ZNEČISTENÍ V AKVATICKYCH EKOSYSTÉMECH Klára Hilscherová recetox Přírodovědecká fakulta Masarykova universita, Brno hilscherova@recetox.muni.cz Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Znečištění - z celé řady lidských činností • Chemické látky z průmyslu, zemědělství a služeb/domácností - možné poškození fyziologických funkcí akvatických organismů, endokrinní disrupce, lokální vymizení populací/druhů • Nanočástice - antibakteriální účinky koncentrace částic v organismu, bioakumulace, transport přidružených látek přes membrány, oxidatívni stres • Mikro- a makroplasty - často zaměněny za potravu, znemožňují/znesnadňují příjem skutečné potravy, uvolňují toxické látky do vod • Splachy hnojiv s obsahem dusíku a fosforu -eutrofizace, masové rozvoje sinic Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Znečištění toxickými látkami Těžké kovy • cca 40 prvků, specifická hmotnost vyšší než 5 g/m3: Hg, Cr, Pb, Ni, Zn, Cu • Stopové prvky - nezbytné pro organismy • Součást přirozeného pozadí (liší podle místních podmínek). • Vyšší koncentrace - toxické působení ^ • Zdroje: těžba a zpracování rud a uhlí, spalování fosilních paliv, O I á ■ ■ I průmysl, pesticidy Kapitola 8. TOXICKÉ KOVY v ZÁKLADY VODNÍ EKOTOXIKOLOGIE (samostudium) Ropné látky a uhlovodíky Pesticidy a biocidy Kapitola 7. TOXICKÉ POLUTANTY VE VODNÍCH EKOSYSTÉMECH v ZÁKLADY VODNÍ EKOTOXIKOLOGIE (samostudium) (€» Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí PBTs (Persistentní, bioakumulativní, toxické) skupina organických sloučenin, jejichž dominantními fyzikálně-chemickými a environmentálně-chemickými vlastnostmi jsou: 1. odolnost vůči různým degradačním procesům 2. malá rozpustnost ve vodě 3. lipofilní charakter a z toho plynoucí výrazná tendence k bioakumulaci 4. polotěkavost umožňující globální atmosférický transport Persistentní organické polutanty (POPs) - hydrofobní, lipofilní, akumulace v sedimentech, bioakumulace, biomagnifikace chlorované pesticidy polychlorované bifenyly (PCBs) polychlorované dibenzodioxiny a dibenzofurany polycyklické aromatické uhlovodíky (©) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Kapitola 7. TOXICKÉ POLUTANTY VE VODNÍCH EKOSYSTÉMECH v ZÁKLADY VODNÍ EKOTOXIKOLOGIE (samostudium) NOVĚ DETEKOVANÉ (EMERGENTNÍ) POLUTANTY V AKVATICKÝCH EKOSYSTÉMECH Nově detekované (emergentní) neznamená, že jsou to nové chemické látky Jsou uvolňovány do prostředí po dobu svého používání Zahrnuje řadu skupin/typů polutantů rozšířených v různých typech vodních ekosystémů Čistírny odpadních vod je často nedokáží zcela odstranit - zbytkové znečištění Nemáme žádné nebo jen omezené informace ohledně jejich osudu v prostředí a toxických vlastností regulované polutanty představují jen velmi malou frakci z velkého množství chemických stresorů, kterým jsou vodní organismy běžně a kontinuálně vystaveny Velmi široké spektrum znečišťujících látek a materiálů Farmaceutické přípravky a látky používané pro osobní potřebu (PPCPs) Detergenty a surfaktanty Látky z kosmetických přípravků Látky z čistících prostředků Látky z desinfekčních prostředků Látky z plastů Zpomalovače hoření Pesticidy a repelentní látky Perfluorované látky Nanomateriály Makroplasty, Mikroplasty Sinicové toxiny (©) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Kapitola 