SQM 0438 - Poluentes Químicos e Ecotoxicologiagraduacao.iqsc.usp.br/files/Toxicologia-Ambiental-Ecotoxicologia.pdf · dar informações sobre a qualidade da água e auxiliar no

Universidade de São PauloInstituto de Química de São Carlos

SQM 0438 - Poluentes Químicos e Ecotoxicologia

Toxicologia Ambiental / Ecotoxicologia

Profa. Dra. Janete Harumi Yariwake

• 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

Toxicologia Ambiental

Poluentes Químicos e EcotoxicologiaProfa. Janete Yariwake

Extraído de S. Ogaet 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




em um indivíduo



em um indivíduo

Frequentemente resultam dos efeitos crônicos da exposição a vários AT

Exemplos


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


curva dose/resposta (obtida com base nos dados de determinação de DL50)

Dados obtidos em laboratório (sistemas fechados/controlados), válidos para organismos individuais .

Ex.: peixes, ratos, camundongos.

Princípios da Toxicologia: Definições

DL50 = dosagem de uma substância necessária para causar a morte de 50% dos animais tratados

(DL50: expresso em mg/Kg peso corporal)

tratamento estatístico (% resposta em probitos)

curva dose/resposta



curva dose/resposta (obtida com base nos dados de determinação de DL50)

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 aquáticoComo avaliar o risco deste AT para os seres vivos ?



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.



� Sobre o AT: é necessário considerar� a solubilidade (Ko/w)� a forma (ionizada x não ionizada)� a concentração (nos sedimentos / na água)

AT fase aquosa AT sedimentos AT menosdisponível para os seres vivos


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. Ogaet al., Fundamentos de Toxicologia – 4ª Ed. (2014).Poluentes Químicos e EcotoxicologiaProfa. Janete Yariwake


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 / 1012 partes de solução

Ecotoxicologia: alguns exemplosExemplo 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

Revista Época(2011)http://colunas.revistaepoca.globo.com/bombounaweb/2011/10/27/peixe-de-tres-olhos-dos-simpsons-e-encontrado-na-argentina/ Poluentes Químicos e Ecotoxicologia

Profa. Janete Yariwake




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)


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 aquáticaEisenia fetidae 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

Critérios EPA – USA Efeitos ao nível individual ou de uma população .

1][

50>

DL

AT ambiental indicador de risco significativo

Ex.: carbofuran (pesticida) – na forma granulada, pode ser ingerido por pássaros, causando gde. mortalidade

1][

50>

DL

AT ambiental



Exemplo 2: ciclo dos metais pesados no ambiente


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 transportedo 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”Poluentes Químicos e EcotoxicologiaProfa. Janete Yariwake

AT qualquer, origem antropogênica (Continuação)

� Outra possibilidade: os seres vivos apresentam suficiente mobilidade entre regiões c/ diferentes [AT] (microambientes )

∑=

=J

j

ijji tcE1

.

Ei = exposição média

cj = [AT] no microambiente j

tij = tempo de permanência do animal i no microambiente j

J = no total de microambientes ocupados pelo animal i

Ecotoxicologia: DINÂMICA DOS ATs NO AMBIENTE


Lembrete: residências, escritórios, etc. também são microambientes!!!

poluição indoor


Ecotoxicologia: poluição do ar (Indoor)

em um ambiente fechado , a exposição aos VOCs pode estar relacionada à proximidade da fonte emissora

� a concentração indoor de VOCs pode ser maior do que no ambiente externo


Ecotoxicologia: poluição do ar (Indoor)

Poluição indoor : alguns AT específicos

• Síndrome do edifício doenteVOCs (ar condicionado, carpetes, produtos de limpeza)

☺ tb: “Síndrome do carro novo” (VOCs - plásticos)

• Tabagismo ativo e passivo:PAHs

figura de Brickus e Aquino-Neto Química Nova 22 (1), Janeiro 1999.IQ/UFRJ: pesquisa em poluição ‘indoor’

Biodisponibilidade dos ATs em compartimentos ambien tais(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



Biodisponibilidade dos ATs em compartimentos ambient ais (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


Ecotoxicologia: avaliação dos riscos ecológicos


Extraído de S. Ogaet al., Fundamentos de Toxicologia 4ª Ed. (2014).

Biodisponibilidade dos ATs em compartimentos ambient ais(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


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 indivíduoEx.: sangue - adutos DNA/substâncias carcinogênicas

� biomarcadores de efeitos: informação quantitativas sobre danos (estabelecidos ou potenciais) à saúdeEx.: enzimas hepáticas – biomarcadores de exposição a pesticidas

clorados (DDT, DDE, DDD)

Biomarcador Organismo Poluente

inibição da AChE peixes, moluscos, crustáceos

pesticidas organofosforadose carbamatos

indução de metalotioninas peixes metais (Zn, Cu, Cd, Hg, etc.)

indução da EROD ou CYP-450 1 A

peixes PAHs, alguns PCBs, dioxinas

indução da vitelogenina peixes jovens machos disruptores endócrinos

adutos de DNA peixes, moluscos PAHs, triazinas

adaptado de S. Ogaet al., Fundamentos de Toxicologia – 4ª Ed. (2014).

AChE: acetilcolinesteraseEROD: etoxiresorufina O-desetilaseCYP-450 1 A: citocromo P450 – mono oxigenases

representação esquemática de um óvulohttp://www.nutes.ufrj.br/abrapec/iiienpec/Atas%20em%20html/o92.htm

imagem de um óvulohumano (MEV)

vitelo (reserva de nutrientes) óvulo � ovo

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.


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 detalhadade 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)


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).

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