Fluxes of organic contaminants from the river catchment into, through and out of the Humber Estuary, UK

This paper summarises the work done on the distribution and reactivity of organic contaminants (simazine, atrazine, lindane, fluoranthene, pyrene, PCB 77, PCB 118) in the Humber Estuary and associated major rivers, as part of the LOIS programme. The preliminary flux calculations show that the most important contributors of selected organic contaminants were the rivers Trent (45% of simazine, 20% of atrazine), Aire (30% of simazine and 33% of atrazine), Don (36 and 37% of fluoranthene and pyrene) and Ouse (18% of fluoranthene and pyrene). For lindane and PCBs, the Aire and Ouse were the key sources. The water flow in all the rivers shows strong seasonal variations, as do the contaminant concentrations. As a result, the mean daily fluxes of these contaminants displayed a strong seasonality. Annual mean concentrations of simazine and atrazine decreased by more than 50% over the period 1994-1995 in most of the rivers, probably as a result of their restricted use in the UK. Mass balance calculations show that the Humber is a sink for atrazine, lindane, PCB 77 and PCB 118, although the degree of removal is generally much lower for atrazine and lindane than for PCB 77 and PCB 118. Mass balance results also show that the Humber can either be a source of fluoranthene and pyrene (in the suspended particulate phase), or a sink (in the dissolved phase), although overall the Humber acts as sink. The budget exercise represents an attempt to quantify the input and output of selected organic contaminants from catchment to ocean. However, due to limited data and assumptions involved in calculations, the estimates should be considered as an order of magnitude approximation. Further improvement both in resolution and accuracy is required.

Organic contaminants in urban soils: major inputs and potential risks

Urban soil quality may be severely affected by hydrophobic organic contaminants (HOCs), impairing environmental quality and human health. A comprehensive study was conducted in two contrasting Portuguese urban areas (Lisbon and Viseu) in order to assess the levels and potential risks of these contaminants, to identify sources and study their behaviour in soils. The concentrations of HOCs were related to the size of the city, with much higher contamination levels observed in Lisbon urban area. Source apportionment was performed by studying the HOCs profiles, their relationship with potentially toxic elements and general characteristics of soil using multivariate statistical methods. Lisbon seems to be affected by nearby sources (traffic, industry and incineration processes) whereas in Viseu the atmospheric transport may be playing an important role. In a first tier of risk assessment (RA) it was possible to identify polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in Lisbon soils as a potential hazard. The levels of PAHs in street dusts were further studied and allowed to clarify that traffic, tire and pavement debris can be an important source of PAHs to urban soils. Street dusts were also identified as being a potential concern regarding human and environmental health, especially if reaching the nearby aquatic bodies. Geostatistical tools were also used and their usefulness in a RA analysis and urban planning was discussed. In order to obtain a more realistic assessment of risks of HOCs to environment and human health it is important to evaluate their available fraction, which is also the most accessible for organisms. Therefore, a review of the processes involved on the availability of PAHs was performed and the outputs produced by the different chemical methods were evaluated. The suitability of chemical methods to predict bioavailability of PAHs in dissimilar naturally contaminated soils has not been demonstrated, being especially difficult for high molecular weight compounds. No clear relationship between chemical and biological availability was found in this work. Yet, in spite of the very high total concentrations found in some Lisbon soils, both the water soluble fraction and the body residues resulting from bioaccumulation assays were generally very low, which may be due to aging phenomena. It was observed that the percentage of soluble fraction of PAHs in soils was found to be different among compounds and mostly regulated by soil properties. Regarding bioaccumulation assays, although no significant relationship was found between soil properties and bioavailability, it was verified that biota-to-soil bioaccumulation factors were sample dependent rather than compound dependent. In conclusion, once the compounds of potential concern are targeted, then performing a chemical screening as a first tier can be a simple and effective approach to start a RA. However, reliable data is still required to improve the existing models for risk characterization.

Evaluation of cumulative PCB exposure estimated by a job exposure matrix versus PCB serum concentrations.

