TOXIKOLÓGIA ÉS ÖKOTOXIKOLÓGIA

SAPIENTIA ERDÉLYI MAGYAR TUDOMÁNYEGYETEM CSÍKSZEREDAI CAMPUS MŰSZAKI ÉS TÁRSADALOMTUDOMÁNYI KAR ÉLELMISZER-TUDOMÁNYI TANSZÉK

TOXIKOLÓGIA ÉS ÖKOTOXIKOLÓGIA

Gombos Sándor

2009 1

Köszönetnyilvánítás

Jelen jegyzet alkotása és lektorálása a következők támogatásával történt:

Prof. Dr. Csapó János Prof. Dr. Kincses-Ajtay Mária Prof. Dr. Ing. Lányi Szabolcs

2

TARTALOMJEGYZÉK ÖSSZEFOGLALÓ.....................................................................................................................21 REZUMAT... .............................................................................................................................22 ABSTRACT...............................................................................................................................23 1. ELŐSZÓ... ............................................................................................................................24 2. A TOXIKOLÓGIA ALAPJAI..............................................................................................25 2.1. A toxikológia, mint tudomány........................................................................................25 2.2. A toxikológia története... ................................................................................................25 2.3. A toxikológia szakágai... ................................................................................................27 2.4. A toxikológia alapfogalmai... .........................................................................................28 3. TOXIKOKINETIKA... ......................................................................................................... 35 3.1. Bevezetés....................................................................................................................... 35 3.2. Különböző toxikus anyagok felvétele, felszívódása... .................................................. 35 3.2.1. Orális expozíció.................................................................................................... 36 3.2.2. Inhalációs expozíció... ........................................................................................... 36 3.2.3. Dermális expozíció............................................................................................... 38 3.2.4. Vegyi anyagokkal szennyezett élelmiszerek, tápanyagok... ................................ 40 3.2.5. Víz... ..................................................................................................................... 40 3.2.6. Többkőzegű expoziciós út ................................................................................... 41 3.2.7. Vegyi anyag-keverékek által okozott expozició... ............................................... 42 3.3. A toxikus anyag eloszlása a szervezetben...................................................................... 43 3.3.1. Egy-kompartment modell..................................................................................... 44 3.3.2. Két-kompartment modell... .................................................................................. 44 3.3.3. Három-kompartment modell... ............................................................................. 45 3.3.4. Biotranszformáció... ............................................................................................. 46 3.4. A toxikus anyag kiválasztása... ...................................................................................... 47 4. A VEGYI ANYAGOK EMBEREKRE KIFEJTETT KÁROS HATÁSAI... ...................... 48 4.1. Bevezetés....................................................................................................................... 48 4.2. A légzőrendszerre kifejtett hatások... ............................................................................ 50 4.2.1. Vegyi anyagok hatásmechanizmusa a légzőrendszerben... .................................. 50 4.2.2. Vegyi anyagok által okozott légzőrendszeri megbetegedések... .......................... 51 3

4.3. A májra kifejtett hatások... ............................................................................................ 53 4.4. A vesét érintő hatások... ................................................................................................ 54 4.5. Az idegrendszerre kifejtett hatások... ............................................................................ 56 4.6. Immunotoxicitás............................................................................................................ 58 4.7. Reprodukció-toxikus vegyi anyagok............................................................................. 60 4.8. Rákkeltő vegyi anyagok... ............................................................................................. 62 5. SZERVEK ÉS SZERVRENDSZEK TOXIKOLÓGIÁJA... ................................................ 64 5.1. Lokális toxikus hatások... .............................................................................................. 64 5.1.1. Lokális bőr- és nyálkahártya irritáció................................................................... 64 5.1.2. Szemirritatív vegyületek....................................................................................... 64 5.2. Szisztémás toxikus hatások... ........................................................................................ 64 6. A VEGYI ANYAGOK EGÉSZSÉGKÁROSÍTÓ KOCKÁZATÁNAK BECSLÉSE......... 66 6.1. Az expozicióból származó, az ember egészségkárosító kockázatainak becslésére alkalmazott módszerek................................................................................................. 67 6.2. Az emberi egészséget biztosító, tolerálható expoziciós szintek levezetése... ............... 70 6.2.1. Küszöbértékű vegyületek... .................................................................................. 70 6.2.2. Biztonsági (vagy bizonytalansági) tényező... ....................................................... 70 6.2.3. A tolerálható napi bevitel jellemzői (TDI)... ........................................................ 71 6.2.4. Nem tolerálható vegyi anyagok............................................................................ 72 6.3. Esettanulmányok... ........................................................................................................ 74 6.3.1. Az ivóvízben található vegyi anyagok egészségbázisú irányértékei.................... 74 6.3.2. A levegőben lévő vegyi anyagok egészségbázisú irányértékei............................ 77 6.3.3. A levegő minőségére vonatkozó irányértékek (megengedhető határértékek) meghatározásának módszerei.............................................................................. 78 6.3.4. Az élelmiszerekben lévő vegyi anyagok biztonságának értékelése... .................. 80 7. A TOXICITÁS LABORATRIUMI ÉRTÉKELÉSE... ......................................................... 82 7.1. Klinikai kémia és hematológia... ................................................................................... 82 7.2. Kórbonctan és hisztopatológia... ................................................................................... 82 8. CITOTOXIKOLÓGIA, GENOTOXIKOLÓGIA................................................................. 83 8.1. Genotoxikus hatások típusai.......................................................................................... 83 8.2. Mutagenitás meghatározási módszerei.......................................................................... 86 9. KARCINOGENEZIS............................................................................................................ 89 4

10. ÖKOTOXIKOLÓGIA... ..................................................................................................... 91 10.1. Az ökotoxikológia alapjai... ........................................................................................ 91 10.2. Vegyi anyagok hatása a környezetre... ........................................................................ 92 10.2.1. A kémiai szennyezés városi formái.................................................................... 92 10.2.2. A levegőszennyezés természetes forrásai........................................................... 93 10.2.3. Fosszilis üzemanyagok mint légszennyező források.......................................... 93 10.2.4. Ózon mint levegőszennyező forrás... ................................................................. 93 10.2.5. Eltérő levegőszennyezési szintek... .................................................................... 94 10.2.6. Folyékony és szilárd hulladékok... ..................................................................... 94 10.2.7. Baleset következtében kibocsátott mérgező vegyi anyagok... ........................... 95 10.2.8. Vegyi anyagok és a vízi környezet..................................................................... 95 10.2.9. Vegyi anyagok és az édesvízi ökoszisztémák... ................................................. 95 10.2.10. A szárazföldi ökoszisztémákra kifejtett hatások... ........................................... 96 10.3. A vegyi anyagok globális környezeti hatásai... ........................................................... 96 10.3.1. Savas eső... ......................................................................................................... 96 10.3.1.1. Az SOx és NOx források........................................................................…97 10.3.1.2. A savas eső kialakulásához vezető fontos reakciók..............................…97 10.3.1.3. A savas eső hatásai................................................................................…97 10.3.1.4. A savas esők csökkentését szolgáló megoldások..................................…98 10.3.2. A sztratoszféra ózonrétegének elvékonyodása................................................... 99 10.3.2.1. Az ózonpajzs elvékonyodásának hatásai.. ............................................…99 10.3.2.2. Az ózonpajzs elvékonyodásának okai.. ................................................…99 10.3.2.3. A montreali protokoll............................................................................…99 10.3.3. Troposzférikus oxidánsok... ..............................................................................100 10.3.4. Klimatikus változások és az üvegházhatás........................................................101 10.4. Vegyi anyagok ipari eredete.......................................................................................102 10.4.1. Textilipar... ........................................................................................................102 10.4.2. Kőolaj... .............................................................................................................104 10.4.3. Oldószerek.........................................................................................................105 10.5. Toxikus vegyi anyagok környezetkímélő kezelése... .................................................105 10.5.1. Bevezetés...........................................................................................................105 10.5.2. Prevenció... ........................................................................................................106 5

10.5.3. Ellenörző technológia........................................................................................107 10.5.4. Szabályozások, ösztönzők és szabványok.........................................................108 10.5.5. Peszticideket szabályozó meghatározás... .........................................................110 10.5.6. Peszticidek alkalmazása... .................................................................................110 10.5.7. A peszticidek által okozott levegő-, talaj- és vízszennyezés.............................111 10.5.8. Az embereket érő peszticid-expozició... ...........................................................112 10.5.9. Peszticidek környezetkímélő kezelése... ...........................................................113 10.5.10. Bejegyzés.........................................................................................................114 10.5.11. Címkézés... ......................................................................................................115 10.5.12. Oktatás, képzés és a dolgozók védelme... .......................................................115 10.5.13. Szállítás, tárolás és a maradék elhelyezése......................................................116 10.5.14. Integrált kártevő kezelés..................................................................................117 10.6. Ökotoxikológiai fogalmak..........................................................................................117 10.7. A környezeti toxikológia története... ..........................................................................119 10.8. Toxikus anyagok sorsa a környezetben......................................................................121 11. KÖRNYEZETBEN ELŐFORDULÓ TOXIKUS ANYAGOK ... ....................................126 11.1. Levegőben terjedő toxikus anyagok ..........................................................................126 11.1.1. Szmog................................................................................................................126 11.1.2. Por és korom......................................................................................................127 11.1.3. Azbeszt.. ............................................................................................................128 11.2. Szerves szennyező anyagok... ....................................................................................128 11.2.1. POP-ok, perszisztens szerves szennyezők (Persistent Organic Pollutants)... ...128 11.2.2. PAH-ok, policiklusos aromás szénhidrogének..................................................132 11.2.3. Furánok..............................................................................................................133 11.2.4. Halogénezett szénhidrogének............................................................................134 11.2.4.1. PCB-k, poliklórozott bifenilek................................................................134 11.2.4.2. Poliklór-dibenzo-para-dioxinok és furánok (PCDD, PCDF)..................135 11.2.4.3. 2, 3, 7, 8-tetraklór-dibenzo-p-dioxin (TCDD)... ................................... ..136 11.2.4.4. Klórozott szénhidrogének... ....................................................................141 11.2.4.5. PBB-k, polibrómozott bifenilek..............................................................146 11.3. Peszticidek..................................................................................................................146 11.3.1. Peszticidek használata hazánkban... ..................................................................147 6

11.3.2. Inszekticidek......................................................................................................150 11.3.2.1. Növényi eredetű inszekticidek................................................................150 11.3.2.2. Szintetikus inszekticidek.........................................................................152 11.4. Szervetlen eredetű toxikus anyagok... ........................................................................157 11.4.1. Nitrát- és nitritionok... .......................................................................................157 11.4.2. Arzén... ..............................................................................................................158 11.4.3. Kadmium... ........................................................................................................161 11.4.4. Ólom..................................................................................................................161 11.4.5. Higany... ............................................................................................................163 11.4.6. Vas.....................................................................................................................166 11.4.7. Mangán... ...........................................................................................................168 11.4.8. Cián ... ...............................................................................................................170 11.4.9. Kobalt ... ............................................................................................................171 11.4.10. Bróm ... ............................................................................................................173 11.4.11. Fluoridok ... .....................................................................................................173 12. TOXINOK... ......................................................................................................................175 12.1. Toxinok általános jellemzése... ..................................................................................175 12.2. Baktérium toxinok......................................................................................................175 12.3. Növényi eredetű toxinok... .........................................................................................176 12.4. Mikotoxinok... ............................................................................................................179 12.4.1. Mikotoxinok képződése... .................................................................................181 12.4.2. Mikotoxinokat termelő gombák... .....................................................................181 12.4.3. Toxintermelés genetikai meghatározottsága... ..................................................184 12.4.4. Mikotoxinok által okozott tünetek... .................................................................185 12.4.5. Aflatoxinok........................................................................................................185 12.4.5.1. Az aflatoxinok felfedezése......................................................................185 12.4.5.2. Az aflatoxinok elnevezése... ...................................................................186 12.4.5.3. Aflatoxinok kémiai szerkezete................................................................186 12.4.5.4. Aflatoxinok kimutatása és mennyiségi meghatározása... .......................187 12.4.5.5. Az aflatoxinok megengedett határértékei... ............................................187 12.4.5.6. Az aflatoxinok toxicitása... .....................................................................188 12.4.5.7. Az afaltoxinok elleni védekezés... ..........................................................190 7

12.4.6. Trichotecén vázas mikotoxinok.........................................................................192 12.4.6.1. Trichotecén vázas mikotoxinok előfordulása... ......................................192 12.4.6.2. Trichotecén vázas mikotoxinok általános tulajdonságai.........................193 12.4.6.3. Trichotecén vázas mikotoxinok toxikus hatásai.. ...................................194 12.5. Állati eredetű toxinok.................................................................................................195 13. ÖKOTOXIKOLÓGIAI TESZTEK... ................................................................................200 13.1. Ökotoxikológiai tesztek a környezeti kockázat felmérésben... ..................................200 13.2. Az analitikai kémia és a kockázatfelmérés kapcsolata ökotoxikológiai tesztekben... 201 13.3. Ökotoxikológiai vizsgálatok kivonatokkal.................................................................202 13.4. Tesztorganizmusok.....................................................................................................202 14. GLOSSZÁRIUM... ............................................................................................................207 IRODALOMJEGYZÉK... .......................................................................................................214

8

CUPRINS REZUMAT ÎN LIMBA MAGHIARĂ. .....................................................................................21 REZUMAT ÎN LIMBA ROMÂNĂ ..........................................................................................22 ABSTRACT...............................................................................................................................23 1. PREFAŢĂ.............................................................................................................................24 2. BAZELE TOXICOLOGIEI..................................................................................................25 2.1. Toxicologia ca ştiinţă... ..................................................................................................25 2.2. Istoricul toxicologiei.......................................................................................................25 2.3. Ramurile toxicolgiei... ....................................................................................................27 2.4. Concepte de bază în toxicologie.....................................................................................28 3. TOXICOCINETICĂ............................................................................................................. 35 3.1. Introducere..................................................................................................................... 35 3.2. Absorbţia şi asimilarea substanţelor toxice... ................................................................ 35 3.2.1. Expunerea orală... ................................................................................................. 36 3.2.2. Expunerea inhalatorie... ......................................................................................... 36 3.2.3. Expunerea dermală... ............................................................................................ 38 3.2.4. Alimente şi nutrienţi contaminaţi cu substanţe chimice toxice... ......................... 40 3.2.5. Apa... .................................................................................................................... 40 3.2.6. Expunerea realizată pe mai multe căi................................................................... 41 3.2.7. Expunerea realizată cu amestecuri de substanţe chimice... .................................. 42 3.3. Distribuţia substanţelor toxice în organism.................................................................... 43 3.3.1. Modelul cu un compartiment... ............................................................................ 44 3.3.2. Modelul cu două compartimente... ....................................................................... 44 3.3.3. Modelul cu trei compartimente... ......................................................................... 45 3.3.4. Biotransformarea... ............................................................................................... 46 3.4. Eliminarea substanţelor toxice... .................................................................................... 47 4.

EFECTELE

NEGATIVE

ALE

SUBSTANŢELOR

CHIMICE

ASUPRA

ORGANISMULUI UMAN... ............................................................................................... 48 4.1. Introducere..................................................................................................................... 48 4.2. Efecte asura sistemului respirator.................................................................................. 50 4.2.1. Mecanismul de acţiune a substanţelor chimice în sistemul respirator... .............. 50 9

4.2.2. Îmbolnăviri ale sistemului respirator cauzate de substanţe chimice... ................. 51 4.3. Efecte asupra ficatului... ................................................................................................ 53 4.4. Efecte asupra rinichilor... .............................................................................................. 54 4.5. Efecte asupra sistemului nervos... ................................................................................. 56 4.6. Imunotoxicitate.............................................................................................................. 58 4.7. Substanţe chimice cu efecte toxice asupra sistemului reproductiv... ............................ 60 4.8. Substanţe chimice cancerigene...................................................................................... 62 5. TOXICOLOGIA ORGANELOR ŞI A SISTEMELOR... .................................................... 64 5.1. Efecte toxice locale... .................................................................................................... 64 5.1.1. Iritaţia locală a pielii şi a mucoaselor... ................................................................ 64 5.1.2. Compuşi chimici care irită ochii... ....................................................................... 64 5.2. Efecte toxice sistemice... ............................................................................................... 64 6. EVALUAREA RISCULUI DE DETERIORARE A STĂRII DE SĂNĂTATE CAUZATE DE SUBSTANŢE CHIMICE.......................................................................... 66 6.1. Metode utilizate pentru evaluarea riscului de detriorare a stării de sănătate umane în urma expunerii... ...................................................................................................... 67 6.2. Deducerea nivelurilor de expunere, care asigură menţinerea stării de sănătate şi a nivelurilor de expunere acceptabile... ........................................................................... 70 6.2.1. Compuşi chimici cu concentraţii de prag... .......................................................... 70 6.2.2. Factorul de siguranţă (sau de nesiguranţă)... ........................................................ 70 6.2.3. Caracteristicile dozei zilnice acceptabile (TDI)... ................................................ 71 6.2.4. Substanţe chimice care nu pot fi tolerate.............................................................. 72 6.3. Studii de caz... ............................................................................................................... 74 6.3.1. Valori orientative ale conţinutului de substanţe chimice în apa potabilă............. 74 6.3.2. Valori orientative ale conţinutului de substanţe chimice în aer... ........................ 77 6.3.3. Metode de determinare a parametrilor calitativi pentru aer (concentraţii maxime admisibile)............................................................................................. 78 6.3.4. Evaluarea siguranţei de utilizare a substanţelor chimice din alimente................. 80 7. DETERMINAREA ÎN CONDIŢII DE LABORATOR A TOXICITĂŢII... ....................... 82 7.1. Chimie şi hematologie clinică... .................................................................................... 82 7.2. Patologie şi histopatologie............................................................................................. 82 8. CITOTOXICOLOGIE, GENOTOXICOLOGIE.................................................................. 83 10

8.1. Tipuri de efecte genotoxice... ........................................................................................ 83 8.2. Metode de determinare a mutagenităţii... ...................................................................... 86 9. CARCINOGENEZA........................................................................................................... 89 10. ECOTOXICOLOGIE... ...................................................................................................... 91 10.1. Bazele ecotoxicologiei... ............................................................................................. 91 10.2. Efectul substanţelor chimice asupra mediului............................................................. 92 10.2.1. Forme urbane ale poluării chimice... ................................................................. 92 10.2.2. Surse naturale ale poluării atmosferice... ........................................................... 93 10.2.3. Combustibilii fosili ca surse de poluanţi atmosferici... ...................................... 93 10.2.4. Ozonul ca sursă de poluare atmosferică ............................................................. 93 10.2.5. Niveluri diferenţiate de poluare atmosferică... ................................................... 94 10.2.6. Deşeuri lichide şi solide... .................................................................................. 94 10.2.7. Substanţe chimice toxice eliberate în urma unor accidente... ............................ 95 10.2.8. Substanţele chimice şi mediul acvatic................................................................ 95 10.2.9. Substanţele chimice şi ecosistemele acvatice..................................................... 95 10.2.10. Efecte asupra ecosistemelor terestre................................................................. 96 10.3. Efectele globale de mediu cauzate de substanţele chimice... ...................................... 96 10.3.1. Ploile acide... ...................................................................................................... 96 10.3.1.1. Surse de SOx şi NOx..............................................................................…97 10.3.1.2. Principalele reacţii chimice care duc la formarea ploilor acide.. ..........…97 10.3.1.3. Efectele ploilor acide.. ..........................................................................…97 10.3.1.4. Măsuri de reducere a formării ploilor acide..........................................…98 10.3.2. Reducerea grosimii stratului de ozon stratosferic... ........................................... 99 10.3.2.1. Efectele reducerii grosimii stratului de ozon.. ......................................…99 10.3.2.2. Cauzele reducerii grosimii stratului de ozon.. ......................................…99 10.3.2.3. Protocolul de la Montreal......................................................................…99 10.3.3. Oxidanţi troposferici..........................................................................................100 10.3.4. Schimbări climatice şi efectul de seră... ............................................................101 10.4. Surse industriale de substanţe chimice toxice... .........................................................102 10.4.1. Industria textilă..................................................................................................102 10.4.2. Ţiţeiul... .............................................................................................................104 10.4.3. Solvenţii.............................................................................................................105 11

10.5. Manipularea preventivă a substanţelor chimice toxice... ...........................................105 10.5.1. Introducere.........................................................................................................105 10.5.2. Prevenirea... .......................................................................................................106 10.5.3. Tehnologii de verificare... .................................................................................107 10.5.4. Reglementări, stimulente şi standarde...............................................................108 10.5.5. Definirea reglementărilor referitoare la pesticide... ..........................................110 10.5.6. Utilizarea pesticidelor........................................................................................110 10.5.7. Poluarea aerului, solului şi apelor de către pesticide.........................................111 10.5.8. Expunerea umană la pesticide... ........................................................................112 10.5.9. Manipularea preventivă a pesticidelor... ...........................................................113 10.5.10. Înregistrarea.....................................................................................................114 10.5.11. Etichetarea... ....................................................................................................115 10.5.12. Pregătirea şi protecţia personalului... ..............................................................115 10.5.13. Transportul, depozitarea şi manipularea resturilor..........................................116 10.5.14. Tratarea integrată a factorilor negativi... .........................................................117 10.6. Concepte ecotoxicologice...........................................................................................117 10.7. Istoricul toxicologiei mediului... ................................................................................119 10.8. Soarta substanţelor toxice în medul înconjurător .......................................................121 11. SUBSTANŢE TOXICE CARE SE POT ÎNTÂLNI ÎN MEDIUL ÎNCONJURĂTOR... .126 11.1. Substanţe toxice care se răspândesc pe calea aerului... ..............................................126 11.1.1. Smogul...............................................................................................................126 11.1.2. Praful şi funinginea... ........................................................................................127 11.1.3. Azbestul.............................................................................................................128 11.2. Poluanţi organici.........................................................................................................128 11.2.1. POP-uri, poluanţi organici persistenţi (Persistent Organic Pollutants)... ..........128 11.2.2. PAH-uri, hidrocarburi aromatice policiclice... ..................................................132 11.2.3. Furani.................................................................................................................133 11.2.4. Hidrocarburi halogenate... .................................................................................134 11.2.4.1. PCB-uri, bifenili policloruraţi.................................................................134 11.2.4.2. Policlor-dibenzo-para-dioxine şi furani (PCDD, PCDF)........................135 11.2.4.3. 2, 3, 7, 8-tetraclor-dibenzo-p-dioxina (TCDD)..................................... ..136 11.2.4.4. Hidrocarburi clorurate.............................................................................141 12

11.2.4.5. PBB-uri, bifenili polibromuraţi...............................................................146 11.3. Pesticide......................................................................................................................146 11.3.1. Utilizarea peszticidelor în ţara noastră... ...........................................................147 11.3.2. Insecticide..........................................................................................................150 11.3.2.1. Insecticide vegetale.................................................................................150 11.3.2.2. Insecticide sintetice.................................................................................152 11.4. Substanţe toxice anorganice... ....................................................................................157 11.4.1. Azotiţi şi azotaţi.................................................................................................157 11.4.2. Arsen... ..............................................................................................................158 11.4.3. Cadmiu... ...........................................................................................................161 11.4.4. Plumb.................................................................................................................161 11.4.5. Mercur... ............................................................................................................163 11.4.6. Fier.....................................................................................................................166 11.4.7. Mangan... ...........................................................................................................168 11.4.8. Cianuri ... ...........................................................................................................170 11.4.9. Cobalt ... ............................................................................................................171 11.4.10. Brom ... ............................................................................................................173 11.4.11. Fluoruri ... ........................................................................................................173 12. TOXINE.............................................................................................................................175 12.1. Caracterizarea generală a toxinelor... .........................................................................175 12.2. Toxine bacteriene... ....................................................................................................175 12.3. Toxine vegetale... .......................................................................................................176 12.4. Micotoxine..................................................................................................................179 12.4.1. Generarea micotoxinelor... ................................................................................181 12.4.2. Specii generatoare de micotoxine......................................................................181 12.4.3. Determinarea genetică a generării micotoxinelor... ..........................................184 12.4.4. Simptome cauzate de micotoxine......................................................................185 12.4.5. Aflatoxine..........................................................................................................185 12.4.5.1. Descoperirea aflatoxinelor.. ....................................................................185 12.4.5.2. Nomenclatura aflatoxinelor... .................................................................186 12.4.5.3. Structura chimică a aflatoxinelor... .........................................................186 12.4.5.4. Determinarea calitativă şi cantitativă a aflatoxinelor..............................187 13

12.4.5.5. Concentraţiile maxime admisibile ale aflatoxinelor... ............................187 12.4.5.6. Toxicitatea aflatoxinelor... ......................................................................188 12.4.5.7. Metode de apărare...................................................................................190 12.4.6. Micotoxine cu structură trichotecenică... ..........................................................192 12.4.6.1. Răspândirea micotoxinelor cu structură trichotecenică... .......................192 12.4.6.2. Propietăţile micotoxinelor cu structură trichotecenică... ........................193 12.4.6.3. Efecte toxice ale micotoxinelor cu structură trichotecenică.. .................194 12.5. Toxine cu origine animală... .......................................................................................195 13. TESTE ECOTOXICOLOGICE.........................................................................................200 13.1. Teste ecotoxicologice în evaluarea riscului de mediu................................................200 13.2. Legătura dintre chimia analitică şi evaluarea de risc în testele ecotoxicologice......201 13.3. Studii ecotoxicologice cu extracte..............................................................................202 13.4. Specii de organisme utilizate în teste... ......................................................................202 14. GLOSAR............................................................................................................................207 BIBLIOGRAFIE......................................................................................................................214

14

TABLE OF CONTENTS ABSTRACT IN HUNGARIAN. ...............................................................................................21 ROMANIAN ABSTRACT........................................................................................................22 ABSTRACT...............................................................................................................................23 1. PREFACE... ..........................................................................................................................24 2. BASIC CONCEPTS IN TOXICOLOGY.............................................................................25 2.1. Sientific toxicology... .....................................................................................................25 2.2. Short toxicology’s history... ...........................................................................................25 2.3. Toxicology disciplines... ................................................................................................27 2.4. Basic concepts in toxicology... .......................................................................................28 3. TOXICOKINETICS... .......................................................................................................... 35 3.1. Introduction... ................................................................................................................ 35 3.2. Inclusion and absorbtion of various toxic substances... ................................................ 35 3.2.1. Oral exposition... .................................................................................................. 36 3.2.2. Inhalatory exposition............................................................................................. 36 3.2.3. Dermal exposition ................................................................................................ 38 3.2.4. Chemicals in contaminated food, nutrients... ....................................................... 40 3.2.5. Water... ................................................................................................................. 40 3.2.6. Exposition through more paths............................................................................. 41 3.2.7. Expositon caused by mixtures of chemicals......................................................... 42 3.3. The distribution of toxic substances in the body............................................................ 43 3.3.1. One-compartment model...................................................................................... 44 3.3.2. Two-compartment model... .................................................................................. 44 3.3.3. Three-compartment model... ................................................................................ 45 3.3.4. Biotransformation................................................................................................. 46 3.4. The elimination of toxic substances... ............................................................................ 47 4. CHEMICALS ADVERSE IMPACT ON HUMANS .......................................................... 48 4.1. Introduction... ................................................................................................................ 48 4.2. Respiratory system effects............................................................................................. 50 4.2.1. Mechanism of respiratory effects... ...................................................................... 50 4.2.2. Respiratory diseases caused by chemicals... ........................................................ 51 15

4.3. The liver effects............................................................................................................. 53 4.4. The effects on kidney... ................................................................................................. 54 4.5. The nervous system effects... ........................................................................................ 56 4.6. Immunotoxicity... .......................................................................................................... 58 4.7. Reproduction-toxic chemicals... .................................................................................... 60 4.8. Carcinogenic chemicals................................................................................................. 62 5. ORGANS AND ORGAN-SYSTEMS TOXICOLOGY....................................................... 64 5.1. Local toxic effects... ...................................................................................................... 64 5.1.1. Local skin and mucous membrane irritation... ..................................................... 64 5.1.2. Eye irritant compounds... ..................................................................................... 64 5.2. Systemic toxic effects.................................................................................................... 64 6. ESTIMATION OF RISK OF CHEMICALS........................................................................ 66 6.1. Human health risk evaluation methods... ...................................................................... 67 6.2. The health insurer, tolerable levels................................................................................ 70 6.2.1. Tier compounds... ................................................................................................. 70 6.2.2. Safety (or uncertainty) factor... ............................................................................ 70 6.2.3. The tolerable daily intake characteristics (TDI)................................................... 71 6.2.4. Chemicals that can not be tolerated...................................................................... 72 6.3. Case studies... ................................................................................................................ 74 6.3.1. Guideline values for the chemicals in the drinking water... ................................. 74 6.3.2. Guideline values for the chemicals in the air... .................................................... 77 6.3.3. Methods for determining air quality guideline values (allowable limits) ............ 78 6.3.4. The safety evaluation of chemicals in foods... ..................................................... 80 7. LABORATORY TOXICITY ASSESSMENT..................................................................... 82 7.1. Clinical chemistry and hematology... ............................................................................ 82 7.2. Pathology and histopatology... ...................................................................................... 82 8. CYTOTOCICOLOGY, GENOTOXICOLOGY... ............................................................... 83 8.1. Types of genotoxic effects ............................................................................................ 83 8.2. Mutagenity determination methods............................................................................... 86 9. CARCINOGENESIS... ......................................................................................................... 89 10. ECOTOXICOLOGY... ....................................................................................................... 91 10.1. Ecotoxicology basics... ................................................................................................ 91 16

10.2. Effects of chemicals on the environment... ................................................................. 92 10.2.1. Chemical pollution urban forms......................................................................... 92 10.2.2. The natural resources of pollution...................................................................... 93 10.2.3. Fossil fuels as sources of air pollution... ............................................................ 93 10.2.4. Ozone as source of air pollution......................................................................... 93 10.2.5. Different levels of air pollution... ....................................................................... 94 10.2.6. Liquid and solid wastes... ................................................................................... 94 10.2.7. Accidental emissions of toxic chemicals............................................................ 95 10.2.8. Chemicals and the aquatic environment............................................................. 95 10.2.9. Chemicals and freshwater ecosystems... ............................................................ 95 10.2.10. The impact on terrestrial ecosystems... ............................................................ 96 10.3. The global environmental effects of chemicals........................................................... 96 10.3.1. Acid rain... .......................................................................................................... 96 10.3.1.1. SOx and NOx sources.. ..........................................................................…97 10.3.1.2. The important reactions leading to formation of acid rain.. .................…97 10.3.1.3. The effects of acid rain.. .......................................................................…97 10.3.1.4. The solutions to reduce acid rain.. ........................................................…98 10.3.2. The stratospheric ozone layer thinning... ........................................................... 99 10.3.2.1. The effects of ozone layer depletion.. ...................................................…99 10.3.2.2. Ozone layer depletion causes................................................................…99 10.3.2.3. The Montreal Protocol.. ........................................................................…99 10.3.3. Tropospheric oxidants... ....................................................................................100 10.3.4. Climate changes and the greenhouse effect... ...................................................101 10.4. Industrial origin of chemicals.....................................................................................102 10.4.1. Textile industry..................................................................................................102 10.4.2. Petroleum...........................................................................................................104 10.4.3. Solvents... ..........................................................................................................105 10.5. Environmental-friendly management of toxic chemicals... .......................................105 10.5.1. Introduction... ....................................................................................................105 10.5.2. Prevention..........................................................................................................106 10.5.3. Verification technologies... ...............................................................................107 10.5.4. Regulations, incentives and standards...............................................................108 17

10.5.5. Pesticides regulatory definition... ......................................................................110 10.5.6. Pesticides use.....................................................................................................110 10.5.7. The pollution of air, soil and water caused by pesticides..................................111 10.5.8. The human exposure to pesticides.....................................................................112 10.5.9. Environmental management of pesticides.........................................................113 10.5.10. Registration... ..................................................................................................114 10.5.11. Labeling...........................................................................................................115 10.5.12. Education, training and protection of workers... .............................................115 10.5.13. Transport, storage and disposal of residuals... ................................................116 10.5.14. Integrated pest management... .........................................................................117 10.6. Ecotoxicology concepts..............................................................................................117 10.7. The history of environmental toxicology... ................................................................119 10.8. Fate of toxic chemical substances in the environment ...............................................121 11. ENVIRONMENT OCCURRING TOXIC SUBSTANCES..............................................126 11.1. Airborne toxic substances... .......................................................................................126 11.1.1. Smog..................................................................................................................126 11.1.2. Dust and soot... ..................................................................................................127 11.1.3. Asbestos.............................................................................................................128 11.2. Organic pollutants... ...................................................................................................128 11.2.1. POP (Persistent Organic Pollutants)..................................................................128 11.2.2. PAH, polycyclic aromatic hydrocarbons...........................................................132 11.2.3. Furans... .............................................................................................................133 11.2.4. Halogenated hydrocarbons... .............................................................................134 11.2.4.1. PCB-s, polichlorinated biphenyls... ........................................................134 11.2.4.2. Polychlor-dibenzo-para-dioxins and furans (PCDD, PCDF)..................135 11.2.4.3. 2, 3, 7, 8-tetrachlor-dibenzo-p-dioxin (TCDD)... ................................. ..136 11.2.4.4. Chlorinated hydrocarbons... ....................................................................141 11.2.4.5. PBB-s, polibrominated biphenils... .........................................................146 11.3. Pesticides... .................................................................................................................146 11.3.1. Use of pesticides in our country... .....................................................................147 11.3.2. Insecticides... .....................................................................................................150 11.3.2.1. Vegetal origin insecticides......................................................................150 18

11.3.2.2. Synthetic insecticides..............................................................................152 11.4. Inorganic toxicants... ..................................................................................................157 11.4.1. Nitrates and nitrites... .......................................................................................157 11.4.2. Arsenic...............................................................................................................158 11.4.3. Cadmium... ........................................................................................................161 11.4.4. Lead... ................................................................................................................161 11.4.5. Mercury... ..........................................................................................................163 11.4.6. Iron... .................................................................................................................166 11.4.7. Manganese.........................................................................................................168 11.4.8. Cyan ..................................................................................................................170 11.4.9. Cobalt ... ............................................................................................................171 11.4.10. Bromine ... .......................................................................................................173 11.4.11. Fluorides ... ......................................................................................................173 12. TOXINS.............................................................................................................................175 12.1. General characterization of toxins..............................................................................175 12.2. Bacterial toxins...........................................................................................................175 12.3. Plant origin toxins... ...................................................................................................176 12.4. Mycotoxins.................................................................................................................179 12.4.1. Formation of mycotoxins... ...............................................................................181 12.4.2. Mycotoxins producing fungi... ..........................................................................181 12.4.3. Toxin producing genetic determination... .........................................................184 12.4.4. Symptoms caused by mycotoxins... ..................................................................185 12.4.5. Aflatoxins... .......................................................................................................185 12.4.5.1. The discovery of aflatoxins.....................................................................185 12.4.5.2.Aflatoxins nomenclature... .......................................................................186 12.4.5.3. Chemical structure of aflatoxins... ..........................................................186 12.4.5.4. Detection and quantification of aflatoxins..............................................187 12.4.5.5. The permissible limits for aflatoxins... ...................................................187 12.4.5.6. The toxicity of aflatoxins... .....................................................................188 12.4.5.7. The control of aflatoxins.........................................................................190 12.4.6. Trichotecenic frame mycotoxins... ....................................................................192 12.4.6.1. Trichotecenic frame mycotoxins occurrence... .......................................192 19

12.4.6.2. Trichotecenic frame mycotoxins general properties...............................193 12.4.6.3. Trichotecenic frame mycotoxins toxic effects.. ......................................194 12.5. Animal origin toxins...................................................................................................195 13. ECOTOXICOLOGICAL TESTS... ...................................................................................200 13.1. Ecotoxicological testing in environmental risk assessment... ....................................200 13.2. The analytical chemistry and ecotoxicological risk relationship in tests... ................201 13.3. Ecotoxicological studies with extracts... ....................................................................202 13.4. Testorganisms.............................................................................................................202 14. GLOSSARY... ...................................................................................................................207 REFERENCES... .....................................................................................................................214

20

ÖSSZEFOGLALÁS

Jelen egyetemi jegyzet arra hivatott, hogy kiegészítésként,

támogassa

az

egyetemi

elsődlegesen szöveges formában, előadás hallgatók

toxikológiai

és

ökotoxikológiai

tanulmányait. Ez a kiadás tájékoztatást ad a különböző aspektusaira a toxikológiának és ökotoxikológiának, különösen az elvek, koncepciók és gondolkodási módok leírásával. Leginkább a toxicitás és ökotoxicitás mechanizmusaira van a hangsúly helyezve. A jegyzet átfogó kerete az elérhető toxikológiával és ökotoxikológiával kapcsolatos szakkönyveknek és tudományos cikkeknek. A jegyzet 14 fejezetből áll, az előszó utáni fejezetben a toxikológia alapjait tárgyalja, majd részletesen bemutatja a toxikokinetikával kapcsolatos szükséges információkat. A negyedik fejezet tárgya a vegyi anyagok emberekre kifejtett káros hatásai, majd egy rövidebb leírás következik, melynek tárgya a szervek és szervrendszerek toxikológiája. A hatodik fejezet a vegyi anyagok egészségkárosító kockázatának becslésével foglalkozik, ez után három rövidebb fejezet tárgyai a toxicitás laboratóriumi értékelése, a citotoxikológia és a karcinogenezis. Terjedelmes tárgyalásban részesül a tizedik fejezet, melynek tárgya az ökotoxikológia, ebben a fejezetben alapos leírás található a vegyi anyagok környezeti hatásairól. A 11. fejezetben külön vannak tárgyalva a környezetben előfordulő toxikus anyagok, több megközelítést és osztályozást alkalmazva. A 12. fejezetben a toxinokkal kapcsolatos ismereteket mutatjuk be, itt részletesebben vannak tárgyalva a mikotoxinok, a szerző számára otthonosabb tudományterület. A 13. fejezetben az ökotoxikológiai tesztek vannak bemutatva, és végül a glosszárium tartalmaz számos kifejezésmagyarázatot, melyek segítséget nyújtanak a tananyag jobb minőségű elsajátítására. A szakirodalmi jegyzék tartalma és aktualitása tükrözi a jegyzet minőségét. A szerző különösen hálás az összes kollégának és hozzászólónak, amelyek együttes szakértelme lehetővé tette a jegyzet tudományos szinvonalát. A szerző szándéka, hogy az egyetemi hallgatók választ találjanak folytonosan két kérdésre: milyen károsodások jönnek létre a toxikus anyagok hatására? Milyen szervekre és rendszerekre jelentenek veszélyt a vegyi anyagok, és milyen dózisban? Ebből nyilvánvalóvá válik az olvasó számára, hogy a könyv kompromisszum alapú, alapvető, mechanisztikus megközelítésű a tárgyalt toxikológia és ökotoxikológia, hogy képet alkothasson e tudomány széles horizontjából. Noha bizonyos, hogy a szerző szelektívebben kellett volna tárgyalja a tematikát, az is biztos, hogy lehetett volna néha a leírás kevésbé részletes, de a szerző reméli, hogy az egyensúly megfelelőnek bizonyul. 21

REZUMAT

Prezentul curs universitar este destinat să fie în primul rând în ajutorul studenţilor, sub formă textuală, pentru a oferi un plus de performanţă, pentru a sprijini studiile de toxicologie şi ecotoxicologie. Această ediţie include informaţii cu privire la diferite aspecte ale toxicologiei şi ecotoxicologiei, în special cu referire la descrierea principiilor, conceptelor şi a modului de gândire specific. Cel mai puternic accent este pus asupra mecanismelor de toxicitate şi ecotoxicitate. Cursul este un cadru cuprinzător pentru informaţiile disponibile din domeniu, fiind culese din numeroase cărţi de specialitate de toxicologie, ecotoxicologie şi articole ştiinţifice. Cursul este alcătuit din 14 capitole, după introducere primul capitol discută despre conceptele de bază ale toxicologiei, apoi descrieri detaliate ale informaţiilor necesare privind toxicocinetica. Al patrulea capitol se referă la efectele substanţelor chimice nocive asupra oamenilor, precum şi o scurtă descriere care are ca obiect toxicologia organelor şi a sistemelor de organe. Al şaselea capitol se ocupă cu estimarea riscului prezentat de substanţele chimice nocive, apoi trei capitole mai sumare au ca obiect evaluarea în condiţii de laborator a toxicităţii, şi apoi citotoxicologia şi carcinogeneza. Se dicută amplu în capitolul zece subiectele referitoare la ecotoxicologie, acest capitol este o descriere amănunţită ale efectelor de mediu ale substanţelor chimice. În capitolul 11 sunt discutate separat substanţele toxice care se pot întâlni în mediul înconjurător, clasificarea acestora se efectuează utilizând abordări multiple. Capitolul 12 prezintă toxinele conform nivelului de cunoaştere actual, sunt discutate în detaliu mai multe micotoxine, acestea fiind domeniul preferat al autorului. Capitolul 13 are ca obiect testele ecotoxicologice, şi în cele din urmă, glosarul conţine o serie de explicaţii ale cuvintelorcheie, care vor ajuta la însuşirea calitatativă a cursului. Lista literaturii utilizate reflectă actualitatea conţinutului şi a calitatea cursului. Autorul este recunoscător colegilor, şi tuturor care au oferit sugestii utile pentru îmbunătăţirea cursului. Intenţia autorului a fost ca studenţii să obţină mereu răspunsuri la două întrebări: ce fel de daune cauzează substanţele toxice? Ce organe şi sisteme sunt afectate, care este riscul dat de substanţele chimice, si la ce doză? Este evident pentru cititor că prezentul curs este un compromis, care se bazează fundamente, este o abordare mecanicistă a toxicologiei şi ecotoxicologiei, pentru a oferi o imagine mai bună a orizontului larg al acestei ramuri ştiinţifice. Cu toate că este cert că autorul ar fi trebuit să se confrunte cu o mai selectivă abordare a temelor, este sigur că, uneori descrierea ar putea fi mai puţin detaliată, autorul speră să dovedească echilibrul adecvat. 22

ABSTRACT

The present academic note is intended to be primarily in text form, in addition to performance, to support the students of toxicological and ecotoxicological studies. This edition includes information on various aspects of toxicology and ecotoxicology, in particular the principles, concepts, modes of thinking and the description. Most of the mechanisms of toxicity and ecotoxicity is the focus. The note is a comprehensive framework for the available toxicology and ecotoxicology studies and related scientific articles. The note consists of 14 chapters, after the prologue the second chapter discusses the foundations of toxicology, and later the detailed descriptions of the necessary information on toxicokinetics. The fourth chapter covers chemical compounds adverse effect on humans, and a short description, which were the subject of organs and organ systems toxicology. The sixth chapter deals with estimating the risk of harmful chemicals, the laboratory evaluation of the toxicity of the citotoxicology and carcinogenesis. The next chapter, the tenth chapter, extensive covers the ecotoxicology, this chapter is a thorough description of the effects of environmental chemicals. Chapter 11 discuss separate about toxic substances in the environment, the classification use multiple approaches. Chapter 12 present the knowledge of the toxins, are discussed in more detail the mycotoxins. Chapter 13 presents ecotoxicological tests, and finally, the glossary contains a number of explanations, which will help a better quality acquire of the subjects. The list of literature reflects the timeliness of the content and quality of the note. The author is grateful to colleagues, who have made useful suggestions for quality improvement. The author are especially grateful to all of the discussions, with combined expertise has enabled the scientific quality of the note. The author's intention that the students are constantly seeking answers to both questions: what kind of damage from toxic substances come into effect? What organs and systems present a risk of chemical substances, and at what dose? It becomes apparent to the reader that the book is a compromise based on a fundamental, mechanistic approach to toxicology and ecotoxicology, to give a better picture of this broad science horizon. Although, it is certain, that the author would have had to deal with selectivity in the themes, it is certain that sometimes could be less detailed description, the author hopes to prove the appropriate balance.

23

1. ELŐSZÓ

A kemikáliák a fenntartható fejlődést szolgálva életünk nélkülözhetetlen részévé váltak, sok betegség megelőzését és gyógyítását segítik, továbbá növelik a mezőgazdasági termelés eredményességét is. Számtalan előnyük mellett azonban, az egészségünket veszélyeztethetik, és a környezetünket mérgezhetik. A különböző országokban alkalmazott kémiai anyagok természete, mennyisége és minősége a nemzeti gazdaságtól, az ipartól és a mezőgazdaságtól függően széles határok között változik. Évente több ezer vegyületet csak azért állítanak elő, hogy megállapítsák, vajon az újak az elődökkel szemben rendelkeznek-e valamilyen előnyökkel, illetve eladhatók? Becslések szerint, jelenleg a kereskedelmi forgalomban 100000 kémiai anyag található, és évente 400-1000 új jelenik meg a piacon. Vagyis, a vegyi anyagok készlete és választéka állandóan változik, miközben az új termékek kiszorítják a régieket. Az előállított és felhasznált kemikáliák mennyisége az anyagok hatékonyságának és keresletének függvénye. Sok vegyület az egészségre és a környezetre mérgezően hat. Az expozíció kockázatával kell számolni az anyagok gyártásánál, azok tárolásánál, mozgatásánál, szállításánál, használatánál és elhelyezésénél, a balesetből származó szennyeződésnél, illetve az illegális lerakásánál. A környezetbe nem megfelelően kibocsátott vegyületek, mint környezeti szennyezők jelenhetnek meg az általunk belélegzett levegőben, az ivóvízben és a táplálékban. Ezek az anyagok károsítják folyóink, tavaink minőségét, erdőinket, károsíthatják az élővilágot, mint ahogy megváltoztatják az időjárást és az ökológiai rendszereket is. Valamennyink számára veszélyt jelenthet a toxikus vegyületek expozíciója. Az, hogy ezek vajon kárt okoznak-e, az a vegyi anyaggal történő expozíció mértékétől, időtartamától, gyakoriságától, a vegyi anyag toxikus hatásától és a személy egyéni érzékenységétől függ. A szervezettel érintkező vegyi anyag mennyisége percenként változhat, de sok vegyület a szervezetben hosszú idő alatt felhalmozódik. Több vegyület évekkel az expozíció után okoz csak károsodást. A rövid időtartamú expozíciók is gyakran ismétlődhetnek, és a koncentrációjuk igen magas lehet. A gyermekek, az időskorúak, a terhes nők, a betegségtől legyengültek érzékenyebbek, mint az egészséges felnőttek. A fejlődő és a fejlett országokban történő vegyipari növekedés az előrejelzések szerint folytatódik, és a fejlődés üteme gyorsabb lesz a következő században. A kémiai biztonság, − 24

ami magába foglalja a vegyi veszély prevencióját és kezelését − nagyon fontos annak érdekében, hogy az emberekre és a környezetre nézve a növekedés hasznos, ne pedig végzetes legyen. 2. A TOXIKOLÓGIA ALAPJAI 2.1. A toxikológia, mint tudomány A toxikológia tárgya - ha általánosan szeretnénk meghatározni - az élő szervezetet károsító, veszélyes környezeti tényezők hatásának tanulmányozását fogalja magába. A környezeti tényezők lehetnek: fizikai, kémiai, biológiai tényezők. Ha a toxikológia tárgyát szűkebb értelemben szeretnénk meghatározni, akkor csak a kémiai tényezőket vesszük figyelembe, tehát a toxikológa tárgyköre nem foglalkozik a fizikai és biológiai tényezők élő szervezetekre gyakorolt hatásával. Maga a szó TOXIKOLGIA = MÉREGTAN-t jelent. A szó definíciója kétféleképp adható meg, az első általánosan fogalmaz, a második már szűkebb értelemben magyarázza a fogalmat: • mérgező vegyi anyagokkal és mérgezésekkel foglalkozik; • a vegyi anyagok élő szervezetekre gyakorolt mérgező hatásaival, a mérgezés kialakulásának mechanizmusával, a mérgek meghatározásával és a mérgezések terápiájával foglalkozik. Tekintsük át a toxikológia tudományának történetét, kialakulását.

2.2. A toxikológia története A történelem során már az ókori Egyiptomban készítettek feljegyzéseket az akkor ismert mérgező anyagokról pl. i.e. 1500-ból származó Ebers papirusz. A Görög/Római kultúra is számos eseten tesz utalást több mérgező növényre és ellenméregre. A középkorban a mérgeket, mérgező anyagokat előszeretettel használtak fel a politikusok csatározásaik során. Ki kell emelnünk ebből az időszakból Medici Katalin munkáját, aki tengerimalacokat használt különböző mérgek vizsgálatára. A toxikológia, mint tudomány megalapozása Paracelsus (1494-1541) nevéhez kapcsolódik. A „Philosophia Magna” című művében fogalmazta meg a toxikolóiai vizsgálódások szempontjából alapvető tételt: „minden anyag méreg, azonban mérgező tulajdonsága a dózistól függ”. Paracelsus kortársa, Georg Bauer (Georgius Agricola, 149425

1535) volt. Műve a „De Re Metallica”, amely halála után jelent meg. Agricola leírta a bányászok és a felszíni bányákban dolgozók között előforduló gyakori megbetegedéseket, ahol az ólom, vas, cink, antimon és bizmut ércek olvasztását végezték. Leírásai valószínűleg megfelelnek a tuberkulózisnak, a tüdő karcinomának illetve a szilikózisnak. Mattheiu Joseph Bonaventura Orfila (1787-1853) a modern toxikológia „atyja”. A toxikolgiát önálló tudománynak tekintette, ezt fogalmazta meg könyvben a „General System of Toxicology”-ban (1815). Tudományos munkája során a mérgeket analitikai vizsgálatoknak vetette alá. A kvantitatív analitikai kémia a XVIII. és a XIX. században fejlődött ki, és olyan tesztek bevezetéséhez vezetett, amelyek segítségével kimutatható volt az arzén, a hosszú időn keresztül használt “kedvenc” mérgezőszer, és sok más fém is. Az első szerves vegyületet, az ureát, csak 1828-ban szintetizálta Friedrich Wöhler (1800-1882) hidrogéncianidból. Történetileg a toxikológia a gyógyszertan (farmakológia) tudományából alakult ki. A gyógyszerészek foglalkoztak a különböző anyagok mérgező hatásaival, ezért hosszú ideig a toxikológiai vizsgálatok az orvosok és a gyógyszerészek kezében összpontosultak, és főleg gyógyszerek túladagolásából származó mérgezésekkel foglalkoztak. A tudomány legnevesebb múlt századi művelői is gyógyszerészek voltak, mint Claude Bernard (1813-1878). Még az 1970-es években is vitatott volt, hogy beszélhetünk-e a toxikológiáról, mint önálló tudományról, ugyanis a toxikológia alatt ekkor elsősorban a klinikai, humán toxikológiát értjük. A XX. század második felére azonban a vegyipar nagyarányú fejlődése, és az ezzel párhuzamosan megjelenő és világméretűvé váló környezetvédelmi és munkahigiénés problémák hatására önálló tudománnyá vált. A toxiklológia ekkor már nem csak a gyógyszerek mérgező hatásával, hanem a környezetbe kijutó, környezetszennyező anyagok mérgező hatásaival is foglalkozik. A II. világháború után nagy mennyiségben jelentek meg a műanyagok és a különböző növényvédő szerek, melyek kezdetben nem okoztak krízist. Az 1960-as évekre az egyre növekedő termelés hatására azonban már jelentkezett a környezet minőségének a romlása, mely már a lakosságot is veszélyeztette. Az 1960-70-es években már hatóságilag szabályozták az egyértelműen toxikus anyagok és veszélyes hulladékok kibocsátását, ám a kevésbé toxikus, de globális környezeti veszélyeket magukban rejtő anyagokra nem fektettek kellő hangsúlyt. A környezetben felhalmozódó szennyező anyagok következtében az 1980-90-es években bekövetkezett a legsúlyosabb környezetszennyezési hullám. Az új veszélyes hulladékok, szennyező források, veszélyes anyagok széles körű, nehezen kontrollálható megjelenése a jellemző. A helyzet annyira súlyossá vált, hogy a különböző tudományterületek szakembereinek 26

összefogására volt szükség. Sok különböző képzettségű (vegyész, biológus, állatorvos) szakember együttműködése és a környezetvédelmi szakemberek munkája szükséges ahhoz, hogy a környezetben bekövetkezett változásokat vizsgálják és a szennyezés mértékét visszaszorítsák. A toxikológia a XX. század második felére elsősorban az előbbiekben ismertetett folyamatok következményeként kivált a farmakológiából, és kialakult az interdiszciplináris, önálló toxikológia, mint tudomány, mely környezettani tudományok közé sorolható. A teljesség igénye nélkül felsorolhatunk olyan tudományterületeket, amelyekkel a toxikológia kapcsolatban van: fiziológia, orvostudomány, patológia, biokémia, molekuláris biológia, epidemiológia, analitikai kémia, kémia és a farmakológia.

2.3. A toxikológia szakágai A toxikológia több ágra osztható. Kétféle felosztás terjedt el. Az első alapján a mérgező anyagok felhasználási szempontja szerint csoportosít. Erre a kategóriára jellemző, hogy az egyes anyagcsoportok között nagy a különbség az anyagok eloszlását illetően, különböző az ellenőrizhetőségük: • gyógyszerek és táplálék adalékanyagok: ezek ritkán szennyezik lényegesen a környezetet, dozírozásuk és előfordulásuk jól nyomon követhető; • az ipari és vegyi anyagok, mezőgazdasági vegyszerek általában nehezen ellenőrizhetőek, nehezen bomlanak le, könnyen felhalmozódnak; • háztartási szerek: a foszfáttartalmú detergensek jelentenek komoly problémát; • természetes toxinok. A másik csoportosítás jobban tükrözi az egyes területeit a toxikológiának: Humán (preklinikai és klinikai) toxikológia A humán toxikológia vizsgálatai az ember, mint faj szintjére korlátozódik; az indivídum áll a középpontban. A gyógyszerek, gyógyhatású készítmények, táplálékadalékok fejlesztése során felmerülő méregtani vizsgálatokkal foglalkozik, tanulmányozza a mellékhatásokat, a humán mérgezések pato-mechanizmusát és a terápiát. Hasonlóan egy-egy speciesszel foglalkozik, mint például az állatorvosi toxikológia.

Környezetvédelmi toxikológia Ez egy újabban kialakult területe a toxikológiának. Vizsgálja az adott vegyi anyag viselkedését 27

a környezettel való kölcsönhatása során. Részletesen elemzi a mérgező anyag sorsát, kémiai, biológiai átalakulását, felhalmozódását és az adott területen élő hatásviselők körét. A környezetvédelmi toxikológián belül is megkülönböztetünk alcsoportokat: •

Ipari és mezőgazdasági toxikológia: ipari és vegyi anyagok, mezőgazdasági vegyszerek

és háztartási szerek toxikológiai vizsgálatával foglalkozik. •

Élelmezési toxikológia: élelmiszerekben jelenlévő mérgező anyagokkal foglalkozik.

•

Foglalkozási (munkahigiénés) toxikológia: a munkahelyen felhasznált nyersanyagok,

intermedierek, vegyi anyagok dolgozókra gyakorolt egészségkárosító hatásával foglalkozik. •

Ökotoxikológia: a különböző mérgező vegyi anyagok hatását vizsgálja a biológiai

életközösségekben. Az ökotoxikológai hatásokat ma már egyre inkább szem előtt kell tartani, mert a gyártás, csomagolás, szállítás, raktározás során érintkezésbe kerülhetnek a különböző anyagok a környezettel, illetve a környezetbe kijutott anyagok a táplálékláncon keresztül eljuthatnak a kultúrnövényekig, a magasabbrendű állatokig és végül az emberig.

Analitikai kémia toxikológia A toxikus vegyületek és azok szervezetben keletkezett bomlástermékeinek minőségi és mennyiségi meghatározásával foglalkozik.

Vegyi anyagok hatósági engedélyeztetése Különböző anyagok forgalomba hozhatóságát vizsgálja jogszabályi előírások alapján.

2.4. A toxikológia alapfogalmai Az alábbiakban felsorolunk néhány fogalmat és jelentésüket. Venom: általános elnevezése a mérgek azon csoportjának, melyeket állatok termenek, a mérgüket védekezésre használják.

Xenobiotikum: testidegen anyag általános elnevezése.

Toxin: tudományos elnevezése a különböző élőlények által biológiailag előállított anyagoknak, melyek veszélyeztetik más élőlények normális életfolyamatait, úgy hogy interakcióba lépnek olyan létfontosságú makromolekulákkal, mint az enzimek és a receptorok. Számos 28

élőlénycsoport termel mérgező anyagokat, ezek alapján beszélhetünk: - toxoid: baktériumok által termelt toxin; • exotoxin: a baktériumok kiválasztják a környezetükbe; • endotoxin: a sejtfal részét képezik, a baktérium pusztulása után szabadulnak ki; - fitotoxin: növények által termelt toxin; - mikotoxin: mikroszkopikus gombák által előállított méreganyag; - zootoxin: állatok által előállított méreganyag;

Méreg: minden olyan anyag, amely károsító hatást fejt ki valamely biológiai rendszerre, súlyosan veszélyeztetve annak működését, mely károsítás a legsúlyosabb esetben a halált jelentheti. Ez a megfogalmazás általános és ebből adódóan pontatlan. A toxicitás lényege, az anyagok olyan speciális fizikai, kémiai, biokémiai aktivitása, mely az élő rendszerekre potenciális veszélyt jelent. Fontos jellemzője a toxicitásnak, hogy nem fejezhető ki egyetlen számmal, mert több változó függvénye. A dózis jelenését már Paracelsus megfogalmazta (14931541): „minden anyag méreg, azonban mérgező tulajdonsága a dózistól függ”.

Dózis: egy anyag azon mennyisége, amely az élő szervezetbe bejut és felszívódik. Mennyisége mindig egy adott élőlényre vonatkozik, ennek megfelelően a mértékegysége mg/testtömeg kg.

Veszélyesség (hazard): valamely anyag vagy környezeti tényező azon tulajdonsága, mely potenciálisan káros befolyást gyakorolhat az élő szervezetre. Ezáltal a toxikus anyagok kockázatot jelentenek az élőlények számára. Ha megtörténik a kontaktus a veszélyes tényezővel, azaz létrejön az expozícó, akkor a károsító hatás megvalósul. A benzin például veszélyes anyag bizonyos tulajdonságainál fogva, de ha megfelelően tároljuk és kezeljük, akkor a kockázat nem valósul meg, nem jön létre expozíció. Valamely anyag toxicitását a dózis-hatás függvénnyel (1. ábra) jellemezhetjük, mely mutatja, hogy a dózis emelésével a károsító hatás milyen mértékben nő.

Egységnyi kockázat (Unit Risk; UR): az egységnyi kockázat egy felső becslése annak az élettartamra vonatkozó többlet kockázatnak, mely a szennyező vegyi anyag talajvízben 1 µg/l, levegőben 1 µg/m3 koncentrációjú folyamatos expozíciójának következtében alakul ki. 29

Kifejezése a meredekségi tényező, az átlagos testtömeg és a belégzett levegő/lenyelt napi vízmennyiség figyelembe vételével történik.

Célérték: számszerű szennyezőanyag koncentráció, vagy elfogadható kockázati szint érték, illetve egyéb olyan környezetminőségi kritérium (például ivóvízszabványban szereplő határérték), mely biztosítja az emberi egészség és a környezet védelmét.

Érzékeny terület: az olyan terület, ahol különösképpen nagy az emberi egészség károsodásának a kockázata, vagy olyan természetes terület, melynek igen nagy belső értéke van. Ez olyan területeket jelent, ahol a szennyezőanyag expozíciójának nagy a valószínűsége, vagy az expozícióra való érzékenység különösen nagy (például gyerekeknél). Ilyen területek: lakóterületek,

iskolák,

óvodák,

munkahelyek,

játszóterek,

üdülő- és

sportterületek,

természetvédelmi területek.

Tünetnek nevezzük azt a biológiai válaszreakciót, amellyel adott dózis esetében a károsító hatás jellemezhető. A tünet kétféle módon alakul ki: vagy fokozatosan, egyre súlyosbodó, vagy van/nincs hatás érvényesül. Ez azt jelenti, hogy a tünet csak egy adott dózis fölött jelentkezik. Az 1. ábra mutatja a különböző tüneteket szén-monoxid dózisának függvényében. Fokozatosan alakul ki pl. a szén-monoxid mérgezés tünete, először enyhe fejfájás (1), szédülés (2) jelentkezik, majd hányinger (3), hányás végül eszméletvesztés (4) és halál (5).

1. ábra. Szén-monoxid mérgezés tünetei a dózisok függvényében Az anyagok toxikus hatását az élő szervezetekre mindig több egyeden, adott populáción vizsgáljuk. A populáció heterogén összetételű, különböző érzékenységű egyedekből áll, ebből 30

következik tehát, hogy a tünetek előfordulása szórást mutat. Ezt mutatja be a 2. és 3. ábra (Forrás: Pesti, M. – Takács, K. – Papp, G.: Toxikológia, Pécsi Tudományegyetem,Természettudományi Kar, Egyetemi jegyzet, 2005). .

2. ábra. Mortalitás gyakoriság-eloszlás függvénye

3. ábra. Dózis-válasz függvény A különböző tünetekre felírhatjuk a kumulatív dózis-válasz függvényt. Az abszcisszán a dózis, vagy annak természetes alapú logaritmusa, az ordinátán a dózisnak megfelelően kialakult tünetek százalékos gyakorisága van feltüntetve. Jellemző, hogy a különböző tünetekre felírt dózis-válasz görbék nem esnek egybe, eltérő lefutásúak. A toxicitás leírására a tünetek közül leggyakrabban a halálozást (mortalitás) használják. A legáltalánosabban alkalmazott az ún. akut közepes letális dózis = LD50. Az LD50 a vizsgált anyag azon dózisa, amely egyszeri kezelés után az állatok 50%-nak pusztulását okozza. A mai napig alapparaméterként használt LD50 értéket Trevan (1927) vezette be. Az LD50 értékét a dózis-válasz függvényből határozzuk meg, mely statisztikailag értelmezhető. De ez a paraméter is valószínűséget ad meg, tehát amennyiben a kísérletet ugyanolyan körülmények között, ugyanazon dózisok adagolásával, 31

de más-más populációkon ismételjük meg nem feltétlenül kapunk azonos eredményt. A mortalitás gyakorisága a dózis függvényében normál eloszlást mutat (Gauss-görbe), és a maximális gyakoriság a görbe mediánjánál van, ami az 50%-os választ mutatja. Ettől (+) vagy (-) irányban távolodva a szórás (SD) függvényében egyre cs ökken a gyakoriság. Normál eloszlás esetén az átlagtól az X tengely mentén ± SD távolságban helyezkedik el az adatok 68,3%-a, 2±SD távolságban a 95,5%, s 3±SD már a populáció 99,7% reprezentálja. Ez a matematikai összefüggés adja meg az LD50 leggyakoribb számítási módszere, a probit analízis alapját. A probitegységeket az adatok átlaga ±SD lineáris transzformációjával kapjuk. A konfidencia intervallumot meg kell adni, ez a hibakorlát, ami általában 2SD szórástávolság mellett megadja a legnagyobb elkövethető hibát. A szakirodalom, ha más különleges jelezés nincs jelen, akkor a patkányon mért akut orális LD50 értékét adja meg. Az 1. táblázat néhány vegyi anyaganyag LD50 értékét mutatja. 1. táblázat. Patkány LD50 értékek Anyag

LD50 (mg/testtömeg kg) 10 000 4 000 900 150 5 2 1 0,5 0,1 0,001 0,00001

Etilalkohol Nátrium-klorid Morfin Nátrium-fenobarbitál Pikrotoxin Sztrichnin Nikotin D-tubokurarin Tetrodotoxin Dioxin Botulin toxin

Az emberre vonatkoztatott letális dózist természetesen nem lehet kísérletesen megállapítani, ezért az állatkísérletek - elsősorban patkány - LD50 értékeit adaptálják emberre. A 2. táblázat mutatja a valószínű letális dózist emberen, orális expozíció esetén.

