Exposure assessment: the influence of environmental monitoring methodology

Exposure assessment is an important step of risk assessment process and has evolved more quickly than perhaps any aspect of the four-step risk paradigm (hazard identification, exposure assessment, dose-response analysis, and risk characterization). Nevertheless, some epidemiological studies have associated adverse health effects to a chemical exposure with an inadequate or absent exposure quantification. In addition to the metric used, the truly representation of exposure by measurements depends on: the strategy of sampling, random collection of measurements, and similarity between the measured and unmeasured exposure groups. Two environmental monitoring methodologies for formaldehyde occupational exposure were used to assess the influence of metric selection in exposure assessment and, consequently, in risk assessment process.

Environmental mycology in public health: fungi and mycotoxins risk assessment and management

Fungi are essential to the survival of our global ecology, but they might pose a significant threat to the health of occupants when they grow in our buildings. The exposure to fungi in homes is a significant risk factor for a number of respiratory symptoms. Well-known illnesses caused by fungi include allergy and hypersensitivity pneumonitis. Environmental monitoring for fungi and their disease agents are important aspects of exposure assessment, but few guidelines exist for interpreting their health impacts. This book answers the questions: How does one detect and measure the presence of indoor fungi? What is an acceptable level of indoor fungi? How do we relate this information to human health problems?

Air pollution at an urban traffic tunnel in Lisbon, Portugal

In this study, the results of chemical concentrations inside and outside of a Lisbon (Portugal) traffic tunnel were compared, during one week. They were obtained by Instrumental Neutron Activation Analysis (INAA). The tunnel values largely exceed the Air Ambient legislated values and the Pearson Correlations Coefficients point out to soil re-suspension/dispersed road dust (As, Ce, Eu, Hf, Fe, Mo, Sc, Zn), traffic-markers (Ba, Cr), tire wear (Cr, Zn), break wear (Fe, Zn, Ba, Cu, Sb), exhaust and motor oil (Zn) and sea-spray (Br, Na). On all days these elements inside the tunnel were more enriched than outside; significant statistical differences were found for Co (p=0.005), Br (p=0.008), Zn (p=0.01) and Sb (p=0.005), while enrichment factors of As and Sc are statistically identical. The highest values were found for As, Br, Zn and Sb, for both inside and outside the tunnel.

Neutron activation analysis of wheat samples

The deficiency of essential micronutrients and excess of toxic metals in cereals, an important food items for human nutrition, can cause public health risk. Therefore, before their consumption and adoption of soil supplementation, concentrations of essential micronutrients and metals in cereals should be monitored. This study collected soil and two varieties of wheat samples–Triticum aestivum L. (Jordão/bread wheat), and Triticum durum L. (Marialva/durum wheat) from Elvas area, Portugal and analyzed concentrations of As, Cr, Co, Fe, K, Na, Rb and Zn using Instrumental Neutron Activation Analysis (INAA) to focus on the risk of adverse public health issues. The low variability and moderate concentrations of metals in soils indicated a lower significant effect of environmental input on metal concentrations in agricultural soils. The Cr and Fe concentrations in soils that ranged from 93–117 and 26,400–31,300 mg/kg, respectively, were relatively high, but Zn concentration was very low (below detection limit <22 mg/kg) indicating that soils should be supplemented with Zn during cultivation. The concentrations of metals in roots and straw of both varieties of wheat decreased in the order of K>Fe>Na>Zn>Cr>Rb>As>Co. Concentrations of As, Co and Cr in root, straw and spike of both varieties were higher than the permissible limits with exception of a few samples. The concentrations of Zn in root, straw and spike were relatively low (4–30 mg/kg) indicating the deficiency of an essential micronutrient Zn in wheat cultivated in Portugal. The elemental transfer from soil to plant decreases with increasing growth of the plant. The concentrations of various metals in different parts of wheat followed the order: Root>Straw>Spike. A few root, straw and spike samples showed enrichment of metals, but the majority of the samples showed no enrichment. Potassium is enriched in all samples of root, straw and spike for both varieties of wheat. Relatively to the seed used for cultivation, Jordão presented higher transfer coefficients than Marialva, in particular for Co, Fe, and Na. The Jordão and Marialva cultivars accumulated not statistically significant different concentrations of different metals. The advantages of using INAA are the multielementality, low detection limits and use of solid samples (no need of digestion).

