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AN02FREV001/REV 4.0 78 PROGRAMA DE EDUCAÇÃO CONTINUADA A DISTÂNCIA Portal Educação CURSO DE TOXICOLOGIA AMBIENTAL Aluno: EaD - Educação a Distância Portal Educação AN02FREV001/REV 4.0 79 CURSO DE TOXICOLOGIA AMBIENTAL MÓDULO III Atenção: O material deste módulo está disponível apenas como parâmetro de estudos para este Programa de Educação Continuada. É proibida qualquer forma de comercialização ou distribuição do mesmo sem a autorização expressa do Portal Educação. Os créditos do conteúdo aqui contido são dados aos seus respectivos autores descritos nas Referências Bibliográficas. AN02FREV001/REV 4.0 80 MÓDULO III 4 OS PRINCIPAIS GRUPOS TÓXICOS – XENOBIÓTICOS E TOXINAS A toxicidade representa um parâmetro no estudo das substâncias químicas que retrata a capacidade que essas possuem de causar toxidez, ou seja, danos ao ambiente e aos organismos vivos. Vários estudos têm buscado respostas para esses efeitos causados aos ecossistemas por esses xenobióticos. Os xenobióticos, agentes tóxicos ou toxicantes são substâncias químicas estranhas ao organismo ou sistema biológico. A maioria dessas substâncias é exógena e sem papel fisiológico. Muitos relacionam o conceito de xenobióticos ao de toxinas; porém, toxinas são substâncias tóxicas produzidas por organismos vivos, capazes de causar danos a outros seres. Portanto, neste estudo, serão abordados apenas assuntos relacionados à contaminação ambiental por xenobióticos. Os agentes tóxicos ou xenobióticos podem ser de vários tipos. Abaixo serão especificados e descritos cada um desses tipos. 4.1 OS METAIS PESADOS O conceito de metal pesado tem sido bastante discutido na atualidade, já que engloba aspectos ambientais e toxicológicos. De acordo com relatos de diversos autores, dos 80 metais conhecidos, aproximadamente 30 são tóxicos ao homem. Muitos metais são ditos essenciais à vida, porém, são sempre requeridos em baixas concentrações. Quando em altas concentrações causam danos irreparáveis aos organismos por serem muito reativos e bioacumulativos. Dessa forma, o organismo não é capaz de eliminá-los de uma forma rápida e eficaz. Os metais pesados são definidos quimicamente como o grupo de elementos compreendido entre o Cobre (Cu) e o Chumbo (Pb) na tabela periódica. (Figura 13) AN02FREV001/REV 4.0 81 FIGURA 13. TABELA PERIÓDICA ATUALIZADA (2012) FONTE: Disponível em: http://dicasgratisnanet.blogspot.com.br/2011/06/tabela-periodica-completa- para-imprimir.html. Acesso 21 Ago. 2012. Esses elementos são chamados de metais pesados por apresentarem as seguintes propriedades: Massa específica elevada; Massa atômica elevada: sendo o elemento Sódio usado como referência, massa atômica igual a 23; Número atômico elevado: sendo o elemento Cálcio (número atômico igual a 20), usado como referência; A formação de sulfetos e hidróxidos insolúveis; A formação de sais que geram soluções aquosas coloridas; A formação de complexos coloridos. Os metais podem ser classificados da seguinte forma: Elementos essenciais: Sódio, Potássio, Cálcio, Ferro, Zinco, Cobre, Níquel e Magnésio; Microcontaminantes ambientais: Arsênio, Chumbo, Cádmio, Mercúrio, Alumínio, Titânio, Estanho e Tungstênio; AN02FREV001/REV 4.0 82 Elementos essenciais e microcontaminantes: Cromo, Zinco, Ferro, Cobalto, Manganês e Níquel. Há metais que não existem naturalmente em nenhum organismo. Esses são adquiridos pelo consumo habitual de água e alimentos – como peixes contaminados. Exemplos desses metais são: Mercúrio, Cádmio e Chumbo. Esses agentes são lançados no ambiente e absorvidos pelos tecidos dos organismos, contaminando os ecossistemas, entrando dessa forma na cadeia alimentar. Quanto aos efeitos dos metais tóxicos, cada metal é conhecido pelos seus danos específicos ao organismo. A toxicidade dependerá da biodisponibilidade e da espécie química em questão. A biodisponibilidade é um parâmetro que mede a capacidade de determinado elemento químico em ser absorvido pelos seres vivos. Dessa forma, a acumulação de metais pesados depende da fração de elementos biodisponíveis no meio. A biodisponibilidade está associada também com a espécie química do elemento. Já a espécie de um metal representa a forma química que o elemento se encontra. Levando em consideração este fato, a forma mais tóxica de um metal não é a metálica e sim quando este se encontra como cátion ou ligado a cadeias carbônicas. O principal mecanismo de ação tóxica dos metais é a afinidade pelo elemento enxofre. Dessa forma, quando presentes no organismo nas suas formas ideais, eles reagem com os radicais sufidrilas presentes na estrutura proteica das enzimas, alterando assim, o metabolismo dos seres vivos. Como pode ser observado, o perigo está em toda parte, já que os metais pesados são muito usados em indústrias e estão presentes em diversos produtos. O desenvolvimento dos efeitos tóxicos são dependentes da dose e do tipo de exposição ao agente. Serão apresentados na tabela 11, os principais metais pesados utilizados, suas fontes e seus riscos à saúde. AN02FREV001/REV 4.0 83 TABELA 11. PRINCIPAIS METAIS PESADOS UTILIZADOS PELAS INDÚSTRIAS, SUAS FONTES E SEUS EFEITOS NA SAÚDE FONTE: CUT-RJ. Comissão de Meio Ambiente. 