Toksyczność związków nieorganicznych w środowisku i żywności.
(azotany, azotyny, fosforany , cyjanki i zw. arsenu)
Wpływ na zdrowie człowieka.
Czym zajmuje się toksykologia środowiska?
Toksykologia środowiska jest działem toksykologii zajmująca się szkodliwym działaniem na człowieka substancji chemicznych występujących w środowisku.
Do środowiska przedostają się różne substancje chemiczne, zarówno ze źródeł naturalnych( wybuchy wulkanów, pożary, powodzie ,erozje gleby), jak i antropogenicznych(wpływ człowieka). Wskutek działalności człowieka do środowiska przedostają się zarówno substancje zanieczyszczające, jak i skażające.
Głównymi źródłami zanieczyszczenia środowiska pochodzące z działalności człowieka to: wysoko rozwinięty przemysł(dymy, zanieczyszczenia fabryczne wpuszczane do wody), spaliny samochodowe, stosowanie nawozów sztucznych i wiele innych substancji i związków chemicznych w codziennym naszym życiu.
Substancje zanieczyszczające wywierają niekorzystny wpływ przez swa nadmierną ilość w środowisku choć nie są zazwyczaj substancjami silnie toksycznymi.
Fosforany są normalnymi składnikami wód i gleb, jednak w nadmiernych ilościach powodują eutrofizację zamkniętych zbiorników wodnych, uniemożliwiają rozwój jednych organizmów kosztem drugich, a w konsekwencji mogą doprowadzić do całkowitego zaniku życia w danych ekosystemach.
Fosforany
Fosforany to pochodne kwasu fosforanowego. Nazwa obejmuje zarówno sole jak i estry kwasu fosforanowego. Jednym z nieorganicznych związków jest fosforan(v) sodu Na3PO4. Fosforany są również naturalnymi składnikami wód i gleb, tak jak wyżej wspomniano w nadmiernej ilości ma działanie toksyczne.
Źródłami zanieczyszczenia fosforanami są zazwyczaj: ścieki, detergenty i nawozy fosforanowe. Nie stanowią zazwyczaj bezpośredniego zagrożenia dla zdrowia, jednak podobnie jak azotyny i związki amonowe, powodują eutrofizację jezior i zamkniętych zbiorników wodnych. W wyniku nadmiernego dopływu czynników użyźniających dochodzi do szybkiego wzrostu glonów, a następnie do ich obumierania. Martwe glony rozkładają się
do związków nieorganicznych, stając się źródłem odżywczym dla kolejnych glonów. W mirę zużycia tlenu początkowo w warstwie dennej, a następnie w całym jeziorze giną organizmy o największym zapotrzebowaniu na tlen ryby łososiowe , kolejno giną gatunki mniej szlachetne, wreszcie życie zamiera, a zbiornik stopniowo zarasta. Dochodzi również do gwałtownego tzw. zakwitu wód, czyli rozwoju olbrzymich ilości glonów i sinic.
U ludzi mogą wywoływać uczulenia, mdłości, wymioty, zawroty i bóle głowy.
Azotany, azotyny
Azotany i azotyny występują w przyrodzie jako produkty rozkładu organicznych substancji azotowych. Azotany występują również jako naturalne pokłady soli mineralnych oraz w wodzie, gdzie mogą znajdować się wskutek wypłukiwania ze złoża lub też z nawozów sztucznych czy ścieków przemysłowych oraz odchody ludzi i zwierząt. Azotyny powstają również w przyrodzie w wyniku redukcji azotanów lub utleniania amoniaku.
Występujące w powietrzu atmosferycznym aerozole azotanów w ilości 1- 40 ng/m3 są końcowym produktem procesu utleniania tlenków azotu. W wodzie stężenie jest różne, ale przeważnie wody powierzchowne nie zawierają większych stężeń niż 10mg/dm3.
W ostatnich latach obserwuje się zwiększenie stężenia tych związków w rzekach przepływających przez tereny rolnicze( w USA nawet do 45mg/dm3).
Azotyny/azotany również występują :
- w artykułach spożywczych jako konserwanty w produkcji mięsa oraz zapobiegają rozwijaniu się bakterii jadu kiełbasianego ( konserwanty azotyny: potasu E 249, sodu E 250; azotany sodu E251 i potasu E 252)
- w odchodach zwierzęcych pochodzących z ferm
-wysypiska śmieci= zanieczyszczenie wody, odpady miejskie i przemysłowe oraz związane z transportem= wody powierzchowne
- leki rozszerzające naczynia wieńcowe i obniżające ciśnienie
Azotany mogą powodować eutrofizację wód powierzchownych prowadząc do nadmiernego wzrostu roślin i mniejszej biożyworodności, powodując śmierć bezkręgowców i ryb. Może również przedostawc się do wód gruntowych powodując ich zanieczyszczenie. Azotan nie jest w sposób bezpośredni toksyczny dla ludzi, ale w wysoko redukujących warunkach przekształca się w azotyn. Azotyn może przenikać do narządów wewnętrznych, do obiegu krwionośnego i wiązać się z hemoglobiną- zmieniając jej formę, która nie może tarnsportowac tlenu> stan blue baby syndrome. Z tego powodu standardy wody pitnej w Europie zostały tak ustawione aby nie dopuścić do takich zjawisk.
