Exponeringsvetenskap

Exponeringsvetenskap är studiet av kontakten mellan människor (och andra organismer) och skadliga ämnen i deras miljö – vare sig det är kemiska, fysiska, biologiska, beteendemässiga eller mentala stressorer – i syfte att identifiera orsaker och förebyggande av de negativa hälsoeffekterna de resulterar i. Detta kan inkludera exponering inom hemmet, på arbetsplatsen, utomhus eller någon annan miljö som en individ kan stöta på. Begreppet "exponering" är samlingsbegreppet för många olika typer, allt från exponering för ultraviolett ljus, exponering för kemikalierna i maten vi äter, till exponering för långa arbetstider som är den yrkesfaktor som mest kan tillskrivas sjukdomsbördan.

Behovet av fältet uppstår från det vidsträckta exponeringsområdet som har resulterat i negativa hälsoeffekter för människor och andra organismer, och fokuserar främst på sambandet mellan extern exponering, intern exponering och dos . Genom att tätt integrera områdena epidemiologi , toxikologi , biokemi , miljövetenskap och riskbedömning uppnås holistisk förståelse av en exponering för att skydda människors och ekosystemens hälsa på individ-, gemenskaps- och global nivå. Även om exponeringsvetenskapens historia hade en initial långsam start, har utvecklingen accelererat avsevärt under de senaste tre decennierna, inklusive början av bildandet av "exposomen". Det är dock fortfarande mycket okänt och forskningen på området expanderar bara för att täcka den ökande mängden identifierade exponeringar.

Behöver

Det väsentliga med exponeringsvetenskaplig forskning sträcker sig från det breda utbudet av negativa hälsoeffekter som belastar befolkningen. Världshälsoorganisationen förutspår att cirka 24 % till 40 % av den globala sjukdomsbördan är resultatet av miljöfaktorer, som representerar den största hälsobördan i utvecklade länder, och inomhusrök från matlagningsbränslen orsakar 3,8 miljoner dödsfall varje år . Andra sjukdomar och dödligheter till följd av exponering inkluderar också cancer (till exempel melanom från UV-exponering), autism (kopplad till höga nivåer av luftföroreningar), Parkinsons (kopplat till exponering för kväveoxid) och cellskador som orsakar diabetes, kardiovaskulära sjukdomar. sjukdomar och lungsjukdomar.

Sedan forskningen började har det skett många genombrott som har förbättrat och skyddat individers hälsa. Ett exempel är kopplingen mellan UV-exponering och utvecklingen av alla tre huvudformerna av hudcancer, vilket i slutändan ledde till utvecklingen av förebyggande åtgärder som solskyddsmedel. Exponering för prenatala infektioner (till exempel influensa, röda hund) har kopplats till ökade risker för autism och schizofreni. Utvecklingen av kläder och material som skyddar vårdpersonal från infektionsexponering, och brandmän från värmeexponering, har lett till ökat skydd inom dessa yrken.

Det är dock inte bara människors hälsa som exponeringsvetenskapen syftar till att förstå och skydda, och det finns många dokumenterade fall där exponering för mänsklig aktivitet skadar miljön. År 2003 upptäcktes det att leverskador hos fisk i Puget Sound (Washington State) var kopplade till vattenförorening med polycykliska aromatiska kolväten som finns i kol och bensin. Huvudsakligen har det också upptäckts att ozonskiktet bröts ut till följd av klorfluorkolväten och haloner som finns i kylskåp, luftkonditioneringsapparater, flygplanshaloner och aerosolburkar. Produktionen av växthusgaser från källor som transporter och jordbruk har varit starkt kopplad till den globala uppvärmningen, som sedan orsakar stigande havsnivåer och skador på de miljöer där många arter lever.

Historia

En av de tidigaste redogörelserna för exponeringsforskning utfördes av Hippokrates år 400 f.Kr., när han publicerade "Air, Water, and Places" som beskrev att luft, vatten, mat och livskvalitet påverkade förekomsten av mänskliga sjukdomar. Efter långt in i slutet av 1900-talet (AD), det blev fler och fler studier publicerade, som kopplingen mellan vattenförorening och kolera i London 1855. Men en av de anmärkningsvärda publikationerna som lade grunden för expansionen av exponeringsvetenskapen till vad den har blivit idag var 'Human Exposure Assessments for Airborne Pollutants: Advances and Opportunities' av National Research Council. Det var det första att "definiera kärnprinciperna för exponeringsbedömning", och har resulterat i ökade investeringar i exponeringsteknik, växande exponeringsvetenskapliga program som HELIX och National Exposure Research Laboratory. Den senaste utvecklingen inom exponeringsvetenskap är det förskjutna fokuset på utvecklingen av en "exposom" för att matcha den redan pågående konstruktionen av hela "genomet".

Väg från källa till sjukdom

Att förstå exponeringsvägen från källa till sjukdom ger en helhetsbild av var exponeringen kommer från och leder till skada på organismen, citerad av Paul Lioy och Kirk Smith (2021) som "exponeringsvetenskap länkar direkt till de källor som kan kontrolleras och till den inre miljön hos de organismer som är oroande”.

