Exposição a metais
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Ecotoxicologia Casos Exemplificativos Multi-poluentes em baixa dosagem S. Geras'kin et al., Radioprotection, Suppl. 1, 40 (2005) S157 Multi-poluentes em baixa dosagem Contaminantes encontram-se, frequentemente, presentes na natureza em misturas Estudos sobre os efeitos combinados na cevada de Primavera, cebolas e outras plantas de: radiação γ crónica e aguda metais pesados pesticidas radionuclídeos naturais e artificiais efeitos sinérgicos e antagónicos registados mais frequentemente Multi-poluentes em baixa dosagem alterações citogenéticas nas células da cevada cultivada em solo contaminado com 137Cs e Cd efeito de exposição combinada excede a soma dos efeitos separados genotoxicidade de água obtida a partir de reservatórios naturais perto do epicentro de uma explosão nuclear exposição combinada a metais e radionuclídeos provoca importantes efeitos biológicos, mesmo se as concentrações estiverem abaixo dos limites permitidos Multi-poluentes em baixa dosagem irradiação crónica de baixa dosagem factor ecológico que cria condições prévias para possíveis alterações na estrutura genética de uma população dose aguda de raios γ (15 Gy) provoca aumento das alterações citogenéticas em pinheiros silvestres nas sementes o aumento foi menor diferença das populações em termos de radioresistência está ligada à efectividade dos sistemas de reparação Exposição a metais D. Peakall, J. Burger, Ecotoxicol. Environ. Saf., 56 (2003) 110 Exposição a metais Especiação e Biodisponibilidade de metais Alumínio em água, especiação e solubilidade do Al são dependentes do pH toxicidade para peixes deve-se a efeitos na regulação osmótica a nível da superfície das guelras Al acumula-se na superfície e no interior das guelras, mas não no sangue ou orgãos internos sensibilidade diminui com a idade existe uma interacção entre a toxicidade do Al e a de H+ toxicidade de Al na água é reduzida por Ca e O2 dissolvido Exposição a metais Especiação e Biodisponibilidade de metais Arsénico alguns alimentos provenientes do mar têm elevados teores de arsénico arsenato (As5+) é a forma dominante em sedimentos oxidados e águas oxigenadas arsenito (As3+) predomina em sedimentos reduzidos mais tóxico algas marinhas acumulam As5+, reduzem-no a As3+ e convertem-no em diversos compostos organometálicos Exposição a metais Especiação e Biodisponibilidade de metais animais marinhos têm pouca capacidade para bioconcentrar As inorgânico a partir da água do mar, mas podem bioacumular compostos organometálicos quase todo o As em tecidos de animais marinhos encontra-se sob a forma de arsenobetaína baixa toxicidade para vertebrados rapidamente excretado Exposição a metais Especiação e Biodisponibilidade de metais Cádmio especiação de Cd na água controlada por: pH potencial de oxidação ligandos Cd pode formar complexos com ácidos fúlvicos e húmicos apenas Cd2+ livre pode bioacumular especiação no solo controlada pelo pH absorção pelas plantas varia com a espécie concentração varia nas várias partes da planta Exposição a metais Especiação e Biodisponibilidade de metais Cd é teratogénico, carcinogénico e possivelmente mutagénico efeitos adversos ocorrem no pescado para concentrações: > 3 ppb em água doce > 4.5 ppb em água salgada > 1000 ppb nos alimentos > 100 ppb no ar > 10 ppm no fígado provocam efeitos sub-letais > 200 ppm no rim pode ser mortal 40 ppm no rim pode ser considerada concentração patamar Exposição a metais Especiação e Biodisponibilidade de metais Chumbo sofre metilação em sedimentos conversão de Pb inorgânico em orgânico é difícil e não ocorre normalmente na natureza di e tralquilos de Pb são estáveis e causam mortalidade em aves marinhas ingestão, por aves, de chumbo proveniente de munições principais fontes