Naturalne źródła skażenia środowiska

Wymień źródła zanieczyszczeń naturalnych.

• wyładowania elektryczne • wybuchy wulkanów • burze pisakowe • pożary lasów itp.

× Na lądzie i w powietrzu: wybuchy wulkanów, pożary lasów, stepów, wietrzenie skał

× Pochodzenia morskiego i oceanicznego: wybuchy wulkanów podwodnych, hydraty metanu

W jaki sposób negatywny wpływają na środowisko?

- Tlenki azotu – wpływ na zdrowie człowieka

- WWA – szkodliwość na zdrowie człowieka

- Kwaśne deszcze

- Globalne ocieplenie – gazy

- Metale ciężkie – przykład rtęć

- Erupcja wulkanu wpływ na środowisko człowieka

- Pyły – PM10 i PM 2,5

- Zakwaszenie wód

Czy dawka przyjmowanego promieniowania kosmicznego przez człowieka w ciągu 1 roku jest szkodliwa dla zdrowia

-> nie, w prezentacji nie ma o tym

Antropogeniczne źródła skażenia oraz wpływ metali ciężkich na środowisko

Rodzaje zanieczyszczeń antropogenicznych - najważniejsze cechy

- spalanie paliw

- przemysł, energetyka, lokalne i osiedlowe ciepłownie, paleniska domowe

- hutnictwo metali nieżelaznych i żelaza

- spalanie odpadów i śmieci

- transport

Emisja najbardziej toksycznych metali ciężkich

- łatwo rozpuszczalne i silnie dysocjujące

- łatwo przenikają przez błony śluzowe i do narządów wewnętrznych

Wpływ metali ciężkich na florę

- chloroza nowych, - więdnięcie starszych liści

- martwica końcówek liści

- opóźniony wzrost całej rośliny

- szaro-zielone, ciemnozielone, karłowate liście

- brązowy, krótki, karłowaty korzeń (stożki wzrostu podobne objawy)

- brunatnienie i skręcenie liści, zaczerwienienie żyłek.

- zmiana zawartości lipidów

- redukcja chlorofilu i karotenoidów

Porównanie katastrof jądrowych - Czarnobyl-Fukushima

Czarnobyl	Fukushima
Błędy w konstrukcji reaktora- zbyt mała ilość prętów kontrolnych, dlatego reaktor uległ przegrzaniu Wyłączenie systemów bezpieczeństwa, minimalizacja kosztów	Tsunami, które uszkodziło system chłodzenia reaktorów elektrowni
Od 60 do kilkunastu tysięcy ofiar śmiertelnych i poszkodowanych	3 ofiary śmiertelne
Brak informacji dla społeczeństwa, ukrywanie awarii	Dobrze poinformowane społeczeństwo

Jakie skutki działania na florę i faunę tych metali możesz wymienić i krótko scharakteryzować?

OŁÓW Pb

- Powoli wydala się z organizmu

- Akumulacja w kościach, narządach miąższowych, ośrodkowym układzie nerwowym

- Negatywnie wpływa na funkcjonowanie szpiku kostnego i wątroby, obniża poziom witaminy D

- Powoduje zmiany we krwi i naczyniach, powoduje uszkodzenie mózgu, objawy śpiączkowe lub psychiczne

- Wywołuje anemię, bóle głowy, pobudliwość

- Zaburza metabolizm roślin, niekorzystnie wpływa na mikroorganizmy glebowe

KADM Cd

Akumulacja głównie w wątrobie i nerkach

Wywołuje chorobę itai-itai: uszkodzenie nerek, rozmiękczenie kości i wzrost ich kruchości

Zaburza metabolizm wapnia, fosforu, witaminy D

Czynnik rakotwórczy u ludzi

RTĘĆ Hg

Odkłada się w nerkach i wątrobie, przenika przez łożysko do płodu

Wywołuje zaburzenia ośrodkowego układu nerwowego, drżenie kończyn, zmiany osobowości, stany depresji, halucynacje, wymioty, bóle żołądka, uszkodzenie nerek

Zanieczyszczenia powietrza i gleby w ekosystemach lądowych

Naturalne źródła zanieczyszczeń powietrza.

