Population-based studies on mental health and the exposome

Abstract

The exposome refers to all exposures of an individual in a lifetime and how they are related to our health. It includes the external exposome (environmental exposures), the personal exposome (lifestyle factors) and the internal exposome (biological responses). It has already been shown that both environment and lifestyle factors affect cardiovascular and respiratory health but research on mental health is still a growing field. Air pollution and green space are two important exposures contributing to the external exposome. Although work has been done towards cleaner technology and awareness raising, current air pollution concentrations are still too high according to WHO guidelines and due to population growth and urbanisation we have less and less access to green space in our surroundings. With respect to the personal exposome, common unhealthy habits like sedentary behaviour, smoking, alcohol abuse, unhealthy dietary pattern, and obesity cause the lifestyle of adults often not to comply with the guidelines set by health organisations. An unhealthy lifestyle but also exposure to air pollution and lack of exposure to green space can be associated with multiple non-communicable diseases. Therefore, it is important to explore whether mental health is affected by these factors and through which underlying biological mechanisms. Within this doctoral project we evaluated lifestyle, green space and air pollution exposure in association with different mental health dimensions, as well as the link with two biomarkers of ageing (telomere length (TL) and mitochondrial DNA content (mtDNAc)). These biomarkers can give an indication of early biological effects and their involvement in cellular senescence makes them ideal to evaluate ageing in different stages of life. The work for this thesis was performed within two study populations to comply with the lifetime aspect of the exposome. On the one hand we evaluated mental health in association with air pollution, lifestyle and the biomarkers of ageing in an adult or a 15yrs+ population, as part of the HuBiHIS (Human Biomonitoring as an Added Value of the Health Interview Survey) project. On the other hand we studied both biomarkers in association with air pollution and mtDNAc in association with green space in children between 9 and 12 years old, as part of the Cognac (COGNition and Air pollution in Children) panel study. In part 1 (four chapters) the focus lies on the adult/15yrs+ population. Chapter 1 presents the study design of a biomonitoring study added to the Belgian Health Interview Survey. In chapter 2 we evaluated the association between air pollution and mental health. Lifestyle is discussed in chapter 3 where we assessed the association with mental health, TL and mtDNAc. In the fourth chapter the two biomarkers were associated with air pollution. Part two consists of two chapters with regard to the child population. In chapter 5 the association between air pollution and the two biomarkers is examined and in chapter 6 the association between green space and mitochondrial DNA content. Table 1 provides an overview of each chapter. In summary, we found for adults an inverse association between air pollution and mental health and showed that part of the association was explained by a change in physical activity. Also, living a healthier lifestyle was positively associated with mental health and the biomarkers of ageing whereas chronic exposure to air pollution was negatively associated with mtDNAc. In children, we showed an inverse association between air pollution and both TL and mtDNAc and a positive association between green space and mtDNAc. This doctoral project contributes to recent evidence that exposure to air pollution, even below the European Union standards, and an unhealthy lifestyle could be detrimental for mental health. Our findings with regard to the biomarkers contribute to an understanding of how lifestyle and environmental exposures may affect biological ageing, from an early age onwards. By contributing to the literature on these associations we further highlight the relevance of environmental health and stimulate the government and individuals to make certain changes in environmental and lifestyle choices. By showing that these exposures are also linked with biological ageing, our findings suggest that these changes might yield positive effects later in life. Making changes now might therefore reduce the burden of disease not only in this moment but also in the future.