de contaminação ambiental estão a diminuir munições combustíveis com chumbo fundições são uma fonte de contaminação recente origem de transporte e deposição em zonas distantes Exposição a metais Especiação e Biodisponibilidade de metais Pb é uma neurotoxina que provoca alterações no comportamento de aves, peixe e mamíferos dias depois da exposição a concentrações sub-letais efeitos persistem após remoção do contaminante Pb provoca alterações ou diminuições nas taxas de sobrevivência, crescimento, desenvolvimento, de comportamento, de aprendizagem e metabólica, em peixes Ca pode reduzir a absorção Exposição a metais Especiação e Biodisponibilidade de metais Mercúrio sofre metilação por microrganismos em sedimentos toxicidade depende fortemente da especiação metilmercúrio atravessa a barreira hematoencefálica Hg inorgânico não atravessa metilmercúrio é quase totalmente absorvido no intestino apenas uma pequena parte do Hg inorgânico é absorvida no intestino pH importante na absorção de Hg em água doce concentração em peixes mais elevada em águas mais ácidas em certos casos pode constituir um risco para aves que se alimentam dos peixes contaminados Exposição a metais Especiação e Biodisponibilidade de metais Se tem um efeito protector relativamente à toxicidade do Hg 5 possíveis mecanismos: redistribuição (mais importante) competição por sítios de ligação entre Hg e Se (mais importante) formação de complexo Hg-Se conversão das formas tóxicas de Hg prevenção de danos oxidativos Exposição a metais Especiação e Biodisponibilidade de metais Hg pode causar efeitos tóxicos em peixes e aves marinhas e em outros animais que deles se alimentam Exposição a metais Especiação e Biodisponibilidade de metais Selénio baixa biodisponibilidade fonte mais importante de Se para animais selvagens presente em rochas sedimentares como xisto e calcário selenato (Se VI) é a forma inorgânica predominante em solos alcalinos das regiões semi-áridas selenito (Se IV) predomina nas regiões húmidas Se VI mais rapidamente absorvido pelas plantas principal causa antropogénica de introdução e mobilização de Se no ambiente são os combustíveis fósseis Exposição a metais Especiação e Biodisponibilidade de metais algumas plantas acumulam Se como análogos da metionina torna-se biodisponível para os animais que delas se alimentam adição de sulfato ao solo diminui absorção pelas plantas plantas capazes de converter Se inorgânico em orgânico selenometionina é a principal forma ingerida pelos animais Exposição a metais Especiação e Biodisponibilidade de metais Estanho compostos orgânicos, especialmente TBT provocam diminuição de populações de bivalves proveniente de tintas usadas em barcos TBT é moderadamente lipofílico e pode bioacumular rapidamente degradado por peixes, aves e mamíferos efeitos adversos só se verificam em níveis tróficos baixos Exposição a metais Especiação e Biodisponibilidade de metais Zinco elemento essencial, considerado não tóxico concentração junto a fundições provoca danos em invertebrados minhoca vermelha da Caliórnia (Eisenia foetida) razão elevada Zn/Cd nos solos ecotoxicidade de Zn superior à do Cd para: minhoca da terra (Lumbricus spp.) minhoca branca (Enchytraeus albidus) colêmbolos (Folsomia candida) Exposição a metais Especiação e Biodisponibilidade de metais pH afecta a absorção de Zn absorção de Zn e Cd aumentam com o ph em larvas Metais essenciais exemplo do Fe E. S. Gurzau et al., Ecotoxicol. Environ. Saf., 56 (2003) 190 Exposição a metais Ferro no ambiente Maioria dos organismos vivos depende do ferro para sobreviver oxidação do ferro produz Fe3+ insolúvel e perca de biodisponibilidade agentes quelantes do Fe3+ tornam-no acessível controlo da potencial toxicidade do ferro por armazenamento numa proteína hidrossolúvel, não tóxica e biodisponível