Ekspozom – i my, i my, i my

znalezienie związku przyczynowo-skutkowego między narażeniem człowieka na te czynniki a rozwojem chorób, m.in. z powodu odroczenia go w czasie.

Medical Tribune: Obserwacyjne badania epidemiologiczne ostatnich kilkunastu lat przyniosły stosunkowo dużą wiedzę na temat narażenia populacji ogólnej na chemiczne zanieczyszczenia środowiska. Czy są jakieś ogólne wnioski?

Dr Bartosz Wielgomas: Od momentu poznania ludzkiego genomu świat naukowy przygląda się grze między czynnikami genetycznymi a środowiskiem, a te badania dowodzą, że różne czynniki, m.in. chemiczne, mogą powodować choroby wskutek bezpośredniej ekspozycji, a także negatywnie oddziaływać na kolejne pokolenia poprzez mechanizmy epigenetyczne.

MT: Nie jest tak, że skażenie powoduje zmiany na poziomie DNA, przeprogramowuje komórki jajowe i męskie komórki rozrodcze?

B.W.: Badamy ekspozom, szukając zależności między czynnikami środowiskowymi a ludzkim zdrowiem. W licznych badaniach potwierdzono, że pod wpływem wielu czynników, takich jak promieniowanie, skażenie chemiczne i inne, zachodzą w organizmie zmiany epigenetyczne, głównie na drodze metylacji (przyłączanie jednej grupy metylowej do zasady azotowej bądź do białek wchodzących w skład chromosomów), która albo hamuje, albo umożliwia transkrypcję kodu genetycznego, a przez to dana informacja w DNA będzie (albo nie będzie) odczytana teraz lub w kolejnym pokoleniu.

MT: Na tym się skupiają klasyczne badania toksykologiczne, farmakologiczne oraz inne w obszarze nauk o życiu?

B.W.: Powstała nowa dziedzina wiedzy o roli czynników zewnątrzpochodnych (np. zanieczyszczeń środowiskowych prowadzących do modyfikacji epigenetycznych) i wewnątrzpochodnych w zdrowiu – ekspozomika. Skala problemów stricte naukowych, poznawczych w badaniach ekspozomu (definiowanego jako suma czynników ekspozomalnych od momentu narodzin do śmierci) jest bowiem ogromna. Dawniej skupiano się na wpływie pojedynczej substancji na zwierzęta laboratoryjne bądź na ludzi. Ten model pozwala zidentyfikować mechanizm działania określonej substancji, eliminując wpływ pozostałych czynników. Jednak w realnym świecie jesteśmy narażeni na tysiące czynników, w różnym stężeniu i liczbie, dlatego przewidywanie efektu zdrowotnego przy tak złożonej ekspozycji jest niezwykle trudne. Wnioskowanie o wpływie danej substancji bądź ich kompleksu na człowieka nie jest proste, przy ok. 100 tys. (to szacunkowa liczba) substancji chemicznych w komercyjnym obrocie, które człowiek wytwarza i na które jest narażony. Wprawdzie mamy narzędzia badawcze do ich obserwacji oraz mierzenia stężenia i wielkości ich ekspozycji u człowieka, problemem jest jednak interpretacja danych i wyników badań.

W aktualnych publikacjach, medialnie nagłaśnianych, w analizach prowadzonych wśród dużej populacji badacze wskazują na zależności między narażeniem na jedną substancję bądź ich grupę a występowaniem określonej jednostki chorobowej. Mierzą stężenie np. glifosatu lub jego metabolitu w materiale biologicznym człowieka (mocz, krew) i wiedząc, że jego stężenie w materiale biologicznym jest proporcjonalne do wielkości dawki, która trafiła do organizmu, szacują wielkość ekspozycji danej osoby na tę substancję oraz określają zależność między narażeniem o takim nasileniu a efektem zdrowotnym. Ale sama identyfikacja takiej korelacji nie jest dowodem na istnienie związku przyczynowego, bo może to być efekt wpływu trudnych do zidentyfikowania czynników zakłócających. Badania obserwacyjne, przekrojowe mają jednak znaczenie – generują hipotezy do dalszych badań nad mechanizmem działania na poziomie molekularnym bądź do projektowania badań epidemiologicznych dających wgląd w łańcuch zdarzeń.

MT: W badaniu na tysiącu szczurów, którego wyniki opublikowano w 2025 r., udowodniono ryzyko zachorowania na nowotwory z powodu ekspozycji na glifosat, weryfikując niejednoznaczne wnioski dotychczasowych badań.

