Biologia AR Szczecin

Trwałe zanieczyszczenia organiczne

Trwałe zanieczyszczenia organiczne (TZO) to oparte na węglu związki chemiczne
i mieszaniny, do których należą przemysłowe środki chemiczne, jak np. polichlorowane bifenyle
(PCBs), pestycydy - np. DDT oraz niepożądane zanieczyszczenia - np. dioksyny.
TZO to głównie powstałe stosunkowo niedawno produkty i produkty uboczne przemysłowej
działalności człowieka.
TZO posiadają szereg wspólnych właściwości:

– długo utrzymują się w środowisku – opierają się rozkładowi przez procesy fizyczne, chemiczne
i biologiczne
– są z reguły półlotne – parują stosunkowo wolno. Substancje trwałe, posiadające tę właściwość ,
przedostają się zwykle do atmosfery; unoszone prądami powietrza, przemieszczają się na duże
odległości, a następnie powracają na ziemię . Im zimniejszy klimat, tym mniejsza tendencja
trwałych zanieczyszczeń organicznych do parowania, co powoduje ich gromadzenie się
w takich regionach jak Arktyka, tysiące kilometrów od ich pierwotnych źródeł;
–    generalnie cechują się niską rozpuszczalnością w wodzie oraz wysoką rozpuszczalnością w lipidach (tłuszczach).


Wpływ trwałych zanieczyszczeń organicznych na ekosystem i zdrowie ludzi

Trwałe zanieczyszczenia organiczne bioakumulują się w tkankach tłuszczowych organizmów
żywych. W miarę przemieszczania się w górę łańcucha pokarmowego, stężenia tych substancji
mogą zwiększać się o współczynnik wynoszący wiele tysięcy lub milionów.
TZO mogą szkodzi ludziom i innym organizmom nawet w bardzo niskich stężeniach. Substancje
te zakłócają normalne funkcjonowanie biologiczne, w tym działanie naturalnych hormonów
i innych chemicznych przekaźników informacji, co w konsekwencji może prowadzi do:
– niewydolności rozrodczej i spadku liczebności populacji;
– nieprawidłowego funkcjonowania tarczycy i innych dysfunkcji układu hormonalnego;
– feminizacji samców i maskulinizacji samic;
– upośledzenia układu odpornościowego;
– nieprawidłowego zachowania;
– tworzenia się guzów i nowotworów;
– poważnych braków wrodzonych.
Zgromadzono także przekonywające dowody, wiążące narażenie ludzi na konkretne TZO
lub kategorie TZO z:
– występującymi w wielu miejscach nowotworami i guzami;
– upośledzeniem neurobehawioralnym, w tym zaburzeniami uczenia się , uzyskiwaniem
obniżonych wyników w standardowych testach oraz zmianami temperamentu;
– zmianami układu odpornościowego;
– niedoborami reprodukcyjnymi i zaburzeniami związanymi z płcią;
– skróconym okresem laktacji u karmiących matek;
– chorobami takimi jak endometrioza, zwiększoną zapadalnością na cukrzycę itd.
Szczególnie niepokojące są dowody wskazujące na to, że na pewne skutki oddziaływania trwałych
zanieczyszczeń organicznych najbardziej wrażliwe są kobiety, niemowlę ta i dzieci.

U ludzi, podobnie jak w przypadku przedstawicieli dzikiej przyrody, szkody spowodowane przez
wystawienie na działanie trwałych zanieczyszczeń organicznych znajdują często wyraz
nie w żyjącej w warunkach zagrożenia populacji dorosłych, ale w pokoleniu potomstwa.
Trwałe zanieczyszczenia organiczne, obciążające ciało matki, przekazywane są poprzez łożysko
rozwijającemu się płodowi, a za pośrednictwem mleka – ssącemu pierś niemowlęciu.
Zanieczyszczenia te, na cechujących się szczególną wrażliwością etapach rozwoju, potrafią powodować uszkodzenia, które mogą nie ujawnić się do osiągnięcia przez człowieka wieku
pokwitania lub dorosło ci.
Generalnie ludzie narażeni są na kontakt z TZO poprzez spożywaną żywność, choć pracownicy
i mieszkańcy osiedli znajdujących się w pobliżu źródeł TZO mogą być narażeni także poprzez
wdychanie i kontakt ze skórą. Wystawienie na działanie TZO jest często bardzo wyraźne
u przedstawicieli narodów, których dieta zawiera duże ilości żywności pochodzącej od dzikich
zwierząt, a zwłaszcza ryb, ssaków morskich i innych organizmów wodnych. Znacząco skażone
trwałymi zanieczyszczeniami organicznymi może by równie mięso zwierząt hodowlanych oraz
produkty mleczne.


