Yesterday’s flame retardants in today’s bodies

Versions of this post appear in both English and Spanish languages below.


Although phased out about 15 years ago, toxic flame-retardant chemicals, called polybrominated diphenyl ethers (PBDEs), are still showing up in high levels among pregnant women and their fetuses in California, according to our study published on July 22, 2020, in Scientific Reports. In the largest study to date with matched PBDE measurements in both mothers and fetuses, we found that PBDE levels in the fetal liver were similar to or higher than PBDE concentrations measured in the mothers, which means the fetus may be more highly exposed to these dangerous neurotoxicants than previously thought. Moreover, our maternal and fetal tissue samples were collected during the second trimester, which is a critical time for fetal brain development.

PBDEs are highly persistent (meaning they don’t break down) flame-resistant chemicals that were used heavily in everyday household products like furniture (e.g., couch cushions) and children’s products (e.g., baby pajamas) for almost 30 years in the United States.

Pregnant women in California have some of the highest serum PBDE levels ever reported in the world, due to CA’s technical bulletin 117 (or TB-117), the historically strict flammability standard which drove the intense marketing and almost exclusive use of a specific commercial chemical “pentaBDE” mixture (containing BDE-47, -99, -100, and to a lesser extent, BDE-153 and -154) in California (as well as the United States and Canada) between the 1970s and mid-2000s.

TB-117 required the use of polyurethane foam in upholstered furniture and children’s products that was able to withstand an open flame for up to 12 seconds. Therefore, any couch cushion or crib mattress sold in California during that time was treated with the specific pentaBDE chemical cocktail. And because PBDEs are loosely bound to foam and other treated items, they can easily migrate from consumer products into household air and dust. That means we are exposed mainly by ingesting indoor dust, which surprisingly happens a lot (through hand-to-mouth contact). This is especially true for children, who spend more time crawling around on the floor and putting things in their mouths. We are also exposed through food such as meat and fish, since PBDEs can bioaccumulate up the food chain.

Scientists have also shown that communities of color and lower socioeconomic status (SES), such as low-income households, also may have higher PBDE exposures, possibly due to having more secondhand and/or deteriorating furniture.

These widespread and disproportionate exposures are of concern because PBDEs are biologically active endocrine disrupting compounds (or EDCS) that can interfere with endogenous hormone activity, immune system function, and fetal brain development. The total U.S. disease cost of EDCs has been estimated at $340 billion, with PBDEs cited as the leading driver of this burden, mainly due to their impacts on brain development. Indeed, a 2017 systematic review by PRHE researchers found sufficient evidence for a positive association between in utero PBDE exposures and the loss of human intelligence (i.e., reduced IQ) among U.S. children. Exposures during pregnancy have also been associated with fetal and maternal health complications such as preterm birth and preeclampsia. We also know that PBDEs cross the placenta, which can affect fetal brain development and contribute to pregnancy complications.

However, the extent of maternal vs. placental vs. fetal exposures during pregnancy remains unclear, and the epidemiologic literature on PBDEs and placenta-mediated maternal health complications (e.g., preeclampsia) is somewhat uncertain. We also don’t have a lot of information about the variation in maternal vs. fetal exposures for groups that may be more highly exposed, such as communities of color and those with lower socioeconomic status (SES).

Therefore, we measured PBDE levels in maternal, placental, and fetal tissues among a racially/ethnically diverse group of healthy pregnant women from Northern and Central California receiving elective terminations during their second trimester of pregnancy in the largest study with PBDE measurements in matched maternal-fetal tissues. What we found is that the four main pentaBDEs (BDE-47, -99, -100, and -153) were commonly detected in all three biomatrices, with similar to or higher levels in the fetal liver compared to maternal serum.

We also found suggestive evidence of racial/ethnic and geographic disparities in PBDE exposures; non-Hispanic Black women and women living in the Fresno/South Central Valley had higher PBDE levels in maternal and fetal tissues than other sociodemographic groups (Figures A and B). These findings should have implications for risk assessment in the United States, given the U.S. EPA’s mandate to protect susceptible and vulnerable subgroups from harmful chemical exposures.

Evidence such as this continues to demonstrate the need to protect those who are most susceptible or vulnerable to the effects of toxic chemical exposures, including pregnant women, children, and low-income communities of color who can be disproportionately burdened by multiple chemical and non-chemical stressors.

