Ilse Ottenbros

Mensen worden blootgesteld aan een groot aantal chemische stoffen uit verschillende bronnen vanuit hun omgeving, vanuit cosmetica, huishoudelijke producten, voeding, medicijnen, en tijdens het werk. Om de risico’s van de blootstelling aan chemische stoffen goed te kunnen beoordelen is het nodig om het niveau van blootstelling (hoeveelheid) en de toxiciteit van deze stoffen in te schatten. Aangezien het aantal beschikbare chemische stoffen toeneemt en er continue nieuwe toepassingen voor bestaande chemische stoffen ontstaan, is er behoefte aan beoordelingsmethodes die efficiënt op een groot aantal stoffen tegelijk toepasbaar zijn. Binnen de huidige kaders van risicobeoordeling wordt er vaak naar afzonderlijke chemische stoffen of afzonderlijke bronnen gekeken, waardoor er onvoldoende rekening wordt gehouden met mogelijke combinaties van chemische stoffen en de mogelijke extra risico’s van deze chemische mengsels. Daarnaast is een gecombineerde risicobeoordeling van cruciaal belang voor chemische stoffen die mogelijk hetzelfde toxicologische effect hebben. Het inschatten van gezondheidsrisico’s van chemische mengsels kan worden samengevat in drie belangrijke thema’s: i) het meten van gecombineerde blootstelling aan chemische mengsels, ii) het beoordelen van de gezondheidsrisico’s van deze mengsels, en iii) het vertalen van deze risico’s naar het beleid en de regelgeving om zo de gezondheidsrisico’s van mengsels te verlagen. Dit proefschrift richt zich op het eerste thema, die bestaat uit het meten en beschrijven van blootstellingspatronen van chemische mengsels met een specifieke nadruk op het gezamenlijk voorkomen van chemische stoffen in de algemene bevolking.

Het meten van de daadwerkelijke blootstelling aan chemische mengsels is een complexe taak. De bij voorkeur individuele metingen kunnen extern (buiten het lichaam) worden uitgevoerd, bijvoorbeeld met siliconen polsbandjes, of intern (in het lichaam) via bijvoorbeeld biomonitoring, waarbij blootstelling wordt gemeten in menselijk lichaamsmateriaal zoals urine of bloed. In dit proefschrift worden chemische mengsels beschreven als de combinaties van door de mens gemaakte chemische stoffen die samen in hetzelfde individu of monster gevonden worden.

Dit proefschrift
Mijn proefschrift beschrijft drie verschillende benaderingen om chemische mengsels in de algemene bevolking te identificeren.
1. De eerste methode richt zich op het beschrijven van patronen van chemische stoffen die gelijktijdig voorkomen in bestaande biomonitoring datasets. Deze patronen worden beschreven met behulp van een grafisch correlatienetwerkmodel en een clusteralgoritme. Met deze methode kunnen de patronen van stoffen die gelijktijdig voorkomen worden gevisualiseerd en samengevat door middel van identificatie van sterk gecorreleerde groepen of clusters van chemische stoffen.

Deze correlatienetwerken worden beschreven en toegepast op bestaande biomonitoring data in de eerste helft van dit proefschrift (hoofdstukken 2 en 3).
2. De tweede benadering is het meten van chemische mengsels op individueel niveau, waarbij gebruik wordt gemaakt van externe metingen (siliconen polsbandjes) en interne metingen (biomonitoring door middel van urinemonsters).
3. De derde benadering verwijst naar de analytische meting van mengsel in urinemonsters, waarvoor een screening methode (“suspect screening”) op basis van hoge resolutie massaspectrometrie werd toegepast. Deze op screening gebaseerde analyse kan een breed scala aan biomarkers detecteren in een enkel urinemonster.

De tweede en derde benadering vormen samen de tweede helft van dit proefschrift (hoofdstukken 4, 5 en 6), waarbij specifiek naar mengsels van bestrijdingsmiddelen werd gekeken. Er werden monsters verzameld om de blootstelling aan meerdere bestrijdingsmiddelen in kaart te brengen, waaronder siliconen polsbandjes als onderdeel van het Nederlandse OBO-onderzoek (hoofdstuk 4), en urinemonsters gecombineerd met suspect screening analyse als onderdeel van het Europese initiatief HBM4EU (hoofdstukken 5 en 6).