Dioksyny i furany
Dioksyny (polichlorowane dibenzoparadioksyny, PCDD) i podobne do nich budową furany (polichlorowane dibenzofurany, PCDF) to grupa chloroorganicznych, aromatycznych związków chemicznych. Znanych jest 75 dioksyn i 135 furanów, wśród których siedem dioksyn i dziesięć furanów uważa się za toksykologicznie najbardziej szkodliwe. Pomiędzy tymi siedemnastoma związkami chemicznymi, 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-dioksyna (2,3,7,8-TCDD) jest uważana za najsilniejszą z  trucizn . Przyjęto dla niej współczynnik równoważny toksyczności
(TEF) 1, a pozostałe szesnaście otrzymały indywidualne TEF odpowiadające sile toksykologicznej poszczególnych związków w stosunku do 2,3,7,8-TCDD. Sumując pomnożone stęenia poszczególnych kongenerów PCDD/F,oznaczonych w badanej próbce przez odpowiadające im jednostkowe współczynniki TEF, otrzymuje się wartość liczbową nazywaną poziomem toksyczności analizowanej próbki - TEQ.
Obecnoś dioksyn i furanów w środowisku jest prawie wyłącznie wynikiem działalności człowieka, a przede wszystkim spalania odpadów, wytopu i przetwórstwa metali, produkcji opartej o związki chloru (np. PCW), transportu samochodowego.
Połowiczny rozpad dioksyn w organizmie człowieka wynosi od 5,8 do ponad 14 lat, a w glebie od 9 do 100 lat.
Związki te zaburzają przepływ informacji międzykomórkowej i hormonalnej, powoduj raka.


Heksachlorobenzen (HCB)
HCB stosowany jest jako plastyfikator PCW i dodatek do syntetycznych wyrobów gumowych. Oprócz tego wykorzystywano go jako fungicyd do ochrony upraw pszenicy, cebuli i sorga. Jest także produktem ubocznym
działalności przemysłowej. Okres półtrwania w atmosferze wynosi od 2 lat do ponad 4 w glebie. HCB jest
rakotwórczy, powoduje uszkodzenia wątroby.

Polichlorowane bifenyle (PCBs)
Polichlorowane bifenyle to grupa 209 aromatycznych, syntetycznych związków chemicznych, nie występujących w środowisku naturalnie. Ich produkcję na masowąskal rozpocząto w świecie w 1929 roku. PCBs są stosowane w przemyśle jako płyny dielektryczne w transformatorach i kondensatorach, jako plastyfikatory do farb, tworzyw sztucznych, farb drukarskich, papieru, kleju oraz jako składniki płynu hydraulicznego turbin gazowych i pomp próżniowych. PCBs mogą powstawać samorzutnie, z odpowiednich prekursorów, podczas spalania odpadów, chlorowania wody pitnej i ścieków, w procesach bielenia celulozy chlorem. Okres ich półtrwania w środowisku wynosi od 10 do 15 lat. PCBs są rakotwórcze i immunosupresyjne.