ferritina Exposição a metais Ferro no ambiente Ar Fe e seus compostos, presentes na atmosfera, provocam efeitos prejudiciais no homem, animais e materiais Fe e óxidos de Fe provocam um asiderose benigna óxidos de Fe servem de veículo para carcinogénicos e SO2 para os pulmões indústrias do ferro e do aço principais fontes de emissões Exposição a metais Ferro no ambiente Solo Fe é um componente natural dos solos concentração pode ser influenciada por algumas indústrias Exposição a metais Ferro no ambiente Água extracção de minérios ricos em ferro, silvicultura intensiva, produção de turfa e escoamento de águas da agricultura aumentam o teor de Fe nos cursos de água efeitos do Fe nos animais aquáticos e seus habitats são essencialmente indirectos efeitos tóxicos directos do Fe2+ são importantes nos sistemas de águas correntes hidróxido férrico e precipitados Fe-humus afectam indirectamente os organismos de águas correntes por: alteração do metabolismo e osmorregulação alteração da estrutura e qualidade dos habitats bentónicos e recursos alimentares Exposição a metais Ferro no ambiente Água a combinação dos efeitos directos e indirectos da contaminação por ferro provoca: diminuição da diversidade das espécies e abundância de organismos aquáticos sorção e co-precipitação de metais por óxidos de Fe diminuem a biodisponibilidade Exposição a metais Ferro no ambiente Concentração nas plantas as plantas concentram compostos químicos dependendo de: espécie concentração de composto no solo Exposição a metais Toxicocinética do Ferro hemoglobina Existem 3 – 5 g de Fe no corpo 2/3 ligado à hemoglobina 10% na mioglobina e enzimas restante ligado às proteínas de armazenamento ferritina e hemosiderina Exposição ao Fe induz síntese de apoferritina, que complexa Fe2+ Fe2+ sofre oxidação Fe pode ser lentamente libertado da ferritina por agentes redutores Excesso de Fe ingerido é excretado parte permanece nas células do intestino, na bílis, na urina menores quantidades no suor, unhas e cabelo Excreção total ~0.5 mg/dia Exposição a metais Toxicocinética do Ferro Excesso de Fe pode provocar um aumento da síntese de ferritina no fígado lisosomas convertem a proteína de ferritina em hemosiderina, a qual permanece no local com o aumento da carga de ferro, a concentração da ferritina atinge um máximo e uma maior proporção de Fe é encontrado na hemosiderina ambas as proteínas são locais de armazenagem para metais intracelulares mantêm o Fe intracelular em forma complexada, exercendo um efeito protector Exposição a metais Papel do Ferro na Saúde Excesso de Fe provoca danos nos tecidos, devido à formação de radicais livres Doenças provocadas pelo metabolismo do Fe estão entre as mais comuns no ser humano anemia doenças neurodegenerativas Fe pode provocar danos em tecidos ao catalisar a conversão de H2O2 em iões radicais livres atacam membranas celulares, proteínas e ADN Metabolismos do Fe e do superóxido são interactivos em pessoas com patologias cada qual pode agravar a toxicidade do outro Exposição a metais Papel do Ferro na Saúde Deferoxamina é um agente quelante do Fe livre, mesmo no interior das células usada a nível clínico para promover a excreção de um excesso de Fe Exposição a metais Toxicidade do Ferro Teor de Fe no corpo regulado por processos de absorção regulação não é absoluta variáveis que influenciam a absorção: dieta dosagem de Fe estilo de vida Muitas pessoas assintomáticas possuem o gene HFE potencial para acumular Fe em excesso pode provocar doenças no fígado, coração e pulmões pode causar diabetes, anomalias hormonais e disfunções no sistema imunitário Exposição a metais Toxicidade do Ferro Toxicidade aguda quase sempre causada por ingestão acidental de medicamentos contendo Fe Toxicidade crónica pode ter 3 origens: hemocromatose idiopática