Rožnovský, J., Litschmann, T. (ed): „Znečištění ovzduší – Metody měření a hodnocení vlivu“, Mikulov 23. – 24.4.2008, ISBN 978-80-86690-49-0
NAMĚŘENÉ HODNOTY POLUTANTŮ A MUTAGENITA OVZDUŠÍ V OSTRAVĚ J. Kůsová, H. Miturová, J. Burdová, H. Tomášková Zdravotní ústav se sídlem v Ostravě, Partyzán. nám. 7, 702 00 Ostrava Ostravsko patří k oblastem s nejvíce znečištěným ovzduším v rámci ČR i celé Evropy. Znečištěné ovzduší, kterému je běžná populace vystavena, obsahuje velmi komplikovanou směs plynů a částic, na nichž jsou kondenzovány látky organické i anorganické (složky měřené i při měření neidentifikované). V reálném ovzduší tedy jednotlivé chemické látky nepůsobí odděleně - na tomto principu je vesměs založeno hodnocení odhadu jejich vlivu na zdraví člověka, nýbrž v tzv. komplexní směsi. Výsledný biologický účinek na živý organismus je komplikován jak chemismem jednotlivých složek komplexní směsi vně organismu, tak i biologickými možnostmi živého organismu reagovat na všechny složky směsi najednou. Obzvlášť pro riziko, které s sebou nesou látky genotoxické (schopné reagovat s DNA organismu, především mutageny, karcinogeny), je nezbytné brát v úvahu složitost vývoje biologických důsledků působení reálných komplexních směsí. Navíc, o genotoxickém efektu směsí karcinogenů a mutagenů nemáme zatím dostatek spolehlivých informací. Z literatury je známo, že binární kombinace benzo/a/pyrenu a genotoxických aromatických uhlovodíků dává v bakteriálních testech na mutagenitu odpověď, která je nižší, než kdyby byl účinek aditivní. Kombinace benzo/a/pyrenu a 4aminobifenylu, kombinace quercetinu a acetylaminofluorenu mají účinek vyšší nežli očekávaný aditivní efekt (6). Při spolupůsobení benzo/a/pyrenu s arsenem se zvyšuje frekvence mutací (= v DNA fixovaných „chyb“) osmkrát oproti efektu samotného polyaromátu (4). Expozice nemutagennímu prachu oxidů železa signifikantně zvyšuje u experimentálních zvířat poškození DNA benzo/a/pyrenem, je-li benzo/a/pyren sorbován na těchto pracho-
vých částicích (3). S ohledem na zmíněná fakta se jeví jako významnější stanovení výsledného biologického účinku reálné směsi (nejčastěji používaným testem pro identifikaci mutagenních faktorů chemické povahy je bakteriální test reverzních mutací - Amesův test (5,2) ) nežli pouhé provádění komplikovaných chemických analýz za účelem srovnání úrovně znečištění s legislativním limitem (1). Nehledě k výčtu chemických škodlivin, pro které jsou imisní limity stanoveny. Z těchto důvodů byly v návaznosti na odběry ovzduší města Ostravy (tři odběrová místa v létech 2004 až 2006) paralelně se zjišťováním úrovně znečištění vybranými látkami sledovány i mutagenní potenciály komplexní směsi látek, obsažené v partikulární části vzorku ovzduší (prachové částice z filtrů). 2. Materiál a metody 2.1. Odběrová místa a odběry V uvedených letech byla pravidelně monitorována tři odběrová místa v Ostravě (Přívoz, Mariánské Hory a Bartovice), která se nacházejí v průmyslových částech města a která jsou v různé míře ovlivněna jak průmyslovou produkcí (koksovny, chemický závod, hutní závody), tak zplodinami z dopravy i lokálních topenišť. Odběr vzorků (24hodinové odběry každý šestý den) se uskutečňovaly HV samplery na křemenné filtry. Filtry byly použity ke zjištění úrovně znečištění vybranými polycyklickými aromatickými uhlovodíky a kovy. Z plynné fáze byly detekovány hladiny volatilních látek. Poměrná část filtrů byla použita pro stanovení mutagenity v Amesově testu.
Rožnovský, J., Litschmann, T. (ed): „Znečištění ovzduší – Metody měření a hodnocení vlivu“, Mikulov 23. – 24.4.2008, ISBN 978-80-86690-49-0
Obr. 1 Mapa města Ostravy s vyznačenými odběrovými místy a převládajícím směrem větru. pravděpodobné
2.2. Sledované škodliviny a jejich chemické analýzy
prokázané, nebo 2A – lidské karcinogeny.
