Ökotoxikológia A DDT-sztori Nobel díj bizonytalanságokkal. Bomlási vegyületei. p,p -dikloro-difeniltrikloroetán. Zeidler szintetizálta 1874-ben

Átírás

1 Ökotoxikológia A DDT-sztori Nobel díj bizonytalanságokkal p,p -dikloro-difeniltrikloroetán Bomlási vegyületei Zeidler szintetizálta 1874-ben DDE (1,1-dichloro-2,2-bis(p-dichlorodiphenyl)ethylene) and DDD (1,1- dichloro-2,2-bis(p-chlorophenyl)ethane), Müller et al peszticid aktivitás felfedezése Nobel-díj 1948 Elınyei: 1. emlısökre alig mérgezı 1. Malária, váltóláz és filáriázis megakadályozása 2. Olcsó (fejlıdı országok) 1

2 Mintegy 1 milliárd embert óvott meg a betegségektıl Ökológiai problémák DDT és a tojáshéj vastagságának összefüggései 1,2-2,7 millió haláleset/év (csak a Szaharától délre), ebbıl 0,7 millió 5 éven aluli gyerek halálesete/év További problémák 1. Perzisztencia (biológiai felezési idı 8 év) 2. Jelentıs diszperzió 3. Zsíroldékonyság Amphipoda 4. Csekély biotranszformáció 5. Biomagnifikáció 2

3 ? Mit csináljuk? Johannesburg (2000) Javaslatok 1. DDT használat a lakáson belül (1-2 g (a.i.)/ m 2, évente 2x)* 2. Növényvédıszerrel kezelt szúnyogháló 3. Tereprendezés (hatékonysága %**) Magyarország: 1949 óta nincs malária Akkor DDT-vel írtották ki * ** Keiser et al. (2005) Lancet Infect. Dis. 5:

4 Toxikológia (Toxicology) Környezeti toxikológia (Environmental toxicology) Ökotoxikológia (Ecotoxicology) Környezeti toxikológia (Environmental toxicology) Hol? terep laboratórium Cél SIO SIO Ökotoxikológia (Ecotoxicology) Toxikológia (Toxicology) laboratórium ember Történet Toxikológia Paracelsus ( ) 1. Dózis-hatás kapcsolat 2. Minden anyag toxikus. A dózistól függ, hogy kedvezı, vagy kedvezıtlen a hatása. M. J. B. Orfila ( ) 1. Toxikus hatás és kémiai szerkezet összefüggése 2. Kiürülés mechanizmusai 3. Antidótumok Rachel Carson (1962) Silent spring Magyarul: Néma tavasz (1995) Katalizátor Iroda Az ökotoxikológia egyik alapelve: a bumeráng-elv (a környezetszennyezés visszaüt, valamikor, valahogy) 4

5 Mit nevezünk szennyezı anyagnak (xenobiotikum)? A szennyezıanyagok fı csoportjai Emberi testben nem fordul elı Többféle funkcionális osztályozás lehetséges 1. Forrás (természetes, mesterséges) 1. Természetes (nikotin, piretrin, mykotoxin stb.) 2. Mesterséges (peszticidek stb.) 2. Célszerv (neurotoxin, hepatotoxin, nephrotoxin, stb.) 3. Fiziológiai hatás (karcinogén, teratogén stb.) 4. Kémiai természet (szerves, szervetlen) Evolúciós problémák 5. Toxicitás (erısen toxikus, kevéssé toxikus) 6. Perzisztencia (erısen perzisztens, kevéssé perzisztens) A szennyezıanyagok csoportosítása az EPA (Environmental Protection Agency) szerint 1. Mezıgazdasági kemikáliák 2. Légszennyezık (aeroszolok, azbeszt, szénmonoxid, stb.) 3. Biológiai anyagok (vírus, baktérium, vagy maradványuk, háztartási por stb.) 4. Karcinogének 5. Vegyi anyagok (benzén, dioxin, nehézfém stb.) 6. Különösen veszélyes anyagok (arzén, cián stb.) 7. Ózon 8. Radioaktív anyagok 9. Talajszennyezık (aceton, kloroform, stb.) 10. Perzisztens szerves és szervetlen szennyezık 11. Vízszennyezık Változások környezeti hatásokra Ökotoxikológia - Truhaut (1969) Különbözı toxikológiaiökotoxikológiai paraméterek jelentısége 5

