Senses: Chemi mical Toxicity to the Special Vision, - PDF document

3/11/16 ¡ ¡Senses: ¡ ¡ Chemi mical ¡ ¡Toxicity ¡ ¡to ¡ ¡the ¡ ¡Special ¡ Vision, ¡ ¡Hearing, ¡ ¡Taste, ¡ ¡and ¡ ¡Sme mell Jonathan ¡S. ¡Rutchik, ¡MD, ¡MPH ¡ Associate ¡Professor, ¡Department ¡of ¡Medicine ¡ Occupa=onal ¡Medicine, ¡UCSF ¡ Neurology, ¡Environmental ¡and ¡Occupa=onal ¡Medicine ¡Associates ¡ Mill ¡Valley, ¡CA ¡ Introduc=on • 50% ¡of ¡neurotoxic ¡chemicals ¡may ¡affect ¡some ¡aspect ¡of ¡ SENSORY ¡SYSTEM . ¡ • Most ¡sensi=ve ¡to ¡exposure ¡related ¡toxicity ¡ • First ¡reported ¡following ¡exposure. ¡ • Exist ¡in ¡the ¡absence ¡of ¡other ¡organ ¡toxicity ¡ • Visual ¡symptoms ¡are ¡the ¡most ¡frequently ¡reported. ¡ • Altera=on ¡in ¡structure ¡and ¡func=on ¡of ¡the ¡eye ¡are ¡oHen ¡the ¡criteria ¡u=lized ¡for ¡ seJng ¡permissible ¡exposure ¡limits ¡for ¡chemicals ¡in ¡the ¡USA ¡ • Visual ¡processing ¡of ¡informa=on ¡can ¡have ¡immediate, ¡long ¡term, ¡delayed ¡ effects ¡on ¡mental, ¡social ¡and ¡physical ¡health ¡and ¡performance ¡ • Auditory ¡and ¡visual ¡impairments ¡can ¡lead ¡to ¡occupa=onal ¡injuries. ¡ 3/10/16 ¡ www.neoma.com ¡ 2 ¡ 1 ¡

3/11/16 ¡ Overview • Neuro-­‑Ophthalmological ¡Dysfunc=ons ¡(Toxicology ¡of ¡the ¡Visual ¡System) ¡ • Ototoxicity ¡(Toxicology ¡of ¡the ¡Auditory ¡System) ¡ • Gustatory ¡Dysfunc=ons ¡(Toxicology ¡of ¡the ¡Sensory ¡System ¡of ¡Taste) ¡ • Olfactory ¡Dysfunc=on ¡(Toxicology ¡of ¡Sensory ¡System ¡of ¡Smell) ¡ 3/10/16 ¡ www.neoma.com ¡ 3 ¡ Occupa=onal ¡Exposures • Greater ¡than ¡80,000 ¡industrial ¡chemicals ¡in ¡use ¡today. ¡ • Approx. ¡3,000 ¡chemicals ¡known ¡toxic ¡to ¡the ¡eye/visual ¡system. ¡ ¡ • Routes ¡of ¡exposure ¡can ¡vary ¡depending ¡on ¡chemical ¡form ¡(i.e., ¡fumes, ¡ liquids, ¡solids). ¡ • Inhala=on ¡(e.g., ¡fumes, ¡gases) ¡– ¡Primary ¡route ¡of ¡occupa=onal ¡exposures ¡ • Inges=on ¡(e.g., ¡liquids, ¡dust) ¡ ¡ • Absorp=on ¡(e.g., ¡solvents) ¡ ¡ • Onset ¡of ¡illness ¡can ¡be ¡either ¡by ¡ACUTE ¡or ¡CHRONIC ¡exposures ¡ • Chronic ¡exposures ¡are ¡the ¡most ¡widely ¡studied. ¡ 3/10/16 ¡ www.neoma.com ¡ 4 ¡ 2 ¡

