PRAKTICKÁ VÝUKA PŘÍRODOVĚDNÝCH PŘEDMĚTŮ NA ZŠ A SŠ CZ.1.07/1.1.30/02.0024 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
BIOLOGICKÉ JEDY VE VODÁCH Mgr. Pavla Babková
BIOLOGICKÉ JEDY VE VODÁCH
1
ÚVOD Zaměříme-li se na znečišťovatele vod, zjistíme, že největším viníkem je člověk. Má bezesporu největší vliv na kvalitu životního prostředí, ve kterém žije. Na jedné straně stojí pokrok a na straně druhé dopady na životní prostředí. V této přednášce se zaměřím na jedy produkované organismy přírodě vlastní, a to sinicemi. A jedy zcela odlišné, produkované čistě jen člověkem, a to produkty farmaceutického průmyslu, tedy léčiva. 2
SINICE Sinice jsou jednoduché autotrofní prokaryotické organismy. Samotné buňky jsou velmi drobné, většina buněk má velikost 1 až 10 mikrometrů. Tvoří často kolonie, známe také vláknité typy sinic. Dále mohou být sinice tvořeny pouze jednotlivými buňkami. Evolučně jsou sinice nesmírně staré. Podle fosilních nálezů měly sinice na Zemi významný podíl na vytvoření kyslíkaté atmosféry. Vyskytly se již v prekambriu před 3-2,5 miliardami let. Sinice však představují slepou vývojovou větev. Sinice mají latinské označení cyanobakterie. Název pochází z řeckého termínu cyanos = modrý. Český název sinice pochází z termínu “sinný” = modrý. 2.1 Kde sinice najdeme? Sinice, neboli cyanobakterie jsou schopny přežívat v nejrůznějších podmínkách. Nalezneme je jak v čistém horském prostředí, tak v zamořených odpadních, také i radioaktivních vodách. Výjimkou není ani výskyt v horkých vřídlech, tak i na Antarktidě, ve sladkovodním i mořském planktonu. Jsou schopné symbiotického soužití s lišejníky. Žijí téměř všude, typické je pro ně obývání všech extrémních biotopů, snad kromě extrémně kyselých lokalit. 2.2 Sinice a jejich toxiny Sinice často produkují celou řadu toxických látek, které ohrožují zdraví lidí i zvířat. Této problematice se již dlouhou dobu věnují výzkumné týmy z celého světa. Tzv. cyanotoxiny, což jsou jedovaté látky produkované sinicemi, mohou způsobovat různé alergické projevy, ekzémy, vyrážky, zarudnutí očí, střevní a žaludeční potíže. Při dlouhodobém pití zamořené vody mohou vážně poškodit játra. Působí toxicky na nervové buňky. Studie také prokázaly, že mohou spouštět rakovinné bujení. Při koupání člověk často nechtěně vypije malé množství vody (100-200 ml) a v ní přítomné sinice (tedy i toxiny, které obsahují). Nebezpečí se zvyšuje u dětí, které vody při vodních radovánkách vypijí zpravidla více a jejich tělesná hmotnost je menší než u dospělého člověka. V našich podmínkách hrozí nejčastěji různá podráždění kůže a alergické reakce, avšak v žádném případě nedojde k poškození jater nebo ke vzniku rakoviny. Pokud člověk nevypije najednou velké množství
2
BIOLOGICKÉ JEDY VE VODÁCH vody se sinicemi, nebo nepije tuto vodu opakovaně, nehrozí mu velké nebezpečí. To hrozí v zemích, kde jsou lidé odkázáni na jediný zdroj pitné vody, a kde dochází k masovému rozvoji vodních květů sinic. V našich nádržích jsou nejčastějším druhem sinic sinice z rodu Microcystis a Anabaena. Jako příklad několik druhů: Převažující druhy sinic Microcystis aeruginosa Microcystis ichthyoblabe Microcystis sp. Pseudanabaena sp. Woronichinia naegeliana Podružné druhy Anabaena circinalis Anabaena lemmermanii Anabaena cf. smithii Aphanizomenon flos aquae
Obr. 1
Sinice rodu Anabaena. (www.glerl.noaa.gov/seagrant/GLWL/Algae/Attachedfilaments.html)
2.3
Od struktury cyanotoxinů k jejich toxicitě Za nejvýznamnější producenty toxinů (cyantoxinů) z hlediska možných zdravotních rizik jsou považovány microcystiny. Po chemické stránce jsou microcystiny cyklické heptapeptidy, známo je přes 70 strukturních variant microcystinů. Mikricystiny mají písmenkové označení. Dvoupísmenový kód v názvu říká, jaké aminokyseliny se v molekule
3
BIOLOGICKÉ JEDY VE VODÁCH nacházejí v poloze 2 a 4. Na obr. 2, červené šipky ukazují polohu, kde je vázána daná aminokyselina. V tabulce č.1 jsou mikrocystiny rozděleny podle druhu aminokyselin. Microcystiny – LR, – YR, – RR jsou pravděpodobně nejčastěji nalézanými microcystiny v přírodě.