Exposição ocupacional a formaldeído: avaliação da exposição e efeitos genotóxicos

O formaldeído (FA) foi classificado, em 2004, pela International Agency for Cancer Research como agente cancerígeno. Este agente químico ocupa a 25ª posição em toda a produção química dos Estados Unidos da América, com mais de 5 milhões de toneladas produzidas por ano. Devido à sua importância económica e uso diversificado, muitos indivíduos estão expostos profissionalmente a FA. Com o estudo desenvolvido pretendeu‑se avaliar a exposição a FA em dois contextos ocupacionais distintos – na produção de FA e resinas e em laboratórios de anatomia patológica (AP) e relacionar com eventuais efeitos para a saúde, comparando a frequência de micronúcleos (MN) em linfócitos do sangue periférico e em células esfoliadas da mucosa bucal dos trabalhadores expostos a FA com indivíduos não expostos (controlos). Como amostra foram estudados 80 trabalhadores ocupacionalmente expostos a FA: 30 trabalhadores da fábrica de produção de FA e resinas e 50 trabalhadores de 10 laboratórios de AP. Foi constituído um grupo controlo de 85 indivíduos com atividades profissionais que não envolviam a exposição a formaldeído ou qualquer outro agente químico com propriedades genotóxicas. Aplicaram‑se duas metodologias distintas de avaliação ambiental do FA com o objetivo de conhecer a exposição profissional. Compararam‑se os resultados obtidos com os valores limite para a exposição média ponderada (TLV‑TWA=0,75 ppm) e para a concentração máxima (VLE‑CM=0,3 ppm). A totalidade dos laboratórios apresentou resultados superiores ao valor de referência existente para a concentração máxima. Nenhum dos resultados obtidos para a exposição média ponderada foi superior ao valor de referência. O exame macroscópico obteve os valores das concentrações máximas mais elevadas em 90% dos laboratórios. Os valores de MN foram mais elevados nos indivíduos expostos a FA comparativamente com os controlos. No caso dos MN nos linfócitos, a média foi de 3,96 nos expostos e de 0,81 nos não expostos. Os MN nas células esfoliadas da boca apresentaram uma média de 0,96 nos expostos e de 0,16 nos controlos. Os resultados obtidos nesta acção de biomonitorização podem revelar‑se particularmente úteis para as organizações responsáveis em definir os níveis aceitáveis para a exposição humana a FA. ABSTRACT: Since 2004, formaldehyde (FA) has been classified by the International Agency for Cancer Research as a carcinogen. The FA ranks 25th in the overall United States chemical production, with more than 5 million tons produced each year. Due to its economic importance and varied use, many individuals are exposed to FA at their occupational settings. This study aimed to assess the exposure to FA in two occupational settings – FA production factory and pathology anatomy (PA) laboratories – and relate it to possible health effects by comparing frequency of micronuclei (MN) in peripheral blood lymphocytes and exfoliated cells from the oral mucosa of workers exposed to FA with individuals not exposed to this agent (controls). This study was performed in 80 workers occupationally exposed to FA: 30 workers of the FA factory and 50 workers in 10 PA laboratories. The control group comprised 85 subjects without exposure. We have applied two different methodologies for environmental monitoring of FA. The results were compared with the reference to the exposure weighted average (TLV‑TWA = 0.75 ppm) and ceiling concentration (VLE‑MC = 0.3 ppm). All laboratories had results higher than the reference value to CM (1.41 ppm). None of the results obtained for the TWA exposure (0.16 ppm) were higher than the reference value. Macroscopic examination obtained the highest values of CM in 90% of laboratories. MN values were higher in individuals exposed to FA as compared to controls. As for MN in lymphocytes, the average was 3.96 in exposed compared with 0.81 in the unexposed. The MN in exfoliated cells of the buccal mucosa had an average of 0.96 in exposed, compared with 0.16 in controls. The results of this biomonitoring can be particularly useful to organizations responsible for defining acceptable levels for human exposure to FA.

The influence of genetic polymorphisms in XRCC3 and ADH5 genes on the frequency of genotoxicity biomarkers in workers exposed to formaldehyde

The International Agency for Research on Cancer classified formaldehyde as carcinogenic to humans because there is “sufficient epidemiological evidence that it causes nasopharyngeal cancer in humans”. Genes involved in DNA repair and maintenance of genome integrity are critically involved in protecting against mutations that lead to cancer and/or inherited genetic disease. Association studies have recently provided evidence for a link between DNA repair polymorphisms and micronucleus (MN) induction. We used the cytokinesis-block micronucleus (CBMN assay) in peripheral lymphocytes and MN test in buccal cells to investigate the effects of XRCC3 Thr241Met, ADH5 Val309Ile, and Asp353Glu polymorphisms on the frequency of genotoxicity biomarkers in individuals occupationally exposed to formaldehyde (n = 54) and unexposed workers (n = 82). XRCC3 participates in DNA double-strand break/recombination repair, while ADH5 is an important component of cellular metabolism for the elimination of formaldehyde. Exposed workers had significantly higher frequencies (P < 0.01) than controls for all genotoxicity biomarkers evaluated in this study. Moreover, there were significant associations between XRCC3 genotypes and nuclear buds, namely XRCC3 Met/Met (OR = 3.975, CI 1.053–14.998, P = 0.042) and XRCC3 Thr/Met (OR = 5.632, CI 1.673–18.961, P = 0.005) in comparison with XRCC3 Thr/Thr. ADH5 polymorphisms did not show significant effects. This study highlights the importance of integrating genotoxicity biomarkers and genetic polymorphisms in human biomonitoring studies.

