Global kræftrisiko fra forbrænding af organisk materiale kommer fra uregulerede kemikalier

Når organisk stof brændes, som i en naturbrand, et kraftværk, en bils udstødning, eller i daglig madlavning, forbrændingen frigiver polycykliske aromatiske kulbrinter (PAH'er) - en klasse af forurenende stoffer, der vides at forårsage lungekræft.

Der er mere end 100 kendte typer af PAH-forbindelser, der udsendes dagligt til atmosfæren. Regulatorer, imidlertid, har historisk stolet på målinger af en enkelt forbindelse, benzo(a)pyren, at måle et samfunds risiko for at udvikle kræft fra PAH-eksponering. Nu har MIT-forskere fundet ud af, at benzo(a)pyren kan være en dårlig indikator for denne type kræftrisiko.

I en modelundersøgelse, der vises i dag i tidsskriftet GeoSundhed, holdet rapporterer, at benzo(a)pyren spiller en lille rolle - omkring 11 procent - i den globale risiko for at udvikle PAH-associeret cancer. I stedet, 89 procent af denne kræftrisiko kommer fra andre PAH-forbindelser, hvoraf mange ikke er direkte reguleret.

Interessant nok, omkring 17 procent af PAH-associeret kræftrisiko kommer fra "nedbrydningsprodukter" - kemikalier, der dannes, når udsendte PAH'er reagerer i atmosfæren. Mange af disse nedbrydningsprodukter kan faktisk være mere giftige end den udsendte PAH, som de er dannet af.

Holdet håber, at resultaterne vil tilskynde videnskabsmænd og regulatorer til at se ud over benzo(a)pyren, at overveje en bredere klasse af PAH'er ved vurdering af et samfunds kræftrisiko.

"De fleste regulatoriske videnskaber og standarder for PAH'er er baseret på benzo(a)pyrenniveauer. Men det er en stor blind plet, der kan føre dig ned ad en meget forkert vej i forhold til at vurdere, om kræftrisikoen er i bedring eller ej, og om det er relativt værre ét sted end et andet, " siger studieforfatter Noelle Selin, en professor i MIT's Institute for Data, Systemer og samfund, og Department of Earth, Atmosfæriske og planetariske videnskaber.

Selins MIT medforfattere inkluderer Jesse Kroll, Amy Hrdina, Ishwar Kohale, Skov hvid, og Bevin Engelward, og Jamie Kelly (som nu er på University College London). Peter Ivatt og Mathew Evans ved University of York er også medforfattere.

Kemiske pixels

Benzo(a)pyren har historisk været plakatkemikaliet for PAH-eksponering. Stoffets indikatorstatus er i høj grad baseret på tidlige toksikologiske undersøgelser. Men nyere forskning tyder på, at kemikaliet muligvis ikke er den PAH-repræsentant, som regulatorer længe har stolet på.

"Der har været en del beviser, der tyder på, at benzo(a)pyren måske ikke er særlig vigtig, men dette var fra nogle få feltstudier, " siger Kelly, en tidligere postdoc i Selins gruppe og undersøgelsens hovedforfatter.

Kelly og hans kolleger tog i stedet en systematisk tilgang til at evaluere benzo(a)pyren's egnethed som PAH-indikator. Holdet begyndte med at bruge GEOS-Chem, en global, tredimensionel kemisk transportmodel, der deler verden op i individuelle gitterkasser og simulerer i hver kasse reaktionerne og koncentrationerne af kemikalier i atmosfæren.

De udvidede denne model til at omfatte kemiske beskrivelser af, hvordan forskellige PAH-forbindelser, herunder benzo(a)pyren, ville reagere i atmosfæren. Holdet tilsluttede derefter nyere data fra emissionsopgørelser og meteorologiske observationer, og kørte modellen frem for at simulere koncentrationerne af forskellige PAH-kemikalier rundt om i verden over tid.

Risikofyldte reaktioner

I deres simuleringer, forskerne startede med 16 relativt velundersøgte PAH-kemikalier, herunder benzo(a)pyren, og sporede koncentrationerne af disse kemikalier, plus koncentrationen af ​​deres nedbrydningsprodukter over to generationer, eller kemiske transformationer. I alt, holdet vurderede 48 PAH-arter.

De sammenlignede derefter disse koncentrationer med faktiske koncentrationer af de samme kemikalier, optaget af overvågningsstationer rundt om i verden. Denne sammenligning var tæt nok til at vise, at modellens koncentrationsforudsigelser var realistiske.

Derefter i hver models gitterkasse, forskerne relaterede koncentrationen af ​​hvert PAH-kemikalie til dets associerede kræftrisiko; at gøre dette, de var nødt til at udvikle en ny metode baseret på tidligere undersøgelser i litteraturen for at undgå dobbelttællingsrisiko fra de forskellige kemikalier. Endelig, de overlejrede befolkningstæthedskort for at forudsige antallet af kræfttilfælde globalt, baseret på koncentrationen og toksiciteten af ​​et specifikt PAH-kemikalie på hvert sted.

Opdeling af kræfttilfældene efter befolkning gav kræftrisikoen forbundet med det pågældende kemikalie. På denne måde holdet beregnede kræftrisikoen for hver af de 48 forbindelser, derefter fastlagt hvert kemikalies individuelle bidrag til den samlede risiko.

Denne analyse afslørede, at benzo(a)pyren havde et overraskende lille bidrag, omkring 11 procent, til den samlede risiko for at udvikle kræft fra PAH-eksponering globalt. 89 procent af kræftrisikoen kom fra andre kemikalier. Og 17 procent af denne risiko opstod fra nedbrydningsprodukter.

"Vi ser steder, hvor du kan finde koncentrationer af benzo(a)pyren, er lavere, men risikoen er højere på grund af disse nedbrydningsprodukter, " siger Selin. "Disse produkter kan være størrelsesordener mere giftige, så det faktum, at de er i små koncentrationer, betyder ikke, at du kan afskrive dem."

Da forskerne sammenlignede beregnede PAH-associerede kræftrisici rundt om i verden, de fandt signifikante forskelle afhængigt af, om risikoberegningen udelukkende var baseret på koncentrationer af benzo(a)pyren eller på en regions bredere blanding af PAH-forbindelser.

"Hvis du bruger den gamle metode, du ville opdage, at livstidskræftrisikoen er 3,5 gange højere i Hong Kong versus det sydlige Indien, men under hensyntagen til forskellene i PAH-blandinger, du får en forskel på 12 gange, " siger Kelly. "Så, der er stor forskel på den relative kræftrisiko mellem de to steder. Og vi synes, det er vigtigt at udvide gruppen af ​​forbindelser, som regulatorer tænker på, ud over blot et enkelt kemikalie."

Holdets undersøgelse "giver et fremragende bidrag til bedre forståelse af disse allestedsnærværende forurenende stoffer, " siger Elisabeth Galarnaau, en luftkvalitetsekspert og ph.d. forsker i Canadas miljøministerium. "Det vil være interessant at se, hvordan disse resultater sammenlignes med arbejde, der udføres andre steder ... for at finde ud af, hvilke (forbindelser) der skal spores og overvejes for at beskytte menneskers og miljøets sundhed."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.