RIVM_Logo_Engels

Bioaccessibility of contaminants from ingested soil in humans. Method development and research on the bioaccessibility of lead and benzo[a]pyrene

Publiekssamenvatting

Bij risicoschatting van oraal ingenomen stoffen is vaak onbekend hoeveel van deze stof wordt opgenomen door het menselijk lichaam. Dit geldt ook voor contaminanten in bodem. Meestal wordt de orale biobeschikbaarheid van een contaminant uit bodem gelijkgesteld aan de orale biobeschikbaarheid van die contaminant uit de matrix van ingestie bij toxiciteitstudies, welke meestal voedsel of vloeistof is. Er zijn echter aanwijzingen dat de orale biobeschikbaarheid uit bodem significant lager is. Risico's kunnen daardoor substantieel overschat worden. Daarom is een simpel in vitro digestiemodel ontwikkeld, gebaseerd op humane fysiologie, zodat de mobilisatie van contaminanten van grond in het maagdarmkanaal (oftewel bioaccessibility) kan worden gesimuleerd. Optimalisatie van dit in vitro digestiemodel is beschreven in het rapport. De "bioaccessible" fractie is een maat voor de hoeveelheid contaminant die maximaal geabsorbeerd kan worden. Met het in vitro digestiemodel zijn experimenten verricht met lood en benzo[a]pyreen als beleidsrelevante stoffen en vertegenwoordigers van twee verschillende chemische groepen. Als overige variabelen zijn 1) contaminatie-niveau, 2) bodemtype, 3) pH van bodem, en 4) het verouderen van de grond (alleen voor lood), en 5) de speciatie van lood in het uitgangsmateriaal getest. Bovendien is voor lood een begin gemaakt met de vergelijking tussen gronden die kunstmatig of historisch zijn gecontamineerd. De resultaten laten in veel gevallen een niet-lineair verband zien tussen het contaminatie-niveau en de hoeveelheid contaminant die door digestie wordt gemobiliseerd van grond. Omdat conventionele statistische testen niet geschikt waren voor analyse van de verworven data-sets, is een mathematisch model ontwikkeld dat is gebaseerd op theorieen over binding van contaminanten aan bodemdeeltjes. De helft van de data-sets voor lood worden beter beschreven met een niet-linear verband volgens het mathematische model, dan met een lineair verband. De data van benzo[a]pyreen worden zowel voor het lineaire als het niet-lineaire verband beter beschreven met een verzadigingsniveau in digestiesap dan zonder. Omdat te weinig data punten over zijn voor het verzadigingspunt, blijkt het voor het gebied tot aan het verzadigingspunt niet mogelijk onderscheid te maken tussen het lineaire en het niet-lineaire verband. Bovendien lijkt bioaccessibility afhankelijk te zijn van de contaminant en het bodemtype. De overige variabelen lijken weinig of geen effect te hebben op de bioaccessibility. Aanvullende experimenten zijn noodzakelijk om het mathematische model te valideren. Op termijn zou het mathematisch model gebruikt kunnen worden om de bioaccessibility van een specifieke contaminant/bodemtype combinatie te schatten. Het in vitro digestiemodel kan gebruikt worden voor het bepalen van locatiespecifieke bioaccessibility gegevens. Zolang validatie aan de in vivo situatie niet heeft plaatsgevonden moeten de resultaten met voorzichtigheid worden geinterpreteerd.

Synopsis

For risk assessment of orally ingested contaminants it is often unknown how much of the contaminant is taken up by the human body. In most human risk assessments of soil contamination, oral bioavailability of a contaminant from soil is considered equal to the bioavailability of the contaminant from the matrix as used in toxicity studies upon which risk assessment is based. In toxicity studies typically food and liquid matrices are used. In literature it is suggested that oral bioavailability of contaminants from soil is significantly lower. As a consequence, risks may be overestimated substantially. A simple in vitro digestion model, representative for human physiology, was developed in order to investigate the effects of a soil matrix on oral bioavailability. This model allows measuring bioaccessibility of a contaminant, i.e. the fraction of the dose ingested that becomes available for absorption into the human body. The present report describes the optimisation of the in vitro digestion model. Furthermore, with the in vitro digestion model the effects of several parameters on bioaccessibility were investigated. Lead and benzo[a]pyrene were chosen as test contaminants. Effects of 1) type of contaminant, 2) contamination level, 3) type of soil, 4) pH of soil, 5) ageing of the soil, and 6) metal speciation on bioaccessibility were investigated. Also a start was made with investigating the differences between artificially and historically contaminated soil. It was tried to describe the data by means of a mechanism-based mathematical model. The results suggest in many cases a non-linear relationship between the level of lead contamination and the amount of contaminant mobilised from soil into digestion juice, i.e. chyme, or a relationship with a maximum level of benzo[a]pyrene in chyme, i.e. a precipitation level. In addition, bioaccessibility seems to depend on the type of contaminant and the type of soil. The other tested parameters seemed to have little or no influence on the bioaccessibility. Further experiments are needed in order to validate the mathematical model and to make the model applicable for forecasting bioaccessibility of a contaminant from a certain soil sample. Ultimately, the mathematical model may be employed to estimate bioaccessibility values based on contaminant and soil characteristics. The in vitro digestion model may be used as a tool to assess site specific bioaccessibility. The data should be interpreted with caution as long as validation to the in vivo situation has not taken place.
 

Home / Documents and publications / Bioaccessibility of contaminants from ingested soil in humans. Method development and research on the bioaccessibility of lead and benzo[a]pyrene

RIVM Committed to health and sustainability
Menu