Obr. 2 Tabulka 1
Název Název tabulky Cyanotoxiny
Aminokyselina
Microcystin-LR
poloha X Lucin
poloha Y Arginin
Microcystin-RA
Lucin
Alanin
Microcystin-YR Microcystin-RR
Tryptophan Arginin
Arginin Arginin
Koncem 90. Let byla vědeckými týmy Světové zdravotnické organizace (WHO) odvozena hodnota maximálního denního tolerovaného příjmu (TDI) pro strukturní variantu microcystinu – LR. Co je to Maximální tolerovaný denní příjem (TDI - anglicky „Tolerable Daily Intake“). Je to odhad množství chemické látky (mikrocystinu), které jsme vystaveni z kontaminace životního prostředí a které, když se nachází v pitné vodě, může být vypito a snědeno denně během celého života, aniž by představovalo výrazné riziko pro zdraví. Pro microcystin – LR to je 0,04 ug/kg živé váhy na den. S pomocí hodnoty TDI byl odvozen limit pro maximální koncentraci microcystinu –LR v pitné vodě, a to 1 µg/l. Tento doporučený
4
BIOLOGICKÉ JEDY VE VODÁCH limit byl implementován do legislativy a hygienických směrnic mnoha států. V České republice se hygienický limit pro microcystin –LR stal součástí vyhlášky Ministerstva zdravotnictví (č. 252/2004 Sb.). Další pojem, s kterým se seznámíme je letální dávka LD50 nebo LD50. Tento pojem z toxikologie označuje množství látky podané testovaným jedincům, které způsobí uhynutí poloviny (tedy 50% - proto LD50) testovaných živočichů do 24 hodin od podání látky. Udává se v mg/kg nebo v µg/kg živé váhy. Vraťme se nyní k toxinům produkovaným sinicemi a to konkrétně mikrocystinům. Tabulka 2
Název tabulky Cyanotoxiny
LD50 [µ µg/kg živ. váhy]
Microcystin-LR
25-50
Microcystin-LA Microcystin-YR
50-90 70-100
Microcystin-RR
200-800
Z tabulky 2 vidíme, že nejtoxičtější je Microcystin-LR. Proto je mu také věnována taková pozornost. Přepočteme li tuto hodnotu na dospělého člověka, který váží 70kg, zjistíme, že cca 350g tohoto cytotoxinu je smrtelná dávka. Člověku nehrozí v podstatě žádné nebezpečí, takové množství biomasy vodního květu sinic, obsahující zmíněný Microcystin-LR, nemůžeme zkonzumovat ani za celý lidský život. Ale přesto, tuto čistou vyextrahovanou látku, vede v patrnosti Ústav pro jadernou bezpečnost České republiky a pečlivě hlídá zacházení s ní. Zejména jde o nákup standardů a manipulace s nimi v laboratorních podmínkách. 2.4
Srovnání toxicity přírodních jedů Jen pro zajímavost, pokud srovnáme některé velmi jedovaté látky v přírodě, zjistíme, že sinice stojí hned na druhém místě. Nejtoxičtější jsou bakterie, dále pak sinice, hned v závěsu houby a naposled vyšší rostliny. Jak si stojí sinice v žebříčku toxicity, je patrné také v tabulce 3. Tabulka 3
Název tabulky Skupina
bakterie – „klobásový jed“
Toxin
LD50 µg/kg při inj. i. p. myš
botulin
0,000 03
5
BIOLOGICKÉ JEDY VE VODÁCH sinice rostlina – „šípový jed“
microcystin LR
25-50
kurare
500
2.5
Za vším je člověk aneb příliš výživná voda Je mnoho příčin, díky kterým jsou sinice přemnoženy. Jednou z hlavních příčin je nadměrné množství živin ve vodě. Většina stojatých vod obsahuje velké množství živin, v takovém případě říkáme, že je voda eutrofizována. Je to právě fosfor, který zapříčiňuje masový nárůst vodního květu sinic. Fosfor přitékající do vodních nádrží z nedostatečně vyčištěné komunální odpadní vody, pochází zejména z exkrementů a také z pracích, mycích a čisticích prostředků (takzvaných detergentů). Některé starší