Wissenschaftler treiben die Erforschung schädlicher PFAS-Chemikalien und ihrer Auswirkungen voran

Ein amüsierter Fischhändler auf einem Fischmarkt in Portsmouth, New Hampshire, wog und verpackte ein Dutzend Fischfilets und drei Hummerschwänze für seine ungewöhnlich anspruchsvollen Kunden, die Dartmouth-Forscherin Celia Chen, Guarini, einen Forschungsprofessor für Biowissenschaften, und Nathan Giffard auf einem warmen Tisch Nachmittag im Mai 2022.

Die Meeresfrüchte, die sie kauften – eine Auswahl der am häufigsten verzehrten Fisch- und Schalentierarten in New Hampshire – waren für a Studie kürzlich veröffentlicht In Exposition und Gesundheit Ziel war es, die potenzielle Exposition der Menschen gegenüber der Familie der vom Menschen verursachten Giftstoffe namens PFAS durch den Verzehr von Meeresfrüchten abzuschätzen.

Perfluoralkyl- und Polyfluoralkylsubstanzen sind seit ihrer Entdeckung in den 1930er Jahren ein wichtiger Industriezweig. Antihaft. Wasserdicht. Schmutzabweisend. Produkte, die mit diesen Merkmalen werben, sei es Kochgeschirr, Lebensmittelverpackungen, Kleidung oder Polster, sind wahrscheinlich mit einer oder mehreren Arten von PFAS versetzt. Die Chemikalien sind auch in Feuerlöschschäumen enthalten, die seit Jahrzehnten zur Bekämpfung von Bränden mit flüssigen Brennstoffen bei hoher Hitze eingesetzt werden.

Gekennzeichnet durch ein Rückgrat aus Ketten von Kohlenstoff- und Fluoratomen, die durch einige der stärksten chemischen Bindungen zusammengehalten werden, haben sich diese weit verbreiteten, unzerstörbaren „Chemikalien für die Ewigkeit“ in der gesamten Umwelt ausgebreitet, in den Boden und ins Wasser eingesickert und sich in der Tierwelt und schließlich in der Umwelt angesammelt Menschen.

„Diese Chemikalien verbleiben in der Größenordnung von Jahren in unserem Körper, nachdem wir ihnen ausgesetzt waren“, sagt die leitende Autorin der Studie, Megan Romano, außerordentliche Professorin für Epidemiologie an der Geisel School of Medicine, deren Forschung sich auf das Verständnis der Ursachen und gesundheitlichen Folgen von konzentriert Umweltbelastungen, insbesondere für Schwangere und Kinder.

Zahlreiche wissenschaftliche Studien haben darauf hingewiesen, dass die PFAS-Exposition mit erhöhten Cholesterinwerten, Nieren- und Hodenkrebs, Schilddrüsen- und Lebererkrankungen und anderen gesundheitsschädlichen Folgen verbunden ist.

Dartmouth-Forscher verschiedener Disziplinen untersuchen PFAS und seine Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit, entwickeln neuartige Lösungen zur Entfernung der Chemikalien aus der Umwelt, arbeiten mit politischen Entscheidungsträgern zusammen, die Screening-Level festlegen und Tests kontaminierter Quellen vorschreiben, und kommunizieren schließlich die Risiken von PFAS und mögliche Maßnahmen dazu die Exposition gegenüber der Öffentlichkeit verringern.

„Bei fast allen vom CDC getesteten Menschen wurde PFAS gefunden, was auf eine weitverbreitete Exposition in den USA hinweist“, sagt Chen. Besonders hoch sind die Werte bei Feuerwehrleuten, bei Menschen, die in der Chemieproduktion und -verarbeitung arbeiten, und bei Menschen, die Trinkwasser aus Quellen beziehen, die mit PFAS kontaminiert sind.

Am 10. April hat die US-Umweltschutzbehörde die ersten nationalen Grenzwerte für einige der am häufigsten verwendeten PFAS im Trinkwasser eingeführt. Obwohl die neuen Grenzwerte strenger sind als die eigenen Standards von New Hampshire, hat der Staat bereits mehrere Schritte unternommen, um Bedenken hinsichtlich PFAS im Trinkwasser auszuräumen, wie z. B. die Verpflichtung aller öffentlichen Wasserversorger, Tests auf PFAS-Konzentrationen durchzuführen, sowie die Bereitstellung von Testunterstützung und kostenlosen Filteroptionen für Qualifizierung qualifizierter Haushalte und Bereitstellung von Zuschüssen und Darlehen für Sanierungsmaßnahmen.

Laut Romano gibt es auch zunehmende Bedenken hinsichtlich des PFAS-Gehalts im Oberflächenwasser, was Meeresfrüchte zu einem wirksamen Vehikel macht, um die Chemikalien zu den Verbrauchern zu transportieren. Ihre Umfragedaten ergaben, dass die Verzehrraten von Meeresfrüchten für Einwohner von New Hampshire höher sind als frühere Schätzungen, die auf nationalen oder regionalen Informationen basieren.