absorção anormal de Fe a partir do tracto gastrointestinal excesso de Fe na dieta transfusões sanguíneas Exposição a metais Toxicidade do Ferro Maiores concentrações de Fe: células parenquimatosas fígado pâncreas coração orgãos endócrinos A nível celular ocorre aumento da lipoperoxidação danos nas membranas das mitocondrias, microssomas e outros organitos Exposição a metais Toxicidade do Ferro Metalotioneína exerce um efeito protector na toxicidade do Fe, devido à sua capacidade de coordenar metais Fe é componente do amianto e de outras fibras minerais e sintéticas provoca lipoperoxidação e danos no ADN Exposição a metais Toxicidade no cérebro Frequente detecção de acumulações de Fe no cérebro de pessoas que sofrem de doenças neurodegenerativas Exposição a metais Ferro e aterosclerose Oxidação mediada pelo Fe parece estar envolvida no processo de desenvolvimento de aterosclerose e outras doenças cardiovasculares resultados laboratoriais indicam que a deposição de Fe tem um papel importante nas lesões ateroscleróticas a gravidade da lesão é influenciada pelo excesso ou deficiência de Fe Exposição a metais Ferro e cancro Radicais livres induzidos pelo Fe provocam quebra das cadeias duplas de ADN e activação de oncogenes transferina é um factor de crescimento celular Exposição a metais Ferro e cancro Armazenamento de grandes quantidades de ferro no corpo provoca o aumento de diversos tipos de cancro, incluindo o da mama Grande abundância de Fe em diversos tecidos está associada a um aumento do risco de neoplasias nesses tecidos Exposição a metais Ferro e alimentação Consumo crónico de 50 – 100 mg/dia de Fe muito biodisponível, em cerveja caseira africana cirrose diabetes Exposição a metais Ferro e alimentação Absorção de Fe aumenta com o aumento da quantidade ingerida forma química do Fe influencia a absorção relações com outros componentes alimentares também Exposição, Biodisponibilidade e Risco dos Metais D. Caussy et al., Ecotoxicol. Environ. Saf., 56 (2003) 45 Exposição a metais Relevância dos Metais Distribuição e destino dos metais no ambiente governados pelas propriedades do metal e por factores ambientais Metais ocorrem na natureza essencialmente em forma inorgânica iões Sais Por vezes ligados a compostos orgânicos Exposição a metais Relevância dos Metais Exposição ambiental dos ecosistemas relacionada com: libertação de metais por processos naturais: vulcões erosão bioacumulação processos antropogénicos intencionais: minagem siderurgia actividade industrial práticas culturais Processos antropogénicos não intencionais: incineração combustíveis fósseis Exposição a metais Relevância dos Metais Utilização intencional de compostos metálicos: biocidas contendo: As Hg Cu Sn Exposição a metais Relevância dos Metais Metais podem provocar efeitos biológicos benéficos ou prejudiciais metais essenciais para o ser humano: Fe, Cu, Co, Mn, Zn deficiência provoca anomalias clínicas dosagens elevadas provocam efeitos tóxicos exposição e biodisponibilidade determinam o efeito tóxico do metal influenciam a quantidade que entra no corpo e alcança o orgão alvo Exposição a metais Vias de exposição a Metais Cada metal tem diversas vias de exposição, as quais dependem de: contaminação do ar, solo ou água contaminação da alimentação população alvo exs: As aerotransportado a partir das siderurgias cereais cultivados em solos contaminados com Cd proveniente de fertilizantes ou esgotos peixe de águas contaminadas com Hg legumes provenientes de zonas contaminadas com Pb das siderurgias Exposição a metais Biodisponibilidade e Toxicidade Biodisponibilidade externa ou bioacessibilidade determinada pela capacidade dos metais se solubilizarem e libertarem do meio (solo, alimento, ...) Biodisponibilidade interna determina a capacidade dos metais serem absorvidos e