Although polychlorinated biphenyls (PCBs) have been banned in many countries for more than three decades, exposures to PCBs continue to be of concern due to their long half-lives and carcinogenic effects. In National Institute for Occupational Safety and Health studies, we are using semiquantitative plant-specific job exposure matrices (JEMs) to estimate historical PCB exposures for workers (n = 24,865) exposed to PCBs from 1938 to 1978 at three capacitor manufacturing plants. A subcohort of these workers (n = 410) employed in two of these plants had serum PCB concentrations measured at up to four times between 1976 and 1989. Our objectives were to evaluate the strength of association between an individual worker's measured serum PCB levels and the same worker's cumulative exposure estimated through 1977 with the (1) JEM and (2) duration of employment, and to calculate the explained variance the JEM provides for serum PCB levels using (3) simple linear regression. Consistent strong and statistically significant associations were observed between the cumulative exposures estimated with the JEM and serum PCB concentrations for all years. The strength of association between duration of employment and serum PCBs was good for highly chlorinated (Aroclor 1254/HPCB) but not less chlorinated (Aroclor 1242/LPCB) PCBs. In the simple regression models, cumulative occupational exposure estimated using the JEMs explained 14-24% of the variance of the Aroclor 1242/LPCB and 22-39% for Aroclor 1254/HPCB serum concentrations. We regard the cumulative exposure estimated with the JEM as a better estimate of PCB body burdens than serum concentrations quantified as Aroclor 1242/LPCB and Aroclor 1254/HPCB.

Concentration-dependent half-lives of polychlorinated biphenyl in sera from an occupational cohort.

Polychlorinated biphenyls (PCBs) are carcinogenic. Estimating PCB half-life in the body based on levels in sera from exposed workers is complicated by the fact that occupational exposure to PCBs was to commercial PCB products (such as Aroclors 1242 and 1254) comprised of varying mixtures of PCB congeners. Half-lives were estimated using sera donated by 191 capacitor manufacturing plant workers in 1976 during PCB use (1946-1977), and post-exposure (1979, 1983, and 1988). Our aims were to: (1) determine the role of covariates such as gender on the half-life estimates, and (2) compare our results with other published half-life estimates based on exposed workers. All serum PCB levels were adjusted for PCB background levels. A linear spline model with a single knot was used to estimate two separate linear equations for the first two serum draws (Equation A) and the latter two (Equation B). Equation A gave half-life estimates of 1.74 years and 6.01 years for Aroclor 1242 and Aroclor 1254, respectively. Estimates were 21.83 years for Aroclor 1242 and 133.33 years for Aroclor 1254 using Equation B. High initial body burden was associated with rapid PCB elimination in workers at or shortly after the time they were occupationally exposed and slowed down considerably when the dose reached background PCB levels. These concentration-dependent half-life estimates had a transition point of 138.57 and 34.78 ppb for Aroclor 1242 and 1254, respectively. This result will help in understanding the toxicological and epidemiological impact of exposure to PCBs in humans.

Analyse systématique de la relation entre l’exposition prénatale aux biphényles polychlorés et les effets neurodéveloppementaux et thyroïdiens chez l’enfant

Les biphényles polychlorés (BPC) sont des contaminants de l’environnement, omniprésents dans la chaîne alimentaire, qui ont une propension à la bioaccumulation dans le corps humain. Ils traversent la barrière placentaire et sont suspectés d’induire des altérations du développement mental ou moteur chez des enfants exposés aux BPC pendant la vie intrautérine. Ces effets s’expliqueraient notamment par la capacité des BPC à perturber l’homéostasie de la fonction thyroïdienne chez la femme enceinte ou le nouveau-né. Malgré le nombre considérable d’études épidémiologiques réalisées, la relation entre l’exposition prénatale aux BPC et les altérations du développement mental et moteur ou de la fonction thyroïdienne n’a pas encore été clairement établie ; d’une part, différents bioindicateurs de l’exposition ont été employés (différents congénères de BPC mesurés et différentes matrices biologiques ou unités de mesure) limitant la comparaison directe entre les études et, d’autre part, le lien de causalité entre les BPC et les effets ciblés n’a pas été vérifié avec des critères épidémiologiques reconnus. Cette étude a été réalisée afin d’analyser la relation « concentration biologique de BPC – effet » entre l'exposition aux BPC de la mère pendant la grossesse et le développement mental et moteur de l’enfant ainsi que les paramètres de la fonction thyroïdienne chez la femme enceinte et le nouveau-né à partir d’une analyse systématique des études épidémiologiques disponibles en standardisant les données biologiques entre les études. Sur la base de considérations toxicocinétiques et en appliquant des facteurs de conversion établis à partir de la littérature épidémiologique publiée, les concentrations des BPC rapportées dans les différentes études revues ont été standardisées en termes d’équivalent de BPC totaux par kilogramme de lipides dans le plasma maternel (µg PCBMPEQ/kg de lipides). Afin d’analyser la possibilité d’une association causale entre l’exposition aux BPC et les effets d’intérêt, les critères de Hill ont été appliqués systématiquement à l’ensemble des associations « concentrations biologiques standardisées – effet ciblés ». En appliquant cette approche aux données publiées de 20 études épidémiologiques sur la relation entre les BPC et le poids à la naissance, l’exposition prénatale aux BPC, aux niveaux décrits (moyenne < 1920 µg PCBMPEQ/kg de lipides), n’apparaît pas associée de manière significative à un poids à la naissance inférieur à 2500 g dans les populations étudiées. Par ailleurs, en considérant des études menées sur le suivi de neuf cohortes d’enfants, la probabilité qu’une altération cognitive ou motrice cliniquement significative, qui persiste entre la naissance et l’âge scolaire, soit observée à des concentrations de BPC totaux inférieures à 1000 µg PCBMPEQ/kg de lipides semble faible. Aussi, à partir de l’analyse systématique des données de 17 études épidémiologiques, l’exposition aux BPC aux niveaux standardisés décrits (moyenne < 1000 µg PCBMPEQ/kg de lipides) ne semble pas induire de variation des hormones thyroïdiennes ou de TSH en dehors des intervalles physiologiques reconnus chez la femme enceinte et le nouveau-né. Ainsi, la valeur biologique de référence établie à 1000 µg PCBMPEQ/kg de lipides pour prévenir les effets sur le développement devrait aussi prévenir les effets sur le poids à la naissance et la fonction thyroïdienne chez la femme enceinte ou le nouveau-né. Les résultats présentés dans cette thèse fournissent aux autorités de santé publique responsables de l’établissement de directives et des normes de l’information utile à la révision des critères sanitaires visant à protéger des effets des BPC sur le développement de l’enfant et la fonction thyroïdienne chez la femme enceinte et le nouveau-né.

