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1 Universidade de São Paulo Instituto de Química de São Carlos SQM Poluentes Químicos e Ecotoxicologia Toxicologia Ambiental / Ecotoxicologia Profa. Dra. Janete Harumi Yariwake Toxicologia Ambiental impacto de poluentes químicos ambientais em seres vivos (ênfase a não-humanos) estudo do transporte, destino e interações das substâncias tóxicas no ambiente Ecotoxicologia: sub-área da Toxicologia Ambiental

2 Extraído de S. Oga et al., Fundamentos de Toxicologia 4ª Ed. (2014). Ecotoxicologia: sub-área da Toxicologia, dedicada ao estudo do impacto de substâncias tóxicas (substâncias químicas de origem antropogênica) no ambiente, em populações dentro de ecossistemas. Interdisciplinaridade da Ecotoxicologia Ecotoxicologia: uma sub-área da Toxicologia, dedicada ao estudo do impacto de substâncias tóxicas (substâncias químicas de origem antropogênica) no ambiente, em populações dentro de ecossistemas. Interdisciplinaridade da Ecotoxicologia Extraído de S. Oga et al., Fundamentos de Toxicologia 4ª Ed. (2014).

3 em um indivíduo Extraído de S. Oga et al., Fundamentos de Toxicologia 4ª Ed. (2014). em um indivíduo Frequentemente resultam dos efeitos crônicos da exposição a vários AT Exemplos Extraído de S. Oga et al., Fundamentos de Toxicologia 4ª Ed. (2014).

4 Ecotoxicologia: efeitos de AT ambientais Como transpor dados toxicológicos convencionais para problemas ambientais? Ecotoxicologia: fundamentada nos princípios da toxicologia convencional (efeitos individuais), mas enfatizando : populações comunidades ecossistemas Ecotoxicologia: efeitos de AT ambientais curva dose/resposta (obtida com base nos dados de determinação de DL 50 ) Dados obtidos em laboratório (sistemas fechados/controlados), válidos para organismos individuais. Ex.: peixes, ratos, camundongos.

5 Princípios da Toxicologia: Definições DL 50 = dosagem de uma substância necessária para causar a morte de 50% dos animais tratados (DL 50 : expresso em mg/kg peso corporal) Princípios da Toxicologia: Definições tratamento estatístico (% resposta em probitos) curva dose/resposta

6 Ecotoxicologia: efeitos de AT ambientais curva dose/resposta (obtida com base nos dados de determinação de DL 50 ) Dados obtidos em laboratório (sistemas fechados/controlados), válidos para organismos individuais. Ex.: peixes, ratos, camundongos.??? Problema: como correlacionar destes dados c/ problemas reais?!?! Ex.: problemas ambientais Ecotoxicologia: alguns exemplos Exemplo 1: um AT orgânico em ambiente aquático Como avaliar o risco deste AT para os seres vivos?

7 Princípios da Toxicologia: Definições SEGURANÇA: probabilidade de uma substância não produzir efeito nocivo sob determinadas condições previamente estabelecidas (dose, concentração, tempo de exposição, etc. etc.). RISCO: probabilidade de uma substância produzir efeito nocivo. Ecotoxicologia: alguns exemplos Exemplo 1: um AT orgânico em ambiente aquático Como avaliar o risco deste AT para os seres vivos? Sobre o AT: é necessário considerar a solubilidade (K o/w ) a forma (ionizada x não ionizada) a concentração (nos sedimentos / na água) AT fase aquosa AT sedimentos AT menos disponível para os seres vivos

8 Substâncias cloradas: geralmente observa-se bioacumulação persistência ambiental biomagnificação (= aumento da concentração ao longo da cadeia alimentar) vide tb. aula Poluentes clorados Bioconcentração Bioacumulação Biomagnificação [AT] no organismo é maior do que no ambiente no entorno. (termo mais geral) o [AT] se concentra no organismo, considerando a exposição ao AT por todas as vias/rotas Aumento da [AT] ao longo da cadeia alimentar. Adaptado de S. Oga et al., Fundamentos de Toxicologia 4ª Ed. (2014).

