Schätzungen der Schadstoffbelastung des öffentlichen Trinkwassers für Geburtskohorten der ECHO-Kohorte (Environmental Influences on Child Health Outcomes).

Die regulierten öffentlichen Wasserversorgungssysteme der Vereinigten Staaten (USA) stellen eine bedeutende Quelle chronischer Belastung durch Schadstoffe dar, die mit negativen Auswirkungen auf die Gesundheit von Neugeborenen in Verbindung gebracht werden (z. B. Arsen, Blei, Nitrate und Desinfektionsnebenprodukte).1,2,3,4Mehr als 94 % der US-Bevölkerung beziehen zumindest einen Teil ihres Trinkwassers aus kommunalen Wasserversorgungssystemen (Community Water Systems, CWS), die als öffentliche Wasserversorgungssysteme definiert sind, die die gleiche Bevölkerung ganzjährig versorgen.5Die US-Umweltschutzbehörde (USEPA) reguliert sechs Schadstoffklassen in Trinkwasseraufbereitungsanlagen, darunter anorganische Schadstoffe (z. B. Arsen), Radionuklide (z. B. Uran) und Desinfektionsnebenprodukte (z. B. Trihalomethane). Da die USEPA bei der Festlegung von Höchstmengen für Schadstoffe (MCLs) neben den Kosten und der technischen Machbarkeit auch den Nutzen für die öffentliche Gesundheit berücksichtigt, werden US-Bürger häufig mit Trinkwasseraufbereitungsanlagen versorgt, deren Schadstoffkonzentrationen die gesundheitsschützenden Richtlinien und die von anderen Ländern, Bundesstaaten und Behörden festgelegten regulatorischen Standards überschreiten.1,2,3, 6, 7].

Es gibt umfangreiche Belege dafür, dass in den USA weiterhin erhebliche rassische/ethnische und sozioökonomische Ungleichheiten hinsichtlich der Konzentrationen bestimmter Schadstoffe in Kinderkläranlagen (z. B. Arsen) und negativer Auswirkungen auf die Gesundheit von Säuglingen (z. B. Frühgeburt) bestehen.7,8,9,10,11,12Umfangreiche wissenschaftliche Studien belegen, dass Rassismus gesundheitliche Ungleichheiten hervorruft und eine grundlegende Ursache für Krankheiten ist.9, 10, 13Struktureller Rassismus ist „die Gesamtheit der Wege, auf denen Gesellschaften Rassendiskriminierung fördern, durch sich gegenseitig verstärkende ungleiche Systeme (in den Bereichen Wohnen, Bildung, Beschäftigung, Einkommen, Sozialleistungen, Kreditwesen, Medien, Gesundheitswesen, Strafjustiz usw.)“, und erzeugt Ungleichheiten unter anderem durch die Schaffung und Verstärkung von Ungleichheiten bei Umwelteinflüssen, dem Zugang zur Gesundheitsversorgung und deren Qualität sowie anderen sozialen und psychosozialen Determinanten der Gesundheit.12, 14,15,16Zu den Mechanismen, die Ungleichheiten bei den Geburtsergebnissen zugrunde liegen, gehört direkte Diskriminierung [14, 17, 18], mangelhafte medizinische Versorgung einschließlich pränataler und postnataler Betreuung [19, 20], und erhöhten Umwelteinflüssen, einschließlich toxischer Metalle [21, 22].

Rassen-/ethnische und sozioökonomische Ungleichheiten bei der Belastung mit öffentlichem Wasser könnten die Grundlage für gesundheitliche Ungleichheiten bei Säuglingen bilden, doch dies ist nach wie vor unzureichend erforscht.23Landesweit wurden höhere Anteile hispanischer/lateinamerikanischer und indianischer/alaskischer Ureinwohner sowie niedrigere Anteile nicht-hispanischer weißer Einwohner auf Landkreisebene mit höheren Arsen- und Urankonzentrationen im Trinkwasser in Verbindung gebracht (unabhängig von Region, Quellwassertyp, Systemgröße und sozioökonomischer Verwundbarkeit); ähnliche Zusammenhänge werden insbesondere in Kalifornien beobachtet.1, 6,7,8, 24Es gibt Hinweise darauf, dass schwarze Einwohner von Wasserwerken versorgt werden, die höhere Bleikonzentrationen aufweisen.3, 7Auch hispanische/lateinamerikanische Einwohner werden von Wasserversorgungssystemen mit höheren Fluorid- und Nitratkonzentrationen versorgt und haben eine höhere Wahrscheinlichkeit, dass die Grenzwerte für Arsen, Uran und Fluorid überschritten werden.1, 2, 7, 24, 25Diese Ungleichheiten treten häufiger und/oder gravierender in geografischen Regionen auf, in denen sowohl ein hoher Anteil marginalisierter Nutzer öffentlicher Wasserversorgung als auch relativ hohe Konzentrationen bestimmter geogener Schadstoffe vorliegen (z. B. in hispanischen/lateinamerikanischen Gemeinschaften im Südwesten).7, 8, 26Die Mechanismen, die diesen Ungleichheiten zugrunde liegen und sie verstärken, sind spezifisch für den Schadstoff, die betroffene Gemeinde und die Region, umfassen aber sprachliche Isolation, direkte Vorenthaltung von Ressourcen und Infrastrukturinvestitionen, selektive Durchsetzung von Bundesvorschriften und Voreingenommenheit bei gezielter Probenahme und Überwachung von Wasserhähnen.7, 27,28,29,30Ungleichheiten, die insbesondere schwarze, hispanische/lateinamerikanische und indigene Gemeinschaften betreffen, spiegeln die weiße Vorherrschaft und den strukturellen Rassismus wider, der in Infrastruktur-, Investitions- und Regulierungsentscheidungen verankert ist und insbesondere nicht-hispanischen weißen Gemeinschaften zum Nachteil anderer Gemeinschaften zugutekommt.7, 10, 27, 28, 31, 32].

Zahlreiche epidemiologische Studien [7] haben den Zusammenhang zwischen diesen Schadstoffen und relevanten gesundheitlichen Folgen für Säuglinge (Arsen [33], Nitrate [34], Desinfektionsnebenprodukte [35], und andere [36Allerdings haben nur wenige Studien diese Zusammenhänge in Multikohortenanalysen in den USA mit Teilnehmern aus verschiedenen regionalen, sozioökonomischen und ethnischen Gruppen untersucht. Die Bewertung der Trinkwasserbelastung ist in großen Multikohortenkonsortien schwierig, da landesweite Schätzungen der Schadstoffbelastung in Trinkwasserversorgungsanlagen, die für epidemiologische Forschung genutzt werden können, bisher nicht verfügbar waren und die Probenahme in Haushalten kostspielig ist. Da für die meisten US-amerikanischen Trinkwasserversorgungsanlagen keine Verteilungsgrenzen vorliegen, müssen landesweite Belastungsbewertungen Schätzungen auf Ebene der Verwaltungsgebiete generieren, die sich leicht mit den Adressen der Teilnehmer verknüpfen lassen (ähnliche Ansätze wurden für die Bewertung der Belastung durch Luftverschmutzung verwendet).37, 38Wir haben kürzlich eine Methode entwickelt und validiert, mit der sich Schätzungen der Schadstoffbelastung von Trinkwasser auf Ebene der Postleitzahlgebiete (ZIP Code Tabulation Area, ZCTA) erstellen lassen, die den Kohortenteilnehmern anhand ihrer Wohnpostleitzahl leicht zugeordnet werden können.4In dieser Studie ermittelten wir die für Beobachtungsgeburtkohorten der ECHO-Kohorte (Environmental influences on Child Health Outcomes) relevanten Wasserverunreinigungen auf ZCTA-Niveau. Das ECHO-Programm wurde 2016 ins Leben gerufen, um die Auswirkungen von Umwelteinflüssen auf die Gesundheit und Entwicklung von Kindern zu untersuchen. Es umfasste zunächst 69 bestehende Schwangerschafts- und Kinderkohorten in den USA. Die ECHO-Kohorte harmonisiert vorhandene Daten von über 60,000 Teilnehmern, die hinsichtlich geografischer Lage, ethnischer Zugehörigkeit und sozioökonomischem Status heterogen sind, und verwendet ein standardisiertes Protokoll zur Datenerhebung. Obwohl die ECHO-Kohorte nicht national repräsentativ ist, stellt sie eine hervorragende Ressource dar, um epidemiologische Zusammenhänge zwischen Wasserverunreinigungen und der Gesundheit von Säuglingen zu untersuchen und Möglichkeiten zur Verringerung von Ungleichheiten in Bezug auf die Belastung von Kindern mit Wasserverunreinigungen und deren Auswirkungen auf die Geburtsergebnisse zu identifizieren.