10. NOVE TYPY POLUTANTU, ENDOKRINNÍ DISRUPTORY, FARMAKA v ZÁKLADY VODNÍ EKOTOXIKOLOGIE (samostudium) Expozice vodních organismů ^> častým zdrojem odpadní vody, výpuste ČOV, čistírenský kal - zbytkové znečištění (míra odstranění záleží na konkrétní látce a čistírenské technologii) - komunální odpadní vody, papírny, farmaceutická výroba, průmysl ^splachy z urbanizovaných oblastí, dopravy, těžby ^splachy a odpadní vody ze zemědělství - farmy živočišné výroby, aplikace pesticidů, aplikace hnoje s obsahem látek z živočišné výroby na zemědělskou půdu, z pěstování, procesování a skladování plodin NONPOINT SOURCES 100 Směsi polutantů v povrchových vodách Frekvence detekce kontaminantů rozdělených dle použití (A) a jejich procentuální podí na celkové naměřené koncentraci (B). • 139 lokalit ve 30 státech USA (urbanizace, chov hospodářských zvířat) • detekováno 82 z 95 stanovovaných kontaminantů (farmaka, hormony a další látky znečišťující vodní prostředí) -v- • nejčastěji detekované látky: koprostanol (fekální steroid), cholesterol (rostlinný a živočišný steroid), N,N-diethyltoluamid (repelent proti hmyzu), kofein (stimulant), triclosan (antimikrobiální dezinfekční prostředek), tri(2-chlorethyl)fosfát (retardanty hoření), 4-nonylfenol (metabolit detergentu) Směsi polutantů v povrchových a odpadních vodách Závěry studie: Marmaka a další chemikálie z odpadních vod projdou přes ČOV, míra jejich odstranění závisí na čistírenské technologii >nedostatečné čištění zvyšuje přítomnost látek v prostředí >koncentrace nad ČOV jsou většinou nízké - tzn. tyto látky nejsou bežne rozšírené >koncentrace pod ČOV klesají se vzdáleností - ale s různou rychlostí pro různé látky Frekvence detekce skupin látek klasifikovaných podle použití (©) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí U ^ II LL O Q) g U> 0) re Q < 80 i 70 60 50 40 30 20 10 0 I 1 Mm ^ ^ ^ ^ ////// / J>" J? ^ ^ ^ \9 ^ * ^ • -c? ^ k/ / ^ J * J .,s>t& ŕ$> „%v Expozice vodních organismů ^expozice ve vodním prostředí - jakákoli chemikálie, která se dostane do vodního prostředí z odpadních vod nebo splachů, může vést k dlouhodobé trvající multigenerační expozici akvatických organismů plátky, které kontinuálně vstupují do vodního prostředí, se v podstatě stávají „persistentními" polutanty i pokud jsou jejich poločasy života relativně krátké - jejich zásoba je kontinuálně doplňována pseudo-persistentní látky Expozice mnoha xenobiotikům ve stopových množstvích pod známou hladinou účinku (NOEC) Potenciální ekotoxikoloqická významnost > Potenciální aditivní účinky řady látek působících stejným mechanismem. Kombinací koncentrací individuálních látek je překročena hladina pro účinek. > Možné interakce působení, kde kombinovaný účinek překračuje sumu účinků individuálních látek. • rozdílná citlivost organismů • toxickou látkou indukovaná ztráta tolerance nedostatek znalostí o toxických účincích ultra-stopových koncentrací Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Účinky na úrovni jedince a populace při překročení detoxikační obranyschopnosti organismů biochemické změny - např. aktivita cholinesterázy (např. vliv organofosfát.insekticidů) fyziologické změny (např. spotřeba kyslíku u Chironomus) morfologické deformity (pakomáři) změny v chování (zvýšená pohybová nebo driftová