B.W.: To właśnie ilustruje różnicę między badaniami obserwacyjnymi a eksperymentalnymi na zwierzętach doświadczalnych. Celem wspomnianego przez panią eksperymentu Instytutu Ramazzini w Bolonii (Włochy) było ustalenie, czy narażenie na glifosat oraz komercyjne produkty zawierające tę substancję zwiększają ryzyko zachorowania na nowotwory. Przebadano czysty glifosat, substancję czynną i dwa produkty komercyjne dostępne na rynkach europejskim i amerykańskim. Po dwóch latach obserwacji zwierząt laboratoryjnych eksponowanych na podawany codziennie z wodą pitną glifosat bądź produkt komercyjny, w grupach eksperymentalnych, w porównaniu z grupą kontrolną, obserwowano zwiększoną zachorowalność na nowotwory. Najwyższa testowana dawka odpowiadała uznanej aktualnie za najwyższą dawkę niepowodującą efektów toksycznych u zwierząt doświadczalnych, co zwiększyło wartość eksperymentu, ponieważ zwykle związek pomiędzy toksycznością a rakotwórczością bada się z wykorzystaniem wyższych od standardowych dawek danej substancji, by zwiększyć prawdopodobieństwo wystąpienia rzadkiego nowotworu (np. 1/10 tys.) u ograniczonej przecież liczby obserwowanych zwierząt (np. 50 szczurów jednej płci otrzymujących określoną dawkę substancji). W omawianym badaniu dawki odpowiadały tym uznawanym dotychczas za bezpieczne dla człowieka.

MT: Czy badanie tak wysokiej jakości i jego wynik są uwzględniane przez Międzynarodową Agencję Badań nad Rakiem, która dokonuje klasyfikacji substancji i czynników fizycznych pod kątem rakotwórczości?

B.W.: Agencja bierze pod uwagę siłę dowodów na działanie rakotwórcze substancji pochodzących z badań eksperymentalnych na zwierzętach i epidemiologicznych z udziałem ludzi. Do rakotwórczych dla człowieka zalicza substancje, które zostały przebadane na zwierzętach oraz w badaniach epidemiologicznych i w obu obserwuje się spójne dowody na istnienie takiej zależności. Badania epidemiologiczne, łatwe do przeprowadzenia, więc często prowadzone, cechuje względnie niska zdolność do wykrywania zależności przyczynowo-skutkowej. Trudniejsze i kosztowniejsze są prospektywne badania kohortowe, w których obserwacja wśród stosunkowo licznej populacji poddanej ekspozycji na jakiś czynnik i pojawiających się efektów zdrowotnych trwa lata bądź dekady. Stwierdzenie, że rozwój choroby poprzedzony był ekspozycją na określony czynnik stanowi najsilniejszy dowód epidemiologiczny istnienia potencjalnego związku przyczynowo-skutkowego. W badaniach obserwacyjnych, przekrojowych, na podstawie ilości substancji wykrytej w organizmie człowieka badamy ekspozycję w jednym punkcie czasowym i jej wpływ bądź jego brak na zdrowie. Ponieważ rakotwórczość, genotoksyczność, reprotoksyczność zaliczamy do tzw. skutków odległych, a efekty zdrowotne w wyniku ekspozycji pojawiają się po długim okresie utajonego rozwoju, to wyniki badań epidemiologicznych, dokumentujące wyłącznie statystyczną zależność między wielkością narażenia na określony czynnik a efektem zdrowotnym, mogą być obarczone dużą niepewnością.

W obecnych czasach zalewa nas ogrom informacji o wykryciu i obecności kolejnych substancji chemicznych w naszych organizmach, co chętnie podchwytują media. Jednak sama ich obecność w organizmie nie jest jednoznaczna z wystąpieniem objawów. Wzrost ryzyka zdrowotnego wymaga spełnienia licznych warunków, w tym określenia: wielkości dawki wchłoniętej, czasu trwania, częstotliwości ekspozycji. Jednak wykrycie w badaniu przekrojowym dodatniej zależności między stężeniem substancji lub jej metabolitów w moczu i występowaniem np. astmy pozwala na postawienie hipotezy, którą następnie weryfikujemy w badaniach kohortowych lub na podstawie mechanizmu działania w badaniach podstawowych na liniach komórkowych bądź zwierzętach doświadczalnych.

MT: Proszę o przykład.

B.W.: Na przykład rozszyfrowanie drogi szkodliwości bisfenolu A, plastyfikatora stosowanego w papierze termicznym jako wywoływacz barwy w drukarkach termicznych, w paragonach itd., substancji powszechnie używanej na świecie i w dalszym ciągu produkowanej na przemysłową skalę. Zgromadzono dowody na jej niekorzystne oddziaływanie na ludzkie zdrowie: jest substancją czynną hormonalnie, może zaburzać gospodarkę hormonalną u obu płci.