Unsere Ziele waren (1) die Entwicklung von Schadstoffkonzentrationen auf ZCTA-Niveau für ECHO-Kohortenstandorte in den gesamten USA und (2) die Bewertung regionaler, saisonaler und sozioökonomischer Ungleichheiten bei den Schadstoffkonzentrationen auf ZCTA-Niveau. Obwohl es mehr als 80 bundesweit regulierte Schadstoffe gibt, untersuchten wir 10 anorganische Schadstoffe, Radionuklide und Desinfektionsnebenprodukte, die häufig in Trinkwasseraufbereitungsanlagen landesweit nachgewiesen werden (Arsen, Barium, Chrom, Fluorid, Nitrat, Nitrit, Selen, Uran, Trihalomethane (definiert und reguliert als die Summe von Bromoform, Chloroform, Bromdichlormethan und Dibromchlormethan) und Halogenessigsäuren (Brom-, Chlor-, Dibrom-, Dichlor- und Trichloressigsäure)). Diese Schadstoffe wurden auch deshalb ausgewählt, weil die pränatale Exposition entweder als relevant für die Gesundheit von Säuglingen und Kindern gilt oder potenziell relevant sein könnte.39Wir schätzten die Schadstoffkonzentrationen auf ZCTA-Niveau anhand zuvor entwickelter Schätzungen auf CWS-Niveau, die aus routinemäßigen Überwachungsdaten der USEPA-Datenbank zum Vorkommen von Schadstoffen (Six Year Review 3, 2006–2011) gemäß dem Safe Drinking Water Act generiert wurden.2, 6, 40Wir sagten voraus, dass wir erhebliche regionale Unterschiede in den Schadstoffkonzentrationen der ZCTA-Gebiete in den USA beobachten würden und dass ein höherer Anteil nicht-hispanischer weißer Einwohner sowie ein höherer sozioökonomischer Status mit niedrigeren Schadstoffkonzentrationen einhergehen würden, wie bereits bei anderen räumlichen Auflösungen beobachtet wurde.8, 41Die hier dargestellten flächenbezogenen Konzentrationen schätzen die Belastung durch öffentliches Trinkwasser in der ECHO-Kohorte und können zukünftige epidemiologische Analysen erleichtern. Unsere deskriptiven Analysen geografischer und soziodemografischer Ungleichheiten in den ZCTA-Konzentrationen können die Hypothesenbildung für zukünftige Studien unterstützen.

Studienpopulation und Ausschlusskriterien

Unser Ziel war es, flächenbezogene Schätzungen der Schadstoffkonzentrationen in der Trinkwasserversorgung auf Ebene der Postleitzahlbezirke (ZCTA) zu entwickeln, die anhand der Wohnadresse mit den Daten der Teilnehmer der ECHO-Kohorte verknüpft werden konnten. Unsere Studienpopulation umfasste daher US-amerikanische Postleitzahlbezirke (ZCTA) (Grenzen von 2010), die sich mit Landkreisen überschnitten, in denen mindestens eine schwangere Person der ECHO-Kohorte lebte. Die ECHO-Kohorte umfasst über 60,000 Teilnehmer aus 69 Schwangerschafts- und Kinderkohortenstudienzentren. Wir identifizierten 34 Beobachtungs-Geburtskohortenzentren innerhalb der ECHO-Kohorte (mit Teilnehmern aus 32 Bundesstaaten) und ermittelten die für die Rekrutierung relevanten Landkreise, da uns keine Postleitzahleninformationen der Teilnehmer vorlagen. Wir schlossen ECHO-Kohortenstandorte aus, die auf bestimmte Ergebnisse ausgerichtet waren (z. B. Kohorten, die nur Frühgeborene rekrutierten, da unser Interesse in der Entwicklung von Schätzungen der Wasserexposition und der Bewertung von Zusammenhängen mit Geburtsergebnissen liegt), die ausschließlich Teilnehmer rekrutierten, die auf private Brunnen oder Wassertransporte angewiesen waren, und die ausschließlich Teilnehmer aus Bundesstaaten rekrutierten, für die keine Schätzungen der Schadstoffbelastung des Trinkwassers vorlagen (z. B. CO, DE, MS, GA und Puerto Rico) [42Wir identifizierten insgesamt 466 potenziell relevante Landkreise und entwickelten anschließend Schätzungen auf ZCTA-Ebene für alle 2010 ZCTAs, die sich mit diesen Landkreisgrenzen überschneiden.

Entwicklung von Schätzungen der Schadstoffkonzentration in CWS

Die gesamte Datenverwaltung und -analyse erfolgte mit R Version 4.2.3. Um bevölkerungsgewichtete, durchschnittliche Schadstoffkonzentrationen auf ZCTA-Ebene für alle ZCTAs zu ermitteln, die sich mit den 466 relevanten Landkreisen überschneiden, verwendeten wir eine Methode, die zuvor von unserem Team für andere große, standortübergreifende Kohorten in städtischen und ländlichen Gebieten entwickelt und validiert wurde.4Kurz gesagt, wurden die Schadstoffkonzentrationsschätzungen auf CWS-Ebene zuvor von unserem Team anhand von routinemäßigen Überwachungsdaten erstellt, die für die Sechsjahresüberprüfung der Schadstoffdatenbank der USEPA (Six Year Review 3) erhoben wurden. Diese Datenbank repräsentiert über 95 % aller öffentlichen Systeme landesweit (weitere Details finden sich in [Referenz einfügen]). Zusatzmaterial Methoden und frühere Veröffentlichungen) [6, 40, 42, 43Die Konzentrationsschätzungen auf CWS-Ebene spiegeln die durchschnittlichen Konzentrationen wider, die an die Verbraucher (d. h. im aufbereiteten Wasser) verteilt werden, und wurden für Zeiträume aggregiert, die dem Standard-Überwachungsrahmen der USEPA entsprechen, um unterschiedliche Fehlmengen und Verzerrungen aufgrund von Quellwassertyp, Systemgröße und früheren Schadstoffüberschreitungen und -nachweisen zu reduzieren (2006–2011, 2006–2008 und 2009–2011 für Arsen; 2006–2011 für Barium, Chrom und Selen; 2000–2011 für Uran; und saisonal/vierteljährlich von 2006–2011 für Desinfektionsnebenprodukte) [6, 40Die USEPA definiert und reguliert für Desinfektionsnebenprodukte die Gesamtmenge an Trihalomethanen und Halogenessigsäuren als die Summe von vier (Bromoform, Chloroform, Bromdichlormethan und Dibromchlormethan) bzw. fünf (Brom-, Chlor-, Dibrom-, Dichlor- und Trichloressigsäure) Schadstoffen, obwohl Hunderte von Desinfektionsnebenprodukten im Trinkwasser identifiziert wurden.44In dieser Analyse haben wir alle Schadstoffkonzentrationen auf den gesamten Zeitraum 2006-2011 aggregiert, mit Ausnahme von Uran, das wir auf den Zeitraum 2000-2011 aggregiert haben, um Unterschiede in den Überwachungsanforderungen gemäß der Radionuklidverordnung zu berücksichtigen.42Um die Unterschiede zwischen den Kontaminanten hinsichtlich der Nachweisgrenzen und Konzentrationsverteilungen zu berücksichtigen, haben wir die Konzentrationen von Arsen, Barium, Chrom, Nitrit, Selen und Uran auf zwei Dezimalstellen, die Konzentrationen von Desinfektionsnebenprodukten auf eine Dezimalstelle und die Konzentrationen von Fluorid und Nitrat auf ganze Zahlen gerundet.6].

Zunächst haben wir alle relevanten CWSs den ZCTAs zugeordnet (einige ZCTAs werden von mehreren CWSs bedient, und einige CWSs bedienen mehrere ZCTAs) [4Eine große Herausforderung bei der Bewertung der Belastung durch öffentliches Trinkwasser besteht darin, dass nur 16 Bundesstaaten die Versorgungsgebiete ihrer Trinkwasserversorgungsanlagen veröffentlichen, die sich mit den Grenzen der Postleitzahlgebiete (ZCTAs) überschneiden können. Daher haben wir zwei sich ergänzende Ansätze verwendet, um Trinkwasserversorgungsanlagen den Postleitzahlgebieten zuzuordnen. Für jeden Landkreis in DC, FL, IA, KY, MA, MD, MI, MT, ND, NE, NY, OH, RI, SD, TN, VA und WI haben wir alle Trinkwasserversorgungsanlagen extrahiert, die diesen Landkreis versorgen (zuverlässig gemeldet im Safe Drinking Water Information System der USEPA), und jede Trinkwasserversorgungsanlage allen relevanten Postleitzahlgebieten zugeordnet, indem wir die gemeldeten versorgten Städte und/oder Namen der Wasserversorgungsanlagen mithilfe der ZCTA-zu-Ort-Beziehungsdatei des US Census 2010 und der USPS-ZIP-zu-Lokalisierungsdatei mit den Postleitzahlgebieten verknüpft haben.45, 46Wir erstellten Gewichtungen für jedes CWS innerhalb eines ZCTA basierend auf der von der USEPA gemeldeten bereinigten Gesamtbevölkerung. Für die Bundesstaaten AR, AZ, CA, CT, IL, MN, MO, NC, NJ, NM, OK, PA, TX, UT und WA waren Shapefiles der Verteilungsgrenzen der Wassersysteme öffentlich verfügbar. Wir ordneten die CWSs den ZCTAs zu, indem wir die Verteilungsgrenzen der CWSs mit den ZCTA-Grenzen der Volkszählung von 2010 mithilfe der Funktion „st_intersection“ überlagerten. sf Paket in R [47Wir erstellten Gewichtungen für jedes CWS innerhalb eines ZCTA auf Basis der Bevölkerungszahlen überlappender Census-Blöcke. Anschließend berechneten wir für alle Bundesstaaten bevölkerungsgewichtete Durchschnittswerte der CWS-Schadstoffe auf ZCTA-Ebene.