Exponeringskällan kan kategoriseras som exogena (externa) eller endogena (interna) källor . Exogena källor avser exempel som strålning, luftföroreningar, mat och sociala interaktioner. Endogena källor hänvisar till exempel som tarmmikroflora, oxidativ stress och emotionell stress. Det är känt att interna exponeringskällor kan vara resultatet av tidigare externa källor. Till exempel kan exponering för dieter med brist på vitamin B12 orsaka hyperhomocysteinemi, vilket ökar oxidativ stress i kroppen, vilket leder till eventuell utveckling av vaskulär demens och stroke. Att identifiera källan är avgörande för att bestämma den faktor som har potential att orsaka skadliga effekter på en människa eller andra organismer. Det är också en indikator på vilka specifika områden som ska inkluderas i studierna av deras effekter. Till exempel skulle kostrelaterade exponeringar involvera input från nutritionister, men exponering för strålning skulle dock inte involvera en kemist istället.

Kontakt avser den plats eller metod där organismen exponeras för källan. Till exempel uppstår risken för kontakt med sol-UV-exponering endast under dagtid, inte på natten. En människa (eller annan organism) som kommer i kontakt med exponeringar övergår till olika miljöer, eller kan ändra dosen eller frekvensen av kontakt med en källa. Genom att etablera kontakter kan forskare identifiera hur de kan undvikas eller minska. Att till exempel förbjuda jordnötsmat (t.ex. jordnötssmör) i skolor minskar risken för att ett barn med jordnötsallergi kommer i kontakt omedvetet, vilket förhindrar en reaktion.

När den väl har kommit i kontakt med exponeringen är vägen den väg där exponeringen når områden av organismen där den har potential att orsaka skada. Vanliga exempel på väg inkluderar inandning, förtäring, hudabsorption eller sårkontamination. Vägen kan bestämma hastigheten med vilken skadlig exponering kan ske, där inandning anses vara den snabbaste vägen för exponeringsupptagning, följt av hudkontakt och förtäring.

Termen " dos " används ofta omväxlande med termen "exponering", eller refereras till som exponeringsdos, måldos, intern dos eller extern dos för att nämna några. Att mäta den dos av exponeringen som krävs för att orsaka skada är avgörande för att bestämma det tröskelvärde inom vilket exponeringsmängden överskrider, eftersom det är ofarligt och blir giftigt. Det är här exponeringsvetenskapen har direkt samband med toxikologi. Dosen kan också involvera den tidsperiod som organismen exponeras: ju mer tid som exponeras, desto högre dos och större potential överskrider den tröskeln.

Om en dos överskrider dess toxicitetströskel, har den potential att orsaka någon biologisk effekt som resulterar i sjukdom i organismen. De negativa hälsoeffekterna orsakade av exponering är den yttersta anledningen till att området exponeringsvetenskap uppstod.

"Exposome"-konceptet

Begreppet exposom definierades först av Christopher Paul Wild som "livsloppets miljöexponeringar (inklusive livsstilsfaktorer), från prenatalperioden och framåt." Liknande definitioner har dock modifierats från detta, inklusive Miller och Jones, som omdefinierade exposomen som "det kumulativa måttet på miljöpåverkan och associerade biologiska svar under hela livslängden, inklusive exponeringar från miljön, kost, beteende och endogena processer." Studiet av exposomen har nu kallats "exposomics" med hänvisning till all teknik som används för att studera en organisms miljö, celler och kemikalier.

Idén härrörde från det redan existerande konceptet " genomet ", den kompletta uppsättningen av genetiskt kodade instruktioner som fungerar kroppen, som Wild fokuserat på under hela sin karriär inom exponeringsbedömning och cancergenomik . Att förstå arvsmassan har lett till förmågan att förutsäga dem som är predisponerade för vissa kroniska sjukdomar. Inom sitt forskningsfält identifierar Christopher Wild miljöexponering som den centrala påverkaren och mysteriet med cancerförekomst. Han drog slutsatsen att "exposomen", liksom genomet, måste kartlägga den kompletta uppsättningen av miljöexponeringar som en människa möter under hela sin livstid för att enkelt kunna förebygga och identifiera källor till exponeringsförorsakade kroniska sjukdomar, tillsammans med målåldern grupper.

Under 2012 fortsatte Wild att utöka sin beskrivning av exposomen och dess följder. Han inkluderar inre kroppsprocesser som ämnesomsättning, hormoner, mikroflora och oxidativ stress, externa exponeringar som strålning, smittämnen och kost, och dessutom sociala, ekonomiska och psykologiska exponeringar. Ökad enkelhet att genotypa och studera polymorfismer såg en stor förändring till gensjukdomsrelaterade studier på 1990-talet och på senare tid gör nya studiedesigner det möjligt för forskare att följa ökande provstorlekar. Men även 2012 fortsatte Wild med att beskriva de realistiska verktyg och metoder man kan använda för att effektivt utveckla exposomen. Detta inkluderade biomarköromik (t.ex. genomik, transkriptomik och immunomik ), sensorteknologier (t.ex. att använda mobiltelefoner för att mäta fysisk aktivitet, stress, sömnrytmer) och bildbehandling (för dieter, sociala interaktioner).

Slutsats

Exponeringsvetenskapen syftar till att undersöka kopplingen mellan det breda fältet av potentiella miljöskador och sjukdomar, och kunskapsutvecklingen går allt snabbare. Den identifierar inte bara orsakerna till de många sjukdomar som belastar den globala befolkningen, utan använder detta för att utveckla politik, beteenden och varor som skyddar dem från dåliga hälsoresultat. Fortsatt forskning krävs dock för att fylla luckorna i nuvarande kunskap, såsom den kompletta uppsättningen av data som skulle utgöra exposomen.