ENVIRONMENTÁLNÍ TOXIKOLOGIE KOVY A JEJICH TOXICITA
RNDr. Klára Kobetičová, Ph.D. Laboratoř ekotoxikologie a LCA, Ústav chemie ochrany prostředí, Fakulta technologie ochrany prostředí, VŠCHT Praha
OSNOVA Základní pojmy Toxicita nejdůležitějších kovů Příklady havárií Kvíz
2
KOVY V
prostředí jsou stálé, neodbouratelné, mohou pouze přecházet z jedné formy do jiné
Forma
kovu určuje jeho biodostupnost a toxicitu
Biodostupnost
– dána i vlastnostmi okolí
Anorganické
(elementární kov, ionty, sloučeniny) nebo organické sloučeniny (huminové látky), organokovy (barviva). 3
ANTROPOGENNÍ ZDROJE KOVŮ V ŽIVOTNÍM PROSTŘEDÍ Textilní, kožedělný průmysl Těžba Odpadní vody Výroba barviv a plastů Spalování fosilních paliv Zemědělství (pesticidy) Lékařství
4
KOLOBĚH KOVŮ V PROSTŘEDÍ atmosféra
půda
vodní prostředí biota
5
KOLOBĚH KOVŮ V PROSTŘEDÍ atmosféra
půda
vodní prostředí biota
6
VÝSKYT V ORGANISMECH Rostliny, živočichové včetně člověka Některé kovy jsou pro organismy esenciální Obecně škodí jejich nedostatek i přebytek V organismu se vyskytují jako součást různých enzymů, hemoglobinu, kostí, zubů, svalů, atd. o Při jejich nadbytku v organismu dochází k jejich kumulaci v orgánech jako jsou např. játra, ledviny nebo placenta. o o o o
7
TOXICKÉ ÚČINKY KOVŮ OBECNĚ Mechanismus účinku: - pro toxický účinek je důležitá tendence iontů vytvářet komplexy s bílkovinami – reakcí kovu s – SH skupinou, dochází tak k inhibici bílkovinných enzymů a k jejich nesprávné funkci. Toxicita: Interakce s dalšími kovy Tvorba komplexů kov-bílkovina Věk Životní styl a místo bydliště Imunita
8
TOXICITA KOVŮ OBECNĚ Velmi důležitou roli dále v intenzitě toxického účinku kovu na organismus hrají nejen celkové množství přijatého kovu, ale také forma přijatého kovu a způsob vstupu do organismu. Expoziční cesty: - Ingesce (potrava, pitná voda, půda, léky) - Inhalace (výpary, azbest) - Pokožka (barviva, pesticidy) Expozice: Jednorázová, opakovaná.
9
MOŽNOSTI ELIMINACE Vyloučení močí, stolicí Kumulace v organismu
Methalothioneiny – nízkomolekulární bílkovinné struktury produkované játry a ledvinami obsahující SH. Fce antioxidantů, vychytávají kovy (Cd, Pb, Zn, Hg), tím chrání organismus hlavně před akutními účinky.
10
PŘÍPUSTNÉ EXPOZIČNÍ LIMITY (PEL) PRO VYBRANÉ KOVY 3) kov• NPK-P nejvyšší přípustná PEL (mg/m NPK-P *(mg/m3) koncentrace • Pelclová, D. et al., 2002. Nemoci z povolání a intoxikace. Fluor Učební texty UK v Praze. 1,5 3
Kadmium a sloučeniny
0,05
0,1
Chróm (IV)
0,05
0,1
Chróm ostatní
0,5
1,5
Měď (prach)
1
2
Nikl
0,5
1
• NPK-P nejvyšší přípustná koncentrace • Pelclová, D. et al., 2002. Nemoci z povolání a intoxikace. Učební texty UK v Praze.
11
KARCINOGENNÍ RIZIKO ODVOZENÉ Z HUMÁNNÍCH STUDIÍ Klasifikace podle IARC: Skupina 1 Karcinogenní pro člověka (As, Cr (VI), Ni) 2A Pravděpodobně karcinogenní pro člověka (Cd) 2B Potenciálně karcinogenní pro člověka (Pb) 3 Neklasifikovaný jako karcinogen pro člověka 4 Pravděpodobně nekarcinogenní pro člověka Klasifikace podle DFG: Skupina A Jednoznačně prokázaný karcinogen v pracovním prostředí A1 Podle zkušeností způsobuje zhoubné nádory (As, Ni) A2 Dosud při experimentech se zvířaty za podmínek srovnatelných s pracovní expozicí jednoznačně prokázané karcinogenní účinky (Cd, Cr (VI)) B Podezřelý karcinogenní potenciál.
12
NEJVÍCE TOXICKÉ KOVY PRO ČLOVĚKA • Rtuť, kadmium, olovo, arsen, chromQ • Organokovy (biomethylace) • Radionuklidy (přírodní, umělé) – např. tritium 3H, uhlík 14C, Qmedicína, značení protilátek Q.
13
PŘÍKLADY HAVÁRIÍ TOXICKÝMI KOVY Japonsko – Minamata o Nemoc z Minamaty: způsobena požíváním ryb a korýšů obsahujících vysoké koncentrace rtuti (methylrtuť) – akumulace kovů. o V roce 1932 petrochemická společnost Nippon Chisso Hiryu začala provozovat výrobnu acetaldehydu a PVC v Minamatě s použitím rtuti jako katalyzátoru. o Po 36 let byly do zálivu Minamata vypouštěny průmyslové odpady bez adekvátního čištění. o V roce 1958 se odpadní toxické látky začaly šířit i mimo řeku Minamata a došlo ke kontaminaci velkého území moře.
