Bioremediation Week 6. 환경위해성평가 (Risk Assessment) Bioremediation Week 5

CEE3330-01 Joonhong Park Copy Right 환경위해성평가 Risk Assessment - 서론 - 위해성 평가의 요소 - Hazard Identification (위험성 판별) - Dose-Response Assessment (용량-반응 평가) - Human Exposure Assessment (인체노출평가) 2019-01-17 CEE3330-01 Joonhong Park Copy Right

CEE3330-01 Joonhong Park Copy Right Introduction 미국 1980년대에 환경위해성평가가 환경정책에 반영되기 시작하였다. 이러한 정책은 국민들이 환경위험에 대해서 경각심을 각기 시작했기 때문이다. (Rachael Carson, “Silent Spring”; Orange Agents for Vietnam War etc.) 위해성 평가 (Risk Assessment): 노출과 보건/건강 간의 상관관계를 평가하기 위한 자료 수집과 분석 (과학적 관점) 위해성 관리 (Risk Management): 위해성 평가에 근거해서 국가적 자원을 국민보건에 사용하는 것을 결정하는 의사결정과 행정적 집행 (정책적 관점) 2019-01-17 CEE3330-01 Joonhong Park Copy Right

Perspectives on Risks Risk (위해성)은 어떤 독성물질에 의해서 어떤 사람이 병이 걸리거나 심하면 죽을 수 있는 가능성 (probability) Ex. 일년 사망자 중 암으로 죽을 확률 Ex. 일년 사망자 중 교통사고로 죽을 확률 생물학적, 활동 및 습관 등 개인적인 차이가 많다. When risks are based on models, there are generally very large uncertainties in the estimates.

Perception on Risk 노출위험에 처한 본인의 위해성을 알고 있는 경우에 비해서, 노출위험에 의한 위해성에 대해서 신뢰성 있는 정보가 없을때 더 위해하다고 느낌. 예) 주유소 주면에서 살면 벤젠에 의한 발암율이 얼마인지 아는 경우에 비해서, 원자력 발전소 주면에서 살면 발생할 위해성에 대해서 모른 경우 더 불안해 함.

Risk Assessment Causally linked to particular Health effects? How much of dose cause adverse health effect? Who will be exposed to the toxicants? (size and nature of populations) Integration of the above three steps to determine the magnitude of the public-health problem

Hazard Identification Goal: 관심대상 물질이 우리 인체에 유해한가를 밝히는 것 (독성학적 관점) Pathways of Toxicant into Human Body: 음식과 물을 먹고 마시는 것을 통해서 호흡을 통해서 피부와 신체외부기관을 통해서 Organ-Specific Toxicity (see =>) Side Effects by Toxic Chemicals 중금속은 췌장/간 파괴 => 전신 일산화탄소와 질산성질소는 혈액내 산소공급 방해 => 전신 담배연기, 미세먼지 등이 허파에 문제 (나노입자의 신규문제) 피부는 다양한 화학물질에 반응 (아토피) The circulatory system and nomenclature of toxic effects: hepatotoxicity (liver), nephrotoxicity (kidneys), pulmonotoxicity (lungs), hematotoxicity (blood). [Source: Based on James, 1985]

Fate of toxicants in the body Fate of chemical toxicants in the body (Source: Environ. 1988)

Hazard Identification 급성독성 파악 유전자돌연변이 Mutagenesis 발암성 진단 Carcinogenesis 세균-동물 독성실험 Toxicity Testing in Animals 인체독성실험 Human Studies 발암물질 가능성 가중치 Weight-of-Evidence Categories for Potential Carcinogens

Acute (급성) Toxicity Philippus Aureolus Theophrastus Bombastus von Hohenheim-Paracelsus, “화학물질의 주입 양에 따라서 독인지 약인지가 결정된다”.

(deoxyribonucleic acid) Mutagenesis DNA (deoxyribonucleic acid) Teratogens Carcinogens Possible consequences of a mutagenic event in somatic and germinal cells

Carcinogenesis (발암성) 인류의 최대의 적: 암 초기단계: 독성물질이 DNA를 변형시켜서 조절이 되지 않는 세포의 성장이 시작하는 단계. 발전단계: 유전적 변형이 생긴 세포가 자라서 혹을 형성하는 단계. Metastasis: 암 혹이 몸의 다른 부위로 퍼지는 단계.

