Vliv znečištěného ovzduší na zdravotní stav populace – interpretace pro Ostravu
M. Dostál, R.J. Šrám
Ústav experimentální mediciny AV ČR, v.v.i., Karlov, 21. 10. 2010
B[a]P - 2008 Concentrations (ng/m3)
Prague
Ostrava
2
ZNEČIŠTĚNÍ OVZDUŠÍ 2009 (CHMI)
Locality
PM10µg/m3
PM2.5µg/m3
B[a]P ng/m3
Ostrava-Poruba
34.0 ± 28.1
27.6 ± 21.1
3.3 ± 1.0
Ostrava-Bartovice
47.6 ± 42.1
35.1 ± 29.
9.2 ± 4.2
Karvina
44.7 ± 36.8
X
Havirov
43.9 ± 35.9
X
Prague-Smichov
30.5 ± 25.1
22.1 ± 18.4
0.9 ± 0.4
Prague-Libus
25.4 ± 21.9
18.7 ± 15.9
0.8 ± 0.4
Ceske Budejovice
23.0 ± 19.7
17.4 ± 14.5
1.4 ± 0.5
Prachatice
31.8 ± 17.2
28.1 ± 9.2
1.4 ± 2.1
7.4 ± 2.0 X
x - neměřeno 3
VÝZNAM k-PAU VE ZNEČIŠTĚNÉM OVZDUŠÍ
výsledky
plodnost
respirační
kardiovaskulární
těhotenství
mužů
nemocnost dětí,
onemocnění,
(IUGR, LBW, působí jako ED)
psychický
cukrovka, nádory
vývoj
RIZIKO PRO LIDSKÉ ZDRAVÍ 4
40
Měsíční průměry koncentrace Bartovice (Ostrava) 2009 benzo[a]pyrenu
35
ng/m3
30 25 20
Fragmentace DNA spermií
Vliv na 15 výsledky těhotenství 10
7.5 5
2.8 0
Jan Feb Mar Apr May Jun
Jul Aug Sept Oct Nov Dec
Roční limit ( 31.12. 2012): 1 ng/m3
5
VÝSLEDKY MOLEKULÁRNĚ EPIDEMIOLOGICKÝCH STUDIÍ (genomová frekvence translokací-FISH, mikrojadérka, fragmentace DNA ve spermiích)
koncentrace
> 1 ng B[a]P/m3 v ovzduší
RIZIKO PRO LIDSKÉ ZDRAVÍ (WHO Bonn 6. 11. 2009) 6
STŘEDNÍ DÉLKA ŽIVOTA V LETECH 1982-2008
7
Střední délka života při narození (muži) 76 75 74
délka života
73 72 71 70 69 68 67 66 65 64 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07
rok Praha
Ostrava
Karviná
?R ČR 8
Střední délka života při narození (ženy) 82 81
délka života
80 79 78 77 76 75 74 73 72 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07
rok Praha
Ostrava
Karviná
?R ČR 9
IN VITRO STUDIE
10
Odběry prachových částic z ovzduší Částice PM2,5 (<2,5 µm) odebrány v lokalitách: Ostrava – Bartovice, Bartovice Ostrava – Poruba, Poruba Karviná, Třeboň Odběry velkoobjemovými čerpadly probíhaly po 30 - 35 dnů (po 24h výměna filtrů) v zimním období 2008/2009
Odběrové zařízení 11
Charakteristiky odebraných částic Lokalita
Období odběru
Objem vzduchu [m3]
PM2,5 [µg/m3]
B[a]P [ng/m3]
k-PAU [ng/m3]
Ostrava-Bartovice
03/2009
29 900
36,7
13,6
81,6
Ostrava-Poruba
03/2009
35 200
25,8
4,28
27,2
Karviná
04/2009
47 400
n.a.