aktivita) změny v životních cyklech (přežití, růst, mortalita, rozmnožování, vývoj a emergence) kumulace polutantů (viz sentinelové organismy) organické znečištění - snížení obsahu dostupného kyslíku (dušení, ....) zvýšená turbidita vody - redukce dostupného světla pro fotosyntetizující organismy Narušení přenosu energie Genotoxicita Endokrinní disrupce Reprodukční neúspěšnost Farmaceutické přípravky a látky používané pro osobní potřebu (PPCPs) plátky používané pro osobní zdraví nebo kosmetické účely a látky používané v zemědělství pro zlepšení růstu a zdraví hospodářských zvířat ^tisíce různých chemických látek omnoho z nich má vysokou biologickou aktivitu Hf:. ::h: CH. Yj h t H3. O O N V í —o F^ ■: oc+h OH ,CH O. Y >humánní a veterinární léčiva >diagnostické látky (např. kontrastní látky pro vyšetření) >potravinové doplnky (např. vitamíny) >chemikálie z přípravků osobní spotřeby jako voňavky (např. mušky) >látky do opalovacích krémů (např. 4-methylbenzyliden kafr, oktokrylen) >"inertní" ingredience používané ve výrobě PPCPs (např. parabeny) • často velmi hydrofilní • často nesnadno rozložitelné látky environmentálne zajímavé, potenciálně nebezpečné —Zdroje PPCPs v prostředí demise z výroby, přepravy, skladování (minimální) "^lidská aktivita (koupání, holení, plavání aj.) "^exkrece po aplikaci léčiv u lidí a zvířat (vylučování močí a výkaly) ^používání veterinárních léčiv (především antibiotika a steroidy) ^zemědělství ❖ chov zvířat (léčba, prevence, zkvalitňování produktů) ❖ odtoky z chovů, z hnojišť a z polí hnojených mrvou, z továren na zpracování masa (antibiotika i rezist. bakterie) ❖ akvakultury (hl. intenzivní chovy ryb) ❖ přímá aplikace antibiotik do vody, často nadměrná ❖ pěstování rostlin (proti bakteriálním infekcím ovoce) ^rezidua z nemocnic ^nezákonné drogy ^ zvýšené užívání se stárnutím populace ^problém - nadužívaní léčiv ^nesprávná likvidace léčiv (©) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Ty červené jsou na nemoc, ty modré potlačují vedlejší účinky těch červených a ty zelené potlačují vedlejší účinky těch modrých ^ -■ Účinky PPCPs v životním prostředí >Farmaka jsou designována tak, aby měla určitou biologickou aktivitu. > Je známo velmi málo o účincích léčiv ve vodním prostředí. > nedostatek znalostí o účincích léků na necílové receptory (organismy) - biochemické mechanismy studovány zejména pro terapeutický účinek >působení farmak prostřednictvím buněčných receptoru již při nízkých koncentracích —► nepříznivé účinky při interakci s necílovými receptory >v ekotoxikologii stanovovány především akutní efekty PPCPs >výskyt PPCPs v prostředí v nízkých koncentracích —► mírné efekty —► akumulace mírných efektů —► výrazné efekty > účinky proti bakteriím, houbám, vyšším organismům > vliv na signální dráhy endogenních látek, inhibice enzymů > endokrinní disrupce > teratogennní, karcinogenní a embryotoxické účinky > ovlivnění chování >dvě skupiny farmak, kterým byla věnována největší pozornost, jsou antibiotika (možný vývoj rezistence) a steroidní hormony (ED) >pro množství ostatních skupin farmak a PCPs se ví velmi málo o jejich potenciálu negativního působení I cemrum pro výzkum /w.voutube.coiTi/watch ?v=0wBWaVvzr2Q (18 m (tľ*j) toxických látek v | v prostředí Antibiotika a antibiotická rezistence ve