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