De tweede helft van dit proefschrift richt zich op bestrijdingsmiddelen als een voorbeeld van een chemisch mengsel. Bestrijdingsmiddelen worden vaak als een mengsel toegepast door boeren (potentiële mengsel blootstelling voor omwonenden van landbouwgebieden), en bestrijdingsmiddelen zijn aanwezig in verschillende voedingsmiddelen (potentiële mengsel blootstelling via de voeding). Daarnaast zijn bestrijdingsmiddelen een relevant chemisch mengsel vanwege de maatschappelijke aandacht en zorgen over mogelijke risico’s. Ondanks een groot aantal studies naar de blootstelling aan bestrijdingsmiddelen, is de vraag aan welke combinaties van bestrijdingsmiddelen de algemene bevolking wordt blootgesteld nog niet beantwoord.

Na hoofdstuk 1 als algemene inleiding van dit proefschrift, beschrijft hoofdstuk 2 een correlatienetwerkmethode om chemische mengsels te visualiseren op basis van biomonitoringsgegevens. We laten hier zien dat deze netwerken de identificatie van patronen tussen biomarkers kan vergemakkelijken. De netwerkmethode werd in dit hoofdstuk toegepast op navelstrengbloedmonsters die verzameld werden tijdens drie meetcampagnes van de Vlaamse Milieu- en Gezondheidsstudies (FLEHS). Door gebruik te maken van een clusteralgoritme werden sterk verbonden groepen biomarkers, “communities” genoemd, geïdentificeerd. Deze communities bestonden meestal uit biomarkers die tot dezelfde chemische familie behoren, zoals PFASs en metalen. Er werden echter ook verbanden tussen chemische families gevonden, zoals tussen de PCB’s en p,p’-DDE. De gevonden communities geven inzicht in welke chemische stoffen gezamenlijk moeten worden meegenomen bij de analyse en interpretatie van epidemiologische studies, of bij het ontwerp van toxicologische mengsel studies. Door netwerken te vergelijken tussen meetcampagnes, wel/niet roken, en normaal/hoog BMI verkregen we inzicht in veranderingen in de netwerkstructuur en bijbehorende communities. De voordelen van de toegepaste netwerkmethode ten opzichte van bijvoorbeeld “heatmaps”, zijn de intuïtieve visuele interpretatie, formalisering van de procedure om communities te identificeren en een gestructureerde methode voor het vergelijken van blootstellingspatronen.

In hoofdstuk 3 werd dezelfde netwerk visualisatie methode toegepast op vier bestaande biomonitoring datasets uit België, Tsjechië, Duitsland en Spanje. De toegevoegde waarde van netwerken werd gedemonstreerd op een grotere schaal, naast het potentieel van netwerken voor een pan-Europese mengsel blootstellings- en risicobeoordeling. Dit was, voor zover wij weten, de eerste toepassing van een geharmoniseerde en gestandaardiseerde netwerkmethode op meerdere biomonitoring datasets uit verschillende landen. De vier gebruikte datasets varieerden in studiepopulatie, onderzoeksopzet en geanalyseerde stoffen. Vergeleken met de dataset uit hoofdstuk 2, waren the vier datasets grootschaliger, zowel wat betreft het aantal deelnemers als het aantal gemeten biomarkers. De toepassing van het cluster algoritme was een waardevol hulpmiddel om patronen tussen en binnen chemische families te identificeren. Binnen elk land reflecteerde de meerderheid van de gedetecteerde communities patronen binnen dezelfde chemische familie. Kruisverbanden tussen chemische families werden gevonden in twee van de negen communities, één van de vier, twee van de tien, en drie van de zes, respectievelijk voor de vier landen. Andere gedetecteerde verschillen tussen landen, zoals een verschil in spreiding tussen weekmakers tussen Duitsland en Spanje (opgesplitst in respectievelijk zeven en vier communities), kunnen worden toegeschreven aan verschillen in studiepopulatie, design, chemische analyseprocedures, en feitelijke blootstellingsverschillen. Het is aannemelijk dat de gedetecteerde communities een gemeenschappelijk bron, blootstellingsroute of fysiochemische eigenschappen van de biomarkers weerspiegelen.