čistírny odpadních vod nejsou schopny fosfor z odpadních vod odstranit. Takto jen částečně vyčištěná odpadní voda je pak doslova rájem pro naše sinice. Teplota je dalším důležitým faktorem ovlivňujícím množství sinic. Také světlo hraje důležitou roli v životě sinic. Obecně lze říci, že sinice preferují vyšší teploty a hodně světla. Nejčastěji se proto sinice přemnožují v létě, kdy jsou teplota vody a intenzita slunečních paprsků nejvyšší. Na vodní květ sinic má vliv i spousta jiných faktorů, například také množství zooplanktonu a osídlení býložravými druhy ryb může být klíčové. V boji proti vodnímu květu musíme přistupovat s ohledem na danou lokalitu, počítat s mnoha faktory a jejich vzájemnou provázaností. Boj se sinicemi je běh na dlouhou trať, přesto existují způsoby, jak jejich přemnožení alespoň částečně zabránit. Jeden z možných způsobů, jak zabránit rozvoji sinic, je vysazování vodních rostlin a snížení počtu býložravých ryb, výměnou za ryby dravé. Další možností boje proti sinicím jsou speciální viry, které napadají pouze sinice. Jejich působení a účinky nejsou ještě zcela prozkoumané a není jisté, zda by virus z jedné přehrady účinkoval i v přehradě druhé. Přesto je to jedna z velmi perspektivních cest, která nezatíží životní prostředí. Koupaliště, bazény a menší nádrže, lze ošetřit přípravkem, který sinice dokáže zahubit, ale přesto se jeho použití příliš nedoporučuje. Je to sice jeden z nejsnadnějších způsobů, nicméně představuje chemickou zátěž pro životní prostředí. 3
LÉČIVA VE VODÁCH Jedním z významných znečišťovatelů životního prostředí je farmaceutický průmysl. Výroba léčiv je cíleně vyvíjena tak, aby co nejnižší terapeutické dávky vykazovaly co nejvyšší specifický účinek. To znamená, že v jedné malé tabletě je obrovská koncentrace léčivé složky. Léky jsou součástí každé domácnosti, někdo je využívá více, někdo méně, ale každý je má doma. Co se děje s léky, které spolkneme? A co s léky, které vyhodíme, spláchneme do záchodu, zkrátka s léky, které se našim nesprávným zacházením dostanou do přírody? Léčiva se v našem těle jen částečně rozkládají a štěpí a v takto jen málo změněné podobě putují do
6
BIOLOGICKÉ JEDY VE VODÁCH životního prostředí. Tam mají vliv na živé organismy. Většina znečišťujících léčiv pochází z nezmetabolizovaných léku z těla lidí, a z vyhozených nepoužitých léků. Tyto látky se dostávají odpadními vodami přes čističky odpadních vod do řek, podzemních vod a dalších vodních zdrojů. V menší míře může v některých lokalitách dojít ke znečištění z úniků při výrobě léků. Kromě humánních (lidských) léčiv mohou za dílčí znečištění zodpovídat rovněž léčiva používaná na domácí či hospodářská zvířata. V Plzni se problematikou léčiv ve vodách zabývá laboratoř Povodí Vltavy. Od roku 2009 probíhá sledování vybraných léčiv v povrchových vodách. 3.1 Volně prodejné léky proti bolesti Farmaceutické firmy produkují velké množství léků určených k zmírnění bolesti. Takový lék obsahuje takzvanou účinnou látku, která je nejdůležitější složkou léku. Díky ní dochází k úlevě od bolesti. Podívejme se nyní na 3 účinné látky volně prodejných a plošně užívaných léků: ibuprofen, paracetamol a diklofenak. Tyto tři látky jsou obsaženy v lécích označovaných jako analgetika. Je to skupina léků užívaných k úlevě od bolesti. Slovo je odvozeno od řeckého an- (bez, beze) a