W ostatnich dwóch dekadach w badaniach przekrojowych zidentyfikowano główne źródła narażenia i drogi wchłaniania bisfenolu A do organizmu człowieka. Udokumentowano ekspozycję na ten czynnik w zasadzie we wszystkich badanych populacjach. Zaobserwowano zależności pomiędzy wielkością narażenia u ludzi a występowaniem efektów zdrowotnych, otyłości, negatywnego oddziaływania na zdrowie reprodukcyjne i inne. Równolegle prowadzono badania eksperymentalne na zwierzętach, na modelach komórkowych i inne. Na podstawie ich spójnych wyników – danych, które dostarczyły dowodów, że bisfenol A działa w bardzo niskich stężeniach, podobnie jak substancje hormonalnie czynne – w 2023 r. zrewidowano wielkości dopuszczalnej ekspozycji dla człowieka. Tolerowane dzienne pobranie (TDI – tolerable daily intake), czyli tolerowaną ilość składnika aktywnego uważaną za bezpieczną dla zdrowia ludzkiego w przypadku codziennego spożycia przez całe życie, zredukowano o 20 000 razy: z 4 μg/kg masy ciała/dobę do 0,2 μg/kg masy ciała/dobę. Bisfenol A wycofano z wielu zastosowań tam, gdzie to było możliwe, bez wywołania gospodarczej katastrofy, zważywszy na jego ogromne znaczenie. Badania toksyczności doprowadziły też do wycofania z użycia innych substancji hormonalnie czynnych, o historycznie wielkim znaczeniu, podobnie jak bisfenol A, np. niektórych ftalanów. W ich miejsce wprowadzane są substancje zastępcze, by zapełnić lukę po ich usunięciu z gospodarki, nierzadko mniej poznane niż te usunięte. Np. w miejsce bisfenolu A wprowadzono zamienniki: bisfenol F i bisfenol S. Gospodarka musi funkcjonować i wycofując jedną substancję produkowaną w setkach tysięcy ton na świecie, trzeba wprowadzić zamiennik, który z dnia na dzień mógłby ją zastąpić i był w 100% bezpieczny. Ale takich substancji po prostu nie ma. Substytuty często nie są idealnymi zamiennikami, czego przykładem są bisfenol F i bisfenol S, następcy bisfenolu A – substancje, które mogą mieć negatywny wpływ na serce, wywoływać zmiany neurologiczne, szkodliwie wpływać na rozwijający się mózg dziecka w okresie prenatalnym, prowadzić do zaburzeń pracy hormonów płciowych i hormonów kontrolujących proces dojrzewania oraz płodność.

MT: Wchodząc w klimat horroru – skala produkcji substancji rakotwórczych (carcinogenic), mutagennych (mutagenic) lub działających szkodliwie na rozrodczość (toxic to reproduction), czyli CMR, do których należy bisfenol A, w 2022 r. wynosiła 160 mln ton. Podobnie powszechnymi produktami syntezy, niewystępującymi naturalnie w środowisku, są substancje perfluoroalkilowe i polifluoroalkilowe stanowiące złożoną klasę chemiczną obejmującą kilka tysięcy fluorowanych związków organicznych (PFAS – perfluorinated alkylated substances), kwas perfluorooktanosulfonowy (PFOS).

