Problémy znečištění Několik pojmů Polutant Polutant je plynná, tekutá či pevná chemická látka, která má v určitých koncentracích a délce působení škodlivý vliv na živé organismy. Polutanty lze rozdělit na: - primární – vypouštěné různými zdroji přímo do atmosféry, - sekundární – vytvářejí se sekundárně v atmosféře reakcí primárních polutantů, např. vznik troposférického O3 fotochemickými reakcemi. Polutanty mohou být antropogenního nebo přírodního původu. POPs POPs jsou organické látky, které: §vykazují toxické vlastnosti, §jsou persistentní, §se bioakumulují, §dochází u nich k dálkovému přenosu v ovzduší přesahujícímu hranice státu a k depozicím, §je u nich pravděpodobný významný škodlivý vliv na lidské zdraví nebo škodlivé účinky na životní prostředí Několik pojmů Emise To, co je vypuštěno do prostředí (kg/hod., tun/rok) Imise Je dle Zákona o ochraně ovzduší č. 201/2012 Sb. definována jako úroveň znečištění a je vyjádřena jako hmotnostní koncentrace znečišťující látky v ovzduší nebo její depozice na zemský povrch za jednotku času. Imise je tedy v přímém kontaktu s příjemcem, kterým může být člověk, rostlina, zvíře, půda apod. Emise nerovná se imise, jelikož emise mohou putovat na velké vzdálenosti a přeměnit se před tím, než exponují složky životního prostředí. Nejvýše přípustná hmotnostní koncentrace znečišťující látky obsažená v ovzduší se nazývá imisní limit (mg/m3 nebo µg/m). https://znecistovatele.cz/ Několik pojmů Toxicita schopnost látky působit na organismy nepříznivě Toxická látka taková chemická látka, která již v malých dávkách nebo nízkých koncentracích vyvolá těžké poškození organismu nebo vede k jeho zániku Toxiny tox. látky produkované živými organismy Smrtelná dávka chloridu sodného se u člověka pohybuje mezi 150 až 280 gramů. Několik pojmů Několik pojmů Mechanismy toxického účinku přímý toxický účinek: • poškození buněk určitého orgánu, nejčastěji se jedná o játra, ledviny, plíce, pankreas.. • dráždivý účinek – dochází k podráždění nebo poškození sliznice očí, dýchacích cest, zažívacího ústrojí nebo kůže (vyvolávají jej např. kyseliny, louhy, látky s oxidačními účinky, organická rozpouštědla) • narkotický účinek – způsobují jej látky, které brzdí přenos nervového vzruchu a tím potlačují aktivitu CNS (např. nižší alkoholy, CHCl3, CCl4, benzen, toluen…) Mechanismy toxického účinku biochemický toxický účinek: • toxická látka interaguje s cílovou molekulou (enzym, receptor, NK, ...) •ovlivnění biochemického děje •inhibice enzymu X aktivace enzymu •př. NPL inhibují enzym acetylcholinesterasu •ethanol aktivuje alkoholdehydrogenasu Mechanismy toxického účinku imunotoxický účinek: • ovlivnění imunitního systému • toxické látky mohou imunitní reakci : • potlačit (imunosuprese) •benzen, polycyklické aromatické uhlovodíky, PCB, ozon • vyvolat nepřiměřenou imunitní reakci (alergická reakce) •např. pyly, prachy, akryláty, kovy,... Mechanismy toxického účinku mutagenita: • zásah do genetické informace • působením chemických látek dojde ke změně struktury některé báze NK, takto pozměněná báze není schopna vytvořit příslušný pár → dojde ke změně kódované a přenášené genetické informace kancerogenita: •mutace v genetickém materiálu projevující se zhoubným bujením •poškození opravných mechanismů, které jsou jinak schopny poškozenou NK rozpoznat a opravit, příp. nahradit. •např. azbest, aminoazosloučeniny, vinylchlorid, polyaromatické