate diet samples provided by women working or studying in University of Aveiro. This metal was also detected in all analysed samples and 35% of the participants exhibited estimated weekly intakes (EWIs) higher than the established tolerable weekly intake (TWI), suggesting increased health risks. Overall the results from the duplicate diet study demonstrate that the ingestion of food is an important pathway of exposure to these environmental contaminants. PFRs, BFRs and PCBs were monitored in house dust samples from two cities in central Portugal (Aveiro and Coimbra). These compounds and respective congeners/isomers were detected in a large number of samples, with PFRs exhibiting the highest concentrations followed by BFRs and PCBs. Despite their high detection frequencies, the EDIs were much lower than the established reference doses (RfDs). BFRs, PCBs and OCs were also analysed in house dust samples from Covilhã, Portugal. In this study, dust samples were collected from the houses of asthmatics and non-asthmatics participants. The contaminants congeners/isomers were detected in the majority of the dust samples, and the group of BFRs exhibited the higher concentrations, followed by PCBs and DDTs, however, the daily intakes were lower than the RfDs for all contaminants. These results confirm that PFRs, BFRs, PCBs and OCs are ubiquitously present in Portuguese households, however the daily intakes of these organic contaminants through house dust ingestion is low. The results obtained under the framework of this thesis allowed describing for the first time in Portugal the levels of the selected contaminants in duplicate diet samples and in house dust samples. The results disclosed that the risk associated with the ingestion of the organic contaminants through diet and house dust was low, which contrasts with the risk associated with the ingestion of Pb and Cd through diet.