In den für ECHO relevanten Landkreisen fehlten Schätzungen der Wasserverunreinigungen in den ZCTAs, wenn entweder (a) keine öffentlichen Wasserversorgungsunternehmen (CWS) identifiziert wurden, die dieses ZCTA versorgten (die Bewohner dieser Gebiete können ausschließlich von temporären oder permanenten, nicht-öffentlichen Wasserversorgungssystemen, ausschließlich von privaten Brunnen oder von CWS versorgt werden, die keine Daten an die Sechsjahresüberprüfung 3 der USEPA übermittelten), oder (b) die CWS, die diese ZCTAs versorgten, keine relevanten routinemäßigen Überwachungsdaten zur Einhaltung der Schadstoffgrenzwerte an die Sechsjahresüberprüfung 3 meldeten. Beispielsweise war das CWS TN0000450 (Memphis Light, Gas & Water) 33 ZCTAs zugeordnet. Da TN0000450 keine routinemäßigen Überwachungsdaten zur Einhaltung der Arsengrenzwerte an die Sechsjahresüberprüfung 3 meldete, fehlen für viele dieser ZCTAs Schätzungen der Arsenkonzentration. (Ergänzungstabelle) 1 Die Studie präsentiert allgemeine und bundeslandspezifische Ergebnisse zum prozentualen Anteil der ZCTAs mit geschätzten Schadstoffbelastungen in ihren Trinkwasseranlagen, zum Mittelwert und zur Spannweite der Trinkwasseranlagen pro ZCTA sowie zur Gesamtbevölkerung, die von allen ZCTAs mit geschätzten Schadstoffbelastungen in ihren Trinkwasseranlagen versorgt wird. Um die Variabilität der Trinkwasseranlagen innerhalb der ZCTAs und das Potenzial für Messfehler zu bewerten, wurde Arsen als Fallbeispiel untersucht. Es wurden bevölkerungsgewichtete Standardabweichungen kartiert und die Anzahl der ZCTAs berechnet, die von mehreren Trinkwasseranlagen versorgt werden und deren Arsenkonzentrationsunterschiede größer als die Gesamtstandardabweichung von Arsen sind.

Soziodemografische Variablen auf ZCTA-Ebene

Bei der Bewertung sozioökonomischer Ungleichheiten in Bezug auf Wasserverunreinigungen auf ZCTA-Ebene folgten wir einem zuvor entwickelten konzeptionellen Modell (Ergänzende Abb.). 4) [8Wir haben soziodemografische Merkmale auf ZCTA-Ebene aus der US-Volkszählung von 2010 über die [Plattform/Methode einfügen] heruntergeladen. ordentliche Volkszählung Das Paket umfasst: die Gesamtbevölkerung, die Bevölkerungsdichte und den Anteil der Einwohner, die sich als nicht-hispanische Schwarze, nicht-hispanische Weiße, Hispanics/Latinos, nicht-hispanische Asiaten und nicht-hispanische amerikanische Ureinwohner/Alaska-Ureinwohner identifizieren.48Zusätzlich luden wir die folgenden Variablen aus dem 5-Jahres-Datensatz (2006–2010) der American Community Survey des US Census Bureau herunter, die in der Volkszählung alle zehn Jahre nicht verfügbar waren: mittleres Haushaltseinkommen; Anteil der Einwohner, die unter 150 % der bundesstaatlichen Armutsgrenze leben; Anteil der Erwachsenen im Alter von 25–64 Jahren ohne Highschool-Abschluss; Anteil der Haushalte, die Leistungen des Supplemental Nutrition Assistance Program (SNAP) beziehen; Anteil der Einwohner, die Kinder sind; Anteil der im Ausland geborenen Einwohner; und Anteil der Einwohner, die angaben, Englisch „weniger als sehr gut“ zu sprechen. Wir kategorisierten die ZCTAs außerdem anhand der Rural-Urban (RUCA)-Kontinuumscodes des US-Landwirtschaftsministeriums von 2010 als ländlich oder städtisch.49Als ländliche ZCTAs wurden solche in nicht-metropolitanen Gebieten definiert und umfassen mikropolitane Gebiete, Kleinstädte und ländliche Gebiete (RUCA-Codes 4 bis 10).

statistische Analyse

Zunächst haben wir mithilfe der folgenden Methode die bevölkerungsgewichteten, durchschnittlichen Konzentrationen jedes Schadstoffs auf ZCTA-Niveau im gesamten Untersuchungsgebiet kartiert: Tigris Paket [50Anschließend fassten wir die Verteilung (Spannweite, 75. und 95. Perzentil, arithmetisches und geometrisches Mittel) der bevölkerungsgewichteten, durchschnittlichen Konzentrationen auf ZCTA-Ebene für jeden Schadstoff zusammen. Wir ermittelten außerdem die Häufigkeiten und Prozentsätze der ZCTAs mit Konzentrationen, die den aktuellen USEPA-MCL-Wert und die gesundheitsschützenden Schwellenwerte überschreiten. Da die USEPA bei der Festlegung von MCLs verpflichtet ist, Kosten, technische Machbarkeit und gesundheitlichen Nutzen zu berücksichtigen, überschreiten MCLs häufig die gesundheitsbezogenen Richtwerte, die ausschließlich auf den gesundheitlichen Auswirkungen basieren (z. B. die USEPA-MCL-Ziele).51Daher wählten wir gesundheitsschützende Schwellenwerte, die den gesundheitsschützendsten Standard, die höchste Richtlinie oder den höchsten Empfehlungswert darstellen, der von einer Aufsichtsbehörde oder -stelle festgelegt wurde (z. B. das maximale Schadstoffgrenzwertziel der USEPA, der Richtwert der Weltgesundheitsorganisation (WHO), der regulatorische Standard), und die während des Überwachungszeitraums der Einhaltung zuverlässig nachgewiesen werden konnten (> (die von der USEPA festgelegte Mindestmeldeschwelle) (Tabelle 1Wenn der gesundheitlich wirksamste Schwellenwert unter dem von der USEPA festgelegten Mindestmeldewert lag (d. h. der Zielwert für Arsen und Uran beträgt null), verwendeten wir den nächstwirksamsten Schwellenwert. Wir wählten die folgenden Werte als gesundheitlich wirksame Schwellenwerte: 1ug/L für Arsen, entsprechend dem gesetzlichen Standard für die Niederlande (1ug/L) [52], das USEPA-MCL-Ziel von Null [51] und der von der USEPA festgelegten Mindestmeldegrenze von 1ug/L [53]; 1300µg/L für Barium, der aktuelle WHO-Richtwert [54]; 50µg/L für Chrom, der aktuelle WHO-Richtwert [54]; 700µg/L für Fluorid, die vom US Public Health Service empfohlene optimale Konzentration [55]; 40µg/L für Selen, der aktuelle WHO-Richtwert [54]; 2µg/L für Uran, entsprechend einem früheren WHO-Richtwert [56] und das USEPA-MCL-Ziel von Null [51]; 13µg/L für Trihalomethane, was der Summe der USEPA-MCL-Zielwerte für die vier Trihalomethane entspricht [51] (obwohl mehrere Nationen, darunter Neuseeland, Südafrika und Nigeria, einen Grenzwert von 1µg/L festgelegt haben) [57]; 9µg/L für Halogenessigsäuren, was der Summe der USEPA-MCL-Zielwerte für die fünf Halogenessigsäuren entspricht [51Wir haben keinen gesundheitsschützenden Grenzwert für Nitrit und Nitrat festgelegt, da wir keinen Grenzwert (MCL), kein MCL-Ziel und keine WHO-Empfehlung finden konnten, die unter dem aktuellen USEPA-Grenzwert für beide Schadstoffe liegt. Wir haben Regenwolkendiagramme erstellt, um die vollständige Verteilung jedes Schadstoffs zusammen mit dem aktuellen USEPA-Grenzwert und dem gesundheitsschützendsten Grenzwert darzustellen.58Um Kohorten bei der Bestimmung der Schadstoffverteilung innerhalb kohortenspezifischer Bundesstaaten und Regionen zu unterstützen, präsentieren wir diese Verteilungen stratifiziert nach Bundesstaat (Ergänzungstabelle). 2, Ergänzende Tabelle 3) und US-Region (Ergänzende Abb. 2, Ergänzende Abb. 3Da das Auftreten einiger Desinfektionsnebenprodukte stark von zeitlichen Veränderungen beeinflusst wird, haben wir unsere Regenwolkendiagramme nach Jahreszeiten unterteilt (Herbst = Oktober-Dezember; Winter = Januar-März; Frühling = April-Juni; Sommer = Juli-September) [59Diese Saisonzeiten stimmen mit dem vierteljährlichen Überwachungsplan der USEPA für die Einhaltung der Vorschriften für Desinfektionsnebenprodukte überein.60].