32

2. táblázat. A valószínű letális dózis emberen, orális expozíció esetén Hatás Gyakorlatilag nem mérgező Enyhén toxikus Közepesen toxikus Erősen toxikus Extrém erős toxikus Szupertoxikus

Dózis > 15 g/kg

LD átlagos felnőtt emberre nézve > 1 liter

5-15 g/kg

egy nagy pohár

0,5-5 g/kg 50-500 mg/kg

egy vizespohár teáskanál és pohár között

5-50 mg/kg

7 csepp-kiskanál

< 5 mg/kg

< 7 csepp

Expozició módja Az expozíció során az adott anyag érintkezésbe kerül és bejut a szervezetbe. Az anyag bejutása esetén meg kell határozni a hozzáférhetőséget, mely a felvétel mértékét határozza meg. A hozzáférhetőség több tényezőtől függ: az anyag viselkedése az adott környezetben (fizikai, kémiai), időjárás, geológiai viszonyok, növénytakaró, talaj típusa, talajvíz, felszíni vizek. A toxikus anyagok különböző utakon juthatnak be a szervezetbe. Fontosabb expozíciós útak: • orális: szájon át; felszívódás a gasztrointesztinális rendszeren át; • inhalációs: belégzéssel; felszívódás a tüdőn keresztül; • dermális: bőrön át; • egyéb parenterális: intravénás, izomzatba, vagy bőr alá. A felszívódás után kialakulhat helyi (lokális) mérgezés, mely jellemzően

a

bőrön,

nyálkahártyán, légutakon keresztül bejutott xenobiotikum hatására jön létre, illetve szisztémás mérgezés, ami már a szervezet egészére terjedő mérgezést jelent.

Időtartam A toxikológiai vizsgálatokban a toxikus anyaggal való érintkezés ideje fontos paraméter. A tesztkísérletekben is ennek megfelelően a kísérleti állatoknak hosszabb-rövidebb intrvallumban adagolják az anyagokat. Egyszeri, vagy 24 órás adagolás következtében alakul ki az úgynevezett akut toxicitás. Ha az adagolás ismételt, többszöri, hosszabb időn át történik, akkor 33

szubakut és krónikus toxicitásról beszélünk. Jellemző az is, hogy önmagában alig toxikus anyag hosszú távú adagolása során felhalmozódik (kumulálódik) a szervezetben, és a hatása súlyos. Más esetben hosszú távú adagolás következtében tolerancia is kialakulhat. Toxikus hatás fajoktól való függése Megfigyelték, hogy a xenobiotikumok más-más hatással vannak a különböző élőlényekre. Ebből következik, hogy az akut letális dózis fajra jellemző érték. A szelektív toxicitás tehát azt jelenti, hogy bizonyos anyagok toxikusak egyes élőlényekre, élőlény csoportokra, míg más anyagok nem. A DDT például gerinctelen állatokra erősen toxikus, emlősök esetén a hatás nem jelentkezik azonnal. Az egyes fajok közötti különbségek az eltérő anatómiai felépítéssel (például

kültakaró,

gyomor-bélrendszeri

képletek

eltérőek),

az

anyagcsere

utak

különbözőségével (eltérő enzimapparátus - eltérő átalakítás) és a genetikai faktorokkal magyarázhatóak.

34

3. TOXIKOKINETIKA 3.1. Bevezetés A vegyi anyagok az emberben és más élő szervezetben különböző módon okozhatnak kárt. Ahhoz, hogy egy vegyi anyag ártalmas hatását kifejthesse, valamilyen expozíciós útra van szükség. Az expozíciós út egy vegyi anyag szervezetbe való bejutási útját jelenti. Ha egy élő szervezet és egy vegyület között nem jön létre kontaktus, akkor, függetlenül attól, hogy mennyire toxikus az adott vegyület, az nem lehet ártalmas. Különböző expozíciós utak vannak, s az expozíció módja befolyásolhatja a vegyület toxicitását. Három expozíciós út ismert: a bőrön keresztül történő behatolás (dermális abszorpció), a tüdőn keresztüli abszorpció (belélegzés), és az emésztőszerveken keresztül létrejövő abszorpció (lenyelés). A munkahelyi expozíció legelterjedtebb módja a belélegzés és a dermális felszívódás, míg a véletlen balesetből származó, valamint az öngyilkossági szándékkal történő mérgezés a leggyakrabban orális expozíció útján valósul meg. Az alábbi folyamatok sorozata összefoglalja a toxikokinetika folyamatait: Különböző toxikus anyagok felvétele, felszívódása

↓ A toxikus anyag eloszlása a szervezetben

↓ A toxikus anyag kiválasztása

3.2. Különböző toxikus anyagok felvétele, felszívódása Ebben fejezetben tárgyaljuk meg a szisztémás toxicitás jellemzőit, mely esetében a toxikus vegyület nem lokálisan fejti ki hatását, hanem eljut a szervezet különböző pontjaira, és a célszerveken fejti ki hatását. A xenobiotikum felszívódását a szervezetbe reszorpciónak nevezzük. Nézzük meg, hogy hogyan játszódik le ez a folyamat. Az élő rendszereket membránok határolják, ezen membránok kölcsönhatásba lépnek a rajtuk áthatoló anyagokkal. A hatáserősség a lipid/víz fázis megoszlási hányados függvénye. A lipid/víz fázis megoszlási hányados meghatározása tette lehetővé a kvantitatív hatás szerkezet összefüggés vizsgálatok megalapozását (Quantiative Structure-Actity Reationship - QSAR). A hatás-szerkezet összefüggés alapján tehát a vegyi anyag kémiai szerkezetéből és fizikokémiai sajátosságaiból következtetni 35

lehet a felszívódásukra, és biológiai hatásosságuk is előre jegyezhető. A biológiai hatást matematikailag a Hansch-féle függvénnyel írhatjuk le (4. ábra).

4. ábra. Azonos biológiai hatást mutató barbiturátokra szerkesztett Hansch-féle függvény. A lipid/víz megoszlás mértékeként az octanol/víz megoszlási hányados (P) logaritmusát használják (C= moláris koncentráció) A xenobiotikumoknak a ~750 nm átmérőjű kettős lipid membránon kell átjutniuk passzív, vagy aktív transzport segítségével. A toxikus molekuláknak mindig valamilyen hámsejt membránján kell először áthatolni, nézzük meg ezt a következőkben konkrét példák alapján.

3.2.1. Orális expozíció A lenyelés az ételben és italban található kémiai anyagok legjelentősebb beviteli útja. A lenyelt vegyi anyagok a szervezetbe a gyomor- és bélrendszerből felszívódnak. Ha az abszorpció nem történik meg, akkor ezek a vegyületek sem okozhatnak szisztémás károsodást. Az abszorpció az emésztőcsatorna teljes hosszában bárhol, a szájtól a végbélig, megtörténhet, de a felszívódás legfontosabb helye, annak tápanyag abszorpciós fiziológiai funkciója miatt, a vékonybél. Orális expozíció esetén a kis molekulák passzív diffúzióval jutnak át a bélhámsejtek falán. A koncentráció különbség a meghatározó, tehát az anyag a nagyobb koncentrációjú hely felől áramlik a kisebb koncentrációjú hely felé. A zsírban oldódó toxikus anyagok áthatolnak a membránon, számukra nem képez akadályt. A víz, illetve a vízben oldódó kismolekulájú anyagok a bélhámsejtek membránjának hidrofil pólusain át jutnak a sejtbe, a nagyobb molekulájú anyagokat ún. carrier fehérjék juttatják át. Ha az anyag aktív transzporttal jut át a nagyobb koncentrációjú hely felé, akkor ATP felhasználás is történik.

3.2.2. Inhalációs expozíció Az expozíció másik elterjedt útja a tüdőbe kerülés, de a bőrtől eltérően, a tüdőszövet a kémiai 36

expozícióval szemben alig képez akadályt. A tüdő legfontosabb funkciója a levegőben lévő oxigén- és a vérben lévő szén-dioxid közötti csere. A tüdőszövet nemcsak az oxigént, hanem közvetlenül a vérbe kerülő sok más vegyi anyagot is átengedi. A szisztémás károsításon kívül, a tüdő nagy felszínén áthaladt vegyületek károsíthatják magát a tüdőszövetet, és életfontosságú szerepe betöltésében, az oxigénellátásban akadályozhatják. Ha egy vegyi anyag nem kerülhet a levegőbe, akkor az a tüdőbe sem juthat be, és belégzés útján nem válhat toxikussá. A vegyi anyagok kétféleképen kerülhetnek a levegőbe: vagy pici részecskék formájában (por), vagy gáz- és gőzállapotban. A legtöbb hagyományos levegőszennyező, kén-dioxid, nitrogén-oxidok, szén-monoxid, ózon, lebegő anyagrészecskék és ólom − közvetlenül hat a légző- (tüdő) és a kardiovaszkuláris (szív és véredények) rendszerekre. A csökkent tüdőfunkciót és a megnőtt mortalitást az emelkedett kén-dioxid- és lebegő vegyi anyag szintekkel összefüggésbe hozták. A nitrogén-dioxid és az ózon is hatnak a légző rendszerre: az akut-expozíció gyulladást és gátolt tüdőfunkciókat okozhat. A szén-monoxid kötődik a hemoglobinhoz, az egész szervezetben az oxigénszállítást végző vörösvértestekben található,, képes a vérben lévő oxigént kiszorítani, ami a szív és az idegrendszer károsodásához vezethet. Az ólom a hemoglobinszintézist a vörösvértestekben gátolja, az idegrendszert és a vesefunkciót károsítja. A levegőszennyezők által okozott expozíció emberi egészségre kifejtett hatásai az expozíció időtartamától és mennyiségétől, valamint az expozíciót szenvedett emberek egészségi állapotától függően változnak. Egyesek nagyobb kockázatnak vannak kitéve az inhalatív expozíció által, például a fiatalok és az idősek, a már légúti vagy keringési betegségben szenvedők, valamint a testedzést végzők. Komoly egészségkárosító kockázatokat jelentenek, különösen a füst belélegzése következtében, a fosszilis fűtőanyagból, vagy a fa tüzelőanyagból zárt helyiségben kiszabaduló szennyezők. Fosszilis fűtőanyagokhoz tartoznak a szén- és kőolajtermékek, amelyek jelentős légszennyező expozíciót okozhatnak, például a kéndioxid, a nitrogén-oxidok és a szén-monoxid révén. Biomassza jellegű fűtőanyagokhoz a tűzifa, a fűrészpor és a füvet, leveleket és a mezőgazdasági hulladékot tartalmazó zöldfélék tartoznak. A világ lakosságának csaknem fele főleg, vagy kizáróan biomassza jellegű fűtőanyagot használ a napi energiaigényei kielégítésére. Általában nyitott tűzhelyekben vagy egyszerű agyag-, illetve vaskályhákban égetik ezeket az anyagokat. A nyitott tűzhelyek, az alacsony hatásfokú kályhák, a kémények hiánya, a gyenge szellőzés melletti belégzés zárt térben fokozott levegőszennyező-expozícióhoz vezet, és az emberi egészségre kedvezőtlenül hat. A jelentősebb egészségkárosító hatást a légúti rendszer 37

szenvedi el, de a rosszul szellőző házakban, elsősorban a biomassza jellegű fűtőanyaggal, faszén vagy kőszén-fűtött helyiségekben komoly veszélyt jelent a szén-monoxidmérgezés. Az iparban a legjelentősebb expozíciós utak a gáz-, gőz- és lebegő anyagokban előforduló vegyi anyagok belégzése és a tüdőn keresztül történő abszorpciója. A munkahelyen az elvileg a levegőbe kerülő különböző vegyi anyagokat nehéz lenne felsorolni. A

levegőben

lévő

szennyezők

okozta

munkahelyi

expozícióból

eredő

egészségkockázatok az olyan kis műhelyekben, amelyek nincsenek a nemzeti szabályozó rendszerek hatályai alatt, gyakran magasabbak. Például, a kis üzemekben történő ólom-savas akkumulátorok feldolgozását és javítását végző munkások a levegőben lebegő ólomtól súlyos expozíciót szenvedtek. Az aranybányászok a tiszta arany zárványoktól való elválasztásához higanyt használnak. Ehhez a keverékeket magas hőfokra kell felhevíteni, ami azonban súlyos higanymérgezéshez vezethet. A belélegzési expozíció kockázatának csökkentésére fontos a jó szellőzés és a megfelelő szűrővel ellátott légzőkészülék viselése. A gázok a léghólyagocskák hámsejtjein szinte akadálytalanul szívódnak fel. Ha a mérgező anyag porhoz kötődik, akkor a makrofágok fagocitózissal felveszik, vagy ha füsthöz van kötve, akkor nyákhoz kötődik, majd később kioldódik a toxikus anyag a tüdőben.

3.2.3. Dermális expozíció A bőrön keresztül a szervezetbe való bejutás a kémiai expozíció egyik legelterjedtebb útja, szerencsére, a bőr hatásos akadályként sok vegyület útját állja. Ha egy vegyület nem képes a bőrön áthatolni, úgy dermális úton nem fejthet ki toxikus hatást. Ha egy vegyület a bőrön képes áthatolni, a toxicitása az abszorpció mértékétől függ. Minél nagyobb az abszorpció, a toxikus hatás kifejtésére annál nagyobb lehetősége van a vegyületnek. A vegyületek abszorpciója sokkal nagyobb a felsértett, vagy feldörzsölt bőrnél, mint a sértetlen bőrnél. A vegyületnek mielőtt bekerül a keringésbe, a bőr több sejtrétegén át kell jutnia. Ha már egyszer egy vegyület áthatol a bőrön, a véráramon keresztül a szervezet valamennyi részébe eljut. A vegyület bőrön történő áthatolási képessége attól függ, hogy zsírban oldódik-e. A zsírban oldódó vegyületeknek a bőrön való áthatolása sokkal valószínűbb, mint a vízben oldódóké. A vegyipari munkahelyi dermális expozíció leggyakoribb következménye a bőrirritáció és a bőrallergia. Különösen a peszticid-keverő és felhasználó munkásokat érő, a peszticidekből származó bőr-expozíció aggasztó. Egyes peszticid készítmények, ha toxikusak és ugyanakkor

38

zsírban oldódó oldószert is tartalmaznak, a kerozin, xilol és más kőolajtermékek,, amelyek a bőrön a peszticid áthatolását elősegítik, különösen veszélyesek. Az irritáció olyan bőrállapot, amelyet bizonyos vegyi anyagokkal történő tartós bőrkontaktus eredményez. Egy idő után a bőr kiszárad, érzékeny, vörös lesz és megrepedezik. Ezt az állapotot oldószerek, savak, lúgok, mosószerek és hűtőfolyadékok válthatják ki. Ha az érintkezés az állapotot kiváltó vegyülettel megszűnik, a bőr meggyógyul. általában a gyógyulási folyamat több hónapig is elhúzódhat. A gyógyulási időszakban a bőr még könnyebben károsodik, mint általában, ezért óvni kell. Az allergiás kontakt-dermatitisz a vegyi anyagok iránti nagyfokú érzékenység okozta, késleltetett formájú bőrbetegség. Olyan csekély mennyiségű vegyi anyag, amely normális esetben egyáltalán nem okoz irritációt, a fokozott érzékenység következtében károsítja a bőrt. A tünetek: bőrkiütés, ödéma, viszketés, és előfordulhat bőrhólyagosodás is. A tünetek az anyaggal való érintkezés megszűntekor általában eltűnnek, de ismételt bőr-expozíció esetén újra előjönnek. Az allergiás kontakt-dermatitiszt az olyan anyagokkal történő, ismételt érintkezés váltja ki, mint a króm (megtalálható cementben, bőrben, rozsdamentesítő szerekben), a kobalt (megtalálható a detergensekben, színes pigmentekben) és a nikkel (megtalálható nikkelezett tárgyakban, például fülbevalók, kulcsok, érmék, szerszámok esetében). Az említett hatásokat a gumi, bizonyos műanyagfélék és ragasztók is kiválthatják. A vegyi anyagok szemmel történő érintkezése az átmeneti kellemetlenségtől, a maradandó károsodásig okozhat bajt. A savak, lúgok és oldószerek a szemirritációt okozó vegyületek közé tartoznak. Bár bizonyos vegyi anyagok által okozott dermális expozíció után bőrirritáció gyakran előfordul, azonban a szisztémás hatások ennél veszélyesebbek. Miután egy vegyi anyag a bőrön keresztül felszívódott és a szisztémás keringésbe bekerült, a szervezet minden részébe eljutva bármely szervet és szervrendszert károsíthatja. A bőr impermeábilis vízzel és ionokkal szemben, tehát viszonylag erős védelmi vonalat jelent a mérgező anyagokkal szemben. Ennek ellenére egyes anyagok (folyékony és gáz halmazállapotú vegyületek) viszonylag jól és gyorsan képesek a bőrön keresztül felszívódni (pl. parathion). A bőrben elhelyezkedő elszarusodott sejteket tartalmazó (stratum corneum) réteg jelenti a legfontosabb barriert. Ha a stratum corneum réteg sérül, akkor a bőr többi rétege alig képez akadályt az anyag bejutásával szemben.

39

3.2.4. Vegyi anyagokkal szennyezett élelmiszerek, tápanyagok Súlyos egészségkárosodáshoz vezethet a veszélyes vegyi anyagokkal nagymértékben szennyezett étel bevitele. Szerves higanyvegyületek okoztak súlyos kiterjedt tömeges mérgezést a lakosság körében szennyezett hal vagy olyan kenyér fogyasztása miatt, amelyet alkil-higanyt tartalmazó gombaölő szerrel kezelt gabonából készítettek. Kimutatták, hogy a metil-higany a higany legtoxikusabb formája jelentős hatással van az idegrendszerre. Súlyos esetekben ezek a hatások visszafordíthatatlanok.

3.2.5. Víz Szerves és szervetlen vegyi anyagok ezreit mutatták ki az ivóvízben világszerte. Sok anyag rendkívül kis koncentrációban található. A víznek alig van olyan összetevője, amely akut egészségi problémát okozhat, kivéve azokat az eseteket, amikor tömeges, véletlen balesetből eredő vízkészlet-szennyezés történik. A tapasztalat szerint ilyen baleseteknél a víz az elfogadhatatlan íze, szaga és színe miatt ihatatlan. Az ivóvíz kémiai alkotóelemeivel összefüggő problémák elsősorban abból fakadnak, hogy tartós expozíció után az összetevők egészségkárosodást okozhatnak. Különösen aggodalmat keltők a kumulatív toxikus tulajdonságú szennyezők, mint a fémek és a rákkeltő anyagok. Tajvanban a kútvízben lévő arzén tartós expozíciója 370 esetben a “Blackfoot“ (fekete lábfej) betegséghez, 428 esetben pedig bőrrákhoz vezetett. A blackfoot betegség egy a végtagok elsősorban, a lábfej üszkösödésével járó vasculáris rendellenesség helyi megnevezése. A megbetegedett emberek alacsony szintű krónikus arzén-expozíciót szenvedtek, gyakran 50-60 éven át. Az ivóvízben lévő arzén kumulatív expozíciója következtében a fő tünetek gyakorisága a kor előrehaladásával nőtt. A “fekete lábfej“ és a bőrrák főleg a kamaszoknál és a felnőtteknél fordul elő, a gyerekeknél azonban nem. Arzénszennyezést állapítottak meg a talajvízben, − az ivóvíz legfontosabb forrásában − Indiában, Nyugat-Bengália hat területén, és Banglades Indiával határos területén lévő több faluban. A mérések az országos ivóvíznormához képest, ez 0,05 mg/l, mindkét országban 70szeres értékeket mutattak. A szennyezés a régió talajának természetes arzén összetételével függ össze. Annak ellenére, hogy a probléma igazi mértéke még ismeretlen, a becslések szerint 30 millió embert érinthet a magas arzén-expozíció kockázata. Eközben gyűlnek a lakosság krónikus arzén mérgezésének bizonyítékai: a bőr abnormális fekete-barna pigmentációjának előfordulása, a tenyér, a talp megvastagodása, az alsó végtagok üszkösödése 40

és a bőrrák. Csak Nyugat-Bengáliában, a jelentések szerint, 200000 ember szenved arzén által okozott bőrelváltozásoktól. A probléma megoldásai között prioritást élvez az alternatív biztonságos ivóvízforrások fejlesztése, a megfelelő vízkezelő berendezések alkalmazása, amelyek az arzén eltávolítására alkalmasak, továbbá a betegek kezelése és a lakosság körében nyújtott felvilágosítás. Magas nitrát szintű kútvíz fogyasztásából származó akut mérgezéseket is jelentettek. Az emberekre kifejtett toxikus hatás a nitrát toxikus nitrit-vegyületbe történő átalakulásától függ. Miután ez az átalakulás a 3 hónaposnál fiatalabb csecsemőknél gyakrabban fordul elő, ezért a csecsemők speciális kockázati csoportot jelentenek. Az emberekben a nitrit legfontosabb biológiai hatása a vérben az oxigén szállító normál hemoglobin átalakítása methemoglobinná, amely viszont nem képes az oxigént megkötni és a szövetekhez, a szervekhez szállítani.

3.2.6. Többközegű expozíciós út (több egyidejű expozíciós út hatásai) A valós életben ritkán fordul elő, hogy adott vegyi anyag által okozott expozíció csak egy úton, bőrön át, belélegzéssel vagy orálisan (szájon át) történjen. Például ólom-expozíció származhat az élelmiszerből, ivóvízből, a levegőből, valamint a házi környezetből. Kevés olyan vegyi anyag van, amelynek mind a három expozíciós úton kifejtett toxikus hatása egyforma. De a szerves foszfát tartalmú paration − egy peszticid − kivételt képez. Ez a vegyület a bőrön keresztül, a tüdőn vagy az emésztő csatornán át egyaránt könnyen felszívódik, és a három út közül bármelyiken is jut a szervezetbe, egyformán toxikus hatású. A legtöbb vegyi anyag, attól függően eltérő toxicitást fejt ki, hogy a három út közül melyen keresztül történik az expozíció. Például a nagy D-vitamin dózis rendkívül toxikus, ha orális úton történik a bevitele, ugyanakkor dermális expozíció útján nem toxikus. Két oka van annak, hogy az expozíciós út függvényében miért változik a toxicitás. Az egyik ok a szervezetben felszívódott vegyi anyag mennyiségére vezethető vissza, a másik pedig azzal függ össze, hogy milyen úton halad tovább a vegyület, miután bekerült a keringésbe. A legtoxikusabbnak a legnagyobb abszorpciót biztosító expozíciós út tekinthető. A legnagyobb mennyiségű vegyi anyag abszorpcióját a belélegzés kínálja fel, majd ezt követi az orális úton történő, végül a dermális expozíció. A

vegyület

toxicitásának

megállapítása

szempontjából

fontos

a

vegyület

továbbhaladási útja, miután az bejutott a vérkeringésbe. A bőrön és a tüdőn keresztül 41

felszívódott vegyületek közvetlenül még az előtt eljutnak a szervhez, hogy a májba kerülnének. Ugyanakkor az emésztő csatornán keresztül felszívódott legtöbb vegyi anyag, mielőtt a szervezet többi részéhez jutna, áthalad a májon. Ez azért fontos, mert a máj az az elsődleges szerv, amely a vegyi anyagokat a biotranszformációnak nevezett folyamat során méregteleníti. A máj átalakítja a testi idegen vegyületeket, és ennek köszönhetően az anyagok toxicitása általában csökken. Esetenként a máj toxikusabb anyaggá alakíthatja át a vegyületet. Abban az esetben, ha feltételezzük, hogy mind a három lehetséges expozíciós úton az abszorpció egyforma mértékű, akkor a máj által méregtelenített, orális úton bevitt vegyi anyag kevésbé toxikus lenne, mint a belégzés útján, vagy a bőrön keresztül bevitt vegyi anyag.

3.2.7. Vegyi anyag-keverékek által okozott expozició Amikor két vagy több vegyi anyag által okozott expozíció éri az embert, a vegyületek kölcsönösen hatnak egymásra és toxicitásukat módosíthatják. A vegyi anyagok közötti kölcsönhatás különböző módon történhet, például egyik vagy mindkét kölcsönható méreg abszorpciójának, bio-transzformációjának, illetve kiválasztásának megváltoztatásával. A vegyi anyagok egymásra négytípusú hatást fejthetnek ki. Két-, vagy több egyidejűleg bevitt vegyi anyag független, additív, szinergikus, illetve antagonisztikus hatást válthat ki. Független amikor a vegyi anyagok különböző hatást váltanak ki, vagy eltérő a hatásmódjuk, akkor egymás hatását nem befolyásolják. Additív a két-, vagy több vegyi anyag által kiváltott közös hatás a vegyi anyagok mindegyikének külön-külön kiváltott hatásai összegével egyenlő. Például a szerves foszfát tartalmú peszticidek hatása általában additív. Számszerűen ez a következő egyenlettel kifejezhető: 3 + 3 = 6. Szinergikus a vegyi anyagok egymással szinergisztikusan reagálnak, a megfigyelt toxikus hatás nagyobb, mint az egyenként kifejtett hatások összege. A hatás nagyobb az additív hatásnál. Például, az azbesztszálak és a dohányfüst együtt a tüdőrák kockázatot negyvenszeresen növelik, ami jóval magasabb a különkülön kifejtett expozíció által okozott kockázatnál. Ezt a megállapítást a következő egyenlettel szemléltethetjük: 3x3 = 9. Antagonisztikus a szinergikus hatás ellenkezője. Az antagonisztikus hatás akkor lép fel, amikor az egyik vegyi anyag a másik vegyület káros hatása, vagyis a két vagy több vegyület expozíciójának hatása, kisebb, mint a vegyületek 42

független hatásainak összege. Ez a hatás az additív hatásnál kisebb. Például 3-2 = 1. A toxikológiában nagy jelentősége van az antagonisztikus hatásoknak, és számos ellenméreg mechanizmusának alapját képzi. Például a dimerkaptol különböző elemekhez kötődik, mint az arzén, a higany és az ólom, a kötött vegyületek toxikus hatása a vártnál kisebb lesz. A szinergikus, vagy antagonisztikus hatás az egyik lehetséges mechanizmusát az képviseli, hogy az egyik vegyi anyag a másik biotranszformációját akadályozza. Ha a biotranszformáció során az adott vegyület egy toxikusabb formába alakul át, akkor az átalakulást egy a másik által előidézett lassítási folyamat megakadályozza, és a toxikus hatás a vártnál kisebb lesz (antagonizmus). Ugyanez igaz fordítva is, ha a biotranszformáció kevésbé toxikus anyagot eredményez, egy másik vegyi anyag által okozott biotranszformáció-lassítás megakadályozza a detoxikációt, és a létrejött toxikus hatás a normálisnál nagyobb lesz (szinergizmus). Kevés olyan információ áll rendelkezésre, amely a veszélyes vegyi anyagok között végbemenő reakciók várható potenciális hatásainak előrejelzésében segíthetne. Az alacsony szintű, tartós vegyület-expozíció valószínű hatásairól és az összetett stressz-hatásokról hiányos ismeretekkel rendelkezünk, amit a kémiai anyagok mellett vagy együtt a fizikai tényezők − a zaj és a hő, és a már meglévő betegség vagy kóros állapot, mint alultápláltság − okoznak.

3.3. A toxikus anyag eloszlása a szervezetben A xenobiotikum miután felszívódik és bejut a véráramba, ott egy meghatározott idő után eléri a maximális koncentrációt, majd eljut a szervezet különböző részeibe, s végül kiválasztódik. A toxikus anyagok eloszlását a szervezetben matematikailag modellezhetjük, így jöttek létre az ún. kompartment modellek, amelyek ha nem is teljesen pontosan, de jól modellezik a szervezetben lezajló folyamatokat. A kompartment, a xenobiotikum azon része, amely azonos kinetikával alakul át, hasonlóan transzportálódik, elkülönül a többi anyagtól.

43

3.3.1. Egy-kompartment modell Első megközelítésben alkották meg az ún. egy-kompartment modellt (5. ábra). Az anyageloszlás dinamikája akkor valósul meg az egy-kompartmentes modell alapján, ha az eloszlási idő elhanyagolhatóan rövid és gyors az egyensúly kialakulása a szervezetben. Ebben az esetben az elsőrendű kinetika alapján ürül az anyag a szervezetből. Ezzel a modellel, mivel a szervezet nem tekinthető egységes homogén eloszlású térnek, a lejátszódó folyamatok nem jellemezhetőek pontosan.

5. ábra. Egy-kompartment modell. xa- felszívódott anyag mennyisége, x- vérben lévő xenobiotikum, xe- kiválasztott anyag mennyisége

3.3.2. Két-kompartment modell A folyamatok pontosabb leírását a két-kompartment modell (6. ábra) megalkotása tette lehetővé. Itt az elsődleges, központi kompartmentet a vér és a gazdag kapilláris hálózatú szövetek (máj) jelenti. A másodlagos, perifériás kompartmentet a vérrel kevésbé ellátott szövetek képviselik.

6. ábra. Két-kompartment modell. x0: felszívódott anyag mennyisége, xc: központi kompartmentben lévő anyag mennyisége, xp: perifériás kompartmentben lévő anyag mennyisége

44

3.3.3. Három-kompartment modell Az élő szervezetet azonban legpontosabban az úgynevezett három-kompartment modell segítségéveljellemezhetjük (7. ábra):

Metabolizáló kompartent – máj

↨ Toxikus anyag

↔

Központi kompartment ↔

Toxikus anyag

↨ Egyéb szöveti kompartment

7. ábra. Három-kompartment modell vázlata

A három egység a központi kompartment, metabolizáló kompartment, egyéb szöveti kompartment. A központi kompartment a vér és minden más szállító testfolyadék, a metabolizáló kompartment elsősorban a máj az emlősöknél. Az egyes kompartmentek kapcsolódása centralizált, a perifériás e lemek egymással nincsenek kapcsolatban csak a központi kompartmenttel. Első lépésben megtörténik a toxikus anyag felszívódása, s bejut központi kompatmentbe - a vérbe -, és ott viszonylag gyorsan egyenletesen eloszlik. A vérpálya

útján

eljut

az

anyag

a

metabolizáló

kompartmentbe

a

májba

ahol

többféleképp alakulhat át (detoxifikáció, aktiváció). A szöveti kompartmentbe a vér útján vagy az anyavegyület jut vagy a máj által módosított metabolit. A vérpályából megindul az anyag kiválasztása, eltávolítása a szervezetből.

3.3.4. Biotranszformáció A vérpályába felszívódó toxikus anyagot a szervezet átalakítja; a detoxifikációs folyamatok központi szerve a máj. Az alábbiakban röviden áttekintjük a szervezetben lezajló a xenobiotikumokat átalakító folyamatokat. Oxidatív biotranszformáció: •

első lépésben játszódik le;

• legtöbb xenobiotikum így alakul át, oxidázok (citoplazma, mitokondrium, SER) jelenlétében történik az átalakulás; •

működésükhöz általában NADPH és oxigén kell; 45

•

az oxidációt általában konjugáció követi;

•

a vegyületek polaritása és vízoldékonysága nő a reakció után;

• ebbe a reakciócsoportba tartoznak az aromás és alifás hidroxilálás, szulfoxidálás, epoxidáció. Reduktív biotranszformáció: •

első lépésben játszódnak le;

•

azo- és nitrocsoportot tartalmazó vegyületek (azofestékek, kloramfenikol), ezek aminovegyületekké alakulnak;

•

az azoreduktáz aktivitás NADPH függő, citokróm C-reduktáz, citokrom P450 jelenlétét

ígényeli. Hidrolitikus biotranszformáció: •

első lépésben játszódik le;

•

nemspecifikus hidrolázok (máj, vér, agy, bélhám, izom) hatására észterek bontása;

•

májban lévő észterázok hatására acetanilide és alifás észterek bontása történik;

•

prokaináz hatására átalakulnak a prokain és a novokain;

•

az epoxihidráz hatására az epoxidok diolokká alakulnak;

•

a szerin befolyásolya a citokrom P450 mono-oxigenáz enzimrendszert, és ez által sokféle

vegyületet képes átalakítani. Konjugáció: •

második lépésben játszódó reakciók, ezeket a reakciókat mindig megelőzik az első

lépésben játszódók; •

a xenobiotikumhoz kötődik egy endogén metabolit, mint például a glutation és a

glukuronsav. A májban történik a toxikus anyagok átalakításának legnagyobb része. A máj legkisebb működési egysége a májsejt (hepatocyta). A májkapu véna a gyomorból, bélből, lépből és a hasnyálmirigyből szállít vénás vért a májba. A béltraktusból felszívódott anyagok a májba jutnak, a légzőrendszeren keresztül, illetve a parenterálisan felszívódott anyagok először a vérbe jutnak, majd onnan elszállítódnak a szervezet más részeibe. Bár minden sejtnek van lehetősége a detoxifikációra, mégis a máj rendelkezik az erre a célra legmegfelelőbb enzimrendszerekkel. A fent említett reakciók során bizonyos esetekben nem a xenobiotikum hatástalanítása történik, hanem az átalakítás során még erősebb méreg képződik. Ezt a folyamatot nevezzük detoxifikációs aktivációnak. Más esetben a szervezetbe 46

bejutott anyag nem mérgező hatású, azonban a metabolikus transzformáció során a szervezetben válnak toxikussá. Az ilyen anyagokat xenogén anyagnak hívjuk (például a parathion oxidációja paraoxonná).

3.4. A toxikus anyag kiválasztása A xenobiotikumok eltávolításaa szervezetből különböző utakon történhet. Vesénkeresztüli kiválasztás: • a xenobiotikumok jelentős részét a szervezet átalakítja (biotranszformáció) vízoldékony metabolitokká, ezek könnyen ürülnek a vesén keresztül. Epén keresztüli kiválasztás: • a májból az átalakított metabolitok nem feltétlenül a vérbe jutnak (higany), hanem kiválasztódnak az epébe, onnan a vékonybélbe jutnak, és vagy kiürülnek a szervezetből, vagy reabszorbeálódnak, ismét vérkeringése jutnak, és kialakul az úgynevezett enterohepatikus körforgás. Az enterohepatikus körforgásba bekerült xenobiotikumok igen hosszú időt elölthetnek a szervezetben, s a folyamatot mesterségesen kell megszakítani, hogy az anyag kiürüljön a szervezetből, és csökkentsük a toxicitását.

Tüdőn keresztüli kiválasztás: •

magas gőztenzióval rendelkező anyagok (altató hatású gázok, szerves oldószerek,

alkoholok egy része). Anyatejbe történő kiválasztás: •

ide tartoznak a vérzsírokhoz, vérfehérjékhez kötődő anyagok;

•

ilyen vegyületek az alkohol, koffein, gyógyszerek, hormonok és a halogénezett

szénhidrogének.

47

4. A VEGYI ANYAGOK EMBEREKRE KIFEJTETT KÁROS HATÁSAI

4.1. Bevezetés Az embereket számos kémiai anyag expozíciója éri, mint például a gyógyszerek, ipari, vagy környezeti vegyi anyagok, a természetben előforduló anyagok. Valamennyi vegyület okozhat ártalmas hatásokat, amiket toxikus-, vagy káros hatásként ismernek. A leggyakrabban az anyag dózisa határozza meg, hogy toxikus lesz-e. Például megfelelően magas dózisban mégaz olyan ártalmatlan anyag is, mint a cukor, halálos lehet. És ellenkezőleg, megfelelően alacsony dózisban (a küszöbérték nélküli anyagok kivételével) semmilyen anyag sem toxikus. Még az olyan, a szervezetünknek alapvető fontosságú elem is, mint például a vas, magas koncentrációban toxikus lehet. Vas hiányában a szervezetünkben anémia alakulna ki, viszont a nagyon sok vas májelváltozásokhoz vezethet. A káros hatást úgy határozhatjuk meg, mint egy abnormális, nem kívánatos, vagy ártalmas változást, ami egy potenciálisan toxikus vegyület expozíciója következtében jön létre, vagy alakul ki. Nagyon sok és különböző káros hatás fordulhat elő. A hatás súlyossága a bőrkiütéstől a látás elvesztéséig, a daganatos betegségek kialakulásáig változik, és ezen belül a változatok sokasága ismert. Bizonyos vegyületek károsító hatásának egy célszerve van, másoktól több szerv egyidejűleg szenvedhet károsodást. A létrejött káros hatás nemcsak az embert érő expozíciót okozó vegyülettől, hanem az expozíció típusától és szintjétől is függ. Az expozíció három típusa ismert: akut, szubkrónikus és krónikus. A 24 óránál rövidebb expozíciót akutnak tekintik. Ez alatt általában a vegyi anyag egyszeri dózisát értik. Krónikusnak a hosszabb időtartamú, többször ismétlődő, vagy folyamatos expozíciót nevezik. A krónikus expozíció az akut expozíciótól teljesen eltérő káros hatásokat válthat ki. A szubkrónikus expozíció az akutnál nagyobb, de a krónikusnál kisebb. Az akut és a krónikus jelzőket a káros hatások leírására is használhatják. Egyes vegyületek röviddel az expozíciót követően jelentkező, akut káros hatást okoznak, más anyagok viszont olyan krónikus hatásokat eredményeznek, mint a daganatos megbetegedések (rák), amelyek lehet, hogy csak az expozíciót követő 10-20 év múlva jelentkeznek (lappanganak). Az expozíció szintje a percekig tartó dózistól a nagyon magas dózisokig változhat. Az expozíciót egy vagy egyidejűleg több vegyi anyag idézheti elő. A vegyi anyagok káros hatásai vagy toxicitásuk több fogalommal írhatók le. Általános értelemben egy vegyület toxicitása az élő szervezetekre kifejtett ártalmas hatást okozó 48

képessége alapján határozható meg. Egy nagy toxicitású anyag már kis mennyiség bevitelénél is károsítja a szervezetet (pl. a botulinum toxin); egy alacsony toxicitású anyag nem eredményez káros hatást, csak rendkívül nagy mennyiségben (pl. a só néven ismert nátrium-klorid). Tehát a toxicitás nem határozható meg az expozíciót kiváltó vegyi anyag mennyiségére (dózis), az adott dózis szervezetünkbe történő bejutási útjára (például belégzés, lenyelés, dermális) és az expozíció időtartamára történő utalás nélkül (pl. egy dózis, ismételt dózisok). Utalni kell a káros hatások típusára, súlyosságára és a hatások kialakulásához szükséges időre is. Amint azt az előző fejezetben leírtuk, a vegyi anyagok három különböző úton juthatnak be a szervezetünkbe. Különböző vegyületek attól függően eltérő káros hatásokat okoznak, hogy lenyelés, belélegzés, vagy bőrön keresztül történő abszorpció útján jutnak a szervezetbe. Ha a kémiai anyag hatása az érintkezési területre korlátozódik, akkor az okozott hatás lokális hatásként ismert, ha azonban, az anyag a szervezetben felszívódik, a különböző szervekhez eljutva szisztémás hatást okoz. Nem minden, a szervezetbe felszívódott kémiai anyag okoz káros hatásokat. A szervezet néhány olyan mechanizmussal rendelkezik, amelyek segítségével az ártalmas anyagtól megvédi magát. Egyes anyagok kiválasztódhatnak a szervezetből közvetlenül, anélkül, hogy a szervezetre bármilyen hatást kifejtenének. A szervezetbe felszívódott lipofil, vízben nem, de zsírban oldódó anyagok nehezebben választódnak ki. Ezeknek az anyagoknak a méregtelenítésére a májban történő biotranszformáció segítségével kerülhet sor, amely azután a vegyületet metabolitokká alakítja át. Ezek a metabolitok (anyagcseretermékek) az eredeti vegyülethez hasonlítanak, de könnyebben oldódnak a vízben és ezért könnyebb a kiválasztásuk. Esetenként egyes metabolitok toxikusabbak, mint az eredeti vegyület. Ha

egy

vegyület

káros

hatást

okoz,

a

károsodás

visszafordítható

vagy

visszafordíthatatlan lehet. A visszafordítható hatásokra jellemző, hogy az expozíció megszűnése után a vegyület által előidézett szerkezet-, vagy funkcióváltozás a normális határok közé visszatér. A visszafordíthatatlan hatásokkal összefüggő károsodás megmarad, vagy az expozíció megszűnése után is fokozódik. Például, az oldószerek által okozott expozíció kontaktdermatitist, fejfájást és hányingert válthat ki. Ezek a tünetek az expozíció után megszűnnek. Az ilyen elváltozások/károsodások visszafordíthatók. Bizonyos toxikus vegyi anyag-hatások visszafordíthatatlanok. Ezek közé sorolhatók egyes idegrendszeri betegségek, rosszindulatú daganatok kifejlődése, májcirrózis, vagy tüdőemfizéma. Ebben a fejezetben a vegyi anyagoknak a szervezet néhány fontos rendszerére kifejtett 49

specifikus káros hatásait, valamint a karcinogén anyagok szerepét is ismertetjük.

4.2. A légzőrendszerre kifejtett hatások A belégzés (inhaláció) − különösen a munkahelyi környezetben − a toxikus vegyi anyag expozíciójának kiemelkedő jelentőségű útja. A tüdőbe jutott vegyi anyagok vagy közvetlen hatást gyakorolhatnak a tüdő sejtjeire, vagy a szisztémás keringésbe felszívódhatnak. Fontos megkülönböztetni a “belégzéses toxikológiát“, ami egyszerűen az expozíció útját jelenti, a “légzési toxikológiától“, ami a felszívódott toxikus vegyi anyagokra a tüdő válasza. A belégzéses expozíció különbözik az orálistól, mivel a tüdőből a vérkeringésbe felszívódott vegyületek a szívhez és onnan a többi szervhez, a máj méregtelenítő folyamatának elkerülésével jutnak. A lenyeléssel bejutott, a vérbe felszívódott vegyületek közvetlenül a májba kerülnek, ahol a metabolizációval kevésbé toxikus anyagokká alakulhatnak át.

4.2.1. Vegyi anyagok hatásmechanizmusa a légzőrendszerben A belélegzéssel felszívódott vegyi anyagok specifikus tulajdonságokkal rendelkeznek. Ezek az anyagok lehetnek: (a) gázok, mint a szén-dioxid; (b) gőzök, általában szilárd, vagy folyadék halmazállapotú anyag gáznemű fázisa, ilyen a higany; vagy (c) aeroszolok, pl. a levegőben lévő apró lebegő részecskék. A gázok és a gőzök közvetlenül belélegezhetők a tüdőbe, vagy az aeroszolok felületén megkötve kerülnek belégzésre. Például, sok olyan elem (cink, arzén) van, amelyik a szén égésekor felszabadul, és az aeroszolok felületén koncentrálódik. Ha a gázok vagy gőzök vízben oldódnak, akkor a légutakat fedő nyálkában is oldódhatnak, lokális irritációt okoznak. Előfordulhat, hogy nem érik el az alsó légutakat és az alveolusokat (pl. kén-dioxid). Az aeroszolok esetében, a részecskék mérete kritikus tényező annak a megállapításában, hogy milyen mélyre jutnak le a légutakban, és ebből következik, hogy a károsító hatás a légzőrendszer mely részét éri. A légzőrendszer sokféleképen reagálhat azokra a veszélyes gázokra és részecskékre, amiket a mucociliaris clearence-el, vagy immunsejtekkel nem sikerült eltávolítani. Veszélyes gáznemű, vagy szemcsés anyagok belélegzése következményeként a tüdőben megfigyelt változások a belélegzett anyag koncentrációjától, az expozíció időtartamától és a vegyi anyag természetétől függnek. A tüdőben történt akut elváltozások közé sorolható a hörgőszűkület, a légúti oedema és a védekező mechanizmus, például a mucociliaris clearence gyengülése. A hörgőszűkület, azaz a légutak szűkülése zihálást (nehéz légzést) okoz. Mindössze 3 50

perces akut kén-dioxid expozíció hörgőszűkületet idézhet elő. Az oedema a duzzanatot okozó folyadék felgyülemlés általános megjelölése. A tüdő-, vagy légúti oedema az alveolusok és az azokat körülvevő szövet nagy mennyiségű folyadékkal való feltöltődése. Olyan veszélyes anyagok okozhatják, mint a klór vagy a kén-dioxid. Mindkét gáz a tüdő véredényeit (kapillárisok) károsíthatja, aminek következményeként a folyadék az erek falán átszivárog és az alveolusokat kitölti. A súlyos tüdőodéma akár halálos is lehet. A gyengült mucociliaris clearence lehetővé teszi, hogy a veszélyes anyagok hosszabb ideig a tüdőben maradjanak és ez a tartós expozíció a káros hatás kockázatát növeli. A cigarettafüst számos toxikus hatása közül az egyik ennek a védekezési mechanizmusnak a meggyengülése. Hasonló hatást fejt ki az ózon és a kénsav. A védő mechanizmusok ellenére előfordulhat a tüdő krónikus sérülése, amikor a védekezési mechanizmusok és a javító folyamatok egyszerűen képtelenek megelőzni, helyreállítani a nagy koncentrációjú toxikus vegyi anyag akut expozíciója, vagy az alacsony szintű ismétlődő krónikus expozíció által okozott kárt. A különböző típusú krónikus károsodások közé a daganatos megbetegedések, a tüdőfibrosis, az emphysema és a krónikus hörghurut sorolhatók.

4.2.2. Vegyi anyagok által okozott légzőrendszeri betegségek Annak ellenére, hogy a rákkal kapcsolatos kérdéssel részletesebben más fejezetben foglalkozunk, szükséges azokról a vegyületekről beszélni, amik a tüdőrák kialakulásában részt vesznek. Az ipari országokban a tüdőrák az összes rák által okozott halálesetek között vezető helyet foglal el. A legtöbb tüdőrák által okozott halál a 40 és 70 év közötti lakosság körében fordul elő. A dohányzás a tüdőrák szempontjából az első számú kockázati tényező, és a tüdőrák az esetek 80 %-ban dohányos emberekben alakul ki. Bizonyos vegyületek foglalkozási expozíciója egyértelműen összefüggésben hozható a tüdőrák kialakulásával. A tüdőrák előfordulásának növekedését figyelték meg nikkel-, króm-és azbesztvegyületekkel dolgozók körében. Az azbesztet elterjedten használják az építőiparban. Fontos felhasználási formái az azbesztcement lapok és csövek, használják szigetelő anyagként, ragasztókomponensként, valamint padló- és mennyezetlapokban. Épületen belüli levegő azbesztszennyeződése − különösen az iskolákban − komoly aggodalmat okoz sok országban. Egyes országokban az azbeszt felhasználását épületekben betiltották és elrendelték az azbeszttartalmú épületek 51

lebontását. Az azbeszt-expozícióból származó légzőrendszeri betegségek közé sorolható az azbesztózis, a tüdőrák és a savósburok daganata (mesothelioma). Azbeszt-expozícióhoz kapcsolható egyéb rákfajta a gégerák, torokrák, nyelőcsőrák, gyomorrák, vastag- és végbélrák, és lehetséges, hogy a hasnyálmirigyrák is. Az azbesztózis egy lassan kialakuló tüdőfibrosis, amit az azbesztrost nagy koncentrációban, vagy hosszú ideig tartó belégzése okoz. A betegség súlyossága az expozíció kezdetétől eltelt idő hosszától és az intenzitásától függ. Az előrehaladt azbesztózis, különösen a dohányosok között, gyakran társul tüdőrákkal. A mesothelioma a mellhártya-daganat egyik ritka típusa. A mesothelioma esetek megnőtt

incidenciáját

a

munkahelyi

környezetben

történt

azbesztrost-belélegzéssel

magyarázták. A kevés kezdeti tünet ellenére, a mesothelioma-t, amikor diagnosztizálják, már gyógyíthatatlan. Az első azbesztexpozíció és a daganatok klinikai tünetének megjelenése közötti idő, a mesothelioma esetében 20 és 50 éves tartományban változhat. A mesothelioma magasabb előfordulási gyakorisága nem munkahelyi expozíciót elszenvedett emberekben is megfigyelhető, akik egy fedél alatt élnek azbeszttel dolgozókkal, vagy erős azbeszt-kibocsátási források közelében laknak. Annak ellenére, hogy az azbesztet szigetelési célokra már nem használják, még mindig aggodalomra ad okot az expozíció és a hatások jelentkezése közötti hosszú időtartam, valamint a már azbeszttel szigetelt házak jelenléte miatt. Az emphysema (tüdőtágulat, a tüdőhólyagocskák egybenyílásával és ezzel a légzőfelület csökkenésével járó idült betegség) egyértelműen összefügg az erős dohányzással, és gyakran krónikus hörgőgyulladással együtt fordul elő. Az emphysema elterjedt betegség, amit az alveolusok falának pusztulása jellemez. Ez az elváltozás általában lassan alakul ki, több éven keresztül ziháló légzést, köhögést és csökkent gázcserét okozva, gátolva a tüdő képességét a vér oxigénizálására és a vérből a szén-dioxid eltávolítására. A krónikus hörgőgyulladást hörgőkben és a hörgőcskékben történő nyálka-túltermelés okozza. Hörgőgyulladást okozhat a levegőszennyező anyagok krónikus belélegzése kiváltotta irritáció is.

4.3. A májra kifejtett hatások A máj számos különböző funkciót lát el. A máj részt vesz az emésztésben, a szervezet számára szükséges táplálék anyagcseréjében, szintézisében, nagyon fontos szerepe van a gyógyszerek és vegyi anyagok méregtelenítésében. Ez nem meglepő, mivel a máj elsődleges szerepe a 52

gyomorbélcsatornából felszívódott vegyi anyagok befogadása és feldolgozása, mielőtt azok a többi szövethez eljutnak. Miután a tápanyagok és a vegyi anyagok az emésztőcsatornából a vérbe felszívódnak, a tápanyagban gazdag vér egyenesen a májhoz kerül. A májsejtek a vérből az aminosavakat (a fehérjeépítő téglák), a zsírokat, a glukózt és a mérgező anyagokat eltávolítják, hogy azok feldolgozhatók legyenek. A máj a zsíranyagcsere elsődleges helye, és itt tárolódik a szükség esetén energiává konvertálható glikogén. A máj termeli az epét, a koleszterint és az olyan fehérjéket, mint az albumin és a véralvadás fehérjék. A máj legfontosabb építőelemei a májsejtek (hepatocita), amelyek valóságos vegyigyárhoz hasonlíthatók (vegyi anyagokat állítanak elő); raktárszerepet is betöltenek (tárolják a glikogént, a vasat és az egyes vitaminokat); hulladékelhelyező feladatot végeznek (kiválasztanak epét, vizeletet és különböző detoxikációs termékeket). Erőműként is működnek a sejtek (jelentős hőtermelés a komplex molekulák lebontásánál). A maradandó károsodástól, több szervtől eltérően, a máj kétféle módon védett. A máj még akkor is normálisan működhet, amikor jelentős része károsodott. Ezen kívül, a máj gyorsan és könnyen képes saját magát regenerálni, azonban ez nem jelenti azt, hogy a máj a vegyi anyagok hatásától maradandó károsodást nem szenvedhet. Sok vegyi anyag károsíthatja a májat (hepatotoxikus anyagok/májmérgek) jellemzően kétféle módon: zsírlerakódás vagy májsejt-elhalás formájában. A májban történő zsírlerakódás (steatosis) a májtoxicitás általános jele, amit toxikus vegyi anyagok, beleértve az alkoholt, okozhatnak, azonban, ha nem történik sejtelhalás, a steatosis a májfunkciókat általában nem károsítja. Májnekrózist (májsejt-elhalás) több kémiai anyag expozíciója okozhat. Ezek közé tartoznak az aflatoxinok, szén-tetraklorid, kloroform és a csersav. Cirrózis (májzsugor), jól ismert májállapot − esetén nagyszámú májsejt pusztul el, amelyeknek a helyét maradandó hegszövet foglalja el. A cirrózist krónikus alkoholfogyasztás, vírusos májgyulladás vagy a májsejteket megtámadó kémiai anyagok okozhatják. A májdaganatokat, lehetnek jó-, vagy rosszindulatúak −, az arzén-, poliklórozott bifenil-(PCB), tórium és közismerten, a vinil-klorid expozícióval hozták összefüggésbe. Ha túl sok májsejt pusztul el, akkor a máj képtelen újakat termelni, ami végül májelégtelenséghez és ennek következtében halálhoz vezet. Nagyszámú tanulmány igazolta, hogy a vinil-klorid angioszarkomát (érsarcoma) − egy ritka májrák típus − okoz. A májrákos esetek többségét azonban más szervekből eredő rákos sejtek áttétele okozza (metastasis). A leggyakoribb esetekben az áttételek a mell-, a tüdő- és a vastagbélrákból erednek; ezek viszont gyakran kémiai anyagoknak való kitettség (expozíció) 53

következményei.

4.4. A vesét érintő hatások A vesék a hasüreg hátsó falán, a hashártya mögött, a gerinc két oldalán elhelyezkedő páros (jobb és bal) bíbor-barnás babformájú szervek. A vese szerkezete bonyolult. A szervezet számára feleslegessé vált, vízben oldódó “hulladék anyagokat“ az általa termelt vizelettel üríti ki a szervezetből. A vese fontos szerepet játszik a testnedvek mennyiségének és összetételének szabályozásában. A vesék feladata a víz- és gyakorlatilag az összes elektrolit- (kálcium, kálium, nátrium) háztartás egyensúlyának fenntartása. A vese a hormon-, az ammónia- és a glukóz-képzés, valamint a D-vitamin aktiválás fontos helye is. Toxikus hatás e funkciók bármelyikét károsíthatja. Leggyakrabban azonban, a toxikus anyagok a vese méregtelenítő funkcióját károsítják, a felesleges anyagoknak a szervezetből való kiürítését csökkentik. A nefron (nefron) a vese funkcionális egysége. Mindegyik vesében több mint egymillió nefron található. A vese képtelen új nefronok regenerálására. Minden egyes nefron három legfontosabb összetevője: (a) a glomerulus-hoz vezető és onnan elvezető artériák; (b) egy glomerulus (érgomolyszerű kapillárisok), amelyben nagymennyiségű folyadék és oldott anyag választódik ki a vérből; (c) egy hosszú tubulus, amelyben ez a szűrt folyadék vizeletté alakul át. A vese a keringő vér, mintegy 21%-t kapja a vese − (renális) artérián keresztül, ami kisebb véredényekké, arteriolákká, végül az úgynevezett érgomoly (glomeruláris) kapillárisokká alakul át. Az érgomoly kapillárisokban, a glomerulus-ban, a vérből nagy folyadékmennyiségek és kis molekulák szelektíven választódnak ki. Mivel a szervezetnek szüksége van ezekre, a tubulus-ok újból felszívják a glomerulus által kiválasztott folyadék és molekulák nagyobb részét a vérrendszerbe, azonban a szükségtelen anyag- és folyadéktöbblet a tubulus-okban vizeletté alakul át, majd szervezetből kiválasztódik. Ezen kívül, a testből történő eltávolítás végett a tubulus-ok salakanyagot választanak ki a vizeletbe. A nefronok rendkívül szelektívek abban az értelemben, hogy mit és milyen mennyiségben választanak ki a vérből. Ha a testben víztöbblet van, a vesék nagyon sok híg vizeletet termelnek, viszont amikor a szervezet igyekszik megőrizni a vizet, a vesék kis mennyiségű, nagyon tömény vizeletet állítanak elő. Az uréter (húgyvezeték) a vesétől a húgyhólyagba szállítja a vizeletet, ahol az a kiürítésig tárolódik. A hólyagból a vizelet az urethrán (húgycső) keresztül a külső környezetbe távozik. A vesemérgező anyagok (nefrotoxikus anyagok) az alábbi négyféle módon fejthetik ki hatásukat: 54

(a) csökkentik a veséhez és a vesén átáramló vért, ami a glromeruláris szűrési kapacitást, és végül a vizelet előállítását csökkenti; a véráram csökkentése a veseszövetet is károsíthatja; (b) közvetlenül hatnak a glomerulus-ra és a vér szelektív szűrőképességét lassítják; (c) károsítják a tubulus reabszorbciós és kiválasztási funkcióját; (d) blokkolják a tubulus-okat, megakadályozzák, csökkentik a vizeletáramlást. A funkcionális nefronok számának fogyása a vízben oldott anyagok kiválasztását jelentősen csökkenti. A nefronok több mint 70%-nak elvesztése általában halálos kimenetelű elekrolit-és folyadékretencióval jár együtt. A vese az egyedülálló tulajdonságainak köszönhetően, a vegyületek toxikus hatásaira szokatlanul érzékeny. Amikor a víz és az elektrolitek a tubulus-okban visszaszívódnak a vérrendszerbe, akkor a vizelet, a vizeletben visszamaradó potenciális mérgező anyagokat jelentős töménységben tartalmazza. Ám a vizeletben fennálló töménység miatt a vérben lévő vegyület is toxikussá válhat a vesében. A vese rendkívüli érzékenységét az átáramló vér nagyobb mennyisége is növeli. A vérrendszerben lévő bármilyen gyógyszer vagy vegyület viszonylag nagy mennyiségekben jut a vesébe. A legtöbb fém potenciális veseméreg. Valószínű, hogy a vesekárosodás ilyenkor a csökkent

véráramlás

következménye,

ez

a

vizelet

mennyiségét

csökkenti

és

szövetkárosodáshoz vezet; valamint a tubulusokban lévő fémek toxicitásának az eredménye, ami viszont a tubulus-ok elzáródását okozza. A higany az egyik ilyen vesemérgező fém. Egy higany-sónak a szervezetbe jutása után heveny tubulus-károsodás lép fel, és az expozíciót követő 24-48 órán belül veseelégtelenséghez vezethet. Más vesekárosító elemek között említhető a kadmium, a króm, az arzén, az arany, az ólom és a vas. Akut és krónikus nefrotoxicitásról számoltak be halogénezett szénhidrogén-, szerves oldószer-és peszticidexpozíció után (lásd triklór-etilén, metil-paration). Egyesek öröklődési vagy környezeti tényezők miatt rendkívül érzékenyek lehetnek a vesére ható toxikus anyagokra. Például bizonyos személyek nagyon érzékenyek a réz nefrotoxicitására, mert a szervezetükben a normális rézkoncentrációt (Wilson-kór) képtelenek fenntartani. Cukorbaj vagy öregedés miatt csökkent vesefunkcióval sújtott emberek olyan kis kadmium dózistól is vesekárosodást szenvednek, amely dózisok szokásosan hatástalanok (fokozott kadmium-érzékenység). Egyéb tényezők, mint tápláltsági állapot, alkoholfogyasztás, dohányzás, genetikai háttér és gyógyszerszedés, egyeseknél fokozott érzékenységet okozhatnak. 55

4.5. Az idegrendszerre kifejtett hatások Az idegrendszer két részből, a központi idegrendszerből (CNS) és a perifériás idegrendszerből (PNS) épül fel. A központi idegrendszer az agyból és a gerincvelőből áll, fogadja az érző és egyéb információkat, feldolgozza azokat és ennek eredményeként utasításokat, válaszokat ad. A perifériás idegrendszer (PNS) a CNS-n kívüli idegrendszeri struktúrákból áll, amelyek az agy- és a gerincvelőhöz, illetve azoktól a test különböző részeihez impulzusokat továbbítanak. Az idegek kommunikációs vonalak szerepét töltik be. Az idegek behálózzák a szervezetet, annak minden részével kapcsolatot teremtenek: impulzusok szállításával az érző receptoroktól a CNS-be és parancsok továbbításával a CNStől a megfelelő mirigyekhez, izmokhoz és egyéb szervekhez. Az idegrendszer több millió információbitet kap különböző érzékszervektől, valamennyit integrálja, hogy a szervezet válaszát, válaszreakcióját meghatározhassa. A receptorok az olyan ingereket detektálják, mint a tapintás, a hang, a fény, a fájdalom, a hideg, a meleg stb., biztosítva az inputot. Az érzékelés azonnali reakciót válthat ki, vagy a memóriája az agyban tárolódhat, és valamikor, egy későbbi időpontban segíthet a fizikai reakciókat meghatározni. Végső soron, az idegrendszer a különböző fizikai tevékenységeket oly módon szabályozza, hogy a test összes izmát irányítja. Ezt motoros reakciónak nevezik. A motoros reakcióban részben a vázizmok, részben a belső szervek sima izmai, mint a bél vesznek/vehetnek részt. Az idegrendszer motoros reakciója a mirigyek kiválasztásának irányítása is (pl. vegyi anyagot választanak ki, távolítanak el a szervezetből). Az idegrendszer legfontosabb funkciója a beérkező érző információk feldolgozása oly módon, hogy megfelelő motoros válasz történjen. Miután a fontos érző információ kiválasztása megtörtént, az a kívánt válasz kiváltására az idegrendszer megfelelő régiójába kerül. Ám, ha az ember forró kályhára teszi a kezét, a kívánt válasz a kéz elrántása lesz. A neurotoxicitás a kémiai, a biológiai és a fizikai reagensek olyan képessége, amely káros hatásokat okozhat az idegrendszerben. Mi több, a közvetlenül az idegrendszerre ható mérgező anyagokon kívül, az idegrendszerre jelentős hatással vannak a vérkeringésben végbemenő bármilyen változások. Valamennyi

sejtnek

szüksége

van

oxigénre,

az

idegrendszer

állandó

vérellátása

nélkülözhetetlen. Bármilyen véráram-csökkenés − mielőtt még bármelyik más rendszert támadás érne − káros idegrendszeri hatásokban nyilvánulhat meg. Bizonyos mérgező anyagok specifikusan a neuronokat, vagy a neuron meghatározott részeit károsítják, amely ezek 56

sérülését vagy elhalását okozzák, ami végül irreverzibilis neuron-veszteséggel jár együtt. A neurotoxikus anyagok az axonra, a myelin-hüvelyre vagy az idegimpulzus továbbítására (neurotranszmisszióra) is hathatnak. Az elpusztított idegsejtek a kommunikáció szakadását okozzák az idegrendszer és a szervezet többi része között. Az idegrendszer károsodásából eredő funkcióelvesztés mértéke az irreverzibilis károsodást szenvedett idegsejtek számától és lokalizációjától függ. A gyengén, nem maradandóan károsodott idegsejtek idővel normális funkciójukat visszanyerhetik. A maradandó károsodás érzéskiesésekhez és/vagy bénuláshoz vezethet. Olyan következmények is lehetnek, mint tájékozódás-zavar, amikor a személy nem képes a baloldalt a jobbtól, vagy a felül elhelyezkedőt az alatta levőtől megkülönböztetni. Mivel az idegrendszer a szervezet számos funkcióját szabályozza, a neurotoxikus anyagok sok funkciót gátolhatnak, mint a beszéd, látás, memória, izomerő és koordináció stb.. A metilhigany neurotoxikus hatása tragikus mérgezéshez vezetett Japánban és Irakban. A japán Minamata-öböl lakosait, akiknél az étkezés fő összetevője az öbölben kifogott hal, nagy metilhigany expozíciós dózisok értek, amikor magas higany tartalmú ipari hulladékot eresztettek az öbölbe. Az ott történt esetben még a mérgezett lakosoknál is többen szenvedtek károsodást metilhiganytól Irakban. Több mint 400 ember meghalt, 6000-t kórházba szállítottak, miután a lakosok metil-higannyal szennyezett gabonaterméket fogyasztottak. Egy másik metilhiganymérgezés Londonban történt. A 19. században a higanyt kalapkészítésnél gombásodás ellen+ használták. Az ismétlődő higany-expozíció a munkásokban remegést és agykárosodást váltott ki, és felnőtteknél a “bolond, mint a kalapos“ szólás elterjedéséhez vezetett. A higanyexpozíció kezdeti koordinációvesztést okoz, amit remegés, hallásproblémák, izomgyengeség, és akár mentális zavarok is követnek. Egy másik neurotoxikus anyag, a szén-diszulfid (CS2), az axonokat roncsolja. Ezt a vegyületet, első sorban vulkanizált gumi- és műselyemgyártásban különböző ipari célokra használják. Az 1776-ban felfedezett CS2 számos neuron-csoport mérgezését okozza. A szénkéneg (CS2) mérgezés az emberekben különböző neurológiai és viselkedési zavarokat vált ki.

Kezdetben

érző-és

motoros

tünetek

jelentkeznek,

de

előfordulhatnak

személyiségváltozások, ingerültség, memóriazavar, insomnia (álmatlanság), rossz álom és állandó fáradtság is. Már évszázadok óta ismert az ólom idegrendszerre gyakorolt toxikus hatása. A mielin pusztításával az ólom az idegsejtek közötti impulzustovábbítást lassítja, és végül leállíthatja azt. Az ólommal dolgozókat, például az ólomolvasztó üzemben, vagy otthon ólomcsövekből, 57

és ólom alapú festékekből származó, expozíció érheti. Különösen érzékenyek az ólommérgezésre a gyerekek. Olyan rendkívül alacsony ólomdózisok, amelyek felnőttekben nem okoznak ólomhatásokat, a gyerekek felfogóképességét, IQ-ját jelentősen csökkentik. A szerves foszfátok egy elterjedten használt inszekticidcsoportot (rovarirtószerek) alkotnak, amelyik neurotoxikus az emberekre. Ezek az inszekticidek a synapsis-ban fejtik ki hatásukat, ott, ahol a neurotranszmitterek kiválasztása történik. Normális esetben, az axon által kiválasztott neurotranszmitter a szinapszison áthalad, a következő ideget stimulálja, majd elbomlik, és hatástalanná válik. A szerves foszfátok a neurotranszmitter lebomlását gátolják, és így a szinapszis utáni neuronok folyamatosan stimuláltak lesznek, az üzenet ismételten egyik idegsejttől a következőre terjed. Attól függően, hogy a hatás alatti idegsejtek hol helyezkednek el, a szerves foszfátok elváltozást okozhatnak a harántcsíkolt izomzatban: remegést, rángatózást, izomgyengeséget vagy paralízist válthatnak ki, hatnak a központi idegrendszerre: nyugtalanságot, mentális konfúziót, emlékezetkiesést és kómát válthatnak ki. De hatnak az autonóm idegrendszer, úgynevezett paraszimpatikus részére: megnő a szívverések száma, sápadtság, verejtékezés, bronchus-szűkület, pupilla-szűkület is fellép. A jelenleg használatban lévő szerves foszfát-tartalmú rovarirtó szerek sokkal kevésbé toxikusak, mint a vegyi háborúban alkalmazott elődei.