Analyse de l'effet de la contamination du sol sur la croissance et la physiologie de 11 cultivars de Salix

Mon mémoire de maîtrise a été réalisé dans le cadre du projet Génorem (www.genorem.ca), un projet multidisciplinaire qui réunit différents chercheurs de l'Université de Montréal et de l'Université McGill dans le but d'améliorer les techniques utilisées en bioremédiation. Dans le cadre de l'étude, des saules à croissance rapide (Salix sp.) ont été utilisés comme plantes modèles dans l'étude. Ainsi, 11 cultivars de saule ont été suivis afin de déterminer leur potentiel à produire un bon rendement de biomasse, à tolérer des conditions de stress sévère causé par la présence de HAPs (hydrocarbures aromatiques polycycliques) , BPCs (biphényles polychlorés) et d'hydrocarbures pétroliers C10-C50. L'expérimentation consistait en une plantation de saule à forte densité qui a été mise en place en 2011 sur le site d'une ancienne industrie de pétrochimie à Varennes, dans le sud du Québec. Les boutures des génotypes sélectionnés ont été plantées sur une superficie d'environ 5000 m2. Les plantes ont été suivies pendant les deux saisons de croissance suivant le recépage et une série de paramètres de croissance et de mesures physiologiques ont été récoltés (surface foliaire, taux de chlorophylle, conductance stomatique et statut nutritionnel) dans le but d'évaluer et de comparer les performances de chaque génotype sur un sol pollué. Les analyses statistiques ont démontré que le cultivar S. miyabeana (SX61) était le meilleur producteur de biomasse sur le site contaminé, tandis que S. nigra (S05) et S. acutifolia (S54) présentaient la meilleure capacité photosynthétique. S. dasyclados (SV1), S. purpurea (‘Fish Creek’) et S. caprea (S365) ont semblé particulièrement affectés par la présence de contaminants. La capacité d'établissement et la croissance de S. nigra (S05), S. eriocephala (S25) and S. purpurea x S. miyabeana (‘Millbrook’) indiquent une tolérance globale supérieure à la pollution . Cette analyse comparative des différentes réponses physiologiques des saules cultivés sur un sol contaminé pourra guider le processus de sélection de plantes et les techniques de bioremédiation dans les futurs projets de phytoremédiation.

La neurotoxicité développementale associée au méthylmercure, au plomb et aux biphényles polychlorés : l’attention et le traitement visuel à l’étude

