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Predictors of urinary polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) metabolite concentrations in German children and adolescents using data from the German Environmental Survey 2014 – 2017 (GerES V)

Children and adolescents are highly exposed to harmful polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) that exist as mixtures of hundreds of compounds in air, soil, water, dust and food. This study investigated 21 personal, lifestyle and environmental predictors of urinary PAH metabolites from four PAHs (naphthalene, fluorene, phenanthrene and pyrene), using a dataset of 516 3–17-year-olds from 167 locations in Germany. Spearman correlation analysis showed weak to moderate associations (ρ = 0.2–0.6) between PAH metabolite concentrations. Regression analysis revealed high nicotine exposure, young age, and residence in large cities to be the most important predictors of multiple PAH burden, with estimated changes in metabolite concentrations of 124–1080%, 47–155%, and 22–57% respectively. Other notable predictors included: BMI, socioeconomic status, sex, consumption of chocolate, smoked and barbecued foods, chewing on plastic objects, road traffic, and heating type. Analysis of the ratios of 1-hydroxynaphthalene to 2-hydroxynaphthalene for subgroups with high cotinine level (3-fold increase) or moderate to high chocolate consumption (1.7–3.4-fold increase) was suggestive of exposure to carbaryl, a pesticide not permitted for use in the EU since 2007. Differences in the burden of PAH metabolites between East and West Germany was investigated using subgroup analysis. Consuming smoked food was both more prevalent (p = 0.009) and likely to contribute to a greater 1-hydroxynaphthalene burden in the East German subsample. Gaining a better understanding of exposure factors, especially using population data from a large number of locations, will guide policy makers and regulators in strengthening protective measures. © 2026 The Authors.

Analyse von Schadstoffen in Humanproben im Rahmen der Deutschen Umweltstudie zur Gesundheit von Erwachsenen (GerES V/VI), Teil 2 - Phthalate und Cotinin

Zielstellung: Ziel des Vorhabens ist es, die in GerES VI gewonnenen HBM-Proben der Erwachsenen auf Schadstoffe zu analysieren, die besondere Gesundheitsrelevanz aufweisen und denen die erwachsene Bevölkerung im nennenswerten Maße ausgesetzt ist (wie beispielsweise Metalle, Weichmacher, polyaromatische Kohlenwasserstoffe, Pyrrolidone, umweltrelevante Phenole). Darüber hinaus sollen im Vorhaben Substanzen, für die im Rahmen der BMU/VCI-Kooperation zur Förderung des Human-Biomonitorings analytische Methoden entwickelt wurden, in den HBM-Proben sowohl des aktuellen GerES VI, als auch in den archivierten HBM-Proben von GerES V analysiert werden. Output: Zusammen mit den Ergebnissen der Befragung der teilnehmenden Personen liefern die Analysen der Blut- und Urinproben belastbare, repräsentative Informationen zur Belastung der in Deutschland lebenden Bevölkerung mit zahlreichen gesundheitsrelevanten Substanzen.

Urinary cotinine and exposure to passive smoke in children and adolescents in Germany - Human biomonitoring results of the German Environmental Survey 2014-2017 (GerES V)

Passive smoking is a preventable and significant cause of many serious health problems, with children being particularly at risk. In the fifth German Environmental Survey (GerES V), conducted from 2014 to 2017, information reflecting the extent of passive smoke exposure in children and adolescents was collected by interview-based questionnaires and human biomonitoring (HBM) analyses of cotinine in urine from 2260 participants, aged 3-17 years. Based on these population-representative data, we describe current passive smoke exposure stratified by different subgroups and identify specific exposure determinants using multivariate logistic regression. The questionnaire data revealed that 42% of children and adolescents lived with at least one smoker in the household. Quantifiable concentrations of cotinine could be detected in 56% of the participants. The overall median concentration of cotinine was 0.2(micro)g/L, with children and adolescents of low socioeconomic status found to be a group particularly affected by passive smoke with higher cotinine concentrations (median=1.2(micro)g/L). In the multiple analysis, the most significant predictor of cotinine levels derived from the questionnaire was passive smoking at home (odds ratio (OR) 13.07 [95CI: 4.65, 36.70]). However, parental smoking and passive smoking among friends and relatives could also be identified as independent factors influencing elevated cotinine levels. The comparison between the previous cycle GerES IV (2003-2006) on 3-14-year-olds and GerES V shows that tobacco smoke exposure of children decreased significantly. This decrease is likely an effect of extensive non-smoker protection laws being enforced 2007-2008 on federal and state level. This is reflected by a halving of urinary cotinine concentrations. Nevertheless, our results indicate that passive smoke is still a relevant source of harmful pollutants for many children and adolescents in Germany, and thus support the need for further efforts to reduce passive smoke exposure, especially in the private environment. © 2022 The Authors.

