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24/05/2016 1 24/05/2016 1 Toxicologia Ambiental e Ecotoxicologia 2016.1 PROF. MSc GUSTAVO HENRIQUE DE MEDEIROS OLIVEIRA 24/05/2016 2 NH3 – Amônia NH4 + – Amônio HNO2 – Ácido Nitroso HNO3 – Ácido Nitríco NO3 – Nitrato NO2 – Nitrito SO4 -2 – Sulfato H2S – Sulfeto H2SO4 – ácido Sulfiurico PAN – Nitrato de Peroxila 24/05/2016 2 24/05/2016 3 • Estuda os efeitos nocivos de substâncias químicas presentes no ambiente sobre a saúde humana ou sobre outra espécie específica. Toxicologia ambiental: • Estuda os efeitos nocivos da exposição prolongada à substâncias químicas no ecossistema. Ecotoxicologia: TOXICOLOGIA AMBIENTAL X ECOTOXICOLOGIA 24/05/2016 4 Contaminação por agentes tóxicos Prejuízos ao meio ambiente: flora e fauna ECOTOXICOLOGIA Prejuízos ao ser humano: TOXICOLOGIA AMBIENTAL Aumento de número e tamanho de cidades Desmatamento TOXICOLOGIA AMBIENTAL X ECOTOXICOLOGIA 24/05/2016 3 24/05/2016 5 Toxicologia ambiental Ecotoxicologia Esquema de distinção entre ecotoxicologia e toxicologia ambiental. Aspectos relativos aos ecossistemas Aspectos relativos à saúde humana Fonte: Bernardi et al. “Ecotoxicologia”. In: Spinosa, Górniak e Palermo-Neto “Toxicologia Aplicada à Medicina Veterinária”. Ed. Manole, 1ª ed., p. 815-856, 2008. 24/05/2016 6 Finalidade da Toxicologia Ambiental Verificar as condições de risco para propor MEDIDAS PREVENTIVAS, como as MONITORIZAÇÕES AMBIENTAL E BIOLÓGICA e o CONTROLE DAS FONTES EMISSORAS DE POLUIÇÃO. 24/05/2016 4 24/05/2016 7 PRINCIPAIS FONTES DE CONTAMINAÇÃO DO MEIO AMBIENTE Naturais Atividade vulcânica Incêndios florestais não causados pelo homem (CO2) Maré vermelha Acúmulo de arsênio em animais marinhos ou água. Antropogênicas Esgoto e lixo doméstico e industrial Queima de combustível por indústrias e veículos automotores Queimadas intencionais Uso indiscriminado de fertilizantes e de praguicidas. 24/05/2016 8 HOMEM AR ÁGUA ALIMENTO SOLO ALIMENTO Inter-relação dos contaminantes presentes nos diversos compartimentos do meio-ambiente com o homem 24/05/2016 5 24/05/2016 9 A constante troca de elementos entre os compartimentos ambientais é designado de CICLO BIOGEOQUÍMICO. Complexa interação de processos biológicos, químicos e físicos que controlam a reciclagem da matéria e da energia na superfície da Terra. Estuda o transporte, as transformações e a trajetória das substâncias no ambiente natural. Ciclos biogeoquímicos Oxigênio Carbono Nitrogênio Enxofre 24/05/2016 10 CICLO DO OXIGÊNIO FONTE: Rosa et al. Importância da compreensão dos ciclos biogeoquímicos para o desenvolvimento sustentável. www.iqsc.usp/iqsc acessado em 20/10/2008 às 15:20h. O oxigênio se une à átomos de H e forma moléculas de água que poderão ter diferentes destinos. Ciclo do oxigênio = ciclo da água 24/05/2016 6 24/05/2016 11 CICLO DO CARBONO FONTE: Rosa et al. Importância da compreensão dos ciclos biogeoquímicos para o desenvolvimento sustentável. www.iqsc.usp/iqsc acessado em 20/10/2008 às 15:20h. O carbono das plantas e dos animais pode seguir três caminhos: 1. pela respiração é devolvido na forma de CO2; 2. passa para os animais superiores via cadeia alimentar; 3. pela morte e decomposição volta a ser CO2. Fontes antropogênicas de desequilíbrio desse ciclo: ELEVAÇÃO DA [CO2] -queimadas -emprego e queima de combustíveis fósseis. EFEITO ESTUFA 24/05/2016 12 CICLO DO NITROGÊNIO Apenas algumas formas de bactérias conseguem transformar o N2 presente no ar atmosférico em NH3, para a síntese de proteínas e ácidos nucléicos. N2 + 3H NH3 Reação de fixação Bactérias simbiontes, cianobactérias, bactérias radícolas (Rhizobium, Anabaena), bactérias biofixadoras de vida livre (Azotobacter – aeróbia, Clostridium – anaeróbia). NH3 + H20 NH4OH NH4 + + 0H- Reação de amonização Decompositores atuam sobre matéria orgânica (proteínas). Solo e ar 24/05/2016 7 24/05/2016 13 A conversão de íons amônio em nitrito e nitrato é conhecida por nitrificação e ocorre por bactérias nitrificantes (Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrobacter). 