„Ein wichtiger Grund, warum wir diese Studie durchführen wollten, bestand darin, den Prozess zur Festlegung von Oberflächenwasserstandards für den Bundesstaat New Hampshire zu unterstützen, der derzeit läuft“, sagt Romano.

Die Anfang dieses Monats veröffentlichte Studie ergab, dass Verbraucher einer Ernährung mit einem hohen Anteil an Meeresfrüchten möglicherweise PFAS-Konzentrationen ausgesetzt sind, die möglicherweise ein Gesundheitsrisiko darstellen.

Die Forscher behaupten, dass Meeresfrüchte in Maßen eine nützliche Protein- und Nährstoffquelle sind und eine abwechslungsreiche Ernährung dazu beiträgt, die Belastung durch Chemikalien zu reduzieren und gleichzeitig Zugang zu wichtigen Nahrungsquellen zu erhalten.

Neben der Festlegung strengerer Oberflächenwasserstandards für PFAS auf der Grundlage der Ergebnisse müssen auch Anstrengungen unternommen werden, um die Vorteile und Risiken des Verbrauchs durch fundierte öffentliche Gesundheitsbotschaften effektiv zu kommunizieren, sagt Romano, der zuvor mit dem Bundesstaat New Hampshire zusammengearbeitet hat erstellen PFAS-Factsheets und andere Lehrmaterialien für Ärzte und die Öffentlichkeit.

In allem, überall, alles auf einmal

PFAS stellt im Gegensatz zu anderen Schadstoffen, die Forscher untersuchen, Herausforderungen dar, sagt Chen, dessen Forschung sich auf Metallverunreinigungen wie Quecksilber, Arsen und Blei in aquatischen Nahrungsnetzen sowohl in Süßwasser- als auch in Meeresökosystemen konzentriert hat.

„Es scheint, dass PFAS viel allgegenwärtiger sind als alle unsere herkömmlichen Schadstoffe. Es kommt viel häufiger im Leben der Menschen vor; es befindet sich in Lebensmittelverpackungen, in all unserer Regenbekleidung, es ist überall“, sagt Chen.

Und das stellt Forscher vor besondere Herausforderungen, die noch einen Schritt weiter gehen müssen, um sicherzustellen, dass die Ausrüstung PFAS-frei ist, und robuste experimentelle Kontrollsysteme entwickeln müssen, um ihre Analysen genau zu halten. „Es ist sehr leicht, die Proben, die wir untersuchen, mit PFAS zu kontaminieren, weil es in allem enthalten ist. Es könnte in unseren Pipetten und anderen Laborutensilien sein“, sagt sie.

Mitglieder von Chens Forschungsgruppe sammelten letzten Sommer Wasser, Sedimente, Plankton, Fische und andere Wirbeltiere aus sechs Seen in New Hampshire für ein Projekt, das PFAS in Nahrungsnetzen von Seen untersucht und gleichzeitig die PFAS-Konzentrationen in Meeresökosystemen weiter untersucht.

Bevor sie jedoch mit der Analyse ihrer Proben beginnen, arbeiten sie daran, ihre chemischen Analyseverfahren überprüfen zu lassen, um sicherzustellen, dass sie keine Verunreinigungen einbringen.

Wie wirkt sich PFAS auf unsere Gesundheit aus?

Die gesundheitlichen Auswirkungen von PFAS herauszufinden, sei noch in Arbeit, sagt Romano.

Ein von Romano geleitetes Forschungsprojekt untersucht die Zusammenhänge zwischen der PFAS-Exposition und der Stilldauer. Die Studie, veröffentlicht in der Internationale Zeitschrift für Hygiene und Umweltgesundheitstellt fest, dass stillende Eltern, deren während der Schwangerschaft gesammeltes Plasma einen höheren PFAS-Gehalt aufwies, vor dem sechsten Monat eher aufhörten, sich ausschließlich auf Muttermilch zu verlassen, um ihre Babys zu ernähren.

Laufende Projekte untersuchen auch die Einflüsse auf den Blutdruck während der Schwangerschaft, das Geburtsgewicht und die Wachstumsraten des Säuglings.

Obwohl es überzeugende Beweise dafür gibt, dass Menschen, die diesen Schadstoffen ausgesetzt sind, gefährdet sind, haben Wissenschaftler kaum an der Oberfläche gekratzt. Es sind weitere Daten und Studien erforderlich, um ein tieferes und genaueres Verständnis der Gesundheitsrisiken zu erlangen und die Wirkmechanismen von PFAS aufzudecken.

