13 Pages
Unlock Document

Environmental Science
Stefanovic- Universityof Toronto( U T S C)

EESA10H3 WEEK 4: 27.01.14 ENVIRONMENTAL ENDOCRINE DISRUPTION ­ During the past 50 years, tens of thousands of synthetic chemicals have been  synthesized and released into the general environment ­ Some unintentionally interfere with hormonal function  ­ Public health implications of these endocrine disruptors have been in the spotlight  for the past several years ­ Current scientific debate centers on whether there’s evidence of health effects or  significant risks to the general human population from exposure ­ Chemicals in our environment can interfere with endocrine function though in  adults the endocrine system exhibits the ability to recover but in the fetus, minor  changes can result in lifelong effects Historical Background ­ Endocrine disruption is not a newly discovered phenomenon  ­ In 1930s , studies on laboratory animals show estrogenic properties of a number  of industrial chemicals, incl. biphenol A  ▯a chemical used in plastics, resins, and  dental sealants ­ Hormonally active chemicals are widely used for beneficial medical purposes,  adverse effects have also occurred o 1971, clinicians traced an epidemic of vaginal clear cell carcinoma in  young women to maternal use of a synthetic estrogen, diethylstilbestrol  (DES), during pregnancies  DES daughters have increased risk of reproductive and  immunological abnormalities  Sons are at risk of genital anomalies and abnormal  spermatogenesis  Animals, possibly in humans, alters male­ and female­typical  behavior patterns Mechanisms of Action and Fetal Vulnerability ­ Some pesticides and other industrial chemicals can directly bind to, or block,  hormone receptors, thus initiating or blocking receptor­activated gene  transcription – the production of proteins from genetic information  ­ Other environmental chemicals may act indirectly to influence hormonal balance  by altering hormone production, hormone transport on binding proteins, receptor  numbers on target organs, or hormone metabolism o I.e. polychlorinated biphenyls (PCBs) interfere with thyroid function by  many function, incl. increased metabolism of the thyroid hormone T ,  4 interference with T4’s delivery to the developing brain by displacement  1 from the carrier protein, and interference of the T4 o the active form of  thyroid hormone known as T 3 ­ During development, fetuses are extremely sensitive to hormonal changes i.e.  mild hypothyroidism doesn’t have any long­term effects on the brain in adults but  can cause disruption of neurotransmitters, nerve growth factors, nerve­cell  growth, and normal energy production in fetuses during fetal and neonatal life,  altering cognitive and neuromotor development Potential Health Implications ­ Reported abnormalities in laboratory animals and wildlife exposed to endocrine­ disrupting include feminization of males, abnormal sexual behavior, birth defects,  altered sex ratio, lower sperm density, decreased testis size, altered time to  puberty, cancers of the mammary glands or testis, reproductive failure, and  thyroid dysfunction Chemical Use Mechanism Health effect DES Synthetic estrogen Direct binding to  Prenatal exposure:  estrogen receptor females – vaginal  cancer, reproductive  tract abnormalities;  males –  cryptorchidism,  hypospadias, semen  abnormalities Methoxychlor Insecticide  Metabolite binds  Rodent –  directly to the  accelerated vaginal  estrogen receptor opening, abnormal  estrus; aggressive  behavior (male) DDT  Insecticide Metabolite (DDE)  Rodent (male) –  binds directly to the  delayed puberty,  androgen receptor reduced sex  accessory gland  size, altered sex  differentiation Vinclozolin Fungicide Binds directly to the  Rodent (male) –  androgen receptor reduced anogenital  distance, nipple  development,  hypospadias Polychlorinated  No longer  Accelerated T  4 Human (in utero  biphenyls (PCBs)  manufactured; still  metabolism;  exposure) – delayed  found in electrical  decreased T ,4 neurological  transformers,  elevated thyroid  development; IQ  capacitors, toxic  stimulating  deficits 2 waste sites, food  hormone (TSH)  chain (high doses –  thyromimetic) Atrazine Herbicide Reduces  Rodents –  gonadotropin  mammary tumors in  released hormone  female rats, alters  (GnRH) from the  estrus cycling hypothalamus;  Humans – some  reduces pituitary  evidence of breast,  luteinizing hormone  ovarian, and  (LH) levels;  prostate tumors interferes with the  metabolism of  estradiol, blocks  