Wybuchy wulkanów, pyłki roślinne, pożary lasów, skały i gleby ulegające erozji

Smog: rodzaje smogu, czym się różnią? Skutki zdrowotne.

-Siarkowy/ Londyński

* aglomeracjach w klimacie umiarkowanym

* temperatura -3 – 50^oC

* główne zanieczyszczenia to: dwutlenek siarki, dwutlenek węgla, pyły

* skutki: duszność, łzawienie, zaburzenie pracy układu krążenia, podrażnienie skóry

-Fotochemiczny/ Los Angeles

* klimat subtropikalny lub tropikalny

* główne zanieczyszczenia: tlenek węgla, tlenek azotu, węglowodory aromatyczne, ozon, pyły przemysłowe

* temperatura 24-35^oC - konieczne jest silne nasłonecznienie

* uszkadza drogi oddechowe

Zanieczyszczenia powietrza-skład, skutki?

Kwaśne deszcze, smog, dziura ozonowa, efekt cieplarniany

Jakie wyróżniamy zanieczyszczenia gleb, przyczyny.

Zanieczyszczenia mechaniczne

- gruz budowlany, z nawierzchni dróg, odpady budowlane,

- opakowania metalowe, szklane, ceramiczne i z tworzyw sztucznych,

- odpady z gospodarstw wiejskich

Zanieczyszczenia biologiczne

- Aktywność biologiczna – wierzchnia warstwa zasiedlona przez drobnoustroje

Zanieczyszczenia chemiczne

- Przemysł, energetyka, rolnictwo, górnictwo, transport, gospodarka komunalna

- Przesycenie gleb niszczy drobnoustroje glebowe i roślinne, w glebie powstaje niedostatek tlenu

- Pestycydy hamują procesy mikrobiologiczne

- Przedostanie się szkodliwych i niebezpiecznych mikroorganizmów takich jak bakterie, grzyby.

•zakłócają przebieg wegetacji roślin, powodują zmniejszenie plonów i obniżenie ich jakości

•niszczą walory ekologiczne i estetyczne szaty roślinnej

•mogą powodować korozję fundamentów budynków i konstrukcji inżynierskich, np. rurociągów

•zanieczyszczenie wód

Zanieczyszczenia w ekosystemach wodnych

Zanieczyszczenia antropogeniczne wód-katastrofy morskie tankowców, skutki ekologiczne.

- katastrofy okrętów; węglowodory i niektóre inne zanieczyszczenia organiczne

- zatrucie wody, wybrzeży

- śmierć zwierząt, roślin w morzu oraz ptaków morskich połykających robę usuwając ją z piór

- ropa rozpuszcza pokrywającą pióra warstewkę tłuszczu, która chroni ptaki przed wodą i zimnem

- zmniejszenie możliwości rozrodczych części ptasiej populacji

- ucieczka ryb z zanieczyszczonych obszarów i obumieranie dotkniętych skażeniem jaj, zmniejszenie populacji

- zatrzymanie fotosyntezy morskich roślin

- ograniczenie rozmnażania pewnych alg

Zagrożone gatunki ssaków w Morzu Bałtyckim: wymień, podaj przyczyny zagrożenia.

- Morświn: stosowanie dużych ilości stawnych sieci skrzelowych, zakłócenia akustyczne, wzrost transportu morskiego oraz rozwój agresywnej turystyki motorowodnej.

-Dorsz – przełowienie

Odpady powojenne: rodzaje, zagrożenie, sposoby neutralizacji.

- odnalezienie niezidentyfikowanych do tej pory innych miejsc zatopienia broni chemicznej;

- opracowanie czytelne i jednoznaczne instrukcji postępowania dla rybaków (w przypadku wydobycia środków chemiczne z dna Bałtyku;

- ustalenie zasad udzielania pomocy tym, którzy mieliby bezpośredni kontakt z chemikaliami.

Różne warianty neutralizacji broni chemicznej:

- fizyczne (pokrycie miejsc z amunicją warstwą tworzywa sztucznego lub betonu);

- chemiczne (reakcje rozkładu odkażalnikami);

- fizykochemiczne (spalenie chemikaliów w łuku plazmowym).