sloučeniny, aromatické nitrosloučeniny, heteroaromatické nitrosloučeniny Mechanismy toxického účinku teratogenita: • schopnost látky poškodit embryo, přestože pro matku je v dané dávce neškodná • př. léčivo thalidomid, používáno jako sedativum - na dospělé nemělo žádné vedlejší účinky. Děti matek se rodily těžce deformované (zkrácené končetiny - fokomelie, malformace vnitřních orgánu,...apod.). • povinné testy všech léčiv na teratogenitu a ke zpřísnění požadavku na testování léčiv, na všech letácích k lékům uváděno, zda jsou či nejsou vhodné k užívání v době těhotenství Vstup do těla akutní otrava x chronická otrava Hlavní vstupy do organismy a co je ovlivňuje Znečištění organismu I – PLÍCE Gastrointestinální trakt – Encyklopedie zdravotní sestry faktory ovlivňující dostupnost: •fyz.-chem. faktory •rozpustnost •podmínky v místě absorpce •koncentrace xenobiotika •průtok krve v místě absorpce Hlavní vstupy do organismy a co je ovlivňuje Znečištění organismu I – PLÍCE •přístupná pro plyny, roztoky •velká absorpční plocha •průchod lipofilních látek •plynné, kapalné i pevné látky (velikost částic) •př. CO, azbest, CHCl3, SO2 •absorpční plocha 50-100 m2, bohatě prokrvené •absorpci ovlivňuje rychlost dýchání a krevní tok •malé částice absorbovány i pomocí fagocytózy Hlavní vstupy do organismy a co je ovlivňuje Gastrointestinální trakt – Encyklopedie zdravotní sestry • vstřebávání závislé na pH prostředí a fyz.-chem. vlast. látky • ústa X žaludek X střevo • lipofilní látky X hydrofilní • některé látky rozloženy kyselým prostředím žaludku, trávicími enzymy (peptidy) Plíce >> GIT >>Kůže (důvod: tloušťka membrán+ prokrvení) Existuje nějaký ukazatel toho, jak se příslušná látka bude vstřebávat a „držet v těle“? Distribuce organických nepolárních sloučenin mezi vodu a přírodní tuhé fáze (půda, sedimenty, aj.) nebo organismy může být v mnoha případech vyjádřena rozdělovacím procesem mezi vodnou fází a organickou hmotou přítomnou v přírodních tuhých fázích nebo biotě. Jako model s vodou nemísitelné organické fáze kumulující tyto látky byl vybrán n-oktanol, který reprezentuje lipidy v organismech nebo organický uhlík v půdách Bezrozměrný rozdělovací koeficient n-oktanol/voda (Kow) je jedním z nejdůležitějších a nejpoužívanějších deskriptorů chování chemických látek v životním prostředí. Rozdělovací koeficient n-oktanol/voda je definován jako poměr koncentrací látky v n-oktanolu (Co) a vodě (Cw). Existuje nějaký ukazatel toho, jak se příslušná látka bude vstřebávat a „držet v těle“? Schopnost jednotlivých POPs „držet se v těle“ lze dobře odhadnout pomocí Kow. Látky mající vysoké hodnoty Kow jsou schopny se bioakumulovat v tukových tkáních živočichů a lidí. Biokoncentrace, biobohacování Biomagnification | BioNinja Biokoncentrační faktor Vyjádřen z celkové koncentrace v organismu – – logo logo_mu logo_fss Farmaka v životním prostředí léky často nevrženy tak, aby byly biologicky aktivní při nízkých koncentracích příklady zaznamenaných účinků léků na volně žijící organismy: 1. rybí samci jsou feminizovaní syntetickými hormony z HA (horm. Antikoncepce) 2. supi v Indii byli prakticky vyhlazeni protizánětlivým lékem podávaným dobytku 3. dvoupohlavní žáby byly nedávno nalezeny v městských rybnících 4. antidepresiva způsobují, že se špačci méně krmí 5. HA snižuje populace ryb v jezerech, vyhlazení populace střevlí v jezerech v Ontariu Zdroj [1] logo logo_mu logo_fss