4.6. Immunotoxicitás Az immunrendszer rendkívül fejlett védekezési rendszer, amelyik az idegen betolakodóktól, a tumor-sejtektől és a környezeti reagensektől védi a szervezetünket. Sok baktérium-, vírus-, gomba-és parazita-expozíció éri a szervezetünket, amelyek olyan súlyos betegségeket okozhatnak, mint a tüdőgyulladás, a malária és a tífusz. Szerencsére a szervezetünkben sokféle rendszer van, az immunrendszert is beleértve, amelyik ezeket a “betolakodókat“ képes leküzdeni. Immunotoxikus anyagoknak azokat a környezeti vegyi anyagokat és gyógyszereket nevezzük, amelyek az immunrendszerre hatást gyakorolhatnak. Három különböző hatást fejthetnek

ki

az

immuntoxikus

anyagok

az

immunrendszerre:

szuppressziót,

hiperszenzibilizációt (ez különböző allergiát válthat ki), vagy a saját szervezetet támadhatják meg (autoimmunitás). Ha az immunrendszer megfelelően működik, az idegen ágenseket gyorsan és hatékonyan eliminálja. Az immunrendszerrel szembeni bármilyen gátlás (immunszuppresszió), a baktériumok, paraziták és vírusok okozta fertőzésekkel szembeni érzékenységet, továbbá a 58

rákos betegségre való hajlamot megnöveli. Olyan organizmusok, amelyek hatását szervezetünk normális esetben gátolja, immunszupresszióban előidézett fertőzések halálos kimenetelűek lehetnek. Az immunrendszer rendkívüli sokfélesége miatt az immunszuppresszió különböző módon alakulhat ki. A kemikáliák a fagocitosis-t gátolhatják, vagy a lymphocyták-ra, és ezek antitesttermelésére hathatnak. Sok vegyi anyagról, például fémek (ólom, higany) és peszticidek, kiderült, hogy immunszuppressziót okozhatnak. Ilyen szerekhez tartoznak a poliklórozott bifenilek, amelyeket több mint fél évszázadig transzformátorokban és lágyító szerekben alkalmaztak, valamint a policiklusos aromás szénhidrogének, amelyek a fosszilis üzemanyag égésekor képződnek. Kimutatták, hogy ezek a vegyületek az immunreakciókat szupprimálják, ami az antitesteket termelő sejtek számának csökkenésével jár együtt. Esetenként az immunrendszer ellentétesen reagál a környezeti reagensekre, ami allergiás reakcióhoz vezet. Az allergia sokféle effektust okozhat, pl. szénanáthát, asztmát, reumás izületi gyulladást (arthritis) és kontakt-dermatitiszt (bőrgyulladás). Az allergia okozójának azt a túlérzékenységi reakciót tartják, ami munkahelyi és környezeti vegyi anyagexpozíció után történik. Az allergiás választ kiváltó antigéneket allergéneknek nevezik. A tipikus antitesttermelés helyett, az allergének úgynevezett „reagin B” limfocitákat “szenzitizáló antitestek“ termelésére stimulálják. Ha a reagin allergénhez kötődik, allergiás reakciót okoz. Egy sor ipari vegyület és gyógyszer allergiás reakciót vált ki. A munkahelyi és a fogyasztói expozíciók hatására az asztma és a bőrgyulladás jelentik a legelterjedtebb allergiás reakciókat. Az asztmára jellemző a tüdő bronchiolus-ok izmainak összehúzódása, ami rendkívüli mértékben megnehezíti a légzést. A textiliparban gyűrhetetlen anyag kikészítéséhez formaldehidet vagy hasonló szert használnak. A szabad formaldehid miatt sok textilipari munkás betegedett meg asztmában a formaldehid alkalmazásának korai időszakában. Jelenleg a textilanyagok készítésénél a formaldehidet “elgázosítják“. Amint ezt az előzőekben megtárgyaltuk, az immunrendszer képes megkülönböztetni a gazdasejteket az idegen sejtektől és az olyan anyagoktól, amelyek megakadályozzák az immunrendszert, hogy saját sejtalkotóit, szöveteit megtámadja. Amikor az immunrendszer elveszti azt a képességét, hogy a szervezet saját sejtjeit az idegen sejtektől megkülönböztesse, akkor a gazdasejteket támadja meg és megöli, ami súlyos szövetkárosodáshoz vezethet. Ezt az állapotot nevezzük autoimmunitásnak. Munkahelyi kémiai expozíciókat, ha nem is olyan elterjedten, mint az immunszuppressziót vagy az allergiát, összefüggésbe hoztak autoimmun reakcióval is. Ezekhez az esetekhez tartoznak a peszticid, aldrin, dieldrin, valamint a vinil59

klorid és a higany, vagy az arany által okozott expozíciók. A legtöbb esetben az expozíció megszűnésével az autoimmunitás is megszűnik. Ugyan ez a helyzet az allergiával is. Az immunrendszer eltérően reagál a toxikus anyagokra, ha a különböző szervrendszer-reakciókat összehasonlítjuk. A toxikus reakciók általában anyag- és dózisfüggők: az elég magas dózis ártalmas hatást okoz a lakosság túlnyomó részében, ugyanakkor az allergiás reakciók, valamint az autoimmunitás általában nem dózisfüggők. Gyakran előfordul, hogy függetlenül a kapott dózismennyiségtől, a lakosság parányi részét éri hatás. Ezen kívül, a vegyi anyagok által okozott hatások az immunrendszerre inkább az immunrendszer aktiválásától, vagy inaktiválásától függenek, mint a közvetlen toxikus effektustól.

4.7. Reprodukció-toxikus vegyi anyagok Reprodukció-toxikus hatásoknak nevezzük a nők, a férfiak szexuális funkciójára és termékenységére ható káros effektusokat, továbbá bármilyen olyan hatást, amely a születés előtti és utáni normális fejlődést gátolja. Becslések szerint, az embereknél normális körülmények között minden ötödik családnak nem lehet gyermeke (sterilek), minden harmadik korai embrió meghal, és a terhességek csaknem 15%-a spontán vetéléssel végződik. A megszületett csecsemők közül mintegy 3%-nál fedezhető fel fejlődési rendellenesség. Nem meglepő, hogy a vegyi anyagok (vagy gyógyszerek) mind a férfi, mind a női reproduktív rendszerben más biológiai folyamatokat is károsíthatnak. A reprodukció folyamatában toxikus anyagok szempontjából három fő célpont határozható meg. A mérgező anyagok elváltozást okozva a hormonkiválasztásban közvetlenül hathatnak a központi idegrendszerre (lásd szintetikus szteroidok, stb.). Az ivarmirigyek (petefészek és here) szintén gyógyszer, vagy vegyszerek célpontjai lehetnek (különösen igaz ez a

kemoterápiás

gyógyszerekre).

A

reprodukció-toxikus

anyagok

gátolhatják,

vagy

megváltoztathatják az ondóképződést. Az ilyen toxikus hatások következményei között a sterilitás, a csökkent termékenység, emelkedett magzati halál, a megnőtt csecsemőhalálozás és a fejlődési rendellenesség sorolhatók fel. A veleszületett rendellenességeket okozó vegyületeket teratogéneknek nevezzük. A fejlődő szervezetet ért káros hatások származhatnak fogamzás előtt (bármely szülő), terhesség alatti vagy a születés és a szexuális érettség közötti időszakban elszenvedett expozícióból. Káros fejlődési hatások detektálhatók a szervezet 60

élettartamának bármelyik időpontjában. A fejlődési toxicitás legjelentősebb manifesztációi között felsorolhatók: (a) a fejlődő szervezet halála; (b) szervi rendellenesség; (c) megváltozott növekedés; (d) funkcionális hiány. Terhesség alatt elszenvedett vegyi expozíció csökkent fejlődéshez vezethet. A fejlődő magzat különösen érzékeny a toxikus vegyületekre bizonyos időszakokban, általában valamelyik szervrendszer vagy sejt fejlődéskor. Embereknél a kritikus időszak szervi deformitás szempontjából a fogamzást követő 15. és 70. nap között van. A vegyi anyagok (gyógyszerek) által a reproduktív rendszerre kifejtett hatás tragikus példájának bemutatása az 1960-as években történt thalidomid eset. A terhes asszonyoknak thalidomidot adtak hányingercsökkentő, nyugtató gyógyszerként. A gyógyszer nem fejt ki káros hatást felnőttekre, viszont teratogén, ami a magzat végtagfejlődését gátolja. Következésképen, a thalidomidot szedett anyák gyermekei kifejletlen végtagokkal vagy végtag nélkül születtek. A csecsemők, a kisgyerekek szerkezeti és funkcionális jellemzői eltérnek a nagyobb gyermekekétől, és a felnőttekétől. Miközben fejlődésük és növekedési szakaszaik normálisak, vegyi anyag-expozíció esetén sebezhetőségük fokozódhat. általában megállapítható, hogy mind a szerves, mind a szervetlen vegyületek könnyebben szívódnak fel a csecsemőkben, mint a felnőttekben. A szerves vegyi anyagok biotranszformációja csecsemőkben kevésbé erőteljes, veséik fejletlenek és a vegyületek kiválasztására kevésbé képesek, mint a felnőtteké. Tehát, egy hasonló vegyi anyagdózis/ testsúlyegység valószínűleg nagyobb mértékben halmozódik fel a csecsemő szervezetében, mint a nagyobb gyerek, vagy a felnőtt szervezetében, és következésképen, nagyobb valószínűséggel fejti ki toxikus hatásait a csecsemőben. Ezek a jellemzők arra utalnak, hogy különleges igény van a lakosság ezen érzékeny szegmenseinek a kémiai expozíció által okozott egészségi kockázatoktól való megvédésére.

4.8. Rákkeltő vegyi anyagok (karcinogének) A rák − rosszindulatú daganatos megbetegedés, a három vezető halálok egyike. Normális körülmények között a szervezet sejtjei normális módon reprodukálódnak, az elhasználódott szövetek pótlásának, a sérülések helyreállításának és a szervezet növekedésének céljából. Bizonyos körülmények között azonban, egyes sejtek nehezen érthető, a sejtet elváltoztató, úgynevezett malignus (rosszindulatú) transzformáción (elfajuláson) esnek át, amit a sejt DNSének (dezoxiribonukleinsav) károsodása okoz (a DNS a sejtmagban lévő örökítő anyag). A sejtek gyakran helyreállíthatják a DNS-ben okozott kárt, vagy az immunrendszer felismeri a 61

sérült sejtet, és megöli a sejtet, hogy az ne okozhasson rákot. Ha a leírt események közül egyik sem történik meg, a károsodott sejt osztódása - saját másolatait termelve -folytatódik és növekszik. Egy olyan sejt, amelynek a DNS-e egyszer károsodik, különösen azok a sejtek, amelyek először az ön-helyreállítási képességüket veszítik el, gyakran a további károsodás akkumulálását folytatják. Ha a károsodás nem öli meg a sejtet, akkor az egy egészséges sejttől mind alakjában (morfológiai sajátosságaiban), mind működésében eltér. Jelenleg általánosan elfogadott, hogy az emberben kialakuló ráknak három jól elhatárolható fázisa van: (a) Iniciáció: viszonylag gyors és látszólag irreverzibilis folyamat, permanensen elváltozott sejtekhez vezet. Ezek a sejtek a normál növekedést szabályozó irányítást elvesztették. Feltételezik, hogy a permanens sejtelváltozás a sejt DNS károsodásának részese. (b) Promóció: megfelelő feltételek mellett a transzformált sejtek tumorokká (neoplazmák) képesek átalakulni. (c) Progresszió: a benignus tumor malignusba történő átmenete, ami a szövetbe behatol és metasztatizál. Bizonyos vegyi anyagok (karcinogének) rákot okozhatnak az emberben, de rákot vírus, vagy sugárzás, ionizáló sugárzás, röntgensugarak, ultraibolya fény, is okozhat. Nem határozható meg egyféle olyan folyamat, amely által a karcinogének rákot okoznak, azonban a karcinogének végső hatása ugyanaz: tumor kialakulásához vezet. A Nemzetközi Rákkutató Ügynökség (IARC) 35 specifikus vegyi anyagot, vagy vegyi anyaggal végzett tevékenységet, gyártási, illetve egyéb technológiai folyamatot minősített humán rákkeltőnek, illetőleg rákrizikósnak. Ezeknek a legtöbbje ipari vegyi anyag és a nagyobbik része mutagén (károsíthatja a DNS-t). Ugyanakkora rákesetek túlnyomó részéért nem ezek az agensek a felelősek. Sok tanulmány arra utal, hogy a legtöbb rákos megbetegedéshez az életmód, különösen a dohányzás, az étkezési szokások és az alkoholfogyasztás járulnak hozzá. A vinil-klorid tipikus igazoltan humán karcinogén anyag. Polivinil-klorid (PVC) gyártásában használják, amit viszont műanyag csőgyártásban alkalmaznak. A PVC csöveket elterjedten használják gáz-és vízvezeték szerelésnél. A vinilkloridot májdaganattal, agytumorral, tüdő-, és nyirokrendszeri rákkal hozzák összefüggésbe. 1974-ben, több mint 40 évvel a vinil-klorid ipari felhasználásának kezdetét követően boncolták az első, feltételezetten vinil-klorid okozta májrákban elhunyt PVC-vel dolgozómunkást. Az orvosi anyagok tanulmányozása a vinil-klorid expozíció és a májdaganatok közötti összefüggést megerősítette. 62

Miután egy vegyi anyagot besorolnak a humán karcinogén anyagok közé, több országban (így Romániában is) szigorú felhasználási és a környezetbe történő kibocsátásra vonatkozó munkahelyi határértékeket határoznak meg. Az alumíniumgyártás másik olyan eset, amikor az IARC, egy kóroki tényezőt humán karcinogénnek

minősített.

Fokozott

tüdőrák

kockázatnak

vannak

kitéve

az

alumíniumgyártásban dolgozók. Húgyhólyag-rák fokozott kockázata és az alumíniumgyártás között fennálló összefüggést állapítottak meg Kanadában. A rák-kockázat csökkentésére új feldolgozó módszert vezettek be a gyárak, javították a szellőzést, előírták a kötelező védőmaszk-viselést, és a húgyhólyag-rák korai detektálására egy vizeletmonitorozási programot javasoltak. Sok rákkeltő anyag természetes forrásokból származik. Számos különféle típusú karcinogén anyagot termelnek a növények. A legismertebbek közé a dohányban talált anyagok tartoznak. Ezek okozzák az USA-ban (de Romániában is) előforduló összes rákos betegség legalább 30%-át. A dohány karcinogéneket, például nitrozo-nor-nikotint − tartalmaz. A dohányfüst egy komplex vegyi elegy, amely különféle típusú karcinogéneket tartalmaz, pl. policiklusos aromás szénhidrogéneket (PAH).

63

5. SZERVEK ÉS SZERVRENDSZEREK TOXIKOLÓGIÁJA

5.1. Lokális toxikus hatások 5.1.1. Lokális bőr- és nyálkahártya irritáció Bőrirritáló anyag alatt a bőrrel közvetlenül kontaktusba lépő, helyi gyulladást okozó vegyületeket értjük. A bőrirritáció fontosabb tünetei, a bőrpír (erythema), vizenyő (ödéma). Fajtái: • akut irritáció, egyszeri expozíciót követően; • kumulatív irritáció (hosszabb idejű expozíciója olyan anyagnak, amely egyszeri érintkezéssel nem vált ki tüneteket). Általánosságban elmondható, hogy a kémiailag aktív vegyületek a keratin feloldása, a bőr dehidratációja, oxidációja során fejtik ki toxikus hatásukat. Az úgynevezett korrozív anyagok fekélyt, mélyebb hámszöveti sérülést okoznak. 5.1.2. Szemirritatív vegyületek A szaruhártyát és a kötőhártyát károsító anyagok hatásmechanizmusa hasonló a bőr- és nyálkahártya irritációt okozó anyagokéhoz. • az erős savak hatáserősségük részben a pH-tól függ, illetve vízelvonó képességük (például szennyezett levegőben található SO2 átalakul H2SO3 keletkezésével a szaruhártyát borító vizes közegben); • az erős lúgok pH-függő a hatásssal rendelkeznek; • a detergensek , főleg a kationosak erősen károsító hatásuak, irreverzibilis változásokat idéznek elő; • a szmog ingerli a nyálkahártya idegvégződéseit.

5.2. Szisztémás toxikus hatások Nem térünk ki részletes tárgyalásukra, csak a főbb jellemzőket említjük. A károsított szövetek alapján beszélhetünk a következő toxikus hatásokról:

Metabolizáló szövetek károsodása A detoxifikáció során a májsejtekben indukálódnak a különböző enzimrendszerek. Ez együtt jár bizonyos sejten belüli strukturális változásokkal, mint a belső membránrendszerek illetve a mitokondriumok növekedése. Ez a mechanizmus vezet a szerv megnagybbodásához. Más 64

esetben a máj károsodása együtt jár a benne raktározott anyagok (pl. glikogén, lipidek) mennyiségnek növekedésével. Ha ezeknek a lipideknek a mennyisége megnövekedik a hepatocitákban, az a máj zsíros degenerációját okozza. A máj specifikus károsodását okozó hatásokat együttese hepato-toxicitásnak nevezzük (máj tömegnövekedése, zsíros degeneráció, nekrózis).

Kiválasztó szövetek károsodása A nefrotoxicitás a vese funkciójának csökkenésében nyilvánul meg, tehát működő nefronok számának csökkenését jelenti. Kiválasztó szövetek károsodása létrejön a legjelentősebb vesemérgek, például nehézfémek hatására (Hg, Cd, Pb). A barbiturátok oxigénhiányt okoznak a vesében, ezzel károsítják az oxigénhiányra érzékeny nefronokat. A szulfonamidok túltelített oldatot hoznak létre a vesében, kicsapódnak és károsítják a veseműködést.

Általános funkcionális szövetek károsodása Más szerveket érintő károsító hatások részletes tárgyalástól eltekintünk (tüdő, szív, vér, immunrendszer, idegrendszer, hormonrendszer).

65

6. A VEGYI ANYAGOK EGÉSZSÉGKÁROSÍTÓ KOCKÁZATAINAK BECSLÉSE

A vegyi anyagoknak az emberi egészséget fenyegető kockázatainak becslése az adott vegyi anyag biztonságos és hasznos alkalmazására vonatkozó tervezés előfeltétele. A kockázat matematikai fogalom, amely a szennyező-expozícióból eredő, nem kívánatos hatás valószínűsége. A kockázat kifejezhető abszolút vagy relatív értékben. Az abszolút kockázat az expozícióból eredő többletkockázat. A relatív kockázat az expozíciót szenvedett lakosságra eső kockázat és az expozíciót elkerült lakosságra eső kockázat közötti összehasonlítás. A biztonság a kockázat ellentéte. Ezt a fogalmat gyakran használják, de nehéz meghatározni. Az egyik meghatározás szerint, a biztonság gyakorlati bizonyosság arra, hogy amikor egy anyagot javasolt mennyiségben és módon alkalmaznak, akkor nem kerül sor káros hatásokra. A kockázatbecslés olyan folyamat, amelynek segítségével a kockázat természete és nagysága meghatározható. A kockázat „mennyiségének“ becsléséhez meg kell határozni a “dózis-válasz“-viszonyt egyénekre, és ugyanezt a viszonyt populációkra vonatkozóan is. A „dózis-hatás“-összefüggés arra ad információt, hogy a kockázat miként emelkedik a növekvő expozíció függvényében. Meghatározott expozíciós körülmények között minden vegyi anyag toxikus. Ezt azzal fontos kiegészíteni, hogy minden vegyi anyag esetében az emberi egészségre és a környezetre biztonságos expozíciós feltételek szükségesek. Kivételt azok a vegyületek jelentenek, amelyek rákot, vagy maradandó elváltozásokat okoznak a sejt genetikus anyagában. Ezek a vegyi anyagok semmilyen mennyiségben nem biztonságosak. A kockázatbecslés fő célja annak a vegyi anyag-expozíció szintnek a meghatározása, amiről azt feltételezik, hogy az emberi egészségre és meghatározott ökorendszerekre észlelhető kockázatot nem jelent. A kockázatbecslés tudományos folyamat, a lehetséges kémiai expozíció káros hatásainak a természetét és valószínűségét értékeli. A kockázatkezelés , a kémiai szennyezést megelőző és szabályozó országos programok kidolgozásának érdekében , ennek a tudományos becslésnek az eredményeit műszaki, szociális, jogi, és pénzügyi tényezők segítségével mérlegeli. Ezek a programok a vegyi anyagoknak a modern társadalomban betöltött jelentős szerepét elismerik, a potenciális veszélyeket is felismerik, s ezért az expozíció és az összes kockázat csökkentésének a módjait keresik. A kockázatbecslés erőforrásigényes folyamat. Egyebek között, szükség van a toxicitás mérésére állatkísérletben, az expozíció vizsgálatára és az expozíciót szenvedett populációk 66

között epidemiológiai tanulmányokra. Mielőtt a konkrét vegyi anyag teljes kockázatbecslésébe belevágnánk, szükséges az adott anyag „veszélyes“ tulajdonságainak azonosítása (meghatározása), vagyis annak a valószínűsége, hogy az előállítási és felhasználási körülmények között az anyag jelentős káros hatást okozhat-e. Más szavakkal: legalább jelzés kell arra, hogy a vegyi anyag-expozíció jelentős lehet, és egy ilyen expozíció káros hatásokat okozhat. Még ha egy vegyi anyag “eredendően“ veszélyes is, ha nincs expozíció, akkor kockázat sincs. Az ember egészségére veszélyes vegyi anyagok nagy csoportjában ,

a vegyületek

kockázatbecslését megelőzően , meg kell határozni a prioritásokat. A különböző országokban nem minden potenciálisan veszélyes vegyi anyagot tekintenek egyaránt fontosnak. Mivel nincs elég erőforrás ahhoz, hogy adott országban gyártott és alkalmazott összes vegyi anyaggal foglalkozzanak, éppen azért szükséges a prioritások meghatározása, hogy a korlátozott erőforrásokat ne a viszonylag kisebb fontosságú anyagok kockázatbecslésére fordítsák. A vegyi anyagok kockázatbecslésre történő kiválasztásánál az alábbi kritériumokat kell figyelembe venni: (a) indikáció vagy gyanú, hogy a humán egészség és/vagy a környezet veszélyeztetettsége fennáll-e?, illetve a potenciális káros hatások típusára és súlyosságára is kell adatokkal rendelkezni. (b) Annak a valószínűsége, hogy a gyártás és a felhasználás mértéke megteremtheti-e a jelentős expozíció lehetőségét? (c) Annak a lehetősége, hogy az anyag a környezetben visszamarad-e, perzisztens-e? (d) A bioakkumuláció lehetősége; és (e) azoknak a populációknak a méretei és típusai (humán és más fajok is), amelyeket valószínű, hogy expozíció ér. A kockázatbecslésre kijelölt legmagasabb prioritású vegyület az összes vagy a legtöbb kritérium tekintetében előkelő helyet foglal el.

6.1. Az expozícióból származó, az ember egészségkárosító kockázatainak becslésére alkalmazott módszerek A kémiai expozícióból származó, egészségre kifejtett hatásokra vonatkozóan két fontos információs forrás van. Az első a humán populációkra vonatkozó vizsgálatok. A második és egyben az egyik leggyakrabban alkalmazott az állatkísérletekben elvégzett toxicitási vizsgálatok adatai. Nyilvánvaló, hogy az emberre kifejtett vegyi anyag toxicitási adatok relevánsabbak a kockázatbecslésre, mint az expozíciót szenvedett kísérleti állatokon végzett vizsgálati adatok. Csakhogy etikai megfontolások miatt, veszélyes, vagy potenciálisan veszélyes anyagok 67

emberekre kifejtett ellenőrzött expozíciós kísérleteinek száma korlátozott. A tipikus expozíciós szituációkat megélt emberektől beszerezhető információt kell használni (epidemiológiai vizsgálatok). Az epidemiológiai vizsgálatok értéke gyakran behatárolt, miután az expozíciós koncentrációkra vonatkozó kvantitatív adatok hiányoznak. Az egyidejűleg több vegyi anyaggal történő expozíciós adatok is hiányoznak, és ez a hatások értelmezését bonyolítja. Nincsenek az emberi egészségre kifejtett hatásokra vonatkozó adatok azokban az esetekben, amikor még korábban nem alkalmazott új szintetikus vegyi anyagok okoznak expozíciót; ilyenkor az állatkísérletekben kapott adatokat és más laboratóriumi vizsgálati eredményeket kell felhasználni. Sok esetben a kísérleti állatok képezik a toxikus hatások előrejelzésének alapját jelentik. Legelterjedtebben a „dózis“ fogalommal a beadott vegyszermennyiséget, vagy a szervezet által felvett mennyiséget közlik, általában ezt a kísérleti állat testtömegére számított vegyi anyag mennyiségben adják meg. A dózis-hatás görbék a dózis és a hatás nagysága közötti összefüggést szemléltetik, egyénben vagy populációban. Ezek a görbék különböző formájúak lehetnek. Az olyan elemek esetében, mint a vas vagy jód, létezik egy kívánatos dózis (fiziológiás dózistartomány, koncentráció-tartomány), ami a személy táplálkozási igényeit elégíti ki. Ennél alacsonyabb dózisnál a táplálkozási hiány miatt káros hatások (úgynevezett hiánybetegségek) fordulhatnak elő. Vas hiányában anaemia, jód hiányában pedig pajzsmirigy-megnagyobbodás (golyva) lép fel. Ennél nagyobb dózisnál az esszenciális elem toxikussá válhat és káros hatásokat fejt ki, jódhiánynál megint csak golyva, a vashiánynál pedig haemochromatosis alakul ki; a betegség bronz diabétesz néven is ismert, mivel a rendkívül magas vasexpozíció miatt súlyos diabétesz és bőrelszíneződés tapasztalható. A legtöbb vegyi anyag a küszöb érték alatt nem fejt ki káros hatást. Egy vegyi anyag káros hatás küszöbe olyan koncentráció, vagy dózis, amely felett − a leírt expozíciós körülmények között − káros hatások fordulhatnak elő. Ez a küszöb a nem észlelt káros hatás szintből ered (NOAEL). A NOAEL-t mg, vagy µg/testsúly kg/nap egységben adják meg. Ez a küszöbértékkel bíró vegyi anyagok kockázatbecslésének, és a humán-expozíció tolerálható egészség bázisú szintek levezetésének a sarokköve. A NOAEL-t az összes rendelkezésre álló toxikológiai információ elemzését követően határozzák meg. Ebbe az akut vizsgálatok, a rövid- és hosszú távú kísérletek és a biológiai vizsgálatok (abszorpció, szöveteloszlás, a kiválasztás, a metabolizmus, a biológiai felezési idő 68

és az enzimekre kifejtett hatások) tartoznak bele. Ezen kívül, általában szükséges elvégezni specifikus hatásvizsgálatokat, például carcinogenezis, születési defektusok és neurotoxicitás. Ha humán adatok és egyéb információ − lásd „szerkezet-aktivitás“ összefüggések − rendelkezésre állnak, ezeket is megvizsgálják. Mivel a kiválasztott dózisszintek túl magasak lehetnek, egyes kísérletekben csak a LOAEL, a megfigyelt legkisebb káros hatást kiváltó szint határozható meg. A LOAEL egy vegyi anyagnak kísérlet vagy megfigyelés útján megállapított azon legkisebb mennyisége, illetve koncentrációja, ami meghatározott expozíciós körülmények között már káros hatást okoz a szervezetben. Amikor a NOAEL nem határozható meg, a LOAEL-t használhatjuk az egészség bázisú humán-expozíció tolerálható szintjeinek levezetéséhez. A NOAEL-t, vagy a LOAEL-t több tényező befolyásolhatja, például a kísérleti állatokat ért expozíciós út, az állatfajok, a nemük, a koruk és az expozíció időtartama. Ezen kívül, a széles tartományú dózisszintek kiválasztása a kísérletekhez azt eredményezheti, hogy a megfigyelt NOAEL érték jelentősen alacsonyabb lesz, mint a valós NOAEL. Bizonyos toxikus hatásoknál, mint a rák vagy a genetikai mutációk, gyakran feltételezik, hogy egy vegyi anyag molekula elég egy folyamat beindításához, amely progresszíven olyan megfigyelt káros hatáshoz vezet, mint a rák. Gyakran molekula által káros hatást okozó képességet feltételező elméletre “egy csapású modellként“ utalnak. Emiatt előfordulhat, hogy a rákkeltő (karcinogén), vagy mutagén ágens küszöbértékének létezését (küszöb nélküli anyagok) lehetetlen kimutatni. Gyakran a vegyi anyagok rákkeltő képességének megállapítására patkányokon és egereken laboratóriumi állatkísérleteket végeznek. Ezekben a kísérletekben, a valós élet körülményei

között

előforduló

expozíciós

szinteknél

többszörösen

nagyobb

mennyiségeket/koncentrációkat alkalmaznak. Ezek után az emberre extrapolálható expozíció okozta

kockázatbecsléshez,

sokkal

alacsonyabb

és

valószínűbb

expozíciós

szintek

figyelembevételével matematikai modelleket alkalmaznak. Számos modellt használtak a humán karcinogének „gyakorlatilag biztonságos dózisának“ (VSD) meghatározására, azonban különböző matematikai modelleket ugyanazokra az adatokra alkalmazva ezerszer, vagy még nagyobb mértékben eltérő VSD értékekhez jutunk a különböző faktorok miatt. A toxikológusok nem tudnak egyezségre jutni abban, hogy a jelenleg rendelkezésre álló matematikai modellek közül melyik a „legjobb“.

69

6.2. Az emberi egészséget biztosító, tolerálható expozíciós szintek levezetése 6.2.1 Küszöbértékű vegyületek Az élelmiszerben, a levegőben vagy vízben lévő vegyi anyagok biztonsági értékelésének célkitűzése a tolerálható napi bevitel (TDI) meghatározása. A TDI olyan, naponta a szervezetbe juttatott becsült vegyi anyag mennyiség, amelyet anélkül lehet egy életen át naponta a szervezetbe juttatni, hogy az bármilyen észlelhető egészségkárosodást okozna. Mivel a legtöbb esetben hiányoznak a TDI számításához szükséges humán eredetű adekvát adatok, gyakran az állatkísérletek eredményeit kell az emberekre extrapolálni.

6.2.2. Biztonsági (vagy bizonytalansági) tényező Egy vegyi anyag tolerálható napi bevitelének számításában a biztonsági faktort, vagy a bizonytalansági faktort gyakran alkalmazzák a megfelelő tanulmányból vett NOAEL, illetve az emberi egészséget nem károsító kockázat becsléséhez. Az alkalmazott biztonsági faktor az adatbázis iránti bizalmat és a toxikus hatás iránti aggodalom mértékét tükrözi. Ez különösen igaz a karcinogén hatásokra. Ha egy vegyi anyag eredendő veszélye annyira nagy, hogy rendkívül

magas

biztonsági

faktorra

van

szükség

a

vegyi

anyag

biztonságos

alkalmazhatóságával kapcsolatos aggodalom miatt, akkor legbölcsebb olyan javaslattal élni, hogy ne alkalmazzák ott, ahol emberi expozíció előfordulhat. Nem lehet kemény és gyors szabályokat készíteni a biztonsági tényező nagyságára, mivel sok aspektust kell figyelembe venni, például a fajok között az egyes toxikus anyagok iránti érzékenység jelentősen különbözik, és ugyanez igaz egyetlen fajon belül is. Emellett a meglévő adatok hiányosak lehetnek, mint ahogy néhány további tényezőt is figyelembe kell venni, például megfontolandó, hogy a különböző életkorú embereket, teljes élettartamukon át, betegeket és egészségeseket, vagy gyerekeket is érhet kémiai expozíció, és az egyéni expozíciós sémák széles eltéréseket mutatnak. Az állatkísérletekben mért, egész életen át tartó napi expozícióból származó NOAEL esetében a biztonsági faktor értéke 100 (a patkányok esetében a “teljes életen át tartó“ expozíció tipikusan 2 év). Ez a faktor azon a feltételezésen alapszik, hogy az emberek szenzibilitása tízszerese a tesztelt állatokénak, és a humánpopuláció tagjai között további tízszeres szenzibilitási tartomány tapasztalható. Amikor a hosszú távú kísérletekben nem láthatók káros hatások, a 100-as értékű biztonsági faktor azon rövid távú vizsgálatokból származó NOAEL-hez alkalmazható, amikben magasabb dózisszinteket használtak, és hatást 70

figyeltek meg (pl. három hónapos vizsgálat). Ugyanakkor vannak esetek, amikor a 100-as biztonsági faktor nem tekinthető elegendőnek. Ám magasabb biztonsági faktorokra lehet szükség, amikor az adatok hiányosak vagy nem adekvát az NOAEL-t meghatározó vizsgálat (pl. nagyon kevés az állat), vagy amikor a hatások irreverzíbilisek, és különösen, amikor reproduktív és rákos jellegű hatások gyanúja áll fenn. Több nemzetközi szervezet a vegyi anyagok biztonsági értékeléséhez 5000-10000-es nagyságú faktorokat is alkalmaz ilyen esetekben. Olyan vegyi anyagokra, amelyekről ismert, hogy genetikai anyag elváltozása következtében rákot okoznak, nem alkalmaznak biztonsági faktorokat, mert az expozíció teljeskörű, pontos biztonsági szintje nem határozható meg. Ezek a vegyi anyagok speciális értékelést igényelnek. Amikor a releváns humán adatok adottak, akkor nincs szükség a fajták közötti (interspecies) variabilitást figyelembe vevő biztonsági tényezőre. Ilyenkor egy 10-es biztonsági faktor alkalmazható. Csakhogy a vegyi anyagok biztonságbecslésénél az emberekben viszonylag kevés paramétert elemeztek, és nagyon ritkán állnak rendelkezésre a rákra, a reproduktív és hosszú távú hatásokra vonatkozó adatok. Következésképen tízes értékű biztonsági faktorokat ritkán alkalmaznak.

6.2.3. A tolerálható napi bevitel jellemzői (TDI) TDI-nek azokat az anyagdózisokat tekintik, amik a napi bevitelnél egy életen át tolerálhatók. A szinteket úgy választják meg, hogy rövid ideig tartó túllépésük semmilyen problémát ne okozzon. Annak ellenére, hogy a TDI rövid ideig túlléphető, nem lehet általánosságban meghatározni azt az időtartamot, ami már aggodalmat okozhat, vagy amely még biztosan nem okozhat problémát. Annak a valószínűsége, hogy előfordul káros hatás, a vegyi anyagról vegyi anyagra változó faktoroktól függ. A vegyület felezési ideje, az az időtartam, ami ahhoz szükséges, hogy a szervezet megszabaduljon az anyagtól; e tekintetben a toxicitás természete, az expozíciónak a TDI-t meghaladó mennyisége kritikus fontosságú. Nagy biztonsági faktorok, amelyeket általában a TDI meghatározására használnak, biztosítékot nyújtanak arra, hogy a rövid ideig tartó TDI-t túllépő expozíció nem valószínű, hogy egészségre káros hatásokhoz vezet. Azonban alapos megfontolást igényelnek azok a vegyi anyagok, amelyek egyetlen expozícióval akut hatásokat hoznak létre. A TDI-t tartományban fejezik ki; az alsó határ (0) és a felső határ között van az 71

elfogadhatósági zóna.

6.2.4. Nem tolerálható vegyi anyagok Általános vélemény, hogy a vegyi karcinogének, a genetikai anyaggal történő kölcsönhatáson keresztül rákot okoznak, nem rendelkeznek hatástalan küszöbértékkel. Más szavakkal, bármilyen szintű expozíció esetén a károsodás, vagy a kockázat valószínűsége fennáll. Ezért tekintik a TDI meghatározását alkalmatlannak, és a matematikai modelleket napi szituációban előfordulható alacsony expozíciós szinteknél lévő kockázatbecslésre használják. Ugyanakkor léteznek olyan rákkeltő anyagok, amelyek a genetikai anyaggal történő kölcsönhatás nélkül, indirekt mechanizmuson keresztül állatokban és emberekben is képesek tumorokat okozni. Sok tudós szerint, ezek a karcinogének küszöb dózissal rendelkeznek, vagyis olyan dózissal, amely alatt káros hatások nem várhatók. A karcinogén vegyi anyagok, akár természetesek, akár szintetikusak, a környezetben jelen vannak. Ahhoz, hogy egy anyagról kiderüljön, okozhat-e rákot az emberekben, általában laboratóriumi kísérleteket végeznek patkányokon és egereken, ezek során naponta alkalmaznak expozíciót az állatok élettartamának legnagyobb részén (2 év a patkányoknál, 18 hónap az egereknél). Nagy dózisszinteken vizsgálják a patkányokat és az egereket is, annak érdekében, hogy túlméretezett expozíciós körülmények között vizsgálják be a vegyszert. Ezeknek a magas dózisszinteknek nem az a célja, hogy a tipikus humán-expozíciót modellezzék. A magas dózisok inkább arra szolgálnak, hogy a rák kialakulásának esélyét − ha az anyag képes létrehozni ezt a hatást − maximalizálják. Ezután matematikai modellek alkalmazhatók olyan dózis-, vagy expozíciós szinteken történő kockázatbecslésre, amelyek a humán-expozícióhoz közelebb állnak. Ahhoz,

hogy

az

alapvető

rákkeltő

mechanizmus

szerint

az

anyagokat

megkülönböztethessük, minden anyagot, amelyikről kimutatták, hogy karcinogén, külön-külön kell értékelni, figyelembe véve a genotoxicitás tényét, azoknak a fajtáknak a számát és jellegét, amelyekben rák keletkezett, és a kísérleti állatokban megfigyelt tumorok emberre történő alkalmazhatóságát. Olyan anyagokat, amelyek a kísérleti állatokban rákot okoztak, és várhatóan emberre jelentős expozíciót fejtenének ki, jellemző alkalmazásnál ,

például

lakossági felhasználásra , egyáltalán nem szabad használni. Teljesen megbízhatóknak tartják azokat az állatkísérleteket, amelyek arra szolgálnak, hogy egy vegyület potenciális humán rákokozó képességét megállapítsák. Minden, humán 72

karcinogénként ismert, állatkísérletekben adekvát módon bevizsgált anyagról kimutatták, hogy egy, vagy több állatfajtában rákot okoznak. Néhány ágensről (aflatoxinok, dohányzás, kőszénkátrány, vinil-klorid), még mielőtt az epidemiológiai vizsgálatok megerősítették az anyagok humán rákokozó képességét, állatkísérletben bizonyították vagy feltételezték rákkeltő hatásukat. Annak ellenére, hogy ez nem bizonyítja, hogy valamennyi, kísérleti állatban rákot okozó ágens, az emberben is rákot okoz, általános az a vélemény hogy „adekvát humán adatok hiányában, indokolt a kísérleti állatokban rákot előidéző vegyi anyagokat a gyakorlatban humán rákkeltőként kezelni“. Ennek az elvnek az alapján, a Nemzetközi Rákkutató Ügynökség (IARC) a vegyi anyagok rákkeltő képességének átfogó értékelésében az alábbi csoportokba sorolta a vegyületeket: 1. Csoport , Bizonyítottan humán karcinogén. Ez a kategória azokat az anyagokat öleli fel, amelyek esetében kielégítő bizonyíték van a humán karcinogenitásra (pl. aflatoxinok, arzén és arzénvegyületek, benzol, korom, dohányfüst). 2.A csoport , az ágens valószínű rákkeltő az emberekre. Ezt a kategóriát akkor alkalmazzák, amikor a humán karcinogenitásra korlátozott bizonyíték van, de meggyőző bizonyíték van a kísérleti állatokra kifejtett rákkeltő hatásra (például akril-nitril, benzo[α]pirén, kadmium és kadmiumvegyületek, formaldehid, poliklórozott bifenilek, vinil-bromid). 2.B csoport , Az ágens feltételezetten humán karcinogén. Ezt a kategóriát akkor alkalmazzák, amikor korlátozott bizonyíték van, vagy egyáltalán nincs bizonyíték a humán karcinogenitásra, de meggyőző bizonyíték van a kísérleti állatokra kifejtett rákkeltő hatásra (pl. acetaldehid, széntetraklorid, DDT, hexaklórbenzol, szacharin, uretán). 3. Csoport ,

Az ágens nem osztályozható rákkeltő képessége szerint. Ezt a

kategóriát a legelterjedtebben akkor alkalmazzák, amikor elégtelen a bizonyíték a humán rákkeltő képességre és elégtelen, vagy korlátozott a kísérleti állatokban (pl. akrilszálak, aldrin, anilin, kaptán, koleszterin, dieldrin, maneb, pép- és papírgyártás, polivinil-klorid, vinil-acetát, zineb). 4. csoport , Az ágens valószínűleg nem rákkeltű képességű az emberekre. Ezt a kategóriát akkor alkalmazzák, amikor az anyagot alaposan bevizsgálták, de nem tételezik fel, hogy akár az emberekben, akár kísérleti állatokban rák-indukálásra képes (például kaprolaktám).

73

6.3. Esettanulmányok 6.3.1. Az ivóvízben található vegyi anyagok egészségbázisú irányértékei (egészségügyi határértékei) 1993-ban a WHO kiadta az „ivóvíz minőségre vonatkozó irányelvek“ című anyagát. Az Irányelvekben értékelésre mintegy 120 vegyi anyagot választottak ki, ezek közül 95 anyagra javasoltak egészség bázisú ivóvíz expozíciós szinteket. Az alábbi három fő kritérium alapján választották ki az anyagokat: • az anyag veszélyt jelent az emberi egészségre; • az anyagról ismert, hogy gyakran nagy mennyiségben és relatíve magas koncentrációkban fordul elő az ivóvízben; • az anyag nemzetközi szinten aggodalmat jelent (pl. több ország érdeke). Nem javasoltak irányértékeket olyan anyagokra, amelyeket úgy ítéltek meg, hogy az emberekre nem veszélyesek; nem volt megfelelő információ az egészségre kifejtett hatásokról; mert a vegyület koncentrációja az ivóvízben megfelelt a normálisan található értékeknek; a humán egészségre nem jelentett veszélyt. Küszöbértékkel rendelkező toxikus hatású anyagokra vonatkozóan, az irány(határ)értékeket az alábbi módszertan alkalmazásával vezették le: • A rendelkezésre álló toxicitási adatok alapján a napi tolerálható bevitelt (TDI) meghatározták. A TDI-t a bizonytalansági faktornak NOAEL-hez, vagy LOAEL-hez történő viszonyításával számították ki. • Feltételezték, hogy a totális napi vegyi anyag-expozíció aránya, és ebből adódóan, a TDI, az ivóvíz napi beviteléből származik. A relatív bejutás kiszámításának alapja a különböző utakon (levegő, étel és víz) történt relatív expozíció adatai voltak. Az alkalmazott eljárás az alábbi két egyenlettel szemléltethető: NOAEL/UF= TDI TDI x BW x P= GV x C, ahol: NOAEL = a nem észlelt káros hatás szintje − egy anyag- kísérlet, vagy megfigyelés útján megállapított olyan legnagyobb dózisa, ami észrevehető káros hatást nem okoz az egészségre. A NOAEL hiányában az LOAEL értéket alkalmazták a megfelelő bizonytalansági faktor (UF) megnövelésével. A LOAEL az anyag egészségkárosító hatását kiváltó legkisebb dózisa. UF = bizonytalansági faktor − azt az értéket jelenti, amivel a NOAEL-t, vagy (vagy LOAELt) elosztják a napi tolerálható bevitel (TDI) származtatására. A bizonytalansági faktor értéke a 74

toxikus hatástól, a megvédendő populáció méretétől, típusától, a toxikológiai információ minőségétől függ, és konkrét esetenként állapítják meg. 1-től 10000-ig terjedő UF értékeket alkalmaznak. Az UF alapjai a következők: Bizonytalansági forrás

Faktor

Fajok közötti eltérések

1-10

Fajokon belüli egyedi eltérések

1-10

Vizsgálatok vagy adatbázis adekvát jellege 1-10 Hatás természete vagy súlyossága

1-10

Ha a meglévő információ azt feltételezi, hogy 10000-nél magasabb bizonytalansági tényező szükséges, akkor a TDI-ből kapott érték jelentése pontatlan. Ilyen esetben sürgősen szükség van kiegészítő adatokra, és a meglévő információ alapján nem lehet (nem szabad) megbízható kockázatbecslést levezetni. TDI, a tolerálható napi bevitel: vízben, ivóvízben és élelmiszerben lévő, testsúly alapján kifejezett (mg, vagy µg/kg testsúly) szennyező vegyület olyan becsült mennyisége, amely egy élettartamon át naponta anélkül vihető be az élő szervezetbe (emberbe), hogy észlelhető egészségkockázatot okozzon. BW = Testsúly (kg): általában egy felnőtt testsúlya (70 kg). Amikor csecsemők és gyermekek különösen magas kockázatban vannak, 5, vagy 10-kg-os testsúlyértékeket kell használni. P = törtben kifejezett ivóvízbe juttatott TDI érték százalékban. Az allokációt különböző úton történt relatív expozíció alapján kapták meg. 0,01-től 1-ig terjedő értékeket alkalmaztak, az élelmiszerből, vagy a levegőből származott expozíció nagysága alapján. Amikor az expozíció forrásaira vonatkozó információ hiányos, a TDI-t 10%-os feltételezett hibával használják. C = Napi ivóvízfogyasztás: felnőtteknél 2 liter, 10 kg-os gyerekeknél 1 liter, egy 5 kg-os csecsemőnél 0,75 liter. GV = Irányérték: mg, vagy µg/ liter ivóvíz. A küszöbnélküli anyagok esetében, pl. amelyek rákkeltők lehetnek a génállománnyal történő reakció eredményeként (genotoxikus karcinogének), egy konzervatív matematikai modellt fogadtak el az irány- (határ-) értékek levezetésében. A becsült kockázatot egy 60 kgos, napi 2 liter ivóvizet fogyasztott, 70 évet megélt személy adatai alapján számolták ki. Az irányérték az ivóvízben lévő az az anyagkoncentráció, amelyről nem feltételezik, 75

hogy az élettartam alatti rákkockázat- többletet több mint eggyel fokozza, 100000 fő olyan lakos körében, akik 70 éven keresztül az irányértéknek megfelelő mennyiségű anyagot 5

tartalmazó vizet fogyasztottak. (A teljes élettartamú kockázat növekedése: 1:100000 =1:10 azt jelenti, hogy egy 100000 tagú populációban 70 éven keresztül egy fő többlet-megbetegedéssel lehet számolni , Szerk. megjegyzése.) Ez az életciklus rákkockázat-többlet egy önkényes érték, az adott ország határozza meg a saját elfogadható életciklus rákkockázat többletét. A 4

6

becsült élethosszal összefüggő rákkockázatot 1:10 és 1:10 között határozzák meg. Hangsúlyozni kell, hogy egy rákkeltő anyagra vonatkozó matematikai modell segítségével kiszámított irányértéket durván becsült rákkockázati tényezőnek kell tekinteni. A jelenlévő

bizonytalanságok

százszoros,

vagy

nagyobb

hibákat

is

produkálhatnak.

Mindazonáltal egy konzervatív modell − mint sok más modell − alkalmazása inkább túlbecsüli a tipikus humán-expozíció alacsony dózisainál lévő kockázatot, és magasabb becsült rákkockázati értékeket kapunk, a valós kockázat nullaértékű is lehet. Irányértéket meghaladó szinteken a mérsékelt rövid idejű karcinogén expozíció nem hat jelentősen a teljes életciklus kockázatra. A 3. táblázatban a WHO által ajánlott, ivóvízben lévő vegyi szennyezőkre vonatkozó irány- értékeket szemléltetjük.

3. táblázat. Ivóvízben talált szennyező anyagok irányértékei

76

6.3.2. A levegőben lévő vegyi anyagok egészségbázisú irányértékei (egészségügyi határértékei) Különböző vegyületek kerülnek a levegőbe mind természetes, mind pedig emberi tevékenységi forrásokból. A kibocsátott mennyiségek évente a száztonnás nagyságtól, a milliósig változhatnak. A természetes levegőszennyezők különböző élő, vagy élettelen forrásokból (pl. növények, radiológiai bomlás, erdőtüzek, vulkánok, más természetes források, föld és vízből eredő emissziók) származhatnak, amelyek az úgynevezett természetes háttér-koncentrációhoz (szennyezettséghez) vezetnek. Ez a helyi forrásoktól, vagy különös időjárási körülményektől függően változhat. Ember által okozott szennyezés legalább azóta létezik, amióta az emberek megtanultak tüzet gyújtani. Az iparosodás kezdetével a szennyezés rendkívül gyorsan nőtt. A vegyi anyagok gyártásának és felhasználásának nagymértékű megnövekedése, valamint a terjedő

fosszilis

üzemanyag

források

a

levegőszennyezés

fokozódásához

vezettek.

Ugyanakkor, a nyilvánosság egyre inkább felismerte az egészségre és a környezetre mért vegyi anyag-hatások okozta károkat, ezek következményeit; mindez egyre inkább aggodalmat keltett. A levegő szennyezése nagyon széleskörű. Az emberek által belélegzett és a szervezetbe felszívódott vegyi anyagok közvetlenül károsíthatják az egészséget. A lakosság egészsége indirekt módon annak következtében is károsodhat, hogy a levegőszennyezők a növényekben, az állatokban és más környezeti közegben lerakódnak. Ennek eredménye az, hogy a kemikáliák az élelmiszerláncba bekerülnek, vagy az ivóvízben vannak, és emiatt a humán-expozíció járulékos potenciális szennyező forrásait jelentik. Ezen kívül, a levegőszennyezők direkt hatása a növényekre, az állatokra és a talajra az ökorendszerek szerkezetét és funkcióját befolyásolhatja, beleértve természetes önszabályozó képességüket, ami kihat az életminőségre. A levegőszennyezők odafigyelést igénylő, súlyos hatásokat válthatnak ki, amelyek között az irritáló hatások, a kellemetlen szagok, a rövid- és hosszú távú egészségi hatások (beleértve a rákkeltő hatásokat) egyaránt felsorolhatók. A WHO kidolgozott levegőminőségre vonatkozó irányelveket (AQG). Ezek az irányelvek a lakosság káros hatásoktól történő egészségvédelmének bázisát jelentik. Az AQG irányelvekben megadott értékek azokra a szintekre és expozíciós időtartamokra utalnak, amelyeknél káros hatás nem várható , kivéve a rákkeltő anyagokat. Alternatív módon ezek az értékek az élettartamra vonatkozó rákkockázatot is megadják, ami a bizonyítottan humán karcinogén, vagy feltehetően rákkeltő anyagokból származik. De az irányértékek betartása még nem jelent garanciát arra, hogy ezen értékek alatt 77

káros hatások nem következhetnek be. Például rendkívül szenzibilis csoportokat, különösen betegség vagy egyéb fiziológiai korlátok miatt leromlott egészségű embereket érhetnek káros hatások az irány(határ)érték, vagy az ahhoz közeli koncentrációkon is, amiket, normális körülmények között, a lakosság többségére nézve biztonságosnak tekintenek. Irányértékek, vagy azok alatt történő, egészségre káros hatások kifejtése több vegyszer együttes expozíciójából is eredhet, amelyek különféle forrásokból származhatnak, és különböző utakon keresztül juthatnak a szervezetbe (levegő, élelmiszer, víz). Az AQG-k különálló vegyi anyagokra vonatkoznak. Elegyben lévő, egyidejűleg több anyaggal történő expozíció esetén a vegyi anyagok között additív, szinergikus és antagonisztikus hatások alakulnak, alakulhatnak ki. Ezekről a kölcsönhatásokról általában elég keveset tudunk. Néhány kivételt leszámítva, mint a kén-dioxid és a levegőben lévő finom részecskék együttes hatása , jelenleg nincs kielégítő információ, aminek alapján az egyidejűleg ható, több anyagra vonatkozó irányértékeket meg lehetne határozni.

6.3.3. A levegő minőségére vonatkozó irányértékek (megengedhető határértékek) meghatározásának módszerei Rákkeltő hatást nem okozó anyagok vonatkozásában az irányértékek levezetésében a kiinduló pont annak a legalacsonyabb koncentrációnak a megállapítása, aminél az embereket, az állatokat és a növényeket ért hatások (legalacsonyabb megfigyelt káros hatásszint, LOAEL) már megfigyelhetők. Irritáció és szenzibilis humánhatások esetében meghatározták a NOAELt. Jelentős tudományos elemzést alkalmaznak a LOAEL és a NOAEL megállapításához. A toxikus válasz kialakulása az expozíció mennyiségének, gyakoriságának és időtartamának komplex funkciója. Egy vegyi anyag akut, gyenge reverzibilis hatásokat, vagy hosszú irreverzibilis (visszafordíthatatlan, megmaradó) hatásokat okozhat. Prolongált expozíció után létrejöhetnek bénító hatások. Általában, amikor rövid expozíció káros hatásokhoz vezet, meghatározzák az úgynevezett csúcskoncentrációkat, amiket 15, vagy 30 perchez, illetve más időintervallumhoz rendelve adnak meg. Hosszantartó expozíciónál ez félrevezető lenne, mivel az ismétlődő magas expozíció tipikus folyamatát kellene időben átlagolni, és a kockázatbecslésért felelős vezetőnek a hatásos stratégia kiválasztása gondot okozna. Más esetekben az expozíció-válasz ismeretek elegendőek a hosszú távú átlagérték megadásához. Ez gyakran olyan vegyi anyagok esetében fordul elő, amelyek hosszú időn át a 78

szervezetben felhalmozódnak és káros hatásokat eredményeznek. Ilyen esetekben még az alacsony szintű ismétlődő expozíció is súlyosabb hatásokat okozhat (úgynevezett kumulálódó anyagok), mint a magas szintű megszakított expozíció. Hasonló lehet a helyzet a növényzetben is. A növényeket általában magas koncentrációjú rövid expozíció, vagy a tartósan alacsony szintű expozíció károsítja. Ezért javasoltak rövid- és hosszú időtartamú esetekre is vonatkozó irányértékeket a növények megvédésére. Az AQG-k meghatározásánál az élettartam egész folyamán át tartó, meghatározott koncentrációjú karcinogén expozícióval összefüggő kockázat becsléséhez olyan modelleket alkalmaznak, amelyek minden szintű expozíciónak kockázatot tulajdonítanak. A modell kiválasztása az elfogadott rákindukció mechanizmusainak értelmezésétől függ. Egyetlen matematikai modell sem tekinthető teljesen megfelelőnek a humán-expozíció tipikus dózisszintjeinek kockázat-becslésére. Gyakrabban alkalmazzák nemzetközi és országos szinteken is azokat a modelleket, amik azt feltételezik, hogy minden expozíciós szint valamennyi kockázatot magában hordozza; mint azokat, amik a biztonságos, vagy a gyakorlatilag biztonságos küszöbök létezését feltételezik. Az egységnyi kockázatba kifejezett számítások lehetőséget biztosítanak a különböző ágensek karcinogén képességének összehasonlítására, és az aktuális expozíciós helyzetnek megfelelően a szennyezés ellenőrzésére vonatkozó prioritásokat segítenek felállítani. Az egységnyi kockázat alkalmazása elkerülhetővé teszi a kockázat elfogadhatóságára történő hivatkozást. A kockázat elfogadhatóságát (eltűrhetőségét) a nemzeti hatóságoknak a kockázatkezelés keretében kell meghatározni. A 4. és 5. táblázatokban levegőminőségi irányértékeket szemléltetünk. 4. táblázat. Nem rákkeltő, nem kellemetlen szagú vagy más kellemetlenséget okozó, levegőben lévő jellegzetes anyagok irányértékei

79

5. táblázat. Emberi vizsgálatokon alapuló rákkeltő kockázatbecslés

6.3.4. Az élelmiszerben lévő vegyi anyagok biztonságának értékelése Az Egészségügyi Világszervezet csaknem 40 éve foglalkozik az élelmiszeradalékok és szennyezők, az állatgyógyászati termékek és peszticid-maradék biztonságának értékelésével. Az élelmiszer-adalékanyagokkal foglalkozó FAO/WHO Vegyes Szakértői Bizottság (JECFA) a felsorolt első három anyaggal, a FAO/WHO peszticid maradékokkal foglalkozó vegyes szakértői bizottság (JMPR), amint ez a megnevezéséből kitűnik , az élelmiszerekben lévő peszticid-maradékok kérdésével törődik. Ez a két szakbizottság határozza meg egy anyag naponként az emberi szervezetbe bevihető azon becsült mennyiségét, ami az emberi élet teljes időtartamában naponta elfogyasztva sem eredményez egészségkárosodást. Az úgynevezett Elfogadható Napi Bevitel (ADI) becsült értékeket ez a két bizottság adja meg. A nemzeti felügyeleti hatóság és a Codex Alimentárius Bizottság ezeket az értékeket fogadja el, és hazájukban az élelmiszerek biztonsági értékeiként használja. A JECFA és JMPR az élelmiszerben lévő vegyi anyagok toxicitásának értékeléséhez általában állatkísérletes adatokat használnak. Ebbe beletartoznak az akut, a rövid távú vizsgálatok, a hosszú távú etetési vizsgálatok, amelyekben a mérgező anyagot beviszik a tápba (etetési kísérletek) és a biokémiai analízisek (beleértve az abszorpciót, szöveti eloszlást, kiválasztást; továbbá a metabolizmusra, a biológiai felezési időre és az enzimekre kifejtett hatások vizsgálatát). Ezeken kívül általában szükséges a specifikus hatásokra vonatkozó vizsgálatokat elvégezni, például a karcinogenitást, a reprodukciót, a teratogenitást, és néhány anyag esetében a neurotoxicitás vizsgálat elvégzése is kötelező. Ha rendelkezésre állnak, akkor humán adatokat is figyelembe vesznek. Az értékelés általános célja a nem megfigyelhető káros hatásszint meghatározása 80

(NOAEL), aminek valamennyi rendelkezésre álló toxikológiai adat elemzése az alapja. Ezek után a NOAEL-t, az ADI megállapítására egy megfelelő biztonsági faktorral együtt alkalmazzák. Az ADI-t úgy határozzák meg, mint az élelmiszerben vagy az ivóvízben lévő anyag becsült mennyisége testsúlyra kifejezve, amely a teljes élettartam folyamán észrevehető egészségi

kockázat

adalékanyagokra,

nélkül,

állatorvosi

naponta

fogyasztható.

gyógyszerekre

és

Az

ADI koncepciót

peszticidekre

alkalmazzák,

élelmiszer amelyek

technológiai vagy élelmiszergyártási célok miatt fontosak. A szennyező nyomelemeknek, mint az ólom, kadmium vagy higany, amelyeknek nincs fiziológiai funkciója, a JECFA inkább tolerálható (eltűrhető), mint megengedhető bevitelről beszél, ez tehát nem jelenti azt, hogy ezek az anyagok az egészséges élelmiszerfogyasztáshoz szükségesek. Ebben a konvencióban az elfogadható bevitelt egy hetes értékben adják meg, mert a megnevezett anyagok a szervezetben kumulálódnak, felhalmozódnak. Bármelyik napon elfogyasztott olyan étel, amelynek a szennyező tartalma az átlagos szint felett van, a heti elfogadható bevitel arányos részét túllépheti. Ha egy anyagról biztonsággal megállapították, hogy humán rákkeltő, sem a JECFA, sem a JMPR nem adhat meg ADI-t. A JMPR néha javasolta, hogy bizonyos anyagokat rákkeltő hatásuk miatt ne használjanak ott, ahol maradékuk megjelenthet az élelmiszerekben (pl. hexaklór-benzol, kaptafol). Hasonlóképen, amikor az élelmiszer csomagolóanyagából rákkeltő hatású szennyezők alacsony szintű átjutását észlelték az élelmiszerbe, a JECFA helytelennek tartotta ezen anyagokra az ADI megállapítását. Ajánlásában javasolta, hogy az ismert rákkeltő migránsok (pl. vinil-klorid) humán-expozíciós szintjét, ami élelmiszerrel történő érintkezésből eredhet, a technológiailag elérhető legalacsonyabb értékre kell korlátozni. A JECFA és a JMPR az élelmiszerekben lévő vegyszerek éves értékelését végzik. Mostanáig a JECFA több mint 700 élelmiszer adalékanyagot, 60 állatgyógyszert és több mint 20 élelmiszerszennyezőt vizsgált meg; közöttük olyanok is vannak, mint az ólom, a kadmium, a higany, az aflatoxinok és a sztirol. A JMPR csaknem 220 peszticidet vizsgált be. A kockázatkezelésért felelős vezetőknek ezeket az értékeléseket jól kell ismerniük, hogy a megfelelő szabályozó intézkedések hiányában, vagy az anyagok túl magas szintje miatt az élelmiszerben ne történhessen meg a megállapított maximális elfogadható, vagy tolerálható szintek túllépése, ami a lakosság egészségét veszélyeztetné. 81

7. A TOXICITÁS LABORATÓRIUMI ÉRTÉKELÉSE A külsőleg érzékelhető tünetek mellett a laboratóriumi vizsgálatok pontosabb képet nyújtanak a toxikus vegyületek hatásmechanizmusairól.

7.1. Klinikai kémia és hematológia Vérben mért paraméterek: •

vér enzimek: aszpartát aminotranszferáz, kreatin kináz, laktát dehidrogenáz,

acetilkolinészteráz; •

vér fehérjék : megváltozott fehérjeszint, fehérjefrakciók eltolódása;

•

elektrolit összetétel, szerves vegyületek;

•

kvalitatív és kvantitatív vérkép.

Vizeletvizsgálati paraméterek: •

általában 24 órán keresztül vett minta;

•

vizelet sűrűsége;

•

glükóz, aminosavak, albumin, anorganikus foszfát, alakos elemek nem lehetnek jelen a vizeletben;

•

elektrolitok;

•

pH;

•

bilirubin.

7.2. Kórbonctan és hisztopatológia A kórbonctani és hisztopatológia vizsgálatok alapvető adatokkal szolgálnak a xenobiotikum toxicitását illetően, ezért fontos, hogy adott paraméterek szerint végezzük őket, pontosan rögzítsük a boncolás folyamatát. Vizsgálat tárgya: •

hám- és kötőszövetek;

•

máj;

•

vese;

•

tüdő;

•

szív- és keringési rendszer;

•

neuroendokrin rendszer.

82

8. CITOTOXIKOLÓGIA, GENOTOXIKOLÓGIA Genotoxikológia: kémiai és fizikai tényezők öröklődési folyamatra gyakorolt hatásával foglalkozik, olyan tényezőkkel, melyek a sejtek genetikai állományát károsítják.

8.1. Genotoxikus hatások típusai Citotoxikus hatások A citotoxikus hatásokra jellemző, hogy többféle nem specifikus mechanizmusból tevődik össze, ilyen a membránrendszer károsodás, anoxia, légzésgátlás. A citotoxikus hatások következménye általában lassú sejthalálhoz vezet. Mitózisgátló anyagok a kolchicin, vinca alkaloidák, fenilkarbamát herbicidek, etanol, dietiléter, és a kloroform. Mutagén hatások: A mutáció az örökítőanyagban ugrásszerűen végbemenő változás. Gametikus mutációk: ivarsejtek érintettek, utódokban jelennek meg a változások. Szomatikus mutáció: más szövetekben jelentkezik, általában daganatképződéssel jár (nem öröklődik), pl. mozaicizmus, teratogén hatás. •

spontán mutáció: természetben spontán előforduló;

•

mutációs ráta: populáció adott generációjában talált új mutációk száma egymillió

ivarsejtre vonatkoztatva; •

indukált mutáció: külső hatásokra jön létre, ezzel foglalkozik a toxikológia.