alcançarem o orgão alvo, onde exercerão o efeito tóxico principais alvos de toxicidade: pele (As) sistema nervoso (Pb, Hg, As) sangue (Pb, As) rim (Pb, Hg, Cd) pulmão (Cd) cancros (As, Cd, Cr) Exposição a metais Biodisponibilidade e Toxicidade Absorção influenciada por: presença de outros catiões na dieta estado nutricional Valores adequados de Fe, Ca e Zn na alimentação inibem absorção de Cd Ca, Zn e outros catiões dos alimentos inibem a absorção de Fe Por vezes, diversos catiões competem para o mesmo transportador Exposição a metais Biodisponibilidade e Toxicidade Mobilidade e toxicidade de Cr VI em água e no solo mais elevadas que as de Cr III espécies podem interconverter no ambiente Hg inorgânico pode ser metilado por microrganismos metilmercúrio mais biodisponível que os precursores inorgânicos As existe em diversos estados de oxidação forma inorgânica pode bioacumular em organismos marinhos e converter-se em arsenobetaína forma inorgânica mais tóxica As V adsorve mais fortemente em superfícies minerais que As III e é menos móvel e potencialmente menos biodisponível Exposição a metais Biodisponibilidade e Toxicidade Parâmetros que influenciam disponibilidade ou biodisponibilidade potencial de metais em águas naturais e sedimentos: dureza pH temperatura potencial redox composição e concentração de outros iões partículas teor de compostos orgânicos (ácidos húmicos) Toxicidade de Medicamentos Anti-inflamatórios M. Cleuvers, Ecotoxicol. Environ. Saf., 59 (2004) 309 Toxicologia de anti-inflamatórios Anti-inflamatórios no ambiente Medicamentos analgésicos e anti-inflamatórios podem ser encontrados em concentrações significativas no ambiente diclofenac foi identificado como um dos mais importantes medicamentos activos presentes na água águas subterrâneas água potável ibuprofeno e diclofenac encontrados em: rios e lagos suíços Brasil Grécia E. U. A. Toxicologia de anti-inflamatórios Anti-inflamatórios no ambiente Resíduos de medicamentos são habitualmente encontrados nos ambientes aquáticos como misturas Os ecotoxicologistas usam conceitos farmacológicos para prever a toxicidade das misturas: adição de concentrações baseia-se na teoria de que cada composto terá uma acção semelhante substâncias individuais terão a mesma interacção específica com uma molécula alvo do organismo teste efeito de uma mistura permanece constante quando um componente é substituído por uma fracção igual de um outro com concentração igualmente eficaz substâncias aplicadas em concentrações inferiores à do efeito não observado (NOE) podem contribuir para o efeito total da mistura Toxicologia de anti-inflamatórios Legislação Directiva europeia 93/67/EEC (1996) para classificação de substâncias segundo o valor EC50: EC50 < 1 mg/L – muito tóxico para organismos aquáticos EC50 de 1 a 10 mg/L – tóxico para organismos aquáticos EC50 de 11 a 100 mg/L – prejudicial para organismos aquáticos EC50 > 100 mg/L – sem classificação Toxicologia de anti-inflamatórios Toxicidade dos Anti-inflamatórios Diclofenac – EC50 = 68.0 mg/L em Daphnia e 71.9 mg/L em algas Ácido acetilsalicílico – EC50 = 88.1 mg/L em Daphnia Toxicologia de anti-inflamatórios Toxicidade dos Anti-inflamatórios Toxicidade da mistura de anti-inflamatórios em algas pode ser prevista usando o modelo de adição de concentrações Toxicologia de anti-inflamatórios Toxicidade dos Anti-inflamatórios Toxicidade da mistura de anti-inflamatórios em Daphnia não pode ser prevista usando o modelo de adição de concentrações Toxicologia de anti-inflamatórios Toxicidade dos Anti-inflamatórios Considerando as baixas concentrações encontradas no ambiente, efeitos crónicos serão mais prováveis que efeitos agudos PCBs e Saúde pública G. Ross, Ecotoxicol. Environ. Saf., 59 (2004) 275 PCBs PCBs 209 compostos propriedades de retardantes de