Lineare Regression mit räumlicher Verzögerung

Anschließend untersuchten wir mögliche sozioökonomische Ungleichheiten in den Schadstoffkonzentrationen der ZCTA-Gebiete. Für diese Analysen konzentrierten wir uns auf Arsen, Uran, Fluorid, Trihalomethane und Halogenessigsäuren, da die Konzentrationen dieser Schadstoffe den gesundheitsschützenden Schwellenwert überschritten, während dies bei Nitrat, Nitrit, Barium, Chrom und Selen nicht der Fall war (Effektschätzungen für diese anderen Schadstoffe sind in der ergänzenden Tabelle aufgeführt). 5Zunächst verglichen wir die soziodemografischen Merkmale aller ZCTAs in unserer Analyse mit denen von ZCTAs, deren Schadstoffkonzentrationen den gesundheitlich unbedenklichen Schwellenwert überschritten. Anschließend untersuchten wir den Zusammenhang zwischen der ethnischen Zusammensetzung der ZCTAs und sozioökonomischer Benachteiligung mit den Schadstoffkonzentrationen in räumlichen linearen Regressionsmodellen. räumliche Regelung R-Paket zur Berücksichtigung räumlicher Abhängigkeiten. Wir wählten räumliche Lag-Modelle gegenüber räumlichen Fehlermodellen, da die Multiplikator-Diagnosefunktion (lm.LMtest) anzeigte, dass die Modellschätzungen für räumliche Lag-Modelle größer waren.61Wir verwendeten auf k-nächsten Nachbarn basierende Distanzgewichte, wobei Nachbarn als ZCTAs definiert wurden, deren Grenzen innerhalb von 20 km vom jeweiligen ZCTA-Zentrum lagen. Wir untersuchten Ungleichheiten nach sozioökonomischem Status unabhängig von der ethnischen Zusammensetzung sowie nach ethnischer Zusammensetzung unabhängig vom sozioökonomischen Status. Um den Zusammenhang zwischen ethnischer Zusammensetzung und Schadstoffen zu bewerten, ermittelten wir das geometrische Mittelverhältnis (GMR) und die entsprechende prozentuale Differenz der Schadstoffkonzentrationen im Trinkwasser pro 10 % höherem Anteil an Einwohnern der folgenden ethnischen Gruppen: nicht-hispanische Schwarze, nicht-hispanische Weiße, Hispanics/Latinos, nicht-hispanische Asiaten und nicht-hispanische amerikanische Ureinwohner/Alaska-Ureinwohner. Wir führten die Analysen für jede ethnische Gruppe separat durch. Um die Stabilität des Modells zu gewährleisten, schlossen wir für jede Analyse ZCTAs mit weniger als 100 Einwohnern der jeweiligen ethnischen Gruppe aus. Da die Summe der Rassen-/Ethnienzusammensetzung 100 % ergibt, verwendeten wir einen „Leave-One-Out“-Modellierungsansatz und passten die Ergebnisse an den Anteil der Einwohner in anderen Rassen-/Ethniengruppen als der nicht-hispanischen weißen Bevölkerung an, um interpretierbare Effektschätzungen zu gewährleisten, die mit unserem konzeptionellen Modell übereinstimmten (Ergänzende Abb.). 4Die Effektstärken werden als Zusammenhänge für höhere Anteile von Einwohnern einer bestimmten Rasse/ethnischen Gruppe interpretiert, da der Anteil der nicht-hispanischen weißen Einwohner geringer ist.

Bei der Auswahl anderer Kovariaten folgten wir einem zuvor entwickelten konzeptionellen Modell, um Zusammenhänge zwischen der rassischen/ethnischen Zusammensetzung unter Berücksichtigung sozioökonomischer Benachteiligung und umgekehrt zu schätzen.8Modell 1 wurde hinsichtlich Bevölkerungsdichte, Anteil der Erwachsenen ohne Highschool-Abschluss, mittlerem Haushaltseinkommen, ländlicher vs. städtischer Lage und der ethnischen Zusammensetzung aller Gruppen außer nicht-hispanischen Weißen adjustiert. Bei Modellen mit einem höheren Anteil nicht-hispanischer Weißer wurde der Anteil der hispanischen/lateinamerikanischen Bevölkerung nicht berücksichtigt, da diese die nächstgrößte Bevölkerungsgruppe darstellte. Um den Zusammenhang zwischen sozioökonomischer Benachteiligung und Schadstoffen im Trinkwasser zu untersuchen, wurde das geometrische Mittelverhältnis (GMR) und die entsprechende prozentuale Differenz der Schadstoffkonzentrationen im Trinkwasser pro höherem Wert, entsprechend dem Interquartilsabstand (IQR), ermittelt. Die vollständig adjustierten Modelle (Modell 2) wurden hinsichtlich Bevölkerungsdichte, ländlicher vs. städtischer Lage und der ethnischen Zusammensetzung aller Gruppen adjustiert. In Anlehnung an unsere konzeptionellen Diagramme aus früheren Arbeiten wurde bei Modellen, die das mittlere Haushaltseinkommen berücksichtigen, zusätzlich der Anteil der Erwachsenen ohne Highschool-Abschluss adjustiert, und bei Modellen für alle anderen Kennzahlen sozioökonomischer Benachteiligung wurde das mittlere Haushaltseinkommen adjustiert.8In Anlehnung an bewährte Verfahren berücksichtigten wir bei der Interpretation der Effektschätzungen Richtung, Ausmaß und Präzision der Effekte, anstatt uns ausschließlich auf die p-Werte zu stützen.62, 63].

Sensitivitätsanalysen

Um potenzielle Unterschiede in den endgültigen Schadstoffkonzentrationen in Kläranlagen zwischen Bundesstaaten mit und ohne veröffentlichte Verteilungsgrenzen-Shapefiles zu bewerten, wählten wir 19 ZCTAs aus Bundesstaaten mit verfügbaren Verteilungsgrenzen-Shapefiles aus und ordneten die Kläranlagen den ZCTAs neu zu, indem wir die ZCTA-zu-Ort-Beziehungsdatei des US Census 2010 und die USPS-ZIP-zu-Lokal-Datei verwendeten. Wir fanden keine systematischen Unterschiede in den endgültigen bevölkerungsgewichteten Schadstoffkonzentrationen auf ZCTA-Ebene, indem wir Bland-Altman/Tukey-Mittelwertdifferenzdiagramme und Spearman-Korrelationskoeffizienten über diese Ansätze hinweg analysierten (rho=0.99 für Arsen 2006–2011, rho=0.86 für Uran 2000–2011, rho=0.93 für die gesamten Trihalomethane 2006–2011, rho=0.99 für Halogenessigsäuren 2006–2011, siehe ergänzende Abbildung. 5Wir stellten jedoch fest, dass einige CWSs nicht in der Datei mit den Versorgungsgebietsgrenzen aufgeführt waren, aber anhand des Systemnamens und der bedienten Stadt ZCTAs zugeordnet werden konnten (Ergänzende Abb.). 5Wir haben räumliche Lag-Regressionsmodelle erneut evaluiert, wobei Nachbarn als ZCTAs innerhalb von 40 km definiert wurden, um die Robustheit der Ergebnisse gegenüber großzügigeren Nachbarschaftsdefinitionen zu überprüfen (da die Verbreitungsgebiete von CWS stark variieren). Für Modelle, die den Zusammenhang zwischen ethnischer Zusammensetzung und Schadstoffen untersuchten, evaluierten wir zusätzlich die Zusammenhänge pro höherem Anteil von Einwohnern jeder ethnischen Gruppe, der der Standardabweichung der jeweiligen Gruppe entsprach (anstatt eines um 10 % höheren Wertes). Abschließend prüften wir, ob die Zusammenhänge zwischen soziodemografischen Merkmalen und Schadstoffkonzentrationen auch unter Berücksichtigung alternativer Anpassungen für sozioökonomische Benachteiligung robust waren.