estrogen binding;  increases  aromatase­related  conversion of  androgens to  estrogens di­2­ Plasticizer for  Decreases  Rodents – in utero  ethylhexylphthalate  polyvinylchloride  testosterone  exposure: reduced  (DEPH) plastics, including  synthesis during  testis weight and  metal products sexual  anogenital distance differentiation Dioxin By­product of  Binds to Ah (aryl  Rodents – in utero  industrial processes  hydrocarbon)  exposure: Female –  including waste  receptor; increases  delayed vaginal  incineration; food  estrogen  opening, increased  contaminant metabolism;  susceptibility to  decreases estrogen­ mammary cancer;  mediated gene  Male – decreased  transcription,  testosterone,  decreases estrogen  hypospadias,  levels; decreases  hypospermia,  testosterone levels  delayed testicular  by interfering with  descent; feminized  hypothalamic­ sexual behavior;  pituitary­gonadal  human – decreased  (HPG) axis T3, T4; decreased  testosterone*;  cancer* *adult exposures Hormones and Neurobehavioral Effects 3 ­ Exposure to certain environmental pollutants has been associated with learning  and behavioral abnormalities following prenatal or early postnatal exposures ­ Some cases neurological damage due to endocrine mechanisms o I.e. single low dose of dioxin during development of hypothalamic­ pituitary­gonadal (HPG) axis in rat can produce feminizing effect on  behavior of male offspring, reflecting altered sexual differentiations of  brain ­ Thyroid hormone known to affect development of fetal brain; thyroid disruption  found in wildlife and laboratory animal populations feeding on organochlorine­ contaminated food chain of the Great Lakes ­ In humans, higher levels of PCBs in breast milk correlate with elevated TSH  levels in nursing infants o Blood levels of PCBs positively correlate with TSH levels; negatively  correlate with free T4 levels in children aged 7­10  PCBS may affect brain development by suppressing thyroid  hormone during brain development  Animal studies revel evidence of altered neurotransmitter and  neuroreceptor levels with the effects of PCB o Studies of children exposed to PCBs prenatally through maternal  consumption of Great Lakes reveal delayed psychomotor development and  increased distractibility in those highly exposed Beyond Endocrine Disruption: Other Signaling Pathways ­ The structural and functional development of the brain is dependent on integration  of the actions of hormones, neurotransmitters, neurotrophins, and locally  produced steroids ­ Some chemicals interfere with neurotransmitter levels and binding i.e.  organophosphate pesticides o Acute toxic effects reversible in adults; developing brain not so much  I.e. rodents exposed to single low dose of organophosphate  pesticide in critical period neonatal life permanently decreased  brain density of one type of nerve receptor and hyperactive  behavior as adults  Similar effects seen with DDT and pyrethroid insecticides ­ Recent research demonstrated that in developing brains, neurotransmitters  perform growth­regulatory functions o I.e. acetylcholine influences cell division, differentiation, and synapse  formation o Inhibition of acetylcholinesterase alters these processes and reduces  neurite outgrowth in individual neurons ­ Immature neuroendocrine systems are sensitive to low doses of exogenous agents  that have no apparent effect on adults Policy Implications 4 ­ The topic of endocrine disruption has become a concern and there’s been debate  on whether action should be taken in the face of scientific uncertainty o Some argues that there’s isn’t any conclusive proof of human health  effects due to endocrine disruption at current exposure in general  population o Others point to suggestive evidence and warn that consequences of  inaction may be significant for future generations ­ Detecting health effects due to endocrine disruptors is difficult o Hormones act at extremely low levels; thus low level exposure may be  damaging especially during sensitive periods of fetal development when  protective feedback loops haven’t yet developed o Endocrine mediated effects may be subtle and delayed o Adverse impacts may manifest primarily in populations rather than  individuals  I.e. slight overall declines in sperm density or intelligence may’ve  little relevance for individual but adverse implications for  population ­ Low­level exposure are ubiquitous in today’s environment o Persistent chemicals such as DDT are detectable in nearly 100% of human  blood samples ­ Despite