- gdyby z beczek i kontenerów wydostała się jedna szósta całości zgromadzonej na dnie morza broni chemicznej, katastrofa porównywalna byłaby z wybuchem w elektrowni atomowej w Czarnobylu.

Testy toksyczności

Jakie gatunki zwierząt są najczęściej wykorzystywane w testach toksyczności?

Skoczogonki, pszczoła miodna, dżdżownica, przepiórki Bobwhite, kaczka krzyżówka, przepiórka japońska, karp, gupik, pstrąg tęczowy, danio pręgowany

Do najczęściej stosowanych organizmów w testach zaliczamy pszczoły, dżdżownice, ryby, ptaki, myszy.

Co to jest i jaką informację daje nam współczynnik ryzyka?

PEC - przewidywane stężenie w środowisku. PNEC – przewidywane stężenie w środowisku niepowodujące skutków

PEC/PNEC = WSPÓŁCZYNNIK RYZYKA

- współczynnik ryzyka < 1 – ryzyko jest małe

- współczynnik ryzyka ≥ 1 – ryzyko jest znaczne

Co to jest współczynnik selektywnej toksyczności i w jakim celu się go wyznacza?

SER – (eselective toxity ratio) – wskaźnik selektywnej toksyczności

SER =

- wyznaczany dla gatunków pożytecznych i szkodników w ocenie bezpieczeństwa środowiskowego pestycydów.

Problemy związane ze stosowaniem testów toksyczności

Najważniejszym problemem w badaniach polowych są ograniczone możliwości kontrolowania czynników takich jak: temperatura, opady, ruchy wody i powietrza czy migracje zwierząt, z których wszystkie mogą wpływać na skutki oddziaływania substancji chemicznych.

Biochemiczne skutki zanieczyszczeń chemicznych w organizmach

Jakie mogą być mechanizmy naprawcze organizmu narażonego na substancje toksyczne?

- wytwarzanie białek stresowych: uwalniane, gdy na organizm działa chemiczny czynnik stresogenny lub szok termiczny

- naprawa uszkodzeń DNA: usunięcie adduktu, który był związany kowalencyjnie z DNA, powrót do stanu pierwotnego DNA

Przykłady reakcji niechroniących organizm.

- zaburzenia na poziomie funkcjonowania: enzymów, receptorów, reaktywnych metabolitów pośrednich

- zmiany: w DNA, elektrofizjologiczne

- hamowanie: cyklu witaminy K, cholinoesterazy

Przykłady związków, które w wyniku metabolizmu powodują szkody w organizmie.

- Indukcja monooksygenaz - przyspieszenie metabolizmu substancji zanieczyszczającej do metabolitu bardziej rozpuszczalnego w wodzie i wzrost tempa usuwania

- Indukcja metalotionein - białka zwiększające szybkość wiązania z metalami obniżając ich biodostępność

Jakie są zasadnicze mechanizmy neurotoksycznego działania trucizn na organizm?

- zaburzają prawidłowe przewodnictwo impulsów nerwowych przez synapsy

- bezpośrednio na receptory lub kanały: wiążą się z receptorami, opóźniają zamykanie kanałów sodowych

- poprzez hamowanie acetylocholinoesterazy (AChE)

- przedłużają przepływ jonów Na+, redukują przepływ jonów Cl-

Fizjologiczne skutki działania zanieczyszczeń w organizmach

Co to jest krytyczne stężenie oraz narząd krytyczny?

Stężenie krytyczne - w komórce jest to stężenie, przy którym zachodzą zmiany czynnościowe komórki odwracalne lub nieodwracalne, niepożądane lub szkodliwe.

Narządem krytycznym - nazywamy narząd, który jako pierwszy osiąga stężenie krytyczne substancji toksycznej. W narządzie tym występują najczęściej efekty działania toksycznego. Narząd (układ, tkanka), w którym substancja toksyczna ulega kumulacji w najwyższym stopniu nie musi być narządem krytycznym. Wrażliwość narządów może wykazywać różnice osobnicze. Narząd krytyczny zależy od rodzaju ekspozycji, drogi podania i gatunku.