Azotyny przyjęte z wodą i żywnością mogą ulec w organizmie przemianom do rakotwórczych nitrozoamin. Nitrozoamin powstają w dużych ilościach przy ogrzewaniu pożywienia konserwowanego związkami azotu i maja bardzo silne działanie rakotwórcze. Z tego powodu nie należy podgrzewać konserwowanych wędlin. Przedawkowanie azotynu może być przyczyną zatruć,w USA zanotowano 10 nagłych przypadków methemoglobinemii spowodowanych spożyciem mięsa o zawartości azotynów ponad 200mg/kg, a niektórych próbach nawet 6570mg/kg. Zasadniczym toksycznym działaniem azotynów jest wywoływanie methemoglobinemii= rozszerza ona naczynia włosowate przez bezpośrednie działanie rozkurczowe na mięśnie gładkie.
Zatrucia azotynami i azotanami występują wskutek nadmiernego ich spożycia, oraz przedawkowania leków oraz zaobserwowano również zatrucia robotników pracujących z ww. związkami. Mogą działać drażniąco na układ oddechowy(objaw lekkiego zatrucia). Stwierdzono, że małe dzieci i niemowlęta do 6 mies., a szczególnie poniżej 3 mies., są wyjątkowo wrażliwe na methemoglobinemii wywołaną przez azotany i azotyny pobrane z żywnością i wodą pitną.
Dawka powodująca objawy zatrucia: azotyny 1g - pierwsze objawy zatrucia; śmiertelna 4g dla osoby dorosłej. Objawy zatrucia ostrego występują po 30min pojawia się ból brzucha, zaczerwienienie twarzy i powłok skórnych, zawroty głowy, sinica, duszność, spadek ciśnienia krwi ,aż do wystąpienia zapaści. Zatrucia śmiertelne bardzo rzadkie, przeważnie samobójcze.
Arsen, związki arsenu
Głównymi źródłami zanieczyszczeń powierza i gleby związkami arsenu jest przemysł wydobywczy węgla kamiennego i paliw płynnych oraz górnictwo metali nieżelaznych. Na obszarach gdzie przemysł ten jest dodrze rozwinięty obserwuje się przypadki zatruć przewlekłych wśród mieszkańców. Arsen jak i jego związki nieorganiczne został sklasyfikowany jako substancja toksyczna. Działa toksycznie przez drogi oddechowe i po połknięciu. Tlenek arsenu(III) jest sklasyfikowany jako substancja bardzo toksyczna i jako substancja żrąca- powoduje oparzenia. Arsen i związki arsenu zostały przez Międzynarodową Agencję Badań nad Rakiem uznane za kancerogenne dla ludzi i umieszczono w grupie 1 ( grupa czynników udowodnionym epidemiologicznie działaniu rakotwórczym). Długotrwała, stała ekspozycja zarówno pokarmowa jak i inhalacyjna na związki arsenu manifestuje się zmianami skórnymi, zaburzeniami funkcjonowania układu nerwowego, krwionośnego oraz oddechowego. Nieorganiczne związki arsenu uszkadzają procesy metaboliczne komórek wątroby oraz nerek. W przypadku zatrucia inhalacyjnego obserwuje się znaczne uszkodzenie błon śluzowych układu oddechowego (nosa,gardła,oskrzeli), oczu(zapalenie spojówek) i odsłoniętych partii skóry.
Wartości biologiczne i toksyczne: ocenę narażenia na arsen i jego związki nieorganiczne można przeprowadzić na podstawie stężeń tego pierwiastka w powietrzu, a także na podstawie stężenia w materiale biologicznym, zwłaszcza we włosach lub w moczu.
NDS nieorganicznych zw. arsenu wynosi 50ng/m3, obecnie proponowana jest wartość 10ng/m3.
Z raportu Europejskiego Regionalnego Biura WHO wynika, że zawodowe narażenie na arsen w stężeniu 50ng/m3 przez więcej niż 25 lat powoduje 3-krotne zwiększenie liczby zgonów z powodu raka płuc. Dawka śmiertelna arsenowodoru- śmierć po 30 min 800mg/m3.
