Toksykologia środowiskowa
Andrzej Kunt
Wykład XIV
Toksykologia środowiskowa
Andrzej Kunt
Wykład XIV
Toksykologia środowiskowa jest działem toksykologii zajmującym
się szkodliwym działaniem na człowieka substancji chemicznych
występujących w środowisku.
Ekotoksykologia jest dyscypliną zajmującą się szkodliwym wpływem
substancji chemicznych występujących w środowisku na organizmy
inne niż człowiek.
W celu uzyskania wiarygodnej oceny poziomu narażenia
środowiskowego niezbędne są informacje z zakresu trzech dyscyplin:
chemii środowiskowej, toksykologii i ekologii.
Chemia środowiskowa bada obecność substancji chemicznych w
środowisku, ich rozmieszczenie w różnych mediach środowiska oraz
wpływ czynników fizykochemicznych na los substancji chemicznych w
środowisku.
Toksykologia dostarcza informacji dotyczących mechanizmu działania
trucizn i ich losu w organizmach żywych. Toksykologia ogólna
koncentruje się na oddziaływaniu substancji chemicznych na poziomie
molekularnym, komórkowym, narządowym i całego organizmu,
natomiast ekotoksykologia zajmuje się przede wszystkim ich
działaniem na poziomie populacji i ekosystemów.
Populacja jest grupą organizmów jednego gatunku (lub kilku
podobnych) występującą na danym terenie. Wykazuje właściwości
wspólne dla całej grupy, a nie dla poszczególnych osobników (gęstość
zasiedlenia, współczynniki urodzin i umieralności, rozkład wieku i płci).
Ekosystem jest podstawową jednostką funkcjonalną w przyrodzie, w
której zachodzi obieg materii i energii między częścią żywą i
nieożywioną. Zazwyczaj związany jest z określonym terytorium.
Ekologia zajmuje się wzajemnymi zależnościami między organizmami
a ich żywym i nieożywionym środowiskiem.
Biosfera jest strefą zamieszkaną przez organizmy żywe. Składa się z
dolnej części atmosfery, tzw. aerosfery (troposfera wraz z dolną
częścią stratosfery), wszystkich wód (hydrosfera) oraz
powierzchniowej warstwy skorupy ziemskiej (litosfera).
Wskutek działalności człowieka do środowiska przedostają się zarówno
substancje zanieczyszczające, jak i skażające.
Substancje zanieczyszczające (ang. contaminants) wywierają
niekorzystny wpływ przez swą nadmierną ilość w środowisku, choć same
przez się nie są zazwyczaj substancjami silnie toksycznymi.
Substancje skażające (ang. pollutants) są szkodliwe dla człowieka i innych
gatunków żyjących w środowisku.
Substancje skażające dzielą się na pierwotne, występujące w środowisku
w takiej formie, w jakiej zostały wyemitowane, oraz wtórne, powstające w
wyniku reakcji chemicznych i fotochemicznych, jakim ulegają pierwotne
substancje skażające w środowisku (np. tworzenie się nadtlenków
.organicznych w smogu fotochemicznym pod wpływem promieni
ultrafioletowych).
Ilość substancji chemicznych, które uwalniane są w środowisku, określa
się pojęciem „emisja” i wyraża w jednostkach masy na jednostkę czasu
(np. t/rok). Całkowite stężenie zanieczyszczeń w środowisku, pochodzące
zarówno ze źródeł naturalnych, jak i antropogenicznych, nazywane jest
imisją. I m i s j a określa wielkość narażenia i przedstawiana jest w
jednostkach stężenia
(np. mg • l
-1
lub mg • g
-1
).
Trwałość w środowisku, oprócz toksyczności, jest jednym z najważniejszych
czynników określających szkodliwość danej substancji dla środowiska.
Nieraz większe szkody powoduje substancja słabo toksyczna, ale trwała.
Biokumulacja jest procesem, w którym całkowita ilość substancji w
organizmie żywym wzrasta w ciągu całego jego życia, ponieważ
wchłanianie jest większe niż suma wydalania i degradacji.
Biokoncentracja zachodzi wtedy, gdy średni poziom substancji w
organizmie w stanie równowagi jest wyższy niż w otaczającym go
środowisku.
Biomagnifikacja jest procesem, w którym stężenie substancji w danym
organizmie jest większe niż w jego pożywieniu. Jest to proces zachodzący
w ramach ekosystemu, w którym następuje wzrost stężenia substancji w
organizmie zajmującym wyższy poziom w łańcuchu pokarmowym
(troficznym).
Klasycznym tego przykładem jest zwiększenie stężenia DDT w
ekosystemie bagiennym. W USA w latach sześćdziesiątych stężenie tego
insektycydu w wodzie wynosiło 0,05 ng • ml
-1
, w rybach 0,3 μg • g
-1
, u
ptaków drapieżnych (kormorany) 24 μg • g
-1
.