9 ppm, ppb, ppt: não são unidades oficiais de representação de concentração de soluções (IUPAC, SI) Ex.: 1 ppt (parte por trilhão) = 1 parte de soluto / partes de solução Ecotoxicologia: alguns exemplos Exemplo 1.: um AT orgânico em ambiente aquático. Como avaliar o risco deste AT para os seres vivos? o biota aquático pode ser usado como indicador de ecotoxicidade. (ou seja: as algas, microinvertebrados, peixes, etc podem dar informações sobre a qualidade da água e auxiliar no monitoramento da ecotoxicidade de um AT). espécies de ciclo de vida curta e/ou de capacidade reprodutiva: alerta sobre efeitos a curto/médio prazo de AT espécies de ciclo de vida longa: indicadores de riscos sobre efeitos a médio/longo prazo. Ex.: bioacumulação

10 Revista Época (2011) Ecotoxicologia: alguns exemplos Exemplo 1: um AT orgânico em ambiente aquático Como avaliar o risco deste AT para os seres vivos? IBAMA: Potencial de Periculosidade Ambiental (PPA) Avaliação de diversos aspectos do AT: características fisico-químicas comportamento ambiental (degradação, mobilidade, sorção, etc.) toxicidade em organismos-modelo genotoxicidade, carcinogenicidade, embriotoxicidade (organismos superiores)

11 Ecotoxicologia: alguns exemplos Exemplo 1: um AT orgânico em ambiente aquático Como avaliar o risco deste AT para os seres vivos? Potencial de Periculosidade Ambiental (PPA - IBAMA) toxicidade em organismos-modelo genotoxicidade, carcinogenicidade, embriotoxicidade (organismos superiores) Por questões práticas e éticas, os testes são feitos em um número limitado de espécies (porém, a extrapolação de dados entre espécies é difícil). Ex.: Daphnia magna (crustáceo do zooplancton) modelo para avaliação de toxicidade aquática Eisenia fetida e Lumbricus terrestris (minhocas terrestres) modelos para estudos de AT no solo Ecotoxicologia: avaliação dos riscos ecológicos Risco de um AT para seres vivos em um ecossistema Para avaliação do risco de um AT, é necessário : dados toxicológicos conhecimento sobre o destino ambiental do AT individual população Conclusão: p/avaliar o risco de um AT em um ecossistema, os modelos toxicológicos tradicionais (seres humanos) não são suficientes

12 Ecotoxicologia: avaliação dos riscos ecológicos Critérios EPA USA Efeitos ao nível individual ou de uma população. [ AT ambiental ] DL 50 > 1 indicador de risco significativo Ex.: carbofuran (pesticida) na forma granulada, pode ser ingerido por pássaros, causando gde. mortalidade [ AT ambiental ] DL 50 > 1 Ecotoxicologia: alguns exemplos Exemplo 2: ciclo dos metais pesados no ambiente

13 Ecotoxicologia: DINÂMICA DOS ATs NO AMBIENTE para um AT qualquer de origem antropogênica: primeiro destino: ar (atmosfera) solo (litosfera) água (hidrosfera) posteriormente: pode ocorrer o transporte do AT ar / água solo / água solo / ar entrada do AT na biosfera (lembrete: é necessario haver absorção do AT) Poluentes Inorgânicos Mercúrio Metilmercúrio ~ 80% da forma encontrada em peixes < ph aquático: favorece a formação de metilmercúrio absorção pela água (brânquias) e dieta > quantidade em peixes marinhos carnívoros e de vida + longa (atum, tubarão, peixe-espada, etc.) fixação em grupos SH proteicos (distribuição em todo o peixe) vide tb. aula Metais

14 Ecotoxicologia: DINÂMICA DOS ATs NO AMBIENTE AT qualquer, origem antropogênica (Continuação) Outra possibilidade: os seres vivos apresentam suficiente mobilidade entre regiões c/ diferentes [AT] (microambientes) E i = J j= 1 c j. t ij E i = exposição média c j = [AT] no microambiente j t ij = tempo de permanência do animal i no microambiente j J = n o total de microambientes ocupados pelo animal i Lembrete: residências, escritórios, etc. também são microambientes!!! poluição indoor

15 Ecotoxicologia: poluição do ar (Indoor) a concentração indoor de VOCs pode ser maior do que no ambiente externo em um ambiente fechado, a exposição aos VOCs pode estar relacionada à proximidade da fonte emissora Ecotoxicologia: poluição do ar (Indoor) figura de Brickus e Aquino-Neto Química Nova 22 (1), Janeiro IQ/UFRJ: pesquisa em poluição indoor Poluição indoor : alguns AT específicos Síndrome do edifício doente VOCs (ar condicionado, carpetes, produtos de limpeza) tb: Síndrome do carro novo (VOCs - plásticos) Tabagismo ativo e passivo: PAHs