substantial evidence of the impacts of endocrine­disrupting chemicals in  humans and wildlife, there’s still considerable uncertainty about the severity and  scope of the health threat The International Joint Commission and the POPs Treaty ­ International Joint Commission (IJC), created by a treaty between the United  States and Canada in 1909 to prevent disputes along the border and in the Great  Lakes, has taken a leadership role in defining a “persistent toxic substance” and  targeting these chemicals for elimination ­ Many of these are endocrine disruptors, some still used commercially today ­ 1992, IJC advocated a weight­of­evidence approach to the identification of  substances that may cause harm ­ The commission linked persistent toxic substances, particularly organochlorines,  in the great Lakes to injury, disease, and death in a variety of life forms, incl.  humans ­ A class of chlorinated organics tends to exhibit persistence and toxicity ­ SAB (Science of Advisory Board) recommended that organochlorines be treated  as a class an be subject to phase out, except in individual cases in which the  chemical doesn’t threaten health  ­ IJC recommends that all affected parties develop timetables to sunset the use of  chlorine and chlorine­containing compounds as industrial feedstock, leading to  the reduction of elimination of other uses  5 ­ These recommendations embody a framework that includes zero discharge from  human activities, consideration of the full life cycle of products and processes, the  weight of evidence, and the reversal of the burden of proof o Framework recognizes that the effects of chemicals on health and  ecosystem is complex ­ Incontrovertible proof of harm is not and shouldn’t be necessary before taking  precautionary actions ­ The global effort to phase out 12 persistent organic pollutants known or suspected  as endocrine­disrupting chemicals has resulting in a treaty signed in Stockholm in  May 2001 o Will move beyond phase out of the 12 POPs and will employ a  precautionary approach to identify and take action against numerous other  chemicals that are environmentally persistent, bioaccumulate, and may  pose a health risk to future generations o Treat emphasizes that “lack of full scientific certainty shall not prevent” a  chemical from being included in the provisions of the treaty Screening, Testing, and Tracking ­ Further research, education, and preventive action needed to reduce exposures of  endocrine disruptors ­ U.S. EPA and Organization for Economic Cooperation and Development (OECD)  are developing screening and testing programs to evaluate effects of a variety of  environmental chemicals on estrogen, androgen, and thyroid hormone function ­ Birth­defect registries, using active case ascertainment rather than passive  reporting, can provide important data on structural birth defects ­ Biological monitoring of blood and urine for chemical toxicants will improve  exposure assessment in epidemiologic studies  BODY BURDENS OF INDUSTRIAL CHEMICALS IN THE GENERAL  POPULATION ­ The second industrial revolution spawned a chemical industry that provides  materials now used everywhere ­ Petroleum and other materials are transformed into fuels, plastics, pesticides,  cosmetics, food additives, and pharmaceuticals ­ U.S. ~70,000 individual industrial chemicals are registered with EPA for  commercial use  ­ Only small fraction characterized for potential biological activity or human  toxicity ­ Thousands of novel compounds generated as by­products with few toxicological  data available for these substances ­ Residues of human­made substances found in the air, soil, water, and food web in  the most remote areas of the planet ­ Some substances that the general public are exposed to resist metabolism and  excretion, thus accumulating in body tissues 6 Body burden is the quantity of an exogenous substance or its metabolites that has  accumulated in an individual or population. Body­Burden Estimation ­ An individual’s body burden of a pollutant is est
More Less

Related notes for EESA10H3

Log In


Join OneClass

Access over 10 million pages of study
documents for 1.3 million courses.

Sign up

Join to view


By registering, I agree to the Terms and Privacy Policies
Already have an account?
Just a few more details

So we can recommend you notes for your school.

Reset Password

Please enter below the email address you registered with and we will send you a link to reset your password.

Add your courses

Get notes from the top students in your class.