Środowisko naturalne jest to ogół czynników ekologicznych, mających
bezpośrednie znaczenie dla życia i rozwoju człowieka. Podstawowymi
elementami środowiska są: powietrze, woda, gleba, flora i fauna.
Środowisko człowieka zanieczyszczone jest przez czynniki fizyczne
(skażenie promieniotwórcze i termiczne), biologiczne (skażenie bakteryjne)
i chemiczne.
Szkodliwe działanie danego związku chemicznego na środowisko człowieka
zależy od takich czynników, jak:
1) wielkość produkcji i rozmieszczenie geograficzne danego związku
chemicznego,
2) obecność substancji towarzyszących (zanieczyszczeń), które - występując
nieraz w śladowych ilościach - są bardzo poważnym zagrożeniem dla zdrowia
(np. dioksyny),
3) trwałość substancji w środowisku,
4) zdolność do nagromadzania w środowisku oraz biomagnifikacja w
łańcuchu pokarmowym,
5) wielkość narażonej populacji,
6) toksyczność danego związku chemicznego dla różnych gatunków,
7) wpływ na różne czynniki fizyczne i chemiczne środowiska (np. pH gleby).
Skażenie środowiska naturalnego
Obszary ekologicznego zagrożenia: l) szczeciński, 2) gdański, 3) poznański, 4) bydgo-sko-
toruński, 5) inowrocławski, 6) koniński, 7) włocławski, 8) płocki, 9) legnicko-głogowski, 10)
wrocławski, 11) bełchatowski, 12) łódzki, 13) tomaszowski, 14) puławski, 15) chełmski, 16)
turoszowski, 17) jeleniogórski, 18) wałbrzyski, 19) częstochowski, 20) Białe Zagłębie, 21)
tarnobrzeski, 22) opolski, 23) rybnicki, 24) myszkowsko-zawierciński, 25) górnośląski, 26)
krakowski, 27) tarnowski.
Zniszczenie środowiska w Górnośląskim Okręgu Przemysłowym
(GOP), Rybnickim Okręgu Węglowym, Legnicko-Głogowskim Okręgu
Miedziowym, w rejonie Zatoki Gdańskiej oraz aglomeracji Krakowa
osiągnęło stan klęski ekologicznej.
W GOP powstaje 30% krajowej emisji pyłów, 40% emisji gazów, 20%
ścieków komunalnych, zalega zaś 60% wszystkich odpadów. 24
substancje występują w powietrzu w stężeniach ponadnormatywnych.
Najwyższe Dopuszczalne Stężenia roczne pyłów, tlenku węgla, ołowiu,
benzo[a]pirenu przekroczone są kilkudziesięciokrotnie.
Według Rocznika Statystycznego całkowita emisja ditlenku siarki w
Polsce w 2000 r. wynosiła l,5 mln t, tlenków azotu 0,84 mln t, pyłów 0,4
mln t. Emisja gazów cieplarnianych (głównie ditlenku węgla i metanu)
wynosiła 317 mln t.
Chemiczne zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego
Ze względu na liczbę i ilość emitowanych substancji oraz łatwość
rozprzestrzeniania się nawet na sąsiednie kraje i kontynenty,
zanieczyszczenia powietrza są najważniejszym źródłem skażenia
środowiska naturalnego.
Zanieczyszczenia powietrza stanowią również największe
zagrożenie dla człowieka, z powodu łatwego wchłaniania trucizn z
dróg oddechowych i możliwości szybkiego wystąpienia działania
toksycznego. Człowiek przeciętnie wdycha ok. 9 kg powietrza na
dobę, a więc kilkakrotnie więcej, niż wypija wody i spożywa żywności.
Źródłami naturalnymi zanieczyszczenia powietrza są pożary lasów i
stepów, wybuchy wulkanów, unoszenie cząstek gleby, pył wodny
zawierający sól morską. Głównymi antropogenicznymi źródłami
zanieczyszczenia powietrza są: spalanie węgla i ropy naftowej w
elektrowniach, zakładach przemysłowych i gospodarstwach
domowych, transport samochodowy oraz uboczne produkty zakładów
przemysłowych (zwłaszcza zakładów chemicznych i hut).
Podstawowymi zanieczyszczeniami powietrza są: tlenek węgla, ditlenek siarki,
węglowodory, pyły i tlenki azotu. W mniejszych ilościach występują związki ołowiu,
fluoru, siarkowodór, chlorowodór.
Substancje powodujące skażenie powietrza odznaczają się bardzo różnymi
właściwościami toksykologicznymi. Ditlenek siarki działa silnie drażniąco na układ
oddechowy, zwiększa wydzielanie śluzu, poraża nabłonek migawkowy, powoduje
zwężenie oskrzeli, utrudnia oddychanie, zwłaszcza u osób cierpiących na choroby
układu oddechowego. Podobnie, choć jeszcze silniej, działa aerozol kwasu siarkowego.