1,88
12,1
Třeboň
11-12/2008
44 700
11,4
1,11
7,92
Filtr z Ostravy- Bartovic 12
Denní koncentrace PM2.5 během HiVol odběrů v Ostravě (březen 2009) Ostrava-Poruba Ostrava-Bartovice 180 160
PM2.5 (µg/m3)
140 120 100 80 60 40 20 0 2
4
6
8
10
12
14
16
PM 2.5
18
20
22
24
26
28
30 13
Denní koncentrace B[a]P během HiVol odběrů v Ostravě Ostrava-Poruba Ostrava-Bartovice 110 100 90
B[a]P (ng/m3)
80 70 60 50 40 30 20 10 0 2
4
6
8
10
12
14
16
B[a]P
18
20
22
24
26
28
30 14
EXPOZICE B[a]P – STACIONÁRNÍ MONITORY Korelace DNA aduktů indukovaných extrakty z PM2.5 s obsahem B[a]P a k-PAU ve studovaných lokalitách (Třeboň, Praha–Libuš, Ostrava-Poruba, Ostrava-Bartovice, Karviná)
DNA adducts vs. c-PAHs
20.0
Adducts / 108 nucleotides/m3
Adducts / 108 nucleotides/m3
DNA adducts vs. B[a]P R2=0.779
16.0 12.0 8.0 4.0 0.0 0
0.5
1
1.5
2
2.5
B[a]P ng/m3
20.0 R2=0.762
16.0 12.0 8.0 4.0 0.0 2
4
6
8
10
12
cPAHs ng/m3
k-PAU: dibenzo[a,h]anthracene(DB[ah]A) benzo[ghi]perylene (B[ghi]P) chrysene (CHRY) indeno[1,2,3-cd]pyrene (I[1,2,3-cd]P)
benz[a]anthracene (B[a]A) benzo[b]fluoranthene (B[b]F) benzo[k]fluoranthene (B[k]F) benzo[a]pyrene (B[a]P) 15
In vitro inkubace Dvě buněčné linie inkubovány po 24 h se všemi 5 extrakty org.látek (EOM) v koncentracích: 10, 30 a 60 µg/ml Po skončení inkubace buňky sklizeny a následně provedeny analýzy: stanovení genotoxicity (hladiny aduktů DNA) DNA a analýza genové exprese na celogenomových čipech DNA adukty – vznikají kovalentní vazbou DNAreaktivních látek na báze DNA (např. metabolity PAU) 16
Genotoxicita - DNA adukty 3,57
*
* Cytotoxicita ~ 40% DNA adukty stanoveny metodou 32P-postlabeling a vizualizovány autoradiograficky. 17
Genová exprese • Z buněk vyizolována celková RNA • RNA přepsána do značené cRNA procesem IVT • Hybridizace cRNA vzorků na čipy – celogenomová expresní analýza: přes 25 000 dobře anotovaných genů • Fluorescenční značení – streptavidin-Cy3 • Skenování – Illumina Bead Array Reader • Analýza dat 18
Závěr • Jak chemická analýza tak analýza biologických účinků (genotoxicita, genová exprese, karcinogenní potenciál a mutagenní potenciál a dioxinová aktivita) jasně ukazují na několikanásobně vyšší toxicitu organických látek vázaných na respirabilní prachové částice v OstravěBartovicích než v Ostravě-Porubě. • Vzhledem k potenciálním zdrojům v obou těchto lokalitách je v Ostravě-Bartovicích jasný dominantní vliv emisí z nedalekých19 hutí.
ASTHMA BRONCHIALE U DĚTÍ
20
OSTRAVA PROGRAM ASTHMA BRONCHIALE A Radvanice a Bartovice -BIOMARKERY 100 dětí s diagnostikovaným asthma bronchiale a 100 dětí
bez alergie, věk 6-15 let
Kontrolní děti z okresu Praachatice, stejný počet a věkové rozmezí Genetické polymorfismy
imunitní systém,
(768 genů - metabolism, DNA repair, Illumina chips)
Genová exprese (celý genom, Illumina chips) Oxidativní poškození (8 -oxodG, 15-F2T-isoP, proteiny) PAU-DNA adukty ze slin Vitamins A, C, E Kotinin 21
PRVNÍ PŘÍZNAKY ASTHMA BRONCHIALE V ZÁVISLOSTI NA VĚKU Prachatice
Ostrava
50
počet dětí
40 30 20 10 0 <0.5
0.5 - 3.5
3.5 - 6.5
6.5- 9.5
9.5 - 12.5
12.5 - 15.5
věkový interval - roky 22
ROZDÍLY MEZI DĚTMI S AB Respiračních onemocnění >5x/rok ve věku 2-5 let
počet dětí
NE
Asthma bronchiale aktivní v posledních 12 měsících
NE
ANO
100
80
80
60
ANO
60 40 40 20
20 0
0 Prachatice
Ostrava
Prachatice
Ostrava
23
VÝSLEDKY Asthma bronchiale na Prachaticku – alergický typ astmatu, odpověď na alergen.
Asthma bronchiale v Ostravě - nealergický typ
astmatu, vyvolán iritanty – znečištěné ovzduší, ETS, virové infekce.
