Blootstelling aan meerdere “chemische mengsels”: methoden voor hun menselijke en ecologische risicobeoordeling

1. Inleiding

Menselijke en ecologische risicobeoordelingen van gecombineerde blootstelling aan verschillende chemicaliën ("chemische mengsels") vormen een uitdaging voor de wetenschappers die de onderzoeken uitvoeren, voor de risicobeoordelaars die de gegevens moeten interpreteren, evenals voor de risicobeheerders die moeten waken over het gebruik van chemicaliën en de grenzen bepalen van toepassing en blootstelling om de veiligheid te garanderen voor mens en milieu. Dit is grotendeels te wijten aan het grote aantal betrokken chemicaliën, aan het feit dat mens en milieu op verschillende manieren eraan worden blootgesteld, en aan het feit dat deze stoffen op verschillende manieren actief zijn en interageren zodra ze een organisme binnenkomen.

In deze context is het essentieel om een onderscheid te maken tussen gevarenidentificatie, wat verwijst naar de detectie van de intrinsieke toxische eigenschappen van een chemisch middel, en een risicobeoordeling die de waarschijnlijkheid van optreden van (nadelige) effecten evalueert in functie van het blootstellingsniveau, zowel qua intensiteit als duur¹.

¹ Over het fundamentele onderscheid dat moet worden gemaakt tussen de begrippen gevaar en risico, zie: https://www.youtube.com/watch?v=PZmNZi8bon8  Ondertitels beschikbaar in het Engels, Frans, Duits, Nederlands, Spaans, Chinees en Russisch. Een Franstalige versie is ook beschikbaar: https://youtu.be/wRmfvFYDNr8 

2. Welke methode wordt doorgaans gebruikt om de risico's van blootstelling aan chemische mengsels te beoordelen?

De conservatieve benadering die over het algemeen wordt gebruikt, bestaat erin eenvoudigweg alle veiligheidslimieten voor de verschillende componenten van het mengsel op te tellen. Dit betekent dat om te bepalen of een mengsel veilig is, naar de veiligheid van alle componenten afzonderlijk wordt gekeken, en als elk van hen als veilig wordt beschouwd, zou dat ook gelden voor het mengsel.

Referentiestudies bevestigen inderdaad dat wanneer verschillende componenten van een mengsel hetzelfde effect op hetzelfde eindpunt veroorzaken, men door de blootstellingen aan de verschillende componenten van het mengsel samen te voegen tot een geldige standaard (conservatieve) voorspelling van het effect kan komen in een eenvoudige risicobeoordeling.

Soms kan er evenwel een synergie bestaan tussen twee componenten, bijvoorbeeld wanneer twee chemicaliën met elkaar samenwerken om op hetzelfde eindpunt een gecombineerd effect te produceren, dat verschilt van het effect dat resulteert uit een eenvoudige toevoeging van hun concentraties.

Daarom kunnen meer tests nodig zijn dan die welke ze afzonderlijk beschouwen, zodat dergelijke interacties kunnen worden opgenomen in specifieke risicobeoordelingen. Dit is relatief eenvoudig uit te voeren wanneer het gaat om stoffen waarvan we het werkingsmechanisme kennen, en bijvoorbeeld weten hoe de stof precies interageert met biologische moleculen om 'toxisch' te worden. Zo kan een stof een enzym remmen dat bijdraagt aan de eliminatie van een andere stof. Dit komt gelukkig niet vaak voor en er is meer onderzoek nodig hierover.

Er is inderdaad afdoende experimenteel bewijsmateriaal dat het aantal chemicaliën dat kan bijdragen tot een cumulatief effect relatief laag is bij reëel voorkomende omgevingsmengsels. Volgens het rapport zouden meestal niet meer dan 3 of 4 afzonderlijke chemicaliën 90% van het toxische potentieel van een complex mengsel bepalen. Dit maakt een eenvoudige toevoeging van concentraties minder onzeker als methode, en vereenvoudigt de voorspelling van de toxische reactie van het mengsel.