Het exposoom refereert naar alle blootstellingen van een individu tijdens het leven en hoe dit gelinkt is met onze gezondheid. Het bevat het externe exposoom (milieublootstellingen), het persoonlijk exposoom (levensstijlfactoren) en het interne exposoom (biologische reacties). Er werd reeds aangetoond dat zowel omgeving als levensstijl een impact kan hebben op de cardiovasculaire en respiratoire gezondheid maar onderzoek naar geestelijke gezondheid is nog steeds in volle groei. Luchtvervuiling en groene ruimte zijn twee belangrijke blootstellingen die bijdragen aan het externe exposoom. Hoewel er gewerkt wordt aan schonere technologie en sensibilisering, zijn de luchtvervuilingsconcentraties volgens de WHO richtlijnen nog steeds te hoog en door de bevolkingsgroei en urbanisatie hebben we steeds minder toegang tot groen in onze omgeving. Met betrekking tot het persoonlijk exposoom zorgen veelvoorkomende ongezonde gewoonten zoals sedentair gedrag, roken, alcoholmisbruik, een ongezond voedingspatroon en obesitas ervoor dat de levensstijl van volwassenen vaak niet voldoet aan de richtlijnen van gezondheidsorganisaties. Een ongezonde levensstijl, maar ook blootstelling aan luchtvervuiling en gebrek aan groen kunnen geassocieerd worden met verschillende niet-overdraagbare ziekten. Daarom is het belangrijk om te onderzoeken of de geestelijke gezondheid door deze factoren wordt beïnvloed en via welke onderliggende biologische mechanismen dit gebeurt. Binnen dit doctoraatsproject evalueerden we levensstijl en blootstelling aan groene ruimte en luchtvervuiling in associatie met verschillende dimensies van geestelijke gezondheid, alsook de link met twee biomerkers van veroudering (telomeerlengte (TL) en mitochondriaal DNA inhoud (mtDNAc)). Deze biomerkers kunnen een indicatie geven van vroege biologische effecten en hun betrokkenheid bij cellulaire veroudering maakt ze ideaal om veroudering in verschillende levensfasen te evalueren. Het werk voor dit proefschrift is uitgevoerd binnen twee onderzoekspopulaties om te voldoen aan het levensduuraspect van het exposoom. Enerzijds evalueerden we geestelijke gezondheid in associatie met luchtvervuiling, levensstijl en de biomerkers van veroudering bij een volwassen of 15+ populatie, als onderdeel van het HuBiHIS-project (Human Biomonitoring as an Added Value of the Health Interview Survey). Aan de andere kant hebben we beide biomerkers in associatie met luchtvervuiling en mtDNAc in associatie met groene ruimte bestudeerd bij kinderen tussen 9 en 12 jaar oud, als onderdeel van de Cognac (COGNition and Air Pollution in Children) panelstudie. In deel 1 (vier hoofdstukken) ligt de focus op de volwassen/15+ populatie. Hoofdstuk 1 geeft de onderzoeksopzet weer van een biomonitoringstudie toegevoegd aan de Belgische Gezondheidsenquête. In hoofdstuk 2 onderzochten we de associatie tussen luchtvervuiling en geestelijke gezondheid. In hoofdstuk 3 komt levensstijl aan bod waar we de link legden met geestelijke gezondheid, en TL en mtDNAc. In het vierde hoofdstuk werden de twee biomerkers geassocieerd met luchtvervuiling. Deel 2 bevat twee hoofdstukken over de kinderpopulatie. In hoofdstuk 5 wordt de associatie bekeken tussen luchtvervuiling en de twee biomerkers en in hoofdstuk 6 de associatie tussen groene ruimte en mtDNAc. Tabel 1 geeft een overzicht weer van elk hoofdstuk. Samengevat vonden we voor volwassenen een omgekeerde associatie tussen luchtvervuiling en geestelijke gezondheid en toonden we aan dat dit deels verklaard werd door een verandering in fysieke activiteit. Ook was een gezonde levensstijl positief geassocieerd met geestelijke gezondheid en de biomerkers van veroudering, terwijl chronische blootstelling aan luchtvervuiling negatief geassocieerd was met mtDNAc. Bij kinderen lieten we een negatieve associatie zien tussen luchtvervuiling en zowel TL als mtDNAc en een positieve associatie tussen groen en mtDNAc. Dit doctoraatsproject versterkt de recente literatuur over hoe blootstelling aan luchtvervuiling, ook onder de grenswaarden vooropgesteld door de Europese Unie, en een ongezonde levensstijl nadelig kunnen zijn voor de geestelijke gezondheid. Onze bevindingen met betrekking op de biomerkers dragen bij tot de kennis over hoe levensstijl en milieublootstelling een invloed kunnen hebben op biologische veroudering, al van jongs af aan. Door met deze resultaten bij te dragen aan de literatuur benadrukken we de relevantie van milieu en gezondheid en stimuleren we de overheid en individuen om bepaalde veranderingen te maken in milieu- en levensstijlkeuzes. Door aan te tonen dat deze blootstellingen ook gelinkt kunnen worden met biologische veroudering, suggereren onze bevindingen dat deze veranderingen op latere leeftijd positieve effecten kunnen hebben. Door nu veranderingen door te voeren, daalt de ziektelast dus niet alleen op dit moment maar ook in de toekomst.