vodním prostředí nové typy polutantů (emerging pollutants, EPs): ❖ antibiotika ❖ bakterie rezistentní k antibiotikům ❖ geny pro antibiotickou rezistenci antibiotika - ovlivnění vodních organismů - zpětně pak terestrických, včetně lidí ❖ přímo (akutní či chronická toxicita) ❖ nepřímo (změny v druhovém složení společenstev, v koloběhu látek, potravní dostupnosti apod.) rezistentní bakterie se ve vodách vyskytují z důvodu: ❖ vstupu antibiotik (vznik rezistence až ve vodě) ❖ vstupu rezistentních bakterií a genů (vzniklých už při léčbě) - významnější zdroj vodní prostředí = reservoár genů pro antibiotickou rezistenci (přenos z patogenních na volně žijící organismy) - možnost přenosu genů pro antibiotickou rezistenci na patogeny - vliv na člověka - rybolov, odběr pitné vody, kontakt s vodou při rekreaci • částečná eliminace - nebiotickými procesy (sorpce, hydrolýza, termolýza, fotolýza), biotickými procesy (biodegradace) • efekt zbylých antibiotik a rezistentních bakterií v prostředí: ❖ odpadní vody a ČOV ❖ antibiotika: inhibice bakterií v aktivovaném kalu (ovlivnění procesů čištění vody) ❖ vhodné prostředí pro šíření genů podmiňujících antibiotickou rezistenci ❖ odbourání části látek a bakterií ❖ povrchové vody antibiotika: inhibice bakterií K3&BSůtilĚ lad ❖ ❖ (a rozkladných procesů) inhibice procesů u řas, sinic a vyšších rostlin (problém základ potravního řetězce) ❖ zelené řasy a vodní rostliny - snížení růstu, délky kořene, snížení suché hmotnosti ❖ toxické vlivy na Živočichy - snížená míra přežívání larev Daphnia magna, Artemia šalina, změna chování u Daphnia magna, vodní hmyz - poruchy reprodukce, malformace plodu, poruchy trávení a pokles příjmu potravin, změny koloběhu živin ❖ u ryb nepotvrzen přímý vliv (ale možné snížení dostupnosti potravy) MM 72 >100 m 7.3 242 -m 7á 114 Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Endokrinní disrupce (ED) narušení hormonální rovnováhy organismů s potenciálními negativními následky pro celkovou homeostázu, reprodukční, vývojové a behaviorálních funkce Endokrinní disruptory = antropogenní i přírodní látky, které přímo nebo nepřímo ovlivňují hormonální systém a následně poškozují zdraví jedince, jeho potomstva či dalších generací převádí širokou škálu vnějších podnětů na chemické signály -hormony - regulují řadu důležitých fyziologických procesů * Udržování vnitřní homeostázy * Podpora růstu buněk * Koordinace vývoje, reprodukce * Kontrola metabolismu * Interakce s nervovým systémem * Zprostředkování odpovědi na vnější impulsy Endokrinní systém (ES) Endokrinní Funkce Centrum pro výzkum ES je spolu s CNS hlavní řídící systém organismu Endokrinní systém - systém žláz s vnitřní sekrecí Hormonální regulace biologických procesů = společná charakteristika živočišného kmene - projevy ED u obratlovců i bezobratlých íišinka - epifyzy O" 6^ Hypothalamus - podhrbolí Hypofýza - podvěsek mozkový Tyroidea - ítitná žlá;a - ítľtnke ■ Thymus - brzlík - Pakreas - slinivka břišní Nadledviny giandulse suprarenales Testes - varlata Ovária - vaječníky - estradiol, testosteron - glukokortikoidy, mineralokortikoidy, thyroidy - gonadotropin, růstový hormon - melatonin, calcitonin, insulin ... PTTH Prothoracic gland Ecdysone Brain Corpora cardiaca Corpora allata Juvenile Hormone II Larva Pupa Adult - neuropeptidy - ekdysteroidy, juvenilni hormony - pohlavní steroidy (androgen, estradiol, progesteron) ;" "= ľ "■= Hart Y-nrgan Sensory poreX-organ -janglionicX-organ Sinus gland Cerebral gad;]ion (brain} Cřcumoesopíhageal MHHiectJves PtKtio-TuniiEi'jia] organs :í =-:crsg=a :"3;- = -Pefici-'JiaJ organ -Testis -Vas defeieis Androgenic gland Last tiioractc gartgfcn Rfst abomJnai ga ngSoii epifyza ■ Hypofýza hypothalamus Endokrinní žlázy ryb - schema srdce Chromafinní tkáň ledviny ledvin (renin, angiotensin) Urofýza interrenální tkáň ledvin gonády ultimobranchiální Pankreatické tělíska ostrůvky Štítná žláza Gastro-intestinálni trakt Stanniusova tělíska Syntéza hormonů (1) Endocrine tissue © ) Transport hormonů (2) Inhibice Interakce s receptory (3, 4) Stimulace „Cross-talk" s jinou signální dráhou (5) Metabolizace hormonů (6) Non-genomic response Interakce s jadernými receptory - důležité Anti/estroqenita • Estrogenní receptor (ER) • vývoj pohlaví, řízení reprodukce, karcinogeneze, ovlivňuje buněčnou proliferaci a diferenciaci, vývoj a homeostázu Anti/androqenita • Androgenní receptor (AR) • vývoj pohlaví, zejména samčích pohlavních charakteristik, řízení reprodukce, karcinogeneze, ovlivňuje růst, spermatogenezi (©) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí mechanismy endokrinní disrupce Glukokortikoidní aktivita • Glukokortikoidní receptor (GR) • ovlivňuje vývoj, metabolismus, immunitní odpověď, reakci na stres Anti/retinoidní aktivita • Receptor kyseliny retinové (RAR) • reguluje růst, morfogenezi, apoptozu a diferenciaci, ovlivňuje nervový a imunitní systém, vidění a embryonální vývoj • Další receptory • Sledování pomocí in vitro biotestů Mechanismy účinku EDCs EDCs mohou působit • přímo vazbou na receptory jako: • agonisté - chovají se jako přirozené hormony (např. ethinylestradiol, nonylphenol) • antagonisté - blokování receptoru pro přirozené hormony (např. tamoxifen, PCB 77, p,p'-DDE) • nepřímo ovlivněním biosyntézy, metabolismu, vylučování a/nebo biodostupnosti přirozených hormonů Příklad: • inhibice aromatázy - blokování přeměny androgenů na estrogeny (©) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Endokrinní disruptory (EDCs) > Přírodní i syntetické látky > Široké spektrum látek, persistentní a „pseudo"- persistentní > Identifikováno cca 1000 potenciálních EDC Průmyslové chemikálie a vedlejší produkty (PCBs, PCDD/Fs, PAHs) Pesticidy (herbicidy, insecticidy, atraziny, DDT a jeho metabolity ...) Změkčovače plastů (alkylfenoly, bisfenol A, ftaláty) / Farmaceutika, syntetické steroidy (antikoncepce,...) fflA^f * Látky z detergentů, čistících prostředků, I —\ kosmetických přípravků (cyklosiloxany, parabeny, triclosan) Ochranné barvy (organocíny) Rostlinné metabolity, fytoestrogeny - z OV z potravinářské výroby, z přírodních materiálů Mykoestrogeny - z pěstování, procesování a skladování plodin kontaminovaných plísní Fusarium (kukuřice, obiloviny, seno) (©) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Následky ED ve vodních živočiších Snížená plodnost, kvalita a kvantita spermatu Snížená líhnivost Změněný poměr pohlaví Demaskulinizace a feminizace samců Defeminizace a maskulinizace samic Narušení růstu a vývoje Malformace pohlavních orgánů, embryonální malformace Snížené přežívání mláďat Změna