chama e isoladores algumas moléculas degradam-se lentamente no ambiente e podem concentrar-se na cadeia alimentar considerados carcinogénicos para animais, por diversas agências (EPA, ...) únicos efeitos sérios em humanos: irritação na pele e olhos exposição humana em declínio há mais de 20 anos concentração em diminuição no meio ambiente, alimentos e humanos PCBs PCBs Retardantes de Chama Tensioactivos e Organoestanho T. A. Verslycke et al., Environ. Poll., 136 (2005) 19 Scheldt Disruptores Endócrinos Compostos que provocam problemas de reprodução e desenvolvimento em diversas espécies não existe consenso sobre quais os compostos antropogénicos com potencial efeito de disruptor endócrino Retardantes de chama são muito usados como aditivos ou reagentes em tintas, plásticos, texteis e material electrónico para inibir ou impedir o processo de combustão são persistentes no ambiente concentração no ambiente e no ser humano tem aumentado Tensioactivos não iónicos podem ser biodegradados no ambiente formam congéneres do etoxilato, os quais podem sofrer oxidação, formando compostos alquilfenólicos mais tóxicos que os compostos originais e capazes de mimetizar a acção de estrogénios Scheldt Organismos experimentais Neomysis integer é um crustáceo usado em testes de toxicidade sensível a diversos agentes tóxicos, em concentrações habituais no ambiente Scheldt Contaminação por TBT Classificação de sedimentos contaminados: < 3 ng/g – não contaminado 3 – 20 ng/g – ligeiramente contaminado 20 – 100 ng/g – moderadamente contaminado 100 – 500 ng/g – fortemente contaminado > 500 ng/g – elevada contaminação sedimentos superficiais do Scheldt estão moderada a fortemente contaminados Scheldt Contaminação por TBT Apesar de a legislação banir a utilização de compostos organoestanosos em navios, estes compostos persistem nos sedimentos concentração em N. integer suficientemente alta para provocar efeitos nos crustáceos suficientemente elevada para afectar outros crustáceos marinhos verificadas alterações na energia e metabolismo de esteróides em N. integer Scheldt Contaminação por Retardantes de Chama BDE-209 é o congénere dos difeniléteres polibromados (PBDEs) com mais elevadas concentrações nos sedimentos do Scheldt BDE-209 é a formulação mais produzida (~75% dos PBDEs) bioacumula pouco em N. integer, ao contrário de BDE-47, BDE-99 e BDE-100 compostos com maior índice de bromação (≥ 7) bioacumulam pouco em ambiente aquático podem sofrer desbromação fotoquímica ou biológica BDEs menos bromados bioacumulam mais em ambiente aquático Scheldt Contaminação por Retardantes de Chama PBDEs são muito lipofílicos têm elevada afinidade para se ligarem a partículas e tendência para acumular em sedimentos distribuição em estuários influenciada por: hidrodinâmica de marés transporte de sedimentos em suspensão sorção hidrofóbica resulta em elevada acumulação de PBDEs na zona de elevada turbidez na cabeça da zona de intrusão da água salgada Scheldt Contaminação por Tensioactivos Nonilfenol etoxilatos (NPEs) encontrados em todos os crustáceos sobretudo NPEs de cadeia longa sofrem pouca degradação, quando entram nos sedimentos tempos de meia-vida de mais de 60 anos Scheldt Contaminação por Tensioactivos Biodegradação aeróbica de alquilfenol etoxilatos (APEs) passo rápido de iniciação (ω-carboxilação) EO carboxilados de cadeias longas biodegradação prossegue até formação de EO carboxilados de cadeias curtas espécie mais abundante e persistente é NPE-2C Scheldt Estrogenicidade e Androgenicidade Encontrados compostos com capacidade estrogénica na água e sedimentos presença de estrogénios naturais ou sintéticos, não dos compostos em estudo Não foi detectada presença de actividade androgénica em água nem sedimentos Mais dados: http://www.vliz.be/projects/endis Projecto ENDIS-RISKS