algia (bolest). Začněme Ibuprofenem, ten je mezi lidmi tak oblíbený, že v průměru v České republice jeho spotřeba za jeden kalendářní měsíc přesáhne jeden milion balení. Lék byl vyvinut k zmírnění bolesti, částečně k léčbě zánětu a také k tlumení horečky. Léky obsahující ibuprofen jsou v boji proti bolesti vysoce účinné. Mezi tyto léky patří: Nurofen, Ibalginu, Ibufein, APO-Ibuprofen, Brufen, Dolgit, Modafen, Myogit, Nalgesin a celá řada dalších. V některých těchto lécích je obsažena i jiná účinná složka, díky níž se dosahuje vyšší účinnosti. Asi nejznámějším a nejužívanějším lékem proti bolesti je růžová pilulka Ibalginu. Jeho užívání má svá pravidla, ostatně jako u všech léků. Je důležité mít na paměti, že tyto léky bolest utlumí, ale neléčí. Jejich časté užívání může vést k vážným zdravotním problémům, jako je poškození ledvin, jater a také žaludku. Může způsobit také žaludeční vředy. Paracetamol je další zmiňovanou látkou, účinnou na bolest. Tuto látku najdeme v celé řadě léků, například Paralen, Panadol, Eferalgan nebo Medipyrin. Na pultech lékáren je dále k sehnání Panadol extra, Paralen extra, tyto léky jsou kombinací paracetamolu s dalšími látkami, které zvyšují účinnost léku. Na rozdíl od Ibuprofenu bývá tato látka lépe snášena a nenadělá v organismu člověka takové škody. Dokonce se může v omezené míře užívat i v těhotenství. Na bolest zad, kloubů a svalů, byly vyvinuty léky jako je Voltaren, Veral, Myogit, Olfen a jiné. Účinnou složkou těchto léků je třetí zmiňovaná substance diklofenak. Tyto léky seženeme jak v tabletách, tak gelech a mastech. Přináší úlevu od bolesti, potlačují zánět a
7
BIOLOGICKÉ JEDY VE VODÁCH můžou zmírnit otok u řady bolestivých stavů postihujících svaly a klouby. Přináší opět rychlou pomo, ale neřeší hlubší zdravotní problém. Existuje celá spousta dalších léků, dalších sympatických pilulek, které umí zmírnit či dokonce zcela utlumit bolest např. hlavy, zubů, zad, kloubů nebo menstruační bolesti. Ročně Češi spolykají čtvrt miliardy takových to léků. Co se s lékem, který spolkneme děje dál, nad tím už moc nepřemýšlíme. Projde naším trávicím traktem, částečně se rozloží a ven z těla putuje stolicí a močí. Takže skončí v záchodě. To je ale veliký omyl, tam jeho cesta nekončí. Odpadní vodou se dostává přes čistírny odpadních vod do řek. Tam často vzájemně reagují s dalšími znečišťujícími látkami a výsledkem je, že vznikají sloučeniny s neznámými účinky. Vodní organismy, jsou tomuto působení vystaveny neustále. Bylo prokázáno, že stopy léčiv ve vodě škodí rybám, žábám a ostatním živočichům. Přestože se jedná o velmi nízké koncentrace, vodní organismy tento nápor nevydrží, působí na ně dlouhodobě toxicky a to zejména na řasy a bezobratlé živočichy. Například zmiňovaný diklofenak je velice nebezpečný pro vodní ekosystém. Pouhých 100 mg/l diklofenaku je toxická koncentrace pro řasy a bezobratlé živočichy. 3.2 Hormony ve dodě Zajímavé jsou taky studie potvrzující přítomnost ženského hormonu estrogenu ve vodách. Ten pochází z antikoncepce, kterou užívá velká spousta dívek a žen. Stolicí a močí opět putuje do vodního prostředí, kde ohrožuje vodní ekosystém. V mnoha zahraničních studiích bylo prokázáno, že tento hormon může pozměnit pohlaví rybí populace. Rybí samci se tak mohou dlouhodobým působením změnit v hermafrodity, nebo proměnit v samice. 