Zawartość arsenu w produktach spożywczych jest zróżnicowana i zależy od rodzaju i pochodzenia surowca. Największe ilości arsenu w całodziennej racji pokarmowej pochodzą z wody pitnej. Stosunkowo niewielka zawartość arsenu znajduje się w warzywach i owocach<0,1mg/kg, wyższe ilości stwierdza się w warzywach liściastych do 0,6mg/kg oraz ziemniakach 0,86 mg/,kg . Podobnie niska zawartością arsenu charakteryzują się produkty mięsne, spośród produktów zwierzęcych najwyższe ilości arsenu oznacza się w rybach i owocach morza 1,5- 11,2 mg/kg.
Zanieczyszczenia:
- przez ścieki przemysłowe = zanieczyszczenie wód oraz przez związki arsenu w środkach ochrony roślin. Związki arsenu pod wpływem bakterii ulegają częściowej biometylacji- nagromadzają się w glonach i skorupiakach.
Cyjanki
Cyjanki to związki chemiczne, sole kwasu cyjanowodorowego, które zawierają anion cyjankowy CN-. W potocznym rozumieniu „cyjankiem” określa się sól potasowa kwasu cyjanowodorowego- cyjanek potasu: KCN, truciznę często opisywaną w powieściach kryminalnych. Związki organiczne zawierają grupę CN nazywane są nitrylami.
Cyjanowodór występuje w przyrodzie stosunkowo w dużych ilościach w postaci związanej jako heterozydy; amigdalina występująca w liściach i nasionach pestkowców(migdały, brzoskwinie, morele, śliwki, wiśnie). W przypadku spożycia pestek o uszkodzonej łupinie w przewodzie pokarmowym następuję hydroliza, w wyniku której uwalnia się cyjanowodór, stąd może dojść śmiertelnego zatrucia.(50-60 gorzkich migdałów u osoby dorosłej powoduje śmierć, a śmierć dziecka może spowodować spożycie 10 migdałów).
Cyjanowodór i jego estry stosowane jako środki dezynfekujące i deratyzacyjne w magazynach z artykułami spożywczymi i wyrobami przemysłowymi> na długo odkładały się w betonie, w ubraniach, w pościeli dlatego zakazano stosowania tego typu środków.
Połączenia cyjanowodoru z estrem metylowym i etylowym powstawał tak zwany cyklon, który był przyczyną największych zabójstw hitlerowskich podczas II wojny światowej.
Duże ilości cyjanowodoru wydziela się w czasie spalania niektórych materiałów, np.celuloidu. Ofiarami zatruć są pracownicy laboratoriów, ponieważ nie zawsze przestrzegają zasad bhp. Stosowanie kwasu cyjanowodorowego w różnych gałęziach przemysłowych m.in. w estryfikacji złota.
Źródłami zanieczyszczeń gleb i wód mogą być ścieki pochodzące z zakładów przemysłowych, które powodują masowe ginięcie ryb. Mniejsze ilości kumulować się w ciele skorupiaków i ryb, które następnie są spożywane przez człowieka i może działać szkodliwie na jego organizm.
Cyjanowodór i cyjanki działają silnie drażniąco na błony śluzowe i skórę. Łatwo się wchłaniają do organizmu przez błony śluzowe, drogi oddechowe, skórę i z przewodu pokarmowego. Okres zwiastujący zatrucie: drapanie w gardle, palącogorzki smak w ustach, ślinotok drętwienie ust i krtani, osłabienie mięśniowe , utrudniona mowa, ból i zawroty głowy i inne. Pozostałe 3 fazy charakteryzują się następującymi objawami: duszności i podniecenie, drgawki oraz porażenie(całkowita utrata czucia i odruchów, mimowolne oddawanie moczu i kału, oddech coraz rzadszy, nieregularny, aż do całkowitego ustania) . Toksyczność cyjanków wynika z ich silnych właściwości kompleksotwórczych. Wiążą się one z atomami żelaza i miedzi obecnymi w cząsteczkach kluczowych enzymów na łańcuchu oddechowym powodując ich inaktywację.
W zatruciach śmiertelnych cyjankami nie obserwuje się zmian anatomopatologicznych. W czasie sekcji wyczuwa się zapach gorzkich migdałów. U osób wyleczonych stwierdza się dolegliwości będące następstwem przebytego zatrucia: bóle głowy, bóle brzucha, powstanie wola w wyniku niedoczynności tarczycy, utrata łaknienia.
NDS w powietrzu i zakładach pracy 0,3mg/m3
NDSP 10mg/m3( cyjanowodór)
Śmiertelna dawka cyjanowodoru ok. 1mg/kg mc, cyjanku potasu 150-250mg/70kg mc.
Bibliografia:
1.Semczuk W., Toksykologia, PZWL, Warszawa 1990(1994,1999.2002)r.
2.Gawęda E., Bezpieczeństwo pracy 3/2005, artykuł: Arsen i jego związki w środowisku
pracy- zagrożenia, ocena narażenia.
3.www.nitrbar.eu/pl.2-3-azotany-e-środowisku.html