De beoordeling van mengsels van bestrijdingsmiddelen begint met hoofdstuk 4, waarin siliconen polsbandjes werden gedragen als aanvulling op een Nederlands onderzoek naar blootstelling aan bestrijdingsmiddelen. Negentien bewoners die in de buurt van bloembollenvelden in Nederland woonden, droegen de polsbandjes gedurende gemiddeld zestig dagen. Van de zesenveertig gemeten bestrijdingsmiddelen werden er eenendertig gevonden in de polsbandjes. Gemiddeld werden negentien bestrijdingsmiddelen gemeten, waarbij azoxystrobin, carbendazim en pymetrozine in alle polsbandjes werden gevonden. We vonden zeer individuele blootstellingsprofielen, wat vergelijkbaar is met bevindingen uit andere studies. Het onderzoek toonde aan dat blootstellingspatronen over een langere periode van zestig dagen gemeten konden worden door middel van polsbandjes, wat aanzienlijk langer is dan gebruikelijk (enkele dagen of een week). Er dient de kanttekening gemaakt te worden dat de polsbandjes alleen blootstellingsroutes via de huid en luchtwegen reflecteren, wat kan leiden tot een onderschatting van het mengsel van bestrijdingsmiddelen ook aanwezig in voeding.

In hoofdstuk 5 worden het onderzoeksprotocol en de resultaten van een Europees onderzoek naar blootstelling aan bestrijdingsmiddelen (SPECIMEn-studie) beschreven. Het onderzoek maakte gebruik van suspect screening analyse, waarbij urinemonsters werden geanalyseerd van ouder-kind paren in verschillende seizoenen en woongebieden. Het doel van deze studie was om de invloed van het wonen nabij landbouwgebieden, leeftijd (kind vs. volwassene) en seizoen op de detectie van bestrijdingsmiddelen te beoordelen. Er werden urinemonsters verzameld van 1.345 deelnemers in zes landen: Letland, Hongarije, Tsjechië, Spanje, Nederland en Zwitserland (waarbij Zwitserland een iets andere onderzoeksopzet had). De monsters werden geanalyseerd door vijf verschillende laboratoria verspreid over Europa. Er werden met hoge mate van zekerheid 40 biomarkers (metabolieten en oorspronkelijke stoffen) geïdentificeerd, die zijn terug te voeren tot 29 verschillende bestrijdingsmiddelen. De meest frequent gedetecteerde biomarkers zijn gerelateerd aan de bestrijdingsmiddelen acetamiprid en chloorprofam. In 84% van de monsters werden ten minste twee verschillende bestrijdingsmiddelen gedetecteerd. De mediaan van het aantal gedetecteerde bestrijdingsmiddelen in de urinemonsters was drie. Er werd wel enige variatie maar geen consistent patroon in de detectie van bestrijdingsmiddelen waargenomen op basis van wonen nabij landbouwgebied of het seizoen van de urinemonstering. Er werden met name verschillen in detectie waargenomen tussen volwassenen en kinderen, wat duidt op verschillende blootstellings- en/of eliminatiepatronen tussen deze leeftijdsgroepen. Dit hoofdstuk heeft laten zien dat een geharmoniseerde pan-Europese monsterverzameling, gecombineerd met suspect screening, waardevolle nieuwe inzichten kan opleveren over welke bestrijdingsmiddelenmengsels aanwezig zijn in de Europese bevolking.