3.3 Mezinárodní problém Výskyt farmak v přírodě je zhruba tak starý jako jejich první průmyslová výroba. Lze předpokládat, že se ve vodách vyskytují léčiva možná už 100 let. Dříve však nebyla výroba léků tak masová a také jejich spotřeba byla velice nízká. Ve skutečnosti nevíme, jak moc se dříve léčiva ve vodách vyskytovaly. Tato problematika si získává mezinárodní pozornost teprve posledních 10 let. V Evropské Unii spotřeba léčiv stále stoupá. Miliony balení desetitisíců druhů léčiv se spotřebují za jediný den. Nejčastěji jde o antibiotika, antidepresiva, léčiva pro diabetiky, hormonální antikoncepci, léky tlumící bolest či zánět (již zmiňovaná analgetika) a další. Na zmapování léčiv ve vodním prostředí byl roku 2008 zrealizován projekt „KNAPPE“. Bylo sledováno 181 účinných látek léčiv ve 24 zemích světa. Výsledky byly velice zajímavé, nejvyšší znečištění vody léčivy bylo zaznamenáno v Německu. Tento projekt byl zaměřen zejména na vody povrchové, částečně na podzemní a minimálně na vody pitné.
8
BIOLOGICKÉ JEDY VE VODÁCH 3.4
Jak jsme na tom v Čechách? Asi všechny z nás nejvíc zajímá, jak je to s pitnou vodou, co nám vlastně teče doma z kohoutku? Jaký vliv můžou mít zbytky léčiv na zdraví člověka? Jeden z důkladných rozborů pitné vody se zaměřením na obsah farmak byl proveden na podzim roku 2009 v Praze. Rozbor vody prováděla již zmiňovaná laboratoř státního podniku Povodí Vltavy – Vodohospodářská laboratoř Plzeň. Výsledky byly pro nás víc než uspokojivé, léčiva byla nalezena v tak malém množství, že je nebylo možné ani přesně změřit. Takové množství na naše zdraví nemůže mít vliv. To je pro nás pro všechny určitě dobrá zpráva. V přednášce se zmiňuji pouze o několika málo účinných látkách, ve skutečnosti je takových účinných látek léčiv asi 3000. Navíc každým rokem přibývají nové a nové. Tomuto trendu se neubráníme, žijeme ve vyspělém světě a pokrok nezastavíme. Na jedné straně léky zachraňují lidské životy, a na straně druhé negativně působí na přírodu kolem nás. Na nás je abychom se chovali zodpovědně ke svému zdraví a k planetě, na které žijeme. Léky na bolest by se měly užívat jen v nezbytně nutných případech. Pročítat vždy příbalové informace a pokud problémy přetrvávají, vždy se poradit s lékařem. Vyvarovat se také dlouhodobého užívání léků. Mohlo by se totiž stát, že za nějakou dobu by lék na bolest přestal zabírat a my bychom museli sáhnout po jiném, většinou silnějším preparátu. Také je důležité, abychom nekombinovali různé léky bez porady s lékařem, nebo lékárníkem. Nevyužité, nebo prošlé léky by neměly končit v odpadkovém koši, ani spláchnuté v toaletě. Bohužel končí mezi odpadky, nebo v toaletě až dvě třetiny prošlých léků. To je velmi nezodpovědné chování a je nutné připomenout, že léky by se měly vracet vždy do lékárny. Sice je to o pár kroků více, ale lékárny jsou dnes na každém rohu.
9
BIOLOGICKÉ JEDY VE VODÁCH
Obr. 3
Název
LITERATURA 1. Babica, P., Maršálek, B., Bláha, L.:Microcystiny-cyslické heptapeptidy sinic, Centrum pro cyanobakterie a jejich toxiny, Vodní hospodářství 60. Ročník, č. 3/2010 2. Švihovec, J. a kol.: PHARMINDEX BREVÍŘ, nakladatelství MediMedial Information, spol. s. r. o. 3. http://www.glerl.noaa.gov/seagrant/GLWL/Algae/Attachedfilaments.html Kontakt: Mgr. Pavla Babková) Pracoviště Adresa pracoviště Telefon: +420 123 456 789 E-mail:
10