Jakie są skutki działania substancji toksycznych na poziomie organizmu?

- Zmiany neurofizjologiczne:

* ostry paraliż mięśni oddechowych, zaburzenie impulsów przez synapsę, blokada synaptyczna (skurcz tężcowy), zakłócanie potencjału czynnościowego (drżenie skurcze), toniczne konwulsje

- Zmiany zachowania:

* zaburzenia zachowań pokarmowych: zaprzestanie jedzenia w wyniku zmniejszenia sprawności poszukiwania ofiary, zmniejszanie częstości udanych połowów, wydłużenie czasu od złowienia do skonsumowania ofiary może wynikać z zaburzenia zmysłu smaku, podatność na drapieżnictwo

- Wpływ na rozmnażanie

* zaburzenia układu hormonalnego, uszkodzenie ścian macicy i nadczynność warstwy korowej nadnerczy

Co to jest osmoregulacja?

Osmoregulacja - regulacja stężeń roztworów elektrolitów i związków organicznych w płynach ustrojowych oraz ich objętości, a także utrzymywanie równowagi wodnej organizmu.

Wyjaśnić pojęcie energetycznego potencjału wzrostu. Jakie procesy w organizmie wpływają na zmiany SFG?

Energetyczny potencjał wzrostu (SFG; ang. scope for growth) – pomiar wpływu zanieczyszczenia na produkcje.

SFG = Energia pobrana – całkowite straty energii

Na podstawie oceny SFG można przewidywać odległe skutki dla wzrostu i przeżywalności organizmów.

Biomarkery

Definicja biomarkera i biowskaźnika.

Biomarker: „każda odpowiedź biologiczna na obecność substancji toksycznej w środowisku, na poziomie osobnika lub niższym, wykazująca odchylenie od normy”

Biowskaźnik: „gatunek wąsko wyspecjalizowany, charakterystyczny dla danego czynnika lub procesu; posiada wąskie granice tolerancji (…), pozwala na precyzyjne scharakteryzowanie siedliska i środowiska pod względem danej cechy, m.in. akumulacji lub niedoboru określonego składnika albo stopnia natężenia danego czynnika.”

Jakie znasz podziały biomarkerów?

Biomarkery skutków, ekspozycji (dawki wewnętrznej i dawki biologicznie skutecznej), oraz wrażliwości

Podaj biomarkery narażenia na dym tytoniowy.

Alfa 1-antrypsyna

Nikotyna – krew, mocz, ślina, włosy

Kotynina - krew, mocz, ślina, włosy, smółka

Trans-3’hydroksykotynina - krew, mocz

Tlenek węgla – wydychane powietrze

Tiocyjaniany - krew, mocz, ślina

Karboksyhemoglobina – krew

Jaka jest rola biomarkerów w ocenie ryzyka środowiskowego?

Informują o działaniu zanieczyszczeń

Możliwość wykazania, że procesy fizjologiczne organizmu przebiegają w prawidłowych granicach i nie trzeba podejmować akcji zapobiegawczej

Ważny system „wczesnego ostrzegania"

Monitoring biologiczny in situ

Co to jest biomotoring in situ?

Ochrona in situ (łac. in situ - na miejscu), to ochrona gatunku chronionego, realizowana w jego naturalnym środowisku życia przez zachowanie niezmienionych warunków środowiskowych oraz zaniechanie pozyskiwania osobników tego gatunku lub dostosowanie rozmiarów i metod pozyskiwania do możliwości ich reprodukcji. Ochronie in situ służą przede wszystkim rezerwaty i parki narodowe.

Wymień podstawowe kierunki monitoringu biologicznego.

Monitorowanie wpływu zanieczyszczenia na obecność lub brak gatunków w jakimś miejscu lub zmian w składzie gatunkowym, znanych również, jako „oddziaływanie na zbiorowiska”;

Pomiar stężeń substancji zanieczyszczających u gatunków wskaźnikowych lub „wrażliwych”

Ocena skutków oddziaływania zanieczyszczeń na organizmy i powiązanie ich ze stężeniami zanieczyszczeń w tych organizmach oraz innymi wskaźnikami biotycznymi i abiotycznymi.

Wykrywanie zróżnicowanych genetycznie linii (ras, odmian) gatunków, które rozwinęły odporność na daną substancję zanieczyszczającą.

Wymień kryteria, jakie powinien spełniać organizm, aby można go było wykorzystać do biomonitoringu in situ -> 5P

1. Podstawowy - jeśli testy ekotoksykologiczne mają mieć znaczenie ekologiczne, to powinny wykorzystywać gatunki, które odgrywają istotną rolę w funkcjonowaniu ekosystemu.

2. Powszechny - pożądane jest, aby gatunek był raczej szeroko rozpowszechniony, pospolity i łatwy do zebrania, gdyż ułatwi to porównanie poszczególnych, oddalonych od siebie miejsc.

3. Przeżywający- bioindykatory nie powinny ginąć z powodu bardzo niskich poziomów zanieczyszczeń i powinny być dostatecznie wytrzymałe, aby przeżyć w zamknięciu na zanieczyszczonych stanowiskach polowych.

4. Podatny- organizmy narażone na działanie substancji zanieczyszczającej powinny wykazywać mierzalne reakcje, takie jak większe stężenia substancji skażającej w tkankach, zmiany parametrów, takie jak zmniejszenie energetycznego potencjału wzrostu i płodności, zwiększenie częstości zachorowań lub indukcję odpowiedzi biochemicznej lub posiadać genetycznie uwarunkowaną odporność.

5. Powtarzalny- wybrany gatunek poddany w różnych miejscach takiej samej ekspozycji na zanieczyszczenia powinien wykazywać podobne reakcje.

Zmiany w zespołach i ekosysytemach

Wpływ metali toksycznych na zespoły glebowe

Wpływ wartości pH wód powierzchniowych na "zdrowie" eksosystemów wodnych.

- Odczyn pH wód powierzchniowych zależy od czynników zarówno biotycznych jak i abiotycznych (głównie: skład skały macierzystej oraz opady zakwaszonego deszczu lub śniegu)

- Spadek pH poniżej 6 może być szkodliwy dla wielu organizmów

- Zanieczyszczenia mogą wpływać na odczyn wód bezpośrednio jak i pośrednio

- Zmiana dominujących gatunków fitoplanktonu (głównie wrotki)

- Spadek różnorodności organizmów, eliminacja wrażliwych gatunków, wyginięcie niektórych gatunków skorupiaków bentosowych

Pestycydy

Źródła zanieczyszczeń pestycydami środowiska

Ścieki powstałe przy konserwacji drewna, z zakładów stosujących pestycydy

Niepożądane procesy chemiczne

Tereny rolnicze i pozarolnicze

Opady atmosferyczne

Ścieki i osady z produkcji pestycydów, ścieki miejskie, mogilniki

Wymień własności pestycydów ze względu na ich zachowanie się w środowisku

- mobilność

- zdolność do biokumulacji

- toksyczność

- trwałość w środowisku

Bezpośrednie oddziaływanie pestycydów na elementy środowiska

Powstawanie nowotworów, chorób skóry;

Utrzymują się w tkankach płodu i w mleku matki, nerkach i wątrobie

Ból głowy, kończyn, duszności, wymioty

Podrażnienie centralnego i obwodowego systemy nerwowego, uszkodzenie szpiku kostnego

Bardzo toksyczne dla organizmów wodnych - kumulacja w ciele ssaków morskich

Zmniejszają grubość ptasich skorupek

Teratogenne, mutagenne

Zmniejszają zdolność wytwarzania czerwonych krwinek

Prowadzi do zmian zwyrodnieniowych mięśnia sercowego.

Etapy metody QuEChERS

Ekstrakcja pestycydów z próbki za pomocą niewielkiej ilości acetylonitrylu

Dodatek soli ekstrakcyjnych w celu oddzielenia fazy wodnej od fazy organicznej

Dyspersyjna ekstrakcja do fazy stałej d-SPE z wykorzystaniem sorbentów

Analiza chromatograficzna próbki

Rozwinięcie skrótu metody QuEChERS

Quick SZYBKIE

Easy ŁATWE

Cheap TANIE

Effective SKUTECZNE

Rugged ELASTYCZNE

Safe BEZPIECZNE

Organiczne substancje kancerogenne

Co to jest kancerogeneza, jej etapy

Wieloetapowy proces wiodący do powstania nowotworu. Jest najczęściej wywoływana czynnikami rakotwórczymi, takimi jak: nadfiolet, azbest, wwa, niektórymi wirusami. Proces złożony i wieloetapowy, z długim okresem utajenia.

