Bioremediation Week 6.
• 환경위해성평가 (Risk Assessment)
Bioremediation Week 5
환경위해성평가
• Risk Assessment
- 서론
- 위해성 평가의 요소
- Hazard Identification (위험성 판별)
- Dose-Response Assessment (용량-반응 평가)
- Human Exposure Assessment (인체노출평가)
2015-04-13
CEE3330-01 Joonhong Park
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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)
2015-04-13
CEE3330-01 Joonhong Park
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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:
1. 음식과 물을 먹고 마시는 것을 통해서
2. 호흡을 통해서
3. 피부와 신체외부기관을 통해서
Organ-Specific Toxicity (see =>)
Side Effects by Toxic Chemicals
1. 중금속은 췌장/간 파괴 => 전신
2. 일산화탄소와 질산성질소는 혈액내
산소공급 방해 => 전신
3. 담배연기, 미세먼지 등이 허파에 문제
(나노입자의 신규문제)
4. 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-ofEvidence Categories for Potential
Carcinogens
Acute (급성) Toxicity
•
Philippus Aureolus Theophrastus Bombastus von Hohenheim-Paracelsus,
“화학물질의 주입 양에 따라서 독인지 약인지가 결정된다”.
Mutagenesis
DNA
(deoxyribonucleic acid)
Carcinogens
Teratogens
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?
7. 어떠한 대상인구가 위해성관리에 우선적으로 고려되야 하는가?
8. 대상 위해성을 구체적으로 어떠한 용어로 표현할 것인가?
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