4.2 OS PRODUTOS INDUSTRIAIS 4.2.1 Os solventes Os solventes são agentes químicos ou mistura líquida de agentes químicos com capacidade de dissolver outro material de utilização industrial. AN02FREV001/REV 4.0 84 Os solventes podem ser classificados de acordo com: A constituição química; As propriedades físicas; O comportamento ácido-base; As interações específicas, soluto solvente. Normalmente, os solventes possuem natureza orgânica e composições químicas diversas, porém apresentam propriedades comuns como: São líquidos em temperatura ambiente; São lipossolúveis; Apresentam alta volatibilidade; São inflamáveis. Os solventes estão distribuídos em categorias como: a) Os álcoois Exemplos: metanol; etanol; b) As cetonas Exemplos: Acetona; 2- butanina; 2-hexanona; cicloexanona. c) Os hidrocarbonetos Os hidrocarbonetos alifáticos Exemplos: pentano; hexano; heptano; decano; Os hidrocarbonetos alicíclicos Exemplos: cicloexano; metilcicloexano; alfa-pireno; Os hidrocarbonetos aromáticos Exemplos: Benzeno; Tolueno; Estireno; Etilbenzeno; Hidrocarbonetos halogenados Exemplos: Clorofórmio; Cloreto de Metileno; Tetracloreto de Carbono; Freons; Tetracloroetileno; d) Éteres Exemplos: 2-Metoxietanol; Etoxietanol; e) Ésteres Exemplos: Metacrilato de metila; Acetato de metila; Acetato de Etila; AN02FREV001/REV 4.0 85 Os solventes quando inalados praticamente agridem apenas o cérebro, em detrimento de outras partes do corpo. Porém, um efeito bastante perigoso relacionado aos solventes é a capacidade que esses produtos possuem de tornar o coração humano mais sensível à adrenalina. Dessa forma, se uma pessoa inala o solvente e logo após realiza algum tipo de exercício físico, o coração dessa pessoa poderá sofrer danos. Seus efeitos no cérebro vão desde a excitação, depressão profunda, até lesões irreversíveis, comoa morte dos neurônios, acarretando déficit de memória e dificuldade de concentração. 4.2.2 Os defensivos agrícolas Com o crescimento populacional e consequentemente o desenvolvimento da agricultura, a utilização de defensivos agrícolas (os agrotóxicos) passou a ser uma atividade constante nos campos de produção em todo o mundo. São substâncias utilizadas no controle de pragas como: fungicidas (utilizados no controle de fungos); bactericidas-fumigantes (utilizados no controle de bactérias); acaricidas (utilizados no controle de ácaros); herbicidas (utilizados no controle de plantas invasoras); inseticidas (utilizados no controle de insetos) e nematicidas (utilizados no controle de nematoides). Os agrotóxicos são classificados de acordo com a toxicidade nas categorias descritas na tabela 12. TABELA 12. CLASSIFICAÇÃO DOS DEFENSIVOS AGRÍCOLAS DE ACORDO COM OS EFEITOS À SAUDE HUMANA FONTE: Peres 1999. AN02FREV001/REV 4.0 86 São vários os impactos causados ao ambiente pela utilização indiscriminada de agrotóxicos como: Contaminação dos alimentos; Poluição dos rios; Erosão dos solos e desertificação; Lixiviação dos solos; Já os efeitos para a saúde humana são diversos e podem ser vistos na tabela 13. TABELA 13. EFEITOS DA EXPOSIÇÃO AOS AGROTÓXICOS Classificação Grupo Químico Intoxicação aguda Intoxicação crônica Inseticidas Organofosforados e carbamatos Fraqueza Cólica abdominal Vômito Espasmos musculares Convulsão Efeitos neurológicos retardados Alterações cromossomais Dermatites de contato Organoclorados Náusea Vômito Contrações musculares Arritmias cardíacas Lesões renais Neuropatias periféricas Piretroides Irritação das Alergias sintéticos conjuntivas Espirros Excitação Convulsão Asma brônquica Irritação das mucosas Hipersensibilidade Fungicidas Ditiocarbamatos Tonteira Vômito Tremores musculares Dor de cabeça Alergias respiratórias Dermatites Doença de Parkinson Cânceres Fentalamidas - Teratogênese Dinitrofenóis e Dificuldade Cânceres AN02FREV001/REV 4.0 87 pentaclorofenol respiratória Hipertemia Convulsão Cloroacnes Herbicidas Fenoxiacéticos Perda de apetite Enjoo Vômito Fasciculação muscular Indução da produção de enzimas hepáticas Cânceres Teratogênese Dipiridilos Sangramento nasal Fraqueza Desmaio Conjutivites Lesões hepáticas Dermatites de contato Fibrose pulmonar FONTE: Peres 1999. 4.2.3 Petróleo e seus derivados Literalmente, a palavra petróleo significa óleo de pedra, por ser extraído de rochas denominadas de Rocha Reservatório. O petróleo é formado a partir da decomposição da matéria orgânica depositada no fundo de mares e lagos quando submetidos a altas pressões. O petróleo é constituído de uma mistura de hidrocarbonetos, compostos oxigenados, nitrogenados, sulfurados e metais pesados. Porém, a maior fração é dada aos hidrocarbonetos (Tabela 14). TABELA 14. COMPOSIÇÃO ELEMENTAR DO PETRÓLEO Elemento Químico % em peso Hidrogênio 11 a 14 Carbono 83 a 87 Enxofre 0,06 a 8 Nitrogênio 0,11 a 1,7 Oxigênio 0,1 a 2 AN02FREV001/REV 4.0 88 Metais Até 0,3 FONTE: Thomas (2004). O petróleo apresenta em sua constituição as chamadas impurezas, representadas pelo enxofre, os metais e o oxigênio. O mundo atual está cada vez mais dependente do petróleo e dos seus derivados (Figura 14), o que acarreta derramamentos acidentais em seu manuseio, transporte e uso. Esse fato leva a contaminações em rios, solos e lençóis freáticos. FIGURA 14. DERIVADOS DO PETRÓLEO APÓS REFINO A contaminação dos ecossistemas por petróleo e seus derivados é responsável por inúmeros danos ao ambiente e à saúde humana. Alguns efeitos são descritos abaixo: Tabela 15. Efeitos na saúde humana dos contaminantes derivados do petróleo Produto Efeitos na saúde humana Gasolina e querosene Depressor do Sistema Nervoso Central Irritação nos olhos, na pele e no sistema respiratório Metanol Intoxicação Benzeno Intoxicação AN02FREV001/REV 4.0 89 Tolueno Depressor do Sistema Nervoso Central Confusão mental Fadiga Irritação respiratória e ocular Intoxicação FONTE: Organização Mundial da Saúde (OMS). 