B.W.: Gdy przemysł odkrywa jakąś cząsteczkę o właściwościach obiecujących dla nowych technologii, bada całą grupę substancji, do której ona należy, i wybiera najlepszą ze względu na funkcję i profil bezpieczeństwa. Gdy np. firma chemiczna szuka nowego plastyfikatora i odkrywa szkielet cząsteczki, szuka takiej, która będzie tania w produkcji i będzie spełniała wymogi technologiczne, a przy okazji takich poszukiwań i badań odkrywa kilka innych. Wiadomo, jakie miały zastosowanie w przemyśle tworzyw sztucznych bisfenole, z których bisfenol A miał zastosowanie najszersze, ponieważ ma najlepsze właściwości. Gdy w zasadzie 100% populacji zostało narażone na kontakt z nim i na wywoływane przez niego efekty zdrowotne, ograniczono jego wykorzystanie i na jego miejsce wprowadzono inne substancje o podobnej jakościowo aktywności biologicznej, ale wielokrotnie słabszej. Wśród ftalanów również obserwujemy zależności między strukturą chemiczną a właściwościami biologicznymi, podobnie jest w grupach związków PFAS – perfluorowanych, perfluoroalkilowych bądź polichloroalkilowych. Zazwyczaj grupy te mają jedną wspólną cechę (np. związki perfluorowane mają węgle podstawione atomami fluoru) oraz wspólne właściwości, niejako projektowane dla przemysłu, który oczekiwał, że będziemy nimi impregnować buty lub kurtki. Mamy świetną odzież przeciwdeszczową, ale związki użyte do jej impregnacji mają określony profil toksyczności, który w przypadku związków perfluorowanych jest dość różny. Dodatkowo, ze względu na obecność atomów fluoru, wspomniane związki chemiczne są mało podatne na biodegradację bądź fotodegradację. Te tzw. wieczne chemikalia, raz wprowadzone do środowiska, funkcjonują w nim bardzo długo. Modelowe substancje stosowane w latach 50.-80. XX w. w różnych gałęziach przemysłu, jak niektóre pestycydy chloroorganiczne, nieużywane już od kilkudziesięciu lat, są dalej obecne w środowisku i w naszych organizmach (gdzie trafiły m.in. wraz z zanieczyszczoną nimi żywnością). Trwale pozostają w środowisku związki perfluorowane, o względnie niepoznanym profilu toksyczności, co generuje obecnie największą liczbę badań z ich udziałem. Po okresie zainteresowania ftalanami i bisfenolami nastała era związków perfluorowanych i nowych „zanieczyszczeń trudnych do usunięcia”, których do tej pory nikt nie badał (EP – emerging pollutants), dlatego o ich toksyczności wiemy bardzo mało. Stanowią zróżnicowaną grupę czynników chemicznych, których oddziaływanie budzi coraz większe obawy ze względu na niemożność ich usunięcia przez tradycyjne systemy oczyszczalni ścieków oraz ogromną różnorodność struktur chemicznych. Za EP uznaje się obecnie m.in. substancje farmaceutyczne, składniki produktów higieny osobistej, środki powierzchniowo czynne oraz produkty uboczne dezynfekcji. Wpływ EP na zdrowie człowieka może wiązać się z genotoksycznością i cytotoksycznością, oddziaływaniem na gospodarkę hormonalną, powodując otyłość, cukrzycę oraz zaburzenia układu sercowo-naczyniowego i rozrodczego.

MT: Czy dla konsumentów, przy skali skażenia środowiska chemikaliami, ma sens wybieranie kosmetyków i środków czyszczących bez chemii, żywności ekologicznej?

B.W.: Odpowiedź na to pytanie jest trudna – i prywatnie, i naukowo. Ogólnie cały świat to chemia, tyle że niektóre obecne w nim substancje mogą w określonych warunkach być dla nas szkodliwe. Nawet bardzo toksyczne związki, stosowane w odpowiednio niskich dawkach, mogą być dla nas bezpieczne. Np. toksyna botulinowa to niezwykle silna trucizna, a jednak znajduje zastosowanie lecznicze, pod warunkiem że jest podawana w odpowiedniej dawce. Tak więc minimalizacja narażenia na trucizny to w zasadzie jedyny sposób na redukcję ryzyka zdrowotnego. Producenci żywności bądź kosmetyków dostrzegają zapotrzebowanie społeczeństwa na produkty pozbawione przynajmniej tych substancji, które były przedmiotem medialnych doniesień o ich szkodliwości. Dlatego znajdziemy produkty „BPA free” (produkt nie zawiera bisfenolu A), „paraben free” (bez parabenów), czyli bez środków konserwujących (estrów kwasu para-hydroksybenzoesowego) itd.

W kwestii jakości żywności dobra jest zasada: im prostszy skład produktu, tym lepiej. Powinniśmy wybierać produkty najmniej przetworzone, zwracać uwagę na system ich pakowania. Wspomniane tu wielokrotnie PFAS były i nadal są obecne w niektórych materiałach opakowaniowych, w impregnatach tektury, papieru, np. do pakowania wędlin, skąd substancje rozpuszczalne w tłuszczach migrują do żywności. Żywice epoksydowe, powlekające m.in. wnętrza metalowych puszek do konserw, zawierają bisfenol A.

