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分析化学において、バイオモニタリングとは、生物学的物質中の有毒な化合物、元素、またはその代謝物の体内負荷量を測定することである。 [1] [2]多くの場合、これらの測定は血液と尿で行われる。[3]バイオモニタリングは、環境衛生と労働安全衛生の両方において、暴露評価と職場の健康監視の手段として 行われている。
一般人口の代表サンプルを対象とした環境バイオモニタリングプログラムが最も確立されているのは米国とドイツの2つのプログラムですが、人口ベースのプログラムは他のいくつかの国でも存在しています。[4] 2001年、米国疾病予防管理センター（CDC）は、米国の人口の統計的に代表的なサンプルを報告する2年ごとの環境化学物質への人間の曝露に関する全国報告書の発行を開始しました。 [5]
概要
バイオモニタリングは、生物を利用して周囲の空気や水などの環境汚染を評価するものです。生物の変化を観察し記録することで定性的に行うこともできますし、生物組織内の化学物質の蓄積を測定することで定量的に行うこともできます。環境がそこに生息する生物に与える影響を観察または測定することで、汚染が疑われたり推測されたりすることがあります。[6]
歴史的に、公衆衛生規制は、空気、水、土壌、食品、その他の消費者製品、その他の潜在的な暴露源に含まれる化学物質の既知のレベルに応じた理論的なリスク計算に基づいていました。[要出典]人間のバイオモニタリングは、すべての潜在的な暴露経路からの体内物質の実際の内部レベルを一度に分析する機会を提供し、リスク評価の改善に貢献する可能性があります。[7] [より良い情報源が必要]
科学の進歩により、体内のより低濃度の化学物質をより多く検出することが可能となり、一部の化学物質は1兆分の1という低濃度でも検出可能となった。[8] [より良い情報源が必要] 1回のバイオモニタリング測定は、ある時点における1つのスナップショットに過ぎず、長期間にわたる曝露レベルを正確に反映しない可能性がある。[9]
体内に環境化学物質が存在することは、必ずしも害を意味するわけではない。[10]化学物質を検出する分析化学は、潜在的な健康への影響を解釈する能力よりも急速に進歩している。[11]健康リスクは通常、実験動物での毒性研究とヒトでの疫学的証拠から確立される。鉛はよく研究されている化学物質で、CDC の懸念レベルは現在血液中で 10 μg/dL、つまり 100 ppbであるが、このレベル以下でも神経行動障害が認められている。[12]このアプローチでは疫学的研究で因果関係を確立し、ヒトの用量反応を完全に理解する必要があるため、このようなタイプの行動レベルを裏付けるデータは、環境化学物質のごく一部にしか存在しない。バイオモニタリング当量 (BE) の概念は、潜在的な健康リスクの文脈でバイオモニタリングの結果を解釈し、伝えるのに役立つ代替アプローチとして開発されている。[13]
曝露、影響、感受性を示すバイオマーカーには様々な種類がある。 [14]
方法論
化学物質とその代謝物は、血液、尿、呼気、毛髪、爪、糞便、精液、母乳、唾液など、さまざまな生物学的物質から検出される可能性があります。[15] [14]血液と尿は、労働安全衛生 において最も一般的に使用されています。[14]
母乳は、授乳中の親油性（脂肪を好む）難分解性、生体蓄積性、毒性（PBT）化合物を測定するための好ましいマトリックス（物質）であり、この曝露経路は授乳中の子供にとって支配的です。[16]親油性化合物は血液中に検出される可能性があり、親水性（水を好む）化合物は尿中に検出される可能性があります。[17]
CDCが使用する分析方法には、同位体希釈 質量分析法、誘導結合プラズマ質量分析法、グラファイト炉原子吸光分析法などがあります。[17] その他には、紫外線、電子捕獲、炎イオン化、原子発光、質量分析検出器などのさまざまな検出器と組み合わせたガスクロマトグラフィーまたは高性能液体クロマトグラフィーがあります。 リガンド結合アッセイや免疫アッセイも使用されます。[14]