4.3 AS DIOXINAS E OS FURANOS Os dibenzo-p-dioxinas policlorados (PCDDs) e dibenzofuranos policlorados (PCDFs) representam as classes químicas conhecidas respectivamente por dioxinas e furanos. As dioxinas são compostos policlorados cujo núcleo é formado por dois anéis de benzeno ligados por dois átomos de oxigênio que formam um terceiro anel central. Já os furanos apresentam como estrutura básica dois anéis aromáticos unidos por um átomo de oxigênio com diferentes graus de substituição por átomos de cloro. Os furanos têm suas toxicidades determinadas pelo grau de cloração dos anéis e a posição dos átomos de cloro. São estruturas bastante semelhantes, como pode ser observado na figura 15. FIGURA 15. ESTRUTURAS DAS DIOXINAS (A) E FURANOS (B) (A) (B) FONTE: Arquivo pessoal do autor AN02FREV001/REV 4.0 90 O grau de toxicidade aumenta de acordo com o número de substituintes de cloro. Quanto mais substituintes, mais tóxicos serão os compostos. Muitos processos industriais, que utilizam o cloro, lançam esses compostos no ambiente. Algumas fontes desses compostos serão citadas abaixo: Indústrias de agrotóxicos; Geração de energia por meio da combustão, principalmente de carvão e gás natural; Combustão de lixo doméstico contendo carvão; Fundição, refino e processamento de metais; Indústria de papel e celulose; Fábrica de tintas; Fornos de cimento e carvão; Refinarias de petróleo; Incineradores de lixo hospitalar; Combustão de pneus; Fumaça de cigarro; Crematórios; Usinas de asfalto; Fábricas de velas. Os organismos são contaminados por esses compostos pelas várias vias de exposição e os principais efeitos tóxicos são: Imunossupressão; Vômitos; Alterações na diferenciação dos linfócitos T; Problemas cognitivos e de desenvolvimento psicomotor; Neurotoxicidade; Endometriose e problemas de reprodução; Perda de peso; Alteração do metabolismo das gorduras e da glicose; Atrofia testicular; AN02FREV001/REV 4.0 91 Diabetes; Síndrome do desgaste etc. 4.4 A RADIOATIVIDADE Um elemento radioativo é aquele capaz de emitir radiação, ou seja, capaz de emitir e propagar energia de um ponto a outro. Há vários tipos de radiação, porém, os mais conhecidos são: as radiações alfa, beta e gama. As pessoas costumam associar a radiação a algo perigoso, porém, o que muitas dessas pessoas não sabem é que estamos constantemente expostos à radiação. Quando falamos de contaminação radioativa, estamos falando de um aumento desse índice normal de radiação, seja pela atividade humana ou dela decorrentes como: Extração e processamento de materiais radioativos; Produção, armazenamento e transporte de combustível nuclear; Produção, uso e testes de armas nucleares; Operação de reatores nucleares; Uso de materiais radioativos namedicina, indústria e na pesquisa. A letalidade da radiação depende da intensidade da exposição e da natureza da radiação. A contaminação por elementos radioativos tem vários efeitos na saúde humana, como: Mutações genéticas; Cânceres; Necroses; Alterações no metabolismo; Alterações neurológicas. AN02FREV001/REV 4.0 92 5 FASES TOXODINÂMICA E TOXOCINÉTICA 5.1 CLASSIFICAÇÃO DOS EFEITOS TÓXICOS Após interagirem no organismo, os agentes tóxicos são capazes de acarretarem inúmeros efeitos. A intensidade desses efeitos vai depender de algumas características como: A dose (representa a quantidade de substância química que penetrou no organismo); O tipo de substância penetrante (sua toxicidade e natureza); A frequência e o tempo de duração da exposição ao agente tóxico; A via de entrada do agente tóxico no organismo; As características individuais da pessoa exposta ao agente tóxico: - Idade; - Sexo; - Estado de saúde; - Metabolismo; - Peso, índice de massa corporal; - Informação genética, etc. Existência de interações químicas, que são capazes de acentuar ou atenuar os efeitos dos agentes tóxicos. Os efeitos tóxicos podem ser classificados de acordo com várias propriedades. As mais importantes estão descritas abaixo: a) Classificação de acordo com o tempo de manifestação De acordo com o tempo de manifestação dos efeitos, eles podem ser classificados em: Efeito agudo: os efeitos são manifestados rapidamente após a exposição ao agente tóxico; AN02FREV001/REV 4.0 93 Efeito crônico: os efeitos são manifestados em um maior período de tempo após a exposição ao agente tóxico; Efeito crônico retardado: os efeitos crônicos retardados apresentam um período de latência. b) Classificação de acordo com a abrangência de atuação Quanto à abrangência de atuação os efeitos dos agentes tóxicos são classificados em: Efeito local: ocorre no local onde houve o primeiro contato do agente tóxico no organismo; Efeito sistêmico: é necessária a distribuição até atingir o órgão-alvo, diferente do local de penetração. c) Classificação de acordo com a reversibilidade Os efeitos tóxicos podem ser classificados quanto à reversibilidade do tecido afetado em: Efeito reversível: o órgão afetado tem a capacidade de regeneração, causando um dano reversível; Efeito irreversível: o órgão afetado não possui a capacidade de regeneração, causando um dano irreversível. d) Classificação de acordo com a interação dos agentes tóxicos Quanto à interação dos agentes tóxicos, os efeitos podem ser classificados em: Efeito aditivo: o efeito final da combinação é igual a soma dos efeitos individuais dos dois agentes tóxicos. Efeito sinérgico: o efeito final da combinação é maior que a soma dos efeitos individuais dos dois agentes tóxicos. Efeito de potenciação: ocorre quando um agente tóxico que não possui ação sobre determinado órgão, aumenta a ação de outro agente tóxico neste mesmo órgão. Efeito antagonista: o efeito antagonista ocorre quando os agentes tóxicos interferem na ação um do outro, diminuindo o efeito final. AN02FREV001/REV 4.0 94 5.2 VIAS DE ENTRADA DOS PRODUTOS TÓXICOS Para que um agente tóxico seja capaz de produzir danos aos organismos, são necessários vários fatores agindo em conjunto, ou seja, é necessário que haja uma interação entre eles. Esses fatores são: O tempo de exposição Um dos fatores mais importante está relacionado ao tempo de duração da exposição dos organismos ao agente tóxico. De acordo