Mutációk típusai: •

genom mutáció: kromoszómák számbeli megváltozása;

•

kromoszóma mutáció: kromoszóma törés, deléció, inverzió, transzlokáció;

•

génmutáció – pontmutáció: DNS helyspeciikus változása, pl.: inszerció, deléció,

tranzverzió,tranzíció. Toxikológiai szempontból azért kell foglalkoznunk a mutációkkal, mert számos iparban és mezőgazdaságban alkalmazott, illetve keletkező anyag mutagén, mert képes a DNS-hez kötődni és abban szerkezetváltozást létrehozni. A 8. ábra bemutatja a mutagén vegyületek hatásmechanizmusát.

83

A mutagén anyagok csoportosítása

A környezetben létrejön az expozíció lehetősége ↓ Az anyag bejut a szervezetbe. Biotranszformációja során reaktív metabolit képződik ↓ Bejutva a sejtekbe a DNS-hez vagy más molekulákhoz kapcsolódhat ↓ Kivédi a szervezet védekező mechanizmusait ↓ A szervezet nem képes kivédeni a károsodott DNS megsokszorozódását

8. ábra. Mutagén vegyületek hatásmechanizmusa A mutagén ágensek a következő módon besorolhatók: • Fizikai mutagének: UV illetve röntgensugárzás; • Kémiai mutagének: -destruktív: reaktív szabad gyökök képződésén keresztül hatnak, pl. H2O2, Cr(VI); -alkilező: alkil csoportot átadják a DNS nukleotidoknak, pl. diazovegyületek., nitrozovegyületek; -szubsztitúciós: bázisanalógok, pl. 5-brómuracil. A rákkeltő anyagok, más szóval karcinogének hatására a genetikai állomány úgy változik meg, hogy az érintett sejtek osztódása felgyorsul. A kóros szaporodású sejtek daganatokat hoznak létre. A rákkeltő anyagok közé tartozik például a dohány nikotinja, az égéstermékek kátrányvegyületei. Az I. világháborúban bevetett biológiai fegyver, a mustárgáz volt az első felfedezett kémiai mutagén. 84

9. ábra. Krómvegyületek hatásmechanizmusa

A krómvegyületek (9. ábra) elsősorban Cr(VI) formában jutnak be a sejtbe, serkentett diffúzióval, foszfát- és szulfát ioncsatornákon keresztül. A citoplazmában különböző anyagok, mint például a glutation, glutation reduktáz/NADPH, C-vitamin hatására redukálódnak, keletkezve Cr(V), Cr(IV) és végül Cr(III). A redukció során keletkező formák indukálják a sejt nehézfémkötő fehérjéit (fitokelatin). A keletkező Cr(III) erősen toxikus hatású, károsítja a DNS-t, és mutációk alakulhatnak ki, amelyneknek további súlyos következményei lehetnek. 85

8.2. Mutagenitás meghatározási módszerei • a különböző hatásmechanizmusok miatt többféle meghatározási módszert dolgoztak ki; • in vivo ill. in vitro tesztek (máj mikroszóma preparátumokkal kiegészítve); • általában indirekt módon a sejtek fenotípusos változását vizsgálják; • mikroorganizmusok, növények, állatok, emlős sejtek segítségével; • ezek alkalmasak pontmutáció, DNS károsodás, kromoszómakárosodás kimutatására.

AMES teszt Az Ames teszt (Salmonella tryphirium törzsek segítségével) a nemzetközi hatóságok által a kémiai anyagok minősítéséhez előírt vizsgálat, amellyel az esetleges genotoxikus hatás kockázatát mérik fel. A tesztet eredetileg Ames dolgozta ki 1973-ban. Ma már a módosított változatát, az ún. Ames-tesztet világszerte alkalmazzák, hogy meghatározzák bizonyos új kemikáliák mutagén potenciálját. A módszer végrehajtására nemzetközi szabványt dolgoztak ki, így új gyógyszerek és vegyszerek tesztelésére is általánosan használt eljárás. A tesztben alkalmazott Salmonella typhimurium törzsben a mutagenitás vizsgálatára specifikus, mesterséges genetikai módosításokat hoztak létre. Az eljárás lényege, hogy a hisztidin auxotróf törzs nem képes növekedni a minimál táptalajon. Ha a kísérletben vizsgált anyag mutagén, akkor a hisztidin szintéziséért felelős génben létrejöhet mutáció, és a mutációt szenvedett sejtek prototrófok lesznek, képesek növekedni minimál táptalajon. Minél több a visszamutálódott sejt, annál erősebb mutagén a tesztelt anyag. Annak érdekében, hogy az anyavegyületével együtt a belőle keletkező metabolitok mutagén hatása is kimutatható legyen, a tesztben metabolikus aktiváló rendszert használnak, ami rutinszerűen β-naftoflavon (BNF) és fenobarbitál (BP) kombinációjával (BNF+PB) kezelt patkányok májából izolált S9 frakció, kiegészítve a citokróm P450 (CYP) enzimek működését biztosító NADPH generáló rendszerrel. Ebben a formában a teszt elsősorban CYP izoenzimek katalizálta reakciókban képződő metabolitok mutagén sajátságát jelzi, és figyelmen kívül hagyja az emlős sejtben lezajló konjugációs és transzportfolyamatokat, melyek szintén elősegíthetik, vagy éppen meggátolhatják a mutagén hatás kialakulását. Sok esetben a teszt téves pozitív vagy téves negatív eredményt ad a fentiek miatt. További nehézséget jelent a patkányból származó metabolikus aktiváló rendszerrel kapott eredményeken alapuló extrapolálás, a humán kockázatbecslés, hiszen az enzimaktivitás, a szubsztrátspecifitás és a reguláció tekintetében a fajok között komoly különbségek lehetnek. 86

HGPRT molekuláris biológiai teszt hörcsög ováriumsejttenyészeten A teszt alapja, hogy egy forward mutáció az X-kromozómához kötött HGPRT lokusz hiányához vezet, és ennek következtében nincs enzim expresszió. Az enzim jelenlétét vagy hiányát purin bázis-analóg vegyületekkel mutathatjuk ki.

DNS károsodás A sejtekben kialakult DNS károsodások kimutatására napjainkra igen gazdag módszertan áll rendelkezésre. A módszerek között gyors és időigényes, olcsó és drága, egyszerű és komoly szakmai felkészültséget igénylő, valamint a DNS kezdeti károsodásait és a kialakult mutációkat kimutatni képes egyaránt megtalálható. Az adekvát módszer(ek) kiválasztását elsődlegesen mindig az adott feladat dönti el, a ráfordítás szempontjai csak azután érvényesülhetnek. A DNS károsodása kétféle eredetű lehet: -endogén károsodás, például az anyagcsere melléktermékeiből (pl. Cr+6 redukció során keletkező szabad gyökök DNS károsító, törő hatása) származó reaktív oxigéngyökök támadása esetén (spontán mutáció); -exogén károsodás, amelyet a külső hatások okozhatnak (így UV-sugárzás, más frekvenciájú sugárzások, többek között a röntgen-sugárzás és a gamma-sugárzás, bizonyos növényi toxinok, szintetikus mutagén vegyszerek, rák elleni kemoterápia és sugárterápia).

Testvérkromatid kicserélődés (SCE) A testvérkromatidcsere (SCE = Sister Chromatid Exchange) vizsgálat a megkettőződő kromoszóma két testvérkromoszóma-állománya (kromatidja) közötti reciprok DNS-csere kimutatására szolgáló, rövid távú módszer. Az SCE technika gyakorlatilag homológ lokuszok közötti DNS-replikációs termékek cseréjét jelenti. A csere feltehetően a DNS-lánc eltörését és újbóli összeforrását is magában foglalja, bár a jelenség molekuláris háttere kevéssé ismert. Az SCE jelenségének észleléséhez a testvérkromoszóma-állományok eltérő jelölésére van szükség, amely úgy valósítható meg, hogy két sejtcikluson át bróm-dezoxi-uridint (BrdU) építenek be a kromoszomális DNS-molekulába. Az emlőssejteket in vitro, metabolikus aktiválórendszer jelenlétében, illetve a nélkül kezelik a vizsgált anyaggal, amennyiben ez megfelelő, majd a sejteket két replikációs cikluson keresztül tenyésztik BrdU-t (5-bromo-2-deoxiuridin) tartalmazó tápoldatban. Az orsóképződést 87

gátló anyaggal való kezelést (pl. kolchicin) követően, amely azt a célt szolgálja, hogy a sejteket a mitózisnak egy metafázisszerű szakaszában (c-metafázis) gyűjtse össze, a sejteket összegyűjtik, és kromoszómakészítményeket állítanak elő.

A kromoszómamutáció kimutatása mikronukleusz teszttel egér csontvelői sejteken a kromoszóma-sérülését vagy a mitotikus apparátus hibáját mutatja ki. A mikronukleuszok kisméretű a nukleoluszhoz hasonló sejmagvacskák. Ezek a képletek olyan kromoszóma részeket tartalmaznak, amelyek a mutagén anyag hatá sára a mitózis során nem épültek a sejtmagba. Ugyancsak a kromoszóma törések gyakoriságának kvantitatív jellemzésére fejlesztették ki az un. mikronukleuszok vizsgálatát. A mikronukleusz teszt tulajdonképpen nem más, mint egy leegyszerűsített kromoszóma vizsgálat, amit az egyszerű kiértékelhetőség és a nagyfokú automatizálhatóság jellemez. A letört acentrikus fragmentek (centroméra nélküli kromoszóma töredékek), a di- és policentrikus, valamint a gyűrű kromoszómák, és az un. „késő” (lagging) kromoszómák, mint sok esetben az X kromoszóma, az osztódáskor ugyanis a mitózis egyenlítői síkjában maradhatnak, és így az utódsejtek magjából kizáródva, kis- és független maganyagot tartalmazó képleteket, az un. mikronukleuszokat hozzák létre. Ujabb vizsgálatok igazolták a centromérák jelenlétét is, egyes esetekben a mikronukleuszokban. Egyes esetekben apoptotikus alakok is mikronukleuszok képződéséhez vezethetnek. A mikronukleuszokat eredetileg Giemsával festett mononukleáris interfázisos sejtekben mutatták ki. A módszer érzékenyítése, ill. automatizálása érdekében, újabban legtöbbször citokalazin-B-vel a citokinézisben gátolt osztódó sejtekből létrejövő un. binukleáris sejteket vizsgálják.

Repair mechanizmusok vizsgálata Az UV sugárzás hatás maximuma 260-265 nm, egybeesik a nukleinsavak, pontosabban a pirimidin bázisok elnyelési maximumával. UV hatására a DNS kettős spirál azonos szálán lévő szomszédos pirimidinek közötti kovalens kötések kialakulásával dimerek (citozin-citozin, citozin-timin, timin-timin) jönnek létre. A dimerek a nukleinsavak normális szintézisének, replikálódásának menetét zavarják, amelynek következménye mutánsok létrejötte lehetséges. Esszenciális gének mutációja a sejt pusztulását eredményezi, ha a károsodást nem követi enzimatikus javítás. Az egyik lehetséges javító mechanizmus a fotoreaktiváció, melynek során látható fény (300-600 nm) hatására a sejtben olyan enzim aktiválódik (fotoliáz), ami a timin 88

dimereket összetartó ciklobutil gyűrű elhasításával a DNS helyes szerkezetét visszaállítja. Ez a javítómechanizmus baktériumokban fordul elő. A Serratia marcescens rendelkezik egy pigment (prodigiozin) termelésért felelős génnel, amelyet az UV sugárzással könnyen “elronthatunk”. A mutációt szenvedett génnel rendelkező sejtek pigment termelése hiányzik, a fotoliáz enzim működésének hatására azonban a pigment termelés helyreállhat. Végül pedig meg kell jegyeznünk, hogy a különböző vegyi anyagok toxikológiai vizsgálatára nemzetközileg elfogadott teszteket alkalmaznak, és az úgynevezett GLP (Good Laboratory Practice) szinten minősített laboratóriumok adatai az elfogadottak. Hazánkban az új veszélyes anyag fizikai, toxikológiai és ökotoxikológiai vizsgálatát 1999. január 1. után, törzskönyvezés céljából GLP minősítéssel rendelkező laboratóriumban kell elvégezni.

9. KARCINOGENEZIS A karcinogén anyagok, olyan vegyületek melyek képesek tumor indukálására (malignus transzformáció). Visszautalva Ames munkásságára, sokáig elfogadott volt, hogy a karcinogén vegyületek mutagének. Azonban ma már számos vegyületről bebizonyosodott, hogy nem mutagén (az Ames tesztben negatív eredményt mutat), mégis karcinogén hatású (pl. dioxin). A DNS-károsodás "no repair" stádiumában vagy folytatódik a kóros sejtproliferáció, létrehozva a karcinogenezis első fázisát, vagy öngyilkosságot követ el a sejt: aktív, programozott sejthalál következik be. Az is beigazolódott, hogy a forbolészterek, a legismertebb tumorpromoterek részlegesen visszaszorítják az apoptózist, ezzel fokozva tumorserkentő működésüket. A promoter adásának felfüggesztése jelentős apoptózisfokozódást hoz létre a rákosodás előtti elváltozásokban, az így végbement hasznos sejtelhalás a praeneoplasticus állapot visszafejlődéséhez vezethet. Széles körben igazolták a normális, ősi (wild type) p53 apoptózist létrehozó hatását. Ezeknek a sejteknek a jelentős részében is apoptózis alakul ki a fennmaradásukhoz szükséges növekedési faktorok "spontán" eliminációja során. Jelenleg is vizsgálják, hogy például vírus indukálta, vagy aflatoxin, illetve alkoholintoxikáció révén kialakult emberi májrák esetén is érvényes-e ez a mechanizmus. A karcinogenezis három szakaszra oszthó: iniciáció - iniciátor hatás, promció - promoter hatás és progresszió. A folyamatot különböző anyagok (ágensek) indítják el. -

Iniciátor ágensek: genotoxikus vagy nem-genotoxikus iniciátor hatás;

- Promoterek: iniciált sejtek daganatos transzformációja; 89

- Progresszor ágensek: irreverzibilis, malignus transzformációja a sejteknek; - Komplett karcinogének: normál sejteket rákos sejtekké alakítanak, az előző tulajdonságokkal mind rendelkeznek a 2-naftilamin, vinilklorid, dohányfüst és a ionizáló sugárzások.

Hatásmechanizmus A kémiai kacinogenezis során a biotranszformáció útján elektrofil csoportok alakulnak ki, ezek kovalens módon kötődnek a DNS-hez, és károsítják azt. Az élő szervezetben lezajló biotraszformáció miatt nem elegendő tehát csak in vitro teszt elvégzése, hanem meg kell vizsgálni a xenobiotikum hatását in vivo is. Néhány rákkeltő anyag: aflatoxinok,

arzén,

benzpirén, androgén szteroidok, azbeszt, formaldehid, króm, kátrány- és olajszármazékok, mustárgáz, poliklórozott bifenilek.

90

10. ÖKOTOXIKOLÓGIA 10.1. AZ ÖKOTOXIKOLÓGIA ALAPJAI Az ember által birtokba vett és alkalmazott vegyi anyagok közvetve vagy közvetlenül megjelennek a környezetben, és jelenlétükkel, hatásukkal terhelik azt. A közvetlen kémiai terhelést jelentik a mezőgazdaságban felhasználásra kerülő műtrágyák és növényvédő szerek, de igen jelentősnek mondható ehhez viszonyítva az ipar területéről érkező terhelés, valamint számolni kell a közlekedés okozta következményekkel is, sőt a háztartásokból igen sokféle és figyelemre méltó vegyi szennyezés jut a környezetbe. Az elmúlt évtizedek tapasztalatai alapján úgy tűnik, hogy a vegyi anyagok széleskörű alkalmazását nem mellőzhetjük, ebből következően hosszabb távon számolni kell azok környezetterhelésével is. Amennyiben ez az állapot fennmarad, akkor az ember számára szükségképpen marad az a feladat, hogy az említett vegyi anyagok körét egyre gondosabban ellenőrizze, valamint további adatokat szerezzen arra nézve, hogy azok az ökológiai környezetben miként viselkednek, azaz milyen ökotoxikológiai hatásuk érvényesül. Az ember és a környezet (természet) viszonyában jól ismert, hogy az ember a környezetét igyekszik saját igényei szerint átalakítani, így a bioszféra állandóan változik. Az átalakítás több módon is történhet, az egyik lehetőség az élet szinte valamennyi területén jelentkező kemizáció. Az ökotoxikológia fogalma azt fejezi ki, hogy ez a tudományterület az élővilágra gyakorolt méreghatásokkal, az ott előforduló mérgezésekkel foglalkozik, tehát a méregtan egyik speciális ágáról beszélhetünk. Fentiek alapján fontos és szükséges a külső, kémiai faktorok esetében annak a meghatározása - kísérleti feltételek mellett -, hogy azok milyen közvetlen (toxikus) hatást fejtenek ki, miként tolerálja azt a biológiai objektum, illetve azon túl milyen, az anyagcserében mutatkozó változások állnak elő, amiket károsnak, toxikusnak tartunk. Ezeken az ismereteken alapulhat a hatékony gyakorlati megelőzés, a környezet- és természetvédelem. A peszticidek intenzív felhasználása a mezőgazdaságban az elmúlt félszázad alatt következett be. Az 1960-as években kezdett már elegendő adat összegyűlni azok környezetkárosító hatásairól: a rovarok és a gyomok rezisztenciájának megjelenéséről, a hasznos élőlények pusztulásáról, a talaj, a levegő, a növényzet és a vizek szennyeződéséről. Természetesen a peszticidek bioaktív vegyületek lévén magára az emberre is hatással vannak. A környezet természetes dinamikus egyensúlyának megbomlása valamely faj elpusztulásával kezdődik. A növényzet, a hasznos rovarok, a halak és a hasznos vadak elpusztulása az ökológiai egyensúly felborulásával járhat, ami mindig visszahat az ezt előidéző emberre. Az 91

ökoszisztémák önszabályozó rendszere bonyolult. Ha az emberi beavatkozás nem kellő átgondolással történik, akkor megtörténhet, hogy ellentétes, nem várt hatás lesz az eredmény, esetleg káros következményekkel együtt. Az individuumnak is és az ökoszisztémának is van bizonyos meghatározott terhelhetősége, tűrési határa. Az antropogén hatások, ha kismértékűek, akkor nem okoznak jelentős károsodást, az élőlényközösségek azt belső szabályozással kiegyenlítik. A modell ökoszisztéma vizsgálatok segítségével tanulmányozhatjuk laboratóriumi körülmények között a természetes ökoszisztémákat. A modell zárt rendszer, amelyben az élőlények egymással dinamikus egyensúlyban vannak. A rendszer alkalmas pl. a peszticidek vizsgálatára, a perzisztencia, a kumuláció, a magnifikáció, a degradáció, a metabolizáció stb. tanulmányozására. A modellvizsgálatokban nyert eredményeket megfelelő módon alkalmazni lehet a természetes ökoszisztémákban.

10.2. Vegyi anyagok hatása a környezetre A veszélyes vegyi anyagok nemcsak az emberi egészséget károsíthatják, hanem a folyók, a tavak, az óceánok, a tengerek, a folyótorkolatok, a mocsarak, az erdők és a talajok ökológiai rendszereit is rombolják. A növekvő sztratoszférikus ózonlyuk, a fokozódó üvegházeffektus (amely globális felmelegedést okoz), a tavakat, a vízáramlásokat és az erdőket károsító savas esők felismerése, arra kényszerít, ráébredjünk arra, hogy a vegyi anyagszennyezés nem csupán regionális probléma, hanem világméretű gond. Az ökológiai rendszerek világszerte károsodhatnak.

10.2.1. A kémiai szennyezés városi forrásai Már

évezredek

óta

ismert,

hogy

az

emberi

tevékenység

és

az

urbanizáció

levegőszennyeződéshez vezethet.Valójában, a levegőszennyezés már akkor kezdődött, amikor az emberek fűtéshez és főzéshez tűzifát kezdtek használni. Világszerte sok város az iparosításés városfejlesztésből származó nagyon súlyos levegőszennyezési problémával küzd. Jelenleg a világ különböző városainak levegőszennyezési problémáihoz sok forrás járul hozzá. Városról városra változnak a levegőszennyezési problémákat súlyosbító tényezők és azok relatív fontossága. Városon belül elhelyezkedő ipari vállalatok néha a legjelentősebb szennyezők, ugyanakkor az utcai közlekedési dugók, a rosszul karbantartott gépkocsi-motorok és (gyakran) a benzin magas ólomadalék szintje a levegőszennyezési problémákat csak súlyosbítják. Gyakran a magas kén-tartalmú, szén-, vagy olajégető hőerőművek a legjelentősebb szennyező 92

források. Egyes városokban a háztartási fűtőanyagként használt fa, vagy szén a legnagyobb tényező és a fiatal, meg az idősebb lakosság körében a légúti problémák egyik okozója.

10.2.2. A levegőszennyeződés természetes forrásai Természetes folyamatok eredményeként a földkéregből az ott képződött számos, különböző szennyező vegyület kerül kibocsátásra. Például, egy vulkán kitörésekor szemcsés anyag és olyan gázszennyezők jutnak a levegőbe, mint a kén-dioxid, a kénhidrogén, meg a metán. Az erdőtüzek a levegőszennyezéshez füst, korom, szénhidrogének, szénmonoxid, nitrogénoxid és hamu kibocsátásával szintén hozzájárulnak. Természetes tényezőkként jelentkeznek a tenger permetszemcséi, a baktérium spórák, a pollen és a talajból származó por is. A növények és a fák szintén szénhidrogénforrások. az erdős hegyek fölött elterülő kékszínű köd a növényzet által termelt illó szerves vegyületek légköri reakcióiból képződik.

10.2.3. Fosszilis üzemanyagok mint levegőszennyező források A légköri levegőbe jutó antropogén emberi tevékenységből származó szennyező-kibocsátás jelentős forrást képező fosszilis üzemanyagok háztartási fűtésre, energiatermelésre, szállításra és ipari célra történő égetésének jellemzőit összegezzük. Hagyományosan a legelterjedtebb városi környezet levegőszennyezői között a kénoxidok (SOx), különösen a kén-dioxid (SO2), a nitrogénoxidok (NO és NO2, amelyek gyűjtőneve, NOx), a szénmonoxid (CO), az ózon (O3), a szuszpendált anyagrészecskék (SPM) és az ólom (Pb) találhatók.

10.2.4. Ózon mint levegőszennyező forrás Bár a felső légköri ózonszínt csökkenése aggasztó jelenség, a föld felszínen ellenkező probléma − rendkívül magas ózonszintek − fordulhat elő a városi levegőszennyezés körülményei között. Az ózon a légkör alsó rétegeiben NOx, szénhidrogének-, és illó szerves vegyületek (VOC-k) jelenlétében képződő fotókémiai oxidáns. A 18 °C feletti légköri hőmérsékletek, a reakciók katalizálásához nélkülözhetetlen sok napfénnyel együtt, szintén szükséges feltételei az ózonképződésnek. A VOC-k különböző szintetikus forrásból is a légkörbe kerülhetnek. Ide tartoznak a közúti forgalom, a szerves vegyületek előállítása és felhasználása (pl. oldószerek), a nyersolajszállítás, -felhasználás, és a földgáz-felhasználás. Kevesebb ózon származik a szemétlerakó helyekből és a szennyvízkezelő állomásokról. Sűrű közlekedésű, meleg, nyári övezetekben fekvő városok a prekurzorból történő kibocsátással 93

kiemelten hajlamosak az O3 és más fotokémiai oxidáns képzésére. A talajhoz közeli szinten lévő magas ózon koncentrációk toxikusak a növényekre (fitotoxikusak), légúti problémákat okoznak az idősek és az asztmás betegek körében.

10.2.5. Eltérő levegőszennyezési szintek A különböző városokban a mobil és a helyhez kötött források relatív levegőszennyezése eltérő, függ a motorizáció mértékétől, a gépkocsi sűrűségétől és a működő ipari vállalatok típusától. Például, a latin-amerikai városokban a gépkocsi sűrűség magasabb, mint a többi fejlődő régióban, ezért az autómotorokból kibocsátott nitrogénoxidok hozzájárulása az összes városi szennyezési terheléshez magasabb. Arányosan alacsonyabbak az autómotorokból származó kibocsátások az alacsonyabb gépkocsi sűrűségű városokban, amelyek mérsékelt éghajlatú területeken fekszenek, ahol szén és biomassza jellegű fűtőanyaggal fűtik a belső tereket, valamint egyéb háztartási célra, például több kínai és kelet-európai városban is azt használják. Érdemes megjegyezni, hogy néhány országban a gépkocsipark elöregedett és rosszul karbantartott. Ez a gépkocsik levegőszennyező-forrás szerepét növeli. Az elterjedtebb, vagy “hagyományos“ levegőszennyezőkön kívül, noha kis koncentrációban − mind gyakrabban találnak nagyszámú toxikus és rákkeltő vegyi anyagot a városi levegőben. Példaként említhetők a fémek (berillium, kadmium, higany stb.), a szerves vegyületek (lásd benzol, poliklorozott dibenzo-dioxinok, dibenzo-furánok, formaldehid, vinil-klorid és PAH-ok) nyomai, valamint a rostok (azbeszt stb.). Az ilyen jellegű vegyületek széles körű forrásból kerülnek a levegőbe. Ezek közé tartoznak a szemétégetők, a szennyvízkezelők, az ipari és termelési folyamatok, az oldószer-felhasználás (például a száraz vegytisztítókban), az építőanyagok és a gépkocsik.

10.2.6. Folyékony és szilárd hulladékok A világ sok városában a háztartási és az ipari szennyvizet közvetlenül, kezelés nélkül a fontos víztömegekbe bocsájtják ki. Néha a vízi környezetbe kerülnek a háztartásban és az iparban használt veszélyes vegyületek is, ily módon károsítva az ökorendszert, szennyezve az ivóvízkészleteket. Az ipari forrásokból származó veszélyes vegyi hulladékok gyakran kerülnek, anélkül rosszul előkészített és kezelt feltöltéses szeméttelepekre, hogy a toxikus hulladékokat legalább részben elkülönítenék. Ez sokszor az ivóvíz, a talaj és a levegő szennyeződéséhez vezet. A folyékony hulladékok, mint pl. a festékek elhelyezése, több 94

országban külön gondot jelent.

10.2.7. Baleset következtében kibocsátott mérgező vegyi anyagok A veszélyes vegyületeket termelő üzemekben történő, vagy szállításuk közben előforduló balesetek a levegő-, a víz-, a föld szennyezéséhez és az emberi egészségkárosodáshoz szintén hozzájárulnak. Az olyan balesetek, mint a robbanások, tüzek és teherszállító járművek ütközése, a potenciálisan veszélyes vegyi anyagok környezetbe való kibocsátásához vezethet. A baleset következményeként az ott dolgozókat és a lakosságot érheti expozíció. A balesetek gyakorisága és súlyossága aggasztó. A legtöbb kémiai anyaggal kapcsolatos baleset figyelmetlenség következménye, de a szakképzetlen mérnökök, a kevéssé felkészített kezelők, vagy a kommunikáció hiányából eredő hibák, a végzetes következményekhez szintén hozzájárulhatnak. A balesetek elkerüléséhez fontos, hogy a veszélyes anyagokkal dolgozó személyzetet az ipari vállalatok megfelelő módon képezzék.

10.2.8. Vegyi anyagok és a vízi környezet A vízi környezetre a legnagyobb veszélyt a szennyvíz, a tápanyagtöbblet, a szintetikus szerves anyagok, a szemét, a műanyag, a fémek, az olaj/szénhidrogének és a policiklusos aromás szénhidrogének (PAH) jelentik. Sok, a földhöz kötött forrásból eredő szennyező anyag -mint a peszticidek és fémek -, különös veszélyt jelentenek a tengeri világra, mivel mérgező mivoltukon kívül tartósan ott maradnak és az élelmiszerláncban bioakkumulálódnak.

10.2.9. Vegyi anyagok és az édesvízi ökoszisztémák A nem kezelt szennyvíz, az ipari toxikus vegyi anyagok kibocsátása, a nem megfelelő módon kiválasztott ipari gyári telephelyek és/vagy hulladékkal feltöltött terepek, a mezőgazdasági műtrágyák, a peszticidek helytelen kezelése a vízi öko-rendszereket károsíthatja, és az édesvízi forrásokat veszélyezteti. A víztározók tápanyaggal történő túlterhelése, elsősorban nitrogénnel és foszfáttal, a tavak és tározók eutrofizációját okozza, mert hozzájárul a növények mértéktelen növekedéséhez (vízvirágzás). A vízi virágok bomlásukkor oxigén-szegénnyé teszik a vizet. Megfelelő mennyiségű oldott oxigén (DOC) a vízben mindenhol kritikus a vízi életre nézve. A vízi élet megvédésére több országban irányelveket dolgoztak ki. Ezek példája a kanadai vízminőségi irányelvek, amelyek biztonságos vegyi anyag-koncentráció értékeket javasolnak a 95

vízben az édesvízi élet megóvására fenntartani. Sok esetben az édesvízi élet a káros kémiai hatásokra érzékenyebb, mint az ember.

10.2.10. A szárazföldi ökoszisztémákra kifejtett hatások A növényzetet a légköri szennyezés “kiöntőjének“ (levezetőjének) is nevezik. A legtöbb jelentős városi levegőszennyező, mint a nitrogén-oxidok, ózon/fotokémiai oxidánsok és kénoxidok alacsony szinten is károsan hatnak a növényekre, beleértve a terményeket is. A nitrogén-dioxid az összes nitrogén-oxid közül a legnagyobb fototoxikus hatást fejti ki. Nitrogén-dioxid, kén-dioxid és/vagy ózonelegyek gyakran sérüléseket okoznak a levélzeten, olyan küszöbkoncentrációknál is, amelyek sokkal alacsonyabbak, mint az elegy minden egyes összetevőjének individuális értékei. A szennyező elegyek legjelentősebb következménye a növénynövekedés csökkenése. A nitrogénvegyületek által legveszélyeztetettebb földi ökorendszerek közül, elsősorban a magasabb területeken a fenyőerdőket kell kiemelni. A WHO javasolta, hogy az érzékeny növények megvédésére a nitrogén-dioxid direkt hatásától (30 µg/m3 alatti kén-dioxid szinten, és 60 µg/m3 alatti ózonkoncentrációnál), a nitrogéndioxid koncentráció éves átlagszintjét 30 µg/m3 érték alatt kell tartani. Ennek a 24-órás középérték az alapja, de az egyéves szennyező átlagszint korlátozása nem védi a környezetet a csúcsértékektől. Ezért a csúcskoncentrációkat is korlátozni kell. A szenzibilis növények a nitrogén-dioxid káros hatásaitól megvédhetők, ha a 4-órás átlag-koncentráció nem lépi túl a 95 µg/m3 értéket (hasonló kén-dioxid koncentrációk jelenlétében).

10.3. A vegyi anyagok globális környezeti hatásai Amint azt az első fejezetben láttuk, a légkörben mindenütt találhatók szennyezők. A légköri vegyi anyagok hatásai messzire nyúlnak, részük van a tavak, a folyók és más víztározók elsavasodásában, az ózonréteg elvékonyodásában és egyéb légköri reakciókban. A tavak és más víztározók savasodása, a légköri szennyezők miatt lehetséges ózonkimerülés rendkívül nyugtalanító.

10.3.1. Savas eső A „savas eső“ olyan eső, amelynek pH értéke a normális eső értékénél alacsonyabb. A normális eső pH értéke 5,6, elsősorban a CO2 vízben történő oldódása miatt. Az eső akkor válik savassá, amikor a gáznemű kén-oxidok és nitrogénoxidok (SOx és NOx) az esőben 96

feloldódva, a pH értéket 4,0 alá csökkentik. A SOx és NOx jobban oldódnak a vízben, mint a CO2 és erős savakat hoznak létre. A savas eső regionális probléma, de a hatásokat a határok nem állítják meg. A savas gázok az egyik országban képződhetnek, a légköri áramlások viszont nagy távolságokra elszállítják. A városoktól távol épülő, nagy fosszilis üzemanyaggal működő erőművekben - az égetésből származó szennyezők eloszlatására - 500 méteres magasságot is elérő kéményeket építenek (“super-stack“). Ez csökkenti a közelben élő lakosság expozícióját, miközben a szennyezők távolra kerülésének kedvez. Ezért savas csapadék fordulhat elő a kibocsátástól messzire eső területen. Európa több erdejében drámai romlás tapasztalható (pl. a Fekete Erdő Németországban), amit mind a levegőszennyezők kibocsátásával, mind a savas esőkkel hoznak kapcsolatba.

10.3.1.1. Az SOx és NOx források A savas eső prekurzorjainak, a SOx és NOx legfontosabb forrásai: a) szén égetése: a szén természetesen 2-3% ként (a valós érték a szén típusától függ) tartalmaz. Amikor a szén elég, a kén az oxigénnel egyesül és SOx-t hoz létre; b) kéntartalmú ércek kiolvasztása (a kiolvasztást fémek kinyerésére végzik); c) üzemanyag-égetés (benzin, olajok). A világon az ember által okozott összes kén-dioxid kibocsátás 90%-a az északi féltekén történik. Trópusi régiókban a talajt, a növényeket, a biomassza és a vulkánok égését a természetes kén-dioxid emisszió legjelentősebb forrásainak tekintik.

10.3.1.2. A savas eső kialakulásához vezető fontos reakciók Normális eső: CO2 + H2O → H2CO3 (normálisan az esőben lévő sav). Savas eső: SO2 + H2O→H2SO3 (gyenge sav) SO2 + 1/2 O2→SO3 SO2 + H2O → H2SO4 (erős sav).

10.3.1.3. A savas eső hatásai • Humán egészség: magas savas eső-szintek légzési zavarokat okozhatnak. • Növényzet: a SOx mérgező hatást fejt ki a növényekre; 0,1 ppm koncentráció felett a növények fejlődését megállítja. Nagyon kevés növény tolerálja a savas talajokat. • Épületek: mészkőből és márványból készült épületek szétesését okozza. Savas esős expozíciónál a vas- és acélszerkezetek korrodálása felgyorsul. Sok műemléképületet 97

károsítanak a savas esők korróziós tulajdonságuk miatt, például a Parthenon (Athén, Görögország) és a Nagy Piramisok (Egyiptom). • Természetes vizek: a vízben élő szervezetek a savas eső hatásaira szenzibilisek lehetnek. A tavak savasodása gondot jelent az olyan területeken, ahol az alapkőzet gránit. A mészköves tavaknak természetes puffer rétegük van, ami a savas esők hatásai ellen védelmet biztosít. Tavasszal, hóolvadáskor a tavak savszintje emelkedhet. Észak-Amerika és Európa egyes területein a tavak pH értéke olyan alacsony, hogy nem képesek többé a halak és egyéb vízi élőlények létfenntartását biztosítani. • Fokozott fémkoncentráció a vízben: gyakran képződnek fémtartalmú vegyületek, amikor az alapkőzetben lévő fémek sókat képeznek a kénsavval végbemenő reakció eredményeként. Ezek a fémek az emberekre és állatokra toxikus hatást fejthetnek ki.

10.3.1.4 A savas esők csökkentését szolgáló megoldások Mivel az energiatermeléshez szükséges széntől és más fosszilis üzemanyagoktól függünk, nem sokat lehet tenni a savas esők megszüntetése érdekében azon kívül, hogy ezeknek az üzemanyagoknak a használatát teljesen megszüntetjük. Remélhetőleg, a jövőben a tudósok és a mérnökök olyan új technológiákat fejlesztenek ki, amelyek ezt a problémát megoldják. Az alábbiakban néhány olyan lehetséges módszert sorolunk fel, amelyet jelenleg a savas esők valószínűségének a csökkentésére már alkalmaznak is: • SOx és NOx emissziójának csökkentése: ez az autók kipufogó rendszerében katalitikus konverterek alkalmazásával érhető el. A katalizátorok az ártalmas kipufogó gázok ártalmatlan termékekké átalakítását segítik. • Tisztább fosszilis üzemanyagok égetése a kéntartalmat csökkenti (például földgázra történő áttérés). • SOx átalakítása hasznos, vagy ártalmatlan anyagokká (például kénsav). • SOx kémiai eltávolítása a kiáramló gázból, gázmosási módszerekkel. A gázmosás azt jelenti, hogy a savas gázok semlegesítésére lúgot használnak. általában ezt kálcium-hidroxid alkalmazásával érik el. . • Kén eltávolítása a szénből égetés előtt „olajszűrési eljárások alkalmazásával“.

98

10.3.2 A sztratoszféra ózonrétegének elvékonyodása A sztratoszférában folyamatos fotokémiai reakciók termelik és pusztítják az ózont (O3). Ha ebbe a folyamatba az ember nem avatkozna bele, a termelődés és a megsemmisítés közötti egyensúly azt eredményezné, hogy az ózon mennyisége a sztratoszférában állandó szinten maradna. Az ózonréteg rendkívül fontos szerepet játszik a Nap által kisugárzott ultraibolya fény abszorpciójában. Az abszorpció a nagy sugárzási adagoktól védi a földet, amelyek, ha teljes egészében elérnék a földet, akkor az életre károsak lennének. Az 1980-as évek közepére a tudósok az „Antarktisz fölötti ózonlyuk“ létezését bebizonyították, ami a tél késői szakaszában keletkezett, és 50%-os lokális sztratoszféra ózoncsökkenést okozott. A következő részben ennek a következményeit mutatjuk be.

10.3.2.1. Az ózonpajzs elvékonyodásának hatásai A Földet érő fokozott ultraibolya fényszintek potenciális hatásai között említhető a bőrrák, a szürkehályog és a betegségek elleni csökkent immunitás formáiban jelentkező egészségi problémák sora. Károsodhatnak a tengeri táplálékláncok, a termények, a szabad téren használt műanyagok és a festékek. Az ózon-elszegényesedés egyéb, messzire nyúló hatásokat is eredményez, például a globális felmelegedés és a levegőszennyezés, vagy a genetikai mutációk felszaporodása.

10.3.2.2. Az ózonpajzs elvékonyodásának okai Az ózoncsökkenést részben a klór-fluor-karbonok (CFC) okozták, amiket hűtőközegként, hajtóanyagként, műanyag habfúvókban és elektronikai áramkörök tisztításánál elterjedten alkalmaztak. De más anyagok is hozzájárulnak a jelenséghez, például tűzoltó gázok és oldószerek, mint a szén-tetraklorid (CCl4), amelyek a sztratoszférában lévő ózonnal fotokémiai reakcióba lépnek. Valamennyi felsorolt anyag stabil, tartósan az alsó atmoszférikus rétegben marad és világszerte megtalálható. A légkörbe történt kibocsátás után az anyagok az alsó troposzférán át a felső sztratoszférába diffundálnak, ahol az ózonnal kémiai reakcióba lépnek és azt megsemmisítik.

10.3.2.3. A montreali protokoll Az ózonréteget depletáló (kiürítő) anyagokra vonatkozó montreali protokoll 1987-ben történt aláírása bebizonyította, a világ a probléma tudatában van. Ebben a nemzetközi egyezményben 99

megfogalmazott célok között szerepel, hogy a CFC-k termelését 1998-ig 50%-kal csökkentik az 1986. évi termeléshez viszonyítva. További módosításokat is alkalmaztak annak érdekében, hogy a Montreali Protokoll eredeti ajánlásait nyomatékosabbá tegyék. Ezek közé a legsúlyosabb kárt okozó “kemény“ CFC-k forgalomból (CFC-11, CFC-12, CCl4, triklóretán) való teljes kivonása tartozik, hatályba lépési határidőként az 1996-os évet nevezték meg. Tudósok feltételezik, hogy az Antarktisz feletti lyuk 2040-re feltöltődhet. Ez valóban nagyon érdekes, mert a politikusok a sztratoszféra ózonkimerülésére vonatkozó tudományos előrejelzéseket még az előtt elfogadták, mielőtt bármilyen káros következményt megfigyeltek volna. Ez, a legtöbb egyéb környezeti problémával ellentétben, amelyekkel foglalkozni kell a társadalomnak, a tudósok és politikusok között folyó kommunikáció egyik jó példája. A szomorú az, hogy sok megfogalmazott cél megvalósítása és elérése nem bizonyult fenntarthatónak.

10.3.3. Troposzférikus oxidánsok A növények különösen érzékenyek a troposzférában lévő ózon és más fotokémiai oxidánsok szintjére. Ezek az oxidáló anyagok jelentős hatásokat fejthetnek ki a hosszú életű fákra és a hosszú fejlődésű terményekre. Az USA-ban elvégzett tanulmányok azt feltételezik, hogy a fotokémiai oxidánsok 12-30%-os terméscsökkenést okoznak. A fotokémiai oxidánsok − különösen a troposzférikus ózon −, károsítják az érzékeny növények leveleit és tüskéit, elsősorban a membránok szétszakadását okozzák. A fotoszintézishez hasonló metabolikus folyamatok szintén károsodnak. Látható tünetek − mint a levélsárgulás, elhalás, lombhullás és korai öregedés − megjelenhetnek. A látható morfológiai hatásokon kívül, a fotoszintézishez hasonló fiziológiai folyamatokat is érhetik krónikus, titokzatos hatások, amelyek gátolhatják a szénhidrátok termelését, megoszlását a növényekben, ez pedig a levelek, meg a gyökerek életképességét, a fejlődést és a termés mennyiségét csökkenti. Mint ahogy csökkenhet a növények rezisztenciája a gombákkal, a baktériumokkal, a vírusokkal és a rovarokkal, illetve az időjárási viszontagságokkal szemben (fagy és szárazság). A troposzférában lévő ózon, más szennyezőkkel együtt, az erdőcsökkenés problémájának további növekedésében fontos szerepet játszhat. A növényzet megvédésére a WHO a következő irányértékeket javasolta az ózonra: 1 3

3

órás érték: 200 µg/m ; 24 órás érték: 65 µg/m ; és a 100 napos növekedési időszak érték: 60 3

µg/m . 100

10.3.4. Klimatikus változások és az üvegházhatás A vízpárát, szén-dioxidot (CO2), metánt (CH4) és a kéjgázt üvegházi gázoknak nevezik. Ezek a gázok a légkör természetes összetevői és hozzájárulnak az üvegházhatáshoz. Valamennyire jellemző, hogy a földtől visszaverődött energiát abszorbeálják, ugyanakkor a bejövő napsugárral szemben áttetszők maradnak. Energia takaróként működnek oly módon, hogy a hőt felfogják, és az atmoszférában tartják. E gázok jelenléte a légkör állandó hőfokának fenntartása szempontjából fontos, azonban a szén-dioxid és más üvegházi gázok koncentrációja drámai mértékben nő, magasabb, mint is az elmúlt 160000 évben bármikor volt. Ez az üvegházi gázkoncentráció-növekedés a Föld hőmérsékletének emelkedéséhez, az úgynevezett „fokozott üvegházhatáshoz“ vezethet. Az emelkedés nagysága ismeretlen. A becslések azonban feltételezik, hogy ha a jelenlegi üvegházi gázemissziók folytatódnak, akkor a felszíni globális o

o

hőmérsékletemelkedés 2030-ra a 3 C értéket (1,5-4,5 C tartomány) elérheti. A légköri szén-dioxid koncentráció a 19. század elejétől, nagy részben a fosszilis üzemanyag (olaj, gazolin, szén) fokozódó felhasználása miatt nő. Az N2O emissziók szintén gyorsan fokozódtak a 20. században és a folyamat jelenleg is tart. Az emberi tevékenységből eredő két legnagyobb forrást a fosszilis üzemanyagok és a szerves anyagok égetése, valamint a nitrogén műtrágyák felhasználása jelentik. A metánkoncentrációk a légkörben szintén emelkednek, ami a rizsföldek terjedésével, a földgázkitermeléssel, a biomassza égetésével, a szénbányászattal és a szerves anyagokkal feltöltött földekkel van összefüggésben. A Föld középhőmérsékletében történt változások megértése jelenleg még hiányos. A napjaink éghajlati modelljeinek előrejelzése szerint, az óceánok felmelegedése térfogatuk emelkedéséhez vezet majd a gleccserek olvadásával együtt, ami pedig 10-32 cm-rel megemeli tengerszintet. Ez 21. század közepére várható. A szigetországokban, amelyek legmagasabb pontjai jelenleg csak néhány méter magasságban vannak a tengerszint felett, vagy az alacsonyan fekvő, sűrűn lakott területeken súlyosabb pusztítás várható (például Banglades, Maldív-szigetek). Az időjárás változása rendkívül jelentős indirekt hatásokat okozhat. A megváltozott

mezőgazdasági

és

állattenyésztési

eljárások

kihatással

lehetnek

az

élelmiszertermelésre. Az élelmiszerkészleteket befolyásolhatja az időjárási zónák elmozdulása, a termésben, állattenyésztésben, haltenyésztésben bekövetkezett változások, az öntözésre szükséges vízkészletek csökkenése, vagy a tengerszint emelkedés miatt bekövetkezett termőföld elvesztés.

101

10.4. Vegyi anyagok ipari eredete Az ipar sok ember életében fontos szerepet játszik. Gazdaságilag az ipar szerepe minden országban jelentős, hiszen világszerte a lakósok millióinak biztosít munkát, annak ellenére, hogy több országban az ipar területén a vegyi anyagkezelés jól szabályozott, sok szennyező vegyület forrása lehet ez az ágazat. Fontos emlékezni arra, hogy az ipar nemcsak épületeket és gyárakat jelent, hiszen idetartozik az iparosodott mezőgazdaság, a hajózás és egyéb tengeri létesítmények sora, olajfinomítók, tengeri fúrótornyok,

gyárak

által

előállított

termékeket

és

nyersanyagot

szállító

tehergépjárművek üzemeltetése. Vagyis, az ipar körülvesz bennünket és a mindennapi életünkben fontos szerepet játszik. A jelentős ipari tevékenységek következménye a levegőt szennyező emisszió, a szennyvízszennyeződések és a szilárd hulladékok, amelyek mind potenciális kémiai szennyezőket tartalmazhatnak. A megfelelő ipari eljárások és óvintézkedések betartása az ipar által előállított vegyületek expozíciója ellen a lakosság védelmét biztosítja. Mégis, időnként balesetek vagy üzemzavar következtében vegyi anyag kibocsátások fordulnak elő. Egy ipari anyag által történő környezetszennyeződés példája a szervetlen higany környezeti kibocsátása, vagy az emberek következményes metil-higany expozíciója. Jelentősebb kémiai expozíció előfordulása valószínűbb az ipari létesítményekben foglalkoztatottak esetében. Ez foglalkozási expozícióként ismert. A foglalkozás körében nem meglepő egyes esetekben a vegyi anyagokkal kapcsolatos betegségek gyakori előfordulása.

10.4.1. Textilipar Már évezredek óta gyártanak ruházatot és szőnyeget, és a világ különböző helyein találnak ősi textilanyag maradványokat. Időszámításunk előtt, 8000 évvel gyártottak fonalat. A textíliák gépi szövését a 18. század végén, az ipari forradalom idején Angliában kezdték el, azóta a textilanyagok ipari gyártása gyorsan elterjedt és az iparág az egyik legnagyobb munkaadó a világon. Az utóbbi 20 évben a hagyományos textilipar afrikai és ázsiai országokba költözött. A textiliparhoz a fonás, a szövés, a kötés és a különféle természetes- és műszál feldolgozása tartozik. A gépek választékában a régi falusi környezetben alkalmazott kézi szövőgépek, a modern gyárakban alkalmazott nagyon drága és bonyolult gépek egyaránt megtalálhatók. 102

A gyártási folyamatban a munkásokat különböző fehérítő-, tisztító- és festőszerek expozíciója érheti. általában, a természetes szálak fonásához és szövésekor nem használnak toxikus anyagokat, azonban aggodalmat okoz a szálakból származó por. A nyers gyapot is beszennyeződhet a szárító, lombtalanító anyagoktól, baktériumoktól, míg a nyers gyapjút a bárányok kezelésére és fürdetésére használt rovarirtók szennyezhetik. A lakosság egészségét érő hatások a poros levegőből, a szennyvízből és a szerves illékony emissziókból származhatnak. A műszálak gyártásához toxikus kémiai anyagokat használnak. A mérgezés veszélye textilfestésnél és a textil kidolgozásnál is fennáll. Festésnél, nyomásnál (mintázás) a munkásokat gyakran éri festék-, különböző sav- (hangyasav, kénsav, ecetsav), fluoreszcens élénkítő-, szerves oldószer- és fixálóanyag-expozíció. A befejező (kidolgozó) szakaszban a dolgozókat a gyűrtelenítő, a láng-gátló vegyi anyagok, a zsírtalanításhoz és a folteltávolításhoz használt toxikus oldószerek expozíciója érheti. Ilyen vegyületek alkalmazásakor gondoskodni kell arról, hogy a bőrrel történő kontaktust megelőzzük, és a vegyületek vagy gőzeik ne kerülhessenek a munkatérbe. Dermatitis típusú bőrbetegségek alakulnak ki a textilfehérítésnél, festésnél, kidolgozásnál, a gyapot előkészítésénél és a műszálkészítéshez szükséges szerves oldószer használatánál. Bizonyos festék intermedierek hólyag rákot okozhatnak. A textiliparban alkalmazott kálium-, vagy nátriumbikromát króm-ekcémát, illetve krómmérgezést okozhat. A

munkaegészségügyi

káros

hatások

közé

tartozik

a

byssinosis

(gyapot-

pneumoconiosis), a krónikus hörghurut, a bőrgyulladás, a hólyagrák (festők között) és az orrüregi rák (szövőknél és más munkásoknál). Ezek az expozíciók olyan fizikai veszélyekkel járhatnak együtt, mint a zaj, a rezgés és a hőség. Az érintett országokban kevés adat áll azonban rendelkezésre az alkalmazott vegyi anyagokra, expozíciós szintekre és a konkrét folyamatokban résztvevő dolgozókra vonatkozóan. Az alkalmazott vegyületek és az expozíciós szintek adott országban teljesen eltérhetnek egy másik országétól. Sok technológia a nem toxikus oldószerek alkalmazását teszi lehetővé, amik az egészségre és a környezetre csekély hatást fejtenek ki. A múltban, a textilgyárakból a porral telitett levegőt a légkörbe kiengedték. A modern gépsorokon a levegőt recirkuláltatják és szűrik, de ezt nem minden országban alkalmazzák. Az illó szervesanyag-emissziók (fonásnál alkalmazott olajból és oldószerekből) nagyrészt ellenőrizetlenül távoznak. Ezeket szövésben, 103

kikészítésben, festésben és nyomásban

(mintázásban) alkalmazzák.

10.4.2. Kőolaj Több évszázadon keresztül használták a kőolajat Egyiptomban, Kínában, Irakban, Iránban fűtésre, világításra, útépítésre és építkezéseken. Jelenleg, a világ kőolaj finomító ipara több mint 2500 terméket gyárt, többek között naftákat, párlatokat, nehéz fűtő-, üzemanyagot, cseppfolyósított gázt, benzint, kerozint/paraffint, repülőgép üzemanyagot, diesel üzemanyagot, egy sor más fűtőolajat és kenőolajokat. A kőolaj több ezer különféle, széles tartományban változó forráspontú szénhidrogén elegye. Ezen kívül, a nyers olajtermékek eltérő mennyiségű ként, nitrogént, oxigént, sót, fém nyomelemeket és vizet tartalmaznak. A kőolaj finomítók nagy mennyiségű levegő- és vízszennyezőt, valamint veszélyes szilárd hulladékot termelnek. A szennyezők sajátos keveréke a végbemenő folyamatoktól függően változik. A gyakran kibocsátott szennyezőkhöz tartozik a finomítás összes desztillálási terméke (üzemanyagok, oldószerek, olajok, viaszok, zsírok), konkrétan a kénhidrogén, policiklusos aromás szénhidrogének (PAH), szénmonoxid és benzol. Mivel a finomítók általában nagy iparterületeken helyezkednek el, gyakran több kőolaj finomító található egy helyen, a levegő és a víz jelentős szennyezettsége ezen létesítmények jelenlétének a függvénye. A szomszédos közösségek lakosai potenciális kockázatnak vannak kitéve a belélegzett szennyezett levegő, és a lenyelt szennyezett víz következtében. A talaj és a talajvíz szennyezése miatt keletkező veszélyes hulladék nagy tömegeit megfelelően kell elhelyezni, különben az egészségre károsan hatnak. A finomítóktól hátszélirányban élő lakosokat légúti tünetek − köhögés, zihálás − kialakulásának szempontjából bizonyítottan nagyobb kockázat éri. Egy, az USA-ban elvégzett tanulmány szerint, a kőolajfinomítók mellett élő lakosok az agydaganat kialakulásának szempontjából fokozott kockázatnak vannak kitéve. Arra is vannak adatok, hogy a 10 évnél hosszabb ideig kőolaj-finomító mellett élő lakosok körében a tüdőrák megbetegedésnek kockázata megnőtt. A kőolajfinomítók komoly potenciális munkahelyi egészségveszélyt jelentenek. Elsősorban expozícióhoz vezet a nyersolajban, természetes formában megtalálható, annak finomításakor kibocsátott, vagy a feldolgozáskor képződött és kibocsátott, főleg szénhidrogén, gázokkal, gőzökkel történő érintkezés a bőrrel, illetve azok belégzése. Az olyan gáz halmazállapotú kénvegyületek, mint a kénhidrogén, a kéndioxid és a merkaptánok kibocsátása 104

a kén eltávolításakor és kezelésekor történik. Az olyan karbantartási műveletek, mint a dörzslefúvatás, a katalizátorok alkalmazása és olyan viszkózus, vagy szilárd termékek kezelése, mint a bitumen, valamint a koksz, por-és füstexpozícióval járhatnak. A Nemzetközi Rákkutató Ügynökség átfogó értékelésének megállapítása szerint, a kőolaj-finomítókban előforduló munkahelyi expozíció valószínűleg rákkeltő hatást fejti ki az emberekre.

10.4.3. Oldószerek A modern környezetünkben a szerves oldószerek és azok gőzei széles körben találhatók meg. A különböző végtermékek gyártási folyamatában nagy mennyiségű oldószert használnak. Expozíciós veszélyt jelenthetnek a gazolin (benzin) gőzök, az aeroszolos permetek és a festékoldók. Az aromás oldószerekre jó példa a benzol. A benzol a latex kitűnő oldószere, amit a 19. században a gumiiparban nagy mennyiségekben használták. Az 1930-as években sok benzolmérgezés történt a nyomdaiparban, ahol a benzolt a nyomdafesték oldószereként alkalmazták. Még jelenleg is évente mintegy 42 millió m3 benzolt használnak fel oldószerként. Krónikus benzol-expozíció súlyos csontvelő károsodást és aplasticus anaemiát okozhat. A leukaemiás megbetegedések és a benzol-expozíció között is összefüggés van. Mivel az oldószerek között sok veszélyes található, fontos, hogy a munkavégzés megfelelő munkavédelmi eszközökkel történjen. A megfelelő felszerelés kiválasztásához a szakértők véleményére kell támaszkodni.

10.5. Toxikus vegyi anyagok környezetkímélő kezelése 10.5.1. Bevezetés A toxikus vegyi anyagok környezetkímélő (helyes) kezelése megfelelő és gondos kezelést igényel a gyártásuktól, a belőlük származó hulladékok elhelyezéséig (másként ezt a vegyi anyagok teljes életciklusuk folyamán tartó, vagy a “bölcsőtől a sírig” tartó kezelésnek nevezzük). A veszélyes anyagok komoly kockázatot jelenthetnek a munkahelyi expozíció, a levegő-és vízszennyezés, a talajvíz-és az élelmiszerszennyeződés, valamint a veszélyes szilárd hulladékképződés miatt. A toxikus anyagok környezetkímélő kezelési módjai, a környezetbe kerülő vegyi anyagokhoz hasonlóan eltérőek, azonban egy sor közös érvényű stratégiai elv és akció létezik. 105

Ezeket a veszélyes vegyi anyagok biztonságos gyártásához, tárolásához, szállításához, alkalmazásához, elhelyezésükhöz alkalmazzák, hogy az emberi egészségre és a környezetre kifejtett káros hatásaikat megelőzzék.

10.5.2. Prevenció Egy nemzeti programban megfogalmazott, a veszélyes vegyi anyag környezetbarát kezelésére vonatkozó stratégia a toxikus vegyi anyagok környezetbe történő kibocsátásának előrejelzése és megelőzése érdekében a legfontosabb. Ez sokkal hatékonyabb, mint egy “tényeket, eseményeket követő“ megközelítés. Az emberi egészség megvédésére és a környezeti degradáció prevenciójára több alkalmazható, szennyezést megelőző stratégia létezik. Ezek közé a következők tartoznak: • ösztönzés és támogatás az energia hatékonyabb felhasználására; • alacsony kéntartalmú üzemanyag használata; • újrahasznosítás az ipari eljárásokban, a hulladék képződésének csökkentésére, ezzel a hulladék elhelyezési költségeit mérsékelve; • a termékek költséges csomagolásának csökkentése, ami a feleslegessé váló csomagoló anyagtól való megszabadulás költségeit is érinti; • alternatív gyártási technológiák kifejlesztése a szilárd, folyékony és gáznemű hulladékok csökkentésére; • katalizátoros gépkocsik reklámozása a gáznemű emissziók mennyiségének és toxicitásának csökkentésére; • törvények alkotása és betartása ésszerű ösztönzők biztosítására, hogy elérhessük a fenti célkitűzéseket, megelőzzük az olyan veszélyes anyagok importját, amelyeket betiltottak, vagy az exportáló országokban szigorúan korlátozottak. A veszélyes anyagokból származó potenciális káros hatások megbízható előrejelzése, prevenciója érdekében az egészségi és környezeti hatásbecslést (HEIA, Health and Environment Impact Assessment) minden fontos ipari beruházás kidolgozásában előfeltételnek kell tekinteni. A HEIA egy átfogó tanulmány, amelynek célja adott vegyi üzem a helyi közösségre, a környezetre kifejtett hatásának értékelése, előrejelzése és prevenciója. Nemcsak a környezettel foglalkozik a tanulmány (víz, levegő, talaj), hanem a közlekedési rendszerekkel, a térség 106

további hasznosításával a vizsgált területen belül és a következményes esztétikai kérdésekkel is. A becslés az alábbi feladatok teljesítését hivatott biztosítani: • az egészségi és környezeti megfontolásoknak a tervbe történő beépítése; • a legmegfelelőbb üzemtelephelyi tervezési paraméterek meghatározása; • a hulladék csökkentését biztosító folyamat kiválasztása, ami egyben költség-megtakarító is; • a szennyezést megelőző, ellenőrző intézkedések beépítése a folyamatba, a megtörtént esemény utáni ellenőrzés helyett; • ahol lehetséges és szükséges, ott a válsághelyzetre vonatkozó intézkedéseket kell biztosítani. A HEIA-nak tartalmaznia kell a javasolt üzemi emissziók forrásainak és szintjeinek előzetes értékelését, illetve a környezeti szennyezés ellenőrzésére és saját dolgozói megvédésére alkalmazott intézkedések mellett, fontos lenne a továbbfejlesztésre irányuló lépések leírását összegezni. Költségtakarékosabb a környezetbe történő vegyi anyagkibocsátás előrejelzése, a hatásos ellenőrzés tervezése, mint a kibocsátás utáni intézkedések sora. A HEIA-nak az alábbi adatokat kell tartalmaznia: a termékek, a felhasznált nyersanyagok robbanás-és tűzveszélyessége; veszélyes vegyi anyagoknak a levegőbe, a vízbe, a talajba történő várható kibocsátásának sebessége és mennyisége; a vegyi anyagok dolgozókat érintő várható expozíciója; egészségi, környezeti kockázatok kiterjedése és nagysága; a javasolt üzemben esetlegesen előforduló berendezés-meghibásodások, robbanások és természeti katasztrófák valószínűsége. Ott, ahol levegő-, vagy vízminőségi szabványok vannak, nagyon fontos, hogy az üzem működésébe olyan intézkedéseket építsenek be, amelyek ezeknek a szabványoknak a betartását biztosítják.

10.5.3. Ellenőrző technológia Egy konkrét vegyi anyag ellenőrzése olyan gazdaságilag megvalósítható technológia kiválasztását igényli, amely az expozíciót, így a kockázatokat is, az elfogadható szintekig csökkenti. A vegyi anyag-expozíció és a kockázatok csökkentését célzó stratégiáknak költségtakarékosoknak kell lenniük, és ha a célkitűzés az egészség-, és a környezetminőség megtartása vagy javítása, akkor ezek reálisak legyenek. Alapvetően helytelen felfogás azt hinni, hogy “a szennyezés problémájának megoldása a hígítás“. A hígítási hatás ugyanis nem garantálja minden esetben a szennyező anyag biztonságos koncentrációját, amint ezt az előzőekben jeleztük, a szennyezés megelőzése sokszor gazdaságosabb és hatásosabb, amikor a forrásnál alkalmazzuk a kibocsátás 107

prevencióját, mint a környezetbe történő kiszabadulás utáni intézkedések. Például kevésbé költséges és technológiailag praktikusabb egy vegyi anyag eltávolítása a kifolyó ipari szennyvízből, ahol az anyag tömény állapotban van, mint az ivóvíz-forrásból való eltávolítása, amikor az anyag már a víz által felhígított állapotban van. A vasipari, acélipari, vegyi- és textilipari üzemek és az energiatermelő létesítmények jelentős mértékű veszélyes vegyi anyagszennyezést okoznak. Az emissziós szint ellenőrzésére több, különböző technológiai megoldást kínálnak. Például a kén-és nitrogéntartalmú anyagok „kimoshatók“ a kéményfüstök gázaiból; a króm a cserző üzemek szennyvízéből vegyi anyag hozzáadásával és azt követő szedimentációval történő koaguláció segítségével vagy elektrolitikus ülepítéssel kiválasztható. A vasöntödékből és a cementgyárakból származó porszűrők vagy elektrosztatikus ülepítők és különböző típusú nedves kollektorok segítségével eltávolítható. Minden iparágnak megvannak a saját specifikus fizikai, biológiai és/vagy kémiai kezelési módszerei a veszélyes vegyi anyagok emisszióinak gazdaságosan megvalósítható prevenciójára vagy ellenőrzésére. A kezelési módszereken kívül, az esetleges balesetek kezelésére, vészhelyzetvisszaszorítási rendszereket kell beépíteni, szükséges továbbá intézkedéseket hozni, és a környék lakossága részére figyelmeztető rendszert kialakítani, amlyek működéséről a lakosságot fontos tájékoztatni.

10.5.4. Szabályozások, ösztönzők és szabványok A szabványok és szabályozások bevezetésének a lakosság egészségvédelme és a toxikus vegyianyag-expozíció kizárása, vagy egy elfogadható szintre történő csökkentése a legfontosabb célja. A szabályozásoknak világosaknak, könnyen érthetőknek kell lenniük. Olyan dolgokat szükséges szabályozni, mint az ipari szennyvizek kezelése, a levegő- és a vízszennyezés prevenciója, amelyhez a levegőben, az élelmiszerben, a vízben lévő vegyi anyagok határértékeit és a dolgozókat érhető expozíciós küszöbértékeket szabályozó szabványok kidolgozása szükséges. Szabványok határozzák meg a talajban elhelyezett szilárd hulladékok toxikus anyagtartalmát. De a szabványoknak és a szabályoknak csak akkor van értelmük, ha megvalósíthatók és betarthatók. Ehhez eszköz, műszaki tudás és szakértelem, valamint a megfelelő jogi háttér szükséges. A nemzeti szabványok kidolgozása nagyon gondos folyamat keretében kell, hogy történjen, amelyben az egészségi kockázatot a műszakigazdasági megvalósíthatósággal együtt elemzik. A szabványok kidolgozásában azokat az elengedhetetlen intézkedéseket szükséges átgondolni, amik meghatározott típusú ellenőrzési 108

technológia bevezetéséhez, a megfelelő monitoring és teljesítés biztosításához kellenek. Nem minden vegyi anyag jelent egyforma gondot, és nincs kielégítő erőforrás ahhoz, hogy minden olyan vegyi anyaggal foglalkozzunk, amely a környezetben megtalálható. Ezért szükséges a szabályozásban

a

prioritások

meghatározása.