バイオモニタリングでは必然的にヒトや標本を取り扱うため、病原体の伝染を防ぐためにバイオセーフティ手順が必要となります。 [14]
バイオモニタリングの同等物
バイオモニタリング試験を行う科学者は、人間の血液や尿サンプルに含まれる天然および人工化学物質の濃度をppbからppkレベルで検出し、測定することができます。2006年の米国国立研究評議会の報告書によると、科学者はこれらのレベルの化学物質を検出することはできるものの、個人または集団に対する潜在的な健康リスクに関してそれらの存在が何を意味するかを解釈し、伝える方法がまだ不足していることがわかりました。[18]この報告書では、特定の化学物質の既存のリスク評価を使用して、バイオモニタリング結果の解釈と伝達を改善するための科学的研究を行うことを推奨しています。[18]
この状況に対処するため、いくつかのグループは、十分なデータがあれば、参照用量や耐容一日摂取量などの暴露ガイダンス値をバイオマーカー濃度の対応する推定値に変換し、バイオモニタリングデータの解釈に使用できることを認識しました。[19] [20] 2007年に、暴露ガイダンス値をバイオモニタリングデータの対応するスクリーニング値に体系的に変換するための最初の方法論、バイオモニタリング等価物が、サミット毒性学の科学者によって発表されました。[20]その後、政府、産業界、学界からの専門家委員会が招集され、これらのバイオモニタリング等価物を導出し、伝達するための詳細なガイドラインを策定しました。[21]
バイオモニタリング同等物は、リスク評価の文脈でバイオモニタリングデータの評価に使用できます。化学物質のバイオモニタリングデータをそのバイオモニタリング同等物と比較することで、化学物質への人口曝露が規制当局によって安全とみなされるレベル内かそれ以上かを評価する手段が得られます。[22] バイオモニタリング同等物は、科学者やリスク管理者がフォローアップやリスク管理活動のために化学物質を優先順位付けするのに役立ちます。[20]
2007年以来、科学者らはカドミウム、ベンゼン、クロロホルム、ヒ素、トルエン、塩化メチレン、トリクロサン、ダイオキシン、揮発性有機化合物など110種類以上の化学物質についてバイオモニタリング当量を導き出し、公表してきた。[23] [24]いくつかは、米国環境保護庁、CDC、カナダ保健省の科学者らの協力により開発された。[21]ドイツヒトバイオモニタリング委員会の研究者ら[25]も、バイオモニタリング当量に類似したスクリーニング値を導き出す概念を提案している。[24]
コミュニケーション
国立研究評議会の2006年の報告書は、バイオモニタリング調査を適切に使用するには結果の正確な伝達が不可欠であると強調したが、同時に「バイオモニタリングの適切な伝達に関する標準は存在しない」とも指摘した。[11] 2007年、ボストン大学公衆衛生学部はこのテーマに関するパネルを組織した。[26]
バイオモニタリング同等物に関する専門家委員会は、一般市民や医療提供者に情報を伝達するためのガイドラインを発表しました。[27]
コネチカット中毒管理センターのチャールズ・マッケイは、「バイオモニタリングに関する医師の視点」と題されたビデオでインタビューを受けており、このビデオは一般の人々がバイオモニタリングをよりよく理解できるようにすることに重点が置かれています。[28] [29]
環境衛生におけるバイオモニタリング
2006年に米国国立研究会議は報告書「環境化学物質のヒトバイオモニタリング」を出版した。この報告書は、環境化学物質への曝露をよりよく理解するためのバイオモニタリングの価値を認め、健康リスク評価におけるバイオモニタリングデータの有用性を向上させるためのいくつかの調査結果と勧告を盛り込んだ。[18]要約すると、この報告書は、バイオモニタリング研究に含める化学物質を選択するためのより厳格な健康に基づく基準、バイオモニタリングデータのリスクに基づく解釈と伝達を改善するためのツールと技術の開発、曝露評価と疫学研究へのバイオモニタリングの統合、インフォームドコンセント、結果の機密保持などを含むバイオモニタリングに関する生命倫理上の問題の調査を求めている。[30]