com relatos na literatura, quanto maior a duração da exposição a certo agente tóxico, maior a probabilidade deste organismo a sofrer algum tipo de dano. A concentração da substância Outro fator de grande importância e que influencia na ocorrência de danos à saúde é a concentração do agente tóxico. Dessa forma, quanto maiores às concentrações a que os organismos estão submetidos, maiores serão as probabilidades de ocorrerem danos à saúde. O tipo de substância Um fator que influencia também na intensidade dos danos causados à saúde é o tipo de substância que o organismo está exposto. Há substâncias que apresentam um grau de toxicidade maior quando comparadas a outras. A forma que a substância tóxica se encontra A forma como a substância tóxica se encontra no ambiente também é de grande importância. Esse fato vai facilitar a penetração no organismo e consequentemente a ocorrência de danos à saúde. A capacidade de absorção dos organismos A capacidade de absorção dos organismos reflete a eficiência de determinada substância tóxica em causar danos à saúde. Há substâncias que só são capazes de penetrar no organismo pela pele ou por inalação. A eficiência dessas substâncias vai depender da capacidade de absorção dos organismos. A absorção é a passagem de uma substância do local de contato, no organismo, para AN02FREV001/REV 4.0 95 a corrente sanguínea. Nessa passagem, os agentes tóxicos atravessam várias barreiras, que são as membranas biológicas. Como já foi colocada anteriormente, a penetração dos agentes tóxicos no organismo pode ocorrer por três formas: pela inalação, pela ingestão e pelo contato com a pele. Falaremos agora sobre cada uma dessas vias de exposição das substâncias tóxicas. a) Via de exposição por inalação As substâncias tóxicas que se encontram na forma de gases, poeiras, vapores, fumaças, fibras, etc., são capazes de penetrar nos organismos por meio da inalação, tanto pelas vias aéreas superiores quanto pelos alvéolos. O sistema respiratório é constituído pelas vias aéreas superiores e os pulmões (Figura 16). FIGURA 16. SISTEMA RESPIRATÓRIO HUMANO FONTE: Disponível em: http://www.infoescola.com/sistema-respiratorio/. Acesso 21 Ago. 2012. O caminho percorrido pelas substâncias tóxicas pelo sistema respiratório vai depender da reação do organismo a esses agentes. Muitas vezes, as substâncias AN02FREV001/REV 4.0 96 tóxicas se agrupam em partículas e dependendo do tamanho dessas, nem chegam a percorrer todos os compartimentos respiratórios. As substâncias ao serem absorvidas pelas mucosas nasais, não chegam a atingir os pulmões. Essa capacidade de absorção pelas vias superiores está ligada a hidrossolubilidade da substância. Quanto maior a sua solubilidade em água maior será a sua capacidade de ser retida no local. Portanto, a constante umidade das mucosas nasais quase sempre pode ser considerada como uma proteção natural do organismo. Porém, podem ocorrer reações locais com o auxílio da água, gerando compostos tóxicos ao organismo, causando irritações nas mucosas e consequentemente aos alvéolos pulmonares. Portanto, a umidade não é um sistema protetor livre de falhas. Dessa forma, ou a substância fica retida nas mucosas nasais ou elas chegam aos pulmões, especificamente nos alvéolos pulmonares, de onde alcançam a corrente sanguínea. Nesse caso, podem ocorrer danos aos pulmões e a distribuição da substância tóxica para diversos outros órgãos. b) Pela ingestão Uma vez no trato gastrintestinal, um agente tóxico poderá sofrer absorção desde a boca até o reto, geralmente pelo processo de difusão passiva. Poucas substâncias sofrem a absorção na mucosa oral, pois o tempo de contato é pequeno nesse local. A absorção via trato gastrintestinal ocorre devido a vários processos, que serão citados abaixo: Endocitose O processo de endocitose é típicode organismos unicelulares. É a forma pelo qual esses organismos realizam sua nutrição. Porém, nos chamados seres multicelulares ou pluricelulares, este processo também pode ocorrer, porém, como estratégia de defesa contra agentes estranhos ao organismo. A endocitose é dividida em dois tipos: a pinocitose e a fagocitose (Figura 17). Pinocitose É o processo pelo qual determinadas células englobam líquidos pela invaginação das suas membranas plasmáticas, formando canais por onde esses AN02FREV001/REV 4.0 97 líquidos escoam. Ao fecharem esses canais dá-se origem ao pinossomo, uma espécie de bolsa membranosa. Fagocitose É um processo semelhante ao de pinocitose, porém as células englobam líquidos pela invaginação das suas membranas plasmáticas, formando pseudópodes – formando o fagossomo. FIGURA 17. PROCESSOS DE FAGOCITOSE E PINOCITOSE FONTE: Disponível em: http://www.biologia.blogger.com.br/. Acesso em: 21 Ago. 2012. Em razão à formação do pinossomo e fagossomo, pelo processo de endocitose, as substâncias nocivas ao organismo podem ser eliminadas de dentro das células. Após a formação dessas estruturas, elas se aderem à membrana plasmática e sofrem exocitose, que é o processo de eliminação para o meio externo (Figura 18). AN02FREV001/REV 4.0 98 FIGURA 18. PROCESSO DE ENDOCITOSE EXOCITOSE FONTE: Disponível em: http://www.biologia.blogger.com.br/. Acesso em: 21 Ago. 2012. Transporte passivo O transporte passivo é aquele que ocorre sem o gasto de energia. Pode ser por difusão ou por difusão facilitada. Difusão A difusão é o processo pelo qual as substâncias passam de um local onde elas estão em maior quantidade para outro onde elas estão em menor quantidade. Difusão facilitada O transporte facilitado ocorre quando a substância atravessa a membrana ligando-se a uma molécula que facilite a sua passagem. Transporte ativo AN02FREV001/REV 4.0 99 Transporte ativo é caracterizado pela passagem da substância