Pestycydy
Aldryna i dieldryna: insektycydy stosowane do zwalczania owadów - szkodników drzew owocowych i gleby.
W Polsce stosowane m.in. pod nazwami Agronex TA i Alvit 55. Czas rozkładu w środowisku odpowiednio 1 – 6 oraz 5 - 25 lat. Bardzo toksyczne.
Chlordan: insektycydy stosowany do wielu różnych typów upraw. Nie stwierdzono jego obecności w odpadowych pestycydach składowanych w Polsce. Czas rozkładu w środowisku ponad 20 lat. Toksyczny.
DDT: insektycyd stosowany do zwalczania owadów przenoszących choroby ludzi i zwierząt – komarów, wszy oraz szkodników pól uprawnych i lasów. W Polsce stosowany m.in. pod nazwami Azotox, Ditox, Fumatox, Mgławik, Tritox. Czas rozkładu w środowisku od 4 do 30 lat. Toksyczny.
Endryna: insektycyd stosowany do zwalczania gryzoni. Nie stwierdzono jej obecności w odpadowych pestycydach składowanych w Polsce. Czas rozkładu w środowisku ponad 14 lat. Bardzo toksyczna.
Heptachlor: insektycyd stosowany do zwalczania owadów. W Polsce stosowany m.in. pod nazw Agronex Hepta. Czas rozkładu w ś rodowisku od 3 do 5 lat. Bardzo toksyczny.
Mirex: insektycyd stosowany do zwalczania mrówek, termitów i mączaka. Używany także jako środek przeciwpalny w tworzywach sztucznych, wyrobach gumowych i elektronicznych. Nie stwierdzono jego obecności w odpadowych pestycydach składowanych w Polsce. Praktycznie nie rozkłada się w środowisku - czas utleniania oszacowano na 1143 lata. Bardzo toksyczny.
Toksafen: mieszanina ponad 670 związków. Insektycyd stosowany do ochrony upraw bawełny, warzyw oraz zwalczania owadów przenoszących choroby zwierząt. W Polsce stosowany m.in. pod nazwami Kamfochlor, Melipax, Terpentol. Czas rozkładu w środowisku od 1 do ponad 20 lat. Bardzo toksyczny.


Pestycydy – substancje, lub mieszaniny substancji – włączając w to mikroorganizmy i wirusy – przeznaczone do:
–    zwalczania (kontrolowania) lub wabienia organizmów zwierzęcych, niszczących rośliny lub części roślin
–    zwalczania patogenów wywołujących choroby roślin
–    zwalczania chwastów
–    niszczenia listowia lub zwalczania roślin niepożądanych, a nie będących chwastami
–    regulowania lub stymulowania wzrostu roślin lub części roślin, jednak z wyłączeniem nawozów
–    zwalczania organizmów zwierzęcych niszczących produkty roślinne
–    zwalczanie czynników powodujących psucie się (gnicie) produktów roślinnych
–    zwalczanie lub wabienie organizmów zwierzęcych lub mikroorganizmów w domach, innych budynkach, pojazdach, statkach lub samolotach
–    zwalczania lub wabienia organizmów będących czynnikami chorobotwórczymi dla człowieka lub zwierząt, wymagającymi zabiegów konserwujących

Najważniejszymi składnikami preparatów pestycydowych są substancje aktywne. To one, wraz z niektórymi innymi składnikami preparatów, zwłaszcza synergetykami, decydują o mechanizmie i sile działania toksycznego, a więc m.in. owado–, chwasto– czy grzybobójczego. Są to z reguły syntetycznie otrzymane związki organiczne, należące do wielu grup chemicznych, odznaczające się niejednokrotnie złożoną strukturą chemiczną.


Insektycydy polichlorowane są dużą grupą związków chemicznych, o różnej budowie i zawartości chloru w cząsteczce. Wpływa to na dużą rozpiętość ich właściwości fizykochemicznych i biologicznych, w tym także na toksyczność. Głównymi klasami chemicznymi insektycydów polichlorowanych są :

    Chlorowane węglowodory aromatyczne; bischlorofenylowe – DDT, metoksychlor; pochodne cyklodienowe – aldryna, dieldryna, heptachlor, endosulfan, chlordan; pochodne cykloparafinowe –heksachlorocykloheksan (HCH),
lindan ( – HCH); chlorowane terpeny – toksafen.

Insektycydy polichlorowane źle rozpuszczają się w wodzie, dobrze natomiast w większości rozpuszczalników organicznych. Są bardzo dobrze rozpuszczalne w tłuszczach oraz odporne na wpływ różnych czynników zewnętrznych (temperatura, wilgotność, światło itp.).