Toxicity Testing in Animal 1. 급성독성분석 2. 화학적 구조분석 3. 박테리아 독성분석 (Ames mutagenicity assays) 4. 동물기관을 이용한 독성분석 5. 동물을 이용한 독성분석 (chronic carcinogenesis bioassay) - 두 종이상의 쥐를 사용할 것 - 최소 수컷 50, 암컷 50을 사용할 것 - 최소 두 Dose 수준을 사용할 것 (max. tolerant dose [MTD] included)

Human Studies 고농도와 동물실험의 경우는 인간과 인간에 노출된 저농도의 오염노출의 위해성과는 다른 것임. 이를 위해서 인간을 대상으로 한 실증결과가 필요 인간실증자료: (1) 오염누출사고 지역 (2) 역학조사 - Relative risk = [a/(a+b)] / [c/(c+d)] - Attributable risk = [a/(a+b)] - [c/(c+d)] - Odds ratio = ad/bc when its value is 1.0

Weight-of-Evidence Categories for Potential Carcinogens (US EPA) Group A (Human Carcinogen): 신빙성있는 역학조사 결과, 인체 발암과 노출이 높은 상관성을 보이는 화학물질. Group B (Probable Human Carcinogen): 이는 두 그룹으로 구분됨. B1 역학자료는 다소 부족하나 발암 가능성을 보이는 경우; B2 역학자료는 발암가능성을 제시에 제한적이나 동물독성분석결과가 발암 증거를 제시하는 경우. Group C (Possible Human Carcinogen): 발암성에 대한 동물독성증거가 제한적이고 인체독성증거가 전무한 화학물질. Group D (Not Classified):동물과 인체에 대한 적절한 발암성 근거가 없는 화학물질. Group E (Evidence of Noncarcinogenicity): 두 종이상의 동물실험결과와 역학조사결과 발암성이 없다고 알려진 화학물질.

Dose-Response Assessment Hypothetical dose-response curves

Extrapolations from High Doses to Low Doses 고농도의 동물실험결과를 저농도 노출의 인체에 적용하는 것은 매우 힘든 일이고, 사실상 과학적으로 타당성을 찾기 힘들다. 이러한 외삽을 하는 것은 과학적이라기 보다는 정책적 관점과 필요에 의한 것. 많이 사용하는 외삽모델. 1) one-hit model: P(d) = 1 – exp(-q0 – q1d) P(d): risk (probability) as a function of dose (d) d: dose q0, q1: fitting parameters 2) Multistage model: P(d) =1-exp(-q0-q1d-q2d^2-qnd^n) 3) Linearized multistage model (US EPA) Hypothetical dose-response curves

Potency Factor for Carcinogens The potency factor (PF) is the slope of the dose-response curve. It can also be thought of as the risk that corresponds to a chronic daily intake of 1 mg/kg-day. Incremental lifetime cancer risk PF= Chronic daily intake [CDI](mg/kg-day) PF values can be found in an EPA database on toxic substances called the Integrated Risk Information System (IRIS). CDI (mg/kg-day) = Ave. daily dose (mg/day)/Body weight (kg)

The Reference Dose for Noncarcinogenic Effects LOEL: the lowest-observed-effect level NOEL: no-observed-effect level NOAELs: no-observed-adverse-effect levels RfD: reference dose (acceptable daily intake [ADI])

The Hazard Index for Noncarcinogenic Effects Average daily dose during exposure period (mg/kg-day) Hazard quotient = RfD (for individual chemical) Hazard index = Sum of Hazard quotients for all the toxicants in environment

Human Exposure Assessment Bioconcentration and Contaminant degradation

Risk Characterization 위해성 특성화에 필요한 정보들 (미국 한림원 제안 사항, 1983) 건강에 미치는 영향에 대한 분석결과의 신뢰성에 대한 정보 생물학적 불확실성과 기원에 대한 정보 독성에 대한 측정방법에 대한 정보? 정량적으로 평가되는 독성요인들은 어떤 것이 있는가? 의사결정에 불확실성이 고려되는 방식은? 어떠한 dose-response assessments와 exposure assessments 방법이 사용되는가? 어떠한 대상인구가 위해성관리에 우선적으로 고려되야 하는가? 대상 위해성을 구체적으로 어떠한 용어로 표현할 것인가?