環境化学物質への曝露の問題は、 PBSのビル・モイヤーズやCNNの「Planet in Peril」シリーズのアンダーソン・クーパーによるテレビ報道によって注目を集めた。 [31]元副大統領アル・ゴアが序文を書いた書籍『Our Stolen Future 』も内分泌かく乱に焦点を当てて意識を高めた。
化学物質へのヒトの曝露に関する調査では、通常、1人あたりに検出された化合物の数と各化合物の濃度は統合されていない。そのため、ある化合物の濃度が低い人が他の化合物の濃度が高いかどうかなど、関連する曝露状況が未検証のままになる。特定の化合物の濃度を分析すると、通常、ほとんどの市民の濃度は特定の少数派よりもはるかに低いことが示される。カタルーニャ（スペイン）の人口の代表サンプルに基づく研究[32]では、 1人あたりに検出された化合物の数と各化合物の濃度を統合し、人口の半数以上が、分析した19種類の残留性毒性物質（PTS）（農薬、PCB）のうち1種類以上について上位四分位の濃度であったことが判明した。人口の重要なサブグループが、高濃度のPTS混合物を蓄積していた。たとえば、60～74歳の女性の48%は、上位四分位の6種類以上のPTS濃度であった。全人口の半数は 1～5 の PTS が 500 ng/g を超えており、すべての PTS が最下位四分位にある人は 4% 未満でした。したがって、各化合物を個別に調べた場合にのみ、人口の大部分で PTS 濃度が低いように見えます。人口の大部分の PTS 濃度が低いと述べるのは正確ではありません。混合物の影響を評価するには、ほとんどの人が低濃度と高濃度の両方の化合物でできた PTS 混合物に汚染されているという事実を考慮する必要があります。
国別の調査
アメリカ合衆国
- アメリカでは、CDCが1976年に初めて一般住民のサンプルを採取し、鉛といくつかの農薬の検査を行った。[33] 1990年代後半には、国民健康栄養調査（NHANES）プログラムが大幅に拡大した。[33]
- 環境化学物質へのヒトの曝露に関する国家報告書
CDCの国立環境衛生センター内の実験科学部門は、国家バイオモニタリングプログラムを開発し、2001年以来2年ごとに環境化学物質へのヒトの曝露に関する国家報告書を発表している。化学物質の選択は議論の余地があるため、CDCは影響力のある基準を特定した：米国の人口における曝露の証拠、一定レベルの曝露後の健康影響の存在と重要性、特定の物質への曝露を減らすための公衆衛生イニシアチブを追跡する要望、化学物質の生物学的に関連する濃度を正確に測定する既存の方法、十分な組織標本、特に血液および/または尿サンプル、および費用対効果。[34]
CDCは、将来の調査から化学物質を除外するための3つの基準を確立しました。新しい代替化学物質（代謝物またはその他の化学物質）が現在測定されている化学物質よりも曝露をより代表している場合、または3回の調査期間後に、方法関連グループ内のすべての化学物質の検出率がすべての人口サブグループ（2つの性別、3つの人種/民族グループ、および全国報告書で使用されている年齢グループ）で5％未満である場合、または3回の調査期間後に、方法関連グループ内の化学物質のレベルが全国報告書に記録されているすべての人口統計サブグループで変化していないか減少している場合です。[35]
- 国立児童研究は、米国全土の10万人の子供を誕生から21歳まで追跡する計画である。この研究は、社会的、経済的、環境的要因が子供の健康に与える影響に取り組む最大の取り組みとして、2000年の児童健康法の一部として承認された。CDCの環境衛生研究所は、進行中の国立児童研究の生物学的モニタリングで重要な役割を果たすことを2009年に発表した。国立小児保健発達研究所、国立環境衛生科学研究所、米国環境保護庁と協力する。[36]