funkce imunitního systému Abnormální funkce a vzhled štítné žlázy Změny chování Poruchy svlékání a růstu Vymizení populací CouwtekThiwk (©) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí vliv na populaci vliv na ekosystém Ucinky ED ve volne žijících živočiších • projevy po expozici i velmi malými dávkami potentních látek • pravděpodobnější projevy v mláďatech, než v dospělcích • velký vliv načasování expozice - stupeň vývoje, na kterém byl jedinec exponován • Kritická období vývoje - v případě přesného načasování expozice korespondujícího např. s kritickým obdobím vývoje plodu výrazně jiný účinek (jak kvantitativně tak i kvalitativně) než mnohem vyšší koncentrace v jiném období • Účinky odlišné během doby života organismu (fetus vs. embryo vs. dospělec) • Účinky často opožděné - ke kompletním projevům nemusí dojít až do dospělosti • Opožděné účinky/ Doba latence - účinky EDs se mohou projevit několik let až několik desítek let po expozici, expozice EDs v období prenatálního a raného postnatálního vývoje má zásadní vliv na zdravotní stav jedince v dospělosti (€» Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Endokrinní -disrupce u plazů Samci aligátorů z jezera Apopka (Florida) demaskulinizováni p,p'- DDE - silný antagonista androgenních receptoru • DDT - induktor cyt. P450 - vliv na metabolismus steroidních hormonů Výrazně zmenšené sekundární pohlavní znaky (1/3 až 1/2) proti normálním zdravým samcům I o o ■ ApopkaMde M Woodruff Male U Apopka Femrfft □ Woodruff FsmsJe Hormone Fig. 2 Plasma concentration of tliree hormones, testosterone Sledování koncentrací jednotlivých chemických látek > Sledování celkového potenciálu směsi látek působit určitým důležitým mechanismem ED ^ > Komplementární přístupy Ugand Estrogenní potenciál látek a směsí Jednotlivé polutanty se liší svým estrogenním potenciálem (silou účinku). Lze ho vyjádřit pomocí EEF -estradiol ekvivalentní faktor Ten se stanovuje většinou pomocí standardních in vitro testů (E-SCREEN, kvasinkový test...) - Klíčový faktor vlivu xenoestrogenů na organismy! (©) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí buňka jádro genová exprese (ER-CALUX assay; Legler etal., 1999 a 2002) 173-Estradiol 1 Ethynyl-estradiol 1.2 Estrone 1.6x10-2 Estriol 1.0 Genistin 2.6x10-4 Diadzein 1.3x10-4 o,p'-DDT 9.1x106 Dieldrin 2.4x107 4-nonylphenol (NP) 2.3x105 4-octylphenol (OP) 1.4xl06 bisphenol A 7.8x10-6 diethylphthalate 3.2x108 I Estrogen ní aktivita v ČOV LC/MS/MS ;□ Estrone □ 17 £ - Est tadíol H EsiťloL GC/MS : ^ ffony]phenaL □ BUrhenoL A Sewage influent TKtůreticaJ art i vily Ljtoassay Biological treated TruoncticEil ;ifl \\ \\\ Rioasaay sewage 0,00 0+0£5 0.050 0,07£ Estrogenic activily ( j■. y-E2/I) 140 _ 120 Ši 100 ^ 80 ~ 60 2 40 m 20 0 Estrogenní - Přítok od 5 do 147 ng /I EEQ Odtok od 0,1 do 4 ng/l EEQ Účinnost odstranění 81 - >99 % (průměrně 96 %) Odbourávání estrogenní aktivitv v ČOV Brno □ Influent ■ Effluent n. n n ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ «$> <$> <$> A Hodnocení vlivu čistíren odpadních vod a malých sídel na kvalitu vody na horních tocích řek > Říční voda nad a pod ČOV (obce 4000 až 13000 obyvatel) > Menší vodní toky nezatížené dalšími většími zdroji znečištění > První významnější zdroje na horních tocích > malé toky - menší míra