Z hlediska genotoxicity mají mezi látkami vázanými na prachové částice nejvyšší význam polycyklické aromatické uhlovodíky (PAU) a kovy. S ohledem na výše zmíněné údaje o účinku komplexní směsi látek nelze vyloučit, že na výsledném genotoxickém efektu se podílejí i látky další (např. volatilní látky), jelikož v důsledku atmosférické fotooxidace se mohou tvořit produkty, schopné za určitých podmínek kondenzovat a vázat se na tuhý aerosol. Byla tedy sledována: úroveň znečištění vybranými polycyklickými aromatickými uhlovodíky PAU (benzo/a/pyren = B/a/P, benzo/a/anthracen, chrysen, benzo/b/ fluoranthen, benzo/k/fluoranthen, dibenzo/a,h/anthracen, benzo/g,h,i/perylen, indeno/1,2,3/pyren) HPLC s fluorescenčním detektorem; úroveň znečištění kovy (As, Cr, Ni, Cd) - RTG spektrometrie sekundárních emisí; a volatilními látkami (benzen, toluen, styren, trichlorethen = TriClEthen) - plynová chromatografie s FID detektorem. Mezinárodní agentura pro výzkum rakoviny (IARC) WHO řadí většinu z těchto látek do skupiny 1 –
2.3. Detekce mutagenity vzorků ovzduší Poolované vzorky zevního ovzduší (vždy za každý kalendářní měsíc roku, tj. 12 pro každý rok a každé odběrové místo) byly testovány pomocí plotnového (plate incorporation) Amesova testu s využitím bakteriálního kmene TA 98 v alternativě bez použití a s přidáním jaterní postmitochondriální frakce laboratorního potkana, obsahující metabolický systém savců pro cizorodé látky. Výsledkem hodnocení je mutagenní potenciál vzorku - MPP (směrnice přímky závislosti dávka-efekt v Amesově testu). Tyto byly generovány pomocí počítačového programu Genetox manager v. 2.21. 2.4. Statistické hodnocení Srovnání jednotlivých odběrových míst v jednotlivých létech pro jednotlivé faktory bylo provedeno analýzou rozptylu (ANOVA) a Bonferroniho testem na hladině významnosti 5 %. Závislost mezi mutagenními potenciály vzorků ovzduší a úrovní znečišťujících látek byla analyzována korelační a regresní analýzou.
Rožnovský, J., Litschmann, T. (ed): „Znečištění ovzduší – Metody měření a hodnocení vlivu“, Mikulov 23. – 24.4.2008, ISBN 978-80-86690-49-0
3. Výsledky a diskuse 3.1. Srovnání úrovně znečištění jednotlivých odběrových míst ve sledovaném období Srovnání ročních aritmetických průměrů vybraných škodlivin v jednotlivých létech pro jednotlivá odběrová místa, jejich eventuální srovnání s limitem (míněno s imisními limity vyhlášenými pro ochranu zdraví lidí, eventuálně cílovými imisními limity podle N.V. 59/2006 Sb.) jsou graficky uvedena v obr. 2. Vyplývá z nich, že pro B/a/P jsou limitní hodnoty ve sledovaném období překračovány na všech odběrových místech. Nadlimitní znečištění benzenem bylo zaznamenáno v létech 2005 a 2006 v Přívoze a po celé sledované období bylo potvrzeno nadlimitní znečištění Mar.Hor a Bartovic arsenem. Celkově je možno na základě ročních průměrných hodnot říci, že nejvyšší hodnoty znečištění benzo/a/pyrenem (a všemi měřenými PAU) byly zjišťovány v Bartovicích, nejvyšší znečištění benzenem v Přívoze a kovy v Mar. Horách a Bartovicích. Mutagenní potenciály ovzduší jsou vyšší pro tzv. nepřímé mutageny (alternativa testu s metabolickou aktivací). Signifikantně se od sebe odběrová místa v těchto ukazatelích v každém sledovaném roce zvlášť neliší. Lepší výsledek (nižší mutagenní potenciály vzorků) v r. 2004 je pravděpodobně nejvíce ovlivněn příznivějšími rozptylovými podmínkami.
