Development of a model for human and rat airway particle deposition: implications for risk assessment

Abstract

Fijnstof is een verzamelbegrip voor zeer kleine deeltjes die zweven in de lucht en die met het blote oog niet zichtbaar zijn. Het gaat om alle deeltjes kleiner dan 10 um, ook wel aangeduid als PM10. De chemische samenstelling van PM10 is heel complex en verschilt van dag tot dag. Deze deeltjes ontstaan deels door verkeer, industrie, energie opwekking, landbouw maar zijn ook van natuurlijke oorsprong zoals zeezout en opwaaiend stof. Expositie aan PM10 wordt geassocieerd met toename aan cardiopulmonaire aandoeningen en (vervroegde) sterfte. Er is echter nog onvoldoende bewijs dat PM10 echt deze effecten veroorzaakt en welke chemische of biologische stoffen daarvan dan verantwoordelijk zijn. Het is belangrijk om aan te kunnen geven welke de bronnen zijn die deze schadelijke stoffen in de lucht brengen. De overheid kan met deze informatie gericht beleid voeren om de uitstoot van bepaalde stoffen te verminderen. Omdat verder terugdringen van de niveaus van luchtverontreiniging grote maatschappelijke kosten met zich mee brengt is het van essentieel belang vast te stellen wat de causale factor(en) is (zijn), welke de in bevolkingsonderzoek waargenomen gezondheidseffecten kunnen verklaren. Alleen dan kan de bron-tot-effect keten voldoende en adequaat worden beschreven om een gericht kosten-effectief bestrijdingsbeleid te formuleren. Onderdeel van deze keten is het schatten van de ge6nhaleerde dosis van fijnstof op basis van de uitwendige concentratie en fysische karakteristieken van het fijnstof. In dit rapport wordt een beschrijving gegeven van een recent door het Chemical Industry Institute of Toxicology (CIIT) en het RIVM ontwikkelt computerprogramma MPPDep (Multiple Pathway Particle Deposition model). Het model kan gebruikt worden voor het onderzoeken van verschillen in doses en depositie tussen mensen en proefdieren (rat) voor extrapolatie doeleinden en risk assessment. Ook het effect van ademhalingsgedrag op de depositie van aerosolen (rust versus activiteit, oud versus jong, ziek versus gezond) of de invloed van de grootte van een fijnstof deeltje op de gedeponeerde massa kan hiermee in kaart worden gebracht. In de nabije toekomst zal dit model verder moeten worden uitgebreid met modules voor klaring en retententie van de deeltjes in de luchtwegen.<br>

Particulate matter is a collective term for very small-suspended particulates in ambient air that cannot be observed by the human eye. They are also referred to as PM10, particles with an aerodynamic diameter smaller than 10 um. The chemical composition of PM10 is complex and varies from day to day and they can origin from traffic, industry, energy generation, and agricultural activities but also from natural sources like sea salt and resuspended dust. Exposure to PM10 has been associated with an increase in cardiopulmonary diseases and mortality. However, there is still lack of (causal) evidence to prove that PM10 really is responsible for causing these effects and what chemical or biological components can be held responsible for these effects. Policy makers and governments will need information on the causally related agents to outline a policy for reducing emissions of certain particulates. Since this will go together with an increase in the cost for the general society, it is essential to have a good description of the whole source-health effect chains with a well-formulated targeted cost-benefit analysis. Part of the source-effect chain is the estimation of inhaled dose based on exposure concentrations and physical characteristics of the particles. This report described a recently by Chemical Industry Institute of Toxicology (CIIT) and the RIVM developed software package MPPDep (Multiple Pathway Particle Deposition model), for airway particle deposition. The model can be used to investigate the differences in doses and deposition between humans and experimental animals for extrapolation purposes and risk assessment. Also, the effect of the breathing pattern on the deposition of particles (resting versus exercise, old versus young, healthy versus diseased) or the impact of the size (distribution) of particulate matter on the deposited dose (rate) can be mapped. In the near future, the model has to be extended with modules for clearance and retention of particles in the airways.<br>