Léčiva mohou ekosystém narušovat už v koncentracích zaznamenaných v odpadních vodách Koncentrace v životním prostředí jsou často nízké, ale léčiva jsou obvykle navržena tak, aby měla biologické účinky při nízkých dávkách, a tak působí na fyziologické systémy, které mohou být evolučně konzervované napříč taxony Zdroj: http://rstb.royalsocietypublishing.org/content/369/1656/20130569.full Zdroje uvolňování do ŽP [1,3]: výrobní místa nedostatečně zpracované odpadní vody ČOV (z moči populace atd.) živočišná výroba, veterinární léčiva čistírenské kaly, statková hnojiva, stabilizované čistírenské kaly důležitý zdroj kontaminace půd špatné odpadové hospodářství (léky s prošlou trvanlivostí) logo logo_mu logo_fss •Změny na volně žijících živočiších: 1. behaviorální, 2. fyziologické, 3. histologické účinky •Příklady problémů s léčivy v ŽP 1. Øzměny chování: terapeutické účinky některých léčiv samotných by mohly být škodlivé, například expozice životního prostředí léky proti bolesti může vést zvířata k přílišné námaze během lovu a boje, a tak riskují vyčerpání nebo zranění Ø Øvolně žijící živočichové můžou být vystaveni léčivům v průběhu celého svého života, a v jakékoliv fázi vývoje, fáze života může také určit náchylnost k farmaceutickým expozicím a účinkům, někdy je důležitější životní fáze, ve které je živočich exponován, než dávka Ø Øněkteré léky jsou perzistentní v žp, např. karbamazepin – 40 dnů v půdě beze změny, fluoxetin (Prozac), sulfoamidová antibiotika (antibiotika pro hospodářská zvířata) – rovněž perzistentní, • • • • • logo logo_mu logo_fss •Příklady problémů s léčivy v ŽP 1. Øbiokoncentrace a bioakumulace, např. fluoxetin BAF=1000 Ø Øúčinek směsí: v prostředí vždy na organismy působí směs polutantů s dalšími stresory – problém s predikcí účinku, např. chinolonová antibiotika mohou vyvolat účinky na centrálním nervovém systému, které se zhoršují protizánětlivými léky (diklofenak) Ø Ø„jemnější efekty“ co má být z hlediska celkové bezpečnosti testováno? Smrt? Těžké reprodukční selhání? Co ale schopnost lovit, atraktivita pro partnera, schopnost schovat se před predátory? Ø Ølátky steroidního typu: působí jako hormonální regulátory, jsou efektivní i v extrémně nízkých koncentracích • • logo logo_mu logo_fss •Endokrinní disrupce • Ønarušení hormonální rovnováhy organismů s potenciálními negativními následky pro celkovou homeostázu, reprodukční, vývojové a behaviorálních funkce Øčasto látky steroidní povahy, působí jako hormonální regulátory, jsou efektivní i v extrémně nízkých koncentracích Ødůsledky endokrinní disrupce: narušení růstu a vývoje, poruchy imunitního systému, poruchy reprodukce, potlačená gametogeneze, embryonální malformace, zvýšená neoplasie nebo karcinogeneze, zejména u pohlavních orgánů, neurologické poruchy, změny chování Ømezi endokrinní disruptory mimo farmaceutika patří: změkčovače plastů (ftaláty), alkylfenoly – součástí detergentů (nonylfenol napodobuje přirozený hormon 17β-estradiol, v čistírnách odpadních přetvořeny na látky s estrogenní aktivitou), bisfenol A (použití ve stavebnictví, elektronice, medicíně, potravinářském průmyslu) Ø logo logo_mu logo_fss •Endokrinní disruptory problémy v ŽP, příklady [2] Ø malformace pohlavních orgánů: hemi- a minipenis aligátorů na Floridě (způsobeno únikem DDT) Øfeminizace samců: u ryb v povrchových vodách, znečištěných odpadními vodami v severní Americe a v Evropě Ømaskulinizace