L’influence des contaminants environnementaux (CE) a été largement étudié en contexte d’exposition aigüe et d’intoxication. Qu’en est-il d’une exposition chronique à plus faibles doses sur le développement cognitif et sensoriel des enfants? Les études longitudinales de la présente thèse ont été réalisées au Nunavik. Bien que géographiquement éloignée des centres industriels, la communauté inuite est exposée aux CE via leur transport par les courants atmosphériques et océaniques ainsi que par leur bioaccumulation dans le poisson et les mammifères marins. Puisque l’alimentation autochtone traditionnelle, notamment la chair de béluga, est encore fréquemment consommée par la communauté, une proportion substantielle d’enfants inuits est exposée in utero aux CE. Ceux-ci sont également continuellement exposés à ces agents neurotoxiques durant leur développement postnatal. Or, la variation considérable dans l’adoption de l’alimentation traditionnelle au sein de la communauté représente une opportunité pour étudier la relation entre les niveaux d’exposition aux CE et le développement cognitif et sensoriel des enfants. Bien que certains déficits aient déjà été mis en lien avec l’exposition chronique aux CE dans la littérature, la présente thèse s’intéressa à cette relation plus spécifiquement chez les enfants inuits vivant dans le Grand Nord et plus exposés aux CE en raison de leur alimentation. Par ailleurs, les protocoles qui ont été développés pour cette thèse permettront d’évaluer des aspects qui ont été peu étudiés en lien avec les CE, soit l’attention visuospatiale et le traitement visuel cérébral précoce. Dans le premier volet de cette thèse, la relation entre trois CE et l’attention visuospatiale a été étudiée à l’aide d’une version adaptée de la tâche de Posner (M.I. Posner et al., 1980). Cette tâche psychophysique a été administrée à des enfants inuits (âge moyen = 11.2 ans) dont les niveaux d’exposition au mercure (Hg), au plomb (Pb) et aux biphényles polychlorés (BPCs) ont été documentés durant les périodes pré et postnatale. Les expositions in utero au Pb et aux BPCs ont été significativement associées à de l’impulsivité et de l’inattention, respectivement, alors que l’exposition postnatale au Pb a été associée à des temps de réaction plus longs. Bien qu’aucune relation spécifique avec l’attention visuospatiale n’ait été trouvée, les résultats de cette étude suggèrent que l’exposition aux CE est associée à une diminution des capacités attentionnelles générales chez les enfants résidant au Nunavik. Dans le second volet, le traitement cérébral précoce de l’information visuelle a été examiné à l’aide de potentiels évoqués visuels auprès d’enfants de la même communauté (âge moyen = 10.9 ans). La concentration de Hg dans le sang de cordon ombilical mesurée à la naissance a été associée à une réduction de l’amplitude et à une augmentation de la latence de la composante N75. L’exposition prénatale au Pb a quant à elle été associée à un délai dans la latence de la composante N150. Les résultats obtenus suggèrent ainsi que l’exposition aux métaux lourds, en particulier durant la période gestationnelle, serait associée à des altérations dans le développement visuel. Les résultats présentés dans cette thèse soutiennent l’hypothèse selon laquelle le cerveau en développement est vulnérable lors d’une exposition chronique aux CE, et cela même à des niveaux de concentration inférieurs aux limites recommandées par les organismes de santé publique. Les résultats permettent également d’apporter un éclairage nouveau sur les déficits cognitifs et sensoriels associés aux CE.

Phytocannabinoids as novel therapeutic agents in CNS disorders

The Cannabis sativa herb contains over 100 phytocannabinoid (pCB) compounds and has been used for thousands of years for both recreational and medicinal purposes. In the past two decades, characterisation of the body's endogenous cannabinoid (CB) (endocannabinoid, eCB) system (ECS) has highlighted activation of central CB1 receptors by the major pCB, Δ9-tetrahydrocannabinol (Δ9-THC) as the primary mediator of the psychoactive, hyperphagic and some of the potentially therapeutic properties of ingested cannabis. Whilst Δ9-THC is the most prevalent and widely studied pCB, it is also the predominant psychotropic component of cannabis, a property that likely limits its widespread therapeutic use as an isolated agent. In this regard, research focus has recently widened to include other pCBs including cannabidiol (CBD), cannabigerol (CBG), Δ9tetrahydrocannabivarin (Δ9-THCV) and cannabidivarin (CBDV), some of which show potential as therapeutic agents in preclinical models of CNS disease. Moreover, it is becoming evident that these non-Δ9-THC pCBs act at a wide range of pharmacological targets, not solely limited to CB receptors. Disorders that could be targeted include epilepsy, neurodegenerative diseases, affective disorders and the central modulation of feeding behaviour. Here, we review pCB effects in preclinical models of CNS disease and, where available, clinical trial data that support therapeutic effects. Such developments may soon yield the first non-Δ9-THC pCB-based medicines.