Hoofdstuk 6 is ook gebaseerd op de SPECIMEn-studie en heeft betrekking op de monsters die in Nederland en Zwitserland zijn verzameld. Aangezien de urinemonsters van beide landen door hetzelfde laboratorium werden geanalyseerd, konden semi-kwantitatieve niveaus van de gemeten biomarkers worden vergeleken tussen de twee landen. Het doel van dit hoofdstuk was om de patronen in blootstelling aan meerdere bestrijdingsmiddelen in de volwassen populaties van Nederland en Zwitserland te beschrijven, en om gerelateerde blootstellingsdeterminanten te identificeren. In totaal werden 400 volwassenen geïncludeerd in dit onderzoek en de vragenlijsten van beide onderzoek locaties werden geharmoniseerd. Van de 37 gedetecteerde biomarkers werden er slechts drie in minstens 40% van de monsters aangetroffen. De meest voorkomende combinatie, acetamiprid met flonicamid, werd aangetroffen in 22 monsters (5,5%). Regressiemodellen toonden een associatie tussen een hoge consumptie van biologische groente en fruit en lagere blootstelling aan acetamiprid en chloorprofam. Andere onderzochte blootstellingsdeterminanten, gerelateerd aan bestrijdingsmiddelen gebruik, huisgenoten die werkzaam zijn met bestrijdingsmiddelen, afstand tot bos of landbouw, en consumptie van biologische rijst, vlees, eieren, zuivel, brood en zelfgekweekt voedsel, lieten geen effect zien in de regressiemodellen. Intra-individuele correlaties in herhaalde steekproeven (zomer/winter) uit Nederland waren laag (≤ 0,3), en in Zwitserland werden geen significante seizoensgebonden verschillen in gemiddelde blootstellingen waargenomen. In beide landen waren de detectiepercentages en de gelijktijdige aanwezigheid van bestrijdingsmiddelen in dezelfde urinemonsters laag.

Hoofdstuk 7 geeft een overzicht van de belangrijkste bevindingen in dit proefschrift en belicht de toepasbaarheid van de drie verschillende benaderingen die zijn gebruikt om chemische mengsels te identificeren. De resultaten uit dit proefschrift zijn een belangrijke stap naar het beschrijven en meten van blootstelling aan chemische mengsels. Inzicht in de daadwerkelijke blootstelling is cruciaal om het risico van mengsels te kunnen inschatten. De tegelijk voorkomende chemische stoffen met een gemeenschappelijk werkingsmechanisme dienen samen in beschouwing te worden genomen in risicobeoordelingen.
Twee aanbevelingen voor toekomstig onderzoek kunnen worden geïdentificeerd: 1) Ik adviseer om correlatienetwerken mee te nemen in de om het onderlinge verband tussen chemische stoffen te onderzoeken in biomonitoringsdata. De netwerkmethode zoals toegepast in deze thesis kan voor bepaalde onderzoeksvragen worden verfijnd door bijvoorbeeld overlappende clusters en identificatie van veranderingen in de tijd te beschrijven. 2) Hoge-resolutie screeningmethoden moeten worden geïntegreerd in biomonitoringstudies om een uitgebreide database op te bouwen, om zo de blootstelling aan en risico’s van mengsels van chemische stoffen te kunnen beoordelen. Om het verzamelen en delen van blootstellingsgegevens van chemische mengsels te verbeteren, vind ik het belangrijk dat er op Europees niveau afspraken gemaakt worden wat betreft de minimale informatie die gedeeld moet worden bij het publiceren van een biomonitoring dataset die kan bijdragen aan risicobeoordeling. Een goede beschrijving van de gebruikte analytische methode en een overzicht van de geobserveerde correlaties binnen de dataset zijn daarbij belangrijke punten.