Niezwykle trwałe PFAS występują we wszystkich elementach środowiska, kumulują się w organizmie. Są obecne w ekosystemach naturalnych i antropogenicznych – w powietrzu wewnętrznym i zewnętrznym, żywności, wodzie pitnej, kurzu i zanieczyszczonej glebie, w przedmiotach codziennego użytku. Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności (EFSA – European Food Safety Authority) w 2020 r. wśród produktów żywnościowych najbardziej przyczyniających się do narażenia na kwas perfluorooktanosulfonowy (PFOS) i kwas perfluorooktanowy (PFOA) wymieniało: owoce morza, jaja i mięso. W 2023 r. Międzynarodowa Agencja Badań nad Rakiem (IARC – International Agency for Research on Cancer) sklasyfikowała PFOA jako „rakotwórcze dla ludzi”, a PFOS jako „potencjalnie rakotwórcze dla ludzi”.

Naukowcy wykryli także PFOS, PFOA, perfluoroheksanosulfonian (PFHxS) i perfluorooktanosulfonyloamid (PFOSA) w surowicy ludzkiej krwi, podkreślając światową dystrybucję PFOS, spowodowaną powszechnym stosowaniem i produkcją związków PFAS i to, że ustalone normy mogą nie zapewniać bezpieczeństwa zdrowotnego.

Są liczne dowody epidemiologiczne wskazujące na szkodliwe oddziaływanie PFAS na ludzkie zdrowie. Potwierdzono rakotwórczość, immunotoksyczność, aktywację genów oraz toksyczność rozwojową PFAS. Badania w społecznościach narażonych na podwyższone stężenia związków z tej grupy wykazały m.in. zaburzenia endokrynologiczne bądź zwiększone ryzyko niektórych nowotworów, szczególnie hormonozależnych (rak piersi, jądra, jajnika). Wysoka ekspozycja na związki per- i polifluoroalkilowe została powiązana ze spożyciem skażonej wody pitnej.

Komisja Europejska rozważa zakazanie używania ok. 10 tys. substancji z grupy trwałych zanieczyszczeń organicznych. Produkcja i stosowanie wiecznych zanieczyszczeń miałyby być w dużej mierze zakazane. Ograniczenia wprowadzane będą stopniowo od 2025 r. do końca lat 30. XXI w. Restrykcje miałyby też dotyczyć importu do krajów Unii Europejskiej produktów zawierających PFAS. Ponieważ wieczne zanieczyszczenia są wykorzystywane prawie we wszystkich gałęziach przemysłu, to zakaz może uderzyć również w te obszary, które kojarzą nam się jako ekologiczne, bo związki per- i polifluoroalkilowe obecne są również w panelach słonecznych oraz turbinach wiatrowych. Jeśli proponowany zakaz wszedłby w życie, byłby to pierwszy w historii przypadek na taką skalę.

Aktualnie PFOS (kwas perfluorooktanosulfonowy) jest zakazany na mocy rozporządzenia (WE) nr 850/2004; PFOA jest objęty zakazem produkcji i stosowania od 2020 r. W lutym 2023 r. dołączyły do nich długołańcuchowe kwasy karboksylowe C9-C14 i kwas perfluoroheksanosulfonowy (PFHxS), jego sole oraz związki pokrewne.

MT: Czy wymienione związki zagrażają ludziom przez kontakt z odzieżą, wodą, kosmetykami, środkami czystości?

B.W.: Potencjalnie tak. Wiele badań obserwacyjnych dowiodło, że zamiana produktów żywnościowych wytwarzanych konwencjonalnie na organiczne, ekologiczne, wytwarzane bez użycia pestycydów rzeczywiście obniża stężenia metabolitów tych związków w moczu. Ale też żywność nie jest jedynym źródłem narażenia na pestycydy. Niektóre z nich, stosowane jako środki owadobójcze, przeciwpasożytnicze w pomieszczeniach mieszkalnych lub u zwierząt domowych, gromadzą się w kurzu domowym i są wchłaniane wraz z jego cząstkami drogą inhalacyjną lub przez skórę. Miejmy tego świadomość.

MT: Czy jesteśmy w stanie eliminować wyżej wymienione zagrożenia chociażby w skali jednostki?

B.W.: Żeby coś eliminować, działać profilaktycznie, trzeba dostrzegać szkodliwe czynniki. Niewiele osób zdaje sobie sprawę z tego, co znajduje się lub może się znajdować w produktach codziennego użytku lub w żywności. Jako toksykolog chciałbym, żeby choć osoby uprawiające zawody medyczne miały większą wiedzę na ten temat. Co możemy – eliminujmy.

MT: Nie kupujmy słomek z plastiku, tylko ze słomy?

B.W.: O ile w ogóle słomki są nam do czegokolwiek potrzebne.

Zdjęcia: archiwum prywatne, metamorworks/iStock/Getty Images Plus/Getty Images, DSCimage/iStock/Getty Images Plus/Getty Images, Sakorn Sukkasemsakorn/iStock/Getty Images Plus/Getty Images