Wir ermittelten Schadstoffkonzentrationen für 7,640 ZCTAs, die für 34 Standorte der ECHO-Beobachtungskohorte relevant sind (Tabelle 1, Ergänzende Tabelle 1Die in diesen ZCTAs tätigen CWS betreuten insgesamt etwa 179 Millionen Menschen. Die mittlere Anzahl der einem ZCTA zugeordneten CWS betrug 2. Unter den ZCTAs, die von mehr als einem CWS betreut wurden (nVon insgesamt 7401 ZCTAs mit Arsen (4634) betrug die Anzahl derjenigen mit Arsenkonzentrationsdifferenzen von mehr als 2.88 µg/L (der Gesamtstandardabweichung auf ZCTA-Ebene) n=1141 (~25%) (Ergänzungstabelle) 1Die Standardabweichungen der Arsenkonzentrationen innerhalb der ZCTAs waren in den ZCTAs mit höheren mittleren Arsenkonzentrationen am höchsten (Ergänzende Abb.). 1Für jeden der untersuchten Schadstoffe reichte die Gesamtzahl der ZCTAs mit gemeldeten Schadstoffkonzentrationen von 7401 (96.9 %, Arsen) bis 2,937 (38.4 %, Nitrit) (Tabelle 1). 1Die Konzentrationen reichten von nicht nachweisbar bis 62.59ug/L (Arsen), 35,504.43ug/L (Barium), 244.85 µg/L (Chrom), 5729 µg/L (Fluorid), 9372 µg/L (Nitrat), 1000.00 µg/L (Nitrit), 24.21 µg/L (Selen), 151.79 µg/L (Uran), 189.1 µg/L (Gesamt-Trihalomethane) und 1000.0 µg/L (Halogenessigsäuren). Die Verteilungen für Arsen, Chrom, Selen und Uran waren rechtsschief; die Verteilungen für Fluorid, Nitrat, Gesamt-Trihalomethane und Halogenessigsäuren waren linksschief; die Verteilungen für Nitrit und Barium waren bimodal (Abb. 1). Verunreinigungen wurden häufig unterhalb der Nachweisgrenze gemessen (Abb. 1In den ZCTAs wurde der von der USEPA festgelegte Grenzwert für Arsen (1.4 %) am häufigsten überschritten, ebenso wie die gesundheitsschützenden Grenzwerte für Trihalomethane (64.0 %), Halogenessigsäuren (56.4 %) und Arsen (36.2 %). Die Nitrat- und Nitritwerte lagen unterhalb des Grenzwerts der USEPA (Tabelle 1). 1, Feige. 1).

Alle Konzentrationsschätzungen basieren auf den durchschnittlichen Schadstoffkonzentrationen im Trinkwasser der kommunalen Wasserversorgungssysteme (CWS), die bereits veröffentlicht wurden und aus den routinemäßigen Überwachungsdaten der US-Umweltschutzbehörde (USEPA) für den dritten Sechsjahresberichtszeitraum (2006–2011) stammen (die Schätzungen für Uran beziehen sich auf den Zeitraum 2000–2011, um den Überwachungsanforderungen der Radionuklidverordnung zu entsprechen). Die ausgefüllten Polygone stellen Dichtediagramme dar. Die oberen, mittleren und unteren Kanten der Boxplots entsprechen dem 25., 50. bzw. 75. Perzentil. Die durchschnittliche Schadstoffkonzentration für jedes CWS ist durch den weißen Kreis dargestellt; Mittelwert (Standardabweichung) ist für jeden Schadstoff ebenfalls in Tabelle 1 aufgeführt. 1Die schadstoffspezifische maximale Schadstoffkonzentration ist durch die rote durchgezogene Linie gekennzeichnet. Der gesundheitlich optimale Schwellenwert ist durch die grüne gestrichelte Linie gekennzeichnet. A Anorganische Stoffe: Für Nitrat und Nitrit entspricht der gesundheitsschützende Schwellenwert dem maximalen Schadstoffgehalt. B Desinfektionsnebenprodukte: Die saisonalen Zeiträume entsprechen dem vierteljährlichen Überwachungsplan der USEPA für die Einhaltung der Vorschriften für Desinfektionsnebenprodukte: Winter = Januar-März; Frühling = April-Juni; Sommer = Juli-September; Herbst = Oktober-Dezember.

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Bei Desinfektionsnebenprodukten variierten die Schadstoffkonzentrationen und Überschreitungen der Grenzwerte für gesundheitsschützende Stoffe je nach Jahreszeit. Die Anzahl der ZCTAs, die den Grenzwert für Trihalomethane insgesamt überschritten (9), war im Winter am niedrigsten, während die Anzahl der ZCTAs, die den Grenzwert für Halogenessigsäuren überschritten (6), im Herbst am niedrigsten war. Die Verteilung der Trihalomethane insgesamt verschob sich im Sommer leicht hin zu höheren Konzentrationen und mehr Überschreitungen (220). (Abb. 1Die Konzentrationen wiesen im Sommer die größten Schwankungen auf und im Winter die geringsten (Ergänzende Abb.). 6Wir konnten keine jährlichen Veränderungen in der Verteilung der Desinfektionsnebenprodukte feststellen (Ergänzende Abb.). 6).

Wir beobachteten regionale Unterschiede in den Schadstoffkonzentrationen in den USA (Abb. 2, Ergänzende Abb. 2, Ergänzende Abb. 3Die höchsten Schadstoffkonzentrationen wurden im zentralen Mittleren Westen für Nitrat, Nitrit und Barium, im Südwesten für Arsen und Uran, im östlichen Mittleren Westen für Fluorid und in Neuengland für Chrom und Selen gemessen. Nur sehr wenige ZCTAs im pazifischen Nordwesten meldeten Nitritkonzentrationen, möglicherweise weil CWSs die Gesamtkonzentrationen von Nitrat und Nitrit messen können, um die Anforderungen an die Nitratüberwachung zu erfüllen (Ergänzende Abb.). 2Bei den Desinfektionsnebenprodukten waren die Schadstoffkonzentrationen im Mittelatlantik und im Südosten sowohl für die Gesamtmenge an Halogenessigsäuren als auch für die Gesamtmenge an Trihalomethanen am höchsten (Ergänzende Abb.). 3Die höchsten mittleren Schadstoffkonzentrationen wurden in den einzelnen Bundesstaaten für Arsen in Iowa (8.59 µg/L, über dem gesundheitsschützenden Grenzwert), für Uran in Utah (9.90 µg/L, über dem gesundheitsschützenden Grenzwert), für Fluorid in Minnesota (1,014 µg/L, über dem gesundheitsschützenden Grenzwert), für Nitrat in New Jersey (2663 µg/L), für Nitrit in Utah (112.75 µg/L), für Barium in New York (162.08 µg/L), für Chrom in Arizona (6.28 µg/L), für Selen in North Dakota (3.73 µg/L), für die Gesamtkonzentration an Trihalomethanen in Kentucky (43.2 µg/L, über dem gesundheitsschützenden Grenzwert) und für die Gesamtkonzentration an Halogenessigsäuren in Kentucky (34.6 µg/L, über dem gesundheitsschützenden Grenzwert) gemessen (siehe Ergänzungstabelle). 2, Ergänzende Tabelle 3).

A Arsen 2006–2011; B Uran 2000–2011; C Nitrat 2006–2011; D Fluorid 2006–2011; E Gesamttrihalomethane 2006–2011 und F Gesamtkonzentration an Halogenessigsäuren 2006–2011. Alle Konzentrationsschätzungen basieren auf den durchschnittlichen Schadstoffkonzentrationen im Trinkwasser der kommunalen Wasserversorgungsunternehmen (CWS), die bereits veröffentlicht wurden und aus den routinemäßigen Überwachungsdaten der US-Umweltschutzbehörde (USEPA) für den dritten Sechsjahresberichtszeitraum (2006–2011) stammen (die Schätzungen für Uran beziehen sich auf den Zeitraum 2000–2011, um den Überwachungsanforderungen der Radionuklidverordnung zu entsprechen). Die höchste Konzentrationskategorie entspricht für alle Schadstoffe dem aktuellen maximalen Schadstoffgrenzwert der USEPA, die drei anderen Kategorien stellen Grenzwerte dar, die für zukünftige regulatorische Entscheidungen berücksichtigt werden könnten.