SCIENTIFIC PUBLICATIONS

Bekker, C., Fransman, W., Boessen, R., Oerlemans, A., Ottenbros, I. B., & Vermeulen, R. (2017). Assessment of Determinants of Emission Potentially Affecting the Concentration of Airborne Nano-Objects and Their Agglomerates and Aggregates. Annals of Work Exposures and Health, 61(1), 98–109.
Ottenbros, I. B., Boerleider, R. Z., Jubitana, B., Roeleveld, N., & Scheepers, P. T. J. (2019). Knowledge and awareness of health effects related to the use of mercury in artisanal and small-scale gold mining in Suriname. Environment International, 122, 142–150.
Ottenbros, I., Govarts, E., Lebret, E., Vermeulen, R., Schoeters, G., & Vlaanderen, J. (2021). Network Analysis to Identify Communities Among Multiple Exposure Biomarkers Measured at Birth in Three Flemish General Population Samples. Frontiers in Public Health, 9.
Huber, C., Nijssen, R., Mol, H., Antignac, J.P., Krauss, M., Brack, W., Wagner, K., Debrauwer, L., Vitale, C.M., Price, E.J., Klanova, J., Garlito Molina, B., Leon, N., Pardo, O., Fernández, S.F., Szigeti, T., Középesy, S., Šulc, L., Čupr, P., Mārtiņsone, I., Akülova, L., Ottenbros, I., Vermeulen, R., Vlaanderen, J., Luijten, M., & Lommen, A. (2022). A large scale multi-laboratory suspect screening of pesticide metabolites in human biomonitoring: From tentative annotations to verified occurrences. Environment International, 168, 107452.
Ottenbros, I., Lebret, E., Huber, C., Lommen, A., Antignac, J.-P., Čupr, P., Šulc, L., Mikeš, O., Szigeti, T., Középesy, S., Martinsone, I., Martinsone, Z., Akulova, L., Pardo, O., Fernández, S. F., Coscollá, C., Pedraza-Diaz, S., Krauss, M., Debrauwer, L., Wagner, K., Nijssen, R., Mol, H., Vitale, C.M., Klanova, J., Garlito Molina, B., León, N., Vermeulen, R., Luijten, M., & Vlaanderen, J. (2023). Assessment of exposure to pesticide mixtures in five European countries by a harmonized urinary suspect screening approach. International Journal of Hygiene and Environmental Health, 248, 114105.
Šulc, L., Janoš, T., Figueiredo, D., Ottenbros, I., Šenk, P., Mikeš, O., Huss, A., & Čupr, P. (2022). Pesticide exposure among Czech adults and children from the CELSPAC-SPECIMEn cohort: Urinary biomarker levels and associated health risks. Environmental Research, 214, 114002.
Janoš, T., Ottenbros, I., Bláhová, L., Šenk, P., Šulc, L., Pálešová, N., Sheardová, J., Vlaanderen, J., & Čupr, P. (2023). Effects of pesticide exposure on oxidative stress and DNA methylation urinary biomarkers in Czech adults and children from the CELSPAC-SPECIMEn cohort. Environmental Research, 222, 115368.
Luijten, M., Vlaanderen, J., Kortenkamp, A., Antignac, J.-P., Barouki, R., Bil, W., van den Brand, A., den Braver-Sewradj, S., van Klaveren, J., Mengelers, M., Ottenbros, I., Rantakokko, P., Kolossa-Gehring, M., & Lebret, E. (2023). Mixture risk assessment and human biomonitoring: Lessons learnt from HBM4EU. International Journal of Hygiene and Environmental Health, 249, 114135.
Rodriguez Martin, L., Ottenbros, I., Vogel, N., Kolossa-Gehring, M., Schmidt, P., Řiháčková, K., Juliá Molina, M., Varea-Jiménez, E., Govarts, E., Pedraza-Diaz, S., Lebret, E., Vlaanderen, J., & Luijten, M. (2023). Identification of Real-Life Mixtures Using Human Biomonitoring Data: A Proof of Concept Study. Toxics, 11(3), 204.
Tarazona, J. V., Cattaneo, I., Niemann, L., Pedraza-Diaz, S., González-Caballero, M. C., de Alba-Gonzalez, M., Cañas, A., Dominguez-Morueco, N., Esteban-López, M., Castaño, A., Borges, T., Katsonouri, A., Makris, K. C., Ottenbros, I., Mol, H., De Decker, A., Morrens, B., Berman, T., Barnett-Itzhaki, Z., Probst-Hensch, N., Fuhrimann, S., Snoj Tratnik, J., Horvat, M., Rambaud, L., Riou, M., Schoeters, G., Govarts, E., Kolossa-Gehring, M., Weber, T., Apel, P., Namorado, S., & Santonen, T. (2022). A Tiered Approach for Assessing Individual and Combined Risk of Pyrethroids Using Human Biomonitoring Data. Toxics, 10(8), 451.