pela membrana por meio da ocorrência de gasto energético. Algumas propriedades interferem na absorção da substância nociva pelo trato gastrintestinal. As principais são: Tamanho e peso molecular da substância Quanto maior o tamanho e peso molecular de uma substância tóxica mais difícil será sua absorção e distribuição pelo organismo. Ionização da substância Esta propriedade está relacionada ao pH do meio de absorção. Quando a substância encontra-se ionizada no meio de absorção ela dificilmente é absorvida. Quando se encontra não ionizada ela é facilmente absorvida pela membrana. Solubilidade da substância no meio de absorção A substância tóxica para circular pelo organismo deve ter um equilíbrio entre hidrossolubilidade e lipossolubilidade, podendo assim atravessar a membrana e solubilizar-se na corrente sanguínea. Outros fatores relacionados ao indivíduo também podem influenciar na absorção das substâncias nocivas como: o estado de plenitude gástrica do indivíduo; o tempo de permanência da substância nos diferentes compartimentos do trato gastrintestinal; a idade do indivíduo, dentre outras. c) Pelo contato com a pele A pele é um órgão formado por múltiplas camadas de tecidos e contribui com cerca de 10% para o peso corpóreo. No estado íntegro, a pele constitui uma barreira efetiva contra a penetração de substâncias químicas exógenas. No entanto, algumas substâncias podem sofrer absorção cutânea. As substâncias químicas podem ser absorvidas, principalmente, pelas células epidérmicas ou folículos pilosos. Diferentes fatores podem influenciar na absorção de uma substância: Fatores ligados ao organismo: a superfície corpórea; volume total de água corpórea; abrasão da pele; fluxo sanguíneo pela pele; queimaduras químicas ou térmicas; e pilosidade; Fatores ligados ao agente químico: volatilidade e viscosidade; grau de ionização; e tamanho molecular; AN02FREV001/REV 4.0 100 Fatores ligados à presença de outras substâncias na pele: Vasoconstritores; veículos; água; agentes tenso-ativos; e solventes orgânicos. Fatores ligados às condições de trabalho: tempo de exposição; temperatura do local de trabalho; o sexo do indivíduo, etc. 5.3 BIOMONITORAMENTO O biomonitoramento é um processo bastante utilizado na atualidade e consiste na utilização de seres vivos, parte de seres vivos ou comunidade de seres vivos, como ferramenta para mensurar a qualidade ambiental, baseando nas respostas dessas às alterações do ambiente. É um método que tem se mostrado eficiente, porém deve ser usado apenas como fonte de informações adicionais aos métodos tradicionais de avaliação. O biomonitoramento é, portanto, uma técnica de observação contínua de determinada área com auxílio de bioindicadores, que neste caso, são chamados de biomonitores. De acordo com estudos realizados, há três situações que levam à realização de um biomonitoramento: A ameaça verdadeira a determinada espécie nativa; Quando há o consumo humano de organismos potencialmente contaminados; Quando há o interesse em se conhecer a qualidade do ambiente em questão. O biomonitoramento é classificado em passivo ou ativo. No biomonitoramento passivo são utilizados biomonitores já existentes no local a ser avaliado; já no biomonitoramento ativo, os biomonitores são introduzidos em condições controladas. Dessa forma, o biomonitoramento é uma ferramenta usada em uma escala de tempo e espaço bem definidos. O biomonitoramento apresenta algumas vantagens quando comparado aos métodos de monitoramento convencionais, como as descritas a seguir: Permite a avaliação de riscos impostos por poluentes em ecossistemas; Permite detectar níveis crônicos ou agudos de contaminação do ar; AN02FREV001/REV 4.0 101 Integra fatores endógenos os organismos que podem influenciar a resposta à poluição; Integra fatores externos demonstrando efeitos sinérgicos e aditivos; Amplia a área monitorada, pelo seu menor custo; Apresenta diferentes sensibilidades e taxas de recuperação (avaliação de degradação e recuperação ambiental); Capacidade de concentrar e armazenar substâncias em seus tecidos, as quais muitas vezes não são detectadas por meios químicos. Não utilização de energia elétrica para a exposição; Os organismos usados nos estudos, os chamados biomonitores, apresentam uma relação intrínseca com o ambiente; As espécies usadas no biomonitoramento, as biomonitoras, são classificadas de acordo com suas capacidades, em: Espécies biomonitoras sentinelas: são utilizadas apenas para indicação; Espécies biomonitoras detectoras: ocorrem naturalmente no local e respondem ao estresse de forma capaz de ser medida. Espécies biomonitoras exploradoras: são espécies que reagem positivamente ao distúrbio ou agente estressor no ambiente. Espécies biomonitoras acumuladoras: são espécies capazes de acumular as substâncias nocivas, permitindo a análise da bioacumulação. Espécies biomonitoras bioensaios: são espécies usadas nas experimentações laboratoriais. A partir da identificação do tipo e do nível das alterações sofridas pelas espécies e do comportamento delas frente ao agente agressor, é possível construir uma metodologia de biomonitoramento em cada situação ambiental específica. Diante do exposto, veremos agora as principais aplicações do biomonitoramento: AN02FREV001/REV 4.0 102 Biomonitoramento da qualidadeda água O biomonitoramento do ambiente aquático é indicado na detecção do nível de comprometimento da vida aquática e também na avaliação do nível de degradação ambiental. O nível de substâncias nocivas no ambiente aquático vem aumentando de uma forma assustadora nas últimas décadas devido às atividades humanas, acarretando na redução da qualidade do ecossistema. São várias as fontes emissoras de poluição ao sistema aquático, como: a