3. Welke methoden en hulpmiddelen bestaan er om een veilig niveau van blootstelling aan chemische mengsels te bepalen?

Wanneer er onvoldoende kennis bestaat van mechanismen en / of van de werking en de relevantie voor gezamenlijke effecten, zijn andere benaderingen nodig. Een aantal hulpmiddelen die kunnen worden gebruikt voor gevarenidentificatie:

• ‘In vivo’ -studies, waarbij de effecten van chemicaliën op proefdieren worden getest. Deze zijn meestal tijdrovend en duur, moeten ethisch verantwoord zijn en worden alleen als laatste redmiddel gedaan;
• ‘In vitro’ studies, testen van mengsels op geïsoleerde cellen. Sneller, efficiënter maar soms moeilijk te interpreteren;
• ‘In silico’² -studies die computermodellen gebruiken om de reactie van een organisme op een bepaalde chemische stof of groep chemische stoffen te extrapoleren. Deze vereisen belangrijke toxicologische databanken;
• 'omics', een nieuwe benadering die kijkt naar het geheel van de interacties tussen de genen van een organisme (genomics), naar de volledige set van eiwitten in een cel (proteomics), of naar een aantal andere reeksen van moleculen in een biologisch systeem;
• probabilistische methoden³ die ook pragmatisch waardevol zullen zijn voor prospectieve beoordelingen en de voorspelling van gezamenlijke effecten.

Een gecombineerde en geïntegreerde aanpak die gebruik maakt van in vivo, in vitro en in silico-methoden is op dit moment doorgaans het meest effectief, gezien de "omics" -benaderingen nog in ontwikkeling zijn.

² in silico: letterlijk ‘in silicium’, d.w.z. ‘in de computer’; verwijzend naar analyse of experimenten uitgevoerd in een computeromgeving, in plaats van in het laboratorium
³ Probabilistische methode of model: gebaseerd op de waarschijnlijkheidstheorie die stelt dat toeval een rol speelt bij het voorspellen van toekomstige gebeurtenissen. Het tegenovergestelde is de deterministische benadering die poneert dat iets precies kan worden voorspeld, zonder de extra complicatie van willekeur en onzekerheid.
www.statisticshowto.datasciencecentral.com/probabilistic/ 

4. Een stand van zaken voor het evalueren van de risico's van blootstelling aan chemische mengsels - belangrijkste conclusies

De complexiteit van de toxiciteitsbeoordeling van chemicaliënmengsels is altijd al een uitdaging geweest, maar er is toch belangrijke vooruitgang geboekt. De interacties tussen initiële biochemische interacties en de fysiologische (en dus potentieel toxische) respons stroomafwaarts, zijn in een aantal opzichten duidelijker geworden.

Terwijl het probleem van blootstelling aan chemische mengsels algemeen wordt erkend, blijft het huidige regelgevingsbeleid in het algemeen nog steeds gericht op de beoordeling van elke afzonderlijke chemische stof in een commercieel mengsel. Maar hoewel mengselbenaderingen niet expliciet in alle bestaande regelgeving wordt genoemd, duiken ze toch in toenemende mate op in zowel geplande regelgeving als in retrospectief onderzoek naar de beoordeling van bijwerkingen.

Experimentele hulpmiddelen en statistische en risicobeoordelingsmethoden kunnen worden ingezet om gezamenlijke effecten te voorspellen wanneer men modellen ontwikkelt voor de identificatie van gevaren en risicobeoordeling van chemische mengsels.

In dit verband zijn de belangrijkste kennishiaten die nog dienen aangepakt:

• Een gemeenschappelijke basis voor de beoordeling van het werkingsmechanisme; 
• Informatie over de interacties (“cross-talk”) tussen deze werkingsmechanismen van verschillende chemicaliën, ook met betrekking tot bijwerkingen;
• De beschikbaarheid van gegevens over de relatie tussen blootstellingsniveaus en bijwerkingen (dosis-responsgegevens) in alle afzonderlijke databases;
• Het onderscheid tussen statistische onzekerheid en variabiliteit, beide inherent aan elke risicobeoordeling.

Ten slotte moeten risicobeoordelingen mogelijks worden ondersteund door biomonitoringgegevens, die de specificiteit van reacties op blootstelling aan chemische mengsels omvatten.

In deze context is het een belangrijke kennisuitdaging om een gemeenschappelijke database met betrouwbare gegevens op te zetten over de werkingsmechanismen van verschillende chemische stoffen en hun interferenties. Dit zal het mogelijk maken om de opeenvolgende biologische reacties die door de verschillende bestanddelen van een mengsel worden geïnduceerd, uiteindelijk te beschrijven en te integreren in een reeks van oorzaken, de zogenaamde negatieve uitkomstroutes (adverse outcome pathways of AOP)⁴.

⁴ Negatieve uitkomstroutes (adverse outcome pathways (AOP's): geef de lange, soms complexe keten van processen en gebeurtenissen weer vanaf de eerste interactie van een chemische stof met een moleculair doelwit (zoals de interactie met een receptor of de remming van een enzym) tot de verstoorde functie bij cel- en weefselniveau, wat uiteindelijk leidt tot een merkbare verstoring van de functie en / of structuur van het organisme die gezondheidsstoornissen bij mensen of dieren veroorzaakt.
www.openaccessgovernment.org/understanding-adverse-outcome-pathway-concept/36458/