3.2. Korelace mezi mutagenitou ovzduší a hladinami škodlivin Korelační a regresní analýzou byl hodnocen rozsáhlý soubor dat, v němž jsou paralelně k dispozici údaje o koncentracích vybraných škodlivin v ovzduší a biologickém (mutagenním) efektu komplexní směsi pro jednotlivá odběrová místa v delším časovém úseku (jeden kalendářní rok). Na jednotlivých odběrových místech odděleně byly prokázány nejrůznější korelace mezi sledovaným biologickým efektem a výskytem prachových částic, mezi biologickým efektem a výskytem benzo/a/pyrenu a všech měřených PAU (nejvyšší korelační koeficienty nezjišťovány v Bartovicích, i když signifikantně nejvíce znečištěny), mezi biologickým efektem a hladinou arsenu (především na místě s nejnižším znečištěním kovy – v Přívoze), mezi biologickým efektem a hladinou benzenu (slabé korelace v Mar. Horách a Bartovicích, nikoli v nejvíce znečištěném Přívoze), mezi biologickým efektem a hladinou trichloethenu (nikoli na místě s největšími náměry trichlorethenu). Pro interpretaci předešlého odstavce uveden obr. 3. 4. Závěr Výsledky studie potvrzují, že na biologickém (mutagenním) efektu komplexní směsi látek, vyskytujících se v ovzduší Ostravy, se podílejí různé polutanty v různé míře. Sledovaný výsledný biologický účinek není vždy nejvíce ovlivněn úrovní škodliviny, která je hodnocena podle legislativy jako nadlimitní. Přesto za nejvýznamnější z hlediska mutagenní aktivity pro ovzduší města Ostravy je třeba považovat polycyklické aromatické uhlovodíky.
Rožnovský, J., Litschmann, T. (ed): „Znečištění ovzduší – Metody měření a hodnocení vlivu“, Mikulov 23. – 24.4.2008, ISBN 978-80-86690-49-0
B /a/P - roč ní a r. p rů mě ry (20 04)
B/a/P - roční ar. prům ěry (2006)
B/a/P - roční ar. průměry (2005)
0. 014 0. 012 0. 010
0.014
0.016
0.012
0.014
0.010
0.012
0. 008
0.008
0.010
0. 006
0.006
0.008
0. 004
0.004
0.006
0.002
0.004
0. 002
0.002
0.000
0. 000
Přívoz Př ívoz
Mar.H ory
B arto vice
Mar. Hory
Bartovice
0.000
Imisní limit
P řívoz
Im is ní lim it
Arsen - roční ar. průměry (2004)
M ar.Hory
Bartovice
lim it
Arsen - roční ar. průměry (2006)
Arsen - roční ar. průměry(2005)
0.022
0.022 0.020 0.018 0.016 0.014 0.012 0.010 0.008 0.006 0.004 0.002 0.000
0.020 0.018 0.016 0.014 0.012 0.010 0.008 0.006 0.004 0.002
0.022 0.020 0.018 0.016 0.014 0.012 0.010 0.008 0.006 0.004 0.002
Přívoz
0.000 Přívoz
Mar.Hory
Bartovice
Mar. Hory
Bartovice
0.000
Imisní limit
Přívoz
Imisní limit
Benzen - roční ar. průměry (2004)
Mar.Hory
Bartovice
limit
Benzen - roční ar. průměry (2006)
Benzen - roční ar. průměry (2005) 16.0
16.0
16.0
14.0
14.0
14.0
12.0
12.0
12.0 10.0
10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0
10.0
8.0
8.0
6.0
6.0
4.0 2.0
4.0
2.0
0.0 Přívoz
Mar.Hory
Bartovice
Přívoz
Imisní limit
Mar. Hory
Bartovice
0.0
Imisní limit
Přívoz
TriClEthen - roční ar. průměry (2004)
Mar.Hory
Bartovice
limit
TrichlEthen - roční ar. průměry (2006)
TriClEthen - roční ar. průměry (2005) 1.80
1.80
1.80 1.60 1.40 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00
1.60 1.40 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 Přívoz
Mar.Hory
1.60 1.40 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20
Přívoz
Bartovice