3/11/16 ¡ Visual ¡System ¡ ¡Anatomy • Peripheral ¡ ¡ • External ¡Layers ¡of ¡the ¡Re=na ¡ • Color ¡Vision ¡(cones) ¡ • Night ¡vision ¡(rods) ¡ • Central ¡ • Internal ¡layers ¡of ¡the ¡re=na ¡ • Op=c ¡Nerve ¡ • Visual ¡Pathways ¡ • Visual ¡Cortex ¡ 3/10/16 ¡ www.neoma.com ¡ 5 ¡ Visual ¡System ¡Dysfunc=on • Peripheral ¡Visual ¡System ¡ • Re=nal ¡pigmented ¡epithelium ¡(RPE) ¡ ¡ • photoreceptors ¡have ¡highest ¡O2 ¡consump=on ¡of ¡any ¡=ssue ¡in ¡the ¡human ¡ body ¡ • 75% ¡of ¡the ¡re=nal ¡mitochondria ¡in ¡this ¡area ¡(vulnerable ¡to ¡toxicity) ¡ • High ¡body ¡affinity ¡to ¡bind ¡PAH ¡and ¡metals ¡including ¡Pb, ¡Hg ¡ • Central ¡Visual ¡System ¡Pathways ¡ • Op=c ¡nerve ¡and ¡Visual ¡cortex ¡ ¡ • increased ¡basal ¡oxygen ¡consump=on ¡increases ¡with ¡visual ¡ s=muli ¡ ¡ 3/10/16 ¡ www.neoma.com ¡ 6 ¡ 3 ¡

3/11/16 ¡ Visual ¡System ¡Tes=ng • Color ¡Vision ¡Tes=ng ¡ • Contrast ¡Sensi=vity ¡Tes=ng ¡ (dyschromotopsia) ¡ (nonspecific ¡threshold ¡tes=ng) ¡ • Electrore=nogram ¡ ¡ • Cri=cal ¡Flicker ¡Fusion ¡ ¡ (inner ¡and ¡outer ¡layers) ¡ ¡(non ¡specific) ¡ • Visual ¡Field ¡Tes=ng ¡ ¡ • VISUAL ¡SEARCH ¡PERFORMANCE ¡ (Op=c ¡nerve ¡dysfunc=on) ¡ • Visual ¡Evoked ¡Poten=al ¡Tes=ng ¡ • Oculomotor ¡Tes=ng ¡ ¡ (central ¡pathway ¡dysfunc=on) ¡ (Cranial ¡nerve ¡dysfunc=on) ¡ ¡ 3/10/16 ¡ www.neoma.com ¡ 7 ¡ Vision ¡Tes=ng ¡Methods ¡ • Color ¡Vision ¡Tes=ng ¡ • Farnsworth-­‑Munsell ¡100 ¡(FM-­‑100) ¡Hue ¡Color ¡Vision ¡Test ¡ • Lanthony ¡Desaturated ¡D15 ¡(LD15), ¡or ¡D15d ¡most ¡u=lized. ¡ • Visual ¡Evoked ¡Poten=al ¡(VEP) ¡ • Ini=ated ¡by ¡brief ¡visual ¡s=muli, ¡recorded ¡by ¡EEG ¡signals. ¡ • Measures ¡func=onal ¡integrity ¡of ¡the ¡visual ¡pathways ¡from ¡re=na ¡via ¡the ¡op=c ¡ nerves ¡to ¡the ¡visual ¡cortex ¡of ¡the ¡brain. ¡ ¡ 3/10/16 ¡ www.neoma.com ¡ 8 ¡ 4 ¡