Die Unsicherheit über mögliche Auswirkungen kann die Entscheidungsfindung im Gesundheitsbereich erschweren. „Es gibt zunehmend Hinweise darauf, dass ein Zusammenhang zwischen Menschen mit höheren PFAS-Blutkonzentrationen und Brustkrebs besteht“, sagt Christine Gunn, Assistenzprofessorin am Dartmouth Institute for Health Policy and Clinical Practice.

Gunn und Romano arbeiten gemeinsam an der Entwicklung eines risikobasierten Brustkrebs-Screening-Tools, das auf Frauen aus Gemeinden in New Hampshire zugeschnitten ist, deren Umwelt, insbesondere Trinkwasser, bekanntermaßen einen hohen Grad an PFAS-Kontamination aufweist.

„Sollten jüngere Frauen in unserer Gemeinde früher als normal untersucht werden?“ ist eine typische Frage, die Gesundheitsdienstleistern gestellt wird, sagt Gunn. Sie hofft, eine Entscheidungshilfe zu schaffen, die nicht nur klinische und familiäre Gesundheitsfaktoren, sondern auch Umweltrisikofaktoren berücksichtigt, um Frauen dabei zu helfen, fundierte Entscheidungen über die Brustkrebsvorsorge zu treffen.

Auch die Experten brauchen Hilfe. „Ärzte fühlen sich oft nicht gut darauf vorbereitet, Patientenfragen zu Umweltbelastungen zu beantworten“, sagt Romano, der sich in vielfältigen Bemühungen zur Förderung der Umweltgesundheitskompetenz engagiert. Dazu kann das Kuratieren guter Ressourcen, das Zusammenstellen von Faktenblättern, die Ärzte einsehen können, und das Anbieten von Webschulungen zum Thema Umweltverschmutzung für örtliche Gemeindevorsteher gehören.

Schadensbegrenzung

Mittlerweile ist die Herausforderung, Grundwasser, Boden und Oberflächenwasser von PFAS zu befreien, ein sich aktiv entwickelndes technisches Gebiet. „Groß angelegte Sanierungsbemühungen bleiben äußerst kostspielig und zeitintensiv“, sagt Romano.

Als Umweltepidemiologe, der Kenntnisse in grundlegender Epidemiologie mit Arbeit im Bereich der öffentlichen Gesundheit kombiniert, sieht Romano die Zusammenarbeit zwischen Disziplinen als entscheidend an, um Probleme dieser Größenordnung zu lösen. „Wir müssen über den Tellerrand schauen, die Dinge aus mehreren Blickwinkeln betrachten und biologische Mechanismen und technische Lösungen wirklich verstehen.“

Positiv zu vermerken ist, dass es in jüngster Zeit große Fortschritte bei der Entfernung von PFAS aus Wasser und Boden in kleinem Maßstab gegeben hat.

Für ihr technisches Abschlussprojekt im Jahr 2023 stellten sich Studenten aus Dartmouth der Herausforderung, einen kostengünstigen Open-Source-PFAS-Filter für kleine Teppichreinigungsunternehmen zu entwickeln. Jen Harfmann, PFAS-Ableitungsanalystin beim Department of Environmental Services, die das Projekt vorgeschlagen hat, beriet das Team ebenfalls.

Das vierköpfige Team – Ariana Arvelo Marchan, Abbi Fitzpatrick, Thayer, William Gano und Eliana Ray – arbeitete mit einem Teppichreinigungsunternehmen mit Sitz in Grantham, New Hampshire. Die Studenten sammelten einen Teil des Abwassers und beobachteten, wie das Unternehmen aufgebaut wurde. und wie viel Wasser müsste pro Tag aufbereitet werden.

Ihr vom Team mit Beiträgen der Projektberaterin Vicki May, Professorin für Ingenieurwissenschaften an der Thayer, erstellter Prototyp gewann den mit 10.000 US-Dollar dotierten Hauptpreis „Engineering Education Award“ des National Council of Examiners for Engineering and Surveying.

Unter Verwendung von Materialien, die leicht in Baumärkten erhältlich sind, konstruierten die Dartmouth-Studenten einen Filter, der das Abwasser durch eine Reihe von mit Aktivkohle gefüllten Tanks leitete. „Wir konnten jede einzelne Art von PFAS reduzieren, auf die wir getestet haben, das waren etwa 18 der wichtigsten, die als gefährlicher als andere eingestuft wurden“, sagt Ray, der jetzt als Umweltberater arbeitet.

Romano, der auch als Berater für das Projekt fungierte, ist der Meinung, dass Reinigungslösungen auf das spezifische Szenario an einem Ort zugeschnitten werden müssen, an dem eine Kontamination aufgetreten ist.

„Es wird keine Lösung geben, die für alle passt“, sagt sie, „weil es Tausende dieser Chemikalien gibt und die Szenarien an verschiedenen Orten unterschiedlich sind.“