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Die Anzahl der ZCTAs, die im Zeitraum 2006–2011 den gesundheitsschützenden Schwellenwert überschritten, betrug 2678 (Arsen), 1412 (Uran, 2000–2011), 731 (Fluorid), 3,584 (Trihalomethane gesamt) und 2788 (Halogenessigsäuren) (Tabelle 1). 2Im Vergleich zu allen ZCTAs wiesen ZCTAs, die den gesundheitsschützenden Grenzwert für Desinfektionsnebenprodukte überschritten, eine höhere Bevölkerungsdichte auf und waren seltener ländlich geprägt. Bezüglich Uran hatten ZCTAs mit Schadstoffkonzentrationen oberhalb des gesundheitsschützenden Grenzwerts einen höheren Anteil hispanischer/lateinamerikanischer Einwohner, einen höheren Anteil im Ausland geborener Einwohner und einen geringeren Anteil nicht-hispanischer weißer Einwohner. ZCTAs, die den gesundheitsschützenden Grenzwert für Arsen überschritten, wiesen höhere durchschnittliche Schadstoffkonzentrationen für Uran und Fluorid auf als alle ZCTAs.

Tisch 3 Die Studie präsentiert vollständig adjustierte GMRs und die entsprechenden prozentualen Unterschiede in den Schadstoffkonzentrationen der ZCTAs pro 10 % höherem Anteil von Einwohnern jeder ethnischen Gruppe und pro IQR-Wert für Indikatoren sozioökonomischer Benachteiligung. In den vollständig adjustierten Modellen war ein 10 % höherer Anteil von Einwohnern indigener Abstammung (Indianer/Alaska-Ureinwohner) mit höheren Arsen- (11 %, 95 %-KI 7 %, 15 %) und Urankonzentrationen (15 %, 95 %-KI 10 %, 21 %) verbunden. Ein höherer Anteil von Einwohnern hispanischer/lateinamerikanischer Herkunft war ebenfalls mit höheren Urankonzentrationen (9 %, 95 %-KI 6 %, 12 %) verbunden. Höhere Anteile nicht-hispanischer Schwarzer, amerikanischer Ureinwohner/Alaska-Ureinwohner und hispanischer/lateinamerikanischer Bevölkerungsgruppen korrelierten mit höheren Fluoridkonzentrationen (6 %, 95 %-KI 1 %, 11 %; 35 %, 95 %-KI 20 %, 52 %; bzw. 21 %, 95 %-KI 13 %, 28 %). Im Gegensatz dazu war ein höherer Anteil nicht-hispanischer Weißer mit niedrigeren Uran- (-8 %, 95 %-KI -10 %, -5 %) und Fluoridkonzentrationen (-22 %, 95 %-KI -26 %, -17 %) sowie niedrigeren Arsenkonzentrationen und höheren Konzentrationen an Trihalomethanen und Halogenessigsäuren insgesamt verbunden (wobei diese Effekte jedoch gering waren). Ein höherer Anteil hispanischer/lateinamerikanischer Einwohner ging mit niedrigeren Konzentrationen von Desinfektionsnebenprodukten einher (-5 %, 95 %-KI -8 %, -1 % für Trihalomethane insgesamt und -4 %, 95 %-KI -6 %, -1 % für Halogenessigsäuren). Ein höherer Anteil von Einwohnern, deren Einkommen unter 150 % der bundesstaatlichen Armutsgrenze liegt, war mit höheren Uran- (7 %, 95 %-KI 0 %, 14 %) und Fluoridkonzentrationen (16 %, 95 %-KI -1 %, 36 %) verbunden. Im Gegensatz dazu ging ein höherer Anteil von Erwachsenen ohne Schulabschluss mit niedrigeren Fluoridkonzentrationen (-21 %, 95 %-KI -29 %, -11 %) einher. Ein höherer Anteil von Haushalten, die Lebensmittelgutscheine (SNAP) bezogen, war mit niedrigeren Uran- (-8 %, 95 %-KI -12 %, -4 %) und Fluoridkonzentrationen (-10 %, 95 %-KI -19 %, 0 %) verbunden. Das mittlere Haushaltseinkommen korrelierte nicht mit den Schadstoffkonzentrationen.

In Sensitivitätsanalysen waren die Modellergebnisse ähnlich, wenn Nachbarschaftsgewichtsmatrizen mit 40-km-Distanzen, eine weitere Anpassung an den Anteil der Haushalte mit Anspruch auf ergänzende Ernährungshilfe, eine weitere Anpassung an den Anteil der Einwohner unterhalb von 150 % der bundesstaatlichen Armutsgrenze sowie Modelle mit einem höheren Anteil von Einwohnern in jeder ethnischen Gruppe entsprechend der Standardabweichung berücksichtigt wurden (siehe Ergänzungstabelle). 4Weitere Analysen zur Bewertung von Barium, Chrom, Selen, Nitrat und Nitrit ergaben positive Zusammenhänge zwischen (a) einem höheren Anteil an Einwohnern indigener Abstammung (Indianer/Alaska-Ureinwohner) mit höheren Barium-, Selen- und Nitratkonzentrationen, (b) einem höheren Anteil an Einwohnern hispanischer/lateinamerikanischer Herkunft mit höheren Chrom- und Nitritkonzentrationen, (c) einem höheren Anteil an nicht-hispanischen weißen Einwohnern mit niedrigeren Chrom- und Nitratkonzentrationen sowie (d) einem höheren Anteil an nicht-hispanischen asiatischen Einwohnern mit niedrigeren Bariumkonzentrationen (siehe Ergänzungstabelle). 5Die größten Effekte wurden bei höheren Anteilen von amerikanischen Ureinwohnern/Alaska-Ureinwohnern sowie bei Barium und Nitrat beobachtet.

Wir präsentieren neue Schätzungen der Schadstoffbelastung durch regulierte öffentliche Trinkwasserquellen im Zeitraum 2006–2011 in Postleitzahlgebieten (ZCTAs), die für die Standorte der Beobachtungsstudie zur ECHO-Geburtskohorte relevant sind. Wir stellen erhebliche regionale Unterschiede in den geschätzten Schadstoffkonzentrationen fest, eine hohe Anzahl und einen hohen Prozentsatz an ZCTAs, deren Schadstoffkonzentrationen die gesundheitlich schützenden Grenzwerte überschreiten, sowie signifikante sozioökonomische Ungleichheiten auf ZCTA-Ebene, die frühere Erkenntnisse auf Ebene der kommunalen Wasserversorgungssysteme (CWS) und der Landkreise widerspiegeln und erweitern. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die pränatale Belastung durch öffentliches Trinkwasser innerhalb der ECHO-Kohorte signifikant variiert. Die Belastungsschätzungen können in zukünftigen epidemiologischen Studien genutzt werden, um individuelle, zeitgewichtete Belastungsschätzungen zu generieren und Zusammenhänge mit relevanten Schwangerschafts-, Geburts- und anderen relevanten Lebensverlaufsergebnissen zu untersuchen.

Bundesweit regulierte öffentliche Wasserverunreinigungen unterscheiden sich stark in ihren Quellenprofilen und den damit verbundenen gesundheitlichen Auswirkungen [7Verunreinigungen können geogenen Ursprungs sein und im Rohwasser vorkommen (z. B. Arsen, Uran, Fluorid), durch menschliche Aktivitäten freigesetzt werden (z. B. Nitrat), von Wasserversorgern als Maßnahme des öffentlichen Gesundheitsschutzes hinzugefügt werden (z. B. Fluorid, Desinfektionsmittel), als Folge der Desinfektion entstehen (z. B. Desinfektionsnebenprodukte) oder aus der Infrastruktur des Wassersystems freigesetzt werden (z. B. Blei, Kupfer). Epidemiologische Erkenntnisse zu relevanten Geburtsfolgen beschränken sich häufig auf Kohorten mit geschätzten oder gemessenen Wasserverunreinigungen, auf Studien mit relativ hohen Expositionsniveaus, die in den USA nicht üblich sind, oder auf Biomarkerstudien, die Bedenken hinsichtlich umgekehrter Kausalität aufwerfen können, wenn die Exposition die Nierenfunktion und -ausscheidung beeinflusst.64, 65Die ECHO-Kohorte bietet eine hervorragende Gelegenheit, viele dieser Forschungslücken zu schließen.