Avaliação da exposição a fungos e partículas em explorações avícolas e suinícolas: estudo

O projeto “Avaliação da Exposição a Fungos e Partículas em Explorações Avícolas e Suinícolas” contemplou um elevado número de colheitas ambientais e biológicas e respectivo processamento laboratorial, sendo apenas possível a sua concretização graças ao financiamento disponibilizado pela Autoridade para as Condições de Trabalho. Foi realizado um estudo transversal para avaliar a contaminação causada por fungos e partículas em 7 explorações avícolas e 7 explorações suinícolas. No que concerne à monitorização biológica, foram medidos os parâmetros espirométricos, utilizando o espirómetro MK8 Microlab, avaliada a existência de sintomas clínicos associados com a asma e outras doenças alérgicas, através de questionário adaptado European Community Respiratory Health Survey e, ainda, avaliada a sensibilização aos agentes fúngicos (IgE). Foram ainda adicionados dois objetivos ao estudo, designadamente: aferir a existência de três espécies/estirpes potencialmente patogénicas/toxinogénicas com recurso à biologia molecular e avaliar a exposição dos trabalhadores à micotoxina aflatoxina B1 por recurso a indicador biológico de exposição. Foram colhidas 27 amostras de ar de 25 litros nas explorações avícolas e 56 de 50 litros nas explorações suinícolas através do método de impacto. As colheitas de ar e a medição da concentração das partículas foram realizadas no interior e no exterior dos pavilhões, sendo este último considerado como local de referência. Simultaneamente, a temperatura e a humidade relativa também foram registadas. As colheitas das superfícies foram realizadas através da técnica de zaragatoa, tendo sido utilizado um quadrado de metal inoxidável de 10 cm de lado, de acordo com a International Standard ISO 18593 – 2004. As zaragatoas obtidas (20 das explorações avícolas e 48 das explorações suinícolas) foram inoculadas em malte de extract agar (2%) com cloranfenicol (0,05 g/L). Além das colheitas de ar e de superfícies, foram também obtidas colheitas da cama das explorações avícolas (7 novas e 14 usadas) e da cobertura do pavimento das explorações suinícolas (3 novas e 4 usadas) e embaladas em sacos esterilizados. Cada amostra foi diluída e inoculada em placas contendo malte extract agar. Todas as amostras foram incubadas a 27,5ºC durante 5 a 7 dias e obtidos resultados quantitativos (UFC/m3; UFC/m2; UFC/g) e qualitativos com a identificação das espécies fúngicas. Para a aplicação dos métodos de biologia molecular foram realizadas colheitas de ar de 300 litros utilizando o método de impinger com a velocidade de recolha de 300 L/min. A identificação molecular de três espécies potencialmente patogénicas e/ou toxinogénicas (Aspergillus flavus, Aspergillus fumigatus e Stachybotrys chartarum) foram obtidas por PCR em tempo real (PCR TR) utilizando o Rotor-Gene 6000 qPCR Detection System. As medições de partículas foram realizadas por recurso a equipamento de leitura direta (modelo Lighthouse, 2016 IAQ). Este recurso permitiu medir a concentração (mg/m3) de partículas em 5 dimensões distintas (PM 0.5; PM 1.0; PM 2.5; PM 5.0; PM10). Nas explorações avícolas, 28 espécies/géneros de fungos foram isolados no ar, tendo Aspergillus versicolor sido a espécie mais frequente (20.9%), seguida por Scopulariopsis brevicaulis (17.0%) e Penicillium sp. (14.1%). Entre o género Aspergillus, Aspergillus flavus apresentou o maior número de esporos (>2000 UFC/m3). Em relação às superfícies, A. versicolor foi detetada em maior número (>3 × 10−2 UFC/m2). Na cama nova, Penicillium foi o género mais frequente (59,9%), seguido por Alternaria (17,8%), Cladosporium (7,1%) e Aspergillus (5,7%). Na cama usada, Penicillium sp. foi o mais frequente (42,3%), seguido por Scopulariopsis sp. (38,3%), Trichosporon sp. (8,8%) e Aspergillus sp. (5,5%). Em relação à contaminação por partículas, as partículas com maior dimensão foram detectadas em maiores concentrações, designadamente as PM5.0 (partículas com a dimensão de 5.0 bm ou menos) e PM10 (partículas com a dimensão de 10 bm ou menos). Neste setting a prevalência da alteração ventilatória obstrutiva foi superior nos indivíduos com maior tempo de exposição (31,7%) independentemente de serem fumadores (17,1%) ou não fumadores (14,6%). Relativamente à avaliação do IgE específico, foi apenas realizado em trabalhadores das explorações avícolas (14 mulheres e 33 homens), não tendo sido encontrada associação positiva (p<0.05%) entre a contaminação fúngica e a sensibilização a antigénios fúngicos. No caso das explorações suinícolas, Aspergillus versicolor foi a espécie mais frequente (20,9%), seguida por Scopulariopsis brevicaulis (17,0%) e Penicillium sp. (14,1%). No género Aspergillus, A. versicolor apresentou o maior isolamento no ar (>2000 UFC/m3) e a maior prevalência (41,9%), seguida por A. flavus e A. fumigatus (8,1%). Em relação às superfícies analisadas, A. versicolor foi detetada em maior número (>3 ×10−2 UFC/m2). No caso da cobertura do pavimento das explorações suinícolas, o género Thicoderma foi o mais frequente na cobertura nova (28,0%) seguida por A. versicolor e Acremonium sp. (14,0%). O género Mucor foi o mais frequente na cobertura usada (25,1%), seguido por Trichoderma sp. (18,3%) e Acremonium sp. (11,2%). Relativamente às partículas, foram evidenciados também valores mais elevados na dimensão PM5 e, predominantes nas PM10. Neste contexto, apenas 4 participantes (22,2%) apresentaram uma alteração ventilatória obstrutiva. Destes, as obstruções mais graves encontraram-se nos que também apresentavam maior tempo de exposição. A prevalência de asma na amostra de trabalhadores em estudo, pertencentes aos 2 contextos em estudo, foi de 8,75%, tendo-se verificado também uma prevalência elevada de sintomatologia respiratória em profissionais não asmáticos. Em relação à utilização complementar dos métodos convencionais e moleculares, é recomendável que a avaliação da contaminação fúngica nestes settings, e, consequentemente, a exposição profissional a fungos, seja suportada pelas duas metodologias e, ainda, que ocorre exposição ocupacional à micotoxina aflatoxina B1 em ambos os contextos profissionais. Face aos resultados obtidos, é importante salientar que os settings alvo de estudo carecem de uma intervenção integrada em Saúde Ocupacional no âmbito da vigilância ambiental e da vigilância da saúde, com o objetivo de diminuir a exposição aos dois factores de risco estudados (fungos e partículas).