samic: u ryb pod výpustěmi z papíren, v tocích pod farmami živočišné výroby ØIMPOSEX: u předožábrých plžů - tvorba penisu a chámovodu u samic - nepřímý xeno-androgenní efekt organocínů - lokální vymizení populací měkkýšů ØZtenčování skořápek u vajec: u dravých i rybožravých ptáků - měknutí vajíček •Problematika účinků ED Ø pravděpodobněji se projeví na mláďatech, než na dospělcích, účinek velmi ovlivňuje načasování expozice (ruší klasické pojetí velikost účinku je úměrná dávce), častý je opožděný účinek • • logo logo_mu logo_fss •Léčiva ve vodách [3] ØU nás byla např. zjištěna přítomnost estrogenů ve vodní nádrži Želivka (hlavní zdroj pitné vody pro Prahu) a to v koncentraci přes 2 ng na litr ØPerzistentní farkamaka: karbamazepin, sulfametaxol ØZastoupení v odpadních vodách koreluje s celkovou spotřebou Ø logo logo_mu logo_fss •Léčiva ve vodách: rizika [3] ØPředevším dvě skupiny látek: 1. antibiotika 2. hormonální antikoncepce Ø1. antibiotika Øpatří sem i veterinární léčiva (problematická např. ivermectin a doramectin) Øv nízkých koncentracích vyvolávají větší rezistenci u patogenních bakterií (např. právě chronická nízká přítomnosti v odpadních vodách) Øu mikroorganismů se objevují geny multirezistentní vůči různým skupinám antibiotik Øtyto bakteriální kmeny jednoznačně vyselektoval kontinuální a dlouhodobý tlak antibiotik, která byla přítomna v odpadních vodách, velkým problémem je následně putování těchto ‚nových‘ genů i do patogenních bakterií [1] ØNa vzniku této rezistence má velký podíl horizontální přenos genů velmi častý u prokaryot, jedná se o přenos genů jinak, než z rodičů na potomstvo, u prokaryot nejvýznamnější zdroj zvyšování genové variability logo logo_mu logo_fss ØHorizontální přenos genů se děje pomocí konjugace (vyžaduje kontakt buňka-buňka, přenos pomocí plazmidů, malých kruhových molekul DNA)), transformace (přijetí a využití fragmentů cizí DNA z prostředí) transdukce (přenos z buňky do buňky pomocí bakteriofágů), nebo gene transfer agents [5] logo logo_mu logo_fss •Léčiva ve vodách: rizika [3] ØPředevším dvě skupiny látek: 1. antibiotika 2. hormonální antikoncepce Ø1. hormonální antikoncepce Øúčinky už v extrémně nízkých koncentracích: Příkladem může být práce sledující účinky ethynylestradiolu na populaci střevlí v jednom z kanadských jezer po dobu 7 let. Při průměrné koncentraci 5 ng na l byly prokázány změny v pohlavních tkáních u těchto ryb Øethynylestradiol rovněž snížil reprodukční schopnost samic, což vedlo k totálnímu rozpadu celé pokusné populace logo logo_mu logo_fss •Problémy s rezidui léčiv v ČOV [3] ØNejsou konstruovány na odstraňování reziduí léčiv ØKlasické metody používané k odstranění organického znečištění (koagulace, flokulace) nejsou pro odstranění reziduí léčiv dostatečné ØExistují rozdíly v účinnosti odstranění jednotlivých léčiv a mezi obdobími (léto, zima) Ø logo logo_mu logo_fss •Odstranění reziduí v ČOV [3] ØFotodegradace: hlavní mechanimus vedoucí k rozpadu farmak ØSorpce: uplatňuje se v ČOV evropského typu – sorpce na aktivovaný kal ØBiodegradace: činnost mikroorganismů •Zvýšení účinností ČOV [3] ØZařazení ozonizace (+0.01-0,04 Euro na m3 odpadní vody) ØZařazení membránové separace, nanofiltrace plus reverzní osmóza (+0.2 Euro na m3 odpadní vody) ØPoužití aktivního uhlí (+1 Euro na m3 odpadní vody) ØKořenové čistírny odpadních vod (rhizofiltrace), schopnost degradovat antibiotika byla