• Etap I – Preinicjacja: ekspozycja na kancerogeny

• Etap II - Właściwa inicjacja: nagromadzenie mutacji prowadzących do transformacji

• Etap III - Promocja: selekcja klonalna, rak in situ, nabycie zdolności do migracji

• Etap IV - Progresja: dalsza selekcja mutacji, nabycie zdolności do przerzutowania

Jak można podzielić czynniki wpływące na proces kancerogenezy, jakie są typowe chemiczne substancje kancerogenne?

Czynniki rakotwórcze w zależności od ich charakteru i sposobu działania można podzielić na: biologiczna, fizyczne, chemiczne.

Do czynników chemicznych należy:

- dym papierosowy zawierający: nitrozoaminy, wwa (np. benzopiren), pochodne fenolu, aminy aromatyczne

- spaliny samochodowe, wyziewy z kominów fabrycznych

- azbest, etionina, uretan, czterochlorek węgla oraz niektóre metale ciężkie, takie jak kobalt, nikiel czy kadm

- typowe substancje to: WWA, polichlorowane bifenyli, dioksyny, akrylamid

Struktury chemiczne: WWA, dioksyn, polichlorowanych bifenyli i akrylamidu oraz typowe źródła pochodzenia tych związków

- WWA połączone węglowodory wielopierścieniowe. W środowisku w wyniku: obróbki cieplnej żywności (smażenie, pieczenie i grillowanie), zanieczyszczeń środowiska np. skażenie wód w okolicach uprzemysłowionych.

- dioksyny połączone węglowodory wielopierścieniowe z pierścieniem zawierającym tlen. W środowisku w wyniku: procesów spalania odpadów przemysłowych, węgla kamiennego itp., do organizmu najczęściej dostają się z pożywieniem (mięso i jego przetwory, ryby, mleko i jego przetwory oraz jaja)

- polichlorowane bifenyle połączone węglowodory wielopierścieniowe z dołączonym chlorem, oraz pierścieniem zawierającym tlen. W organizmie pobierane z żywnością (ok 97%), produkty bogate w tłuszcz (tłuste ryby, wątroby, tkanka tłuszczowa).

- akrylamidu amid o wzorze: C₃H₅NO W środowisku w wyniku: procesów smażenia, pieczenia, prażenia, grillowanie powyżej 170 ^oC pokarmów zawierających białka oraz cukry. Zawarty np. w: kawie, frytkach, papierosach

Lek a środowisko – ogólna charakterystyka problemu

Źródła pochodzenia leków w środowisku.

- ścieki komunalne, ze szpitali

- wysypiska śmieci

- nawożenie pól nawozem pochodzenia zwierzęcego

- infiltracja wód z cmentarzy

- ścieki przemysłowe, pochodzące z nielegalnej produkcji leków

Główne metody oznaczania związków farmaceutycznych w wodnych próbkach środowiskowych.

- Pozostałości leków w wodach są oznaczana za pomocą chromatografii gazowej z detektorem mas oraz wysokosprawnej chromatografii cieczowej

Potencjalne niebezpieczeństwa związane z obecnością związków farmaceutycznych w środowisku.

- Bezpośrednie zagrożenie dla organizmów wodnych

- Zagrożenie dla człowieka (zanieczyszczona woda może być potencjalnym źródłem wody pitnej)

- Oczyszczalnie ścieków nie radzą sobie z oczyszczaniem z farmaceutyków i ich metabolitów, co powoduje przedostawanie się ich do wód powierzchniowych, rzek, jezior, mórz i oceanów

- Działanie toksyczne

- Powodowanie lekooporności

- Zaburzenia cyklów rozwojowych

Poziomy stężeń, w jakich występują leki w wodach powierzchniowych i ściekach - ng / l