A

kémiai

szabályozás

prioritásainak

meghatározására több kritérium alkalmazható, például: • megfigyelt, vagy feltételezett egészségkárosító hatások súlyossága; különös figyelemmel az olyan vegyi anyagokra, amelyek irreverzibilis károsodást okoznak, mint a rosszindulatú daganatos megbetegedések, vagy a reprodukciós és a születési rendellenességek; • termelés és felhasználás mértéke; • nagymennyiségű, tartós megmaradás a környezetben; azok a vegyi anyagok, amelyek gyakran és jelentős koncentrációkban találhatók a környezetben, valamint azok, amelyek nehezen bomlanak a környezetben és felhalmozódnak (kumulálódnak) az emberben vagy a levegőben, a vízben, az élelmiszerben, kiemelt figyelmet érdemelnek; • az expozíciót szenvedett lakosság; a lakosság nagy részét érintő expozícióra kell figyelmet fordítani, valamint az olyanokra, amelyek rendkívül szenzibilis csoportokat érintenek, mint a terhes nők, az újszülöttek, a csecsemők, gyengélkedő és idős emberek. A „szennyező fizet“ és hasonló szabályok sok ipari céget rávezettek arra, hogy érdemes a veszélyes emisszióikat ellenőrizni. Ennek az ösztönzőnek az a lényege, hogy a szennyezőt a szennyezéssel okozott kár megtérítésére kötelezi, beleértve az egészségkárosodásokat is. Az egészségi és környezeti költségeket józan keretekben szükséges meghatározni, elég magasaknak kell lenniük ahhoz, hogy a szennyező ne tekintse a büntetést egyszerű üzemeltetési költségnek (más szavakkal, a „szennyező fizet“ elv). Minden, veszélyes vegyi anyagot termelő üzemnek meg kell felelnie az állami szabályoknak és szabványoknak. Nagyon fontos a határértékek és a szabályok betartásának a monitorozása. Különféle eszközöket lehet erre a célra felhasználni, például az engedélyek, amelyek az ipari létesítmény felügyeletével és a szabályozott anyagok környezeti monitorozásával hatnak együtt. Szintén megfontolás tárgya a jövőben történő földhasználat kezelése zónák kijelölésével vagy más intézkedésekkel. Végül, mindig nagyon fontos szem előtt tartani, hogy a legjobb megoldás a prevenció, gyakorlatilag mindig hatásosabb és olcsóbb megelőzni egy környezeti katasztrófát, mint helyrehozni. A szabályozások bizonyos mérgező anyagok forgalomból történő kivonását, vagy 109

betiltását előírhatják, amelyek elfogadhatatlan vagy kezelhetetlen kockázatot okoznak az emberi egészségre és a környezetre. Kötelező olyan szabályok felállítása is, amelyek a balesetek megelőzésének érdekében vészhelyzetben szükséges intézkedési tervet tartalmaznak.

10.5.5. Peszticideket szabályozó meghatározás Minden, a kártevők megsemmisítésére, a kártevők okozta károk megelőzésére, vagy kontrollálására szolgáló anyag peszticidnek tekinthető. Kártevőkhöz tartoznak a humán és állati betegséghordozók, a nem kívánt növényfajták és az olyan állatok, amelyek az élelmiszerek, mezőgazdasági termékek, fa és fatermékek, állati eledel termelését, feldolgozását, tárolását, szállítását vagy értékesítését akadályozzák. A peszticidek közé tartoznak az olyan vegyi anyagok is, amelyek rovarok, pókfélék, vagy más kártevők elpusztítására, kontrollálására alkalmaznak. Ezen kívül ide sorolhatók a növény fejlődését szabályozó szerek, lombritkítók, deszikkálók, korai gyümölcshullást megelőzők, termények learatása előtt vagy után alkalmazott, szállításkor és tároláskor előforduló romlást gátló szerek. A peszticideket az irtásra kijelölt kártevő célcsoport fajtái szerint nevezik, például inszekticidek (rovarirtók), lárvaölők (larvacidek), gombaölők (fungicidek), rágcsálóirtók (rodentocidek), atkaölők (akaricidek), puhatestűeket ölők (molluszkicidek), gyomirtók (herbicidek), tojásölők (ovicidek), féregölők (nematocidek). A peszticidek osztályozásának másik lehetősége: a vegyi anyag kémiai szerkezet szerinti megnevezése, amibe az adott peszticid tartozik, például szerves klórvegyületek, szerves foszfortartalmú ágensek, tiokarbamátok, piretroidok, fenoxi típusú peszticidek. A DDT például egy szerves klórtartalmú ágens. A levegőben szétterjedő peszticideket fumigánsoknak (füstölőszerek) nevezik. A peszticidek aktív összetevőből (hatóanyag) állnak, amelyeket rendszerint más vegyi anyagokkal kevernek össze, amelyek elősegítik a felhasználását, felvitelét. A hatóanyagot és a peszticid valamennyi komponensét együtt készítményként ismerik; a készítményeket alkalmazáskor általában hígítják.

10.5.6. Peszticidek alkalmazása Az emberiségre nézve már jóval az első peszticidek megjelenése előtt az ízeltlábúak által hordozott betegségek jelentették a legjelentősebb problémákat. A malária és más vektorok közvetítette betegségek évente emberek millióit ölik meg. A világ különböző országaiban a népegészségügyi programok keretében peszticidek alkalmazását, szélesebb körű fertőtlenítést, 110

egészségfelvilágosító oktatásokat szerveznek fertőző, járványos megbetegedések terjesztéséért felelős, úgynevezett vektorok károsító hatásának megelőzésére. Sok, eddig felhasznált vegyi anyag

okozott

súlyos

környezeti

problémát,

ezeket

a

vegyületeket

jelenleg

környezetszennyezőkként tartják nyílván, azonban e szerek valószínűleg a történelem során sok millió életet mentettek meg. Peszticideket használnak a mezőgazdaságban, a kertészetben, az erdészetben és az állattenyésztésben. A peszticidek által okozott környezetszennyezés túlnyomórészt a mezőgazdasági és közegészségügyi alkalmazásukból származik. Olyan országokban, ahol a megfelelő jogi háttér hiányzik, nincs monitorozás és a munkavédelmi szabályokat nem tartják be, ott a peszticideket kontrollálatlanul alkalmazzák. A DDT-hez hasonló peszticideket sok országban betiltották vagy korlátozták, míg másutt még mindig kaphatók. A legtöbb peszticid készítmény az aktív hatóanyag mellett, kiegészítő hordozó komponenst is tartalmaz, pl. oldószereket, abszorpciót elősegítő anyagokat. Ezek az úgynevezett hordozóanyagok gyakran egy kereskedelmi forgalomban lévő peszticidkészítmény jelentős részét alkotják, miközben a káros hatásaik az aktív alkotóelemekét meghaladhatják. A peszticidek tartalmazhatnak szennyeződéseket is, mint a dioxinok egyes phenoxi-sav herbicidekben; ezek toxicitása meghaladhatja a peszticidét.

10.5.7. A peszticidek által okozott levegő-, talaj- és vízszennyezés A levegő permetezéskor szennyeződhet peszticidekkel. Az emulgeált peszticid permetezése során az elpárolgó cseppekből olyan pici részecskék keletkeznek, amelyeket a légáramok nagy távolságokra vihetnek el. Ezt a megállapítást olyan tanulmányok erősítették meg, amelyek a peszticidek jelenlétét a városi szmogban kimutatták. Több országban gyakorlata fertőzések hordozóinak távoltartására a lakóházak peszticidekkel történő kezelése. Az elpárolgó peszticidet a lakók belélegezhetik. A kezelt felületekkel történő érintkezéskor további vegyi anyag juthat a szervezetbe. A peszticiddel szennyezett élelmiszer további vegyi anyagterhelést jelent a szervezetben. Gyakran kezelik a talajt rovar- és féregirtó szerekkel. A növényekre permetezett, vagy herbicidként (gyomirtó) alkalmazott peszticid nagy része célt téveszt, és a talajfelületre hullik. Bizonyos peszticidek, pl. a szerves klórvegyületek, több évig megmaradnak a talajban. Permetezés után megmaradt peszticid fölösleg vízbe történő kiöntése szennyezi a vizet. De szennyeződhet a víz akkor is, amikor baleset következtében kerül peszticid készítmény bele 111

vagy, amikor folyókat, mesterséges tavakat kezelnek a vízi növények szabályozása érdekében. A vízi tározókba történő peszticid-ürítés az ivóvíz szennyezéséhez vezethet.

10.5.8. Az embereket érő peszticid-expozíció Miután néhány országban kevés figyelmet fordítanak a peszticid alkalmazásának időzítésével kapcsolatos, ellenőrzésre és tanácsadásra, így előfordulnak olyan esetek, amikor a terményeket pár nappal, vagy órával leszedésük előtt kezelik. Az ilyen növények olyan peszticidmaradékokat tartalmazhatnak, amelyek magas expozíciót okozhatnak, ha a terményt nem sokkal a betakarítás után fogyasztják. Több országban ez komoly problémát jelent, mert a zöldségféléket városokhoz közel eső területen lévő kis konyhakerti parcellákon termesztik. A zöldséget közvetlenül a piacra szállítják, gyakran alig mosott állapotban. Előfordul, hogy a piacon, a legyek elriasztására is peszticideket alkalmaznak. A zöldség-gyümölcs permetezéséből származó közvetlen szennyezésen kívül, léteznek egyéb élelmiszerszennyeződési utak is. Például, a húsban magas peszticid-tartalom fordulhat elő az egyes szövetekben történt koncentrálódás miatt, ami a szarvasmarha fürdetése vagy a vektorkezelés után keletkezik. A peszticidekkel kezelt rizsföldön fogott hal szintén jelentős peszticid-maradékokat tartalmazhat. Veszélyt jelent a raktározásnál, vagy az ömlesztett termék szállításakor fellépő veszteség megelőzésére végzett peszticid-kezelés is. Az ízeltlábú és rágcsáló kártevők által okozott veszteség rendkívül jelentős lehet. Emiatt az élelmiszer és gabona peszticid-kezelése elterjedt gyakorlat. Sokszor ez a veszteség elkerülésére válogatás nélkül történik.

Az így kezelt élelmiszerben magas peszticid-koncentráció fordulhat elő.

Ismertek olyan esetek is, amikor élelmiszerhiány következtében az emberek, vagy a házi állatok pesticid-kezelt gabona vetőmagot fogyasztottak, ekkor véletlenszerű vagy szándékos tömeges mérgezés történt. Sok ország rendelkezik élelmiszer-szennyeződést szabályozó törvénnyel, és az importált, valamint a helyileg termelt élelmiszereket rendszeresen vizsgálják. Vannak, ahol a kártevők által okozott problémák nagyobb méretűek, viszont a szabályozás nagyon gyenge, és a betakarításhoz közeli permetezés az elterjedt. Gyakori probléma a peszticid-mérgezés. Becslések szerint, a világon évente 1-3 millió akut peszticidmérgezés történik. A kezelt esetek mortalitási rátája 1-9%, amit befolyásol, hogy van-e ellenszer, és milyen minőségű az orvosi ellátás. Egyes országokban a szándékos mérgezések, öngyilkossági kísérletek, a peszticid-mérgezések jelentős részét teszik ki. Sok háztartásban a peszticidek könnyen hozzáférhetők, és egy öngyilkosjelöltnek “választott módszerévé“ válhatnak. 112

A véletlenszerű mérgezések túlnyomó többsége gazdaságok dolgozói vagy családjaik körében fordulnak elő. Az expozíció, elsősorban a peszticidek keverésénél vagy használatánál, repülőgépről történő permetezéskor, vagy a frissen kezelt területre való belépéskor fordul elő. Akut munkahelyi expozíció lehet a peszticidek gyártásánál, kiszerelésénél, csomagolásánál és szállításánál. A munkahelyi peszticid-expozícióval összefüggő akut hatások között említhetők a szemet érő vegyi anyagok maró hatása, a bőrkárosodás, a különböző neurológiai-, és a májra kifejtett hatás. Feltételezhető, hogy a krónikus expozíciók reprodukciót károsító hatásokat idéznek elő és megnövelhetik a rákos megbetegedés kockázatát, késői neurológiai és pszichés elváltozásokat okoznak, az immunrendszert befolyásolhatják. Sok gyermeket érhet peszticid-mérgezés a lakóhelyen helytelenül tárolt, nyitott peszticid-csomagokból. Előfordult peszticidekkel szennyezett élelmiszerfogyasztást követően, számos halálesettel járó tömeges mérgezés is. Egyes esetekben az élelmiszer-szállításkor vagy -tároláskor szennyeződött, máskor pedig gombairtókkal kezelt vetésre szánt magvakat fogyasztottak.

10.5.9. Peszticidek környezetkímélő kezelése Az egészséget és a környezetet veszélyeztető számos veszélyes anyag között, választékukat tekintve, a peszticidek vezető szerepet töltenek be. Annak ellenére, hogy céljuk a nem kívánatos rovarok, gyomok, egyéb fajok elpusztítása vagy szabályozása, a peszticideket gyakran elengedhetetlen szerként élelmiszertermelésben is használják, de alkalmazzák a lakosság egészségének megvédésére, például a malária elleni küzdelemben (úgynevezett vektor-írtásra). Előfordulhat, hogy a peszticideket nem megfelelően alkalmazzák, de a világ több országában a peszticidek biztonságos és hasznos felhasználását segítő, kulcsfontosságú akcióprogramok léteznek. A peszticidek által okozott potenciális egészségkárosító és környezeti hatások nemzetközi aggodalom tárgyai. Ezért az ENSZ Élelmiszer és Mezőgazdasági Szervezete (FAO) egy “Peszticidek disztribúciójára és használatára vonatkozó Útmutató Kódex (1990)“-et adott ki. A Kódex referenciaanyagként szolgál a peszticidek szabályozásában, értékesítésében és alkalmazásában. Ez különösen azoknak az országoknak értékes, amelyek megfelelő peszticid importszabályozó, disztribúciós, tárolási, receptura elkészítési és a maradék elhelyezéséhez eszközökkel még nem rendelkeznek. A Kódex magába foglalja az „Előzetes Beleegyezés (vagy kölcsönös tájékoztatás, az úgynevezett PIC eljárás)“ vonatkozó 113

rendelkezéseit. Ez olyan eljárás, amely úgy rendelkezik, hogy az olyan peszticidet, amelyiket betiltottak, vagy szigorúan korlátoztak több ipari országban, egy másik országba előzetes megállapodás hiányában nem exportálható. Annak ellenére, hogy a Kódex nem oldhatja meg az összes problémát, a peszticidek környezetbarát kezeléséhez komoly segítséget nyújt, útmutatást biztosít a fejlődő országoknak.

10.5.10. Bejegyzés Semmilyen peszticid nem használható adott országban előzetes regisztrálás (engedélyezés) nélkül. Az engedélyezés olyan folyamat, amelyben az illetékes kormányzati hatóság egy peszticid forgalmazását és használatát jóváhagyja. Ez mindenre kiterjedő vizsgálat adatértékelése után történhet meg, aminek célja, hogy a termékről bebizonyosodjon, a meghatározott cél elérését illetően hatásos, de az emberi és az állati egészségre, valamint a környezetre nem túl veszélyes. Azokban az országokban, ahol a jól kidolgozott regisztrációs és elemzési keretek hiányoznak, a peszticidek mezőgazdasági felhasználására a JMPR (Joint Meeting on Pesticide Residues) által elvégzett értékelést alkalmazzák. A JMPR meghatározza azokat a peszticid-szinteket, amelyek az emberi szervezetbe észrevehető kockázat nélkül a teljes élettartam folyamán naponta bevihetők, és a bevált mezőgazdasági gyakorlat alapján, javaslatokat

tesz

az

élelmiszerekben

eltűrhető

(tolerálható)

legnagyobb

peszticid

maradékszintekre. Miután a hatóságok észrevételeiket megteszik, az értékeket a FAO/WHO Codex Alimentarius Bizottsága (CAC) a Codex által megadott legnagyobb maradékértékként (MRL, Maximum Residue Level) elfogadhatja. Fontos megjegyezni, hogy csak azokat a peszticideket értékeli a JMPR, amelyekre a Codex Alimentarius Bizottság jóváhagyta az MRL szinteket. A mezőgazdasági felhasználáson kívül, sok peszticidet alkalmaznak rovar- és egyéb kártevő kontrolljára, irtására, mint a puhatestűek, szúnyogok, legyek, bolhák, poloskák és tetvek œ, amelyek népegészségügyi szempontból nagyon fontosak. A peszticidek regisztrációja népegészségügyi programokban történő felhasználásra kötelező. A WHO megjelentetett specifikációkat az ilyen peszticidek fizikai-kémiai paramétereire vonatkozóan, amelyekben a paraméterek

meghatározására

alkalmazható

tesztmódszereket

leírta.

Az

alkalmazási

eljárásokra, a kezelési ciklusokra és az óvórendszabályokra vonatkozóan egy gyakorlati útmutatót is kiadtak.

114

10.5.11. Címkézés Valamennyi peszticid-tartályt, peszticidet tartalmazó edényt, csomagoló burkolatot, kötelező pontosan megcímkézni. A címkén az alábbi fontos információt kell feltüntetni: • kereskedelmi megnevezése és a peszticid elfogadott neve, az aktív összetevők, és potenciális veszély(ek); • a peszticid alkalmazásának célja; • a peszticid mozgatására, vagy alkalmazására kötelező biztonsági óvintézkedések, orvosi ellátás mérgezés esetében; • hogyan, mikor és hol kell használni a peszticidet?; • hogyan kell a peszticidet összekeverni, vagy hígítani?; • hogyan kell megtisztítani az alkalmazott eszközt, vagy keverőgépet használat után, és miként helyezzük el a fölösleges peszticidet, valamint a tisztítás során keletkezett anyagot?; • azok a törvények és szabályozások, amelyek kifejezetten a peszticid alkalmazására vonatkoznak, beleértve a kezelt területre történő belépési tilalmi időtartamot (ún. munkaegészségügyi várakozási idő); és a minimálisan betartandó időtartamot a kezelés és a termény betakarítása között (ún. élelmezésegészségügyi várakozási idő); lehet-e, szabad-e a készítményt más peszticiddel vagy más hígító ágenssel keverni; • a gyártó neve, címe a gyártó országban; a kereskedő, forgalmazó ügynökség neve, címe és a peszticid regisztrációs száma; • gyártás és/vagy formulálás, kiszerelés kelte és lejárati határideje; • egyéb, az adott országban, vagy régióban kötelező információ.

10.5.12. Oktatás, képzés és a dolgozók védelme Szükséges a dolgozók oktatása, tájékoztatása a peszticidek használatával összefüggő veszélyekről és a biztonságos felhasználáshoz szükséges módszerekről minden szinten. A dolgozók biztonságának érdekében megfelelő képzést kell tartani a peszticid felhasználásáról, csomagolásáról, szállításáról, átadásáról, tárolásáról és keveréséről, mivel ezek veszélyes műveletek. A legtöbb országban vannak tájékoztató anyagok a peszticidekről és a biztonságos, valamint a hatásos használatukról. Ezeket az anyagokat a hatóságok, nemzetközi ügynökségek, gyártók érdekképviseletei, mezőgazdasági szakértők, tanintézetek publikálják. A munkáltató kötelessége a korrekt információ eljuttatása a dolgozókhoz. Ha szükséges speciális védőfelszerelés, azt a munkáltatónak kell biztosítania; a munkáltató köteles a 115

dolgozókat az egyéni védőeszközök helyes használatáról eligazítani, ellenőrizni az egyéni védőeszközök épségét és ha meghibásodik, azt kicserélni. A védőfelszerelések közül a legfontosabbak: a védőszemüveg szemsérülés elkerülésére, légzőkészülék használata poros légkörben, kézvédő kesztyűk. Személyi védelem körébe tartozik: a mosható munkaruha, a víz és a szappan a peszticid-, vagy egyéb potenciálisan toxikus anyag-expozíciót szenvedett bőr lemosására. A lakosság egyre több ismeretet szerez a peszticidekről. A lakosság felvilágosítása nem annyira a peszticidek alkalmazásának hasznos tulajdonságaira kell vonatkoznia, mint inkább a helytelen

használatukból

eredő

ártalomra.

A

peszticid-felhasználóknak

a

lakosság

aggodalmaira oda kell figyelniük, és a kötelező óvintézkedések betartásával az anyag mozgatásakor, hígításakor, permetezésekor stb. jó példát mutatniuk.

10.5.13. Szállítás, tárolás és a maradék elhelyezése A sérült vagy szivárgó peszticid tartályokat nem szabad szállításra használni. A szállítóeszköz nem okozhat sérülést a tartályokban, kerülni kell a kiálló éles peremeket vagy szegeket. Peszticid-tartályokat élelmiszerrel, vagy állattáppal nem szabad egy autóban szállítani. A nem megfelelő tárolás a peszticidek romlásával hatástalanná válik, de ez mérgező hatásának növekedésével is − járhat. A tárolási problémák elkerülésére csak a konkrét művelethez szükséges mennyiséget kell megrendelni. Az összes peszticid-tároló helyiséget biztonságosan, zárva kell tartani. A tároló telepeket árvíz ellen védeni szükséges, a talajvizet, a vízforrásokat a potenciális szennyezéstől kell megvédeni. A tárolókat nem szabad vízfogók mellé telepíteni, vagy sérülékeny, vegyi anyagra érzékeny terület közelében elhelyezni. A fölösleges peszticidek és tartályok elhelyezésére szakértői útmutatás szükséges. Az alkalmazott módszerek között szerepelnek az anyag biztonságos visszaszállítása a beszállítóhoz (forgalmazóhoz), a geológiailag vízforrásoktól elszigetelt és az árvíztől védett, gondosan kiválasztott területen az elégetés, vagy tartályban történő eltemetés. Az üres peszticid konténereket élelmiszer- vagy ivóvíztárolásra soha nem szabad használni. Ha nem lehetséges a tartályok visszaszolgáltatása a beszállítóhoz, akkor el kell temetni, égetni, vagy többször átmosni gondosan felügyelt és jóváhagyott eljárások alkalmazásával, hogy a vízkészletek szennyezését elkerüljük.

116

10.5.14. Integrált kártevő kezelés (IPM, Integrated Pest Management) Az IPM egy, az utóbbi években kifejlesztett eljárás. Lényegében nem más, mint a hagyományos

környezeti,

biológiai,

kémiai

kártevő-szabályozás

kombinációja

és

továbbfejlesztése, amelynek célja a peszticidek alkalmazásának és annak a kockázatnak a csökkentése, hogy a kártevők potenciálisan rezisztensek legyenek a peszticidekre. Az eljárás a vegyi anyag-felhasználók robbanásveszélyes kockázatnak való kitettségét is csökkenti. Az IPM példái között a kártevő-rezisztens terményfajták alkalmazása, biológiai módszerek használata említhetők meg, amelyek közé a kártevőfajtákat megölő steril rovarok, vagy baktériumok felhasználása tartozik. Egy másik módszer az olyan rovarok vagy állatok bevetése, amelyek elfogyasztják a kártevőt, miközben a terményhez nem nyúlnak.

10.6. Ökotoxikológiai fogalmak Biokoncentráció Az élőlények (különösen a vízi szervezetek) képesek összegyűjteni és szervezetükben koncentrálni a kémiai anyagokat az őket körülvevő környezetből. A szervezet biokoncentrációs képességét a biokoncentrációs faktor (BCF)-ral írhatjuk le. A hányados értékét megkapjuk, ha az anyag koncentrációját a szervezetben elosztjuk az anyag koncentrációja a környezetben értékkel. BCF = az anyag koncentrációja a szervezetben / az anyag koncentrációja a környezetben.

Bioakkumuláció Az élőlények (különösen a vízi szervezetek) képesek összegyűjteni és szervezetükben koncentrálni a kémiai anyagokat direkt módon az őket körülvevő környezetből és indirekt módon a táplálékukból. Ez azt jelenti, hogy a direkt módon (biokoncentráció) felvett xenobiotikumok mellett, az élőlények szervezetébe a táplálékkal is bejuthat toxikus anyag. Együttesen ezt a két folyamatot bioakkumulációnak hívjuk és a bioakkumulációs faktorral (BAF) írhatjuk le. Értékét szintén hányadossal határozhatjuk meg úgy, hogy az anyag koncentrációját a szervezetben elosztjuk az anyag koncentrációja a környezetben értékkel. BAF = az anyag koncentrációja a szervezetben / az anyag koncentrációja a környezetben.

117

Biomagnifikáció A biomagnifikáció a bioakkumuláció speciális esete. A tápláléklánc során (táplálék piramis) a csúcsragadozókban

felhalmozódik

a

toxikus

anyag,

ezt

a

folyamatot

nevezzük

biomagnifikációnak. Ez esetben azt lehet tapasztalni, hogy a szóban forgó vegyület az élelmi láncon vagy táplálékláncon keresztül egyre magasabb koncentrációban jelenik meg az egyes "láncszemek", élőlénycsoportok szintjén, végül a lánc utolsó tagjaként szereplő élő szervezeteket már - a kezdeti terheléshez, koncentrációhoz viszonyított - jelentős, sok esetben toxikus terhelés érinti. Az élelmi láncban az egyes fajok (élőlények) táplálkozásbiológiailag kapcsolódnak egymáshoz, minden egyes láncszem az előtte valóból táplálkozik, és egyúttal táplálékot ad az utána következő láncszem fajának. Az élelmi láncok egymáshoz kapcsolódó bonyolult rendszere az élelmi hálózat, ebben valósul meg a biocönózis anyag- és energiaforgalma.

Perzisztencia: egy toxikus anyag perzisztens, ha felhalmozódik az élőlények szervezetében illetve a környezetben, és nehezen bomlik le. Ilyen például a DDT. A vegyi anyagok kedvezőtlen tulajdonságai között tartjuk számon a perzisztencia jelenségét. Ez azt jelenti, hogy egyes vegyületek bomlási (felezési) ideje rendkívül hosszú, vagyis eredeti vagy átalakult molekuláinak jelenlétével és hatásával a környezetben sokáig számolni kell. Hasonlóan, nem előnyös a kumulációra való hajlamosság sem. Erről akkor beszélhetünk, amikor egy-egy vegyület a szervezeten belül egyes szövetféleségekben képes tárolódásra, felgyülemlésre, alkalmas körülmények között a molekulák kiáramolhatnak ezekből a raktárakból.

Kumuláció: bizonyos anyagok a talajlakó- és vízi szervezetekben koncentrálódnak.

Tolerancia: A környezet élővilágának vegyi terhelése több forrásból ered, főleg az ipari, mezőgazdasági, háztartási és közlekedési eredetű szennyezéssel kell számolnunk. A biológiai objektumok rendelkeznek - szerencsére - egy sajátossággal, ami a vegyi terhelés bizonyos fokú, mél1ékü ellensúlyozására alkalmas ez a tűrőképesség vagy tolerancia. Ennek köszönhetően a szervezet (vagy életközösség) képes ellenállni a kémiai hatásnak, és annak nem kívánatos következményei csak akkor jelentkeznek, mikor a védekező mechanizmusok már kimerülnek. A környezeti toxikológia elsősorban a társadalmi-gazdasági tevékenység

118

melléktermékeként az élő szervezetek környezetébe kerülő és ott feldúsuló mérgező anyagoknak az élő szervezetekbe jutását és hatását vizsgálja. Külön problémaként kell szólni az együttes méreghatás, a vegyi interakció problémaköréről. Ilyen esetben legalább két vegyület egyidejű, együttesen jelentkező hatásáról beszélhetünk. Ennek következtében számon tartjuk a hatások összegeződését (addíció), csökkenését (antagonizmus) vagy fokozódását (szinergizmus). Az előzőekben röviden vázolt hátrányos tulajdonságok nem csupán általános toxikológiai szempontból fontosak, hanem esetenként meghatározó szerepük lehet speciális szaporodásbiológiai, reprodukciós zavarok előidézésében is.

10.7. A környezeti toxikológia története Paul Müller fedezte fel a DDT rovarölő hatását, mivel melegvérű állatokra úgy találták, hogy nincs hatással a DDT, ezért széles körben alkalmazták a II. vh. alatt és után. Müller 1949-ben Nobel díjat kapott a DDT felfedezéséért. Számos országban sikerült nagymértékben visszaszorítani a maláriás megbetegedések és halálozások számát a szer alkalmazásának következtében. Az 1950-es években már kiterjedt házi használata volt DDT-nek, s mellette más rovarölő szereknek is. 1962-ban Rachel Carson „Silent Spring” című könyve megjelenik, melyben kifejti a környezetet szennyező, káros anyagok hatását az élővilágra. Gyakorlatilag e mű megjelenésé jelenti a környezeti toxikológia kezdetét. Carson sikeresen hívja fel a tudósok és a politikusok figyelmét a súlyos környezetszennyezés problémájára, és ha lassan is, de a DDT (melyről időközben bebizonyosodott, hogy felhalmozódik a melegvérű állatok szervezetében és súlyosan toxikus hatású) alkalmazását egyik ország tiltja be a másik után. Az USA-ban 1973-ban

felfüggesztik az alkalmazását. Az alábbi

táblázatban röviden

összefoglaljuk a közelmúltban bekövetkezett súlyos környezeti katasztrófákat, melyek az emberi populációt is érintették.

6.táblázat. A közelmúltban bekövetkezett súlyos környezeti katasztrófák Hely

Toxikus anyag

Tünet

Detroit, USA, 1930 London, EK,1952

tri-o-krezil foszfát SO2 a levegőben

Toyama, Japán, ∼1950

kadmium a rizsben

Minamata, Japán, ∼1950

metil-higany halban

neurotoxicitás halálozás tüdő és szívproblémák miatt vese és csontbetegségek neurológiai

119

Érintettek száma 16000 3000 200 ~1200

Törökország, 1956

hexaklórbezol lisztben

Marokkó, 1959

tri-o-krezil foszfát

Nyugat-Európa, 1950-60 Fukuoka, Japán, 1972 Madrid, 1981 Bhopal, India, 1984

thalidomid-Contergan poliklórozott bifenilek toxikus olaj az ételben metilizocianát

elváltozások neurológiai elváltozások neurológiai elváltozások fókalábúság bőrelváltozások különböző légzési elégtelenség

4000 10000 10000 1700 20000 600000

Toyama városhoz közeli bánya kadmium tartalmú szennyvizével öntözték a rizsföldeket az 1950-es években, az emberi szervezetben a rizs elfogyasztásával nagy mennyiségű kadmium halmozódott fel, s súlyos vesekárosodást okozott az érintetteknél. Az ipari környezetszennyezés egyik legsúlyosabb katasztrófája a Minamata-ügy volt. Japánban található Minamatában az 1950-es években létesült egy műanyagokat előállító vegyi gyár, mely a gyártáshoz katalizátorként higany tartalmú vegyületet használt. A tisztítatlan szennyvizet a közeli tengeröbölbe bocsátották ki. A Minamata-öbölben a szennyezés miatt megnőtt a higany mennyisége, amit az algák megkötöttek és az őket evő halak húsában koncentrálódott. A halakat az ember elfogyasztotta a higannyal együtt. Ez 1022

emberéletet

követelt és 752-en súlyosan megbetegedtek. A mérgezés következtében sok gyerek született súlyos torzulásokkal, szörnyű emléket állítva az emberi figyelmetlenségnek és a környezetszennyezésnek. Azóta negyven év telt el, és a japán szakemberek csak most nyilvánították tisztának a Minamata-öböl környékét és ehetőnek az ott kifogott halakat. Ezért hamarosan elkezdik felszedni azt a védőhálót, amely 1974 óta lezárta a mérgezett vizű öblöt a halak elől. Mindkét esetben a táplálékláncban halmozódott fel a méreg, s a lánc csúcsán emberhalált okozott. Törökországban (1956) gombaölő szerként (Voronit) (hexaklór-benzol hatóanyag) alkalmazták, s így került a lisztbe. A Voronit elképesztően stabil molekula: bioakkumulációra és biomagnifikációra egyaránt képes, neurológiai elváltozásokat okoz. 1957. október 1-jén a Német Szövetségi Köztársaságban a düsseldorfi Grünenthal nevű vállalat – mely az ismert Henkel konszern tagja – piacra dobta a Contergan nevű gyógyszert. Ez a készítmény számos országban került forgalomba, mintegy 20 féle néven, a tájékoztató szerint jól használható köhögés, pánikbetegség, migrén ellen, pszichés nyugtatószerként.

A

Contergan

hatóanyaga

az

traumák

alfa-ftálimido-glutártárimid,

esetén melynek

molekulaszerkezetét régóta ismerték. Nem terhelina máj anyagcseréjét, és a hányingert is csillapítja. Az összetett hatásának megfelelően sokan szedték, hiszen majd' 4 éven át nem volt 120

vényköteles gyógyszer, így bárki megvásárolhatta orvosi felügyelet nélkül. A terhes kismamák számára sem volt ellenjavallt, a gyógyszer egyik jelentős célcsoportja éppen az áldott állapotban levő anyák voltak. Nem csoda tehát, hogy 1958-ban 20 millió tablettát adtak el havonta. A széles hatásspektrum, a szabad vásárlás jelentős extraprofitot jelentett az egyéb iránt jelentős politikai befolyással rendelkező Grünenthal Vállalatnak. 1958 második felétől növekedett a halva, vagy embrionális fejődési rendellenességgel született gyermekek száma. Jellemzően érzékszervi károsodás, végtagok fejlődési elváltozása volt megfigyelhető. A jelenség okát kutató orvosok a kezdettől gyanakodtak a gyógyszerre, hiszen a közös pont a kismamák életében a Contergan volt. Kimagaslóan magas volt a rendellenes szülések száma, amelynél az anya a terhesség 27-30. napja közt szedett a gyógyszerből. A gyártó cég befolyása jókora lehetett, hiszen csak 1961-ben tették a gyógyszert vénykötelessé. Ma közel tízezer, immár 40 év feletti ún. Contergan-bébi él Németországban. 1972-ben Fukuokában a rizsbe illetve az étolajba kerültek ploklórozott bifenilek, súlyos bőrelváltozásokat okozott az érintetteknél. Az indiai Bhopalban működő rovarölő szereket előállító gyár egy baleset következtében 40000 tonna metilizocianát gázt juttatott a levegőbe, melynek következtében 3000 ember halt meg közvetlenül és több százezren betegedtek meg. A katasztrófa következménye 150000 halott volt.

10.8. Toxikus anyagok sorsa a környezetben Ebben a fejezetben tárgyaljuk- a teljesség igénye nélkül - a legjelentősebb környezeti terheléssel bíró anyagok jellemzőit, ökotoxikológiai hatásait. A környezetszennyezés káros hatásainak felismerése óta megkezdődtek olyan vizsgálatok, melyek a természetes ökoszisztémákban lejátszódó folyamatok mesterséges modellezésére irányulnak. Ezen modellkísérletek kiemelkedő jelentőségűek, hiszen a nem kellően átgondolt, megtervezett emberi beavatkozás természetes rendszerekben gyakran nem a várt, hanem épp ellenkező hatást vált ki. Az individuum és a természetes ökoszisztémák is rendelkeznek tűréshatárral, képesek kompenzálni belső szabályozással az őket ért kismértékű károsító antropogén hatásokat. Ha a hatás meghaladja a rendszer tűréshatárát, a belső kompenzáció nem érvényesül. A modell ökoszisztéma vizsgálatokkal tanulmányozhatjuk laboratóriumi körülmények között a természetes ökoszisztémákban lezajló folyamatokat. A modell olyan zárt rendszert alkot, melyben az élőlények egymással dinamikus egyensúlyban vannak. A levegőbe a toxikus anyagok főként égetéssel, füstöléssel, porozással, aeroszolok 121

formájában, a peszticidek (rovarölő szerek) permetezéssel jutnak. De a peszticidek párolgással, a talajra juttatott szilárd forma a légmozgással, illetve oldódás után bomlásterméke gőz vagy gáz formájában ugyancsak a levegőbe juthat. A különböző felhasználási területekről a levegővel a peszticidek lakott területekre sodródhatnak. Peszticidek használata esetén meghatározzák a maximálisan alkalmazható koncentráció (MAK) értéket, így a mezőgazdasági és ipai területekről a szabad légtérbe jutó és sodródó peszticidek olyan nagy hígításban fordulnak elő, hogy egészségkárosító hatásuk elhanyagolható. A levegőszennyezés egyik súlyos következménye a légköri ózonréteg elvékonyodása. A freon-11 (CFCl3) és a freon-12 (CF2Cl2) hűtőgépekben és dezodorokban alkalmazott gáz, melyek nagymértékben jutottak ki a légkörbe. Ezekből UV fény hatására klórgyökök hasadnak le, amelyek katalizálják az ózonmolekulák bomlását. A Földet 18-25 km magasságban körülvevő ózonréteg (ózonpajzs) elnyeli a káros 220-320 nm hullámhosszú UV-sugárzást. E jótékony hatását azonban veszélyeztetik olyan gázok, melyek hozzájárulnak az ózon bomlásához (N2O, CO, CH4, freonok stb.). 1968-ban fedezték fel, hogy az Antarktisz felett jelentősen csökkent a légköri ózon koncentrációja, azaz megvékonyodott az ózonpajzs. Ez helytelenül „ózonlyuk" néven került a köztudatba (hisz lyukról szó sincs). Az ózonréteg elvékonyodása azt eredményezi, hogy a káros ultraibolya sugarak eljutva a Földre az embereknél bőrrákot és genetikai károsodásokat okozhatnak. Az ózonréteg védelmében számos nemzetközi együttműködés jött létre. Számos ország vállalta szerződésekben, hogy csökkenti, illetve leállítja az ózont károsító anyagok (elsősorban a freonok, N2O) kibocsátását, mely még ma is igen magas. A légszennyezés „leghétköznapibb” formája a szmog-képződés, melyről a későbbiekben teszünk részletes említést.

122

10. ábra. Az ózon mennyiségének változása a sztratoszférában 1950 után

Bizonyos szerek közvetlenül a talajba/ra kerülnek. A vízoldékony peszticidek illetve a bomlástermékek lejuthatnak a mélyebb rétegekbe és szennyezhetik a talajvizet. A vízben nem oldódó szerek a talaj felső rétegében maradnak és abiotikus illetve biotikus úton (mikroorganizmusok) lassan átalakulnak, elbomlanak. A lebomlást befolyásolja a talaj fizikai és kémiai sajátosságai (típusa, szemcsenagysága, szervesanyag tartalma, kémiai tulajdonságai, nedvességtartalma), flórája, faunája. Azonban a környezetbe juttatott peszticidek jelentős része igen perzisztens, a DDT esetén ez 8-15 év. A feszíni vizek egyrészt a talajvízből szennyeződhetnek, másrészt a levegőből is bekerülhetnek szennyező anyagok. Sajnos, a felszíni vizek szennyezettsége nő, a víz minősége romlik, a vízi szervezetekben kumulálódnak a toxikus anyagok, ami pusztulásukhoz vezet, megbontva az ökológiai egyensúlyt. Az ember a szennyezett ivóvízzel illetve a toxikus anyagokat tartalmazó halak fogyasztásával kontaminálódhat. A vegyi anyagokat ma már igen széles körben használjuk az ipari tevékenység során, de akarva-akaratlanul a káros anyagok egy része kijut a környezetbe. Az élővilág terhelése elsősorban ipari, mezőgazdasági, háztartási és közlekedési eredetű. Ma már nincs a Földnek olyan része, ahol ne lenne kimutatható a környezetbe jutott szennyeződés: • a sarki jégsapkában kimutatták az autók kipufogógázaiból származott ólmot; • a földi légkör magasabb rétegeibe is feljutottak az ózonréteg bomlásában szerepet játszó vegyületek; • a légköri nukleáris robbantások hosszú felezési idejű radioaktív izotópokat juttatnak a környezetbe. Környezetvédelmi szempontból szükségessé vált a nemzetközi szabályozás. Az ENSZ 123

Stockholmi Környezetvédelmi Világértekezletét 1972-ben rendezték meg, ahol 113 állam részvételével

irányelveket

Környezetvédelemmel

fektettek

foglalkozó

le

a

nemzetközi

környezetvédelemre szervezetek:

Egyesült

vonatkozóan. Nemzetek

Környezetvédelmi Programja (UNEP), Egyesült Nemzetek Nevelésügyi, Tudományos és Kulturális Szervezete (UNESCO), Egyesült Nemzetek Egészségügyi Világszervezete (WHO), Egyesült Nemzetek Élelmezés és Mezőgazdasági Szervezete (FAO). Természetesen Romániában is számos törvény lépett életbe a környezet megóvásának érdekében. Tekintsük át röviden, hogy az emberi tevékenység által a környezetbe juttatott toxikus anyagoknak mi lesz a sorsa. A levegőbe kerülő szennyező anyag gyorsan eljut a kibocsátás helyéről nagy távolságokra is a légmozgással. Szerencsére a légmozgások következtében fel is hígul a mennyisége. A felszíni vizekbe kerülő anyagok sorsa a következő lehet: beoldódnak, lebegnek, leülepednek, kémiai hatásokra átalakulnak. Gyakori jelenség tavakban az eutrofizáció, mely műtrágyák tavakba mosódása során jön létre. A vízbe kerülő nitrogénben és foszforban gazdag műtrányák bőséges tápanyagot szolgáltatnak az algák számára, s azok túlságosan elszaporodnak. A talajba bekerült toxikus anyagok sorsa függ a talaj tulajdonságaitól, illetve az anyag saját kémiai jellegétől. Ha a toxikus anyag perzisztens, akkor hosszú ideig jelen marad a talajban, és a termesztett növények felvehetik, s ezeket elfogyasztva az állatok szervezetében is megjelenhet, illetve az emberi szervezetbe is bejuthat. Az ábrákon láthatóak azok az ijesztő adatok, amelyek midenképpen a cselekvésre hívják fel a figyelmet. Az ipari tevékenység és a belőle elszármazó szennyező anyagok olyan méreteket öltöttek/öltenek, hogy a környezeti katasztrófák kerülése érdekében változtatni kell az eddigi hozzáálláson (11., 12., 13. ábra).

124

11. ábra. A világgazdaság, a népesség és a vegyszertermelés növekedése

12. ábra. Szerves vegyszerek gyártásának dinamikája

13. ábra. A világ aranygyártásának mennyiségi mutatói 1880 és 2007 között

125

11. KÖRNYEZETBEN ELŐFORDULÓ TOXIKUS ANYAGOK

11.1. Levegőben terjedő toxikus anyagok 11.1.1. Szmog Kedvezőtlen meteorológiai és szennyezési körülmények összejátszása folytán füsttel telített köd, szmog keletkezhet. Az elnevezés a “smoke” és a ”fog” szavak összevonásából jött létre. Két típusa van: a londoni redukáló- és a Los Angeles-i oxidáló fotokémiai szmog. Londoni típusú szmog Az egyik legnevezetesebb szmog-képződést Londonban észlelték 1952 decemberében. December 5-én az idő jelentősen lehűlt az előző hetekhez képest, és az emberek nagyobb mennyiségű szenet tüzelek el, nagy mennyiségű égésterméket kibocsátva a levegőbe. A szél nem fújt, és a levegő elég nedves volt a földfelszín közelében. A körülmények ideálisak voltak a redukáló szmog kialakulásához. Napközben még nem volt vastag a köd, de estére leszállt és „lenyomta” a füsttel keveredett nedves légréteget a városra. A szél csak december 10-én fújta el a szmogfelhőt az Északi-tenger felé. A szmog következtében 12000 ember vesztette életét és tízezrek betegedtek meg. Mostanában egyre ritkább ez a szmogtípus. 2001-ben, Barcelonában (Spanyolország) az évi átlagos SO2 koncentráció elérte a 3 µg/m3, Münchenben (Németország) 4 µg/m3, Londonban a 7 µg/m3 (1999-es adat) és Varsóban (Lengyelország) a 13 µg/m3 értéket. Azonban néhány napon a SO2 koncentrációja sokkal magasabb értékeket is elérhet. 2001-ben a legmagasabb órás érték Varsóban 211 µg/m3, Londonban (1999-es érték) 106 µg/m3, Barcelonában 70 µg/m3 és Münchenben 17 µg/m3 volt.

14. ábra. Szennyező anyagok mennyisége a levegőben a londoni szmog idején

126

Szén- és olajtüzelés következtében, főleg télen magas relatív nedvességtartalom mellett szokott jelentkezni ez a típusú szmog. Normális körülmények között a magasabb légrétegek hidegebbek, így a kéményekből kiáramló meleg füst felszáll. Hőmérsékleti inverzió esetén a városok fölé a magasban meleg légréteg borul, és nem engedi a szennyezőanyagok szétoszlását. Fő szennyezők a kén-dioxid és a füst. A ködben a kén-dioxidból kénsav keletkezik. A klinikai tünetek: kötőhártya-gyulladás, fejfájás, mellkasi fájdalom, köhögés, köpet, fulladás és esetleg hányás. Főleg a csecsemők és az idős emberek a veszélyeztetettek. Los Angeles-i típusú szmog Az 1940-es években Los Angeles környékén a nagy autóforgalom, erős napfény besugárzás, magas

páratartalom

következtében

alakult

ki

szmog.

Ilyen

körülmények

között

nitrogénoxidok, szénmonoxid, szénhidrogének, UV-sugárzás hatására ózon, hidrogén-peroxid, aldehidek

képződnek.

Klinikai

tünetek:

csökken

a

vitálkapacitás,

látásélesség,

koncentrálóképesség, légutak ingerlékenysége nő, szemirritáció, fejfájás, légzési nehézség alakul ki. Az ózon csökkenti a tüdő védekezőképességét, megnő a tüdőgyulladás, tüdővérzés lehetősége. A kipufogógázból a nitrogén-oxidok és a szénhidrogének (változó antropogén és biogén forrásból) reakcióba lépnek a napfény jelenlétében, és ártalmas gáz- és aeroszol keveréket hoznak létre. A fotokémiai szmog ózont is tartalmaz, formaldehideket, ketonokat és PAN-t (peroxiacetil nitrátok). Az ózon a sztratoszférában 12 mg/m3 koncentrációjú értéket is képes elérni, azonban a Föld felszínén a 0,04 mg/m3 értéket nem szokta meghaladni. A fentiekben említett anyagok mindegyike ingerli a szemet és károsítja a légzőrendszert. A szmog hatással van a növényzetre is. Ez a típusú szmog fordul elő inkább a nagyvárosokban nyaranta. Ez helyettesíti a London-típusú szmogot számos városban valamilyen módon 1960 után, jelenléte számottevő Nyugat-Európában 1980 óta.

11.1.2. Por és korom További káros anyagok a városok levegőjében a por és a korom. 1999-ben például a 10 mikrométernél (PM10) kisebb átmérőjű anyagok koncentrációja Londonban 21,8 µg/m3, Budapesten 29,5, Rómában 43,3, Sevillában 44,4 és 45,4 Krakkóban. Összehasonlításként Krakkóban az 1970-es és 1980-as években az évi átlagos koncentráció meghaladta a 100 µg/m3-t és télen még a 200 µg/m3-t is, köszönhetően az acélgyártásnak és az erőműnek. Ezeket a gyárakat modernizálták, attól kezdve és a termelésük is csökkent, így a levegő minősége jelentősen javult. 127

11.1.3. Azbeszt Az azbeszt hat különböző szilikátásvány összefoglaló neve. Különböző magnézium-szilikát összetételű, 100-200 µm vastagságú tűszerű kristályokból felépülő az azbeszt amfibol (ide tartozik a krokidolit vagy kékazbeszt, az amosit, az aktinolit, az intifillit és a tremolit) és krizotil típusú formái különböztethetők meg, viszonylag stabilak lúgokkal szemben, mechanikus erők hatására a rostok lazíthatóak. Felhasználás: azbesztcement, fék- és tengelykapcsoló betétek, tömítések, tűzvédelem. A hosszú, vékony azbeszt kristályok (rostok formájában) belélegezve a légutak legszűkebb szakaszaiban elakadnak, de lejutnak a tüdőhólyagocskákba is. A belélegzett szemcsék (5-200 µm hosszú, 1-2 µm széles) nem tudnak távozni a tüdőből. Az azbeszt okozta megbetegedések túlnyomó többsége halálos kimenetelű. A dohányzás és az azbeszt együtt igen veszélyes hatású, tüdőrák kialakulásának kockázata miatt (15. ábra). Ma már tiltott anyag az azbeszt.

15. ábra. Tüdőrák relatív kockázata különböző terheléseknél

11.2. Szerves szennyező anyagok

11.2.1. POP-ok, perszisztens szerves szennyezők (Persistent Organic Pollutants) A környezetet szennyező ipari és mezőgazdasági tevékenység során számos - a természetben lassan lebomló szerves szennyezőanyag (POP) - jutott és jut ki a mai napig. A POP vegyületek csoportjára általánosan jellemző, hogy toxikusak, perzisztensek, bioakkumulációjuk gyakori, károsítják az élő szervezeteket és a környezetet, szennyezők akár távol a kibocsátás helyétől is. Ez a négy tényező, amely megkülönbözteti a POP-kat a többi vegyülettől, szintén meghatározza, hogy milyen messzire ható következményeik lehetnek a környezetben. A biológiai felhalmozódásnak és a tartósságnak a kombinációja lehetővé teszi, hogy a POP-k az egész élővilágot meghódítsák, és úgyszólván a végtelenségig keringjenek benne. A POP-k 128

emellett igen tartósak is. Még ott is, ahol ezeket a vegyületeket 30 vagy annál több éve betiltották, mint például az Egyesült Államokban, továbbra is megtalálhatók a talajban, a vízben és testi zsírszövetekben. Számos egészségügyi probléma visszavezethető olyan szennyezés-kibocsátásokra,

amelyek

jóval

az

áldozat

születése

előtt

már

véget

értek. A POP-k kevéssé oldódnak vízben, viszont az élő szervezetek zsírszövetéhez jól kötődnek. Az állatok és az ember testében felhalmozódnak, elsősorban az elfogyasztott táplálékból. Ahogy ezek a vegyi anyagok egyre feljebb kerülnek a táplálékláncban, biológiailag feldúsulnak, ami azt jelenti, hogy a táplálkozási láncban minden láncszem vagy faj elfogyasztja az őt megelőző láncszem által felvett szennyezést, ami hozzáadódik a sajátjához, és a hatás felerősödik. Ha kikerültek a környezetbe, a POP-k behatolnak ártatlan fajokba, távoli ökológiai rendszerekbe, és útjuk során minden addiginál nagyobb koncentrációkban halmozódnak fel. Sokan közülük a légkörön keresztül vándorolnak, lecsapódnak és felhalmozódnak a talajban vagy a vízben, aztán megint elpárolognak, és gyakran többször megismételve ezt a kört, a világ minden

sarkába

eljutnak.

A

tudósok

megvizsgálták

az

albatroszokat

egy távoli

menedékhelynek tűnő területen, a Midway-atollon - ami körülbelül félúton fekszik Japán és Kalifornia között, közel a nemzetközi dátumválasztó vonalhoz. Sok itteni madár ahhoz hasonló mennyiségű DDT-t, PCB-t és a dioxinhoz hasonló vegyületeket hordoz, mint ami legyengítette az észak-amerikai Nagy-Tavak vidékén a fehérfejű halászsasokat. Emellett a fakéreg, amit több mint 90 helyről gyűjtöttek néhány trópusi és mérsékelt égövi fejlődő országból is azt mutatta, hogy a DDT, a klordán és a dieldrin mindenütt jelen van, függetlenül attól, hogy milyen távoli is az adott terület. A sarki zónák a világ legnagyobb POP-szemétgyűjtői annak ellenére, hogy ezek a területek a Föld felszínének csak 13,4 százalékát teszik ki. Mivel itt nem egészen hat hónapig van csak rendszeres nappali világosság és a lebomlás, a párolgás és a metabolizmus lassú a metsző hidegben, a POP-k itt különösen hosszú életűek. Ámbár az összes POP-oknak csak egy töredéke teszi meg az utat a sarkokig, könnyen felhalmozódnak igen nagy koncentrációkban a tengeri élőlényekben. Mivel e távoli területek bennszülött lakói igen nagy mennyiségben fogyasztják az ottani halakat és tengeri emlősöket, amelyek a tápláléklánc csúcspontján vannak és igen zsírosak, ezért étkezésük különleges veszélyt hordoz. Néhány évvel ezelőtt a kutatók olyan kontroll-populációt kerestek, amely kevéssé- vagy egyáltalán nincs kitéve a modern vegyi anyagoknak, és figyelmük az Északi-sark felé fordult. Amit találtak, az teljes meglepetés 129

volt. Kanada távoli északnyugati területén és a Baffin szigeten a bennszülött lakók, jóval a sarkkörön túl, a legfertőzöttebb emberek a világon. Egy falásnyi nyers bálnazsír, ez az eszkimó ínyencség, amit “muktuk”-nak neveznek, több PCB-t tartalmazhat, mint amit a kanadai kutatók szerint egy hét alatt el lehetne fogyasztani. Az eszkimó asszonyok anyatejében 2-10-szer annyi PCB és 10-szer annyi klordán van, mint a dél-kanadai asszonyokéban, annak ellenére, hogy több ezer kilométerre laknak a legközelebbi mezőgazdasági övezettől.

7. táblázat. A "piszkos tizenkettő" közé tartozó POP-k gyártása és felhasználása Bevezetés éve 1949

Világtermelés összesen (t) 240000

Klordán

1945

70000

DDT

1942

2,8-3 millió

Dieldrin

1948

240000

Endrin

1951

Heptaklórdán

1948

Hexaklórbenzol

1945

1977-ben 3119 tonna 1974-ben az USA-ban 900 tonna 1-2 millió

Mirex

1959

Nincs adat

Toxafén

1948

1,33 millió

PCB-k

1929

1-2 millió

1920-as évek

1995-ben 10,5 tonna

Aldrin

Dioxinok

130

Tervezett felhasználás Rovarölő szer, amit a talajkártevők ellen használtak (elsősorban termeszek ellen), gabonára, gyapotra és burgonyára; füstölőszer. Számos terményféleség védelmére és termeszirtásra használható rovarölő szer. Házi- és mezőgazdasági használatra, moszkitók ellen. Rovarölő szer gyümölcsök, talaj és különböző termények, például gabona, gyapot és burgonya kártevői ellen. Rágcsálóirtó és rovarölő szer gyapotra, rizsre és kukoricára. Rovarölő szer talajkártevők és termeszek ellen; tűzhangyairtó szer; malária elleni szer. Gombaölő szer. A peszticidgyártás mellékterméke is, és más peszticid-termékek szennyezője. Rovarölő szer tűzhangyák, levélvágó hangyák és aratóhangyák ellen. Lángmentesítő szer is. Az egyik legstabilabb és legperszisztensebb peszticid. Rovarölő szer, különösen kullancsok, atkák hernyók ellen, valamint a gyapot kártevői ellen. 670 vegyület keveréke. Elsősorban folyadék formában használatos dielektrikumként kondenzátorokban és nagy transzformátorokban, hidraulikus folyadék és hőátadó közeg. Nem folyadék formában impregnálószerként és szénmentes szénmentes másolópapírban, festékekben, ragasztókban, valamint műgyantákban lágyítószer. Égési melléktermék, különösen műanyagok és klórtartalmú termékek gyártása és papírfehérítés során.

1920-as évek

Furánok (dibenzofuránok)

Melléktermék, főleg a PCB-knél, gyakran dioxinokkal együtt.

Az Aarhusi POP jegyzőkönyv (ENSZ/EGB 1998) és a Stockholmi POP Egyezmény ENSZ/UNEP 2001) rögzítette a környezetben tartósan maradó szerves szennyező anyagok (POP) listáját. A POP-ról szóló, 2001 májusában, Stockholmban aláírt megállapodás az 1992es riói csúcstalálkozó óta eltelt évtized egyik legnagyobb környezetvédelmi eredménye. Egy kevésbé mérgező világ kulcsfontosságú alapelveit körvonalazza, vagyis hogy meg kell akadályozni az új toxikus, nem lebomló, bioakkumulatív vegyi anyagok bevezetését; csökkenteni kell a meglévők mennyiségét; helyettesíteni kell őket kevésbé veszélyes anyagokkal, és nagy óvatossággal kell eljárni mindenféle vegyszer esetében. Az egyezményben foglalt kilenc növényvédő szert már legalább 60 országban betiltották; a szerződés egyik értéke, hogy elindítja ennek a listának a kibővítését (8. táblázat). A POP-k kivonása alapvető változtatásokat tesz szükségessé

a

szabályozásban,

az

üzleti

életben, a mezőgazdaságban, és általában a társadalomban. Számos eszköz segíthet felgyorsítani az átalakulást, például az adattárak létrehozása és a peszticidek megadóztatása.

8. táblázat. A „piszkos tizenkettő” közé tartozó POP-k szabályozása Vegyület

Tiltó országok

Korlátozó országok

Importot tiltó országok

Aldrin

72

10

52

Klórdán

57

17

33

DDT

60

26

46

Dieldrin

67

9

53

Endrin

65

9

7

Heptaklórdán

59

17

36

Hexaklór-benzol

59

9

4

MirexTM

52

10

n.a.

ToxapheneTM

58

12

n.a.

PCB-k

9

4

5

Dioxinok

0

23

n.a.

Furánok

0

22

n.a.

131

11.2.2. PAH-ok, policiklusos aromás szénhidrogének A természetet szennyező vegyületek közül egyre nagyobb gonddal vizsgálják a levegőbe, a talajba, az élővizekbe, a növényekbe és az állatokba jutó poliaromás szénhidrogéneket (PAH). A szakirodalomban általában rövidített névvel (PAH-ok) szereplő policiklikus aromás szénhidrogének

nagy

molekulatömegű,

fenantrén-származékok,

4-7

benzolgyűrű

összekapcsolódásából eredő vegyületek gyűjtőfogalma. A fokozott érdeklődés oka egyrészt az, hogy a PAH vegyületek közül jó néhány bizonyítottan mutagén és/vagy karcinogén hatású, másrészt pedig években mérhető a lebomlási/felezési idejük. Poliaromás szénhidrogének minden olyan esetben képződnek, amikor szerves anyagok elégnek. Nem teljes égés eredményeként keletkeznek, főleg az üzemanyagok rossz hatásfokú égése során. A keletkező PAH vegyületek összetétele, mennyisége mindig a hőhatás nagyságának és idejének a függvénye. Szinte biztos, hogy keletkeznek a túlhevített és sokáig használt sütőolajakban is ilyen típusú vegyületek, különösen, ha odaég a az élelmiszer a sütés során. A háztartási zsíradékok használata és ártalmatlanítása tehát nagy körültekintést igényel. Nem illékonyak, olvadáspontjuk magas, vízben nehezen oldódnak. Foglalkozási expozíció, közlekedés, ételek grillezése, dohányzás során kerülhetnek a szervezetbe. Felszívódnak a bőrről, a tüdőből, a gyomor- és bélrendszerből, könnyen áthatolnak a sejthártyán (apoláros, lipofil vegyületek). A tüdőbe kerülő

koromszemcsékhez

kapcsolódó

PAH-ok

egy

részét

a

csillószőreinek működéseeltávolítja, más részük azonban bejut a sejtekbe. Az

nyálkahártya ott

keletkező

bomlástermékeik a diol-epoxi vegyületek, amelyek rákkeltők. Számos PAH vegyület károsítja az immunrendszert. Kísérletileg az is igazolt, hogy ha a születés körüli időszakban jutnak be a szervezetbe, életre szólóan megváltoztathatják a hormonok termelését. Emlősök szervezetében reaktív vegyületté alakulnak, DNS-hez kötődnek. Mutagén, karcinogén vegyületek. Az emberre gyakorolt hatásuk (természetesen más

légszennyezőkkel

együttesen): fejfájás, nehézlégzés, mellkasi fájdalom, köhögés, hányás, hasi görcsök. A PAHok legjobban ismert képviselője a benz(a)pirén (BaP). Maga a BaP is kb. 20-féle további vegyületre bomlik a sejtekben. További PAH vegyületek (16. ábra.) a naftalin, antracén.

naftalin

fenantrén

16. ábra. A naftalin és fenantrén szerkezeti képlete 132

benz(a)pirén (BaP)

pirén

antracén

krizén

trifenilén

koronén 17. ábra. PAH-ok szerkezeti képlete

11.2.3. Furánok A furánok aromás heteociklusos vegyületek. Az Egyesült Államok egyes vidéki körzeteiben még szokásos, az ország más részein már tiltott

eljárás,

hogy

a

házi

szemetet

nyitott

fémhordókban elégetik. New York állam Egészségügyi Minisztérium kutatói megállapították, hogy ez az égetés a légkörbe jutó dioxin és furán egyik fő forrása. A kísérletek során 55 gallonos (nagyjából 200 literes) nyitott fémhordóban égették

a

szemetet, és mérték a két vizsgált anyag felszabaduló mennyiségét. A szemét újságokból, könyvekből, szórólapokból, magazinokból, hullámpapírból, tejesdobozokból, ételmaradékból, 133

műanyag- és többrétegű kannákból, palackokból állt. Nem tettek bele festéket, olajat, gumiabroncsot, sem más veszélyes háztartási hulladékot, amelyek tovább rontották volna a helyzetet. A mérések azt mutatták, hogy az alacsony égési hőmérséklet és a rossz égési körülmények folytán egyetlen négyfős család szemetének az elégetése több dioxint, furánt és más poliklórozott szerves vegyületet termel, mint egy több tízezer lakosú város szemetének jól működtetett, a szabványoknak megfelelő égetőműben történő elhamvasztása. Az 1994 óta végzett mérések eddig lényeges eltérést találtak a dioxin mért emissziója és a mért keletkezése között. Úgy tűnik, hogy a háziszemét egyedi égetése lényegében megmagyarázza az eddigi különbséget.

Tetrahidrofurán

Benzofurán

18. ábra. Tetrahidrofurán és benzofurán szerkezeti képlete

11.2.4. Halogénezett szénhidrogének 11.2.4.1. PCB-k, poliklórozott bifenilek A PCB-k klórozott, aromás szénhidrogének (19. ábra). Az ipari vegyszerek eme csoportját az 1970-es években elektronikai cikkek gyártásánál használták, de Európában betiltották, miután kiderült, hogy erősen toxikusak és beépülnek az élő szervezetbe. Az 1920-as években kezdték el először használni a poliklórozott bifenileket. Széles körben elterjedt használatuk a műanyag, gumi- és festékgyártásban, továbbá tűzálló anyagként is gyakran használják őket. 1970-ben kimutatták, hogy szennyezik a környezetet és ugyanakkor az élővilágot, rákot okoznak, gyengítik

az

immunrendszert,

befolyásolják

a

nemzőképességet.

Felszívódnak

a

légzőrendszeren, a bőrön, a gyomor-bél rendszeren át, metabolizálódnak, átjutnak az anyatejbe, felhalmozódnak a zsírszövetben. Károsítják a DNS-t, karcinogén hatásuak. Az 1970-es évektől kezdve világszerte fokozatosan betiltották a poliklórozott bifenilek használatát. A régi elektromos transzformátorokban és építőanyagokban azonban még mindig jelen vannak, továbbá kimutathatók az emberi szervezetben és az élővilágban is. A poliklórozott bifenilek olyan ellenálló, szervezetben felhalmozódó vegyszerek, amelyek a zsírokban raktározódnak el. 134

Ahogy nő a koncentrációjuk, úgy terjednek tovább a táplálékláncban. Halakkal táplálkozó madarakban figyelték meg a csőr deformálódását PCB hatására. Emberi táplálékba (különösen a húsba és a tejbe) könnyen bejutnak. Yusho-betegség: Japánban a rizsolaj PCB-vel volt szennyezett, gyengeség, szemhéjvizenyő, bőrelszineződés, pattanásszerű elváltozások voltak tapasztalhatóak. Manapság nagy mennyiségben a különböző hulladékok égetésével még mindig nagy mennyiségben jutnak a levegőbe.

19. ábra. PCB-k szerkezeti képlete Kevésbé toxikusak azok a PCB-k, melyekben a klóratomok 2-es helyzetekben vannak, erősen toxikusak azok a PCB-k, melyekben a klóratomok 3,4,5-ös helyzetekben vannak.

11.2.4.2. Poliklór-dibenzo-para-dioxinok és furánok (PCDD, PCDF) Dioxin elnevezés alatt a poliklórozott-dibenzo-p-dioxin és a poliklórozott dibenzofurán vegyületeit, illetve izomerjeit értjük. A poliklór-dibenzo-para-dioxinok (PCDD) és a poliklórdibenzo-furánok (PCDF) közös háromciklusos, aromás éterek. Összesen 135 PCDF és 85 PCDD izomer létezik. A PCDD/F-ok az elővegyületeikből (prekurzorokból) termikus folyamatok során keletkeznek. Ezeket a folyamatokat a réz és egyéb, reaktív felülettel rendelkező anyagok katalizálják. A katalizált folyamatoknak különösen a hulladékégetés során van jelentősége. A 2,4,5-triklórfenol hőkezelése alapvetően a 2,3,7,8-TCDD képződéséhez vezet. A pentaklórfenol termolízise során oktaklór-benzo-p-dioxin keletkezik, aminek további deklórozásával kisebb klórozottsági fokú izomerek képződnek. A poliklórozott bifenilek, mint a prekurzorok további képviselői, a termolízis során PCDF-et termelnek. További prekurzorként a difeniléter és a klórbenzolok ismeretesek. A dioxinképződés természetes útja az erdőtüzek, vagy fosszilis energiahordozók és fa égetésekor sem zárható ki.