descarga de lixos tóxicos industriais, os derrames acidentais de lixos químicos, o lançamento de esgoto doméstico, os processos de drenagem agrícola, o derrame acidental de compostos da indústria petroquímica, a contaminação por metais pesados, agrotóxicos e vários outros agentes tóxicos. Várias espécies têm sido utilizadas no biomonitoramento do ambiente aquático, porém os macroinvertebrados bentônicos (anelídeos, moluscos, crustáceos e insetos) estão sendo largamente utilizados por apresentarem diversas características favoráveis aos estudos de avaliação da sanidade ambiental aquática. Dentre as características mais importantes estão as seguintes: Apresentam o ciclo de vida longo, podendo viver semanas, meses ou anos; São organismos grandes; São organismos sésseis ou de pouca mobilidade; São de fácil amostragem; Baixos custos; Elevada diversidade taxônomica e de fácil identificação; São organismos sensíveis a diferentes concentrações de poluentes no meio. De acordo com vários estudos já realizados, existem espécies de macroinvertebrados bentônicos que são tolerantes à poluição e outras que são intolerantes. Exemplos: AN02FREV001/REV 4.0 103 Tolerantes: família Chironomidae (Diptera). Intolerantes: ordens de insetos (Ephemeroptera, Trichoptera e Plecoptera). As tolerantes são espécies com grande capacidade de adaptação às novas condições do ambiente. São largamente encontradas em locais eutrofizados, já que desenvolveram mecanismos para viverem em locais pobres em oxigênio dissolvido. A eutrofização A eutrofização é um fenômeno decorrente da poluição das águas com esgoto doméstico, fertilizantes, caracterizando no aumento da concentração de minerais (nitratos e fosfatos, principalmente). Essa maior concentração faz com que haja a proliferação de algas microscópicas que passam a localizarem-se nas superfícies dos corpos aquáticos, impedindo a realização da fotossíntese pelos organismos presentes nas camadas mais profundas. Assim, há uma diminuição da concentração de oxigênio e a proliferação de bactérias decompositoras. A falta de oxigênio gera a mortandade das espécies e a decomposição passa a ser anaeróbica causando a liberação de gases tóxicos, como o sulfúrico, que causa o cheiro forte típico do fenômeno (Figura 19). FIGURA 19. FENÔMENO DA EUTROFIZAÇÃO FONTE: Disponível em: http://www.infoescola.com/ecologia/eutrofizacao/. Acesso em: 21 Ago. 2012. AN02FREV001/REV 4.0 104 Além da utilização da fauna, o fitoplâncton também é uma ferramenta utilizada no biomonitoramento. Outras espécies utilizadas são as macrófitas aquáticas, por apresentarem uma excelente capacidade de bioacumulação. Há exemplos de estudos em que foram utilizados peixes, porém, as espécies citadas anteriormente são as mais utilizadas. Abaixo serão apenas citados exemplos de biomonitoramento aquático. Neste estudo foram utilizadas populações de tilápias (peixes) no biomonitoramento da Lagoa Grande, em Patos de Minas – MG. A hipótese do estudo era que a respectiva lagoa estaria sendo contaminada pela lavagem de filtros da Companhia de água e Esgoto da cidade, bem como pelo recebimento de água de outras nascentes. Escolheram as tilápias por serem espécies altamente sensíveis às adversidades ambientais e serem de fácil manipulação em laboratório. De acordo com os resultados obtidos, os peixes realmente estavam expostos a agentes tóxicos com elevado potencial genotóxico. AN02FREV001/REV 4.0 105 Neste estudo foram utilizadas diversas espécies de macroinvertebrados bentonicosmno biomonitoramento do Reservatório Ituparanga. Com os resultados foi possível concluir que a bacia encontra-se em um estado aceitável, apesar de algumas evidências de contaminação. Neste estudo também foram utilizados macroinvertebrados bentônicos no biomonitoramento da Bacia dos Sinos. Foram obtidos diversos índices de diversidade e encontraram uma forte correlação entre esses índices e a qualidade da água e o grau de degradação ambiental. Confirmando, assim, que os macroinvertebrados bentônicos são excelentes espécies bioindicadoras da qualidade ambiental. AN02FREV001/REV 4.0 106 Neste trabalho foram utilizados peixes no biomonitoramento para elucidar a extensão da poluição causada por efluentes de um curtume, ricos em cromo e chumbo, descartados em ambiente aquático localizado em Guarapuava – PR, Brasil. Após os resultados obtidos, verificaram a ampla extensão da poluição com os metais. Biomonitoramento da qualidade do ar O biomonitoramento do ar objetiva mensurar os danos causados aos seres vivos pela poluição atmosférica. Várias espécies são utilizadas no biomonitoramento atmosférico, porém as mais utilizadas são as plantas. Essas foram divididas em dois grupos: Plantas de acúmulo: são plantas que apresentam a capacidade de bioacumulação, ou seja, a acumulação em seus tecidos das substâncias nocivas. Plantas de alteração: são plantas que apresentam mutações genéticas em sua formação. As principais espécies de plantas utilizadas nos estudos de biomonitoramento da qualidade do ar são: O tabaco - Nicotina tabacum O choupo - Populus nigra A Trandescatia - híbrido entre Trandescatia subicaulis e T. hirsutifolia As gramíneas - Lolium multiflorum A couve - Brassica oleracea AN02FREV001/REV 4.0 107 Os principais agentes tóxicos biomonitorados por essas espécies são: o ozônio troposférico (O3); o dióxido de carbono (CO2); o dióxido de enxofre (SO2); metais pesados; hidrocarbonetos aromáticos; compostos halogenados e NO2. Daremos alguns exemplos de biomonitoramento da qualidade do ar: Foram realizadas pesquisas com a briófita Sphagnum sp. para avaliar a presença de metais e elementos tóxicos presentes no ar. Foram analisados os teores de metais no ar e comparados aos teores obtidos nas amostras de regiões mais próximas e mais distantes das principais indústrias metalúrgicas da região. Foi possível assim comprovar a eficiência da bioacumulação de metais pelas amostras de briófitas, podendo utilizá-las em um biomonitoramento extensivo da poluição atmosférica em regiões industriais. Neste estudo, foi utilizado o tabaco (Nicotiana tabacum L.) para o biomonitoramento da poluição atmosférica no município de Uruguaiana, RS. O tabaco é um bioindicador do ozônio. O ozônio troposférico é altamente tóxico, mesmo em baixas concentrações. As folhas de tabaco foram analisadas visualmente quanto à presença de necroses foliares, padrão de crescimento e teor AN02FREV001/REV 4.0 108 de clorofila. Esses sintomas são resultantes da interação do ozônio com alguns componentes da célula do tecido foliar; colapso da célula e água concentrada na vizinhança da interação; branqueamento da clorofila dentro da célula injuriada e colapso da estrutura foliar em torno da célula danificada. 5.4 TESTES DE TOXICIDADE EM OGANISMOS AQUÁTICOS Os testes de toxicidade são realizados paracomplementar as análises físico- químicas. São estabelecidos, a partir desses testes, padrões de emissão visando a identificação de problemas de poluição aquática, bem como o gerenciamento de planos de controle e monitoramento dos ecossistemas. O teste de toxicidade é uma ferramenta utilizada para avaliar os danos causados aos organismos aquáticos. Para isso, são utilizados organismos representativos do ecossistema aquático e estes são submetidos a diferentes concentrações de um ou mais agentes nocivos, por um período de tempo predeterminado. Nos testes de toxicidade são utilizados vários representantes da cadeia alimentar da biota aquática como forma de garantir os resultados. Os testes de toxicidade são classificados de acordo com diversos critérios. Os mais importantes são: Classificação de acordo com a intensidade do efeito Testes de toxicidade aguda A toxicidade aguda é a resposta severa e rápida dos organismos aquáticos a um estímulo que pode se manifestar em um período de até 96 horas. É responsável por provocar quase sempre a letalidade. O objetivo do teste de toxicidade aguda é determinar a Concentração Letal Média (CL50), a que metade dos indivíduos morre depois de determinado tempo de exposição ao agente tóxico. AN02FREV001/REV 4.0 109 Testes de toxicidade crônica Os testes de toxicidade crônica dependem diretamente dos resultados dos testes de toxicidade aguda, uma vez que as concentrações subletais são calculadas a partir da CL50. O efeito crônico é definido como sendo a resposta a um estímulo que continua por um longo tempo. No ambiente aquático, observam-se os efeitos crônicos, quando os efluentes industriais “tratados“ são lançados continuamente nos corpos receptores. Dessa forma, os organismos se expõem a baixas concentrações de determinados poluentes durante longos períodos de tempo, ocasionando efeitos crônicos a níveis subletais e até mesmo letais ao longo do tempo. Classificação de acordo com a duração Curta duração; Duração intermediária; Longa duração. Classificação de acordo com o método de adicionar a solução teste Sistema estático; Sistema semiestático; Fluxo contínuo. Classificação de acordo com o propósito As condições ambientais do meio ambiente para a vida aquática; Variáveis ambientais favoráveis ou não favoráveis tais como oxigênio dissolvido (OD), potencial hidrogênionico (pH), temperatura, salinidade ou turbidez; Efeitos das variáveis ambientais em presença de resíduos tóxicos; A toxicidade de resíduos a determinadas espécies; A sensibilidade relativa de organismos aquáticos a um efluente ou a um composto e/ou substância tóxica; Tipo e extensão que um tratamento de resíduos necessita para alcançar os limites ou requerimentos do controle de poluição aquática; AN02FREV001/REV 4.0 110 Eficácia de métodos de tratamento de resíduos; Estimar o descarte permissivo de resíduos; Compilação dos parâmetros para a qualidade de águas e padrões de lançamento de efluentes. São exemplos de algumas espécies mais utilizadas em testes de toxicidade, de acordo com o nível trófico: Algas de água doce: Chlorella vulgaris; Scenedesmus quadricauda; Scenedesmus subspicatus; Pseudokirchnerilla subcapitata. Algas de água marinha: Phaeodactylum tricornutum; Asterionella japonica; Dunaliella tertiolecta; Champia parvula. Microcrustáceos de água doce: Daphnia magna; Daphnia similis; Ceriodaphnia dúbia; Hyalella azteca; Hyalella meinerti. Microcrustáceos de água marinha: Mysidopsis Bahia; Mysidopsis juniae; Leptocheirus plumulosus; Tiburonella viscana; Artemia salina. Moluscos de água marinha: Mytilus edulis; Crassostrea rhizophorae. Equinodermos: Arbacia lixula; Arbacia punctulata; Lytechinus variegatus; Peixes de água doce: Pimephales promelas; Danio rerio; Poecilia reticulata; Oncorhynchus mykiss; Lepomis macrochirus. Peixes de água marinha: Menidia beryllina; Menidia menidia; Cyprinodon variegatus. Insetos de água doce: Chironomus sp; Hexagenia sp. Bactérias de água doce: Spirillum volutans; Pseudomonas fluorescens. Salmonella typhimurium. Bactérias de água marinha: Vibrio fischeri (anteriormente denominada Photobacterium phosphoreum). Dentre os diversos métodos de testes de toxicidades com organismos aquáticos, os mais utilizados são: Para algas AN02FREV001/REV 4.0 111 Teste de inibição de crescimento algal para Chlorella vulgaris (toxicidade aguda) A Chlorella vulgaris é uma espécie de alga verde. Ela é mantida em meio de cultura apropriada e condições controladas de temperatura e luminosidade. O método consiste na exposição da cultura da alga a várias concentrações do agente químico, por um período de exposição de 72 horas. Objetivos: avaliação da toxicidade de agentes químicos sobre