2NH3 + O2 2HNO2 + 2H2O + energia Reação de nitrosação HNO2 + 202 HNO3 + energia Reação de nitração POLUENTES! Pode ocorrer a fotólise do NO2 formando O3! HNO3 --------> H + + NO3 - (íons nitrato) HNO2 --------> H + + NO2 - (íons nitrito) 24/05/2016 14 A amônia produzida pelos decompositores pode ser transformada em N2 livre, desprendendo-se para a atmosfera. Essa reação, conhecida como denitrificação, é realizada pelas bactérias desnitrificantes. Importantíssima reação pois impede aumento da concentração de nitratos no solo. 2NH3 + O2 N2 + 3H2O Reação de denitrificação 24/05/2016 8 24/05/2016 15 Portaria 2.914/11 do Ministério da Saúde. O valor máximo permitido é de 10 mg/l. 24/05/2016 16 CICLO DO ENXOFRE Forma oxidada forma reduzida SO4 -2 H2S Emissões industriais Queima de combustíveis fósseis Queima de carvão (termoelétricas) Aumentam as concentrações de SOx no ambiente SO4 + H2O H2SO4 CHUVA ÁCIDA Dessulfovíbrias Tiobacilos e bactérias de enxofre incolores, verdes e roxas. Solução: etanol, pois não emite SOx para o ambiente. MAS, a queima da cana emite CO2 e partículas para a atmosfera. POLUENTE! 24/05/2016 9 24/05/2016 17 • É qualquer alteração quali ou quantitativa da constituição da atmosfera, suficiente para produzir um efeito mensurável sobre o homem, outros animais e minerais. O que é poluição atmosférica? O2 Gases atmosféricos nitrogênio oxigênio argônio Outros gases: CO2 ( 0,035%) e vapor de água 0,93% 20,95% 78,08% 24/05/2016 18 Poluentes ou contaminantes do ar atmosférico Substâncias químicas que excedem as concentrações naturais e causam danos aos seres vivos e ao ecossistema; presentes na água, solo e ar. 24/05/2016 10 24/05/2016 19 • Emitidos diretamente na atmosfera por fonte conhecida. • Monóxido de carbono • Óxidos de enxofre • Hidrocarbonetos • Material particulado • Óxidos de nitrogênio Primários: 24/05/2016 20 • Produzidos no ar após a interação entre dois ou mais poluentes primários. • Ozônio em baixas altitudes • Ácido sulfúrico • Ácido nítrico Secundários: 24/05/2016 11 24/05/2016 21 Classificação das fontes emissoras • Indústrias e vulcões • SOx e MP FONTES ESTACIONÁRIAS (FIXAS) • Veículos automotores • CO, HC e Nox FONTES MOVÉIS • SOx, MP, CO, NOx, HC PRINCIPAIS POLUENTES DA ATMOSFERA 24/05/2016 22 PANS - nitratos de peroxiacila 24/05/2016 12 24/05/2016 23 Efeitos tóxicos causados pelos poluentes do ar • Dependem das condições de exposição e das respostas individuais. • Intoxicação aguda: acidentes ou situações desfavoráveis à dispersão dos poluentes (inversão térmica) • Intoxicações crônicas: exposições prolongadas Efeitos agudos Efeitos crônicos Lacrimejamento; Dificuldades de respiração; Menor capacidade física. Alteração da visão, Menor ventilação pulmonar; Asma e bronquite; Doenças cardiovasculares; Enfisema e câncer pulmonar. 