Time trend of exposure to secondhand tobacco smoke and polycyclic aromatic hydrocarbons between 1995 and 2019 in Germany - Showcases for successful European legislation

Starting in 2002, regulations and legislative amendments in Germany focused on the non-smoker protection with several measures to reduce exposure to secondhand tobacco smoke (SHS). The present work aimed to evaluate the relationship between polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and SHS exposure and to determine to which extent enforced non-smoking regulations and smoking bans affected the exposure of the non-smoking population in Germany since their implementation in the early 2000s until today. For this purpose, cotinine and selected monohydroxylated PAHs (OH-PAHs) were analyzed by means of (UP)LC-MS/MS in 510 24-h-urine samples of the Environmental Specimen Bank collected over a time span of 24 years from 1995 to 2019. Median urinary cotinine levels were found to steadily and significantly decline by 82% from 1995 to 2019. A significant decrease of urinary 3-hydroxybenzo[a]pyrene (19%), 1-OH-pyrene (39%), 1-naphthol (66%), 1-(17%), 2-(25%), and 3-OH-phenanthrene (22%) was also observed throughout the same time span. The decline in urinary levels of cotinine and several OH-PAHs can most likely be attributed to smoking bans and regulations limiting SHS and PAH exposure. This study therefore emphasizes the relevance of human biomonitoring to investigate the exposure of humans to chemicals of concern, assess the effectiveness of regulatory measures, and help policies to enforce provisions to protect public health. © 2022 The Authors

Wirkung von Umweltchemikalien auf die Menschliche Gesundheit: Datenerhebung, Analyse und Auswertung prioritärer Substanzen im Rahmen der European Human Biomonitoring Initiative (HBM4EU)

Die europäische Initiative HBM4EU hat zum Ziel, die Datenlage zum Human-Biomonitoring in der EU anzugleichen und die gesundheitlichen Folgen der Schadstoffbelastung besser zu verstehen - durch Zusammenführung bereits vorhandener Daten und Durchführung gemeinsamer Studien. So sollen Informationen zum sicheren Chemikalienmanagement gewonnen werden, um die Gesundheit der Europäer zu schützen. Die in der Initiative im Jahr 2018 als prioritär benannten Stoffe sollen im Rahmen des Vorhabens in GerES-Proben und den Umweltprobenbank (UPB)-Proben gemessen werden. Ziel dieses Vorhabens ist die Analyse von GerES-Proben auf Flammschutzmittel und von UPB-Proben auf polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAKs) und Cotinin. Dadurch sollen Datenlücken für den europäischen Bereich geschlossen und länderübergreifende Studien und Auswertungen ermöglicht werden.

Pilotphase GerES V: HBM-Analytik

Der Pretest des 5. Umwelt-Surveys Teilvorhaben 2 - Human-Biomonitoring Analytik dient zur Vorbereitung des 5. Umwelt-Surveys. Es wurden 52 Urinproben auf verschiedene Umweltkontaminanten bzw. Bezugsparameter (Kreatinin) analysiert. Neben dem Kreatiningehalt wurden 1OH-Pyren, N-Methylpyrrolidon und N-Ethylpyrrolidon-⁠Metabolite⁠, Cotinin und 2-Mercaptothiobenzol bestimmt. Die Konzentrationen von verschiedenen Phthalat-Metaboliten und Metaboliten von Phthalatersatzprodukten wurden ebenfalls analysiert. Zudem wurden Parabene und umweltrelevante Phenole, Organophosphate, Quecksilber, Cadmium, Arsen untersucht.

Human Biomonitoring - Pilotphase des 5. Umwelt-Surveys - Schadstoffbelastung in Urin

In Umweltsurveys (US) werden seit mehreren Jahrzehnten repräsentative Daten zur Belastung der Bevölkerung mit Schadstoffen erhoben. Die letzte Datenerhebung endete 2006. Jetzt gilt es den nächsten Survey in Kooperation mit dem RKI vorzubereiten, d.h. eine Pilotphase zur Testung der methodischen Aspekte durchzuführen und erste Einblicke in die Verteilung der Belastungen der Bevölkerung mit chemischen, biologischen und physikalischen Noxen zu erhalten. Durch dieses geplante Teilvorhaben (2) sollen in Urinproben der Probandinnen und Probanden folgende Stoffe qualitätsgesichert bestimmt werden: Creatinin, Cotinin, Quecksilber, Cadmium, Arsen, Metabolite von Phthalaten inkl. DPHP und Hexamoll® DINCH®, Metabolite von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) und Organophosphaten, Parabene. Außerdem sollen die Pyrrolidone NMP und NEP sowie das Benzothiazol 2-MBT bestimmt werden. Damit werden die ersten im Rahmen des BMU/VCI-Projekts zum HBM entwickelten neuen Nachweismethoden für bisher in Spurenbereichen nicht messbare Chemikalien erstmals eingesetzt. BMU hat sich verpflichtet, die Belastung der Bevölkerung mit diesen Chemikalien anhand der neuen Methoden zu untersuchen.

Europäische Human-Biomonitoring Pilotstudie DEMOCOPHES

Human-Biomonitoring (HBM) hilft zu klären, ob und in welchem Ausmaß Stoffe im menschlichen Körperaufgenommen werden und wie hoch die interne Belastung isl. Zur europaweiten Harmonisierungvon HBM-Studien entwickelte das europäische Konsortium CQPHES einheitliche Richtlinien, die in derPilotstudie DEMOCQPHES parallel in 17 europäischenLänderngetestet wurden. Dabei wurden dieSchadstoffe Quecksilber, Cadmium, Cotinin und Phthalate in Haar- und Urinproben von 6- bis 11-iährigenKindern und ihren Mütternbestimmt sowie belastungsrelevante Daten erhoben.Damit lieferte DEMOCOPHES die ersten direkt vergleichbaren europäischen HBM-Daten, erhoben aninsgesamt 1.844 Mutter-Kind-Paaren. In Europa gibt es große Unterschiede in der Belastung mit Quecksilber und Cotinin, geringere in der Belastung mit Phthalaten. In Europa wie auch in Deutschland fandensich immer noch Mütter und Kinder, deren Belastung mit zumindest einem Stoff so hoch war, dass siegesundheitlich bedenklich sein könnte.

GUB: Globalansatz Umwelt und Gesundheit, Deutsche Teilstudie von DEMOCOPHES, der EU-weiten Pilotstudie zum Human-Biomonitoring - Feldarbeit und chemische Analytik von Quecksilber im Haar

Im Rahmen des 7. Forschungsrahmenprogramm der EU wurde die konkrete Planung einer Studie für ein EU-weites Human-Biomonitoring (HBM) beantragt (COPHES). Das UBA ist wieder Work-Package-Leader. In 17 EU-Ländern wird jeweils eine HBM-Pilotstudie (DEMOCOPHES) durchgeführt. Die Feldarbeit für den deutschen Teil von DEMOCOPHES umfasst die Rekrutierung, Befragung und Beprobung von 120 Mutter-Kind-Paaren aus einem städtischen und einem ländlichen Umfeld. Die chemische Analytik umfasst neben der Analyse der Gehalte an Cadmium, Cotinin und Phthalatmetaboliten und Creatinin im Urin auch die Bestimmung von Quecksilber in Kopfhaaren. Eine parallele Bestimmung von Quecksilber im Kopfhaar von Frauen und deren Kindern ist bisher noch nicht erfolgt. Die chemische Analytik soll in Absprache mit dem UBA entsprechend der in COPHES zu entwickelnden Vorgaben und Guidelines erfolgen. Wesentliches Ergebnis wird ein Erfahrungsbericht sein, der vom UBA in die internationale Arbeit eingespeist wird.

GUB: Globalansatz Umwelt und Gesundheit, Beitrag Deutschlands zur EU-HBM-Pilotstudie DEMOCOPHES: Chemische Analytik von Cadmium und Creatinin im Urin

Im Rahmen des 7. Forschungsrahmenprogramm der EU wurde die konkrete Planung einer Studie für ein EU-weites Human-Biomonitoring (HBM) beantragt (COPHES). Das UBA ist wieder Work-Package-Leader. In 17 EU-Ländern wird jeweils ein HBM-Pilotstudie (DEMOCOPHES) durchgeführt. Die chemische Analytik dieser Pilotstudie umfasst neben der Analyse der Gehalte an Cotinin und Phthalatmetaboliten im Urin und der Bestimmung von Quecksilber in Kopfhaaren auch die Bestimmung von Cadmium und Creatinin im Urin. (120 Mutter-Kind-Paare). Eine parallele Bestimmung von Cadmium im Urin von Frauen und deren Kindern ist bisher noch nicht erfolgt. Die chemische Analytik soll in Absprache mit dem UBA entsprechend der in COPHES zu entwickelnden Vorgaben und Guidelines erfolgen. Wesentliches Ergebnis wird ein Erfahrungsbericht sein, der vom UBA in die internationale Arbeit eingespeist wird.

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