Fast unsupervised extraction of endmembers spectra from hyperspectral data

Linear unmixing decomposes an hyperspectral image into a collection of re ectance spectra, called endmember signatures, and a set corresponding abundance fractions from the respective spatial coverage. This paper introduces vertex component analysis, an unsupervised algorithm to unmix linear mixtures of hyperpsectral data. VCA exploits the fact that endmembers occupy vertices of a simplex, and assumes the presence of pure pixels in data. VCA performance is illustrated using simulated and real data. VCA competes with state-of-the-art methods with much lower computational complexity.

Signal subspace identification in hyperspectral imagery

Terrestrial remote sensing imagery involves the acquisition of information from the Earth's surface without physical contact with the area under study. Among the remote sensing modalities, hyperspectral imaging has recently emerged as a powerful passive technology. This technology has been widely used in the fields of urban and regional planning, water resource management, environmental monitoring, food safety, counterfeit drugs detection, oil spill and other types of chemical contamination detection, biological hazards prevention, and target detection for military and security purposes [2-9]. Hyperspectral sensors sample the reflected solar radiation from the Earth surface in the portion of the spectrum extending from the visible region through the near-infrared and mid-infrared (wavelengths between 0.3 and 2.5 µm) in hundreds of narrow (of the order of 10 nm) contiguous bands [10]. This high spectral resolution can be used for object detection and for discriminating between different objects based on their spectral xharacteristics [6]. However, this huge spectral resolution yields large amounts of data to be processed. For example, the Airbone Visible/Infrared Imaging Spectrometer (AVIRIS) [11] collects a 512 (along track) X 614 (across track) X 224 (bands) X 12 (bits) data cube in 5 s, corresponding to about 140 MBs. Similar data collection ratios are achieved by other spectrometers [12]. Such huge data volumes put stringent requirements on communications, storage, and processing. The problem of signal sbspace identification of hyperspectral data represents a crucial first step in many hypersctral processing algorithms such as target detection, change detection, classification, and unmixing. The identification of this subspace enables a correct dimensionality reduction (DR) yelding gains in data storage and retrieval and in computational time and complexity. Additionally, DR may also improve algorithms performance since it reduce data dimensionality without losses in the useful signal components. The computation of statistical estimates is a relevant example of the advantages of DR, since the number of samples required to obtain accurate estimates increases drastically with the dimmensionality of the data (Hughes phnomenon) [13].