20. ábra. PCDD és PCDF szerkezeti képlete 135

A peroxidáz enzim hatására in vitro és in vivo kimutatható a PCDD/F biológiai képződése klórfenolból. A fentiek alapján a szennyvíztisztítás, a komposztálás és a korábban klórral fehérített papírral végzett folyamatok során dioxinképződéssel lehet számolni. A tüzek valószínűleg mindig dioxinok forrásai voltak, mégis vannak bizonyos nyomok arra vonatkozóan, hogy a dioxinok szintje a környezetben a második világháború után a kőolajkémiai ipar növekedésével, valamint a nem megfelelően kivitelezett hulladékégetéssel együtt kezdett növekedni. Manapság – a hatásos intézkedések eredményeképpen – már csökkenő tendenciát mutat a dioxinok szintje. Néhány poliklórozott aromás vegyület a gyártás alatt akaratlanul is szennyeződhet dioxinnal. Ilyen volt például a fatartósításra használt pentaklór-fenol (PCP) vagy a klórozott fenoxi-ecetsav gyomirtók a 2,4–D, illetve a 1,4,5–T vagy a dielektromos folyadékok, a poliklórozott bifenilek (PCB). Számos égési eljárásban is keletkezik dioxin, bár ezek koncentrációját az égetés körülményeivel minimalizálni lehet. Ilyen források a városi szemét, a kórházi és ipari hulladékok, de mindenekelőtt a fáradt olajok égetése, az alkalmi erdőtüzek és a cigarettafüst. Valószínű, hogy a legfontosabb források a szemétégetők, a szén és a gépjárművek kipufogógázai. A dioxinok jelenléte a városi szemétégetők füstgázaiban és pernyéjében teljesen általános. A PCDD és a PCDF prekurzorok 500 °C fölött keletkeznek és 850 °C fölött elbomlanak, amennyiben az oxigénellátottság megfelelő, a turbulencia kielégítő és a tartózkodási idő az égetőben több mint 1 másodperc. Dioxinok akkor is képződhetnek, ha a gázok elhagyják az égetőkemencét és a kibocsátás előtt keresztülmennek a tisztító- és hűtőrendszeren. Ez a 250–400 °C-os hőmérséklet tartományban történik, különösképpen oxigén, víz, sósavgáz és a részecskék széntartalma jelenlétében. Bármilyen fémnyom katalizátorként hathat, valószínűleg a réz a legaktívabb. A PCDD/F-k nem illékony, zsírokhoz erősen

kötődő

(lipofil),

vízben

kevésbé

oldódó,

klórtartalmú

szerves

vegyületek.

Vízoldhatóságuk 3,5·10–04 és 3,6·10–07 mg/l közötti; a lipofil tulajdonságot jelző oktanol/víz logaritmusos megosztási hányadosuk 6,8-10,6 közötti, molekulatömegük 305-460 között változik. A 2,3,7,8-szubsztituált izomereknek kiemelkedően magas a biológiai és kémiai stabilitása és a toxicitása. Általánosságban a PCDD/F-k jól ellenállnak savaknak, lúgoknak, redukáló és oxidáló anyagoknak, és nagy a hőstabilitásuk is. Csak néhány enzim és erős oxidálószerek (ózon) képesek a PCDD/F-ket kémiailag lebontani. A termikus bomlás csak 800 136

°C felett indul meg. A PCDD/F-ok stabilitása a klóratomok számával nő. Ez a nagymértékű stabilitás és a zsíroldhatóság kedvez az élő és élettelen környezetben való felhalmozódásnak. A PCDD/F-ok rendkívül ellenállóak a kémiai és fizikai behatásokkal szemben, ami magas felezési időket jelent. Az atmoszférában, napfény hatására a lebomlás viszont néhány óra alatt végbemegy. A legfőbb lebomlási folyamatként a direkt vagy indirekt pirolízis és a magas hőmérsékleten lezajló termikus bomlás feltételezhető. A biológiai lebomlás jelentősége másodlagos, a peroxidáz enzimekkel lezajló lebomlás hatékony. Mivel a PCDD-k és PCDF-ek kis gőznyomású szilárd anyagok, amelyek majdnem oldhatatlanok vízben, így ezek a tényezők jelentősen gátolják mozgásukat a környezetben. Erősen adszorbeálódnak a talaj szerves anyagaiba és nem könnyen öblítőnek ki eső- vagy talajvízzel, bár az adszorbens talajrészecskékkel együtt mozoghatnak. Száraz talajokban van bizonyos PCDD és PCDF gőzdiffúzió a pórusokban, de ez nagy szervesanyag tartalmú talajokban – mint például a tőzeg – sokkal kisebb, mint homokban. A fokozatos transzport bármelyik irányban megtörténhet, de a felszínhez közel a mozgás inkább felfelé irányul. Minél több klóratomot tartalmaz a szennyező anyag, annál lassabban mozog. Bizonyos vizsgálatokból arra lehet következtetni, hogy a 2,3,7,8-TCDD felezési ideje talajban 10 év is lehet, ez azonban a helyi körülményektől változik. A dioxin legfontosabb transzportútja: égetéssel bejut az atmoszférába, majd onnan kiülepedve bekerül a talajba, vízbe, növényzetbe. A növényeket elfogyasztják az állatok (és az ember), s a hús elfogyasztásával az állati- és emberi szervezetben is megjelenik. A dioxinok elsősorban a táplálékláncon keresztül jutnak be a szervezetbe, és ott a zsírszövetekben akkumulálódnak. Az utóbbi években különböző határ- és irányértéket határoztak meg, amelyek kapcsolatban vannak az elviselhető napi felvétellel (ADI, Acceptable Daily Intake). A dioxinok toxicitása a szubsztituált klóratomok számától és molekulán belüli elhelyezkedésétől

függ.

A

teljesen

oldalirányban

klórozott

(2,3,7,8)

izomerek

a

legtoxikusabbak. Mérgezőképességüket toxicitási egyenértékkel (TE) fejezik ki, melyekkel az egyéb, 2,3,7,8-szubsztituált izomerek toxicitása fejezhető ki a 2,3,7,8-TCDD-hez viszonyítva. Az össztoxicitás (I-TE) az egyes izomerek tömegkoncentrációja (C) és toxicitási faktora (TE) szorzatainak összege. Bár az állatokban a rákkeltő hatás bizonyított, a rendelkezésre álló adatok alapján nem lehet egyértelműen állást foglalni a humán karcinogén hatást illetően. Ehelyett a Világegészségügyi Szervezet egy becsült irányértéket ad meg, amelyet meghaladva intézkedéseket kell tenni, e szint csökkentésére. Az állatkísérletekből megállapították a 2,3,7,8137

TCDD-re a „nincs hatás”, illetve a „minimális hatás” koncentrációt a toxicitás legfontosabb területein, így a immuntoxicitás, a reprodukciós toxicitás és a karcenogenitás területén. Ezeket a koncentrációkat napi, testtömeg-kilogrammonkénti 2,3,7,8-TCDD-felvételben fejezték ki pikogramban. Mivel a 2,3,7,8-TCDD-n kívül más dioxinról nagyon kevés információ áll rendelkezésre, nagy biztonsági faktort alkalmazva, minden toxicitási hatást a 2,3,7,8-TCDD toxicitásához viszonyítva fejeznek ki, és ezt a toxicitási egyenérték faktorban adják meg. Ez az érték felnőttekre 10 pg/kg/nap, gyerekekre 1 pg/kg/nap.

11.2.4.3. 2,3,7,8-tetraklór-dibenzo-p-dioxin (TCDD) Nem elhanyagolható szempont, hogy ilyen szerves vegyület a természetben nem létezett addig, amíg az emberi tevékenységek melléktermékeként meg nem született a 20. század derekán (21. ábra). Ez a négy klóratomos molekula a legveszélyesebb emberi kéz által alkotott méreg.

21. ábra. TCDD szerkezeti képlete

Kiindulópont a gyárak TCDD-t tartalmazó melléktermékeinek kihelyezése a környezetbe, ahol a tápláléklánc legalján elhelyezkedő egyedektől szépen lassan eljut az emberhez, de közben többszörösen akkumulálódik, ahogy „vándorol” egyedről egyedre, ezzel sokkal erősebb hatást fejtve ki az érintett személyeknél. Az ember a legnagyobb mennyiségű TCDD-hoz (90%-ban) táplálkozás útján jut hozzá, a maradékot (10%) a levegőből szívja be. A vegyület kizárólag zsírban oldódik, így tökéletesen bele tud ivódni az állati, majd azok elfogyasztása után az emberi zsírszövetekbe. Ezután megindul a leépülés, melynek kezdeti tünetei a fáradékonyság, idegrendszeri panaszok, majd a szarkóma (kötőszövet eredetű rosszindulatú daganat), és más tumorfajták, de amíg ezek megjelennek, akár 15 év is eltelhet. A környezetszennyezés hatásaként az emberi szervezetben kis mennyiségben ugyan, de világszerte megtalálhatók. A vietnami háborúban lombtalanításra használt, dioxintartalmú „Agent Orange”-ot még évtizedekkel később is kimutatták a veteránokban. A testben lévő dioxin folyamatosan pusztít: rákkeltő, károsítja az immun- és idegrendszert, szív- és érrendszeri károsodásokat okoz. Jellegzetes mérgezési tünet az ún. klórakne, 2004 138

szeptemberében megmérgezett Viktor Juscsenko arcát ez torzította el. Az ukrán politikus szervezetében a szokásos TCDD-szint 6000-szeresét találták. 2004-ben végzett európai dioxinfelmérés szerint az összes dioxin-légszennyezés 62 százaléka a városi hulladékégetőkből, a színesfémiparból, a közlekedésből és a háztartásokból származott. Az elmúlt évtizedekben több olyan ipari baleset történt, amelyek során TCDD került a munkások szervezetébe illetve a környezetbe. 1949-ben az Egyesült Államokban, NyugatVirginiában a Monsanto gyárában a TCDD 122 munkásnak okozott enyhébb-súlyosabb tüneteket. 1953-ban Ludwigshafenben 1963-ban Amszterdamban, 1967-ben Angliában, 1965 és 1969 között Csehszlovákiában észleltek TCDD okozta megbetegedéseket. 1971-ben az Egyesült Államokban, a Missouri állambeli Times Beachben TCDD-t tartalmazó olajjal portalanítottak egy lovardát: néhány nap alatt madarak százai, néhány macska és kutya, és hatvanöt ló pusztult el. Ám csak három évvel később derültki, hogy a mérgezés oka a TCDD volt. Alaposabb vizsgálatra csak 1982-ben került sor, amikor a talaj szennyezettsége miatt ki kellett telepíteni a környék lakosságát. A leghírhedtebb ipari baleset 1976-ban történt az észak-olaszországi Sevesoban. A Hoffman-La Roche cég egyik leányvállalatának ottani üzemében egy robbanás miatt 5 kg TCDD-t került a környezetbe. Napokon belül pusztulni kezdtek az állatok, és a

gyerekeken

bőrtünetek léptek fel. Szerencsére a polgármester idejében megtiltotta a zöldségfélék és gyümölcsök fogyasztását. Hétszáznál több embert kitelepítettek, a szennyezett területen beszüntették a mezőgazdasági termelést. Háromezernél több gerinces állat pusztult el, főleg nyulak és sok macska, birka, marha és disznó is. A mérgezések utáni első időszakban főképp a növényevők hullottak el, a macskák és a kutyák jóval kisebb mértékben. Az ember aránylag ellenálló, de ennek okát nem tudjuk. A TCDD-vel kezelt állatokra jellemző tüneteket az emberen alig észlelték, az embereket persze hosszabb ideig kell megfigyelni. A TCDD-vel érintkezésbe került emberek sok tünetét nem is hozzák kapcsolatba a mérgezéssel. Korábban nem kerestek összefüggést például a TCDD-terhelés és a szív-, vagy belső elválasztású mirigyek betegségei, esetleg más megbetegedések között. Seveso környékén a balesetet következő 16 hónapban azért érzékelhetően megnőtt a vetélések és a fejlődési rendellenességek száma. Ránk, emberekre a legnagyobb veszélyt a TCDD daganatkeltő és az immunrendszert károsító hatása jelenti. A TCDD fő forrásai mégis a vegyi üzemek és az égetőművek. A hulladékégetők környékén legelő tehenek teje mindig több TCDD-t tartalmaz az átlagosnál. A háztartási hulladékban mindig akadnak klórtartalmú szénvegyületek, például PVC. Ezekből a 139

szokásos 700-800 °C-on való égetés közben TCDD is keletkezik. (Ezért kell a veszélyes vegyi hulladékokat 1200 °C felett elégetni.) TCDD keletkezik akkor is, ha kigyullad egy nagyobb transzformátor, mert szigetelőfolyadéka poliklórozott bifenilszármazékokat tartalmaz. Ilyen esemény után az épületet alig lehet megtisztítani

a

mérgező

anyagtól.

A

TCDD

természetidegen anyag, a természetben gyakorlatilag lebonthatatlan, továbbá olyan sok állati és emberi működésre hat, hogy következményei szinte kiismerhetetlenek. Fokozza a veszélyt, hogy az idült mérgezés hosszú ideig tüneteket sem okoz. A TCDD által mérgezettek kezelésére semmiféle megelőző vagy gyógyító eljárásunk nincs. A garéi hulladéklerakóban 62000 rozsdás hordóban tárolja sok éve a Budapesti Vegyiművek a tetraklór-benzol tartalmú hulladékát. A hordókból lassan szivárognak a környezetbe a veszélyes anyagok, s köztük a legveszélyesebb, a dioxin. A 22. ábrán a dioxinok és a furánok környezetbe juásának módjait látatjuk.

22. ábra. A dioxinok és furánok legfontosabb kibocsátási forrásai

Az alábbi ábrán (23. ábra) a dioxinok előfordulását látjuk élelmiszerekben. Az emberi szervezetbe elsősorban a hús- és tejtermékekkel jut be nagyobb mennyiségű dioxin.

140

23. ábra. Dioxin bevitel élelmiszerek által az USA-ban 11.2.4.4. Klórozott szénhidrogének A klórozott szénhidrogének magukba foglalják mindazon szénhidrogéneket, melyek a legkülönbözőbb helyeken, vagy a gyűrűben, vagy a láncban klórral helyettesítettek. A klórtartalommal kapcsolatban általános szabály, hogy minél nagyobb mértékű a klór szubsztitúció, annál hatékonyabb a vegyület mint növényvédő szer, és valószínűsíthetően annál ellenállóbb a természetes bomlással szemben. Jellemző tulajdonságuk, hogy a talajhoz, a fenéküledékhez jól kötődnek, s miután nehezen bomlanak, ott tartósan megmaradnak. Így például a DDT nyomait a felhasználási helytől több száz kilométerre, sőt az Északisarkból kiolvasztott hóban is ki lehetett mutatni. Másik tulajdonságuk, hogy vízinövényekben és állatokban és ez által az élelmiszerláncban felhalmozódnak. Így például a DDT a vízben előforduló koncentrációjához képest a halakban 10000-szeresére is képes felhalmozódni. Ezen veszélyes tulajdonsága miatt – bármilyen hatékony peszticidnek is bizonyult – a DDT-t a legtöbb helyen betiltották. Helyette a metoxiklórt alkalmazzák, mely hasonlóan nagyhatású szer, de kevésbé perzisztens, s így a melegvérűekben nem halmozódik fel, mérgező koncentrációja is nagyságrendekkel magasabb. Nem aromás klórozott szénhidrogének között megemlítjük az aldrint, lindánt, toxafént, endoszulfánt. Az aldrin és a belőle keletkező dieldin szintén perzisztens, így használatát több országban szintén betiltották. A lindán, toxafén, endoszulfán kevésbé halmozódnak fel, de melegvérűekre mérgezők, hazánkban inkább ezek voltak használatosak. A klórozott 141

szénhidrogének

bonthatósága

összefüggésben

van

azok

vízoldhatóságával.

Minél

oldhatatlanabb a növényvédőszer, annál valószínűbb, hogy ellenáll a biokémiai lebontási folyamatoknak, s így várhatóan nagyobb az akkumulálódás mértéke. A dieldrin oldhatósága két nagyságrenddel nagyobb, mint a DDT-é, s ez összefüggésbe hozható a sokkal nagyobb perzisztenciával. A klórozott szénhidrogének dehalogenizálódása a természetben 2-5 év alatt, a dealkileződés 4-10 hónap alatt megy végbe. Általánosan elmondható, hogy a klórozott származékok hatásukat elsősorban az idegrendszerre fejtik ki, azáltal, hogy az idegszövet tulajdonságait megváltoztatják. A felszíni vizekbe kerülő klórozott szénhidrogének amellett, hogy közvetlen toxikus hatást fejtenek ki az alacsonyabb rendű vízi élőlényekre, beépülhetnek a táplálékláncba. A klórozott szénhidrogének erős idegmérgek. Hatásuk az alacsonyabb rendű szervezetek aerob illetve anaerob légzésnek blokkolásában nyilvánul meg. Az aldrint és a dieldrint (24., 25. ábra) 1949-ben szintetizálták először, és a Julius Hyman & Co. licence alapján a jól ismert Shell cég forgalmazta, Octalene és Octalox neveken. Az endrint és az izodrint úgyszintén a Shell próbálta kifejleszteni, igaz, kevés sikerrel. Pontosabban az Amerikai Egyesült Államok repülőterein, mint egyetlen „túlélő”

a

kilencvenes

években,

csupán az endrin használható fel - még kimondani is kínos - eredeti céljától eltérően madárirtóként (a biztonságos repülés érdekében). Az aldrinnak és ikertestvérének, az izodrinnak az alkotóelemeit kőolajból vonták ki. A dieldrin az aldrintól, az endrin az izodrintól „született”, azonos kémiai eljárással. A környezetben ezek az anyagok nem bomlottak le, az eredeti dieldrin mennyiségének még tizenhét évvel a kipermetezése után is 39 százalékát tudták kimutatni a talajból. S mivel zsírokban kitűnően oldódnak, bioakkumulációra képesek a lipidekben gazdag szövetekben. Vízi környezetben a kutatók valami további érdekeset tapasztaltak: a planktonok a vízhez viszonyítva több százszoros mennyiségben halmozták fel magukban az aromás klórozott szénhidrogéneket (közéjük tartozik az aldrin és a dieldrin is). E méreg töménysége a kis halakban már több százezerszeres volt, az azokat fogyasztó ragadozó halakban és madarakban több milliószoros. Ez a biomagnifikáció jelensége. Mindezt szárazföldi táplálékláncokban is észlelték. A dieldrint felhasználó körzetekben radikálisan csökkent a ragadozó madarak (baglyok, héják, sólymok és sasok) meg a kis ragadozó emlősök (rókák és borzok) száma. Az aldrint és a dieldrint 1975-ben tiltották be egyes országokban. Legtovább a termeszek ellen használták. A termeszvárak felületét permetezték le velük, s jó tizenhét-huszonegy évvel az 142

aldrin és a dieldrin alkalmazása után a kezelt talaj még mindig pusztította a termeszeket. Az aldrin és a dieldrin immunhiányos állapotot képesek okozni, megzavarják a gerincesek hormonális háztartását (a madarakban puha héjú tojások képződnek). Ellenben - meglepő módon - kevés, de annál nyilvánvalóbb tény mutat arra, hogy rákkeltők. Az aldrin és a dieldrin ugyanis a kivételek közé tartoznak, s úgy van rákkeltő hatásuk,

hogy

közben

nem

mutagének.

Leginkább

májbetegségeket

okoznak,

az

enzimrendszert megváltoztatva. Mindazonáltal a 1990-es évek észak-amerikai vegyészeti gyárai még mindig szállítottak aldrint és dieldrint a fejlődő országokba, annak ellenére, hogy odahaza ezek felhasználását 1975-ben, gyártásukat pedig 1985-ben betiltották.

Aldrin

Izodrin

24. ábra. Aldrin és az izodrin szerkezeti képlete

Dieldrin

Endrin

25. ábra. Dieldrin és az endrin szerkezeti képlete

143

Számos más ebbe a vegyületcsoportba tartozó inszekticidet állottak elő a vegyiparban. A klordánt (26. ábra) mesterségesen állították elő, a természetben ez a vegyület nem fordul elő. Peszticidként használták az USA-ban 1948-1988 között. A használatát 1988-ban teljesen betiltották. A klordán erősen kötődik a talajrészecskékhez, a talajvízzel nem mosódik ki, lassan bomlik le, és így akár 20 évig is a talajban marad. Károsítja az idegrendszert és az emésztőrendszert, akkumulálódik a szövetekben.

26. ábra. Klordán szerkezeti képlete

A hexaklórciklohexán (HCH) (27. ábra) szintén inszekticid. A gamma-HCH közismert neve lindán. Feltételezett karcinogén anyag. Amerikában pár állam kivételével betiltották, Európában még helyenként használják, csakúgy, mint néhány fejlődő országban. Könnyen bekerül a mezőgazdasági területekről a vizekbe.

HCH

Lindán

27. ábra. 1,2,3,4,5,6-hexaklórociklohexán (HCH) és Lindán szerkezeti képlete

A diklór-difenil-triklór-etánt (DDT) még 1874-ben állította elő először O. Zeidler, aztán a DDT feledésbe merült. Rovarölő tulajdonságát 1934-ben Paul Müller felfedezte fel, 1948-ban orvosi Nobel-díjat kapott érte. A vegyületet - Gesarol, Guesarol, Neocid, Supracide Combi és Ultracid Combi néven - a második világháborúban a tífuszt, pestist, maláriát és sárgalázt terjesztő tetvek, bolhák és szúnyogok ellen használták (28. ábra). 144

28. ábra. DDT szerkezeti képlete

Ez a régen ismert anyag még nagy hígításban is rendkívül hatásos kontaktméreg a rovarokra, kezdetben a melegvérűekre teljesen ártalmatlannak tartották. Ez az anyag egyszerűen és olcsón volt előállítható, és hatása hosszú ideig megmaradt. A Gesarol (a DDT hatóanyagú rovarirtó szer) szerepet játszott a második világháborúban a szövetségesek győzelmében, mert segítségével el tudták pusztítani a tífuszt terjesztő tetveket. Alkalmazásának leglátványosabb sikerét 1944-ben érte el Nápolyban, amikor a szövetségesek a város felszabadítása után olyan higiéniai viszonyokat találtak, hogy tífuszjárvány kitörésétől tartottak. Ekkor nemcsak a hadsereg tagjait, hanem az egész lakosságot is "beporozták" DDT-vel, és így sikerült is megelőzni a járvány kitörését. A háború vége felé ugyanezt tették a hadsereg újoncaival, sőt a tengeren túlra indulásuk előtt DDT-vel impregnált fehérneművel látták el őket. Lassanként azonban kiderült, hogy a DDT kezdetben előnyösnek vélt tulajdonságai nem is olyan kedvezőek hosszú távon. Rájöttek, hogy nem szelektív hatású, s a hasznos rovarokat is válogatás nélkül elpusztítva ökológiai zavarokat, károkat okoz. Amit pedig a legkedvezőbb tulajdonságának véltek - nem illékony és a természetben hosszú ideig nem bomlik le -, rendkívül hátrányosnak bizonyult, hiszen a kipermetezett DDT a talajvízzel a folyókba és a tavakba jutva felhalmozódott az algákban, onnan a táplálékláncon át a halakba, majd a madarakba került, az utóbbiak szervezetében felhalmozódott. A DDT használatának következményeit a környezetre a legfrappánsabban Rachel Carson írta le a "Néma tavasz" című könyvében. Mindezek eredményeként, mintegy húsz évvel bevezetése után, a DDT használatát betiltották a fejlett országokban. A DDT csodálatos hatásával kapcsolatos lelkesedés a háború után sem szűnt meg, ezzel irtották a betegségterjesztő szúnyogokat, sőt az istállók falát is bepermetezték vele, hogy kipusztítsák a legyeket, a kórokozó baktériumok hordozóit. 145

11.2.4.5. PBB - polibrominált-bifenilek Az 1970-es években terjedt el a poliklrózott/polibrómozott bifenilek használata, elsősorban elektronikai berendezésekbe, építőanyagokban alkalmazták, mint égést gátló anyagot. Az emberi szervezetre káros anyagok, bejutva súlyvesztést, bőrelváltozásokat, ideg- és immunrendszeri elváltozásokat okoznak. A PBB-vel rokon vegyületcsoport a polibromináltbifenil-éterek (PBDE) (29. ábra).

PBB

PBDE

29. ábra. PBB és PBDE szerkezeti képlete

A hexabrómciklodeánt (HBCD) és a tetrabrómbiszfenolt (TBBPA) is jelenős mennyiségben alkalmazták, mint égést gátló anyagot pl. különböző műanyagokban (30. ábra).

HBCD

TBBPA

30. ábra. HBCD és TBBPA szerkezeti képlete

11.3. Peszticidek A peszticidek növényvédőszerek, a „kártevők” elleni védekezésre (kártevők emberi szempontból) használt vegyi anyagok. Csoportosítani lehet őket kémiai tulajdonságaik és felhasználásuk szerint.

146

Felhasználásuk alapján megkülönböztetünk: •

herbicidek: gyomirtó szerek;

• fungicidek: gombaölő szerek; • inszekticidek: rovarirtó szerek; • rodenticidek: rágcsálóirtók; • molluszkicidok: csigairtó szerek; • akaricidok: atkaölő szerek; • nematocidok: fonalféreg ölő szerek. A peszticidek a modern vegyipar egyik legfőbb termékei. A peszticidek feladta az ember szempontjából kártevő élőlények elpusztítása. Más vegyi anyagokkal szemben a peszticidek funkciójuknál fogva mérgek, tehát kivétel nélkül veszélyes vegyi anyagok, sok rákkeltő, mutagén és más károsító hatással. Hazánkban számos káros hatású peszticid van forgalomban, amelyek szennyezik a környezetet és károsítják az élőlényeket, számos növényvédőszer maradék megtalálható az élelmiszerekben is. Számos peszticidről derült ki, hogy komolyan károsítja az emberi egészséget (DDT, lindán). Lassan bomlanak le, ezért szinte minden mezőgazdasági területén és minden emberben kimutathatóak. Módosítják a Föld ökológiai rendszerét, csökkentik a biodiverzitást. Peszticideket azért használunk, hogy segítsék a termelést, ezáltal jobblétet biztosítsanak az egész társadalomnak, de a peszticidek használatnak számos mellékhatása van.

11.3.1. Peszticidek használata hazánkban A XX. század elejétől folyamatosan növekvő peszticid használat a hatvanas-hetvenes években tetőzött hazánkban. Ekkor használtak nagy mennyiségben igen szennyező, perzisztens klórozott

szénhidrogéneket.

A

rendszerváltást

követően

egészen

az

ezredfordulóig

folyamatosan csökkent a mezőgazdaságban felhasznált vegyszerek mennyisége. A csökkenés valós, ám a mind hatásosabb hatóanyagokból kevesebb mennyiség kell ugyanazon eredmény eléréséhez. 2000 óta újra folyamatosan növekszik a mezőgazdaságban felhasznált kemikáliák mennyisége. A gazdasági szervezetek által művelt terület 95%-án végeztek herbicides, 44%-án fungicides, 35%-án inszekticides és 17%-án egyéb vegyszeres növényvédelmi kezelést. Az Európai Uniós csatlakozás óta a mezőgazdaság minőségének javulását várjuk. Kérdéses azonban, hogy ez a gyakorlatban nem a vegyszerhasználat további növekedését hozza-e magával, hisz az EU mezőgazdasági programja, a SAPARD nem ösztönzi kellőképpen a 147

növényvédőszer használat csökkentését. A program célkitűzései a versenyképesség javítása, a környezet védelme és a vidéki régiók fejlesztésének segítése. Az Európai Bizottság több hatóanyagot betiltott 2007-től, melyeket ez után csak akkor lehet megvásárolni, ha az adott ország erre speciális engedélyt kér, arra hivatkozva, hogy az anyag az országban “esszenciális”, nem helyettesíthető elérhető módon. Hazánkban az EU csatlakozásnak és különböző nemzetközi szerződéseknek köszönhetően az utóbbi időben szerencsére számos káros peszticid engedélyét nem hosszabbították meg, sajnos az “essential use” követelmények alóli könnyítés lehetőséget kihasználva sok anyagot, például az atrazint még több évig lehet forgalmazni és felhasználni hazánkban. Ma Romániában több mint 200 olyan növényvédőszer hatóanyag van forgalomban, melyeket különböző okokból a WHO, az Egészségügyi Világszervezet veszélyes anyagnak minősített. Az Európai Unió minősítése szerint hazánkban 25 forgalomba hozható hatóanyag nagyon mérgező, 34 mérgező, 87 ártalmas és 19 irritáló hatású. A WHO listáján hazánkban 7 engedélyezett hatóanyag valószínűleg rákkeltő, és további 35 szintén valamelyik karcinogenitási kategóriában szerepel. Peszticidek sajnos az élelmiszerekben is előfordulnak. A rendszerváltás előtt a növényi termékek peszticid szennyezése 1,5-2%-os arányú volt. Ez az érték 1994-ben, a peszticidpiac felszabadítása után 5-6%-ra nőtt, 1996-ban 4%-volt (ebből 2.3% a betiltott hatóanyagok), 1997-ben üvegházi termékekben 16.5% volt szennyezett (12,6% betiltott, 5,6%-ban határérték felett, néhány esetben mindkettő). Gyakran szennyezett termékek: • saláta; • retek; • csemege szőlő; • üvegházi paprika és paradicsom. A környezetbe kijutott növényvédőszereket bekerülve az ökológiai rendszerekbe, károsítják az élőlényeket. Az USA-ban a fácán állomány is károsodott peszticidhasználat következtében, amit a közvetlen mérgezés hatásán túl a táplálékként szolgáló rovarok számának csökkenése is okoz a fiatal fácánok számára. Egy nemrég készült német tanulmány szerint a peszticid használat jelenleg éves szinten 5 millió Euro kárt okoz az ország amúgy is erősen károsodott biodiverzitásában. A természetben számtalan faj szabályozza, alakítja egymás populációjának egyedszámát, ebbe a nagyon érzékeny természetes egyensúlyba 148

avatkoznak be brutálisan a növényvédőszerek. A peszticidek gyakran pusztítják a kártevők természetes ellenségeit is. A Benomil nevű fungicid alkalmazása után több hernyófaj elszaporodhat, terméskiesést okozva. Meglepő, de ilyen esetekben általános gyakorlat további növényvédőszerek alkalmazása az előző szer hatására felszaporodott fajok elpusztítására. Meg kell említeni, hogy számos rovarfajnál alakul ki rezisztencia az alkalmazott peszticiddel szemben. 1990-ig 504 rovarról és 273 gyomfajról bizonyosodott be, hogy létezik peszticid-rezisztens változata. Kaliforniában emiatt 1,1-szeres megtérülésre csökkent az ideális négyszeresről a peszticid használat megtérülés a bagolylepkék elleni védekezés során. Indiában, a maláriát terjesztő szúnyogok elleni vegyszeres védekezés következtében az 1960-as évek elejére a korábbi többmilliós évi fertőzés 41 ezerre csökkent, ám manapság a rezisztencia következtében a megbetegedések száma már 50 milliót is meghaladja évente. Sok manapság is gyakran használt peszticid perzisztens vízszennyező, nehezen, lassan bomlik le; legismertebb ilyen anyag az atrazin. Hazánkban tömegesen használtak fel POP-nak minősített hatóanyagokat. Csak a vizek peszticidtartalmának vizsgálata több mint 1 milliárd dollárba került 1987-ben az USA-ban. Közel 400 növényvédőszer hatóanyag van forgalomban hazánkban, ám ezeknek csak egy részére van határérték az ivóvízben. A természetes vizekre azonban ritkán vannak határértékek, ezt a vegyipari cégek ki is használják. Az Európai Élelmiszer-biztonsági Hatóság (EFSA) 2009 júliusában nyilvánosságra hozott tanulmánya rámutat, hogy Romániában 354 peszticidet mutattak ki gyümölcsökben és zöldségekben, 72 peszticidet pedig gabonafélékben.

149

11.3.2. Inszekticidek Az előző fejezeteken kívül, néhány egyéb inszekticidre utalunk, illetve megadjuk az inszekticidek egyes csoportjait.

11.3.2.1. Növényi eredetű inszekticidek

piretrin

nikotin

31.ábra. Piretrin és nikotin szerkezeti képlete

A piretrin megtalálható a Chrysanthemum cinerariaefolium növény virágzatában, mint hatóanyagot Iránban és Kaukázusban régóta használják, a kereskedelemben a XIX. század közepe óta terjedt el. Növényvédőszerként Bécsben 1810-ben már alkalmazták. A bécsi piacra Zacherl vezette be, innen ered a készítmény zacherlin neve. Európában később több helyen jó eredménnyel használták a piretrint porozó- és permetezőszer készítéséhez, a szőlőmoly első generációja ellen arzénvegyületek helyett alkalmazták. A piertrin tartalmú készítmények melegvérűekre nem veszélyesek, emberre halálos dózisnak számít 100 g ilyen készítmény. A mérgezés enyhébb tünetei: helyileg érzéstelenít, bőrgyulladást okozhat, allergiát válthat ki. Heveny mérgezés esetén érzéstelenséget okoz ajkakon, nyelven. Idült ekcémát is kiválthat. Belélegzése náthát, tüsszögést, fejfájást, hányingert, hányást, hasmenést, bélgörcsöket, súlyosabb esetekben eszméletlenséget, izombénulást, esetleg légzésbénulásos halált okozhat. A piretrin nem halmozódik fel az emberi szervezetben. A nikotin az alkaloidok közé tartozó szerves vegyület. A burgonyafélék termelik: sok van a dohányban, kevesebb a paradicsomban és a burgonyában. A szervezetben aktiválja a nikotinos acetil-kolin receptorral rendelkező sejteket, az így felszabaduló adrenalin pedig növeli a pulzusszámot, a vérnyomást és a vér glükóz-szintjét, illetve szapora légzést okoz. Bár a nikotin erős méreg, az öngyilkossági esetektől és a balesetektől eltekintve közvetlen halált ritkán okoz, egyrészt mert a dohánytermékekben található hatóanyag egy része elég, mielőtt a szervezetbe 150

kerülne, másrészt mert a krónikus fogyasztás hozzászoktat. Mivel a nikotin növeli az agy dopaminszintjét, fogyasztása súlyos függőséghez vezet. Egyes tanulmányok szerint addiktív hatása erősebb, mint a kokainé és a heroiné. A nikotin a Nicotiana nemzettség (dohány, kapadohány) jellemző fő alkaloidája. A nikotin színtelen, jellemző szagú, gyengén lúgos folyadék. Mesterségesen is előállítható. Teljes rovarölő hatást a balraforgató 1-nikotin biztosít. Levegőn megbarnul, és rossz szagúvá válik. Vízben, alkoholban, éterben és olajokban jól oldódik. A nikotin a legerősebb mérgek közé sorolható, mert emberre testsúly kg-onként 0,01 g halálos lehet. Fontos növényvédőszer és gyógyszeripari alapanyag. A különböző dohányfajták nikotin-tartalma a talajtól és tápanyagoktól függ. A dohány nikotin-képzésének kedvez a száraz időjárás, a kálium- és nitrogéntrágyázás, a virágzat eltávolítása. A dohánylevél nikotin-tartalma 8 %-ot is elérhet. A nálunk termesztett dohányfajták nikotin-tartalma 3,4 %-ig terjed. A növényvédelemben használt nikotint kapadohányból és dohányhulladékból állítják elő. A növényvédelmi nikotin barnapiros, kellemetlen szagú, 95-98%-os tisztaságú, erős méreg, méhekre veszélyes folyadék. Mérgező hatását, mint légzési-, érintő- (kontakt) és gyomorméreg fejti ki, melyek közül elsődlegesen, és legerősebben, mint légzési méreg hat. A rovar testébe a légzőnyílásokon át hatol be gáz vagy folyadék alakjában, és az idegsejteket, valamint az idegközpontot bénítja. Önmagában nem tapad jól, ezért tapadó-, áztató- és nedvesítőképességét káliszappannal vagy más felületaktív anyag hozzáadásával fokozzák. Szükség szerint keverhető nedvesítőszer nélkül, mészkénlével, bordóilével. A nikotin a sejtek ún. nikotinos acetil-kolin receptoraihoz kötődve depolarizálja a sejtmembránt, előidézve ez által a nikotinos acetil-kolin receptorral rendelkező sejtek aktiválását. Nikotinos acetil-kolin receptorok a központi idegrendszer egyes sejtjein, a vegetatív idegrendszer dúcaiban és a harántcsíkolt izomsejtek membránjában található. Normál, élettani körülmények között az acetil-kolin nevű jelátvivő anyag e receptorokon keresztül fejti ki a központi és a vegetatív idegrendszer sejtjeire gyakorolt módosító hatását. A nikotin, stimulálva e sejtek funkcióit, először túlműködést, később, ahogy kimerülnek a sejtek raktárai, a sejtek gátlását idézi elő. Élettani szempontból elsősorban a vegetatív idegrendszerre gyakorolt hatása jelentős, a leírt módon először serkenti, majd bénítja a szimpatikus idegrendszert. Nagyon erős méreg, a dohányos által naponta elszívott adagok a halálos dózis sokszorosát tartalmazzák, azonban rövid féléletideje és a krónikus fogyasztása során kialakult tolerancia miatt cigaretta szívásával csak nagyon kemény munka árán lehetne elérni a letális értéket. A mérgezés tünetei az általános szimpatikus aktivitáson (szapora pulzus, magas 151

vérnyomás, stressz-hormonok kiáramlása) túlmenően hányás, hasmenés, szédülés, émelygés formájában jelentkeznek. A szimpatikus aktivitást rövidesen sokk, majd keringés-összeomlás követi. Ha nem áll be a halál, a nikotin hamar lebomlik, és a beteg állapota rendeződik. Mérgezés általában balesetként, ritkán kriminális vagy öngyilkossági szándékból következik be.

11.3.2.2. Szintetikus inszekticidek Karbamát inszekticidek

bendiokarb

karbaril

32. ábra. Beniokarb és karbaril szerkezeti képlete A bendiokarb egy akut toxikus hatású karbamát rovarirtó, használják közegészségügyben és a mezőgazdaságban, mivel hatékony és széleskörű hatással pusztítja a vektor rovarokat. A bendiokarb tartalmú termékek Ficam és Turcam kereskedelmi nevek alatt ismeretesek. Minden bendiokarb-tartalmú termékeket az Egyesült Államokban a közelmúltban visszavontak, mivel további biztonsági vizsgálatok szükségesek az Egyesült Államok Környezetvédelmi Hivatala (EPA) részéről. Más országokban még mindig használják lakások, ipari üzemek, és az élelmiszerek tárolási helyének ellenőrzésére, szúnyogok, legyek, darazsak, hangyák, bolhák, csótányok és kullancsok ellen, de használják a csigák és meztelencsigák ellen is. Ezt a rovarirtó vegyületet a Világ Egészségügyi Szervezet felhasználja a malária ellenőrzésére. A bendiokarb nem tekinthető a rákkeltő anyagnak, de akut mérgező tulajdonságú. Akárcsak más karbamátok, gátolja az acetilkolineszteráz enzimet, megzavarja a normális idegi impulzusok továbbítását. A bendiokarb aktív helyéhez kötődik az enzimnek, ami felhalmozódást okoz acetilkolinban. A bendiokarb 1971-ben volt szintetizálva, és először a Fisons cég vezette be a piacra. Jelenleg a Bayer cég forgalmazza különböző márkanevekkel: Ficam, Dycarb, Garvox,

152

Turcam, Niomil, Seedox, Tattoo. A bendiokarb erősen mérgező a madarakra és a halakra. Az emlősök szevezetéből a karbamátok általában gyorsan ürülnek, és nem halmozódnak. A karbaril (1-naftil-metilkarbamát) vegyi szempontból a karbamátok családjába tartozó vegyi anyag, elsősorban rovarölőszerként használják. Színtelen, fehér kristályos szilárd anyag, Sevin márkanév alatt értékesítik, a Bayer cég szabadalma. A vegyületet a Union Carbide cég felfedezte fel, 1958-ban vezették be a kereskedelembe. A Bayer cég 2002-ben felvásárolta a Union Carbide növényvédőszer előállítási kapacitásait. Továbbra is a harmadik legnagyobb mennyiségben használt rovarölőszer az Egyesült Államokban és hazánk mezőgazdaságában is. A karbaril kolineszteráz inhibitor tulajdonságú, mérgező hatású az emberre. Az Egyesült Államok Környezetvédelmi Hivatala (EPA) minősítése szerint valószínűleg humán karcinogén hatású. Elpusztíthatja a különféle hasznos rovarokat és rákokat, így oda kell figyelni, ha permetezést hajtanak végre ahol hasznos fajok is vannak jelen. A karbaril akut toxikusú a méhekre, ezek tömeges pusztulása tapasztalható olyan területeken, ahol a karbaril alkalmazására került sor. Ha a karbaril az emberi szervezetbe jut, gyorsan metabolizálódik és kiürül a vizelettel. Az Egyesült Királyságban, Ausztriában, Dániában, Svédországban, Németországban és Angolában a karbaril használata nem engedélyezett.

Nitro-alkil-fenol származékok

33. ábra. 2-metil-4,6-dinitrofenol (DNOC) szerkezeti képlete A 2-metil-4,6-dinitrofenol (DNOC) széles hatássávú vegyület, az alapvető életfolyamatokat károsító hatása következtében gombaölő szerként, rovarölő szerként és gyomirtó szerként egyaránt használatos. A II. világháború előtt faimpregnáló anyagként és totális gyomirtóként ismerték, később rovarölő szerként alkalmazták. Ez utóbbi felhasználási mód engedélyezett ma hazánkban. Fitotoxikus hatása miatt vegetáción kívül, rügyfakadás előtt, vagy a lehullott lombra kell kipermetezni. A 25%-os hatóanyag-tartalmú szer - amelyet a permetlé színéről a köznyelvben sárgaméregnek neveznek - almástermésűekben bimbólikasztó bogár ellen 1,5%os, pajzstetvek, takácsatkák, sodrómolyok, levéltetvek ellen és általában a lehullott lomb 153

fertőtlenítésére 2%-os permetlében alkalmázható. Kontaktméregként és gyomorméregként is hat, az atkatojásokat is elpusztítja. Kezelése nagyfokú óvatosságot igényel. Erős méreg, méhekre és halakra veszélyes, tűzveszélyes; a hatóanyag bomlása meglehetősen lassú, ezért a munka-egészségügyi várakozási idő 8 nap, az élelmezés-egészségügyi várakozási idő 60 nap. Az esetleges mérgezésnek nincsen speciális ellenszere.

Foszforsavszármazékok

mevifosz

tetraklórvifosz

34.ábra. Mevifosz és tetraklórvifosz szerkezeti képlete

Valamennyi szerves foszforsav-származék az ortofoszforsavra vezethető vissza. A mevinfosz egyike a nálunk használt legmérgezőbb szereknek. A védőfelszerelésen, gumikesztyűn keresztül is gyorsan felszívódik. Igen hatásos szívó- és rágó kártevők ellen gyümölcsösben, zöldségfélékben, szőlőben, szójában, repcében, komlóban, kukoricában, erdészetben és gyógynövénykultúrákban. Élelmezés-egészségügyi várakozási ideje 3-5 nap. Hasonlóan mérgező a monokrotofosz, de bomlása lassú, így környezetvédelmi szempontból is veszélyes. Munka-egészségügyi várakozási ideje 8 nap, élelmezés-egészségügyi várakozási ideje 42-60 nap. Általában, a foszforsavszármazék inszekticidek hatása az idegrendszeren keresztül történik, azáltal, hogy acetil-kolinhoz hasonló szerkezetűek, s így gátolják kolineszteráz enzim működését. Ezért ezeket kolineszteráz-gátlóknak is nevezik. A létrejött kötések észter típusúak, s így jól bonhatóak. Összehasonlítva a klórozott származékokkal, megállapítható, hogy azok éves rezisztenciájukkal szemben a foszforsav-származékok „ellenállósága” mindössze napokban mérhető. Ezzel szemben mérgező hatásuk melegvérűekre sokkal nagyobb. Közülük kiemelésre méltó a paration és a kéntartalmú forát. Ezek jelentős mérgezőképessége miatt inkább a hasonló hatású, de kevésbé mérgező származékaikat, metilparationt, bromofoszt,

154

illetve malationt használják. Az Európai Közösség Bizottságának 2007/8/EK irányelve előírasokat tartalmaz a foszforsavszármazékok határértékeire. Alifás tiofoszfát inszekticidek

35.ábra. Demeton-O és demeton-S szerkezeti képlete

36.ábra. Malation szerkezeti képlete

A demeton szerves növényvédőszer (rovarölő), és az első 10 legveszélyesebb vegyi anyagok közé rangsorolják. Mérgező az emberre, az egyéb emlősökre, a vízi szervezetekre, és más fajokra. Expozició esetében pupilla szűkület, homályos látás, izomgörcs, erős nyálfolyás, izzadás, hányinger, szédülés, nehéz légzés, gyengeség és hasi göcsök tapasztalhatók. A bőrön keresztül

felszívódhat.

Kolineszteráz

gátló

hatásu

anyag.

A

malation

egy

paraszimpatomimetikus vegyület, amely irreverzibilisen kötődik a kolinészterázhoz. Viszonylag alacsony az emerre gyakorolt toxicitása. Az egykori Szovjetunióban ismert volt mint carbophos, Új-Zélandban és Ausztráliában mint maldison és Dél-Afrikában, ismeretes mint mercaptothion. Korai mérgezés tünetei közé tartozhat a túlzott izzadás, fejfájás, gyengeség, szédülés, hányinger, hányás, hiper-nyáladzás, hasi fájdalom, homályos látás, elmosódott beszéd, könnyezés, vizelés, hasmenés és izomrángás. Később lehetségesek a görcsök és a kóma.

155

Piretroidok A természetes piretrin hátránya, hogy gyorsan lebomlik fény hatására. Ezt a kedvezőtlen tulajdonságot sikerült kiküszöbölni az első generációs szintetikus piretroidokkal (alletrin, protrin). Ezen új hatóanyagok hatékonyságát sikerült aztán tovább javítani, amivel létrejöttek a második generációs piretroidok (pl. cipermetrin). A szintetikus piretroidok kifejlesztésével a 70-es évek végén olyan nagyhatású kontakt inszekticidek jelentek meg, melyek 5–10 g hatóanyag/ha dózisban is hatékonyak. A piretroidok általában különböző izomerek keverékei. Minden piretroidnak legalább 4 sztereoizomere van, melyek hatásukban, stabilitásukban is különbözhetnek, sőt általános nevezékükben is eltérhetnek. Általánosságban elmondható, hogy az egyes izomerek megfelőbben használhatók rovarölő szerként. Gyomoron keresztül és kontakt módon is felszívódnak, és a rovarok idegrendszerét bénítják. Néhány példa a használatos izomerekre az alábbi táblázatban látható.

9. táblázat. Alkalmazott piretroid izomerek

Piretroid

Izomer

Rezmetrin

biorezmetrin, ciszrezmetrin

Alletrin

d-alletrin, bioalletrin, s-bioalletrin

Fenvalerát

eszfenvalerát

Cihalotrin

λ-cihalotrin

Fenotrin

d-fenotrin

Cipermetrin

alfa-cipermetirin (alfametrin)

cipermetrin

tetrametrin

37.ábra. Cipermetrin és tetrametrin szerkezeti képlete 156

A cipermetrin 3 kiralitás központal rendelkezik, melyek növelik a lehetséges izomerek számát. A piretroidok használatát több tényező is indokolja: – a leggazdaságosabb megoldások egyike; – kontakt, gyors hatás; – rövid élelmezés-egészségügyi várakozási idő; – sajátos kémiai jellemzőiknek és (páraszerű hatást lehetővé tevő) alacsony olvadáspontjuknak köszönhetően a piretroidok általában erős repellens hatással rendelkeznek, ami távol tartja az ízeltlábúakat (beleértve a méheket is, csökkentve ezzel a méhtoxikológiai problémát) a kezelt területtől.

11.4. Szervetlen eredetű toxikus anyagok 11.4.1. Nitrát- és nitritionok Az élelmiszeriparban a nitritek (E250) kettős célt szolgálnak: egyrészt élénkebbé, tartósabbá teszik az élelmiszer színét, valamint hús- és halételek esetén meggátolja a Clostridium botulinum nevű baktérium elszaporodását, mely a botulizmus nevű mérgezésért felelős. Napi legnagyobb megengedett beviteli mennyiség 0,06 mg/testtömeg kg. Az egészségügyben egyes keringési zavarok esetén értágító hatása miatt, valamint egyes légzészavarok esetén hörgőtágító hatása miatt alkalmazzák. Ciánmérgezés esetén erős ciánmegkötő képessége miatt ellenanyagként használják. A nitrátokat élelmiszerekben tartósítószerként alkalmazzák E252 néven. Leveles zöldségekben természetes úton is előfordul, ezen kívül megtalálható még sajtokban, húsételekben, pizzákban. A maximum napi beviteli mennyiség 3,7 mg/testtömeg kg. A

vizek

magas

nitráttartalma

elsősorban

a

műtrágyákból,

rovarirtószer-

maradványokból származik. A talajvíz magas nitráttartalma a csatornázatlan területeken a rosszul szigetelt emésztőgödrökből szivárgó szennyvíz következménye. A szervezetbe jutott nitrát a gyomorban nitritté alakul át, felszívódik, és így gátolja a kataláz enzimet. Ez sok H2O2 képződéshez vezet, ami a hemoglobin ferrovasát ferrivassá oxidálja. A felvett nitrát viszonylag gyorsan távozik a szervezetből. A csecsemők esetében a nitrát mikrobiológiai úton nitritté alakulhat a szervezetben. A nitrit akadályozza a vér oxigéntranszportját az újszülöttek szervezetében, aminek eredményeként belső fulladás (cianózis) jelentkezik. Felnőttek esetében a magas nitrát-tartalmú víz fogyasztása növeli a daganatos megbetegedések kockázatát, mert bennük a nitrát nitritté majd nitrózaminokká alakul. Hazánkban főleg a déli megyékben a 157

nitrát-tartalmú kútvizek száma rendkívül magas. Patkányokkal végzett kísérletek kimutatták, hogy a megemésztett nitrát egy része a vékonybélben a mikroflóra hatására átalakul nitritté. Ráadásul a nitrit-ion kápződése függ a nitrátbeviteltől és a gyomor pH-jától is. A megemésztett nitrit és nitrát legnagyobb része nagyon gyorsan kiürül a vizelettel és a bélsárral. Az embereknél az élelmiszer nitráttartalmát a mikroorganizmusok a szájban nitritté redukálják, így a nyál tartalmaz nitritet. Patkányokkal végzett kísérletben, ahol a takarmány 0–5% nitrátot vagy 0–1% nitritet tartalmazott, szignifikáns testtömeg-csökkenést valamint hematokrit- és hemoglobin-csökkenést figyeltek meg azoknál az állatoknál, amelyek a legnagyobb koncentrációban fogyasztották ezeket az anyagokat. Az állatkísérletek arra is rámutattak, hogy a nitrát- és nitritfogyasztás negatív hatással van a reprodukcióra, az A-vitamin hasznosulására és

a

pajzsmirigy

működésére.

Állatkísérletekkel

meghatározták,

hogy

testtömeg-

kilogrammonként 45 µg nitrit abszolút biztonságos. A WHO ajánlása szerint 5 mg nitrát és 0,2 mg nitrit/testtömeg kg még elfogadható felnőtt emberek esetében. Ebből következően az élelmiszerek alacsony nitrit- és nitráttartalma nem jelent veszélyt a fogyasztó számára. A különböző országokban a napi nitrátfogyasztás 50–100 mg között változik, amihez a zöldségek 70–80%-ban, a tej és tejtermékek pedig 0,2–0,7%-ban járulnak hozzá.

11.4.2. Arzén Vulkanikus területeken a víz arzénkoncentrációja gyakran magas, a kőzetek geológiailag több arzént tartalmaznak. A WHO folyamatosan csökkenti a határértéket (jelenleg 10 µg/l), aminek számos település (több, mint 300) nem tud megfelelni. Túladagolás hatására arzéndermatitisz, fekete láb betegség alakul ki, magasabb a spontán abortuszok száma. Az arzént és vegyületeit az erősen mérgező anyagok között tartja nyilván a közvélemény, bár elég régóta ismerünk olyan szakirodalmi utalásokat is arra, hogy néhány vegyülete - fokozatosan emelt adagokban fokozza az erőnlétet. Erősen oxo-anion képző tulajdonságú, általában arzenit-, vagy arzenát formájában fordul elő. Az elemi arzén nem mérgező, de a -3 oxidációs állapotú arzént tartalmazó arzénhidrogén, a +3 oxidációs állapotú arzént tartalmazó arzenitek, és a +5 oxidációs állapotú arzént tartalmazó arzenátok erősen toxikusak. Itt is lehet különbségeket tenni, mert az arzenitek 2-4szer mérgezőbbek mint az arzenátok. Nagyon

sok

szerves

gyomirtóként, rovarirtószerként és növényvédőszerként.

arzénvegyületet

Arzénvegyületet

használnak tartalmaztak

régebben a különböző légyfogók és patkánymérgek. Arzénvegyületeket használnak a szőrmék, 158

kitömött állatok konzerválására, a festékgyártásban, így sajnos számos lehetősége van az arzénmérgezés kialakulásának. A legtöbb növény arzéntartalma igen alacsony (10 µg/kg alatti), bár arzénbányák környékén előfordulnak arzénban sokkal gazdagabb növények is. Az arzént aránylag jól tűri a burgonya és a sárgarépa, de nagyon érzékeny rá a lucerna és a kukorica. Arzénmérgezéskor a növények szövetei rózsaszínűek, majd világossárgák lesznek. A kutatók megállapításai szerint 50µg/kg érték alatt arzén-hiánnyal, 5 mg/kg érték felett viszont toxikussággal kell számolni. Az arzén emberi szervezetben játszott szerepéről nem sokat tudunk. A gyógyászat már régóta alkalmaz arzén-vegyületeket roborálásra (a legyengült szervezet megerősítésére), de az arzén gyógyhatásának mechanizmusairól az utóbbi időkig nem sokat tudtunk. A kutatások eredményei arra utalnak, hogy az arzén csökkenti az anyagcserét, gátolja a pajzsmirigyserkentő hormon (tireotrop, TSH) képződését és csökkenti a sejtlégzést. Kis mennyiségben izgatja a csontvelőt, aminek következtében nő a retikulocitaszám. Ez az a hatás, amit a vészes vérszegénység kezelésében kihasználnak. Az arzén kis adagokban tágítja a bőr kapillárisait, ezért a bőr kipirul. Lehetséges, hogy ez átmenetileg javítja a bőr táplálását - arzénadagolás hatására az állatok szőrzete fényesebbé válik -, de ez is inkább a kapillárissérülés első fázisának tekinthető. Az arzén kis adagokban elsősorban a lebontási folyamatokat gátolja - ezen alapult tonizáló szerként való alkalmazása is - azonban ez is a toxikus hatás, az általános enzimbénítás első fázisaként fogható fel. Az arzénbevitel okozta kezdeti súlygyarapodásban sem zárható ki a toxikus tényezők szerepe - a kapillárissérülésekből származó látens ödémák -, a tartós bevitel pedig általános leromlást idéz elő. A kis dózissal kezelt emberekben a testtömeg-növelő hatás olyan mértékű is lehet, hogy 6-8 hetes kezelés alatt akár 8-10 kg-al is nőhet a beteg testtömege. Az arzénvegyület mérgező hatása nagymértékben függ vízoldékonyságától. Míg a nátrium- és a kálium-arzenit jól oldódik, az arzén-trioxidból még forró vízzel is csak 10%-os oldat készíthető. A vízoldékony arzénsók a gyomor-bélhuzam nyálkahártyájáról és egyéb nyálkahártyákról (tüdő) is könnyen felszívódnak. A vér arzéntartalma a felszívódás után gyorsan csökken, a szerveké emelkedik. Kezdetben a gyomor és a bél fala, majd a parenchimás szervek (máj, hasnyálmirigy) tartalmazzák a legtöbb arzént, a végső raktározási helyek pedig a bőrfüggelékek és a csontok, ahol a méreg évekig tárolódik. A vizelettel való kiürülése lassú, rendkívül elhúzódó. Az epével valamivel több arzén ürül. A krónikus arzénmérgezett hajába is jelentős mennyiségű arzén rakódik le. Így mutatták ki kutatók a hajszálak vizsgálata alapján, hogy Napóleon Szent-Ilona szigetén töltött számüzetése alatt jelentős mennyiségű arzént fogyasztott, s végül -valószínüleg- a krónikus 159

arzénmérgezés következtében halt meg. A legújabb vízsgálatok viszont cáfolják ezt a megállapítást, és kizárják az arzénmérgezést, mint a császár halálának okát. A legújabb vizsgálatok szerint a császár gyomor-bélrendszeri problémái miatt (a kutatók elképzelhetőnek tartják, hogy Napoleon gyomorrákban szenvedett) orvosa - a hányinger megszűntetésére - nagy mennyiségű kalomelt (Hg2Cl2) adott, s a higanysó okozta gyomorvérzés okozta Napóleon halálát. Az arzén nem csapja ki a fehérjéket, maró és különösebb helyi izgató hatás nélkül károsítja a szöveteket. Az arzén a leghatékonyabb kapillárisméreg. Hatására a kapillárisok maximálisan kitágulnak, bénulnak, és faluk a fehérjék számára átjárhatóvá válik. Ez vérnyomássüllyedést eredményez, amit a továbbiakban még jobban fokozza az arteriolák, főleg a zsigeri területekhez tartozó terület arterioláinak bénulását. A gyomor-bélhuzam kapillárisai különösen súlyosan károsodnak. Ez akkor is kialakul, ha nem szájon keresztül juttatják be az arzént a szervezetbe. Az arzén extrém méretű exszudációt (a gyulladás következtében a vérből az érfalakon keresztül a szövetek közé kiszűrődő folyadék kiválását) okoz, aminek következménye a rízslészerű széklet és a cafatos nyálkahártya-leválás. Károsodnak a vesekapillárisok, a glomerulusok és a tubulusok is. A glomeruláris erek kitágulnak, áteresztik a fehérjéket, a glomerulusok megduzzadnak. A tubulusok degenerációja esetleg nekrozisa (elhalása) is kialakulhat. Ennek következtében a vizeletkiválasztás csökkenése is fellép. Az akut arzénmérgezés szájon keresztül, vagy belélegzéssel alakulhat ki. A kezdeti tünetek (fejfájás, szédülés, hányás) után hosszabb-rövidebb tünetmentes időszak következik, ami 3-4 órától akár 12 óráig is tarthat. Ezt követően csillapíthatatlan hányás, vizes rízslészerű széklet (mint kolerafertőzés esetén), a vizeletkiválasztás csökkenése, esetleg leállása, kiszáradás alakul ki. A vérnyomás hirtelen leesik, ami ájulást okoz, az agyi keringés zavara kómához vezet, és a súlyos oxigénellátási zavar, a sokk halálhoz vezet. A krónikus arzénmérgezés tüneteiben elhúzódó, krónikus betegségre (daganat, Addison-kór) hasonlít. A legfeltűnőbbek a bőr elváltozásai (szimmetrikus hiperkeratózis a talpon és a tenyéren, a fénynek kitett helyeken pigmentáció). A csontvelő izgalma először fokozott retikulocita-kiáramlást, majd hiperkróm anémiát okoz. A gyomor-bélrendszeri tünetek mérsékeltek (székrekedés és hasmenés váltakozása), étvágytalanság alakulhat ki. Károsodik az idegrendszer, polineuritisz (az idegrendszer gyulladása) és pszichés leépülés figyelhető meg. Az idegrendszeri gyulladás bénulásokat, érzéskieséseket és ezzel egyidejű spontán fájdalmakat okoz. A beteg végül teljes fizikai leépülésben hal meg. Az arzén iránti érzékenység alkati, igen nagy eltérések lehetnek ember és ember között. Az első adagként 60-120 mg akut, vagy halálos mérgezést okozhat, de 160

egyes személyek már sokkal nagyobb adagokat is túléltek. Az arzénnal szemben tolerancia is kialakulhat. Stájerország és Tirol egyes vidékein elterjedt szokás volt az arzénevés, amely a közhiedelem szerint fokozza az erőt, az ellenálló-képességet. Az adagot fokozatosan növelve a halálos mennyiség többszörösét, akár 0,5-1 g-ot is elfogyasztottak naponta.

11.4.3. Kadmium A kadmium a cinkcsoport tagja, ám a cinkkel ellentétben igen mérgező. A kadmium felhalmozódik a vesében, és a csontképzési folyamat enzimjeit gátolja. Csontritkulást és nyálkahártya-károsodást okoz. Az emberi szervezetből csak 10 év alatt ürül ki. A kutatások szerint a kadmium a fehérjékkel stabilis komplexet képezve gátolja azok hatását. Karcinogén, teratogén elemnek van minősítve. A talaj felső rétegeiben, folyó- és állóvízbekben pedig az üledékben hajlamos felhalmozódni. A környezetbe bányászat, kohászat, ércfinomítás, festékgyártás során kerül. Mivel a növények sokáig elviselik a magas Cd-tartalmat, a Cd könnyen bekerülhet az állati és emberi táplálékláncba jóval azelőtt, hogy maguk a növények láthatóan károsodnának. Az emberi és állati szervekben a Cd felhalmozódik, így krónikus toxicitást fejt ki. Az emberek számára külön Cd-forrás a dohányzás, ami az akkumulációt is erősíti (folyamatos Cd felvétel) (1 cigaretta 2 µg Cd/db tartalmaz). A krónikus Cd-toxicitás tünetei közül megemlítendő a szív- és veseelégtelenség, a magas vérnyomás. Emberben főleg a vesében és a májban akkumulálódik. Mérgezés esetén kezdetben torokszárazság, orrfolyás, tüdőtágulat, majd csontritkulás és vesekárosodás alakul ki. Az Itai-itai kór Japánban kadmiumsókkal szennyezett rizs fogyasztása után alakult ki. A gyár szennyvizét használták fel öntözésre. A betegség a ágyéktáji terület fájdalmasságával, csigolyák csontritkulásával, összeroppanásával, zöldhályoggal jártak. Nevét a fájdalmas kiáltásról itai-itai (jaj-jaj) kapta.