16 Ecotoxicologia: avaliação dos riscos ecológicos Biodisponibilidade dos ATs em compartimentos ambientais (Continuação) Sobre o ambiente: é necessário considerar características físico-químicas dos sedimentos (ph, presença de outras substâncias, etc.) características físico-químicas da água (ph, força iônica, etc.) presença / comportamento de microorganismos transformações bióticas do AT transformações abióticas do AT Ecotoxicologia: avaliação dos riscos ecológicos Biodisponibilidade dos ATs em compartimentos ambientais (continuação) Ex.: mercúrio em ambiente aquático -Como avaliar o risco para os seres vivos? Sobre o AT (mercúrio): é necessário considerar a forma (organometálico / inorgânico / oxidação) a concentração (nos sedimentos / na água) Biodisponibilidade disponibilidade de um AT (p.ex. presente em uma matriz ambiental) p/ atuar em um sistema biológico Biodisponibilidade < 100% da [AT] amostra

17 Ecotoxicologia: avaliação dos riscos ecológicos Extraído de S. Oga et al., Fundamentos de Toxicologia 4ª Ed. (2014). Ecotoxicologia: avaliação dos riscos ecológicos Biodisponibilidade dos ATs em compartimentos ambientais (Continuação) Conclusão: é necessário considerar características do AT do ambiente da exposição do organismo ao AT problema: em vários casos a determinação do AT propriamente dito em uma matriz biológica ou ambiental pode ser difícil / trabalhosa uso de biomarcadores

18 Ecotoxicologia: Biomarcadores Definição: são um ou mais metabólitos de um AT, ou produtos da interação do AT com uma molécula ou célula-alvo. biomarcadores de exposição: informações sobre a dose do AT recebido pelo indivíduo Ex.: sangue - adutos DNA/substâncias carcinogênicas biomarcadores de efeitos: informação quantitativas sobre danos (estabelecidos ou potenciais) à saúde Ex.: enzimas hepáticas biomarcadores de exposição a pesticidas clorados (DDT, DDE, DDD) Biomarcador Organismo Poluente inibição da AChE peixes, moluscos, crustáceos pesticidas organofosforados e carbamatos indução de metalotioninas peixes metais (Zn, Cu, Cd, Hg, etc.) indução da EROD ou CYP A peixes PAHs, alguns PCBs, dioxinas indução da vitelogenina peixes jovens machos disruptores endócrinos adutos de DNA peixes, moluscos PAHs, triazinas AChE: acetilcolinesterase EROD: etoxiresorufina O-desetilase CYP A: citocromo P450 mono oxigenases adaptado de S. Oga et al., Fundamentos de Toxicologia 4ª Ed. (2014).

19 imagem de um óvulo humano (MEV) óvulo ovo vitelo (reserva de nutrientes) representação esquemática de um óvulo Ecotoxicologia: aplicação a estudos ambientais A maioria dos estudos ecotoxicológicos são complexos, pois: envolvem fatores peculiares a cada ecossistema (ex.: fatores ambientais, características fisico-químicas, etc); há grande variação (diversidade) entre as espécies vivas exposta aos agentes tóxicos (AT); frequentemente há a presença de outros AT e/ou de seus metabólitos e produtos de degradação. Consequência: há algumas generalizações ou extrapolações, mas não se pode esquecer que a rigor cada caso é um caso em Ecotoxicologia.

20 Ecotoxicologia: aplicação a estudos ambientais Toxicologia: ramo das ciências da área da Saúde Estudos de caso : ferramenta frequentemente usada para estudos e pesquisa na área da Saúde. origem: Medicina e Psicologia; consistia na análise detalhada de um caso ( = um paciente), explicando a dinâmica e patologia de uma doença ou problema (= sintomas, evolução, tratamento, etc.) pode ser usada como ferramenta de estudos qualitativos, sobretudo nas Ciências Humanas e Sociais pode ser usado como metodologia didática, em diversas áreas do conhecimento. Estudo de Casos no Ensino de Química L. P. Sá e Salete L. Queiroz (2011) Ecotoxicologia: aplicação a estudos ambientais Toxicologia: ramo das ciências da área da Saúde Estudos de caso : ferramenta frequentemente usada para estudos e pesquisa na área da Saúde. origem: Medicina e Psicologia; consistia na análise detalhada de um caso, explicando a dinâmica e patologia de uma doença ou problema (= sintomas, evolução, tratamento, etc.) um exemplo de estudo de caso em Toxicologia Ambiental: contaminação por mercúrio em Minamata (Japão). Ver aula - Metais

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