Figure Arace_blog

Figure B2020 07 22_Yesterday's flame retardants_figure 2


Los retardantes de fuego de ayer en los cuerpos de hoy

Aunque se terminaron de prohibir hace aproximadamente 15 años, las sustancias químicas tóxicas utilizadas como retardantes de fuego, llamadas éteres polibromodifenilos (PBDE), todavía se detectan en altos niveles en las embarazadas y sus fetos en California, según indica nuestro estudio publicado en la edición de julio de 2020 de Scientific Reports. En el estudio de mayor magnitud realizado hasta la fecha que presente mediciones de PBDE en pares de madres y fetos, observamos que los niveles de PBDE presentes en el hígado de los fetos fueron similares o mayores a las concentraciones medidas en sus madres, lo que significa que el feto podría estar más altamente expuesto a estas peligrosas sustancias neurotóxicas de lo que antes se pensaba. Además, nuestras muestras de tejidos fetales y maternales se tomaron durante el segundo trimestre, un período crítico para el desarrollo cerebral del feto.

Los PBDE son sustancias químicas resistentes al fuego muy persistentes (es decir, que no se descomponen) que se usaron de forma generalizada y masiva en productos hogareños cotidianos, como muebles (por ejemplo, en los cojines de sillones) y en productos para niños (por ejemplo, en pijamas para bebés) durante casi 30 años en los Estados Unidos.

Las embarazadas de California tienen algunos de los niveles más elevados de PBDE en suero sanguíneo que jamás se hayan publicado en el mundo, debido al Boletín Técnico 117 (o TB-117, según su abreviación en inglés), la norma de inflamabilidad históricamente estricta que impulsó el marketing intenso y el uso casi exclusivo de una mezcla química comercial específica, el “pentaBDE” (que contiene BDE-47, -99, -100 y, en menor medida, BDE-153 y -154) en California (así como en el resto de Estados Unidos y en Canadá) entre la década de 1970 y mediados de la década de los años 2000.

El TB-117 exigía que, en los muebles tapizados y en los productos infantiles, se usara una espuma de poliuretano que pudiera resistir una llama abierta por hasta 12 segundos. Por lo tanto, cualquier colchón de cuna o cojín de sillón vendido en California durante ese período fue tratado con ese cóctel químico de pentaBDE. Además, como los PBDE no se adhieren con mucha firmeza a la espuma y otros artículos tratados, pueden desprenderse y pasar fácilmente de los productos de consumo al aire y al polvo del hogar. Eso significa que estamos expuestos principalmente al ingerir el polvo presente en espacios de interior, algo que de hecho sucede con gran frecuencia (a través del contacto entre las manos y la boca). Se trata de algo especialmente cierto en el caso de los niños, que pasan más tiempo gateando por el suelo y metiéndose cosas en la boca. También nos vemos expuestos a través de alimentos como la carne y el pescado porque los PBDE pueden bioacumularse en la cadena alimentaria.

Los científicos también han demostrado que las comunidades de color y condición  socioeconómica (CSE) más baja, como los hogares de bajos ingresos, también pueden tener niveles más altos de exposición a los PBDE, tal vez por tener más muebles deteriorados y/o de segunda mano.

Esos niveles de exposición generalizados y desproporcionados son preocupantes porque los PBDE son compuestos químicos biológicamente activos que alteran el sistema endócrino, llamados disruptores endócrinos (EDC, por su sigla en inglés), que pueden interferir con la actividad hormonal endógena, el funcionamiento del sistema inmunológico y el desarrollo cerebral del feto. El costo total por enfermedad asociado a los disruptores endócrinos se calcula en $340 mil millones y se indica que los PBDE son la principal causa de ese costo debido al impacto que tienen en el desarrollo cerebral. De hecho, un análisis sistemático realizado por investigadores de PRHE en 2017 descubrió suficientes pruebas de una asociación positiva entre la exposición prenatal a PBDE y la pérdida de inteligencia humana (es decir, la reducción del coeficiente intelectual) en los niños estadounidenses. La exposición durante el embarazo también ha sido asociada a complicaciones de salud en madres y fetos, como el nacimiento prematuro y la preeclampsia. También sabemos que los PBDE traspasan la placenta y pueden así afectar el desarrollo cerebral del feto y contribuir a complicaciones en el embarazo.

Sin embargo, aún no queda claro en qué medida la exposición a PBDE de las embarazadas se relaciona con la exposición de la placenta ni esta última con la exposición del feto. Asimismo, también son un poco inciertas en sus conclusiones las publicaciones epidemiológicas sobre los PBDE y las complicaciones de salud en la embarazada asociadas con la placenta (por ejemplo, la preeclampsia). Tampoco tenemos mucha información sobre la variación de exposiciones maternas en relación con las exposiciones fetales en grupos que puedan estar más altamente expuestos, como las comunidades de color y las personas de condición socioeconómica (CSE) más baja.