3/11/16 ¡ Kollner’s ¡Rule ¡and ¡Dyschromatopsia • Dysfunc=on ¡can ¡be ¡localized ¡by ¡the ¡type ¡of ¡vision ¡loss: ¡ • Toxicity ¡to ¡peripheral ¡system ¡(Re=na) ¡leads ¡to ¡Blue-­‑Yellow ¡(BY) ¡deficits ¡ • Toxicity ¡to ¡central ¡pathways ¡leads ¡to ¡Red-­‑Green ¡(RG) ¡deficits ¡ • Type ¡III: ¡External ¡re=nal ¡layers: ¡BY ¡loss; ¡RARE ¡INHERITED, ¡ALTITUDE? ¡ • normal ¡to ¡moderate ¡acuity ¡loss. ¡ ¡TRITAN ¡ • Type ¡II: ¡Internal ¡re=nal ¡layers: ¡RG ¡and ¡BY ¡loss ¡; ¡ ¡ • moderate ¡to ¡severe ¡acuity ¡loss. ¡ ¡DEUTAN ¡ • Type ¡I: ¡ ¡Internal ¡re=nal ¡layers: ¡RG ¡loss: ¡ • moderate ¡acuity ¡loss. ¡PROTAN ¡ 3/10/16 ¡ www.neoma.com ¡ 9 ¡ Toxins ¡ To ¡Associated ¡ ¡with ¡ ¡Vision ¡ ¡Loss ¡ ¡ Occupa=onal ¡Exposure ¡to ¡Styr Styrene ne ¡ Industrial ¡solvent ¡in ¡the ¡manufacturing ¡of ¡plas=cs; ¡associated ¡with ¡ altera=ons ¡in ¡color ¡vision ¡(Type ¡III ¡blue-­‑yellow) ¡in ¡workers ¡exposed ¡to ¡ concentra=ons ¡between ¡4-­‑70 ¡ppm ¡for ¡5-­‑17 ¡years ¡(Fox ¡2015). ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ 3/10/16 ¡ www.neoma.com ¡ 10 ¡ 5 ¡

3/11/16 ¡ Toxins Associated With Vision Loss Occupational Exposure to Perchloroethylene and Trichloroethylene 33 ¡dry ¡cleaners ¡(mean ¡age ¡31) ¡exposed ¡to ¡occupa=onal ¡levels ¡of ¡TCE ¡ ¡ Results ¡showed ¡significantly ¡lower ¡contrast ¡sensi=vity ¡(p ¡<0.05) ¡and ¡poorer ¡ color ¡discrimina=on ¡(BY) ¡when ¡compared ¡to ¡controls ¡(n ¡= ¡35). ¡ ¡ ¡ High ¡level ¡deficits ¡in ¡percep=on ¡of ¡global ¡form ¡and ¡mo=on ¡were ¡also ¡ recorded ¡(p ¡<0.0001). ¡ ¡ ¡ ¡ 3/10/16 ¡ www.neoma.com ¡ 11 ¡ Toxins ¡Associated ¡With ¡Vision ¡Loss ¡ Occupa=onal ¡Exposure ¡to ¡Ca Carbon on ¡d ¡disulfid fide Vast ¡industrial ¡uses ¡(e.g., ¡clothing, ¡industrial ¡solvent, ¡pes=cides) ¡ ¡ Known ¡for ¡neurological ¡and ¡vascular ¡dysfunc=on: ¡re=nal ¡altera=ons ¡ (e.g., ¡retrobulbar ¡neuri=s, ¡pre-­‑senile ¡arteriosclero=c ¡changes ¡in ¡the ¡ fundus, ¡microaneurysms ¡and ¡small ¡hemorrhages, ¡delayed ¡papillary ¡ filling, ¡and ¡irregulari=es ¡in ¡the ¡caliber ¡of ¡re=nal ¡arterioles ¡and ¡veins). ¡ ¡ Clinical ¡studies ¡describe ¡severe ¡loss ¡of ¡central ¡vision ¡(central ¡scotoma), ¡ decreased ¡sensi=vity ¡in ¡peripheral ¡visual ¡fields ¡(rod ¡scotoma), ¡op=c ¡ atrophy, ¡blurred ¡vision, ¡impaired ¡color ¡vision ¡(BY), ¡and ¡papillary ¡ changes. ¡ ¡ 3/10/16 ¡ www.neoma.com ¡ 12 ¡ ¡ 6 ¡