Die in der vorliegenden Studie analysierten ZCTAs sind nicht repräsentativ für alle ZCTAs landesweit (beispielsweise wurden nur 15 % der ZCTAs der ECHO-Kohorte als ländlich eingestuft, verglichen mit 40 % landesweit) [66Dennoch spiegeln unsere Ergebnisse weitgehend jene früherer Analysen auf CWS- und Landkreisebene wider, die landesweite Ungleichheiten nach Rasse und ethnischer Zugehörigkeit aufzeigen [2, 8Wir stellen fest, dass die im Trinkwasser gemessenen Desinfektionsnebenprodukte nicht mit soziodemografischen Merkmalen zusammenhängen, was mit einer in Spanien durchgeführten Studie übereinstimmt.67Höhere Anteile hispanischer/lateinamerikanischer und indianischer/alaskischer Ureinwohner gehen mit höheren Konzentrationen anorganischer Schadstoffe (Arsen, Uran, Fluorid) einher, insbesondere weil der Anteil nicht-hispanischer weißer Einwohner geringer ist. Wir stellten jedoch fest, dass höhere Anteile nicht-hispanischer schwarzer Einwohner mit höheren Fluoridkonzentrationen verbunden sind, was im Widerspruch zu einer kürzlich durchgeführten landesweiten Analyse auf Landkreisebene steht, die keinen Zusammenhang feststellte.2Diese widersprüchlichen Ergebnisse lassen sich möglicherweise durch die geografische Verteilung und den Urbanisierungsgrad der Teilnehmer der ECHO-Kohorte erklären. Die Teilnehmer der ECHO-Kohorte stammen größtenteils aus städtischen Gebieten, und die vorliegende Studie umfasste nur sehr wenige Postleitzahlgebiete im Südosten der USA, wo der Anteil nicht-hispanischer schwarzer Einwohner im Vergleich zum Rest der USA hoch ist.66Frühere Studien belegen, dass ethnische Ungleichheiten bei der Belastung des öffentlichen Trinkwassers mit Schadstoffen wahrscheinlicher oder extremer in Gebieten auftreten, in denen ein höherer Anteil marginalisierter Bevölkerungsgruppen lebt und eine ausreichende Variabilität des betreffenden Schadstoffs besteht.8Unsere aktuellen Ergebnisse stützen somit frühere Erkenntnisse, dass landesweite Studien Ungleichheiten innerhalb von Regionen oder einzelnen Bundesstaaten verschleiern können. Zukünftige Studien in der ECHO-Kohorte können sozioökonomische Ungleichheiten auf Teilnehmerebene hinsichtlich der geschätzten Expositionen (einschließlich potenzieller nichtlinearer Zusammenhänge) untersuchen und feststellen, ob gut dokumentierte Disparitäten bei relevanten negativen Folgen durch diese beobachteten Ungleichheiten bei Schadstoffen im öffentlichen Trinkwasser erklärt werden können.3, 8, 68].

Unsere Analyse weist mehrere Einschränkungen auf. Da wir keinen Zugriff auf die Postleitzahlen der Teilnehmenden hatten, ist es möglich, dass unsere aktuellen Schätzungen einige Teilnehmende der ECHO-Kohorte nicht berücksichtigen. Obwohl die Analysten des ECHO Data Analysis Center (Autoren AMK, MB) Zugriff auf die Postleitzahlen der Teilnehmenden haben und Schätzungen der Wasserqualität auf ZCTA-Ebene einbeziehen können, konnten sie diese Postleitzahlen den anderen Studienautoren nicht zur Verfügung stellen, um Schätzungen für diese Studie zu erstellen. Daher haben wir uns zum Ziel gesetzt, Schadstoffschätzungen für alle ZCTAs zu generieren, die für die Beobachtungsstandorte der ECHO-Kohorte mit schwangeren Teilnehmerinnen relevant sein könnten. Da sich unsere Analyse auf die Generierung von Schadstoffkonzentrationen im öffentlichen Wassernetz konzentrierte, die anhand der Wohnadresse leicht den Teilnehmenden zugeordnet werden konnten, haben wir keine Schätzungen für ZCTAs erstellt, die auf private Brunnen oder Wassertransporte angewiesen sind, und daher einige Kohortenstandorte in ländlichen Gebieten ausgeschlossen. Epidemiologische Analysen, die diese Schätzungen verwenden, können sich auf Teilnehmende beschränken, die ein öffentliches Wassernetz als Trinkwasserquelle angegeben haben. Teilnehmer, die zu Hause auf einen öffentlichen Brunnen angewiesen sind, können weiterhin öffentliches Trinkwasser aus sekundären und tertiären Quellen (z. B. Schule, Arbeitsplatz) beziehen. Darüber hinaus konnten wir die Anzahl der ECHO-Teilnehmer innerhalb der einzelnen ZCTAs nicht berücksichtigen, und obwohl wahrscheinlich in einigen ZCTAs mehr ECHO-Teilnehmer lebten als in anderen, wurde jede ZCTA in unseren Analysen gleich gewichtet. Wir haben diese bevölkerungsgewichteten, durchschnittlichen Konzentrationen von Arsen und Uran auf ZCTA-Ebene zuvor in multizentrischen städtischen (Multi-Ethnic Study of Atherosclerosis) und multizentrischen ländlichen (Strong Heart Family Study) Kohorten validiert [4Selbst wenn die Wasserkonzentrationen unterhalb der von der USEPA festgelegten Grenzwerte lagen, korrelierten die ZCTA-Schätzwerte statistisch mit Harnbiomarkern für Arsen und Uran, die die gesamte interne Dosis widerspiegelten, und erklärten einen höheren Anteil der Variabilität der Biomarkerkonzentrationen als bisher angenommen (ca. 31–60 % in städtischen Gebieten). Bei anderen Schadstoffen ist der Beitrag des öffentlichen Trinkwassers zur Gesamtbelastung für US-amerikanische Gemeinden jedoch noch unklar, da (a) sich die regulierten Schadstoffe im öffentlichen Trinkwasser hinsichtlich ihres Quellprofils sowie ihrer metabolischen Umwandlung und Elimination stark unterscheiden, (b) sich Gemeinden hinsichtlich ihrer Trinkwasserquellen und der Nutzung von Aufbereitungsanlagen unterscheiden, insbesondere in Abhängigkeit vom sozioökonomischen Status, und (c) die Beiträge aus Nicht-Trinkwasserquellen je nach Schadstoff stark variieren (z. B. dermale und inhalative Exposition gegenüber Desinfektionsnebenprodukten, Exposition gegenüber Staub und Farbe gegenüber Blei, Lebensmittel gegenüber Nitraten).7, 69, 70].

Es ist derzeit jedoch unklar, ob die Verwendung von Schätzungen auf Ebene der Wohngebiete (anstatt beispielsweise auf Ebene der Wasserversorgungsunternehmen oder Landkreise) der beste Ansatz zur Abschätzung der tatsächlichen Belastung durch öffentliche Trinkwasserverunreinigungen ist. Die Verwendung von Schätzungen auf Ebene der Wasserversorgungsunternehmen ist nur für Teilnehmer in den 15 ECHO-Bundesstaaten möglich, die die Versorgungsgebiete ihrer Wasserversorgungsunternehmen veröffentlichen. Die Verwendung von Schätzungen auf Ebene der Wohngebiete setzt voraus, dass die Teilnehmer ausschließlich Trinkwasser innerhalb ihrer Wohngebiete konsumieren. Dies spiegelt möglicherweise nicht alle sekundären und tertiären Trinkwasserquellen wider, wie beispielsweise an Arbeitsplätzen, Schulen, Kirchen und Freizeiteinrichtungen. Aufgrund der unterschiedlichen Größe der Wohngebiete und der häufigen Fahrten zwischen diesen Gebieten kann die Genauigkeit der Zuordnung je nach ländlichem oder städtischem Status variieren, und die Aussagekraft von Analysen über ländliche und städtische Gebiete hinweg kann eingeschränkt sein. In einem Viertel der von mehreren Wasserversorgungsunternehmen versorgten Wohngebiete wiesen die Arsenkonzentrationsunterschiede zwischen den Wasserversorgungsunternehmen Unterschiede auf, die über der Gesamtstandardabweichung lagen. Dies verdeutlicht, dass benachbarte Wasserversorgungssysteme Wasser mit signifikant unterschiedlichen Schadstoffkonzentrationen verteilen können. Schätzungen auf ZCTA-Ebene führen im Vergleich zu Schätzungen für einzelne Trinkwasserversorgungsanlagen zu Messfehlern. Diese sind jedoch noch unzureichend quantifiziert und stellen einen wichtigen Bereich für weitere Forschung dar. Die Ergebnisse unterstreichen die dringende Notwendigkeit hochauflösender Shapefiles der öffentlichen Wasserversorgungsgebiete, um die Zuordnung von Schätzungen auf Ebene der Wasserversorgungsanlagen für die gesamten USA zu erleichtern. Diese Annahmen sollten in weiteren qualitativ hochwertigen Studien überprüft werden, um die Expositionsabschätzung und -zuordnung zu verbessern. Unseres Wissens hat keine der relevanten ECHO-Kohortenstudien Adressdaten von Orten der sekundären und tertiären Trinkwasserentnahme erfasst, die für genauere Expositionsabschätzungen genutzt werden könnten. Ein Vorteil unseres aktuellen Ansatzes ist, dass Schätzungen auf ZCTA-Ebene anhand von Wohnadressen verschiedener Kohorten leicht zugeordnet werden können. Darüber hinaus kann der Messfehler an den Extremen der Verteilung am größten sein; einige Labore haben möglicherweise Werte auf die nächste ganze Zahl gerundet, insbesondere wenn diese im oberen Bereich des quantifizierbaren Spektrums liegen.