24/05/2016 24 AVALIAÇÃO DA POLUIÇÃO DO AR Empregada para controlar a qualidade do ar. Por amostragem analisa-se o ar em pontos estratégicos das cidades grandes. Os níveis devem obedecer o padrão de qualidade do ar proposto para cada poluente. Monitorização ambiental CONAMA 03/90 – Define LEGALMENTE um limitemáximo para a concentração de um componente atmosférico, que garanta a proteção da saúde e do bem estar das pessoas. São baseados em estudos científicos 24/05/2016 13 24/05/2016 25 A monitorização ambiental é restrita a um número de poluentes, selecionados em função da sua toxicidade ou frequência com que aparecem no meio ambiente. • SO2 PQ ar= 365ug/m3 (24h) e 80ug/m3 (média anual) • MPs PQ ar partículas totais = 240ug/m3 (24h) e 80ug/m3 (média anual) PQ ar partículas inaláveis= 150ug/m3 (24h) e 50ug/m3 (média anual) • NOx PQ ar NO2 (1h)= 320ug/m3 e 100ug/m3 (média anual) • HC PQ ar O3 (1h) = 160ug/m3 • O3 • CO PQ ar (média de 8h)=9 ppm PQ ar (1h)=35 ppm Áreas de muito tráfego chegam à 5ppm; em centros urbanos chegam à 100 ppm. INDICADORES DA QUALIDADE DO AR 24/05/2016 26 • Utilização de biodiesel • Veículos elétricos • Fiscalização (vistorias) • Planejamento urbano (edificações e arborização – cortina de árvores é capaz de reter mais de 80% das partículas inaláveis emitidas pelos motores à diesel). PROPOSTAS PARA A REDUÇÃO DA POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA • Avaliar a qualidade do ar, comparando com os limites legais (PQs ar); • Fornecer subsídios para a proposta de ações adequadas, quando os limites forem ultrapassados; • Acompanhar as alterações e as tendências da qualidade do ar no decorrer do tempo. Objetivos da monitorização ambiental 24/05/2016 14 24/05/2016 27http://www.cetesb.sp.gov.br/Ar/ar_indice_padroes.asp 24/05/2016 28 • somente os HC policíclicos aromáticos oferecem riscos à saúde humana, pois são carcinógenos por possuírem carbono eletrofílico. • os poluentes secundários: PAN, aldeídos e O3 são irritantes das vias aéreas. Efeitos nocivos • Regulagem de motor • Uso de catalisadores • Troca de combustível Controle da poluição Monitorização ambiental: emprega-se a concentração de O3 no ar PQ ar (1h) = 160ug/m3 24/05/2016 15 24/05/2016 29 24/05/2016 30 COMPOSTOS DE ENXOFRE (SOX) Fontes naturais: Vulcões Destruição de matéria orgânica Fontes antropogênicas: Combustão de carvão; Combustão de derivados do petróleo; Veículos automotores (pequena-diesel) SO2 = protótipo e poluente primário H2SO4= poluente secundário SO2 + O3 SO3 + H2O H2SO4 Ozônio de baixa altitude Umidade relativa do ar CHUVA ÁCIDA ecotoxicologia SO2 + O2 SO3 SO3 + O2 SO4 + H2O H2SO4 24/05/2016 16 24/05/2016 31 EFEITOS NOCIVOS NO HOMEM SO2 Gás hidrossolúvel retenção nas vias aéreas superiores Ação irritante: rinite, laringite, faringite, broncoconstrição, secreção e muco. H2SO4 Ação irritante: bronquite crônica SO4 Controle da poluição • Substituir o carvão por outra fonte de energia • Retirar o enxofre dos combustíveis • Utilizar chaminés altas • monitorização ambiental: PQ SO2 ar= 365ug/m3 (24h) e 80ug/m3 (média anual) 24/05/2016 32 Material particulado (MPs) • São partículas sólidas ou líquidas lançadas na atmosfera. • Principais fontes: são estacionárias • Indústrias de mineração, siderúrgicas, pedreiras e cimento. • Fontes móveis: emitem 30% do total de MP. Classificação • Poeiras: partículas sólidas geradas por desagregação mecânica. • Fumos: partículas sólidas geradas pela combustão, sublimação, etc. • Fumaças: partículas sólidas geradas pela combustão orgânica. • Névoas: partículas líquidas obtidas por processos mecânicos diversos. • Neblinas: partículas líquidas obtidas por condensação de vapores. 24/05/2016 17 24/05/2016 33 •Depende do tamanho (diâmetro) da partícula. • Entre 5-30um: deposição na região nasofaríngea por impactação; • Entre 1-5um: deposição na região traqueobranquial por sedimentação; • Entre 0-1um: atingem os alveólos por difusão. Efeitos nocivos 24/05/2016 34 • Relacionados ao tipo de substância que compõe a partícula. • Geral: doenças respiratórias como asma e bronquite. • Adsorvem gases tóxicos (SOx e NOx) carreando-os até os alvéolos. Efeitos tóxicos: • Regiões nasofaríngea e traqueobronquial: depuração mucociliar • Região alveolar: depuração mucociliar e ação de macrófagos Remoção 24/05/2016 18 24/05/2016 35 • Equipamentos antipoluição nas indústrias: • separadores mecânicos (câmaras de poeira) • precipitadores eletrostáticos • lavadores na saída das chaminés • filtros de tela ou carvão ativados Controle da poluição • Ar partículas totais = 240ug/m3 (24h) e 80ug/m3 (média anual) • Ar partículas inaláveis= 150ug/m3 (24h) e 50ug/m3 (média anual) Monitorização ambiental: 24/05/2016 36 MONÓXIDO DE CARBONO (CO) Gás inodoro e incolor gerado na combustão incompleta de matéria orgânica. Menos denso que o ar, atinge elevadas altitudes. Fontes naturais: Vulcões Queimadas Descargas elétricas em tempestades Fontes antropogênicas: Veículos automotores movidos a gasolina (principal) Siderúrgicas Produzem quantidades semelhantes! Remoção: microorganismos no solo. Cidades com asfalto: remoção reduzida! CO CO2 24/05/2016 19 24/05/2016 37 Efeitos nocivos: CO + Hb COHb Impede o transporte de O2 até as células = anóxia tecidual. CO ppm %COHb Sinais e sintomas 60 10% Dificuldade visual e cefaléia. 130 20% Dores abdominais, cefaléia, desmaios. 200 600 30% 50% Desmaio, paralisia, distúrbios respiratórios, colapso circulatório. Bloqueio das funções respiratórias, paralisia e coma. 24/05/2016 38 Controle da poluição para fontes móveis (automóveis) • regulagem do carburador para que a combustão seja completa; • presença de catalisadores nos escapamentos; • troca de combustível (GNV, etanol, etc.); • Carro elétrico. Controle de poluição para fontes estacionárias (indústrias) • reatores catalíticos. 24/05/2016 20 24/05/2016 39 • PQ ar (média para 8h)= 9 ppm; PQ ar (1h)= 35 ppm Monitorização ambiental: • LBE COHb (EPA)= 2% • LBE COHb (OMS)= 2,5 a 3% para não fumante • VR para não fumante= 5% Monitorização biológica: 24/05/2016 40 COMPOSTOS DE NITROGÊNIO (NOX) NO e NO2 são naturalmente encontrados na atmosfera (fontes naturais: bactérias). Os óxidos de nitrogênio (NOx) são poluentes primários (fonte antropogênica: combustão) N2 + O2 2NO 2NO + O2 2NO2 Principal fonte: automóveis. A maioria dos NOx são transformados em HNO3 e nitratos, depositando no solo e água POLUIÇÃO!! Pode também ocorrer a FOTÓLISE do NO2 no ar, formando O3 como produto POLUIÇÃO do ar!! Chuva ácida Ozônio em baixas altitudes 24/05/2016 21 24/05/2016 41 NO2 NO + O O2 O3 O2 Ciclo fotolítico do NO2 Luz UV Efeitos nocivos NO não provoca efeitos nocivos. NO2 é um gás irritante e lipossolúvel – chega aos alvéolos Intoxicação aguda: edema pulmonar Intoxicação crônica: enfisema pulmonar HNO3: irritante e compõem a chuva ácida Mecanismo de ação: peroxidação lipídica Controle da poluição Adequação das fontes móveis: -Uso de catalisadores -Regulagem do motor. Monitorização ambiental: PQ NO2 ar (1h)= 320ug/m3 e 100ug/m3 (média anual) 24/05/2016 42 • Contaminantes primários Hidrocarbonetos (HC) • Naturais: vegetação e fermentação bacteriana (metano e terpenos) • Antropogênicas: evaporação e queima incompleta de combustíveis fósseis, carvão e madeira. Veículos são principal fonte. Várias fontes: Os HC insaturados interferem no ciclo fotolítico do NO2 formando poluentes secundários como ozônio, aldeídos e nitrato de peroxiacila (PAN). Constituem o smog fotoquímico ou smogoxidante. 24/05/2016 22 24/05/2016 43 NO2 NO + O O2 O3 O2 Ciclo fotolítico do NO2 Luz UV NO2 NO + O O2 O3 Poluente secundário Interferência dos HC no ciclo fotolítico do NO2 Luz UV [ ] HC oxidado Poluente secundário = aldeídos, PAN. Consequências dessa interferência: Acúmulo de O3 Formação de aldeídos (principalmente formaldeído) Formação de PAN + inversão térmica = SMOG fotoquímico ecotoxicologia 24/05/2016 44
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