Tlenki azotu i ozon, uszkadzające nabłonek oddechowy oraz śródbłonek naczyń
włosowatych pęcherzyków płucnych, porażają mechanizmy obronne układu
oddechowego i powodują rozedmę płuc, zwiększają zapadalność na bakteryjne
zapalenie płuc, przyspieszają starzenie się organizmu. Aldehydy (formaldehyd i
akroleina) silnie drażnią oczy, błonę śluzową nosa i górnych dróg oddechowych,
działają uczulające, mutagennie i rakotwórczo. Azotan peroksyacetylowy bardzo silnie
drażni oczy. Fosgen, będący również składnikiem smogu fotochemicznego, uszkadza
tkankę płucną. Tlenek węgla, łącząc się z hemoglobiną, wywołuje niedotlenienie
tkanek. Związki ołowiu i innych metali powodują trwałe zmiany w o.u.n., co powoduje
m.in. opóźnienie rozwoju dzieci. Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne,
azbest, związki arsenu, chromu, niklu działają rakotwórczo. Ditlenek siarki jest
kokarcynogenem. Obojętne cząstki pyłów ułatwiają absorpcję wielu trucizn i substancji
rakotwórczych w płucach.
Zanieczyszczenia powietrza wywierają również szkodliwe działanie na
rośliny. Silne właściwości fitotoksyczne wykazuje ozon, związki fluoru
oraz ditlenek siarki i aerozol kwasu siarkowego. Powoduje to masowe
ginięcie lasów, zwłaszcza szpilkowych, oraz wielu innych gatunków roślin.
Skażenie powietrza powoduje bardzo poważne straty materialne,
przyspieszając korozję metali (H
2
SO
4
, HCl, HF, 0
3
) i erozję budynków (SO
2
,
H
2
SO
4
). Wiąże się z tym utrata bezcennych dóbr kultury.
Przewiduje się, że dalszy wzrost emisji gazów będących silnymi
absorbentami promieniowania długofalowego Ziemi, tzw. gazów
cieplarnianych (zwłaszcza ditlenku węgla i metanu, a także ozonu,
tlenków azotu, balonów), w wyniku spalania paliw konwencjonalnych,
masowego wyrębu lasów tropikalnych, beztlenowej fermentacji w
bagnach i składowiskach odpadów oraz z uprawy ryżu może doprowadzić
do wzrostu temperatury globalnej o kilka stopni, co spowoduje stopnienie
lodowców podbiegunowych, podniesienie się poziomu wód oceanicznych
i przesunięcie się stref klimatycznych na Ziemi.
Ozon tworzy warstwę na wysokości ok. 25 km od powierzchni Ziemi;
warstwa ta pochłania promieniowanie ultrafioletowe. Zanim
promieniowanie słoneczne osiąga powierzchnię ziemi ulega filtracji w
warstwie ozonowej. Troposfera znajdująca się poniżej warstwy ozonowej
jest dzięki temu chroniona przed promieniowaniem o dużej energii.
Do czynników wpływających na zmniejszenie warstwy ozonowej należą:
samoloty naddźwiękowe latające na dużych wysokościach oraz emisja
chlorofluoro-węglowodorów (freonów) do stratosfery. Związki te są
trwałe chemicznie, lotne i nierozpuszczalne w wodzie, nie mogą być
zatem wymywane przez deszcze. Stosowane są powszechnie w
agregatach chłodziarek, w rozpylaczach aerozolowych i jako
rozpuszczalniki przemysłowe.
Źródłem emisji szkodliwych substancji mogą być: wykładziny
podłogowe, dywany, tapety, meble, płyty wiórowe i pilśniowe,
impregnaty, kleje, lakiery, żywice, apretura tkanin.
Najczęstszymi zanieczyszczeniami powietrza w pomieszczeniach
zamkniętych są; formaldehyd, fenole, chlorofenole (w tym
pentachlorofenol), naftalen, chloronaftaleny, benzen, toluen, ksylen,
styren, epichlorohydryna, ftalany. Wskutek niewłaściwego lub
nadmiernego stosowania różnych składników substancje te są
emitowane do powietrza przez długi okres.
Dopuszczalne stężenie czynników szkodliwych w pomieszczeniach
przeznaczonych na pobyt ludzi reguluje Zarządzenie Ministra Zdrowia
z 12 marca 1996 r. (Monitor Polski nr 19, poz. 231). Wyróżnia ono
pomieszczenia kategorii A, do których należą: pomieszczenia
mieszkalne, pomieszczenia przeznaczone na stały pobyt chorych w
budynkach służby zdrowia oraz przeznaczone na stały pobyt dzieci i
młodzieży w budynkach oświaty, a także pomieszczenia przeznaczone
do przechowywania produktów żywnościowych, oraz pomieszczenia
kategorii B, do których należą: pomieszczenia przeznaczone na pobyt
ludzi w budynkach użyteczności publicznej inne niż zaliczane do
kategorii A oraz pomieszczenia pomocnicze w mieszkaniach.
Dziękuję za uwagę