11.4.4. Ólom Vegyületei igen mérgezőek, környezetbe leginkább bányászat, kohászat, gépgyártás, akkumulátorgyártás révén kerül, jelentős a dohányzásból adódó terhelés. Az 1920-as évek elején vezettek be egy szerves ólomvegyületet, az ólom-tetraetilt adalékanyagként, a benzin kompressziótűrésének javítására, és a motorok „kopogásának” csökkentésére. Ez a felfedezés jelentős volt, mert lehetővé tette a belsőégésű motorok fejlesztését. Rövid idővel az ólomtetraetil bevezetése után a vegyszert előállító munkások közül sokan megbetegedtek. Csak 1970-ben vezettek be olyan előírásokat, amelyek az addiginál alacsonyabb 161

ólomszintet írtak elő a benzinben. 2004 után hazánkban nem forgalmaznak ólomtartalmú benzint. A vér ólomszintje jól tükrözi az expozíciót. Az ólomterhelésnek ki nem tett személyek vérének ólomtartalma 160 µg/l, a tűréshatár 350 µg/l értékre tehető. A szervezetbe került ólom 95%-a lazán kötődik a vörösvértestekhez, míg a maradék 5% a plazmában található alacsony-, vagy közepes molekulatömegű szérumproteinekhez kapcsolódva. Az eritrociták átmenetileg kötik meg az ólmot, hogy megvédjék az értékesebb szerveket a hirtelen ólomterheléstől. Az ólom tápcsatornán, a bőrön és a tüdőn keresztül felszívódva kerül be a szervezetbe. A szájon keresztül bejutott ólomnak csak 8-15%-a szívódik fel (részben az ólomvegyületek magasabb pH-n mutatott rosszabb oldékonysága miatt), de a felszívódás mértéke sok tényezőtől függ. Minden táplálékunkban megtalálható, s mivel kiürülése igen korlátozott, szabad felszívódás mellett a táplálék ólomtartalma is mérgezést okozhat. Felszívódását befolyásolja az ólomvegyület típusa, az emésztőrendszer állapota, a táplálék minősége. Kálciumszegény táplálkozás, D-vitamin, zsírfelesleg, protein-, cink-, vas- és foszfáthiány növelik a felszívódást, míg a szeléntartalom csökkenti azt. A tüdő hatalmas felületén keresztül sokkal nagyobb mértékű a felszívódás, mint szájon keresztül, és így sokkal toxikusabb is az ólom. Az ipari mérgezések többsége ólomtartalmú porok, gőzök belélegzéséből fakad. Az ép bőrön keresztül csak a szerves ólomvegyületek (pl. ólom-tetraetil) szívódnak fel, de hámhiányos területekről az ólomsók is felszívódhatnak. Így okozhatnak mérgezéseket a borogatószerként alkalmazott ólomvegyületek, mint az ólom-acetát. A plazmába került ólom a későbbiekben a csontokban, a hajban, a dentinben raktározódik és onnan gyorsan mobilizálódhat. A csontokba való beépülése a kálciuméval analóg folyamat, így az ólom képes a kálcium egy részét kiszorítani a csontrendszerből. Ez természetesen D-vitamintól, paratiroid hormontól (PTH) és kalcitonintól függő folyamat. A csontokban tárolt ólom toxikológiailag inaktív, azonban láz, acidózis és kálciumhiány esetén hirtelen eláraszthatja a szervezetet. Megzavarja a normális hem-szintézis folyamatát, mert gátolja a δ-amino-levulinsavdehidrogenáz, hemszintetáz és a ferrokelatáz enzimek működését. Mivel az ólomvegyületek a hemszintézist blokkolják, a prekurzor vegyületek (δ-amino-levulinsav, uro-, kopro-, protoporfirinek) patológiás mértékben felszaporodnak a szervezetben, kimutathatók a vizeletből és idegrendszeri-, valamint simaizom-tüneteket okoznak. Klinikai tünetként sarlósejtes anémia és porfiria diagnosztizálható. Az ólom eliminációja rendkívül lassú, a vastagbélbe egészen minimális mennyiségben választódik ki, és a vesén keresztüli elimináció is kismértékű. A minimális felszívódás ellenére napi 0,6 mg ólom szájon keresztüli bejuttatása 162

pozitív ólommérleget okoz, s napi 2 mg bevitele 2 éven keresztül olyan mértékű felhalmozódáshoz vezet, hogy 3-4 évre van szükség kiürüléséhez. Az ólom mérgező hatása egyrészt annak köszönhető, hogy - mint lágy (soft) sav - kötődik a kéntartalmú enzimekhez és bénítja azok működését, másrészt a hemszintézis zavara miatt felhalmozódó kóros porfirinek is kifejtik károsító hatásaikat. Állatkísérletekben karcinogén és teratogén hatásúnak bizonyult. Az ólommérgezés klinikai tünetei igen változatosak. A beteg arcbőre - valószínűleg a bőrerek szűkülete miatt - hamuszürke, a fogakon ólomszegély (PbS kiválás) látható. Az emésztőrendszer sokrétűen károsodik. Eleinte étvágycsökkenés, fémes íz érzékelése a szájban, lepedékes nyelv, hányás, hányinger tapasztalható, majd székrekedés és rohamokban jelentkező, igen fájdalmas bélgörcsök jelentkeznek. Az általános érszűkület következtében emelkedik a vérnyomás. Izombénulások jelentkeznek, elsősorban a gyakran használt izmok területén (az alkari feszítő izmok bénulnak), s rendszerint a funkcionálisan összetartozó izomcsoportok bénulnak, nem pedig az egy-egy perifériás ideg által ellátott területek (ez arra utal, hogy a hatás nem az idegekre, hanem az izomra kifejtett direkt hatás). Károsodik az agy is. A tünetek agynyomás-fokozódással, delíriummal, görcsökkel és kómával járhatnak. Gyakoriak az izületi fájdalmak, valószínüleg az ólom elősegíti a húgysav kiválását. Károsodik a vérképzés (az ólom gátolja a vas beépülését a protoporfirin gyűrűbe), s fokozottabbá válik a vörösvértestek szétesése, élettartalmuk rövidülése, ami anémiát okoz. Az ólommérgezés specifikus terápiájára Ca-EDTA-t használnak, mely az ólmot inaktív komplex formájában megkötve kiüríti a vizelettel. A kiürítés elősegítésére dimerkaptopropanolt is használnak, mely mint kéntartalmú, lágy (soft) bázis-csoportokat tartalmazó vegyület ugyancsak alkalmas az ólom megkötésére és kiürítésére.

11.4.5. Higany Forrás A higany természetes előfordulásaként elemi állapotban és főleg HgS (cinóber) formájában található meg. Az ipari környezetszennyezés következtében évi 5000 tonna higany kerül ki a természetbe. A higany a földkéregben 0,03 mg/kg mennyiségben található, igen ritka elem. A talajban koncentrációja 0,1-0,5 mg/kg felső határértékek között mozog. A levegőben 0,5-50 ng/m3, az óceánokban 0,03-0,3 g/m3 a koncentrációja. A litoszférában található HgS bakteriális közreműködéssel HgSO4-tá alakulhat, mely vízoldható vegyület, erősen szennyező hatású. Ugyancsak bakteriálisan képződik a fém higanyból szerves higanyvegyület, ami - mivel igen jó zsíroldékonysággal rendelkezik - az egyik legfőbb 163

mérgező higanyvegyületnek tekinthető. A higany átlagos körülmények között 0,02 mg/kg koncentrációban fordul elő a növényekben, míg az állatokban ennek a kétszerese, 0,04 mg/kg a koncentrációja. A növényekbe csak igen kis mennyiség kerül be a gyökérzeten keresztül, mivel az így bejutó higany már a gyökérben "megreked", különböző szulfid-csoportot tartalmazó proteinekhez kötődve. Nagyobb mennyiségben jut be a növények szervezetébe a fiatal hajtásokra, levelekre lerakódó porból, levegőből felszívódó, főleg ipari tevékenységből származó szennyezőként jelenlévő higany. A higany, mint számos gyógyszer alkotóeleme medicinális mérgezéseket is okozhat az ipari és háztartási mérgezések mellett. Szájon keresztül, az ionos higanyvegyületek könnyen szívódiknak fel, megfelelő vivőanyagból (kenőcs) bejut a bőrön keresztül, de a higanygőz akár a tüdőn keresztül is bekerülhet a szervezetbe. A higany a vesében, májban és a csontokban raktározódik, ezért krónikus mérgezést is okoz. Kiürülése a vizelettel, a nyállal és a vastagbélbe kiválasztódva a széklettel történik. A higany az ürülés helyén koncentrálódik, és ez megszabja a megjelenő tüneteket is. Mérgező hatásának mechanizmusa az, hogy két szomszédos fehérje szulfhidril csoportját megkötve, azokkal gyűrűs vegyületet alkot, és így bénítja azok enzimfunkcióit. A higanytartalmú vegyületek konfigurációja nem befolyásolja ezt az általános mechanizmust, csak a vegyület oldhatóságát, az adott receptorokhoz való affinitását, eloszlását, kiürülését befolyásolja. A gyorsan ürülő és a vesében bekoncentrálódó higanyos diuretikumok a tubuláris reszorpciót, a nehezen felszívódó, nem oldódó kalomel a bélből történő felszívást gátolja, míg a higanyos antiszeptikumok helyileg alkalmazva elsősorban a mikroorganizmusok fehérjéihez kötődnek. Ha azonban nagy koncentrációban van jelen a Hg2+ ion, más fehérjékhez is kötődhet, és mint nehézfém kicsapja azokat. A higanyionok a sejtek membránjának SH csoportjaihoz kötődve bénítják az aktív transzportot, és növelik a passzív permeábilitást. Vörösvértesteken végzett vizsgálatokkal bizonyították, hogy a sejtmembránhoz kötődő higanyvegyületek az aktív cukortranszportot bénították, míg a sejtmembránon keresztüljutó higanyvegyületek emellett a káliumpermeabilitást is növelték. Akut higanymérgezés legtöbbször

valamilyen

összetévesztésből

vagy

öngyilkossági

szándékkal

bevett

higanytartalmú gyógyszerrel, illetve növényvédőszerrel (csávázószerrel) történik. A Hg2+ ion kicsapva a fehérjéket NaCl tartalmú környezetben ismételten oldatba tud menni és így az ekvimolárisnál is lényegesen több fehérjét tud kicsapni. A fehérjekicsapódás következtében a mérgezett száj- és garatnyálkahártyája szürkés színű és rendkívül fájdalmas. A 164

marószer-mérgezésekhez hasonlóan, a nyelőcsőben és a gyomornyálkahártyán is súlyos elváltozások jönnek létre. A gyomor izgalma következtében erős, szinte csillapíthatatlan hányás következik be, ami viszont életmentő lehet, hiszen így a fel nem szívódott higany kiürülhet. A gyomornyálkahártya károsodása véres székletben nyilvánulhat meg, amihez csatlakozik a vastagbélben élő baktériumok által termelt kénhidrogénnel reakcióba lépett higanyból képződő higany-szulfid fekete színe. Az erős hányás és hasmenés eredménye nagymértékű folyadékvesztés, ami halálos sokkal is végződhet. A felszívódott higany a kiválasztási helyeken koncentrálódik, így jellegzetes tünetegyüttest okoz. A nyálmirigyeken keresztül kiválasztódó higany nyálfolyást idéz elő és undorító fémes ízt okoz. Másnapra szájgyulladás jön létre és a sebek másodlagos fertőzésre hajlamosak. A kiválasztódó higany a baktériumok termelte kén-hidrogénnel higany-szulfidot képez, ami fekete gyűrűként kirakódik a fogak tövénél. A vastagbélben a kiválasztódó higany fokozza a hasmenést, a nyálkahártya és a kapillárisok károsodása gátolja a vízvisszaszívást. A vesében kiválasztódó higany a reszorpciós mechanizmus teljes tönkretételével urémiát okoz, ami a legfőbb haláloknak tekinthető a mérgezésben. A krónikus higanymérgezés azon alapszik, hogy a higany a szervezetben fel tud halmozódni. A táplálékkal bejutó átlagosan 10 µg higany egyensúlyban van a kiürülő mennyiséggel. Ha a bekerülő mennyiség több mint 0,1 g/nap, a kiürülő mennyiség kisebb, mint a bekerülő, így a krónikus mérgezés kialakulhat. Krónikus mérgezés általában foglalkozási betegségként fordul elő a festékiparban, a műanyagiparban, laboratóriumokban. A krónikus mérgezésben elsősorban az idegrendszer károsodásából eredő tünetek a jellemzők (fejfájás, ingerlékenység, remegés, mozgászavarok, stb). Igen mérgezőek az alkil-higany-vegyületek, melyek a

velük

dolgozóknál

először

bőrgyulladást, fekélyeket okoznak, majd a szervezetbe felszívódva az idegrendszert károsítják. Átjutnak a méhlepényen is, és teratogén hatásúak. Nem mérgezőek viszont a halakra, ezért fordulhatott elő Japánban, hogy a tengerbe engedett nagy mennyiségű higanyt tartalmazó szennyvízből a bakteriális hatásra keletkező metil- és dimetil-higany a halakba bejutva semmiféle károsodást nem okozott. Ezeket a halakat fogyasztva, az emberi szervezetbe bejutott higany a krónikus higanymérgezés tünetegyüttesét okozta, melyet - a mérgezés fő helyszíne után - Minamata kórnak neveztek el. A krónikus higanymérgezés kezelése csak a tüneteket veszi figyelembe. A bejutott higany komplexképzőkkel (D-penicillamin, dimerkapto-propanol) mobilizálható és kiüríthető, de az okozott idegrendszeri károk általában irreverzibilisek. Az alkohol és nikotin a tapasztalatok alapján fokozzák a mérgezés súlyosságát. Kiemelt 165

jelentősége van a fogtömések higanytartalma által okozott károsodásoknak. Sokakat érinthet az úgynevezett “allergo-toxic amalgam syndrome”, azaz az amalgámtömések okozta allergiás megbetegedés. Az amalgámtömésekből kioldódó higany felhalmozódik a szervezetben és megjelennek az enyhe higanymérgezés tünetei. Ezek a tünetek megegyeznek az előzőekben leírtakkal, de jellemző, hogy mivel a felhalmozódó higany károsítja a nyálkahártyákat, a beteg szervezete fogékonyabb lesz a candida-fertőzésekre. Megoldást az amalgámtömések cseréje jelenthet, de ezt össze kell kapcsolni egy komplex méregtelenítő kúrával.

11.4.6. Vas Az átlagos 70 kg-os emberi szervezet 4-5 g vasat tartalmaz. A vastartalom 0,1%-a katalázokban, 0,1% vasszállító fehérjékben, 0,1% citokrómokban, 70,5%

hemoglobinban,

3,2% mioglobinban, 26% vastároló fehérjékben található meg. Az ember napi vaszükséglete 7-20 mg, ez az életkorral fokozatosan nő. A napi vasszükséglet azért ilyen magas érték, mivel a bevitt vasnak - optimális körülmények között is - csak kb. 10%-a szívódik fel. A hús vasban gazdag táplálék, de a szervezet a hem-kötésben lévő vasat alig tudja hasznosítani. A tej a vasszegény táplálékok közé tartozik, így a csecsemő (illetve a szopós állat) vasszükségletét a veleszületett vastartaléka átmenetileg fedezi, de külső pótlás hiányában az hamar kimerül. Komoly feladatot jelent az állattenyésztésben az újszülött malacok vaspótlása, mivel az első hetekben kialakuló anémia következtében viszonylag magas elhullási százalékkal kell számolniuk a tenyésztőknek. A bélből történő vasfelszívódás döntő tényezője fiziológiás körülmények között - a szervezet vasszükséglete. Egyéb anyagokkal ellentétben a bevitel fokozásával a vasfelszívódás csak nagyon kismértékben fokozható. Az ember által fogyasztott élelmiszerek vastartalmának legnagyobb része a széklettel kiürül. Ha a szervezet vaskészlete csökkent, vagy kimerült (vérzés következtében), a szájon keresztül adott vas felszívódik. A vas Fe2+ formájában képes felszívódni a bél nyálkahártyáján keresztül. A táplálékkal felvett vas a gyomorsósav hatására ionos formában szabadul fel. A vas(II) ion eljut a vékonybél felső szakaszába , s ott a nyálkahártya sejtjeiben található apoferritinhez (egy fehérjéhez) kötődik, vas (III)-má oxidálódva. A vasháztartás egyensúlyát biztosítja, hogy amennyiben az apoferritin telített vassal, a vas további felszívódása gátolt. Vashiány esetén ferritinből a vas a ferroxidáz enzim hatására Fe(III) formájában a vérplazmába kerül és az apoferritin aminosavakra bomlik. A ferroxidáz (ceruloplazmin) réztartalmú enzim, rézhiányos állapotban az enzim képződési zavarai miatt lassul az oxidáció, és ezen keresztül 166

lassul a vas anyagcseréje is. Ha vas felvétele válik szükségessé, az apoferritin a bélnyálkahártyában szintetizálódik és megköti a bélben lévő tápanyag vastartalmát. A plazmába került vas(III) a transzferrinnek nevezett β-globulinhoz kötődve vándorol a szervezetben. Fiziológiás körülmények között a transzferrin vastelítettsége 20-50%. Túlzott vasbevitel esetén a transzferrin telítődik és a bélnyálkahártya a további vasfelvételre képtelenné válik. Vashiány esetén fokozódik a máj transzferrin termelése. A vastranszferrin komplex igen stabil (Kstab= 1030), így a fehérje képes a vasat stabil citrát- és foszfát-komplexeiből is elvonni. A transzferrin két vas-kötő helyet tartalmaz, amelyek közül fiziológiás körülmények között- az egyik a vastároló rendszernek, a másik a vasfelhasználó sejteknek, vörösvértesteknek adja át vastartalmát. A fehérje minden vas mellett egy CO32- iont is megköt, ezzel védi a Fe3+ iont a szervezet hatásaitól, és egyúttal védi a szervezetet is a Fe3+ ion hatásaitól. A megfelelő helyre eljuttatva a vasat a sejtmembrán H+-t ad át az enzimnek. A H+ a CO32--hoz kötődik, felszabadul a HCO3--ion és a vas leadhatóvá válik. 10. táblázat. A vas előfordulása biomolekulákban

A vas a szervezetben a különleges vastároló sejtekben, többek között a májban és a lépben tárolódik, vas(III)-hidroxo-foszfát alakjában. A vegyület kb. 7 nm átmérőjű micellákat (gömböket) képez. A vasmicellákat 24 alegységből álló fehérjeburok (az apoferritin) veszi körül. Ezek együtt alkotják a 12 nm átmérőjő ferritint. A ferritin kb 20-25% vasat tartalmaz. Vashiány esetén a szervezet ezekből a micellákból tudja mozgósítani a szükséges vasat. A fehérjeburok felnyílik és különböző vegyületek segítségével mozgósítódik a vas. Ha kevés a szervezet apoferritin tartaléka, ún. hemosziderinben tárolódik a vas. Ez a micella 45% 167

vasat tartalmazhat. A vas mobilizálódása a következő folyamat szerint megy végbe:

Ezért a vas felszívódása a szervezetben rendkívül jól szabályozott és néhány ritka betegség kivételével szájon át, természetes körülmények között nem lehet túladagolni. A túl sok vas toxikus, súlyos szívizom elfajulást, májkárosodást okozhat.

11.4.7. Mangán A tengervízben átlagosan 0,2 mg/liter, a felszíni vizekben 8 mg/liter, a litoszférában 950 mg/kg, a talajokban 760 mg/kg koncentrációban fordul elő. A talajokban jelenlévő mangánnak csak egy igen kis része a mozgékony, a növények számára hozzáférhető mangán. Ennek mennyisége hazánkban az összes mangán mennyiségének 0,1-1%-a. A növények számára csak a kétértékű mangán hozzáférhető, ez kerül csak felszívódásra. A mangán minden élő szervezet számára létfontosságú elem. A mangán-hiány tünetei már régóta ismeretesek a növényélettannal foglakozó szakemberek előtt, hiánya klorózist okoz, mivel a mangán igen jelentős szerepet játszik a fotoszintézisben. A különböző növények nem egyformán érzékenyek a mangán hiányára. A legtöbb növénynél csak akkor lép fel mangánhiány, ha a levelek mangán-tartalma 25 mg/kg-nál kisebb értékű. A kloroplasztokban lejátszódó reakciósorozatban kitüntetett szerep jut a mangánnak, a víz fotolízisében játszik szerepet. A fotorendszer részeként működő víz-hasító enzim aktív helyén négy mangán atom található, melyek a vízről lehasított négy elektront juttatják a plasztokinonra, ahonnan azokat a fotorendszer veszi át. A reakció közben oxigén termelődik és H+-ionok is keletkeznek. Az elektronok szekvenciális S-modellje szerint a rendszer négy elektron egymás utáni lehasadásával jut az S0-állapotból az S4 állapotba. A fotorendszer mangán-tartalmú komplexeinek szerkezete még nem ismert. Feltételezik, hogy S0, S1 és S2 állapotban Mn4O4 ("kocka"-elrendeződés), míg S3 és S4 állapotban Mn4O6 összetételű ("adamantán"-elrendeződés). A komplexekben kötött mangán stabilitása eltérő, ami arra utal, hogy a mangánt a fehérjéhez kötő ligandumok eltérőek.

168

38.ábra. Mn4O4 és Mn4O6 térszerkezete

39. ábra. A kloroplasztiszban működő mangán-tartalmú fotorendszer vízhasításának modellje

A mangán létfontosságát az állati szervezetben először egér- és patkánykísérletekkel bizonyították, 1931-ben. A mangán élettani szerepe még nem teljesen tisztázott. Mangánt tartalmaz a piruvát-karboxiláz és a glutamin-szintetáz. A különböző glükozil-transzferáz enzimek mangánigényesek, különösen a polimeráz- és a galaktozil transzferáz-rendszerek. A mangánhiány ezen az úton befolyásolja a mukopoliszacharid-szintézist, és porc, illetve nyálkaképződési zavarokat idéz elő. Az oxidatív foszforiláció is mangán-igényes folyamat, ennek kofaktoraként tartják számon és a koleszterin és zsírsavszintézis zavartalanságához is mangánionokra van szükség. A mangán kiürülése az epén át a bélbe történik, a vizelettel és tejjel csak csekély mennyiségű mangán távozik a szervezetből, ugyanez vonatkozik az izzadságra és az ejakulátumra is. Mangánhiány következtében a kérődzőknél elsősorban a szaporodásban következnek be változások. A megtermékenyült anyaállatok vetélési aránya növekszik, az utódok testtömege és életképessége csökken. A mangánhiány következtében több a hímivarú utód, mivel a nőivarú magzat mangánigénye jóval nagyobb, és a mangánhiány következtében a nőivarú embriók gyorsabban elhalnak. Mangánhiány 169

következtében csontkárosodások és központi idegrendszeri zavarok lépnek fel. A porcanyagok strukturális változásai révén a fiatal állatok csontképződésében is zavarok figyelhetők meg, a végtagok izületei megvastagodnak, a csontok hamutartalma csökken. Az emberi szervezet átlagos mangántartalma 12-20 mg. A mangán a szervezetben a transzmanganin nevű fehérjéhez kötve, Mn3+ ion formájában szállítódik. Legnagyobb koncentrációja májban, vesében és hasnyálmirigyben található. Az átlagos táplálkozás mellett igen ritka a mangánhiány. Az FDA adatai alapján az átlagos napi mangán-szükséglet 4-5 mg. Ha a táplálékkal felvett mangán mennyisége nem éri el a napi 2-3 mg értéket, akkor termékenyülési rendellenességek, idegrendszeri károsodások, a terhességnél különböző komplikációk léphetnek fel. Fiatal korban a mangánhiány növekedési zavart és csonttörékenységet is okozhat. A Mn2+ ionok, valamint a magas mangántartalmú por belélegzése nagy mennyiségben mozgási- és kognitív rendellenességeket okoznak. A tüdőn keresztül szervezetbe jutott mangán az agyba szállítódik, mielőtt a máj metabolizáló szerepe közbelépne. A Parkinson kórral hasonló tünetek képződnek, gyakran izomgörcsök jelentkeznek. Élőlények számára rendkívül toxikusak az oxidáns jellegű mangánvegyületek, mint a mangándioxid és a permanganátok.

11.4.8. Cián A fontosabb szennyező források: galvánüzemek, fémkezelők, vegyi üzemek, szénalapú ipar, bőrgyárak, ércdúsítók, gyógyszergyárak, műtrágyák, növényvédő szerek, szerves kemikáliák, fémpolírozók. Az ipar által kibocsátott szennyvizek között a legveszélyesebbek a cianidtartalmúak. Szervetlen és szerves (nitrilek) formában egyaránt előfordul. A leggyakoribb formák a hidrogéncianid, a vízben könnyen oldódó cianidsók és fémkomplexek. A cián ionok, gyengén disszociált, vagy illékony cián-hidrogén és oldható komplexek formájában fordulhat elő, ezek nagyon eltérő tulajdonságúak. A kadmiummal tömény oldatban komplexet alkot, de ez a komplex híg oldatban – tehát a vízi környezetben is – csaknem teljes mértékben disszociál. A híg oldatokban a kadmium jelenlétében fokozott – szinergetikus – toxikus hatás mérhető. Nikkellel a cianidion relatíve stabil komplexet képez, és ez a komplex csak savas oldatban bomlik hidrogén-cianiddá, normál vízi környezetben – semleges vagy gyengén lúgos kémhatásnál – még 100 mg/l fölött sem káros a halakra. A cinkcianid komplex viszont – eltérően a nikkeltől – híg oldatban disszociál, mely nagyobb toxikus hatást mutat, mint a cinkion nélküli cianidos oldat, utalva ezzel a cink szinergetikus hatására. A toxikussági vizsgálatok azt bizonyítják, hogy a disszociált cianidion 170

mérgezőbb, mint a hidrogén-cianid. A nehézfém-komplexek vízminőségi megítélése is a komplex disszociációja révén keletkező szabad cianidion függvénye. A halakra veszélyes értékek a komplex fém összetevőjétől függően eltérőek. A K2Zn(CN)4 – 0,3; a K2Cd(CN)4 – 0,75; a K3Cu(CN)4 – 1,0; a K2Ni(CN)4 – 30,0 mg/l értéknél toxikus, míg a vaskomplexek egyáltalán nem mérgezőek a halakra. A cianidion könnyen megkötődik az állati szervezetekben és mérgező hatást nagyon gyorsan fejt ki: 50–60 mg dózis már emberre is halálos. Toxikus hatását azzal fejti ki, hogy blokkolja a citokrómrendszert és az oxidációs folyamatokat, így meggátolja a szövetek oxigéncseréjét. Kis koncentrációban a cianidion nem mérgező, mert a szervezet hatásos detoxikálás révén tiocionáttá alakítja, mely kis koncentrációban nem toxikus. Természetes vizekben a cianidion nem fordul elő, vagy csak nagyon alacsony, 0,1 mg/l-nél kisebb koncentrációban. Ennél magasabb érték szennyezésre utal. Az ivóvízekben hazánkban megengedett érték 0,05 mg/l, más országokban ennél magasabbat is engedélyeznek, a WHO-ajánlás 0,1 mg/l. A biológiai tisztítást 0,2 mg/l felett gátolja, a közcsatornába így ez alatt benegedhető, az élővizekbe történő beengedés is ebben a tartományban mozog. A cianidtartalmú szennyvízek tisztítását közvetlen a keletkezés helyén kell megoldani. Még a gyári belső csatornába sem engedhető tisztítatlanul, mert az egyéb szennyvízek savas karaktere miatt a hidrogén-cianid felszabadulás a csatornában dolgozókra, vagy a csatorna kiszellőztetésénél, nyílásoknál a felszínen lévőkre is balesetveszélyt jelent. A tisztítás kívánatos határértéke 0,2 mg/l. Krónikus ciánszennyezés degeneratív idegbetegséget, szemidegsorvadást és mozgás összerendezettségi zavart idéz elő. Sejtek hibás működése és pusztulása az oka a légzési rendszer megmérgezésének. 12 szem keserű mandula megölhet egy gyereket. Ausztráliában a marcipánban 50 mg/kg volt az engedélyezett mandula felhasználhatósága. Ezt 1983-ban már 5 mg/kg-ra csökkentették.

11.4.9. Kobalt Erősen komplexképző tulajdonságú elem, ezért erősen kötődik a talaj szerves komponenseihez és az agyagásványok felületéhez. Nem kicserélhető formában az agyagásványok rétegrácsaiban izomorf helyettesítéssel is abszorbeálódhat. Ennek következmében a talajok agyagfrakciójában a kobalt felhalmozódik. A talajok mozgékony kobalt-tartalma 0,06-2,0 mg/kg között változik. Ha a mobilis kobalttartalom 0,1 mg/kg alá kerül, a talaj kobalt ellátottsága nem megfelelő. A talajok kobalttartalma a műtrágyázás következményeképpen is emelkedhet. A foszfáttartalmú

171

műtrágyák átlagos kobalttartalma elérheti az 1-10 mg/kg értéket is, így jelentősen emelkedhet a talaj kobalttartalma aktív műtrágyázás után. Igen nagy kobaltkoncentrációjú lehet a városi szennyvíziszap (100 mg/kg), s ha ez az iszap a talajra kerül, igen megnőhet a növényzet kobaltfelvétele. Angliában az ipari működés következtében a levegőből a talajra jutó szennyezés miatt a talaj kioldható kobalttartalma ötszöröse volt a normál értékeknek. A kobalt növényélettani szerepét tekintve bizonyított, hogy kis

koncentrációban

különböző

mikroorganizmusok

(baktériumok)

molekuláris

nitrogénkötéséhez nélkülözhetetlen elem, de kobaltígényesek a nitrogénkötő algák és a pillangósvirágú növények is. A kobalt a növényekben nem sorolható a mozgékony elemek közé. A gyökérből a hajtásokba kerülő kobalt a levelek szélein, csúcsán halmozódik fel, s bár a levelek is képesek fölvenni, onnan már nem szállítódik tovább. Mivel erősen komplexképző, a nagy felesleg vashiányt (és valószínűleg mangánhiányt) okoz a növényekben, mivel ezeket kiszorítja komplexeiből és így romlik azok felvehetősége. A nagy kobaltfelesleg esetén tapasztalható fitotoxikus hatás is azzal függ össze, hogy a kobalt kiszorít egyes élettani reakciókból néhány létfontosságú fémet. Néhány növény igen érzékeny nagyobb kobalt koncentrácóra. Oldatkultúrában az árpa, a káposzta és a bab jelentős terméscsökkenéssel reagál a megemelkedett kobaltszintre. Némelyik növény a kobaltot igen nagy mennyiségben képes akkumulálni. Néhány növény (pl. a Crotolaria cobalticola 500-800 mg/kg, az Aeolanthus liformifolius 2520 mg/kg) extrém mennyiségű kobaltot képes felvenni és szöveteiben tárolni. A szervetlen kobalt-sók toxikusak, így a gyógyászatban nem alkalmazzák ezeket. Citromsavval, hisztidinnel, ciszteinnel képzett komplexei már jóval kevésbé mérgezőek. Injekcióban, bőr alá adva viszont még komplex sói is igen fájdalmasak. A vérbe fecskendezve 10-20 mg/kg kobaltnitrát, vagy kobaltklorid vérnyomássüllyedést, nagyobb adag görcsöket, majd általános bénulást okoz. A sör habzási tulajdonságainak javítására az 1960-as években több sörgyár (Kanadában, az Egyesült Államokban, Belgiumban) kobaltszulfátot használt 1 mg/l körüli koncentrációban. Ugyanis a modern mosogatószerek olyan felületaktív anyagokat tartalmaztak, melyek - bár a poharakat kiválóan tisztították - a sörivók legnagyobb bánatára gátolták a tartós, kemény sörhab képződését. A sörhöz adott kobaltsó a poharakban - az öblítés után is visszamaradt kis mennyiségű - felületaktív anyag "habromboló" hatását küszöbölte ki. A sört nagyobb mennyiségben fogyasztó vendégek körében viszont az így bevitt kobalt súlyos szívelégtelenséggel járó mérgezést okozott, melynek halálozási aránya a 40%-ot is elérte. Az első leírások alapján ezt az állapotot a "quebecki sörivók kardiomiopátiájának" nevezték el, és 172

kialakulásában a kobalt és az alkohol együttes hatásának tulajdonítanak jelentőséget. Azóta persze a kobaltsók már nem szerepelnek a sör alkotórészei között. 11.4.10. Bróm A kálium-bromid a központi idegrendszerre erős depresszív hatást fejt ki. 0,5-2,0 g-os adagban szedatív hatású, az ideges ingerlékenységet jelentősen csökkenti és elősegíti az elalvást. Mérsékli a szexuális reflextevékenységet. Ezt a hatását már a múlt század közepén ismerték és a nagyszámú fiatal férfit tartalmazó közösségekben (laktanyákban, kollégiumokban) előszeretettel alkalmazták anafrodiziákumként. A nyálkahártyákat izgatja, nagy adagok émelygést, hányást okozhatnak. Görcsgátló hatása főleg a motoros agykéregre kifejtett hatásának köszönhető. Elsősorban az epilepszia "Grand mal"-nak nevezett, jellegzetes rohamokban, görcsökben megnyilvánuló formájának megelőzésében alkalmazható, mivel a kialakult rohamokat nem szünteti meg. Kedvezőtlen hatása csak lassan jelentkezik, a szervezetben a bromidionok fokozatosan halmozódnak fel, s velük egyenértékű kloridion ürül ki a szervezetből mindaddig, míg az egyensúly be nem áll. A szervezetben és a különböző készítményekben (pl. fiziológiás oldatokban) a bromidion helyettesítheti a kloridiont. Hatása csak akkor jelentkezik, ha a központi idegrendszer halogenidion tartalmának kb. 1/3 - 1/4 része bromidion. Ez (napi 1-3 g adagolása esetén) 2-3 hét alatt következik be. A bromidion eliminációja lassú, hetekig is eltarthat, mivel az adagolás megszüntetése után a vérszintnek megfelelően viszonylag több kloridion ürül. Ezért kloridion adagolásával a kiürítés meggyorsítható. Tartós bromidion bevitele kumulatív jellegű mérgezéshez (az úgynevezett bromizmushoz) vezet, amire súlyos dermatítisz, konjuktivitisz, hajhullás, hányás, székrekedés jellemző. A beteg étvágya erősen romlik, sokat fogy, és szervezetének ellenállóképessége fokozatosan csökken. Izomremegés, izomgyengeség jelentkezik, csökken a reflextevékenység, romlik a koncentrálóképesség, aluszékonyság, memóriazavar jelentkezik. Előfordulnak pszichotikus tünetek is, hallucináció és delírium. A mérgezés és tünetei a bromidion bevitelének megszüntetésével és erélyes konyhasó-adagolással csökkenthető.

11.4.11. Fluoridok A természetben fluoridok megtalálhatók a vízben, a talajban, a levegőben és az élelmiszerekben. A tavak, folyók, vagy kutak vizében a fluorid tartalma 0,5 mg/l alatti, de például Tanzániában 95 mg/l rekordértékű koncentrációt mértek. általában a magas hegyek lábánál és a 173

tengeri eredetű geológiai rétegekben található vizekben magas a fluorid-koncentráció. Tipikus példa a Szírián, Jordánián, Egyiptomon, Líbián, Algérián, Marokkón, Szudán és Kenya területén lévő Rift-völgyén áthúzódó földrajzi övezet. Egy másik övezet Törökországtól Irakon, Iránon, Afganisztánonkeresztül Indiáig, Észak-Tajföldig és Kínáig húzódik. Minden idők legmagasabb vízben lévő természetes fluroidkoncentrációját a kenyai Rift-völgyben lévő Nakuru-tóban mérték (2800 mg/l). Az ivóvíz általában a természetes fluorid expozíció fő forrása. Érdekes dologról tanúskodik. Kimutatták, hogy az ivóvízben 0,5-1,0 mg/l koncentrációban lévő fluoridexpozíció − mivel csökkenti a fogszuvasodás gyakoriságát − kedvezően hat az egészségre. Mindazonáltal, a természetes ivóvíz túl nagymértékű fluorid-expozíciója a fogak fluorosisát okozhatja. A fogak fluorosisára jellemző a zománc károsodása, ami fényvesztésben, foltosodásban, zománcfelület lukacsosságban nyilvánul meg. Sárgától a sötétbarnáig terjedő elszíneződésű foltok jelennek meg a fog felszínén. Az ivóvíz hosszú ideig tartó, szokatlanul magas szintű fluorid-koncentrációja (10 mg/l felett) csontváz fluorosist (csontrendszerkárosodás) okozott Kínában, Indiában és Dél-Afrikában. Ez az állapot gyakran káliumhiánnyal vagy alultápláltsággal (malnutríció) súlyosbodhat. A legjelentősebb fluorid-tartalmú ásványok közé a fluorpát, az apatit és a kriolit tartozik. Jelentős mennyiségű fluoridot tartalmaznak a vulkanikus kőzetek és a tengeri eredetű sótartalmú rétegek. A foszfátkőzetek fluorid-tartalma akár a 4%-ot is elérheti, amiből egy rész a légkörbe kerül. A levegőben lévő fluorid a fluorid-tartalmú talajrétegek porából és az aktív vulkánikus területeken kiszabadult gázokból származik. A foszfát műtrágyákat gyártó cégek-és téglagyárak által kibocsátott fluoridok szintén bár nem természetes forrásként, mégis jelentősen hozzájárulnak a levegő magas fluor-tartalmához, illetve az embereket érő fluorid-expozíciót növelhetik. Az olyan növényekben − a tárógyökér, jamgyökér, manióka stb. −, amelyek sok trópusi területen, különösen Dél-Amerikában és a csendes-óceáni térségben, az étrend legfontosabb összetevői, viszonylag magas fluorid-értékeket mértek. A tealevelek szintén magas fluoridkoncentrációkat tartalmazhatnak. A halkészítmények, elsősorban a szardíniából készült konzervek fluorid-tartalma akár a 40 mg/kg-os értéket elérheti, mivel a hal csontjait is elfogyasztják.

174

12. TOXINOK A szervezetre gyakorolt hatásukat illetően a toxinok a következő módon osztályozhatók: - neurotoxinok (blokkolják az ingerületátvivő Ca, Na, K., stb. csatornákat); - citotoxinok (a sejtmembránt változtatják meg); - inhibitor toxinok (az anyagcserét gátolják); - fermentum toxinok (sejt alkotókat hidrolizálnak).

12.1. A toxinok általános jellemzése A toxinok nagy fehérje-szerkezetű anyagok, vagy alkaloidák. A fehérje-szerkezetű toxinok 19 aminosavból épülnek fel. A fehérje szerkezetű toxinokra jellemzőek a fehérjék általános tulajdonságai.

12.2. Baktérium toxinok Botulotoxin A Clostridium Botulinum baktérium toxinja - a botulotoxin - az emberre legmérgezőbb vegyületek közé tartozik. A botulizmust ételmérgezés okozza. Már egy µg is elpusztíthat egy embert. A botulotoxin sajátos mechanizmussal bénítja az idegvégződéseket és az izmokat. Pontosan még nem tisztázott módon megakadályozza a kolinerg idegvégződéseken az acetilkolin felszabadulását. A tünetek 12-36 óra lappangási idő után fejlődnek ki. Kezdetben a bőr szárazzá válik, a pupilla kitágul, szédülés lép fel, a szemhéjizmok is megbénulnak, majd nyelés és beszéd- képtelenség alakul ki. Diagnosztikai szempontból igen fontosak a szemizom bénulások. Ezután a végtagizmok igen meggyengülnek, a halált általában a légzésbénulás okozza. Korai tünetek már 6 óra múlva is jelentkezhetnek. A botulotoxin csak 10-15 perces forralással semmisíthető meg. Hideg időben, álló (posványos) vízben egy hétig is stabil maradhat. Élelmiszerekben hosszú időn át megmaradhat, amennyiben biztosítva van a levegő kizárása, például konzerv készítményeknél. A botulotoxin bármely nyálkahártyán át felszívódhat a szervezetbe. Az élő szervezetek közül az ember a legérzékenyebb a botulotoxinra. Szájon át élelemmel, vagy vízzel elfogyasztva 0,12 mg a halálos adag.

175

Sztafilokokusz enterotoxinok Ez a toxin hatását gyorsan fejti ki. A sztafilokokusz enterotoxinjai már igen kis mennyiségekben (µg dózisban) kifejtik hatásukat. A legtöbb ételmérgezés okozói. Jelenleg az A, B, C, D típusai ismertek. Egy adott sztafilokokusz baktériumtenyészet a toxin több típusát tudja egy időben előállítani. A sztafilokokusz enterotoxinok egyszerű proteinek. A sztafilokokusz toxinok főzéssel nagyon nehezen semmisíthetők meg, egyesek közülük még 30 perces forralással szemben is ellenállnak. Halálos mérgezési adagja emberre feltehetően 0,50,03 mg belélegezve. A szervezetbe a toxin bejuthat szájon át mérgezett élelem, víz, valamint aeroszol formában is. Általában legerősebb hatását és leggyorsabb felszívódását a gyomor- és bélnyálkahártyáján keresztül fejti ki. A tünetek általában 1/2-6 óra között jelennek meg (leggyakrabban 3 óra után) a szennyezett élelmiszer elfogyasztása után. A tünetek gyakran teljesen hirtelen, és hevesen jelennek meg, aeroszol halmazállapotú toxin esetében már néhány perc után is. Első tünetek a növekvő nyálfolyás, amelyet émelygés, hányinger, majd hányás követ. Ezután erős hastáji fájdalmak lépnek fel, vízszerű hasmenés kíséretében. Mindezek a tünetek nagyfokú levertséggel társulnak. Gyakran láz is kíséri a tüneteket. A tünetek 1-2 napig tartanak.. A sztafilokokusz enterotoxinok által bekövetkezett ételmérgezéseknél halálozás csak 0-5% értékek között fordult elő. Aeroszol halmazállapotban feltehetően magasabb halálozási értékek jönnek létre. A halál akkor következik be, amikor a szervezet vízvesztesége igen nagy lesz. Ez különösen kisgyermekeknél, legyengült személyeknél fordul elő.

12.3. Növényi eredetű toxinok Akonitin Az akonitin növényi toxin - mérgező alkaloida. Az akonitin kezdeti izgatás után bénítja az érző idegvégződéseket, mérgező adagokban az egész testre kiterjedő érzéketlenséget okoz. Később a mozgató idegek is bénulnak és a testhőmérséklet erősen, csökken. A halál oka a légzésbénulás és szívmegállás. Mérgező hatását már a középkortól ismerik.

Eszerin (fizosztigmin) Az eszerin a Nyugat-Afrikában honos Physostigma Venemosa barnásfekete bab alakú magvának az alkaloidja. Évszázadok óta ismerik, 1864-ben vonták ki tiszta formában, és 1935176

ben állították elő szintézissel. A kolinszeteráz erős reverzibilis bénítója. Állatra és emberre egyaránt mérgező. A szervezetbe bejutva nagyobb adagokban - kb. 4 mg/testtömeg kg - a központi idegrendszert izgatja és zavartságot, delíriumot válthat ki, és epilepsziaszerű görcsöket okoz. Általában a halál légzésbénulás miatt áll be, röviddel a mérgező adagnak a szervezetbe kerülése után.

Ricin A ricin a ricinusbab (Ricinus communis) mérgező alkotórésze. A növényben fontos fiziológiai funkciót teljesít, azonban emberre és állatra nagyon mérgező. Mérgező hatását már a XIX. század közepe óta ismerik. Már néhány ricinusmag elfogyasztása halálos lehet. A ricin súlyos véres hasmenést, vesegyulladást, májkárosodást és mozgató idegközpont-bénulást okoz, a vörös vérsejteket károsítja. A ricin a sejtek számára alapvető fehérjék szintézisét blokkolja. A ricin-mérgezés okozta klinikai tünetek attól függnek, hogy a ricin milyen úton kerül a szervezetbe. A ricin-toxin bekerülhet inhalációs úton, és ebben az esetben az elsődleges támadási pont a tüdő, és “reszpiratorikus distress” szindrómát, direkt tüdőkárosodást okoz. A mérgezés hatására a tüdőben diffúz bevérzések jönnek létre, vérzéses tüdővizenyő alakul ki. A szájon át a tápcsatornába bekerült ricin-toxin a gyomor, máj, lép, vese károsodását hozza létre, ezt követik az érrendszeri elváltozások. Az injekcióval a szervezetbe került ricintoxin sok szervi, érrendszeri károsodást, majd halált okoz. A legtöbb mérgezett a toxin szervezetbe juttatása után 28-72 órán belül meghal. Az inhalációs úton szervezetbe került ricin 4-8 óra múlva súlyos légzési nehézséget okoz, amely 36-72 óra múlva kifejezett légzési elégtelenségbe torkollik. Szájon át történő bejuttatás esetén már két óra múlva gyomorbélrendszeri panaszok lépnek fel, hányással, hasmenéssel. Az esetek egy részében 1-5 napos tünetmentesség után alakul ki a generalizált toxikus hatás. Az injekcióban bejuttatott toxin tünetei 36 órával a bejuttatást követően jelentkeznek. A halál átlagosan három napon belül beáll. Nincs antitoxin, vagy más hatásos kezelési mód. A kezelés alapvetően támogató, illetve tüneti. Aktív szén használható a gyomorbél rendszerbe juttatott toxin megkötésére. Jelentős lehet a folyadékvesztés a hányás, és hasmenés miatt, ezért agresszív folyadékpótlás, és elektrolitok pótlása szükséges.

177

Kuráre A kuráre kb. 60 összetevőt tartalmazó növényi méreg. A legtoxikusabb ezek közül a Ctoxiferin-I. CH 3 N

CH2 OH

N CH

CH

CH OH 2 N

CH3

N

40. ábra. C-toxiferin-I szerkezeti képlete

A kuráre a Chondrodendron tomentosum, vagy a Strychnos toxifera nevű Dél-amerikai növények kivonata, melyet a Dél-amerikai indiánok vadászatnál nyílméregként használnak. Hatóanyagát,

a

tubokurarint,

széles

körben

alkalmazzák

műtéti

beavatkozásoknál,

izomrelaxáció előidézésére. Halálos adagnak számít 0,25-0,4 mg/testtömeg kg. Atropin és hioszciamin

D

L

41. ábra. Atropin és a hioszciamin szerkezeti képlete

Az atropin egy tropán alkaloid, melyet a nadragulya (Atropa belladonna) és más Solanaceae családba tartozó növényekből vonnak ki. A növényekben szekunder anyagcseretermék, gyógyszerként számos hatása van. A muszkarinos acetilkolin receptoron kompetitív antagonista. Potenciális halálos méreg, Atroposzról, a Moirák egyikéről kapta a nevét; a görög 178

mitológiában ő döntötte el ki hogy fog meghalni. Általában az atropin csökkenti minden olyan simaizom és mirigy aktivitását, melyeket a paraszimpatikus idegrendszer szabályoz. Ez azért van, mert az atropin a muszkarinos acetilkolin receptorokon kompetitív antagonista (az acetilkolin a paraszimpatikus idegrendszer fő neurotranszmittere). Nyelési nehézséget és csökkent váladéktermelést okoz. A szemészetben az atropint sugárizom-bénítónak használják, mert átmenetileg bénítja az alkalmazkodási reflexet, valamint pupillatágítóként. Az atropin hatása lassan cseng le (2-3 nap), hatásai két hétig is eltarthatnak. Az atropin paraszimpatikus idegrendszerre gyakorolt hatása által gátolja a nyál-, izzadtság- és nyálkamirigyek működését. Az atropin és a hioszciamin szerkezeti izomerek, az atropin a racemát, a hioszciamin az optikailag aktív forma. Növényi anyagokból és mesterségesen is előállítható. Kristályos anyag, olvadáspontja 115 °C, az atropinszulfáté l83 °C. Korlátozottan oldódik vízben, szerves oldószerekben jól oldódik. Gyógyszerként alkalmazzák foszforsavészter mérgezéseknél, mivel serkenti a központi idegrendszert. Halálos dózisnak számít 15 mg/testtömeg kg.

9.4. Mikotoxinok A mikotoxinok mikroszkópikus gombák és penészek által termelt mérgező anyagok. A mikotoxinok másodlagos metabolitok, amelyek mérgezőek állatokra és emberre egyaránt. A mikotoxinok teljes számát nem ismerik, számuk több ezerre tehető. Azoknak a mikotoxinoknak a száma, amelyek betegséget okoznak kevesebb, ennek ellenére eltérő hatásuk miatt ezt a számot is nehéz felbecsülni. A mikotoxinok nemcsak az emberi és állati szervezetre jelentenek veszélyt, hanem a növényi szervezeteknél is jelentős gazdasági kárt okoznak. A növényi kártételek jelentős gondot okoznak a gabonafélék, illetve az élelmiszerek és takarmányok kereskedésében. A mikotoxinok keletkezését illetően nagyon fontos szempont az egyes fonalas gombák potenciális mikotoxin termelő képességének ismerete mellett, bizonyos mikotoxinok keletkezéséhez szükséges környezeti feltételek tanulmányozása. Ugyanis az egyes mikotoxin termelő gombák nem minden körülmények között termelnek toxint, hanem többnyire szigorúan meghatározott környezeti és tápanyag feltételek mellett. A legfontosabb paraméterek közé tartozik a C- és N-forrás milyensége, a hőmérséklet és a levegő relatív páratartalma, valamint a szubsztrát vízaktivitása. A legjelentősebb mikotoxinok az aflatoxinok, trichotecének, fumonizinek, zearalenonok, az ochratoxin A és az ergotalkaloidák. Az következő ábrák néhány mikotoxin szerkezetét mutatják be. 179

OH

O

CH 3 O

C

O

OH O

O

OH

C CH2

HO

N H

O

O

Cl

Zearalenon

H CH3

H

H

Ochratoxin A

42. ábra. Zearalenon és ochratoxin A szerkezeti képlete

O

C

OH O

O

OH

C CH2

N H

O

H

T-2

Ochratoxin B

43. ábra. T-2 toxin és ochratoxin B szerkezeti képlete

180

H

H CH3 H

44. ábra. B1, B2, G1, G2, M1, M2, B2A és G2A aflatoxinok szerkezeti képlete

12.4.1. A mikotoxinok képződése A mikroszkopikus gombák mindenhol jelen vannak környezetünkben. Kimutathatók a talajban, a növényeken, a mezőgazdasági terményeken. A létfenntartásukhoz és növekedésükhöz szükséges elsődleges metabolitokat a környezetből felvett tápanyagokból állítják elő. A mikotoxinok a legtöbb esetben szántóföldön képződnek, de képződésük előfordulhat a betakarításkor, szállításkor és a tárolási műveletek során is. A mikotoxinok képződésének egyik feltétele a vízhez való hozzáférés, és a megfelelő hőmérséklet. Amikor a gomba megfertőzi a növényt, a levegő páratartalma és a hőmérséklete jelentősen befolyásolja a növény növekedését és egészségét, valamint a mikotoxint termelő gombák versengését. A tárolás során az olyan tényezők, mint az állomány vízaktivitása, szellőztetettsége, hőmérséklete, a mikroorganizmusok versengése, a mechanikai sérülések, a rágcsálók, rovarok okozta károk és nem utolsó sorban a gombaszennyeződés koncentrációja jelentős szerepet töltenek be a mikotoxinok felhalmozódásában.

12.4.2. Mikotoxinokat termelő gombák A mikotoxinokat széles palettájú gombák termelik, amelyek általában nem agresszív patogének. Olyan táptalajokon vagy anyagokon képeznek telepeket, amelyek megfelelő nedvességgel vagy tápanyaggal rendelkeznek. A szennyeződések kialakulásának szempontjából három törzset kell megemlíteni, az Aspergillus, Penicillium és Fusarium törzseket. Kisebb jelentőségű törzs a Claviceps és a Stachybotritys. A takarmányokban előforduló gombákat a kártétel egyes

181

jellegzetességei alapján, a penészszerű gombákat kártételük helye és módja, illetve nedvességigényük alapján szántóföldi és raktári gombákra osztják. Toxintermelés sajátosságai: • egy adott toxint több faj is termelhet; • egy adott faj többféle toxint is termelhet (a faj elnevezés a mikroszkópikus gombák esetében nem jelent genetikailag azonos egységet, mert a legtöbb gomba csak vegetatív úton szaporodik, így gyakorlatilag minden telep önálló egységként fogható fel); • a gomba jelenléte nem feltétlenül jelenti a toxin jelenlétét is; • a gomba hiánya nem jelent egyúttal toxin mentességet is. Aspergillus flavus Az Aspergillus flavus (45. ábra) a legfontosabb aflatoxintermelő penészgomba. Az egész világon elterjedt: a talajban, a bomló növényi részeken, az élelmiszeren, a raktározott magvakon egyaránt előfordul. Megtalálták a trópusokon éppúgy, mint a szubtropikus országokban. Az Aspergillus flavus telepe zöldes árnyalatú, sárgás színű. Nedvességigénye nagy, a számára legkedvezőbb hőmérséklet 25 ºC, 13ºC alatt és 41 ºC felett nem termel aflatoxtint. Az Aspergillus flavus vadon főleg a talajban él. Így megtalálható ezeken a talajokon termesztett terményekben (pl. kukorica). Megtalálható nyirkos falakon, tapétán, fapadlón vagy szőnyegen, kátrányon, ventillátorokban, cipőn, bőrtermékeken és madár ürülékben. A minimális és maximális hőmérséklet, amely a növekedésükhöz szükséges 6-45 ˚C, az optimális növekedési hőmérséklet 40 ˚C. A minimális vízaktivitás 0,78, az optimális vízaktivitás 0,98.

45. ábra. Aspergillus flavus Az Aspergillus flavus nagyon mérgező aflatoxinokat termel, amely az évek során számos ember és állat halálát okozta. Például 2004-ben, Kelet-Afrikában több mint 100 ember esett áldozatul annak, hogy Aspergillus flavus által mérgezett élelmiszert fogyasztottak. 182

Az Aspergillus flavus kolóniák Czapek agaron zöldes-sárgák, sárgás-zöldek vagy zöldek. Általában rendelkeznek spóraképző cellával, változóak a méreteik, ovális vagy kör alakot is felvehetnek.

Aspergillus parasiticus Czapek agaron az Aspergillus parasiticus (46. ábra) kolóniák sötétzöldek, későbbi stádiumban zöldek. A spóraképző cellájuk változatos, a sclerotia általában hiányzik, a konidiumok alakja és mérete uniformális.

46. ábra. Aspergillus parasiticus Az Aspergillus parasiticus érzékeny a pH-ra, az aflatoxin termelése 3-8 pH értékek közé korlátozódik, pH-optimuma pedig 6.

Aspergillus niger Az Aspergillus niger (47. ábra) kevésbé okoz emberi megbetegedést a többi Aspergillus fajhoz képest, de hosszútávon sok spóra belélegzése aszpergillózist okozhat. Az aszpergillózis főleg kertészetben dolgozóknál alakulhat ki, ha sok spórában gazdag port lélegeznek be. Megtalálható még az ókori egyiptomi kripták falán, az ilyen légtérből könnyen belélegezhetők. Az Aspergillus niger a gombás fülfertőzés okozója, amely okozhat fülfájdalmakat, időleges hallásvesztést és rossz esetben a fülcsatornákat és a dobhártyát is károsítja. Az Aspergillus niger minimális növekedési hőmérséklete 6 hőmérséklete 47 oC, az optimum 37 oC.

183

o

C és maximális növekedési

47. ábra. Aspergillus niger Az Aspergillus nigert az iparban is tenyésztik bizonyos anyagok előállítása céljából. Az élelmiszeriparban használják citromsav (E330) és glükosav (E574) előállítására, ez a WHO által jóváhagyott folyamat. Sok hasznos enzimet is termel a fermentációja során. Például az Aspergillus niger által termelt glükoamilázt a magas fruktóz tartalmú gabonaszirupok előállításánál, a pektinázt borok derítésénél és az α-galaktozidázt cukrok bontásánál használják. 12.4.3. Toxintermelés genetikai meghatározottsága Toxinogén fajok (illetve telepek) azok, amelyek meghatározott körülmények között toxin(ok) szintézisére képesek. A toxinogén fajokon belül a toxintermelés szempontjából aktívabb és kevésbé aktív vagy atoxikus törzsek (telepek) is elkülöníthetők. A két rokon szaprofita gombafaj, Aspergillus flavus és Aspergillus parasiticus, megtalálhatók növények termésein, főleg olajos magvakban. Világszerte ismert gombafajok, de főleg a trópikus klímájú országokban ismertek, ahol nagymennyiségű a csapadék, magas a hőmérséklet és magas a páratartalom. Az Aspergillus fajok jellemzője, hogy nem mérgező kondiospórákat termelnek, amelyek teljesen kölünböznek a hifáktól és megduzzadva vezikulát alkotnak. A vezikulák szterigmatáknak nevezett spóraképző cellákat alkotnak. Néha nehézség merül fel a gombák kimutatásakor, mivel a spóraképző cellák vékonyak és a spórák elhomályosítják őket. Több más Aspergillus faj, mint például az Aspergillus clavatus, Aspergillus niger és Aspergillus versicolor lehetnek toxikus vagy allergiát kiváltó fajok. Annak a tulajdonságaiknak köszönhetően, hogy sokféle enzimet képesek termelni, az Aspergillus fajok sokféle élelmiszert képesek felhasználni a megtelepedésükhöz. Megtalálhatóak gabonaféléken és különböző körülményeknek kitett élelmiszerekben, ahol romlást okoznak. Ezen kívül megtalálhatóak

184

kisebb mennyiségben bőrből készült termékeken, ruhákon és könyveken is, csökkentve ez által az értéküket, kellemetlen dohos és penészes szagot kölcsönözve nekik.

12.4.4. A mikotoxinok által okozott tünetek A mikotoxinok jellegzetes tüneteket okoznak gazdasági állatoknál (szarvasmarha, sertés, baromfi). Szarvasmarháknál csökkent takarmányfelvétel, gyenge testtömeg gyarapodás, csökkent tejtermelés, nő a vetélések és az embrió mortalitás aránya figyelhető meg. Sertéseknél csökkent takarmányfelvétel, hasmenés, hányás és súlyos szaporodásbiológiai zavarok jelentkeznek. Baromfiaknál csökkent takarmányfelvétel, gyenge testtömeg gyarapodás, gyenge keltethetőség, a torz embriók aránya megnő, és immunrendszer zavarok jelentkeznek. Az ilyen anyagokra nem létezik küszöbérték, amely alatt már nincs megfigyelhető káros hatás, ezért nem adható meg megengedhető napi beviteli szint.

12.4.5. Aflatoxinok Az aflatoxinok károsító hatása az élelmiszer érzékszervi tulajdonságainak romlásában, tápértékének csökkenésében és az egészségkárosító hatásában nyilvánulhat meg. Az aflatoxinok kristályos anyagok, könnyen oldódnak szerves oldószerekben: kloroformban, metanolban, acetonban, acetonitrilben. Ugyanakkor oldódnak kissé vízben is 10-20 mg/l koncentrációig, UV fényben fluoreszkálnak. Az aflatoxin kristályok fény hiányában nagyon stabilak. Kloroformos vagy benzolos oldatban, hidegben és sötétben tárolva évekig megőrzik stabilitásukat. A lakton gyűrű érzékennyé teszi őket. Lúgos hidrolízis, ammónia vagy hipoklorit hatására csökken a koncentrációjuk, eredményesen detoxikálhatóak is ezekkel a szerekkel.

12.4.5.1. Az aflatoxinok felfedezése A Penicillium és az Aspergillus nevű penészgomba-fajokkal végzett kutatómunka során megismerték a penészgombáknak olyan anyagcseretermékeit is, amelyek gyógyászati célra nem voltak alkalmasak azért, mert nemcsak a kórokozókra, hanem az emberre és az állatokra is toxikusan hatottak. 1960-ban Angliában, a nagy baromfitelepeken több százezer számra pusztultak el a fiatal szárnyasok, a pulykák, a kacsák és csibék. A felboncolt állatok kórképe teljesen azonos volt: májelhalásra és az epevezetékben kóros szövetburjánzásra, vagyis rákos daganatra vallott. A mikotoxikológia születése 1960-ra tehető, amikor Blount egy új „pulykabetegséget” írt le, amit a később aflatoxinnak nevezett toxin okozott. 1961-ben 185

megállapították, hogy ezt a betegséget a takarmánykeverékben levő penészes földimogyoró, pontosabban a rajta található penészgomba okozta. Ez a gomba pedig nem volt más, mint az Aspergillus flavus. Később Barnes és Butler 1964-ben kimutatta az aflatoxinok rákkeltő hatását is. Ettől az időtől a penészgomba kutatások teljes fordulatot vettek. Legfőbb céljuk - a hatásosabb antibiotikumokat termelő fajok keresése mellett - a rákkeltő vegyületeket generáló penészek kutatása lett. A kutatások igen gyorsan fedeztek fel újabb és újabb másodlagos mikotikus eredetű anyagcseretermékeket. 1971-ben Turner már 500 gombafaj által termelt 1200 másodlagos anyagcsereterméket rendszerezett. Hawksworth (1991) 69000 gombafajban, amely mintegy 5%-a a létező gombafajoknak, mintegy másfél millióra becsülte a másodlagos anyagcseretermékeket. Más konzervatív becslés is százezres nagyságrendet becsült. 1998-ban mintegy 300 vegyületet tartottak mikotoxinnak, az ismert másodlagos anyagcseretermékek mintegy 10%-a rendelkezik mérgező tulajdonságokkal.

12.4.5.2. Az aflatoxinok elnevezése A mérgező anyag kimutatására irányuló kutatások során vékonyréteg kromatográfiás vizsgálattal 4 jól elkülönülő foltot kaptak, amelyeknek UV fényben mutatott fluoreszcencia színük alapján a B1, B2, G1 és G2 jelzéseket adták (a B, a blue = kék szó kezdőbetűjéről, a G, a green = zöld szó kezdőbetűjéből). Később aflatoxintartalmú takarmányt fogyasztó állatok tejéből további változatokat mutattak ki. A tej vizsgálata során egy kékeslila színnel fluoreszkáló metabolitot fedeztek fel, amelyet nem színe, hanem eredete alapján aflatoxin M1nek neveztek el (M = milk). A juhok vizeletében egy, a tejben talált metabolithoz nagyon hasonló vegyületet találtak, amely az aflatoxin M2 elnevezést kapta.

12.4.5.3. Aflatoxinok kémiai szerkezete Az aflatoxin csoporton belül - amelynek tagjai furano-kumarin származékok - a B1, G1 és M1 kémiai szerkezetét tekintve dihidro-furano-furán (DHFF) erősen mérgező, és B2, G2, M2 kémiai szerkezete

szerint

tetrahidro-furano-furán

(THFF)

kevésbé

mérgező

vegyületeket

különböztetünk meg. Mind a négy vegyület difurán-kumarin származék. Ez a négy vegyület nem egyformán mérgező hatású. Leginkább mérgező közülük az aflatoxin B1, majd G1, B2 és végül az aflatoxin G2 következik. Kémiai szempontból benzapirén típusú szerkezeti elemet tartalmazó,

többszörösen

konjugált,

policiklusos

kloroformban jól, vízben kevésbé oldódnak. 186

vegyületek.

Metanolban,

acetonban,

12.4.5.4. Aflatoxinok kimutatása és mennyiségi meghatározása Az aflatoxinok kimutathatóak kémiai vagy biológiai módszerekkel. Az aflatoxinok kémiai módszerekkel történő meghatározása szabványosítva van. A minta szerves oldószerrel (kloroform vagy metanol) van kivonva. A lipidek és festékanyagok jelenléte a szétválasztás hatékonyságát csökkentik, és ezért hexánt használnak ezeknek a komponenseknek a leválasztásához. Továbbá az extraktumot tisztítják szilikagél oszlopon. Utána az extraktumot koncentrálják nitrogén atmoszférában történő párologtatással, és utána szétválsztják TLC-vel (vékonyréteg kromatográfia) vagy HPLC-vel (nagyhatékonyságú folyadékkromatográfia). Aflatoxinok gázkromatográfiás (GC) módszerekkel is meghatározhatóak. Általában TLC-t használnak, és az aflatoxinokat UV fényben teszik láthatóvá. Mennyiségileg, az ismert koncentrációjú standardok segítségével, vagy fluorometriás eljárással határozzák meg őket. Léteznek még a gyorstesztes módszerek, és az ELISA (enzimjelzésű immunológiai vizsgáló módszer) módszer, különböző kittek segítségével. A fluorometriás eljárás bioszenzorokkal kifejlesztve kevesebb, mint 2 perc alatt biztosítja az aflatoxinok kimutatását. PCR-t (polymerase chain reaction = polimeráz-láncreakció) használva is ki lehet mutatni az aflatoxinokat termelő gombákat az élelmiszerben.