14
PŘÍKLADY HAVÁRIÍ o Koncentrace methylrtuti dosahovaly 50 ppm v rybách a 85 ppm v korýších. o 120 osob bylo intoxikováno, 46 fatálně, invalidita o Vrozené vady u potomků o Psi, kočky, prasata, krysy i ptáci v oblasti vykazovali klinické příznaky otravy a mnoho jich zemřelo.
15
PŘÍKLADY HAVÁRIÍ Havárie v Maďarsku (říjen 2010) Protrhla se hráz kaliště hliníkárny Ajkai Timföldgyár a silně zásaditý žíravý červený kal obsahující těžké kovy zaplavil několik sídel a zamořil vodní toky. Zemřelo 10 lidí a přes 130 lidí bylo chemicky popáleno nebo jinak zraněno, z toho 11 vážně. Vzniklo mnoho materiálních a ekologických škod.
16
PŘÍKLADY HAVÁRIÍ Japonsko 11.3. 2011 Zemětřesení a vlna Tsunami - Jaderné elektrárny - V prvním reaktoru jaderné elektrárny Fukušima I, která byla vážně zasažena vlnou tsunami, selhalo nouzové chlazení a vybuchl nahromaděný vodík. K výbuchu došlo v prostoru, který neobsahuje radioaktivní materiál. Veškeré obyvatelstvo v okruhu 20 km bylo evakuováno. O den později pak v elektrárně Fukušima I došlo k přehřívání prvního i druhého reaktoru. Z oblasti okolo elektrárny bylo evakuováno 200 000 lidí. - Únik radioaktivní vody a plutonia do oceánu. http://wiki.aktualne.centrum.cz/japonsko-katastrofa-zemetresenitsunami-jaderna-havarie/ 17
ANALÝZA KOVŮ Panovníci – ochutnávači jídla a pití (až po několika hodinách) Pitva/odběry přímo u přeživšího pacienta: – orgány – ledviny, játra, vlasy, krev, moč, stolice Problém – možná infekčnost Forenzní toxikologie – detekce jedů
18
RTUŤ Hg (lat. Hydrargyrum, řec. hydrargyros tekuté stříbro), těžký toxický kovový prvek, kapalný stříbřitě bílé barvy, vede elektrický proud Využití: použití jako součást slitin – amalgámů, náplň různých přístrojů – teploměrů, tlakoměrů, polarograf Zubní plomby - rtuť, která se uvolňuje do atmosféry při zpopelňování těchto osob v krematoriích. Dimethylrtuť, (CH3)-Hg-(CH3) - jako smrtelná dávka pro dospělého člověka uváděno již 0,1 ml této kapalné substance. Velice toxická pro vodní prostředí. 19
RTUŤ - ÚČINKY Kumulativní jed, koncentruje se v ledvinách a v menší míře i v játrech a ve slezině. Projevy - chronické otravy bývají často nespecifické - od studených končetin, vypadávání vlasů, šedý lem kolem zubních krčků až vypadávání zubů, přes zažívací poruchy, různé neurologické a psychické potíže až po závažné stavy jako např. chudokrevnost, revmatické choroby či onemocnění ledvin při jednorázové vysoké dávce rtuti se dostavují bolesti břicha, krvavé průjmy a zvracení.
20
KADMIUM Cd (lat. Cadmium, řec. kadmeia - země) - bílý, měkký, lehce tavitelný, toxický kov. Využití Ni-Cd akumulátory, stabilizátory plastů, součást různých slitin a k povrchové ochraně jiných kovů před korozí. Toxicita plíce, ledviny a kosti, vliv na reprodukci Rakovinotvorné Vytěsnění Ca v kostech – nemoc itai-itai Poločas vyloučení kadmia z organismu je 30 let. 21
OLOVO Pb (lat. Plumbum), těžký toxický kov, dobře kujný a odolný vůči korozi. Využití a vlastnosti velmi dobře pohlcuje rentgenové záření (odstínění zdrojů tohoto záření v chemických a fyzikálních aparaturách a především v lékařství) slitiny s Sn, Sb nebo Ag jako pájky jsou doposud široce používány. - Vodovodní potrubí - Olovnatý benzín Toxicita: Anémie, poškození ledvin, neurotoxicita
22
ARSEN As (lat. Arsenicum) - řec. arsen silně působící, toxický polokovový prvek, známý již od starověku. Využití As2O3 - oxid arsenitý, známý jako arsenik, otrušík, utrejch- silně toxická sloučenina, dobře rozpustná ve vodě, byl používán jako rodenticid, k léčbě syfilis (lék Salvarsan) smrtelná dávka 120 mg Arsan (arsenovodík) AsH3 – páchne po česneku, jeho deriváty jsou bojové otravné látky, vysoce toxický, způsobuje hemolýzu krve, plicní edém, selhání srdce.
23
ARSEN • Přenos z matky do dítěte (mléko), i na plod placentou • Trojmocný chrom je nejtoxičtější • Poruchy metabolismu vlivem kompetice iontů fosforu v buňkách.
24
DĚKUJI ZA POZORNOST Tento projekt (57/2013/B4: Inovace předmětu Environmentální toxikologie) je podporován ze zdrojů Fondu Rozvoje Vysokých Škol. Zdroj informací: V. Kočí. Environmentální toxikologie. Výukové texty, VŠCHT Praha.
25