Mar. Hory
Přívoz
M ar.Hory
Bartovice
P rů m ě r n ý m u ta g e n n í p o te n c iá l o v z d u š í (2 0 0 5 )
P rů m ě r n ý m u ta g e n n í p o te n c iá l o v z d u š í (2 0 0 4 ) 1 20 .0
1 20 .0
1 00 .0
80 .0
80 .0 MPP
1 00 .0
60 .0
60 .0
40 .0
40 .0
20 .0
20 .0 0 .0
0 .0 P ř ív o z
M a r .H o r y
P ř ív o z
B a r t o v ic e
P r ů m ě r n ý m u t a g e n n í p o t e n c iá l o v z d u š í ( 2 0 0 6 ) 1 2 0 .0 1 0 0 .0 8 0 .0
MPP
MPP
0.00
Bartovice
6 0 .0 4 0 .0 2 0 .0 0 .0
P ř ív o z
M a r.H o ry
B a r t o v ic e
M a r .H o r y
B a r t o vic e
Rožnovský, J., Litschmann, T. (ed): „Znečištění ovzduší – Metody měření a hodnocení vlivu“, Mikulov 23. – 24.4.2008, ISBN 978-80-86690-49-0
Obr. 2: Grafy aritmetických průměrů pro jednotlivé škodliviny, roky a odběrová místa a pro průměrné mutagenní potenciály ovzduší (dvě barvy – alternativa testu bez metabolické aktivace, jedna barva – alternativa testu s přidáním savčích jaterních enzymů). Poznámka: rok 2004 byl co se týče frekvence inverzních epizod příznivější ve srovnání s následujícími dvěma roky. P rachové částice
0
0
50
50
100
100
150
150
200
200
250
A m e s12
2 00 4
2 005
2 006
2004
3
2005
2 006
2004
18
2005
200 6
2004
2005
19
2 006
2 004
3
2005
2 006
2004
18
P AU celkem
200 5
200 6
19
0
0
.1
.02
.2
.04
.3
.06
.4
B /a/P
2 00 4
2 005
2 006
2004
3
2005
2 006
2004
18
2005
200 6
2 00 4
2 005
19
2 006
2004
3
2005
2 006
2004
18
2005
200 6
19
Cr
0
0
.02
.02
.04
.06
.04
.08
.1
.06
As
2 00 4
2 005
2 006
2004
3
2005
2 006
2004
18
2005
2 0 04
200 6
2 00 5
2 00 6
2 00 4
3
19
2 00 5
2 00 6
2 00 4
18
2 00 6
19
T riC h E th en
0
0
20
5
40
60
10
80
15
100
B enzen
2 00 5
2004
200 5
3
2006
2004
2005
18
2 00 6
2 004
200 5
19
200 6
2004
2005
3
2006
2004
2005
18
2 00 6
2004
2 00 5
2 00 6
19
Obr. 3: Trendy pro roční sledované hodnoty (uvedeny mediány jako míra centrální tendence) pro jednotlivé škodliviny, pro mutagenní efekt ovzduší (Ames 12 = mutagenní potenciály
Rožnovský, J., Litschmann, T. (ed): „Znečištění ovzduší – Metody měření a hodnocení vlivu“, Mikulov 23. – 24.4.2008, ISBN 978-80-86690-49-0
ovzduší v alternativě testu s metabolickou aktivací) a pro jednotlivá odběrová místa (3=Přívoz, 18=Mar. Hory, 19=Bartovice).
Literatura: 1. Albertini, R. J. et al.: IPCS guidelines for the monitoring of genotoxic effects of carcinogens in human. Mutation Research, 463, 2000, s. 111-172. 2. Claxon, L.D., Matthews, P.P., Warren, S.H.: The genotoxicity of ambient outdoor air, a review: Salmonella mutagenicity. Mutation Research, 567, 2004, s. 347 - 400 3. Garry, S., Nesslany, F., Aliouat, E., Haguenoer, J-M., Marzin, D.: Hematite (Fe2O3) enhances benzo[a]pyrene genotoxicity in endotracheally treated rat, as determined by Comet Assay. Mutation Research, 538, 2003, s. 19-29. 4. Maier, A., Schumann, B. L., Chany, X., Talaska, G., Puga, A.: Arsenic co-exposure potentiates benzo/a/pyrene genotoxicity. Mutation Research, 517, 2002, s. 101-111. 5. Maron D.M., Ames B.N.: Revised methods for the Salmonella mutagenicity test. Mutation Research 113, 1983, 173-215 6. White, P. A.: The genotoxicity of priority polycyclic aromatic hydrocarbons in complex mixtures. Mutation Research, 515, 2002, s. 85-98.