6 Szennyezıanyagok mozgása az ökoszisztémákban Mozgás 1. Vízben Függ szennyezés 1. Az anyag fizikai és kémiai tulajdonságaitól állatok 2. A közegtıl algák 3. Az élılényektıl 3. Talajban 2. Levegıben Bioakkumuláció (vízi ökotoxikológiában biokoncentrációnak nevezik) A Verhulst-Brody és a logisztikus görbe y = A (1 ae cx ) S = r = Y Axis (units) Koncentráció F>K F=K F = felvétel Y = A /(1 + ae cx ) X Axis (units) F>>K K = kiválasztás A szennyezıanyag hatásának idıtartama 6

7 Bioakkumuláció- egy szennyezı anyag nettó akkumulációja a szervezetben/szervezeten. Bármely forrásból (talaj, víz, táplálék stb.) származhat. Kérészlárva PCB és DDT akkumulációja Antropogén hatásra történı nehézfémfelhalmozódás (AF) a bioszférában Név Cd Pb Zn Mn Hg Antropogén forrásból Természetes forrásból Összes AF 89% 97% 72% 12% 66% PCB: poliklórozott bifenil ipari melléktermék kb. 200 hasonló vegyület (10 6 kg/év) DDT: diklór-difenil-triklór-etán - inszekticid Számítás: Bioakkumulációs faktor (BAF) = koncentráció a kompartmentben / koncentráció a forrásban Szimptómák A Minamata-kór 1950-es évek: Hg a papírgyárból baktériumok metilálják (metil-higany) biokoncentráció (halak) 100 haláleset 1970-es évek: Új kikötı Nagyobb hajók Hg mobilizáció az iszapból Közepes mérgezés Ataxia Izomgyengeség Beszőkült látás Hallás és beszédzavarok Erıs mérgezés Paralízis Kóma Halál W. Eugene Smith Tomoko Uemurain Her Bath Minamata,

8 Nehézfém biomagnifikáció a Balatonban Toxikokinetikus modell Felvétel Újraeloszlás a kompartmentek között 1. Felvétel 3. Kiválasztás Biológiai elérhetıség 2. Biotranszformáció (detoxifikáció, aktiváció, raktározás Talaj Nehézfém frakciók felvételi utak A Cd biológiai elérhetısége a talajban elsısorban a következı tényezıktıl függ: Összes (mg/kg) Inert frakció (nem vehetı fel) Transzfer a bióta felé 1. Talaj típus 2. Idı 3. Cd forma 4. Fajok Ad/abszorbeált frakció Pórusvízben oldott frakció (µg/l) Szerves komplexek (humunsav, DOC) Szervetlen komplex (Cl n, OH, etc.) Bióta Szabad ionok (pl. Mn n+ ) 8

9 Biológiai elérhetıség vízben (Daphnia) Cu ++ Cu ++ Zn ++ Zn ++ A biotikus ligandum modell (BLM) Vízkeménység ph Versengı kation Szerves anyag Modell predikció és mérési eredmények 1. Felvételi módok 1.1. Adszorpció (abszorpció) 1.2. Transzport folyamatok 1.3. Endocitózis 9

10 A megoszlási hányados vízben (K üv ) Egyensúly: víz C v K oc = C ü / C v üledék C ü Például: C ü = 30 mg/kg, C v = 0,1 mg/l K üv =? K üv = 300 L/kg víz üledék levegı Példák Formaldehid 2 Benzén 100 DDT víz üledék levegı Oktanol/víz arány (K ov = K ow ) K ov = a lipofília/hidrofóbia mértéke (C 8 H 18 O/H 2 O) oktanol X vegyület K ov = K okt /K víz Minél magasabb a Kov értéke egy anyagnak, annál könnyebben vehetı fel lipidhártyákon keresztül. víz K ov log K ov Formaldehid 2,2 0,35 Benzén 34 2,13 DDT 8,1*10 6 6,91 K ov = C(x) oktanol / C(x) víz Példa: C(x) oktanol = 2,0*10 5 ug/l C(x) víz = 0,5 ug/l Kov =? Kov = 4*10 5 log K üv Pyrene 2 Benzene log K ov Az üledék megkötı képességét a K ov segítségével becsülhetjük 10

11 Ha nincsenek mért BCF értékek, akkor a logkov alapján, az alábbi egyenletek segítségével becsülhetı az érték: logbcf(hal) = 0,85 * logkov - 0,70 (A logkov értéke 2 és 6 között lehet csak) K(földigiliszta-pórusvíz) = 0,25 * Kov (A logkov értéke 1 és 6,5 között lehet csak) 1.2. Transzportfolyamatok 1.3. Endocitózis Transzport lipidhártyán keresztül külsı belsı 11