Application of the BRAFO-tiered approach for benefit-risk assessment to case studies on natural foods

There is evidence that consumption of fish, especially oily fish, has substantial beneficial effects on health. In particular an inverse relationship of oily fish intake to coronary heart disease incidence has been established. These beneficial effects are ascribed to fish oil components including long chain ω-3 polyunsaturated fatty acids. On the other hand it should be noted that oily fish also contains hazardous substances such as dioxins, PCBs and methylmercury. Soy consumption has been associated with potential beneficial and adverse effects. The claimed benefits include reduced risk of cardiovascular disease; osteoporosis, breast and prostate cancer whereas potential adverse effects include impaired thyroid function, disruption of sex hormone levels, changes in reproductive function and increased breast cancer risk The two cases of natural foods highlight the need to consider both risks and benefits in order to establish the net health impact associated to the consumption of specific food products. Within the Sixth Framework programme of the European Commission, the BRAFO project was funded to develop a framework that allows for the quantitative comparison of human health risks and benefits in relation to foods and food compounds. This paper describes the application of the developed framework to two natural foods, farmed salmon and soy protein. We conclude that the BRAFO methodology is highly applicable to natural foods. It will help the benefit-risk managers in selecting the appropriate dietary recommendations for the population.

Assessment and improvement of biotransfer models to cow’s milk and beef used in exposure assessment tools for organic pollutants

The aim of this study was to assess and improve the accuracy of biotransfer models for the organic pollutants (PCBs, PCDD/Fs, PBDEs, PFCAs, and pesticides) into cow’s milk and beef used in human exposure assessment. Metabolic rate in cattle is known as a key parameter for this biotransfer, however few experimental data and no simulation methods are currently available. In this research, metabolic rate was estimated using existing QSAR biodegradation models of microorganisms (BioWIN) and fish (EPI-HL and IFS-HL). This simulated metabolic rate was then incorporated into the mechanistic cattle biotransfer models (RAIDAR, ACC-HUMAN, OMEGA, and CKow). The goodness of fit tests showed that RAIDAR, ACC-HUMAN, OMEGA model performances were significantly improved using either of the QSARs when comparing the new model outputs to observed data. The CKow model is the only one that separates the processes in the gut and liver. This model showed the lowest residual error of all the models tested when the BioWIN model was used to represent the ruminant metabolic process in the gut and the two fish QSARs were used to represent the metabolic process in the liver. Our testing included EUSES and CalTOX which are KOW-regression models that are widely used in regulatory assessment. New regressions based on the simulated rate of the two metabolic processes are also proposed as an alternative to KOW-regression models for a screening risk assessment. The modified CKow model is more physiologically realistic, but has equivalent usability to existing KOW-regression models for estimating cattle biotransfer of organic pollutants.

Processos e Threads - Slides

O material apresenta o conceito de processo, os estados de processo e transições, blocos de controle de processos (PCBs) e seus descritores, o chaveamento de processos/troca de contexto, a definição de interrupções em relação com hardware/software, a comunicação interprocessos (IPC) e os processos no UNIX. Além desses tópicos, o material também descreve threads, suas semelhanças e diferenças com processos, seu ciclo de vida, e noções básicas sobre threads POSIX, Linux, Windows XP e Java.

Ecotoxicological assessment of sediments from the Santos and São Vicente estuarine system- Brazil

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Development of site-specific sediment quality guidelines for North and South Atlantic littoral zones: Comparison against national and international sediment quality benchmarks

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Organochlorine pesticides and polychlorinated biphenyls in soil and water samples in the northeastern part of São Paulo State, Brazil

Detailed analyses of persistent organic pollutants (POPs) such as organochlorine pesticides (OCPs), hexachlorocyclohexane (HCH) isomers (HCHs), dichlorodiphenyltrichloro ethane (DDT) and its metabolites (DDTs) and congeners of polychlorinated biphenyls (PCBs) in soil and surface water from the northeastern São Paulo, Brazil allowed the evaluation of the contamination status, distribution and possible pollution sources. The pesticides and PCBs demonstrated markedly different distributions, reflecting different agricultural, domestic and industrial usage in each region studied. The ranges of HCH, DDT, and PCBs concentrations in the soil samples were 0.05-0.92, 0.12-11.01, 0.02-0.25 ng g(-1) dry wt, respectively, and in the surface water samples were 0.02-0.6, 0.02-0.58 and 0.02-0.5 ng l(-1), respectively. Overall elevated levels of DDT and PCB were recorded in region 2, a site very close to melting, automotive batteries industries, and agricultural practice regions. High ratios of metabolites of DDT to DDT isomers revealed the recent use of DDT in this environment. The sources of contamination are closely related to human activities, such as domestic and industrial discharge, street runoff, agricultural pesticides and soil erosion, due to deforestation as well as atmospheric transport. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Levels of selected persistent organic pollutants in blood from delivering women in seven selected areas of São Paulo State, Brazil

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)