Da nur 15 Bundesstaaten hochwertige Daten zu den Versorgungsgebieten öffentlicher Wasserversorgungssysteme veröffentlichen, verwendeten wir zwei unterschiedliche Ansätze zur Zuordnung von Wasserversorgungssystemen zu Postleitzahlgebieten (ZCTAs): (a) überlappende Shapefiles der Versorgungsgebiete für 15 Bundesstaaten und (b) Zuordnungen über die USPS-ZIP-Daten zu Orts- und Volkszählungsdaten. Obwohl wir beim Vergleich dieser beiden Methoden keine systematischen Unterschiede in den Schadstoffkonzentrationen feststellten, fehlten viele aktive Wasserversorgungssysteme in den Shapefiles der Versorgungsgebiete, konnten aber anhand der versorgten Stadt und des Namens des Wasserversorgungssystems den Postleitzahlgebieten zugeordnet werden. Dieser Ansatz könnte zu unterschiedlichen Messfehlern je nach Bundesstaat und damit je nach Schadstoffkonzentration geführt haben. Sensitivitätsanalysen könnten auf Teilnehmer beschränkt werden, die in Bundesstaaten mit veröffentlichten Shapefiles der Versorgungsgebiete leben, in denen primäre Wasserversorgungssysteme für Privathaushalte zugeordnet werden können; Mittelwerte auf Postleitzahlgebietsebene können weiterhin einbezogen werden, um sekundäre und tertiäre Quellen zu berücksichtigen. Es ist unklar, welcher der beiden Ansätze die tatsächlichen Schadstoffkonzentrationen auf Postleitzahlgebiets- oder individueller Ebene genauer schätzt. Derzeit ist die gesamte US-amerikanische Trinkwasserepidemiologie durch den Mangel an qualitativ hochwertigen, landesweiten Shapefiles der Verteilungsgrenzen öffentlicher Wasserversorgungssysteme eingeschränkt.37Darüber hinaus ist die Genauigkeit der veröffentlichten Shapefiles unklar und variiert wahrscheinlich je nach der für die Durchsetzung zuständigen Stelle.37Um die Bemühungen zum Austausch aller Bleiwasserleitungen in den USA zu unterstützen, verpflichten die überarbeiteten Vorschriften der USEPA zu Blei und Kupfer die öffentlichen Wasserversorgungsunternehmen nun dazu, bis Oktober 2024 ein Inventar des Leitungsmaterials zu erstellen und zu pflegen.71Ebenso würde die Verpflichtung öffentlicher Wasserversorgungsunternehmen, ihre Gebietsgrenzen zu erstellen, zu pflegen und öffentlich zugänglich zu machen, die epidemiologische Forschung und die Politikberatung im Bereich der öffentlichen Wasserversorgung in den USA erheblich voranbringen. Mit zunehmender Datenerhebung würden zukünftige epidemiologische Analysen von der Berücksichtigung der Unsicherheit bei den Schätzungen der Schadstoffkonzentrationen auf ZCTA-Ebene profitieren.

Obwohl wir Schätzwerte für die Blei- und Kupferkonzentration auf ZCTA-Ebene entwickelt haben, haben wir diese nicht in die vorliegende Studie einbezogen, da diese Schätzwerte möglicherweise keine angemessenen Schätzungen der CWS-Belastung darstellen, wenn sie entweder auf CWS- oder ZCTA-Ebene angewendet werden. Blei ist selten im Rohwasser vorhanden und gelangt stattdessen über Komponenten des Verteilungssystems (z. B. bleihaltige Lötstellen oder Rohrleitungen und Hausanschlussleitungen) ins Trinkwasser.72Unsere Schätzungen der Bleikonzentrationen basierten auf den gemäß der Blei- und Kupferverordnung gemeldeten Überwachungsdaten und stellten den 90. Perzentilwert der an den Wasserhähnen einer kleinen Stichprobe von Haushalten gemessenen Konzentrationen dar. Frühere Studien haben Unzulänglichkeiten und Verzerrungen in den Überwachungs- und Meldepflichten der Blei- und Kupferverordnung aufgezeigt, und es bestehen erhebliche Schwankungen der Bleikonzentrationen im Wasser innerhalb der Wasserverteilungssysteme und im Jahresverlauf.30, 72Zukünftige Studien sollten diese Schätzwerte der Bleikonzentration im 90. Perzentil in den ECHO-Kohorten gezielt evaluieren und feststellen, ob sie mit den Bleikonzentrationen im Blut (validiertes Maß für die interne Dosis) korrelieren, wenn sie auf Ebene des Wassersystems oder der ZCTA (Zone of Control and Task Area) ermittelt werden. Ebenso gibt es erhebliche Schwankungen bei den Konzentrationen von Desinfektionsnebenprodukten innerhalb von Wasserverteilungssystemen, die wahrscheinlich zahlreiche räumliche Probenahmen innerhalb eines Wasserversorgungssystems oder Modellierungsarbeiten erfordern, um den kontinuierlichen Abbau und die Neubildung von Desinfektionsnebenprodukten im Laufe der Zeit und im Raum zu erfassen.7Die Konzentrationen von Desinfektionsnebenprodukten werden durch die Art des Desinfektionsmittels, die Einwirkzeit, die Jahreszeit/Temperatur sowie das Vorkommen und die Art organischer Stoffe beeinflusst.59, 73Unsere Schätzungen der Gesamtkonzentrationen von Trihalomethanen und Halogenessigsäuren auf Basis des Wassersystems und der ZCTA-Ebene können Konzentrationsunterschiede innerhalb von Verteilungssystemen, die mit der Verweilzeit zusammenhängen, nicht berücksichtigen. Saisonale Schätzungen der Konzentrationen von Desinfektionsnebenprodukten erfassen akute Änderungen der Schadstoffkonzentrationen möglicherweise nicht ausreichend. Darüber hinaus stützten wir uns auf die zuletzt veröffentlichten Daten zur Einhaltung der Vorschriften aus dem Sechsjahresbericht 3 (2006–2011), der sich nicht mit allen pränatalen Zeiträumen der ECHO-Kohorte deckt. Die Schadstoffkonzentrationen können aktualisiert werden, sobald die USEPA den Sechsjahresbericht 4 (2012–2019) veröffentlicht. Während die meisten geogenen Schadstoffe als relativ zeitlich stabil gelten, sind Änderungen der Schadstoffkonzentrationen wahrscheinlicher bei Schadstoffen, die zeitlichen Schwankungen unterliegen oder von wesentlichen regulatorischen Änderungen betroffen sind (uns sind keine wesentlichen bundesstaatlichen regulatorischen Änderungen bekannt, die die Schadstoffkonzentrationen von 2011 bis 2019 reduzieren würden).

Trotz dieser Einschränkungen ermöglicht diese Arbeit die Untersuchung der Belastung durch bundesweit regulierte Schadstoffe im öffentlichen Trinkwasser innerhalb der ECHO-Kohorte und bietet die Möglichkeit, die Auswirkungen dieser Schadstoffe auf die Gesundheit von Säuglingen und Kindern zu bewerten. Wir schlagen vor, Schätzungen der Schadstoffbelastung im öffentlichen Trinkwasser regelmäßig in eine umfassende Bewertung der Umweltbelastungen in großen, vom National Institute of Health (NIH) geförderten Kohorten einzubeziehen. Modellierte Schätzungen von PM_2.5 Die Belastung mit anderen Luftschadstoffen wird routinemäßig für die Studienteilnehmer geschätzt, und die USEPA stützte sich in ihrem Entscheidungsvorschlag zur Überarbeitung der jährlichen PM-Grenzwerte auf epidemiologische Erkenntnisse, die auf diesen modellierten Belastungen beruhen._2.5 Standard ab 12.0 µg/m³ bis 9.0–10.0 µg/m³ [74, 75Obwohl die hier ermittelten Expositionsabschätzungen durch die oben genannten methodischen Verbesserungen optimiert werden können, liefern sie wichtige epidemiologische Erkenntnisse, insbesondere für Schadstoffe mit einem Grenzwert, einer Aktionsschwelle oder einem Auslösewert oberhalb des maximalen Zielwerts (z. B. Arsen, Uran, Blei und Desinfektionsnebenprodukte). Hochwertige, landesweite epidemiologische Studien zu Schadstoffbelastungen im Trinkwasser und deren Auswirkungen auf Geburt und Säuglingsgesundheit sind in großen, heterogenen US-amerikanischen Bevölkerungsgruppen erforderlich. Es bestehen weiterhin erhebliche Ungleichheiten in der Mütter- und Säuglingsgesundheit, und Ungleichheiten bei der Schadstoffbelastung des öffentlichen Trinkwassers könnten ein bisher unterschätzter und unmittelbar beeinflussbarer Faktor dieser Ungleichheiten sein.