- 米国のいくつかの州は連邦政府の支援を受け、バイオモニタリングプログラムを確立した。[37] 2001年にCDCは33州に計画補助金を交付し、バイオモニタリングの拡大に向けた能力構築を支援した。[38] [ページが必要]
- カリフォルニア州環境汚染物質バイオモニタリングプログラム（CECBP）は2006年に法律により設立され、カリフォルニア州公衆衛生局によって管理されています。[39]
- ミネソタ州のバイオモニタリングパイロットプログラムは2007年に法律で制定され、ミネソタ州保健局によって運営されています。[40]
ドイツ
ドイツ環境調査（GerES）は1985年から実施されており、[3] [41] 1992年にはドイツ連邦環境庁の人間バイオモニタリング委員会が設立されました。[25]
カナダ
カナダ統計局は、環境化学物質のバイオモニタリングを含むカナダ健康測定調査を実施している。[42]カナダ保健省は、2,000人の妊婦とその乳児に焦点を当てた環境化学物質に関する母子研究と呼ばれるプログラムを運営している。[43]
職業バイオモニタリング
労働安全衛生において、バイオモニタリングは、規制遵守、職場の健康監視および研究、危険管理の有効性の確認、または職業リスク評価の一環として行われることがある。また、急性または偶発的な出来事後の曝露を再構築したり、個人用保護具の有効性を評価したりするのにも使用できる。サンプリング方法が容易に利用できないことが多い経皮曝露や、予期しない曝露や経路を見つけるのに有用である。[14] [44] [45] [46]化学的危険だけでなく、騒音やストレスなどの他の種類の バイオマーカーもある。[14]労働衛生は環境衛生 とは異なり、曝露される個人の数は少ないが、曝露レベルの範囲が広い。[47]
バイオモニタリングは、体外の濃度ではなく体内の毒物の内部用量を測定するという点で、暴露モニタリングを補完するものであり、暴露だけでなく摂取が実際に起こったかどうかを確認できるという利点がある。 [14] [44] また、体内用量に影響を与える個人間の代謝、身体活動、毒物の混合の違いも考慮に入れている。これは、個人または集団で行うことができる。[44]
職業毒性データの主な用途は、バイオモニタリングに使用できるバイオマーカー（毒性物質とその代謝物の両方を含む）を決定し、生物学的暴露指標を確立することです。これらは、暴露評価や職場の健康監視活動中に、過剰暴露を特定し、職業暴露限度の妥当性をテストするために使用されます。これらのバイオマーカーは、進行した病理状態を明らかにするように設計された臨床医学の診断とは異なり、早期の有害影響を特定することで予防を支援することを目的としています。[48] [49]
米国では、労働安全衛生局が2017年現在、計画外の放出でベンゼンに曝露した後、および指定された期間に指定されたレベル以上のカドミウムまたは鉛に曝露した従業員に対して、生物学的モニタリングを義務付ける規制を3つ設けている。 [14]欧州連合 では、生物学的限界値は健康に基づいているのに対し、生物学的ガイダンス値は統計的に導き出され、一般集団の背景曝露を示している。2020年現在、EUで拘束力のある生物学的限界値を持つ物質は鉛のみである。[44] 生物学的曝露限界値または行動レベルの自主リストは、米国政府産業衛生専門家会議、ドイツ研究財団、英国健康安全局、フランスのANSES、スイス傷害保険基金によって維持されている。研究目的の生物学的モニタリングは、米国国立労働安全衛生研究所の成人血中鉛疫学および監視プログラムの一環として、およびその他の労働衛生研究の一環として行われている。 [14]
参照
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