U dětí z R&B těžší průběh a delší trvání AB U dětí z R&B mnohem vyšší rodinný výskyt AB 24
KYSLÍKOVÉ RADIKÁLY Endogenní původ
Exogenní původ
O2
SOD
H2O2
OH•
Peroxidace lipidů
Oxidace DNA
kataláza G Px
H2O + O2
H2O
Oxidace proteinů
25
VÝZNAM OXIDAČNÍHO POŠKOZENÍ U DĚTÍ Zvýšení nemocnosti dýchacích cest (bronchitis, asthma) Ovlivnění imunity Zvýšení expozicí PM2.5 a k-PAU 7 dní před odběrem
26
8-oxodG v moči dětí p<0.001 15
259
´34
8-oxodG (nmol/mmol)
258
12
9
6
3
0 Ostrava N = 196
Prachatice N = 197
27
VZTAH GENOVÉ EXPRESE K ASTMATU Průduškové astma je komplexní onemocnění. Mezi hlavní faktory ovlivňující vznik a vývoj astmatu patří genetická predispozice a životní prostředí a jejich interakce. Cíl studie: Porovnání exprese (aktivity) genů astmatických a kontrolních dětí žijících ve znečištěné oblasti (Ostrava) s expresí genů astmatických a kontrolních dětí žijících v čisté oblasti (Prachaticko). 28
ANALÝZA GENOVÉ EXPRESE Princip čipové technologie Human HT-12 v3 Expression BeadChip •
12 pozic pro 12 různých vzorků; detekce transkriptů téměř celého lidského genomu současně (48 804 prób pro stejný počet transkriptů) • próba = fragment DNA, představuje 1 gen • transkripty – značení fluorescenční barvou + vazba na příslušné (komplementární) próby
Illumina Beadstation 500 GX • detekce intenzity fluorescenčního signálu jednotlivých prób • čím větší intenzita signálu → větší počet transkriptů → větší aktivita genu
29
VÝSLEDKY Výsledky prokazují deregulaci genů, která je
specifická pro onemocnění, i pro sledovanou oblast
Deregulace genů u astmatických dětí je rozdílná mezi znečištěnou a kontrolní oblastí.
V každé oblasti byly pozorovány specifické
deregulované geny při srovnání astmatických a kontrolních dětí: 17 transkriptů v kontrolní oblasti, 12 transkriptů v znečištěné oblasti.
Při srovnání astmatických a kontrolních skupin byl pozorován významný vliv oblasti (92 a 57 transkriptů s > 1.5 násobnou změnou).
30
Nemocnost dětí
31
Studie zdravotního stavu dětí z Ostravy - Radvanic a Bartovic • Cíl – porovnat zdravotní stav dětí žijících v Radvanicích & Bartovicích se zdravotním stavem dětí z jiných částí Ostravy • 1800 dětí narozených v letech 2001 - 2004 • 10 dětských středisek v různých částech Ostravy • Rozbor nemocnosti v prvých 6ti letech života • Výskyt alergických onemocnění 32
Dotazník pro matky • • • • • • • •
kojení školka sourozenci alergická onemocnění příznaky onemocnění mazlíčci obyvatelé bytu kouření
• bydlení – typ bytu – vytápění – plynový spotřebič – vaření – vhkost – plíseň
33
Dotazník pro lékaře • dítě – datum narození, současná a dřívější addresa • porod, kojení • vrozené vady a chronická onemocnění • celkový zdravotní stav dítěte • všechna onemocnění od narození do věku 6 let • alergická onemocnění dítěte • kožní testy a IgE na alergeny 34
Výskyt alergií ve věku 6 let
35
Procento dětí s AB podle roku narození
36
Záněty horních cest dýchacích kumulativní incidence/dítě
37
Onemocnění horních cest dýchacích R&B, 218 dětí
38
Angína kumulativní incidence/dítě
39
Zánět středního ucha kumulativní incidence/dítě
40
Zánět hrtanu/průdušnice kumulativní incidence/dítě
41
Zánět průdušek kumulativní incidence/dítě
42
Zápal plic kumulativní incidence/dítě
43
Výsledky Studie se zúčastnilo 1887 dětí. Sběr dotazníků od matek a pediatrů byl dokončen v červnu 2010.
V současnosti je před dokončením digitalizace dat a probíhá čištění dat.
V porovnání s dětmi registrovanými u dvou
dětských lékařek v Moravské Ostravě mají děti z R&B vyšší nemocnost.
Výsledky nejsou adjustovány pro faktory
ovlivňující nemocnost dětí a v průběhu dalších analýz budou upřesňovány. 44
PODĚKOVÁNÍ
Podpořeno granty MŽP ČR Projekt AIRGEN (čís. SP/1b3/8/08) MŠMT ČR Projekt AIRTOX (čís. 2B08005)
45
PODĚKOVÁNÍ
E. H. A. A. P. A. J.
Dejmková Líbalová Milcová Pastorková Rössner, Jr. Rössnerová Schmuczerová
I. M. O. V. N. J. L.
Solanský Špátová Štveráková Švecová Tabashidze Topinka Tulupová
L. Holý Z. Pokorná E. Schallerová
Pediatři a dětské sestry v Ostravě a okrese Prachatice
46
.. a Vám za pozornost !
47
• Střední délka života neboli naděje dožití je statistický údaj udávající průměrný, tedy předpokládaný, věk, jehož dosahují členové dané populace. Hodnota vyjadřuje modelově očekávanou zbývající délku života při stáří jedince x (pro x=0 tedy při narození) při struktuře úmrtnosti pro daný rok vyhodnocení. Hodnoty ovlivňuje ekonomika země, infrastruktura (pozitivně především vodní zdroje a čištění odpadu, negativně exhalace), stav zdravotnictví, úroveň kriminality, vojenský stav země, životní 48 prostředí a řada dalších faktorů.