12.4.5.5. Az aflatoxinok megengedett határértékei Az aflatoxinok eltűrhető mennyiségeit élelmiszerekben már évtizedek óta nemzetközi és országos határértékek szabályozzák. Mivel az élelmiszerek aflatoxin határértékeit az Európai Unió közösségi rendelet formájában szabályozza, ezek az előírások változatlan formában érvényesek Romániában is. Földimogyoró, dió, mogyoró, mandula, gesztenye és szárított gyümölcs esetében a közvetlen emberi fogyasztásra vagy felhasználásra kerülő árura szigorúbb a határérték (2 µg/kg, illetve 4 µg összes aflatoxin/kg), mint a felhasználás előtt még válogatásra, tisztításra kerülő termékekben (5 vagy 8 µg/kg, illetve 10 vagy 15 µg összes aflatoxin/kg). A gabonafélékre és gabonaőrleményekre egyféle határérték vonatkozik (2 µg/kg, illetve 4 µg összes aflatoxin/kg) függetlenül attól, hogy felhasználás előtt még tisztítják, válogatják vagy sem. A kukoricára a többi gabonafélétől eltérő, nagyobb számértékű határértéket írtak elő (5 µg/kg, illetve 10 µg összes aflatoxin/kg), amely megegyezik a fűszerekre megállapított értékkel. A tej és tejtermékek aflatoxin M1 tartalma legfeljebb 0,05 µg/kg lehet. A csecsemők és kisgyermekek számára készült ételek és tápszerek aflatoxin

187

határértéke lényegesen kisebb, mint a felnőttek táplálására szolgáló hasonló élelmiszereké (0,1 µg/kg, illetve 0,025 µg M1/kg). 12.4.5.6. Az aflatoxinok toxicitása Biológiai hatását elsősorban állatkísérletek alapján állapították meg, amely szerint súlyos májkárosodást okoz, de hosszú időn keresztül fogyasztva daganatkeltő hatást is megfigyeltek. Az akut aflatoxin mérgezés kimutatható több emlősfajnál (főleg kutya és nyúl), főemlősöknél, halaknál, madaraknál. Nagyon érzékenyek a kacsák és a pulykák is. Az életkor, nem és táplálkozási helyzet befolyásolják a mérgezés fokát. A fiatal egyedek érzékenyebbek, a hím egyedek érzékenyebbek, mint a női egyedek. A legtöbb fajnál az LD50 0,5-10 mg/kg testtömeg kg. A máj a legjobban veszélyeztetett szerv. A hatásai a tüdőn, szívizmon és vesén is megfigyelhetőek és az aflatoxin felhalmozódhat az agyban is. Testtorzító hatások is megfigyelhetőek. Akut toxikózis emberek esetében a világ bármely részén előfordulhat. A legtöbb aflatoxinok okozta mérgezés Afrikában és Ázsiában fordult elő. Legtöbbször az aflatoxikózis oka fertőzött gabonafélék, főleg kukorica, rizs, mogyoró, mogyoróvaj fogyasztása. Egy klasszikus aflatoxikózis eset 1990-ben Malajziában történt, amely 40 embert érintett és 13 gyermek halt meg annak következményeként, hogy magas aflatoxin- és bórsav tartalmú élelmiszert fogyasztottak. A boncolás során nagymennyiségű aflatoxint találtak a májban, tüdőben, vesében, szívben, agyban és lépben. Az aflatoxinok nem mindig az elsődleges okozói a halálnak. Nigériában voltak esetek, amikor 18-19 évesek haltak meg valamilyen más okból és a boncolás során a szervezetükben jelentős mennyiségű aflatoxint találtak. Az aflatoxinoknak félheveny és krónikus hatásaik is lehetnek. Az aflatoxinok káros hatásai okozhatnak rákot, krónikus májgyulladást, sárgaságot, májbajt, májcirrózist olyan esetekben, amikor többszöri táplálékbevitel során jut aflatoxin a szervezetbe. Megállapították, hogy az aflatoxinoknak szerepük van többféle betegség kialakításában is, például kwashior-kór (fehérjehiány-betegség), májgyulladás és Reye szindróma. Az aflatoxinok ugyanakkor hatással vannak az immunrendszerre is. Az aflatoxinok mutagén hatásúak, kromoszóma abberációt okozhatnak több növény- és állatfajnál, és emberi sejtekben is. A B1, G1 és M1 mikotoxinok karcinogén és mutagén hatása a furángyűrű 8-as és 9es poziciójában található reaktív epoxidoknak és ezek a nukleinsavhoz való kovalens kötésének tulajdonítható. Az M1 és G1 toxicitása kisebb, mint a B1 toxicitása.

188

Míg az aflatoxin B1 a májra fejti ki karcinogén hatását, addig az aflatoxin M1 és G1 a vesére karcinogén hatású. Az egerek nagyon ellenállóak az aflatoxin B1-el szemben. Magas étrendi dózis esetén sem (10 mg/testtömeg kg) okoz az egereknél semmi féle káros hatást a májban, míg a patkányoknál (15 µg/testtömeg kg) már kis dózisnál daganatot találtak a májban. Az aflatoxinok első lépésben aktiválják az anyagcserét, módosítják a DNS állományt, sejtderegulációt okozva, amely sejthalálhoz, ill. alapvetően megváltozott sejtfolyamatokhoz vezet (károsítja a makromolekula szintézist, sejt-deregulációt, majd sejthalált váltva ki). Igen erős rákkeltő hatásuk is van. Kimutatták, hogy a Hepatitis B vírus és az aflatoxinok együttes hatása megnöveli a daganatos májsejtek kialakulásának esélyét. Savak jelenlétében az aflatoxin B1 és G1 átalakul aflatoxin B2A és G2A változatokká (48. ábra), ez annak köszönhető, hogy a savas katalízis hatására víz addicionál a furán gyűrű kettős kötéséhez.

48. ábra. Aflatoxin B2A és G2A szerkezete Az aflatoxinok szintézise során a gombák elsődlegesen az aflatoxin G1-et szintetizálják, majd ebből állítják elő, a többi metabolitot. Ezzel magyarázható az a tény is, hogy a természetben az aflatoxin B1 található meg a legnagyobb koncentrációban. Aflatoxin G1 keltkezik aflatoxin B1 ciklopentanon gyűrűjének oxidációjával, az ún. Baeyer-Villiger (BV) rekció során, melyet a Baeyer-Villiger monooxigenáz enzim katalizál, ezt a reakciót szemlélteti a 49. ábra.

189

Baeyer – Villiger monooxigenáz

AFG1

AFB1

49. ábra. G1 aflatoxin szintézise 12.4.5.7. Az afaltoxinok elleni védekezés A válogatás és az egyéb fizikai kezelések lehetővé teszik a földimogyoró, a diófélék és a szárított gyümölcsök aflatoxin tartalmának csökkentését. A kereskedelemre gyakorolt hatás minimalizálása céljából ezért tanácsos magasabb aflatoxin tartalmat megengedni az olyan termékek esetében, melyeket nem szánnak közvetlen emberi fogyasztásra, vagy összetett élelmiszerek összetevőjeként történő felhasználásra. Ilyen esetekben az aflatoxin szintet a földimogyoró, diófélék és szárított gyümölcsök fent említett kezelési módozatai ismert lehetséges hatásai, valamint annak figyelembevételével állapították meg, hogy a kezelés után azok megfeleljenek közvetlen emberi fogyasztásra, vagy összetett élelmiszerek összetevőjeként történő

felhasználásra

szánt

termékekre

megállapított

legmagasabb

határértékeknek.

Gabonafélék esetén nem zárható ki, hogy a válogatás, vagy az egyéb fizikai kezelések csökkentik az aflatoxinszennyezés szintjét. Azon termékek, amelyek aflatoxinszintje meghaladja a legmagasabb határértéket, nem hozhatók forgalomba sem önállóan, sem egyéb élelmiszerekkel vagy élelmiszer összetevőkkel történő keverés útján. A méregtelenítés fő célja csökkenteni az aflatoxinszintet a mérgező magok eltávolításával, de ha ez nem végrehajható, vagy csak részben kivitelezhető, még fennáll az az esély, hogy kémiai vagy fizikai eljárásokkal inaktiváljuk, roncsoljuk az aflatoxinokat.

Fizikai méregtelenítés A hő által történő inaktiválás a melegen készített termékek esetében megfelelő eljárást jelenthet. Egyes mikotoxinok kémiailag stabilak és ellenállnak magasabb hőmérsékletnek is. Az aflatoxinok stabilak az olvadáspontjuk hőmérsékletéig, ami 250 °C körül van, és nem roncsolódnak forró víz hatására, autoklávozás során, vagy különböző hagyományos 190

technológiai műveletek során. Az aflatoxinok részben roncsolódnak - földimogyoró esetén - a pörköléssel. Földimogyoróban az aflatoxinok szobahőmérsékleten stabilak. 2 évig, 23 °C-on, tárolt földimogyoróban, pörkölt mogyoróban és mogyoróvajban található aflatoxin B1, B2, G1 és G2 koncentrációja számottevően nem változott. A földimogyoró pörkölése (mikrohullámú sütőben) során az aflatoxinok teljesen szétroncsolódnak. Legegyszerűbb a toxinnal erőteljesebben szennyezett növényi részek minél tökéletesebb eltávolítása. Fluoreszkáló jellege miatt elektronikus válogató berendezéssel az aflatoxinnal fertőzött szemek eltávolíthatók. Magas szintű aflatoxin szennyezettség arányos az alacsony szemek fajsúlyával, így flotációs eljárásokkal ezek a szemek is kiválogathatók.

Felületaktív anyagok használata Alkalmazásuk során tekintetbe kell venni, hogy az aflatoxinok mellett más, hasonló karakterű vegyületeket is megkötnek - pl. vitaminok, peptidek, aminosavak. Más felhasználható anyagok: • kaolin

- aflatoxin esetében hatásos;

• bentonit • aktív

- az alapanyag sokszor nehézfémekkel szennyezett;

szén (carbo medicinalis) - nem gyakorlatias, igen nagy mennyiség (5-10%)

szükséges. A felületaktív anyagokkal szemben támasztott követelmények: • magas

pH-n is megőrizzék meg stabilitásukat;

• nagy adszorbeáló • nagy affinitás

képesség magas aflatoxintartalom esetén;

kis koncentrációjú aflatoxintartalom esetén;

• adszorbeálóképesség megőrzése, • nem

ha többféle aflatoxin van jelen;

toxikus, környezetkímélő.

Kémiai méregtelenítés Erős alkalikus kezelés esetén problematikus a későbbi semlegesítés. Ez az eljárás aflatoxinok esetében bevált, a csökkenés mértéke akár 90% is lehet. Az aflatoxinok semlegesíthetőek hipoklorittal, kálium-permanganáttal, hidrogén-peroxiddal, klórral, ózonnal. A kémiai méregtelenítő eljárások megvalósíthatóak technikailag és gazdaságilag, és ezek a problémák az FAO/WHO/UNEP Nairobiban (Kenya, 1997) tartott konferenciáján merültek fel. Ez a konferencia a következőkel foglalkozott: 191

• az

aflatoxinok inaktiválása és roncsolása;

•a

roncsoló eljárások során a toxinokból ne keletkezzenek karcinogén és toxikus

végtermékek; • gombaspórák • megőrizni

és sejtek elpusztítása a toxintartalom megsokszorozódásához vezethet;

a termék tápanyagtartalmát és elfogadhatóságát;

• ne módosuljanak

számottevően a termék fontosabb technológiai tulajdonságai.

Állati takarmányok méregtelenítésére a legáltalánosabb eljárás az ammonizáció. Az élelmiszerek esetén alkalmazott legfontosabb méregtelenítők: • metoximetán; • formaldehid; • kálcium • etilén

hidroxid;

oxid;

• hidrogén

peroxid.

Elektromágneses sugárzás hatása Ultraibolya- és gamma-sugárzás hatására az élelmiszerek aflatoxintartalma lassan csökken. Napfény hatására, a növényi olajban található aflatoxinok megsemmisülhetnek. Az üvegedényben tárolt, aflatoxinnal fertőzött, finomítatlan földimogyoróolaj direkt napsütésnek volt kitéve (kb. 50000 lux), néhány óra alatt az aflatoxinok teljesen megsemmisülnek. A biztonságossága ennek a módszernek, és a tárolásra gyakorolt hatása a napsütésnek kitett napraforgóolajnak bebizonyított.

12.4.6. Trichotecén vázas mikotoxinok 12.4.6.1. Trichotecén vázas mikotoxinok előfordulása A trichotecének a mikotoxinok széles családját alkotják, őket több penészgomba is termeli, mint a Fusarium vagy a Stachybotritis fajok. A legnagyobb valószínűséggel előforduló trichotecén a deoxinivalenol (vomitoxin, vagy DON), amely elsősorban búzában, árpában és kukoricában található meg. A fumonizin toxin elsősorban a kukoricában található meg, és a Fusarium verticillioides gomba termeli. Ez a toxin súlyos betegséget tud okozni lovaknál és sertéseknél. Egereken és patkányokon rákkeltő hatásukat is kimutatták. A zearalenon toxint elsősorban a Fusarium

graminearum

gomba

termeli,

sertéseknél

méhszájgyulladást

okoz,

és

ösztrogénhatásu. A zearalenon a trichotecénekkel együtt is előfordulhat a búzában, árpában, 192

zabban, kukoricában. Az ochratoxint elsősorban a Penicillium verrucosum termeli, és súlyos állati betegségeket tud okozni sertéseknél, elsősorban vesebántalmakat. Az ergot alkaloidákat a Claviceps gombafaj (növényi patogén) okozza, amikor a szövetelváltozás folytán áttelelő termőtestek képződnek. Az ergotoxikózis már a középkorban is ismert betegség volt. 12.4.6.2. Trichotecén vázas mikotoxinok általános tulajdonságai Nevüket a Trichothecium roseum gombáról kapták, amelynek tenyészetéből először izolálták, jóllehet a Fusarium nemzetség fajai a fő toxintermelők (Fusarium tricinctum, Fusarium roseum). Először az 1890-es évek végén írták le Oroszország területén az ilyen jellegű humán toxikózist. “Részeg kenyér” betegségnek nevezték, mivel a fertőzött kenyérgabona fogyasztásával jelentkezett a betegség, amely szédelgés, hidegrázás, nyálfolyás, hányás, látási zavarok és egyéb idegrendszeri tünetek kíséretében sokszor halálos kimenetelű volt. A fertőzött gabona fogyasztása azután az I. és II. világháború idején a Szovjetunióban újabb toxikózis “járványokat” eredményezett, amikor az éhező lakosság hó alól kikapart gabonát fogyasztott. Kémiai szerkezetüket tekintve szeszkviterpén típusú vegyületek, jellemző rájuk az epoxid gyűrű jelenléte és a 9,10-es helyzetben a telítetlen kettős kötés. Továbbá megkülönböztetünk egyszerű tetraciklusos, és makrociklusos trichotecéneket. Az egyszerű tetraciklusos trichotecének közül mikotoxikózisok szempontjából legfontosabbak a T-2 toxin (Trichoderma viridae is termeli), HT-2 toxin, diacetoxi-szkirpenol, fuzarenon-X és a nivalenol. Más fuzárium toxinokhoz hasonlóan ezek is alacsony hőmérsékleten termelődnek, 010 oC-on. Így elsősorban a téli gabonatárolás esetében kell gondot fordítani a Fusarium-ok okozta fertőzés elkerülésére ill. Fusarium-mal fertőzött gabonanövény terméseinek tárolására. A toxinok a vérképző rendszert (ATA - alimentáris toxikus aleukia) támadják meg, erős sejtmérgek, idegrendszert és immunrendszert károsító hatást is kimutattak. Gabonanyersanyagok és takarmányok felhasználása potenciális veszélyforrás, ezért általában rutinszerűen vizsgálják ezeket a nyersanyagokat. Toxintermelés hőmérsékleti optimuma: 10-15 o

C a DON kivételével, amelynek optimuma 20-30 oC. Kémiai szempontból ezek spiro-epoxi-

szeszkviterpén vázú tetraciklusos vegyületek. Trichotecén vázas mikotoxinok forrásai lehetnek a búza, kukorica, rozs, árpa, rizs, pillangósok terméshüvelye és a keveréktakarmányok.

193

12.4.6.3. Trichotecén vázas mikotoxinok toxikus hatásai Állatoknál megfigyelhető a termeléskiesés, takarmány visszautasítás, hasmenés, hányás, bélgyulladás, teratogenitás (a bendőben jelentősen csökken a szerves anyag lebomlásának mértéke).

Másodlagos

tünetként

az

ellenálló

képesség

csökkenése

jelentkezik

az

immunrendszer károsodása következtében és celluláris immunválasz gátlása. Kórszövettanilag megfigyelhetők felmaródások a nyálkahártyákon (ez elsődlegesen T-2 hatása), fekélyek, májelfajulás, vérzéses bélgyulladás (ez elsődlegesen a DAS hatása). Először az idegrendszer károsodik. Tünetei: depresszió, hiányos reflexek, remegés, paralízis, mozgászavarok. A sertéseknél a DON remegést, takarmány-visszautasítást eredményez. T-2 toxin hatása sertéseknél a takarmány-visszautasítás, bőrgyulladás, immunszupresszió, az ovuláció elmarad, a kocák nem ivarzanak, késedelmes visszaivarzás, étvágytalanság, hányás, hasmenés, elapasztás. T-2 toxin baromfiaknál a következő hatásokat idézheti elő: dermatotoxikózis, elhalásos, pörkszerű felrakódás a csőrön, a szájon, szájzúgban, nyelven. Ugyanakkor megfigyelhetők idegrendszeri tünetek, csontosodási zavarok, celluláris immunválasz csökkenése, a limfoid szervek sorvadása, reprodukciós zavarok, csökken a keltethetőség. Emlősöknél a trichotecén vázas mikotoxinok számottevő része áthalad a bélcsövön és a bélsárral kiürül. A felszívódás a vékonybélből történik, majd a májon keresztül részben metabolizálódva (konjugáció), az epén át a toxin egy része ismét a bélcsőbe jut vissza, és csak rendszerint kisebb, nem metabolizálódott része jut a vérkeringésbe, ahonnan a tejjel, esetleg tojással ürül, valamint a vese választja ki a vizelettel a szervezetből. A toxin kiválasztását végző szervekben (a tejmirigy és a vese) a toxin általában koncentráltabban van jelen. Az izomzatban csak a keringésben lévő mennyiség fordul elő, felhalmozódás általában itt nem jellemző.

194

12.5. Állati eredető toxinok Rovar toxinok Kantaridin

50. ábra. Kantaridin szerkezeti képlete

A kantaridin a hólyagképző bogarak természetes toxinja. A kantaridin 218 °C-on olvadó kristályos anyag, vízben rosszul, zsírban és olajokban jól oldódik, izgató és hólyaghúzó hatású mérgező szerves vegyület; a körisbogárban és egyéb bogarakban található, ma már mesterségesen is előállítják. A kantaridinnek nincsen specifikus antidótuma, csak tüneti terápia lehetséges mérgezés során. Hánytatni a beteget nem szabad, gyomormosás a mérgezés első egy órájában a leghatékonyabb. A beteggel vizet (120-240 ml) vagy tejet kell itatni, aktív szén adandó (240 ml vízben 30 g aktív szenet kell oldani), felnőtteknek 25-100 g, gyermekeknek 25-50 g, újszülöttkorban 1 g/testömeg kg adható maximalis adagban, narkotikum és antiemetikum adása általában szükséges. Alacsony vérnyomás esetén intravénás folyadékpótlás szükséges (10-20 ml/testömegkg adagban), beteg Trendelenburg helyzetbe (fekvő beteg fej felé döntése legalább 45°-os szögben) helyezése, amennyiben a hipotónia perzisztál dopamin vagy norepinefrin adandó, bőrről alkoholos/acetonos/éteres lemosás, majd szappanos vizes lemosás, szemből fiziológiás sóoldatos öblítés minimum 15-20 percen át alkalmazható. Feketekávé a panaszokat fokozza. Főleg fejlődő országokban (de nem csak ott) használják afrodiziákumként, szemölcs megszüntetésére, abortívumként, vizelethajtóként. A kantaridin a protein-foszfatáz 1-es és 2-es típusának erős inhibitora. Úgy, mint az okadasav (citotoxikus), a kantaridin is gátolja a foszfolipáz A2 katalitikus alegységét, alacsonyabb koncentrációban, mint a foszfolipáz A1-et. Magas koncentrációban csak a foszfatáz 2B-t gátolja. A kantaridin erősen vízoldékony, de oldódik zsírokban és olajokban is. Ezért tilos mérgezés esetén olajos készítmények belsőleg adása, mert a felszívódást és ez által a toxicitást is növeli. Szájon keresztül a halálos dózis 0,5-1,5 mg/testtömeg kg. 195

Béka-mérgek Pumiliotoxin A

pumiliotoxin

(2-propil-5-metil-cisz-dekahidrokimolin)

a

nyílméregbékák

mérgező

váladékának egyik összetevője, a pumiliotoxin serkenti a szívizom összehúzódását. 1966-ban különítették el az A, B, C típusokat. Az A és B típusok sokkal toxikusabbak, mint a C típus. A C típust szintetikusan is előállították.

Pumiliotoxin A: R = –H, Pumiliotoxin B: R = –OH.

51. ábra. Pumiliotoxin szerkezeti képlete

Fehér egereken mért toxicitása 20 mg/testtömeg kg, (LD50) bőr alá adagolva. A mérgezés szimptómái: mozgatószervek bénulása, a halálos mérgezés acetilkolinészteráz bénításra emlékeztet.

Bufotoxin CH

3

H3C O HO

O

O - CO - (CH ) - CO - NH 2 6 NH 2 O - CO - CH 3

HOOC - CH - (CH2 ) - N 3

C NH2

52. ábra. Bufotoxin szerkezeti képlete

A bufotoxin hallucinogén vegyület, érszűkítő hatású, erős idegméreg. A bufotoxin fokozza a szívizomzat összehúzódását, növeli ennek frekvenciáját. Hatása sokban hasonlít a panteridinszindrómához (párducgalóca és a légyölő galóca hallucinogén hatása). Használatára jellemző volt, hogy a begyűjtött állatokat egyszerűen csak nyalogatták, mert már ez hallucinációkat 196

váltott ki. Innen eredhet a sok mesében felbukkanó „békából királyfi” kifejezés. Vegytiszta állapotban a bufotoxin kristályos, keserű illatú anyag, 204 °C-os bomlási hőmérséklettel. A halálos dózis 0,3 mg/testtömeg kg. A mérgezés tünetei: vérnyomás emelkedése, szabálytalan pulzus, majd a halál a szívműködés leállása miatt áll be.

Szamandaridin és szamandarin

Szamandaridin

Szamandarin

53. ábra. Szamandaridin és szamandarin szerkezeti képlete

A szamandarin Európában a foltos szalamandra (Salamandra maculata) mérge. A szamandarin irritáló és digitáliszhatású mérgező anyag. 1-10 mg/testtömeg kg szamandaridin és/vagy szamandarin halálos dózisnak számít. A szamandaridin és szamandarin szívritmus zavart, mozgáskoordinációs zavart okoz. Hatásukra a halál gyorsan bekövetkezhet.

Batrahotoxin

54. ábra. Batrahotoxin szerkezeti képlete

A batrahotoxin rendkívül erős kardiotoxikus és neurotoxikus szteroid alkaloida, az ismert legaktívabb kardiotróp szteroid, megtalálható egyes békákban, Melyridae bogarakban és egyes 197

madarakban (Pitohui, Ifrita kowaldi). John Daly és Bernard Witkop szigetelték el a tiszta alkaloidot, és meghatározták annak szerkezetét és kémiai tulajdonságait. Az LD50 értéke ennek az alkaloidának emberben a becslések szerint 1 és 2 µg/testtömeg kg. Ez a neurotoxin károsítja az idegrendszert. A neurológiai funkció függ a depolarizációtól, idegeken és izomrostokon nátriumion-áteresztő lesz a sejtmembrán. A batrahotoxin zsírban oldódó, kardiotoxikus toxin. A batrachotoxin hatása hőmérséklet-függő, a legnagyobb aktivitása 37 °C-on van. Hatása gyorsabb lúgos pH-n, ami arra utal, hogy a protonálatlan formában aktív.

A tengeri állatok mérgei Tetrodotoxin

55. ábra. Tetrodoxin szerkezeti képlete

A tetrodoxint (TTX) csigák, polipok, halak (Fugu gömbhal) mérgéből különítették el. A mérget a bennük élő Vibrio baktériumok állítják elő. Vegytiszta állapotban a TTX színtelen kristályos anyag, ami 120 °C körüli hőmérsékleten bomlik. A tiszta méreg rosszul oldódik vízben. LD50 0,007-0,003 mg/testömeg kg. Hatásmechanizmusa az idegi impulzusvezetési folyamat blokkolója. Károsítja az idegi membrán permeabilitását. A TTX erősen hozzákapcsolódik a nyitott feszültségfüggő nátrium-csatornákhoz, megakadályozza azokon a nátrium ionok beáramlását. Ha a nátrium ionok nem tudnak beáramolni a sejtbe egy adott ponton, a membránpotenciál sem fog megváltozni, és az idegsejteken nem tudnak továbbterjedni az akciós potenciálok - vagyis nem tudnak kommunikálni sem egymással, sem a test más sejtjeivel. A légzésbénulás is azért léphet fel, mert a légzőizmokhoz nem jut el a mozgatóidegeken keresztül a parancs. Emberen a TTX LD50 értéke 2 µg/testömeg kg belélegezve, 5,0-15,0 µg/testömeg kg vérbe vagy bőr alá kerülve, míg lenyelve kb. 30 µg/testömeg kg. Bár nem ez a legerősebb méreg, azért így is 10-100-szor toxikusabb mint a fekete özvegy merge, és 10000-szer toxikusabb mint a cián. 198

Palitoxin

56. ábra. Palitoxin szerkezeti képlete A palitoxin egy komplex vegyület, 71 aszimmetrikus központot tartalmaz. Először lágy korallokból izolálták, az egyik a legmérgezőbb vegyület. 1971-ben izolálták Hawai-i algákból, Limu korallokból. 1982-ben a kémiai szerkezetét Uemura közölte. 1994-ben szintetizálták először. A palitoxin a nátrium-kálium pumpa fehérjéket köti meg, a molekula lehetővé teszi a passzív közlekedését a nátrium-és kálium-ionoknak. Jellemző palitoxin mérgezés tünetei az anginás jellegű mellkasi fájdalom, asztma-szerű légzési nehézség, tahikardia, labilis vérnyomás, hemolízis (vörösvérsejtek károsodnak). A kezdeti tünetek gyorsan mutatkoznak, és a halál általában percek után bekövetkezhet. Állatokon végzett kísérletek azt mutatták, hogy az értágítók, például a papverin és az izoszorbid-nitrát használhatók mint antidotumok. Az állatkísérletek azt mutatták, hogy hasznos, ha az antidotumok injekciója a szívbe történik azonnal expozíció után. A kezelés emberben tüneti jellegű. Vegytiszta állapotban a palitoxin amorf, higroszkópos fehér anyag, mérsékelten oldódik vízben és dimetilszulfoxidban. 300 °C körül bomlik. A palitoxin LD50 értéke 0,078 µg/testtömeg kg, 1-5·10-3 µg/testtömeg kg károsítja a vérkeringést.

199

13. ÖKOTOXIKOLÓGIAI TESZTEK Az ökotoxikológiai vizsgálatok célja, hogy viszonylag egyszerű biológiai tesztekkel az ökoszisztéma egészére kivetíthető eredményt kapjunk. Mind egyes vegyi anyagok, mind szennyezett környezeti minták élő szervezetekre gyakorolt hatása vizsgálható ökotoxikológiai tesztekkel. Az eredmények képezik a kockázatfelméréshez szükséges, az ökoszisztémát nem károsító koncentráció (Predicted No Effect Concentration, PNEC) érték alapját. Az ökotoxikológiai tesztmódszerekkel egyedi szinten az egyed élettani viselkedése (pusztulás, növekedés, energiaháztartás, biokémiai folyamatok, mutáció) vizsgálható, a populáció szintjén pedig a szaporodás, egyedsűrűség és eloszlás tanulmányozható. Társulás szintjén a fajszám, a fajok közötti kapcsolatok, indikátor fajok jelenléte; míg az ökoszisztéma szintjén a rendszer egészének anyag- és energiaforgalma áll a vizsgálatok középpontjában. A szennyezőanyagok ökotoxikus hatását vizsgálhatjuk egy fajt alkalmazó laboratóriumi tesztekkel, amelyeknek számos előnye mellett hátrányai is vannak. Az egy fajt alkalmazó tesztek többsége laboratóriumi körülmények között könnyen elvégezhető, különleges műszerezettséget nem igényel. Hátránya, hogy viszonylag kicsi a környezeti realizmusa, mivel természetes viszonyok között nem pusztán egy faj egyedei kerülnek kapcsolatba a szennyezőanyaggal, hanem különböző fajok populációi. Így a szennyezőanyagok természetes viszonyok között fellépő hatásának megállapítására, az egy fajt alkalmazó tesztek nem adnak kielégítő választ. Tehát az extrapolálás egy fajról, jelen esetben a tesztorganizmusról, egy másik fajra vagy az ökoszisztéma egészére csak nagy körültekintéssel végezhető el. Az egy fajt alkalmazó tesztek közül a mikrobiális módszerek különösen alkalmasnak tűnnek az ökoszisztéma jellemzésére, mivel majdnem minden ökoszisztémában megtalálhatóak.

13.1. Ökológiai tesztek a környezeti kockázat felmérésben Az ökotoxikológiai tesztek közvetlenül mutatják a környezet, vagy a környezeti minták aktuális toxicitását és egyéb káros hatásait. Az ökotoxikológiai eredmény magában foglalja a környezeti mintában található, különféle módokon és erősséggel kötődő szennyezőanyagok hozzáférhetőségét. Vegyes szennyeződés esetében a hatások eredőjét mutatja, melyben az egymást erősítő, összeadódó és kioltó hatások egyaránt megjelennek. Ismeretlen összetételű anyagok hatása is mérhető. Területek környezeti állapotfelmérése során megmutatja az előre nem látott, a vizsgálati tervbe be nem vett, fizikai-kémiai módszerekkel nem vizsgált szennyezők hatását is. Az ökotoxikológiai tesztek eredmények összevetése a fizikai-kémiai 200

vizsgálatok eredményeivel lehetővé teszi az un. kémiai időzített jelenségének tanulmányozását, hogy jellemző módon a szilárd fázisú, nagy megkötő kapacitással rendelkező környezeti elemekben, vagyis a talajban, és az üledékben felhalmozódott, de az adott körülmények között az erős kötődés, azaz fizikai, kémiai és biológiai szempontból hozzáférhetetlen forma miatt toxikus hatást nem mutató mintáknak mekkora a kockázata, milyen mérvű változás hatására és milyen valószínűséggel történhet meg az addig hatást nem mutató toxikus anyagok felszabadulása és jelentkezhet-e káros hatásuk.

13.2. Az analitikai kémiai és a kockázatfelmérés kapcsolata ökotoxikológiai tesztekben Az ökotoxikológiai és a kémiai-analitikai eredmények összehasonlítása hívhatja fel a figyelmet a már meglévő, vagy készülő kémiai időzített problémákra. Párhuzamosan végzett kémiaianalitikai és ökotoxikológiai vizsgálatok eredménye háromféle módon viszonyul egymáshoz: • Egyezik:

sem kémiai analitikai módszerrel, sem ökotoxikológiai módszerrel nincs

veszélyes szintű szennyezés, vagy mindkét módszerrel egyértelmű a veszélyes szennyezőanyag mennyiségi jelenléte. •A

kémiai analitikai eljárással mért koncentráció nagy, az ökotoxikológiai hatás kicsi, vagy

nincs. Ennek oka (természetesen jól megválasztott, érzékeny tesztorganizmusok esetén) a biológiai hozzáférhetetlenség. A szennyezők olyan erősen kötődhetnek a megfelelő fizikaikémiai tulajdonságú mátrixhoz, hogy onnan kioldódásuk biológiai hatásokra (baktériumok exoenzimjei, növényi gyökerek savképzése, állatok emésztőrendszerének működése) nem lehetséges. Ennek oka, hogy a szilárd fázisú környezeti elemeket alkotó szerves-szervetlen komplex kolloid mátrix a szennyezőket - hasonlóan a növényi tápanyagokhoz - a legkülönbözőbb kötésekkel képes magához kötni a laza fizikai adszorpciótól a kovalens kémiai kötésig. Utóbbira jó példák a talaj- vagy az üledék humuszanyagaiba beépülő toxikus szerves molekulák, melyek csak a talaj (üledék) negatív irányú, leépülő folyamatai során, így a szervesanyag szétesés, humuszkioldódás során szabadulnak ismét fel. A biológiai szempontból a mátrix által pufferolt, fel nem vehető szennyezőanyag felhalmozódás vezet a kémiai időzített probláma kialakulásához. A jelenség egyértelműen hasznos az ökoszisztéma szempontjából, mert a túlélést biztosítja, de a külső körülmények megváltozása az ökotoxikus hatás robbanásszerű megjelenését eredményezheti. •A

harmadik lehetőség, hogy az ökotoxikus hatás jelentkezik anélkül, hogy az kémiailag

alá lenne támasztva. Ennek több oka is lehetséges. Jelentkezhet olyan új, ismeretlen, vagy nem 201

várt anyag hatása, melyet vagy nem tudunk analizálni, vagy analízisét nem terveztük egy terület felmérése során. Előfordulhat két, vagy több szennyező közötti additív vagy szinergetikus hatás, vagy hogy olyan analitikai módszerrel ki nem mutatható fizikai-kémiai állapotban van a szennyező, mely kifejezetten toxikus. Gyakori, hogy valamely, nem túlságosan toxikus xenobiotikum biodegradációja során keletkezik toxikus közti-, mellék- vagy végtermék.

13.3. Ökotoxikológiai vizsgálatok kivonatokkal Talajra és üledékre, vagyis szilárd halmazállapotú környezeti mintákra jelenleg használt és szabványosított biotesztek a mintákból készített kivonatokra vonatkoznak. Ezzel például talaj és üledékek esetében elhanyagolják a szennyezőanyag - talaj/üledékszemcse biofilm tesztorganizmus kapcsolatokat és kölcsönhatásokat. A kivonatból végzett tesztelés alkalmas lehet a vízi, de nem a teljes ökoszisztéma veszélyeztetettségének megállapítására. Használható viszont szennyezett minták kiválogatására illetve a környezeti minták időbeni változásának összehasonlító vizsgálatára, “screen”-elésre, monitoringra, talajtisztítás nyomon követésére. A talajból vagy üledékből történő extrakció helyes módjainak megválasztása nagy körültekintést igényel. Az oldószerek csak modellezik a természetes körülmények közötti kioldódást, de tökéletes kioldást nem valósítanak meg, így komplex szennyezéseknél szelektivitást eredményezhetnek. A kivonat készítésével túl- vagy alábecsülhető a toxicitás, mivel elfedi a biológiai hozzáférhetőség okozta különbségeket. Direkt érintkeztetéssel az érzékenység is növekedhet, mert nem jelentkezik a kioldással járó hígítás. A szennyezők egymással, a szennyezőanyag keverékeknek a mátrixával és az ökoszisztéma tagjaival kialakuló kölcsönhatásai nagyon összetettek. Ezért van különösen nagy jelentőségük az ökotoxikológiai vizsgálatoknak, mert a tesztorganizmusok jól megválasztott együttese és a mérési rendszer képes az aktuális toxicitást mérni a környezeti mintákban, akkor is jelet adva, ha kémiailag nem mérhető, vagy monitorozáshoz ki nem választott szennyezőről van szó. Ilyen alapon az ökoszisztéma egyes tagjait korai jelzőrendszerek indikátoraiként, vagy “screen”-elő (elővizsgálat, mintaszelekció) tesztorganizmusként is lehet alkalmazni.

13.4. Tesztorganizmusok A tesztorganizmust körültekintően kell kiválasztani, hogy a kapott eredmény alapján következtetni

lehessen

a

magasabb

trófikus 202

szintek

élőlényeire.

A

különböző

tesztorganizmusok érzékenysége egy adott szennyezőanyagra nagy változatosságot mutat. Egy ökoszisztéma érzékenységét a legérzékenyebb fajok érzékenysége határozza meg. Ezért gyakran a szennyezőanyagra legérzékenyebb fajt választjuk tesztelésre. Természetesen ezen elv megvalósíthatósága csekély, hiszen az ökotoxikológiai tesztelést erősen bonyolítaná az esetről esetre történő tesztorganizmus választás. Ezért biotesztelésre olyan tesztorganizmust célszerű használni, amelynek már ismerjük az érzékenységét különböző szennyezőanyagokra. Az egy fajt alkalmazó tesztek többnyire egyszerű laboratóriumi vizsgálatok, melyek során kísérleti körülményeket (hőmérséklet, páratartalom, minta állaga) kontrollálják. Az egy fajt alkalmazó biotesztek végpontja - az értékelés alapjául szolgáló válasz - széles skálán mozoghat. A leggyakrabban használt végpont a tesztorganizmus túlélése. A krónikus hatások jellemzésére a NOAEL-t (No-Observable-Adverse-Effect-Level - nincs megfigyelhető káros hatás szintje), míg az akut hatások jelzőszámául az LC50-et (Lethal Concentration 50), ami a vizsgált faj egyedeinek 50%-os pusztulását eredményező koncentráció), vagy az EC50 értéket (Effective Concentration 50) - mely koncentráció a vizsgált faj egyedeinek bármilyen aktivitását a felére változtatja - használják. Ökológiai szempontból a szubletális reakciók tanulmányozása (növekedésgátlás, szaporodás) nyújt értékes információt. Sok esetben a tesztorganizmus biokémiai, fiziológiai változása használható a szennyezőanyag hatásának kimutatására. Végpontként igen gyakran használják különböző enzimek (ATPáz, dehidrogenáz, foszfatáz, észteráz, luciferáz) aktivitásának változását. A végpontok nem mutatnak az összes szennyezőanyagra azonos érzékenységet, amiből arra lehet következtetni, hogy különböző szennyezések esetén nem csupán a tesztorganizmust, de a tesztelési végpontot is körültekintően kell megválasztani. Baktériumokkal viszonylag egyszerű és jól reprodukálható vizsgálatok végezhetők. Öt baktériumfajt - Bacillus subtilis, Pseudo-monas fluorescens, Azotobacter chroococcum, Azotobacter agile, Photobacterium phosphoreum - alkalmaznak szélesebb körben a szennyezett területek felmérésében. A tesztmódszerek és tesztorganizmusok kiválasztásakor figyelembe kell venni a vizsgálati célt (monitoring, „screen”-elés, stb.), a vizsgálati minta állapotát (szilárd, vizes oldat, stb.) és a szennyezőanyag minőségét és koncentrációját. A tesztorganizmus kiválasztásakor ismerni kell annak érzékenységét, vagy kísérletekkel kell azt megállapítani. Például a növények érzékenyebbek lehetnek a szennyezőanyagokra, mint a baktériumok. Ez talajok esetében és krónikus teszteknél általában igaz, főleg, ha a 203

baktériumok pusztulásával hasonlítjuk össze. De nem igaz, ha a baktériumok érzékeny enzimeinek aktivitáscsökkenését vesszük alapul, pl. a fotóbaktérium lumineszcenciáját. A növények igen érzékeny bioindikátorok: számos ökotoxikológiai módszer alacsonyabb és magasabb rendű növényeket használ szennyezések kimutatására, korai figyelmeztetésre. A veszélyes hulladékok ökotoxikológiai tesztelése esetében jól bevált, hogy algák szerves- és szervetlen mikroszennyezőkre nem mutatnak megfelelő érzékenységet sem víz, sem üledék, sem talaj esetében. Az egy fajt alkalmazó laboratóriumi teszteken kívül speciális esetekben, meghatározott céllal több fajt alkalmazó laboratóriumi teszteket is alkalmaznak. Általában egymással kölcsönhatásban lévő és/vagy különböző trófikus szinteken lévő fajokat választanak tesztorganizmusként. A mikrokozmosz a természetes környezet mesterségesen korlátozott részhalmaza, a természetes ökoszisztéma biológiai modellje. Ezen tesztek egyed feletti szinten mérik a komplex hatásokat, nagyszámú, egymással kölcsönhatásban álló fajok populációit vizsgálják egyidejűleg, laboratóriumi körülmények között. A mikrokozmosz tesztek sem képesek a természetben lezajló folyamatokat tökéletesen modellezni, de az általuk szolgáltatott eredmény nagyobb biztonsággal vonatkoztatható a valós környezetre. A mezokozmosz tesztek átmenetet képeznek a laboratóriumi mikrokozmosz és a szabadföldi vizsgálatok között. A mezokozmoszok szabadföldön létrehozott mesterséges rendszerek (pl. mesterséges tó), amelyet a vizsgált kemikáliával szennyeznek, majd nyomon követik az ökológiai változásokat. A szabadföldi vizsgálat kiterjedhet az ökoszisztéma teljes egészére, minden szintjére, de jelentheti egyetlen faj természetes körülmények közötti vizsgálatát. Bioindikátorok és korai figyelmeztető rendszerek az érzékenyebb fajok közül kerülnek ki. Biomonitoring esetén megkülönböztethetünk aktív és passzív biomonitoring rendszereket. A passzív eljárás a területen élő fajt, fajokat, vagy közösséget vizsgálja. Az aktív módszer során az általunk kiválasztott fajt helyezzük a környezetbe. A kihelyezett fajt meghatározott idő elteltével vizsgáljuk. Végpontként szolgálhat a tesztorganizmus pusztulása, növekedése vagy a szaporodásgátlás. Vizsgálhatunk un. biomarker vegyületeket (metallotionein, enzimek, stb.), amelyek a tesztorganizmusban jelzik a toxikus anyag jelenlétét. A bioakkumulációs vizsgálatokban a tesztorganizmusban feldúsuló szennyezőanyag mennyiségéből lehet következtetni a környezeti ártalomra. Az akkumulációra képes organizmusok vitatott szerepet töltenek be a biomonitoring tesztek között, ugyanis az általuk szolgáltatott eredmény erősen függ néhány abiotikus (víz pH, hőmérséklet, sótartalom) és 204

biotikus (a tesztorganizmus kora, neme, mérete, testének lipidtartalma) tényezőktől. A bioakkumuláció azonban kétségtelenül hangsúlyos szerephez jut a szennyezőanyagok kockázatának becslése során, ahol a cél nem pusztán a környezet állapotának nyomon követése, hanem a szennyezőanyag hatásának és táplálékláncba kerülésének vizsgálata. Az ökotoxikológiai tesztek figyelembe veszik az ökológia törvényszerűségeit, így egyed szinten az egyed élettani viselkedését (pusztulás, növekedés, energiaháztartás, biokémiai folyamatok, mutáció) vizsgálják, a populáció szintjén pedig a szaporodás, egyedsűrűség, eloszlás törvényszerűségeivel foglalkoznak. Társulás szintjén a fajszám, a fajok közötti kapcsolatok, indikátor fajok jelenléte; míg az ökoszisztéma szintjén a rendszer egészének anyag- és energiaforgalma áll az ökotoxikológia érdeklődésének középpontjában. A leírtak egyenes következménye, hogy az ökotoxikológia eszköztára széles és a vizsgálatok tárgyától függően rendkívül változatos. Lényegében tehát az extrapolálás egy fajról, - a tesztorganizmusról - egy másik fajra vagy az ökoszisztéma egészére csak nagy körültekintéssel végezhető el. Az egy fajt alkalmazó tesztek közül a mikrobiális módszerek tűnnek a legalkalmasabbaknak az ökoszisztéma jellemzésére, mivel majdnem minden ökoszisztémában megtalálhatók, így a jól választott tesztorganizmus reprezentálhatja a környezeti viszonyokat. Az egy fajt alkalmazó tesztek között nagy számban találhatók rövid ideig tartó eljárások, így az általuk nyert válasz a szennyezőanyag akut toxikus hatására utal és kevéssé képesek a hosszú távú (krónikus) hatások jelzésére. Az egy fajt alkalmazó biotesztek végpontja széles skálán mozoghat. A leggyakrabban használt végpont a tesztorganizmus túlélése. Ökológiai szempontból azonban a szubletális reakciók tanulmányozása (növekedésgátlás, szaporodás) kedvezőbb, mint a túlélésé. Mayer (1986) szerint viszont a szubletális végpontok jól 0,95-0,97 korrelálnak a túléléssel, így a túlélés is alkalmazható végpontjelzésként. Sok esetben a tesztorganizmus biokémiai, fiziológiai változása használható a szennyezőanyag kimutatására. Végpontként igen gyakran alkalmazzák különböző enzimek (ATP-áz, dehidrogenáz, foszfatáz, észteráz, luciferáz) aktivitásának változását. Torslov (1993) Pseudomonas fluorescens esetén összehasonlította különböző szennyezőanyagok növekedésre, dehidrogenáz és foszfatáz enzimaktivitásra gyakorolt hatását. A végpontok nem bizonyultak az összes szennyezőanyagra azonos érzékenységűnek, amiből arra következtettek a szerzők, hogy különböző szennyezések esetén nem csupán a tesztorganizmust, de a tesztelési végpontot is körültekintően, optimálás útján kell megválasztani. 205

Sokszor különböző anyagcsere-termék illetve valamely enzim szubsztrátjának koncentrációját használják a toxicitás vizsgálatára. A legismertebb rendszer (ATP-TOX) az ATP-szintet méri szentjánosbogár luciferáz enzimje, és D-luciferin kofaktor jelenlétében, luminométerrel. A biokémiai vizsgálatok közé tartoznak a reszpirációs és a mikrokalorimetriás tesztek. A reszpirációs tesztek a tesztorganizmus légzését tanulmányozzák (pl. BOI5 teszt). A mikrokalorimetria a szennyezőanyag hatására bekövetkező hőmérséklet-fluxus változását méri.

206

GLOSSZÁRIUM

A bölcsőtől a sírig (cradle to grave): A toxikus vegyi anyag környezetbarát kezelése az előállítástól a végső elhelyezéséig. Additív hatás: Két, vagy több vegyi anyag összetett hatása, amely egyenlő az ágensek egyéni hatásainak összegével. Affinitás: specifikus vonzódás egy meghatározott elemhez, szervhez vagy szerkezethez. Akut toxicitás: Egy vegyi anyag-expozíciója után rövid idővel a szervezetben bekövetkezett káros hatásokra vagy halálra utal. Az expozíció lehet egyszeri vagy rövid időtartam alatt előforduló többször ismétlődő, és akut hatásnak általában azt tekintik, ami az expozíció utáni első néhány napon − általában két héten belül − jelentkezik. Allergiás reakció: Túlérzékeny immunválasz, amit egy speciális antigén expozíciója indukál. Anaerob: Oxigént vagy szabad levegőt nem igénylő folyamat; oxigénmentes körülmények. Antagonizmus/antagonisztikus: Két vagy több anyag együttes hatása, amely kisebb az egyes anyagok egyéni hatásai összegénél ellenkezője a szinergizmus. Antigén: Bármely anyag, amelyik megfelelő körülmények között képes specifikus immunválaszt indukálni. Antigének olyan anyagok lehetnek, mint a toxinok, idegen fehérjék, vagy részecskék, baktériumok. Antitest: Egy, a limfociták által termelt molekula, ami csak azzal az antigénnel lép kölcsönhatásba, amelyik indukálta a szintézist Antropogén: Emberi tevékenységből eredő. Aplasztikus anémia: Az anémia olyan formája, amelyben a csontvelő nem képez elegendő számú vérsejtet, ezért a perifériás vérben a vörös- és fehérvérsejtek, valamint a vérlemezkék száma egyaránt csökken. Átszűrődés (leaching): A víz mozgásának következtében történő vegyi anyag mozgás lefelé a talajon keresztül, ami potenciális talajvízszennyezést okozhat. Autoimmunitás: A saját, és a nem saját közötti megkülönböztetés természetes képességének elvesztése. Axon: Az idegsejt-testből eredő fonalszerű nyúlvány (tengelyfonal).

207

Azbesztózis: Tüdőbetegség olyan formája, amelyet belélegzett azbesztrostok okoznak. Szövetközi rostképződés jellemzi, amely érinthet kis területeket a tüdőbázisokon, de okozhat masszív hegesedést is. Benignus (jóindulatú): nem rákos daganat. Biológiai transzformáció (biotranszformáció): Egy anyag, vagy vegyület kémiai változásainak sora, ami élő szervezeten (növény, vagy állat) belül történik. Biztonság: Gyakran a kockázat ellenkezőjeként emlegetik. Ez annak a gyakorlati bizonyossága, hogy a javasolt mennyiségben és módon fogyasztott anyag nem okoz káros hatásokat. Bizonytalansági tényező (.Uncertainty factor.): Olyan szám (egy vagy egynél nagyobb), amellyel az állatkísérleti vagy kis embercsoportokon elvégzett mérésekből származtatott NOAEL vagy LOAEL értékeket osztják, a teljes emberi populációra vonatkozó érték NOAEL becslésére. Ezt a tényezőt biztonsági határnak is nevezik. Byssinosis (gyapot-pneumoconiosis): Textilipari munkások között a belégzett textilpor miatt kialakuló tüdőbetegség. Jellemző tünetei közé tartozik a mellkasi szorító érzés, zihálás és köhögés. Krónikus esetekben állandó nehéz légzés (légszomj) fordulhat elő. A betegség barna tüdő, gyapotpor asztma, pamutfonoda láz, vagy hétfői láz. (Monday fever) néven is ismert. Célszerv: Az a szerv, amelyben a toxikus hatás károsodás formájában manifesztálódik. Csontváz fluorózis: Rendkívül nagy mennyiségű fluor, vagy fluor vegyület expozíciójából eredő, csontváz elváltozásokkal, gyengeséggel, csontlágyulással járó állapot, amit a csökkent ásványtartalom okoz. Dermális: Bőrrel kapcsolatos; bőrön át, vagy bőr által. Dermatitisz: Bőrgyulladás. Kontakt-expozíció, vagy allergének okozhatják. Egészségi és környezeti hatásbecslés (HEIA): Átfogó tanulmány, amelynek a célja a tervezett ipari fejlesztés által a környezetre és emberi egészség minőségére kifejtett káros hatások előrejelzése, értékelése és prevenciója. Ekcéma: Olyan típusú bőrgyulladás, amely több endogén vagy exogén ágens expozíciójára adott reakcióként jelentkezik. Jellemző tünetek: bőr ödéma és gyulladás, nedvedzés, varasodás és hámlás. Elfogadható napi bevitel (ADI): Egy anyag azon becsült dózisa, ami a teljes élettartam folyamán naponta fogyasztható észrevehető emberi egészségi kockázat nélkül.

208

Előzetes tájékoztatás utáni beleegyezés (PIC): Az ENSZ Élelmiszer és Mezőgazdasági Szervezet Szabály Kódexének rendelkezése, ami olyan eljárásra vonatkozik, amely szerint nem exportálható más országba előzetes megállapodás nélkül olyan peszticid, amelyet az exportálni szándékozó országban betiltottak vagy szigorúan korlátoztak. Epidemiológia: Az egészséggel kapcsolatos állapotok és események eloszlásának és meghatározóinak vizsgálata a populációban. Eutrofikáció: Természetes vizekben lévő növényzet és algák mértéktelen növekedésének stimulációja, amit műtrágyákban és hozzájuk hasonló anyagokban lévő szervetlen nitrogén- és foszfát-vegyületek túladagolása okoz. Expozíció: Vegyi anyaggal történő érintkezés. A humán-expozíció legfontosabb útjai a dermális abszorpció (bőrön át), lenyelés (szájon keresztüli bevitel) és az inhalativ (belélegzés). Fagocitózis: Folyamat, amely során a neutrophil és makrofág sejtek az idegen részecskéket bekebelezik. Fog fluorózis: Rendkívül nagy mennyiségű fluor vagy vegyületei által okozott expozíció következményeként a fogzománc foltosodása és feketedése alakul ki. Fokozott üvegházhatás: A földi légkör hőmérsékletének változása és emelkedése, az üvegházi gázok, mint a vízgőz, szén-dioxid, CFC-k és metán megnőtt koncentrációja miatt. Azt állítják, hogy a hatás azért fokozódott, mert az üvegházi gázok koncentrációja állandóan növekszik. Fotoallergiás reakció: A túlérzékenység egyik típusa, amit a vegyi anyag és sugárzó energia(fény)-expozíció együtt okoz. Fulladás (asphyxia): a belélegzett levegő oxigénhiánya által kiváltott állapot, ami halállal végződik. Független hatás: Amikor két vagy több vegyi anyag különböző módokon reagál és eltérő hatásokat vált ki. Gázmosás:

Olyan

folyamat,

amely

során

a

savas

gázokat

lúggal

(általában

kálciumhidroxiddal) semlegesítik. Hepatocita: Májsejt. Hepatokarcinogén (májrák képző): Olyan anyag, amely képes májrákot okozni. A máj különösen érzékeny, a legfontosabb belépési hely, a gyomor-bélcsatornával fennálló anatómiai kapcsolata és a nagyon magas xenobiotikum-metabolizáló enzimkoncentrációja miatt. Nagyon

209

sok ilyen enzim rendkívül reakcióképes intermediereket termel, amelyek a máj fehérjeivel és DNS-ével, rákot okozva reakcióba léphetnek. Hepatotoxikus anyagok: májmérgező anyagok, olyan mérgező anyagok, amelyek specifikusan

a

májat

károsítják,

tipikusan

zsírfelhalmozódás,

vagy

májsejt-elhalás

következtében. Hiperpigmentáció: Abnormálisan fokozott pigmentáció. Hormon: Egy mirigy által kiválasztott kémiai anyag, ami a szervezet más rendszereit szabályozza. Hörghurut (bronchitis): A tüdő egy, vagy több hörgőjének a gyulladása. Ideiglenes Elfogadható Napi Bevitel (PADI): Egy anyag maximális dózisa, ami előreláthatóan az emberben a teljes élet folyamán történő napi bevitelnél nem okoz egészségi kockázatot. A PADI értékeket az USA Környezetvédelmi Hivatala állapítja meg. Idegméreg (Neurotoxin): Bármely anyag, amely képes elpusztítani vagy károsítani az idegszövetet. Illó: Könnyen párolgó. Immunszuppresszió: Az immunválasz gátlása. Inhaláció: Belégzés. Inhalációs toxikológia: Belégzés útján a szervezetbe jutott mérgező anyag hatásainak vizsgálata. Ízeltlábúak: Rovarok, pókfélék (pókok, atkák) és rákfélék. Izom-idegi (myoneurális) illeszkedés: Izom és idegvégződés közötti kis rés. Karcinogén: Bármilyen rákkeltő képességű anyag. Káros hatás: Egy abnormális, nem kívánatos vagy ártalmas elváltozás. Kelátképzés: Olyan folyamat, amelynek során egy kelátképző molekula a fémiont megköti. A kelátképzőket a fémmérgezések kezelésére alkalmazzák (például ólommérgezésnél). Keratózis: Bármilyen szaruszerű kinövés, pl. szemölcs, vagy bőrkeményedés. Kockázat: Egy nem kívánatos káros hatás előfordulásának valószínűsége. Központi idegrendszer: Az agyból és a gerincvelőből épül fel. Krónikus: Hosszú idő során folyamatosan, vagy ismételten előforduló; általában folyamatos expozíciók, valamint a csak hosszú expozíció utáni hatások leírásához használják. Küszöb: Egy vegyi anyag legkisebb dózisa, aminél specifikus hatás figyelhető meg, és e dózis alatt a hatás nem észlelhető. 210

LDlo: Halálos dózis, alacsony. A kísérleti állatokban halált okozó legkisebb dózis. Légúti toxikológia: A tüdő válasza a mérgező anyag belélegzésre. Lenyelés: Szájon át történő anyagbevitel; az emésztőrendszerből való felszívódás. Leukémia: Vérképző szervek (csontvelő) progresszív, rosszindulatú betegsége. A betegségre jellemző a vérben és a csontvelőben történő atípusos leukocyták és prekurzorjaik szaporodása és fejlődése. Leukocita: Fehérvérsejt; az immunrendszer legfontosabb komponense. LOAEL: Legkisebb megfigyelt káros hatást kiváltó szint; egy anyag kísérlet útján megállapított legkisebb dózisa, ami már észrevehető káros hatást okoz. Lokális hatás: Egy vegyi anyag érintkezési területre korlátozódó hatása. Mesothelioma (savós hártyadaganat): Mesothel szövetből (hashártya, szívburok, mellhártya) származó rosszindulatú daganat. A mellhártya daganatot az azbeszt-expozícióval hozzák kapcsolatba. Meszesedés (calcification): Olyan folyamat, amely során az anyagában képződő kálciumsó lerakódásoktól az élő szövet megkeményedik. Metasztázis: Olyan folyamat, amely során egyes sejtek, vagy sejtcsomók a primer tumorról leválnak. Mobilitás: Egy vegyi anyag környezetben történő mozgásával kapcsolatos. A mobilitás a vegyület helyét adó környezeti mátrixtól, az anyag kémiai és fizikai tulajdonságaitól függ. Mucociliaris clearence: A csillók mozgása segítségével történő nyálka-eltávolítás a légutakból. Munkahelyi expozíció: Munkahelyi környezetben vegyi anyagokkal okozott expozíció. Mutagén: Olyan ágens, amely normális genetikai rekombináció során előfordulótól eltérő permanens genetikai elváltozást okoz egy sejtben. Nefron (nefron): A vese funkcionális egysége; a glomerulusból és a hosszú tubulusból épül fel. Neoplazma: Egy területen belül gyorsan reprodukálódó sejtek felhalmozódásából képződő új kinövés vagy daganat. Neuron (idegsejt): Az idegrendszer funkcionális egysége; idegimpulzusokat vezet vagy ad át. Neurotranszmitter: Az idegrendszerben történő információátadásért felelős vegyi anyag. NOAEL: Nem észlelt káros hatásszint; egy anyag kísérlet útján megállapított legnagyobb dózisa, amely nem okoz észrevehető káros hatást. 211

NOEL: Nem észlelt hatásszint. Ez egy szennyező anyag olyan koncentrációja, amelynél vagy alatta nincs észrevehető változás, akár egészségre káros, akár jótékony, a kérdéses szennyező által exponált populáció bármelyik tagján. Ózonréteg: Mintegy 25-30 km magasban lévő, viszonylag magas ózonkoncentrációjú réteg (kb. 10 ppm), amit ózonrétegnek neveznek. Perifériás idegrendszer: A központi idegrendszeren kívüli idegi szerkezetek. Perifériás vaszkuláris zavar: A végtagokban és a test külső rétegében történt károsodás. pH: Hidrogén-ionkoncentráció; egy anyag savasságának vagy lúgosságának kifejezésére használják. Por: Egy olyan aktív alkotórészt tartalmazó peszticid finom őrlésű hordozón, mint pl. agyag, talkum, kálcium-karbonát. Rosszindulatú (tumor): Tumor, amelyre jellemző, hogy a sejtjei nemcsak szaporodnak, de más szövetekbe átterjedve azokat elpusztítják. Savas eső: 4,0 pH érték alatti eső. Személyi védőfelszerelés: Speciális felszerelés, amit a dolgozók potenciális kémiai expozíció elleni védelemre használnak. Szénhidrogének: Csak szenet és hidrogént tartalmazó szerves vegyületek. Szinergikus/ szinergizmus: Két vagy több vegyi anyag kölcsönhatása, ami egy nagyobb hatást eredményez, mint a vegyi anyagok egyenkénti hatásainak összege. Szisztémás toxicitás: Olyan mérgezés, amely generalizált, vagy a mérgező anyag bemeneti pontjától távol történik. Szubkrónikus: Akut és krónikus mérgezés közötti állapot; a szubkrónikus mérgezési vizsgálatokban állatokat exponálnak naponta ismétlődően vegyi anyagokkal az élettartam egy része folyamán (10%-ot meg nem haladóan). A rágcsálóknál ez az időtartam 90 napig terjedő expozíciót jelenthet. Teratogén: Bármilyen anyag, amelyik nem örökölhető prenatális eredetű szervezeti rendellenességeket képes kifejteni, amik a születéskor jelen vannak, vagy hamarosan a születés után manifesztálódnak. Teratogenicitás:

Egy

anyag

képessége

irreverzibilis,

nem

örökölhető

születési

rendellenességek, vagy anatómiai, illetve funkcionális zavarok kiváltására embrionális vagy magzati hatás formájában.

212

Tolerálható Napi Bevitel (TDI): Egy vegyi anyag olyan mennyisége, amelynek a teljes élettartam folyamán történő napi bevitele értékelhető kockázatot nem okoz. Tolerancia: (1) Az USA Környezetvédelmi Hivatala által meghatározott törvényes határ, amelyik egy peszticid-maradék olyan maximális mennyiségére vonatkozik, ami az élelmiszeren vagy benne jelen lehet. Ideiglenes tolerancia-értékek, amelyek a kísérleti alkalmazás eredményeiből származnak, általában egy év után lejárnak. (2) Peszticidkezelésnek ellenálló képesség, a normális fejlődésre és funkcióra gyakorolt káros hatás nélkül. Toxicitás: (1) Egy anyag káros hatást kifejtő képessége vagy tulajdonsága. (2) Az anyag olyan specifikus mennyisége, amely meghatározott körülmények között az élő szervezetet várhatóan károsítja. Toxin: Egy élő szervezet által termelt mérgező anyag. Tüdő-fibrosis: Rostszövet-képződés a tüdőben. A tüdőben az alveolus-falak krónikus gyulladása és progresszív rostos elfajulása jellemzi, ami progresszív dyspnoeval (nehéz légzés) párosul. Üregek: A fogzománc elmésztelenedése miatt a fogfelszín mésztartalmú szövetének destrukciója következményeként képződnek. Üvegházi gázok: Vízgőz, szén-dioxid, metán és nitrogén-oxid Végpont: Olyan biológiai hatás, amelyet egy vegyi anyag által okozott hatás mutatójaként használnak. Vér-agy gát: Az idegrendszer és a szervezet többi része között lévő szelektív gát, ami az idegrendszert meghatározott toxikus anyagoktól védi.

213

IRODALOMJEGYZÉK

Ahlborg, U. G.: Impact On Health of Chlorinated Dioxins and Other Trace Organic Emissions. National Institute of Environmental Medicine, Unit of Toxicology, Stockholm. In: Sweden Waste Management & Research. 1987. Vol. 5, No. 1. 203-224. p.

Barile, F. A.: P rinciples of Toxicology Testing. CRC Press Taylor & Francis Group, 2008. 1338. p.

Barkai-Golan, R. – Paster, N.: Mycotoxins in Fruits and Vegetables. Elsevier Inc., 2008. 1-407. p.

Bethen, P.: Mérgező anyagok a környezetben. Budapest: Mezőgazda Kiadó, 1989. 1-171. p.

Costa, L. G. – Hodgson, E. – Lawrence, D. A. – Ozolins, T. R. – Reed, D. J.: Current Protocols in Toxicology. John Wiley & Sons, Inc., 2005. 1-2760. p.

Csapó J. - Csapóné Kiss Zs.: Élelmiszerkémia. Kolozsvár: Scientia Kiadó, 2004. 528-530. p.

D'Mello, J. P. F.: Food Safety: Contaminants and Toxins. CAB International, Scottish Agricultural College, Edinburgh, UK., 2003. 1-455. p.

D’Mello, J. P. F.: Handbook of plant and fungal toxicants. CRC Press, Inc.,1997. 1-327. p.

Deshpande, S. S.: Handbook of Food Toxicology. Marcel Dekker, Inc., 2002. 1- 713. p.

Klaassen, C. D.: Casarett & Doull's Toxicology - The Basic Science of Poisons (6th Edition). McGraw-Hill, 2001. 1- 1236. p.

Helma, C.: Predictive Toxicology. Marcel Dekker, 2005. 1-519 .p.

214

http://cfpub.epa.gov/ecotox/

Kiss, I.: Toxikológia. Veszprém: Egyetemi Kiadó, 1997. 1-107. p.

Manahan, S. E.:Toxicological chemistry and biochemistry. CRC Press LLC, 2003. 1-424. p.

Moser, M. – Pálmai, Gy.: A környezetvédelem alapjai. Budapest: Nemzeti Tankönyvkiadó, 1992. 1-512. p.

Newman, M. C. – Clements W. H.: Ecotoxicology: A Comprehensive Treatment. CRC Press, 2008. 1-880. p.

Nordberg, G. – Fowler, B. – Nordberg, M. – Friberg, L. – Omaye, S. T.: Handbook on the Toxicology of Metals. Academic Press, 2007. 1-969. p.

Omaye, S. T.: Food and nutritional toxicology. CRC Press LLC, 2004. 1-308.p.

Pesti, M. – Takács, K. – Papp, G.: Toxikológia, Pécsi Tudományegyetem, Természettudományi Kar, Egyetemi jegyzet, 2005.

Shibamoto, T.: Introduction to Food Toxicology. Elsevier Science & Technology (United Kingdom), 2009. 1-146. p.

Stenersen, J.: Chemical pesticides: mode of action and toxicology. CRC Press LLC, 2004. 1274. p.

Timbrell, J.: Principles of Biochemical Toxicology. Taylor & Francis, UK, 2000. 1-766. p.

Tracy, T. S.: Herbal Products PRODUCTS. Department of Experimental and Clinical Pharmacology. Humana Press Inc., 2007. 1-300. p.

215

U.S. Department Of Health And Human Services: Public Health Service Toxicological Profile for Cobalt. Public Health Service Agency for Toxic Substances and Disease Registry, April 2004. 1-486. p.

Várnagy, L.: Növényvédőszer toxikológia. Egyetemi jegyzet. PATE, Keszthely, 2004.

Weidenbörner, M.: Mycotoxins in Foodstuffs. Springer Science Business Media LLC, 2008. 1477. p.

Wexler, P.: Encyclopedia of Toxicology (National Institutes of Health). Academic Press, 1998. 1-486. p.

W.H.O.: Az emberi egészségre és a környezetre ható veszélyes vegyi anyagok. ÁNTSZ-OTH, Budapest, 2003. 1-132. p.

Williams, P.L. – James, R. C. – Roberts, S. M.: Principles of toxicology: environmental and industrial applications. John Wiley & Sons, Inc., 2000. 1-606. p.

216