o crescimento da cultura mono específica de algas. Ou seja, determinar a concentração efetiva do agente tóxico. Teste toxicidade crônica por método de ensaio com algas (Chorophyceae) As espécies utilizadas são: Chlorella vulgaris, Scenedesmus subspicatus e Pseudokirchneriella subcaptata, anteriormente denominada de Selenastrum capricornutum. Objetivo: determinar se a amostra exerce um efeito algicida ou algistático sobre as células, por um período de 96h. O efeito tóxico é determinado pela inibição do crescimento da biomassa das algas. Teste de inibição do crescimento e da fluorescência de Scenedesmus subspicatus Teste de natureza crônica. Objetivo: determinação do efeito tóxico a partir da comparação da reprodução das algas nas diluições-teste em relação ao controle onde não há presença da amostra, por um período de 96h sob condições definidas. O efeito observado é a redução da fluorescência das algas sob presença da substância teste, substância tóxica diluída. Para microcrustáceos Teste de inibição da capacidade natatória de Daphnia magna Teste de natureza aguda. Objetivo: determinação do efeito danoso na capacidade natatória dos organismos, ou seja, sua motilidade. AN02FREV001/REV 4.0 112 O método consiste na exposição de indivíduos jovens do organismo-teste, por um período de 24h a 48h a várias diluições de uma amostra Teste de toxicidade aguda para Daphnia similis Objetivo: avaliar a toxicidade aguda de agentes químicos para o microcrustáceo Daphnia similis, por meio da sua motilidade. O método consiste na exposição de indivíduos jovens de Daphnia similis a várias concentrações do agente químico, por um período de 48 horas, nas condições prescritas. Teste de toxicidade crônica para Daphnia similis Objetivo: avaliar a toxicidade crônica de agentes químicos, durante a exposição de uma geração de Daphnia similis a diferentes concentrações do agente químico, por um período de 21 dias de exposição. Avalia-se os efeitos da substância nociva sobre a sobrevivência, crescimento e reprodução. Teste de avaliação da toxicidade crônica para Ceriodaphnia dubia Objetivo: avaliar a toxicidade crônica de agentes químicos à Ceriodaphnia dubia por meio da exposição de fêmeas a várias concentrações da substância, por sete dias. Avalia-se o número médio de jovens produzidos partenogenicamente, por fêmea, e o número de fêmeas adultas sobreviventes. Para peixes Testes de avaliação de toxicidade aguda para peixes Objetivo: avaliar a toxicidade aguda de agentes químicos para espécies de peixes, pela exposição a várias concentrações do agente químico, em um sistemade fluxo contínuo, por um período de 96 horas de exposição. Espécies mais utilizadas: da família Characidae; as espécies Pimephales promelas e Danio rerio, Brachydanio rerio; da família Cyprinidae e a espécie Poecilia reticulata da família Poecilidae. Teste de avaliação da toxicidade crônica para peixes Objetivo: avaliar a toxicidade crônica de agentes químicos durante os estágios larvais de peixes. AN02FREV001/REV 4.0 113 O método consiste na exposição de larvas de peixes recém-eclodidas a várias concentrações do agente tóxico, em sistemas de fluxo contínuo, por um período de 7 a 28 dias de exposição. Avaliam-se os efeitos deletérios do agente tóxico à sobrevivência e/ou crescimento dos organismos. Espécies mais utilizadas: Pimephales promelas e Danio rerio, Brachydanio rerio. Teste de avaliação da bioconcentração em peixes Objetivo: avaliar o grau de bioconcentração de agentes químicos em peixes. O método consiste na exposição de espécies de peixes a diferentes concentrações da substância teste durante certo período de tempo. A partir destes dados é calculado o fator de bioacumulação no estado de equilíbrio e as constantes de assimilação e depuração do agente em estudo. A este método se aplica as espécies de peixes de águas continentais e marinhas. Para bactérias Teste de inibição de bioluminescência de bactérias O ensaio biológico de inibição de bioluminescência de bactérias é um teste de inibição metabólica que utiliza uma suspensão padronizada de bactérias luminescentes como organismo-teste sob condições padronizadas. Esta metodologia de teste proporciona um rápido, confiável e conveniente meio de determinar a toxicidade aguda. O método de ensaio consiste na exposição de bactérias bioluminescentes vivas, Vibrio fischeri (anteriormente denominadas Photobacterium phosphoreum), a uma amostra teste por um período de 15 min à 2h. O efeito tóxico é mensurado pela medição comparativa de emissão de luz de bactérias reidratadas e liofilizado depois da exposição a uma série de diluições específicas de uma amostra e compara se com a luz emitida de um controle branco (p.e, células bacterianas em suspensão em diluente apenas). Teste de citotoxicidade (Teste de Ames) Objetivo: detectar os efeitos tóxicos crônicos de um poluente ambiental sobre os organismos vivos expostos aos mesmos. AN02FREV001/REV 4.0 114 O método consiste na exposição do organismo-teste, Salmonella typhimurium a diluições da amostra por um período de 2 a 3 dias. O efeito tóxico pode ser detectado por uma redução no número de colônias, um clareamento ou por uma diminuição do halo de fundo, ou pelo grau de sobrevivência de culturas tratadas. Teste de genotoxicidade (Umu teste) O Umu teste é baseado no uso da bactéria geneticamente projetada Salmonella typhimurium. O método de ensaio consiste na exposição do organismo a uma amostra por um período de 30h (1 dia de preparo e 6h de exposição). O efeito tóxico é mensurado pela medição da atividade de β-galactose nas culturas de teste comparadas com o controle. AN02FREV001/REV 4.0 115 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. 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