naředění vypouštěné vody Tachov Vimperk Vol ary _ Prachatice -H-v Pasivní vzorkovače POCIS > Dlouhodobé vzorkování rozpuštěných látek (16-23 dní) Estrogenita: > Nad obcemi okolo 0.2 ng/l EEQ > 1.3 - 14krát vyšší pod obcemi > Maximální hodnoty okolo 2 ng/l EEQ 4.0 3.0 U 2 2.0 CLO LU LU 0.0 (©) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí POCIS Pest POCIS Pharm Nüd Pod Králíky Nad Pod Nad Pod Nad Pod Nad Pod Nad Pod Jilemnice Cvikov Tachov Vimperk Volary Nad Pod Prachatice CD O U Oj 05 CO CT3 100000 10000 1000 100 10 T T Tap water River water 9% 18% 38% 100% Concentration of sewage effluent ČOV a endokrinní disrupce Řada důkazů ED a narušení reprodukce v rybách v tocích pod výpustem i ČOV: - Poměr pohlaví: velká převaha samic - Intersex: zvýšený výskyt - Neobvyklý vývoj ovarií - Zvýšené hladiny vitellogeninu (proteinu vaječného žloutku) v dospívajících samcích E 107-i- O- 106 O) g> 10" • klece s pstruhy umístěny v řece pod výpustí ČOV a dále po toku (do vzdálenosti 14 km) • sledována hladina vitelogeninu u samců • koncentrace VTG významně zvýšena ještě ve vzdálenosti 4,5 km za výpustí ČOV 21 22 23 24 25 26 27 23 29 FC LC 0.003 0.3 0.9 J.6 (i. B 13.2 14.4 4.5 6.9 Site No Distance downstream from effluent / Km Prvně identifikovány díky současnému výskytu samčích a samicích pohlavních buněk v gonádách -intersex u ryb v UK VTG (ng/ml) 1000000 1000000 100000 10000 1000 100 10 10 Oktylfenol (OP) a 17 B estradiol (E2) 6.25 12.5 25 50 100 25 25/25 oestrone (ng/l) E2 oes/E2 a Initial a Final Exponovaní samci pstruha Měření VTG (ng/ml) (©) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí 1000000 100000 100000 10000 1000 100 10 10 JI. 1 10 100 OP ug/l 1 10 100 E2 ng/l Ekosystémová studie - Kanada 2000-2005 Estrogen (17a-ethynylestradiol) aplikován do jezera - cílová konc. 5 ng/L (v povrchových vodách v Evropě 0-23ng/L) - poločas života 12 dní - aplikován 3x týdně po 21 týdnů (jaro-podzim) - 1. rok - nejvýznamnější účinky u ryb s kratší dobou života, které se třou jen 1x za sezonu (střevle) - zvýšení hladin VTG 9000x u samců, zpoždění vývoje gonád - 2.,3. rok - vajíčka v samčích gonádách, pokles reprodukce, téměř žádná nová generace střevlí - kolaps populace - podobné, ale méně výrazné účinky u tloušťů - výskyt intersexu (delší doba života, více tření za sezonu) - 3. rok pokles populací a méně mladých i u dravých ryb - pstruha jezerního - především díky nedostatku potravy => OVLIVNĚNÍ CELÉHO EKOSYSTÉMU - Po ukončení aplikace - za 2 roky - recovery - znovubudování populací střevlí a tloušťů, zvýšení populačních hustot pstruha (Kidd et al.,2006, 2007) (©) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Organocíny Stabilizátory plastů Biocidy: Fungicidy Insekticidy Bactericidy Nátěry proti zarůstání a nánosům na trupech lodí (Anti-fouling paints) ošetření papíru, kůže, textilu TBT = tributylcín Pomalá biodegradace (©) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Akumulace ve vodě a sedimentu Bioakumulace - ryby, měkkýši Maskulinizace ryb Imposex u měkkýšů TBT používán na lodě od 60. let První efekty na měkkýších - 70. léta Zákaz používání v EU - 2003 Hď P450 aromatase (©) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Cholesterol (27 carbons) HCT v v HC_f' Pregnenolone (21 cartons) Dehydroepiandrosterone "ĽHEA" (19 cartons) Androstenedione (19 carbons) Cortisol (21 carbons) ' Progesterone - Glucocorticoid - ! £ 1 carbons 1 - Prose, It 1 Cortkosterone (21 carbons) - Glucocorticoid - 21 carbons) Mir\£ ral co rtic o id.. - TBT způsobuje maskulinizaci ryb 1 Ü0 n if} 80 - (U '-. E 60 - ■.O o- 40 - (íl) 0 0.01 0.1 1 TBT (ng/L) 10 100 Ryby exponované TBT od vykulení po 70 dní Danio pruhované {Dan i o rerió) paví očka (Poecilia reticulata) -expozice 0,01 až 0,02 ng.kg1 TBT po dobu 21 dní - pokles spermatogeneze o 45 až 75% f f*" f 1 toxických látek VV//1«prostredí Spermie po 3 - 5 měsících expozice McAllister & Kirne, 2003 Endokrinní systém u bezobratlých mnohem méně prozkoumaný než u obratlovců (široké spektrum druhů) reguluje stejné procesy-vývoj, růst, reprodukci specifické vývojové procesy - různá vývojová stadia (larva, kukla), metamorfóza, komplexní životní cykly, diapauza Projevy ED u bezobratlých: Narušení reprodukce, rodivosti (fekundita) Poruchy růstu, pohlavního dozrávání (maturace) Narušení sexuálního dimorfismu další procesy řízené hormony: pigmentace, regenerace končetin, diapauza (©) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Imposex—-— • Zkratka pro „superimposed sex": dodatečná tvorba samčích pohlavních znaků v samicích gonochoristi(^ předožábrých plžů, která vede ke sterilitě • Je indukován působením přírodních i syntetických androgenů • Byl pozorován u více než 160 druhů na světě Intersex • Změna nebo nahrazení samicích pohlavních znaků u samic samčími znaky a naopak • Postupná přeměna morfologie samicích pohlavních znaků k morfologické struktuře samčích znaků a naopak • Je hodnocen jako Intersexový Index (ISI) = průměrná hodnota všech stupňů intersexu ve vzorku Superfemale • Abnormální velikost, počet nebo funkce samicích pohlavních orgánů • Je indukován působením přírodních i syntetických estrogenů Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Blešivec potoční (Gam marus fossarum) Intersex u přírodní populace raka bahenního (Pontastacus leptodactylus) Ostrava-Karviná - zatopené poklesové plochy - reflotace - Chráněný druh (©) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí TBT narušuje hormonální rovnováhu u mekkysu Velká kobercová škeble {Rudltapes decussatus) COniPOi TBT91 ng/l 1T454I0 TBT 2,266 ffl/l Cůnlid TBT 91 ng,l TBT^n^/l TBT22K ngfl Hladina testosteronu Hladina estrogenů y^CP~x\ I Centrum pro výzkum 19^\j I toxických látek VV// v prostředí Morcillo & Porte 2000 IMPOSEX u předožábrých plžů F Nepřímý xeno-androgenní efekt organocínů (persistentní, používány na nátěry lodí) - Efekt chronické expozice biocidu TBT u necílových organismů - Maskulinizace samic, zvýšený testosteron - Tvorba penisu a chámovodu u samic - uložení přes vaječníky - až sterilita - v závislosti na druhu a dávce TBT může být oogeneze úplně nahrazena spermatogenezí - nachovec obecný (Nucella lapillus) - kompletní potlačení oogeneze při koncentraci 0,003 -0,005 ng.kg1 Důsledek: lokální vymizení populací měkkýšů Širší souvislosti kontaminace organocíny ve vodním prostředí Kolaps populace měkkýšů Snížení spásání řas a makrofyt Velký rozvoj populací vodních rostlin, zarůstání vodních toků Pokles populací ryb Takto je dramaticky ovlivněn celý akvatický ekosystém Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí