Physiologically-Based Pharmacokinetic (Pbpk) Modeling of Pcdd/Fs and Pfass in Humans

Abstract

Els models farmacocinètics (PBPK) són representacions matemàtiques del cos humà, que tenen com a objectiu calcular la concentració de compostos químics en els teixits humans. Els models PBPK poden millorar el càlcul del risc per a la salut humana, però de moment no han estat escassament utilitzats. Entre els compostos ambientals més perillosos per a la salut humana destaquen les dibenzo-p-dioxines policlorades i dibenzofurans policlorats (PCDD/Fs) i els compostos perfluorats (PFASs). L’objectiu de la present tesis es el desenvolupament de un model PBPK per calcular la concentració de PCDD/Fs i PFASs en teixits humans. Prèviament al desenvolupament del model PBPK, es va desenvolupar un índex de risc utilitzant mapes auto-organitzats (SOM), per calcular els compostos ambientals més perillosos per a la salut humana. Entre els compostos més perillosos es van trobar els PFASs. Després es va desenvolupar el model PBPK per predir les concentracions de PCDD/Fs en sang i en teixit adipós. Els resultats finals van ser altament coincidents amb els resultats experimentals trobats a l’àrea de Tarragona (NE d’Espanya), y per això es va considerar el model com a validat. A continuació el model es va adaptar per calcular les concentracions de PFASs. Per això, primer es va adaptar el model per PFOS i PFOA, que són els compostos perfluorats més estudiats en la literatura, i després es va estendre el model a 9 PFASs més. Finalment, es va fer un anàlisis de la incertesa del model PBPK, i la incertesa paramètrica es va estudiar visual i estadísticament.

Los modelos farmacocinéticos (PBPK) son representaciones matemáticas del cuerpo humano, que tienen como objetivo calcular la concentración de químicos en los tejidos humanos. Los modelos PBPK pueden mejorar el cálculo de riesgo para la salud humana, pero hasta el momento no han sido muy usados. Entre los compuestos ambientales más peligrosos para la salud humana destacan las dibenzo-p-dioxinas policloradas y los dibenzofuranos policlorados (PCDD/Fs) y los compuestos perfluorados (PFASs). El objetivo de la presente tesis es el desarrollo un modelo PBPK para calcular la concentración de PCDD/Fs y PFASs en tejidos humanos. Previo al desarrollo del modelo PBPK se desarrolló un índice de riesgo usando mapas auto-organizados (SOM), para calcular los compuestos ambientales más peligrosos para la salud humana. Los PFASs se encontraron entre los compuestos de más riesgo. Después se desarrolló el modelo PBPK para predecir las concentraciones de PCDD/Fs en sangre y en tejido adiposo. Los resultados finales fueron muy coincidentes con los resultados experimentales encontrados en el área de Tarragona (NE de España), y por esta razón el modelo se consideró como validado. A continuación el modelo se adaptó para calcular las concentraciones de PFASs. Para ello, primero se adaptó el modelo para PFOS y PFOA, que son los compuestos perfluorados más estudiados en la literatura, y después se extendió el modelo a otros 9 PFASs. Finalmente, se hizo un análisis de la incertidumbre del modelo PBPK, y la incertidumbre paramétrica se estudio visual y estadísticamente.

Physiologically based pharmacokinetic (PBPK) models are mathematic representations of the human body that aims to assess the time course distribution of chemicals in human tissues. PBPK models may improve the assessment of human health risk but until now were not well studied. Among the most harmful environmental pollutants for human health there are polychlorinated dibenzo-p-dioxins and polychlorinated dibenzofurans (PCDD/Fs) and perfluoroalkyl substances (PFASs). The objective of the present work is to develop a PBPK model to assess the time course concentration of PCDD/Fs and PFASs in human tissues. Previously to the PBPK model development, a ranking index was developed using self-organizing maps (SOM) to assess the most harmful environmental contaminants, being PFASs among the most harmful compounds. After that, the PBPK model was developed to assess and predict the concentration of PCDD/Fs in human blood and adipose tissue. The final outcomes were very coincident with the experimental data found in Tarragona County (NE of Spain), and the model was considered as a validated. After that, the model was adapted to assess the concentrations of PFASs. Firstly the model was developed for PFOS and PFOA, that are the most studied compounds in the research literature, and then the model was expended to 9 PFASs more. Finally the uncertainty analysis of the PBPK model was conducted, and the parametric uncertainty was visually and statistically studied.