prokázána u Azoly americké ØŘešení: optimalizace stávajících postupů v ČOV, zařazení dalšího stupně, separace •Zdrojů (např. separace moči od pacientů v nemocnicích Ø Ø • Ø logo logo_mu logo_fss •Rezistence na antibiotika [6] ØRezistence může být primární (vycházející z vlastností bakterie před jejím kontaktem s antibiotikem) a získaná (je výsledkem některého z adaptačních mechanismů) ØGenetické principy získané rezistence: •mutace (změny v genech (sekvencích DNA), které mají za následek výměnu jedné nebo více aminokyselin: syntetizuje se tak bílkovinný produkt, který má omezenou schopnost vázat antibiotikum •horizontální přenos genů (viz snímek 10) ØProblémy s rezistencí •„některé nemocnice v Evropě a Severní Americe jsou zaplaveny enterokokálními infekcemi, které jsou rezistentní vůči všem klinicky doporučovaným antibiotikům, proti vícenásobně rezistentním stafylokokům nám zbylo jediné antibiotikum. Podobně se zvýšila rezistence pneumokoků a to všechno vlastně vrací léčbu infekčních onemocnění do předantibiotikálního období. Tato situace se nevyvinula bez předchozích varovných signálů“ •„Není pochyb o tom, že za vznik rezistence mohou hlavně bakterie samy, neboť jsou neobyčejně geneticky proměnlivé a dokážou vyvinout obranné mechanizmy během velmi krátké doby. Na druhou stranu však antibiotika byla a ještě jsou v klinické praxi často předpisována, ačkoli to není nutné. Platí to zejména o banálních onemocněních respiračního traktu. Statistiky ukazují, že až 70 % terapeutických postupů využívajících antibiotika není nezbytných. Lékaři nejsou vždy o způsobu použití antibiotika dobře poučeni (někdy získávají informace pouze od zástupců farmaceutických společností).“ Ø • • Ø • Ø logo logo_mu logo_fss ØProblémy s rezistencí na antibiotika [6] •„Krom toho se dlouhou dobu antibiotika téměř bez kontroly uplatňovala ve výživě hospodářských zvířat, například tetracykliny se používaly k zvýšení užitné váhy dobytka. A nakonec může za vznik rezistence bakterií vůči antibiotikům i pacient sám: jednak tím, že se předepsání antibiotika dožaduje, a také tím, že nedodržuje léčebný postup. “ •„Cesty k nápravě nebo alespoň zlepšení současné situace jsou v podstatě dvě: nepoužívat antibiotikum, vůči němuž infekční bakterie začínají být rezistentní, a hledat nové látky a nové léčebné postupy. “ •„Skutečnost, že bakterie nese geny rezistence vůči určitému antibiotiku, je velmi výhodná v případě, že prostředí toto antibiotikum obsahuje. Odolnost vůči antibiotiku však může jít také na úkor jiných vlastností a procesů, které v bakteriální buňce probíhají, a může v jeho nepřítomnosti vést ke snížené konkurenceschopnosti rezistentních bakterií vzhledem k citlivé části populace. •Antibiotika obvykle velmi účinně selektují rezistentní kmeny, ovšem tyto kmeny mohou být naopak znevýhodněny v nepřítomnosti antibiotika, v nepřítomnosti antibiotika může tedy selekční tlak působit opačně, tento proces je ovšem zpravidla mnohem pomalejší • • Ø • Ø Farmaka v žp: http://brezova.blog.idnes.cz/blog.aspx?c=431075 [1] http://www.recetox.muni.cz/res/file/pdf/enviscreen/CBS2009-Hilscherova.pdf [2] http://www.chemicke-listy.cz/docs/full/2009_07_540-547.pdf [3] http://is.muni.cz/th/323907/prif_b/BPMichelovaHa.pdf [4] Lhotský: Úvod do studia symbiotických interakcí mikroorganismů [5] http://casopis.vesmir.cz/clanek/rezistence-na-antibiotika [6] Další zdroje: http://www.veronica.cz/?id=561