Jednym z najbardziej znanych insektycydów jest DDT. Związek ten, stosowany od początku lat 40–tych do lat 60–tych. był nieocenionym środkiem owadobójczym. W latach II wojny światowej i w okresie bezpośrednio powojennym używano go do zwalczania owadów roznoszących malarię i inne choroby. Własnością decydującą o przydatności owadobójczej DDT była wybitna selektywna toksyczność. Cecha ta jest jednak skompensowana niezwykle dużą trwałością w środowisku i organizmach żywych. DDT kumuluje się na kolejnych etapach łańcucha pokarmowego. Trwałe są również jego metabolity: DDD, DDE, DDA i inne. Pomimo wycofania go przez większość krajów  z produkcji i stosowania (w Polsce 1973), DDT i jego metabolity krążą w środowisku i zalegają w tkance tłuszczowej zwierząt.
    W odniesieniu do ssaków insektycydy polichlorowane mają stosunkowo małą toksyczność ostrą. Charakteryzują się jednak dużym potencjalnym zagrożeniem działaniem przewlekłym.
Potencjalne zagrożenie najlepiej charakteryzuje czas ich zalegania w glebie: DDT znajdowano w glebie po 8–12 latach od chwili zastosowania, HCH, aldrynę, heptachlor po 4–12 latach, pozostałości lindanu po 1–4,5 r.
Zdolność do rozprzestrzeniania się w sprzyjających warunkach umożliwia przenikanie tych związków jeszcze przez długi czas po zastosowaniu do roślin, wody pitnej i organizmów zwierząt. Odporność na procesy technologiczne i kulinarne sprzyja przedostawaniu się DDT do organizmów ludzi oraz jego odkładaniu w tłuszczu i innych tkankach.
Insektycydy polichlorowane są truciznami neurotropowymi. W zatruciu ostrym szybko pojawiają się różnego rodzaju drgawki. W zatruciach przewlekłych obserwuje się trwałe zaburzenia neurologiczne, niedowłady, przykurcze mięśni.
Niektóre węglowodory chlorowane (DDT, heptachlor) są inhibitorami enzymów cyklu oddechowego i przemiany węglowodanowo – fosforanowej. Dieldryna narusza przemiany aminokwasów , zwiększając zawartość amoniaku w mózgu, co jest przyczyną powstawania drgawek.
Węglowodory chlorowane są truciznami wieloukładowymi i w różny sposób uszkadzają liczne narządy: zwłaszcza wątrobę i nerki, które uczestniczą w procesie ich detoksykacji i wydalania. Do organizmów ssaków dostają się przez przewód pokarmowy, drogi oddechowe, a także przez nie uszkodzoną skórę. Istotną różnicą w przypadku DDT jest stosunkowo słaba zdolność przenikania przez skórę, a bardzo duża przez osłony chitynowe owadów.
Wydalane są z kałem, a tylko w nieznacznym stopniu z moczem.
Związki te łatwo przenikają przez białkowo–lipidowe błony komórkowe i gromadzą się w bogatych w tłuszcz komórkach układu nerwowego, wątroby, nerek, osierdzia i mięśnia sercowego. Upośledzają czynność enzymów i zaburzają równowagę biochemiczną komórek w tych narządach. Gromadzą się także w zapasowej tkance tłuszczowej. Mają zdolność przenikania przez bariery ustrojowe takie jak łożysko i krew-mózg.
Gromadzenie tych węglowodorów w tkance tłuszczowej ma charakter detoksykacji, ograniczając w ten sposób ilość związku docierającą miejsca działania toksycznego. Może to jednak być przyczyną zatrucia w przyszłości, gdy organizm uruchomi substancje zapasowe zgromadzone w postaci tkanki tłuszczowej, a wraz z nimi nagromadzone trucizny.
    W organizmach zwierząt DDT i jego izomery tworzą wiele produktów przemiany. Powszechnie wykrywalne są DDD, DDE, i DDA.
DDD i DDE odkładają się w tkance tłuszczowej i podobnie jak DDT stanowię depozyty tkankowe u ludzi. DDA jest głównym metabolitem wydalanym z moczem i stanowi podstawę analitycznej oceny narażenia na działanie DDT.