Por lo tanto, medimos los niveles de PBDE presentes en los tejidos de las madres, las placentas y los fetos en un grupo racial y étnicamente diverso de embarazadas en buen estado de salud del norte y el centro de California que decidieron terminar su embarazo en el segundo trimestre, realizando así el estudio de mayor magnitud que midiera concentraciones de PBDE en pares de tejidos maternos y fetales. Lo que observamos es que los cuatro principales pentaBDE (BDE-47, -99, -100 y -153) se detectaron comúnmente en las tres biomatrices y que los niveles en el hígado fetal fueron similares o más elevados que en el suero sanguíneo de las madres.

También observamos pruebas de disparidades raciales/étnicas y geográficas con respecto a la exposición a PBDE. Se observó que las mujeres de raza negra no hispanas y las mujeres que viven en la zona de Fresno/Valle Central Sur tenían niveles de PBDE en los tejidos maternales y fetales más elevados que otros grupos sociodemográficos (Gráficos A y B). Estas conclusiones deberían tenerse en cuenta  en la evaluación de riesgos en los Estados Unidos, dado el mandato de la Agencia de Protección Ambiental federal de proteger a los subgrupos susceptibles y vulnerables con respecto a las exposiciones químicas nocivas.

Pruebas como esta siguen demostrando la necesidad de proteger a quienes son más susceptibles o vulnerables a los efectos de las exposiciones químicas tóxicas, como las embarazadas, los niños y las comunidades de color de bajos ingresos, que pueden verse afectadas por múltiples factores de estrés, tanto químicos como no químicos.

Gráfico A
2020 07 22_Yesterday's flame retardants_figure 1 Spanish

Gráfico B
2020 07 22_Yesterday's flame retardants_figure 2


About the author

juliaJulia Varshavsky, MPH, PhD was a postdoctoral scholar in environmental epidemiology and biostatistics from 2017–2020 at PRHE, where she conducted population-level studies on exposure and health risks associated with endocrine-disrupting chemicals (EDCs), including polybrominated diphenyl ethers (PBDEs), per- and poly-fluorinated alkyl substances (PFAS), and organophosphate flame retardants (OPFRs). Her recent work highlights maternal-fetal exposure to PBDEs, PFASs, and OPFRs during mid-gestation in relation to biomarkers of placental development and disease that are associated with maternal and fetal health complications. Julia earned her MPH and PhD in environmental health sciences at the University of California, Berkeley, School of Public Health. Her dissertation research focused on developing and applying a biologically based method for assessing cumulative phthalates exposure disparities and intervention opportunities among susceptible and vulnerable subgroups. Prior to graduate school, Julia worked for five years as the national reproductive health working group coordinator for the Collaborative on Health and the Environment. Julia can be reached at julia.varshavsky@gmail.com.

Julia Varshavsky, MPH, PhD fue investigadora académica de pos grado en epidemiología ambiental y bioestadística del año 2017 al año 2020 en el Programa de Salud Reproductiva y Medio Ambiente (PRHE), donde realizó estudios a nivel de población sobre la exposición a disruptores endócrinos (EDC, por su sigla en inglés), incluidos los éteres polibromodifenilos (PBDE), las sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas (PFAS) y los retardantes de fuego organofosforados (OPFR). Sus trabajos recientes destacan la exposición maternofetal a PBDE, PFAS y OPFR a mediados de la gestación en relación a los biomarcadores de desarrollo y enfermedad de la placenta asociados a complicaciones de salud en la madre y el feto. Julia obtuvo su Maestría en Salud Pública y su Doctorado en Ciencias de la Salud Ambiental en la Facultad de Salud Pública de la Universidad de California, Berkeley. Su investigación doctoral se concentró en el desarrollo y la aplicación de métodos de bases biológicas para evaluar las disparidades en la exposición cumulativa a los ftalatos y las oportunidades de intervención en subgrupos susceptibles y vulnerables. Antes de cursar sus estudios de posgrado, Julia trabajó durante cinco años para Collaborative on Health and the Environment en calidad de coordinadora nacional del grupo de trabajo sobre salud reproductiva. Puede comunicarse con Julia escribiendo a julia.varshavsky@gmail.com.