Ökotoksikoloogia kordamine (0)

Ökotoksikoloogia
1-2 slaidid
DDT - Diklorodifenüül trikloroetaan
•Esmakordselt sünteesitud 1847
•Kasutatud II maailmasõjas, et kontrollida malaaria ning
tüüfuse levikut sääskede ja täide vahendusel
•1948 antu keemik Paul Hermann Müllerile Nobeli
preemia selle kemikaali, mis oli väga efektiivne
erinevate putukate, näiteks lülijalgsete vastu, Nobeli
preemia
•Ideaalne insektitsiid ning olude sunnil kasutatakse
siiamaani – malaaria tõkestamiseks Aafrikas näiteks
•Mõjub putukatele närvimürgina
DDT takistab Na-kanali sulgumist ning K kanali avanemist närvirakkudes ja seega takistab närvirakkude polarisatsiooni. Olles pidevalt depolariseeritudolekus, rakud vabastavad neurotransmittereid ning põhjustavad seega pidevat ülieritust.
AKUUTNE MÕJU (kohene mõju, ei eelda organismide paljuniemistenne mõju avaldumist), ˂ 24 tundi
KROONILINE MÕJU (mõjujäreltulevatele põlvkondadele), ˃ 3 kuud
Kontsentratsioon näitab mingi koostisosa suhtelist sisaldust ainesegus või lahuses.
NOAEL –kõrgeim testitud doos , mis katseorganismidel kahjulikku efekti ei põhjustanud No Observed ( Adverse ) Effect Level
LOAEL –madalaim testitud doos, mis katseorganismidel põhjustas kahjulikku efekti Lowest Observed (Adverse) Effect Level
NO(A)EC –kõrgeim testitud kontsentratsioon, mis katseorganismidel kahjulikku efekti ei põhjustanud No Observed (Adverse) Effect Concentration
LO(A)EC –madalaim testitud kontsentratsioon, mis katseorganismidel põhjustas kahjulikku efekti Lowest Observed (Adverse) Effect Concentration
TOKSIKOLOOGIAon teadus mürgistest ainetest ja nende toimemehhanismidest
ÖKOTOKSIKOLOOGIAon teadus toksilistest ainetest keskkonnas ja sellest tingitud kahjulikest mõjudest
TOKSILISUS –kemikaali/aine omadus mõjuda teatud kontsentratsioonist alates elusorganismiga kokkupuutes sellele kahjulikult
TOKSIKANT- Kemikaal /aine, mis on potentsiaalselt toksiline.
Mikroobsed (bakterite) toksiinid : Botulismitoksiin,Teetanusetoksiin,Difeetriatoksiin
Mükotoksiinid:Aflatoksiinid
Vetikatoksiinid:Mikrotsüstiin, Saksitoksiin
Loomade toksiinid:MaomürgidKonnamürgid
KSENOBIOOTIKUM -Kemikaal, mida (normaalsetel tingimustel) ei esine looduses/bioloogilistes süsteemides (xeno–kr.k. “võõras”). Võivad olla nii kasulikud (n. arstirohud) kui ka kahjulikud/toksilised (n. plii).
TOKSIIN-Elusorganismi poolt toodetud toksiline orgaaniline aines
KAHJULIK MÕJU võib ulatuda väga väikestest muutustest kuni organismi surmani
Aine toksilisust on võimalik määrata üksnes BIOTESTIDEGA, eksponeerides vastavaid testorganisme uuritavale kemikaalile
Lävikontsentratsioon (thresholdvalue) –väikseimat kontsentratsiooni, mille puhul aine mõju veel ei näe
LD50poolletaalne doos-kemikaali doos, mis põhjustab 50% isendite surmaED50 poolefektiivne doos-kemikaali doos, mis põhjustab 50% isendite l teatavat efekti
LC50 poolletaalne kontentratsioon-kemikaali kontsentratsioon, mis põhjustab 50% isendite surma
EC50 poolefektiivne kontentratsioon-kemikaali kontsentratsioon, mis põhjustab 50% isendite surma
IC50 poolinhibitoornekontentratsioon-kemikaali kontsentratsioon, mis põhjustab 50% isendite surma
ppm– part permillion, miljondik (106)
ppb–part perbillion, miljardik (109)
ADME- Absorptsioon, jaotumine , metabolism, väljutamine (Absorption, Distribution, Metabolism, Excretion)
See, kui efektiivselt aine biolooglisedbarjäärid läbib, nimetatakse biosaadavuseks.Aine biosaadavus sõltub mitmetest selle aine omadustest:
•Hüdrofiilsus, hüdrofoobsus, lipofiilsus
•Aine ioniseerumisvõime(kas aine esineb ioonina või mitte)
•Molekulkaal
Lõpuks taandub aine liikumine organismis tema võimele läbida bioloogilisi membraane, mille ehitus on suhteliselt konserveerunud nii prokarüootseteskui eukarüootsetesorganismides
Ainete liikumine läbi membraani võib toimuda kas:
1. Lihtsa difusiooni teel –sellisel juhul peavad ained olema võimelised vabalt membraani läbima ning oluline on aine lipofiilsusehk rasvlahustuvus
2. Passiivse difusiooni teel – selliselt liiguvad kontsentratsioonigradiendi suunas väikesed molekulid, mis laengut ei oma. Selle, kas molekulide on või ei ole laengut, määrab keskkonna pH
3. Spetsiifilise transpordi teel -näiteks on membraanis olemas antud aine transportervalk. Sellisel moel liiguvad läbi membraani suure molekulmassiga mitte eriti rasvlahustuvadehk lipofiilsedained ning näiteks laetud ioonid ( ioonkanalid )
LIPOFIILSETEL AINETEL ON SUHTELISELT HEA BIOSAADAVUS- Lipiidid on raku membraanides on barjääriks raku sisekeskkonna ja väliskeskkonna veefaaside vahel-Ained, mis lahustuvad vees hästi ja lahustuvad osaliselt ka lipiidides on reeglina võimelised sisenema rakku kõige kergemini. Lahustuvus vees kindlustab aine ekspositsiooni rakule ja lahustuvus lipiidides tagab passiivse difusiooni läbi raku membraani
AINETE JAOTUMINE ORGANISMIS
Seega, ained võivad oma omadusest lähtuvalt jaotuda erinevalt:
•DDT kui väga rasvlahustuv aine ladestub rasvkudedesja sellest tulenevalt –kiire kaalukaotus võib vabastadaerinevaid rasvlahustuvaidvõimalikke toksikanteningseega tervisele suhteliselt kahjulik olla
•Plii (Pb) on raskmetall, mis ladestub luudes ning võib seal aastakümneid püsida enne võimalikku vabanemist
•Hõbe (Ag) on raskmetall, mille akumuleerumist nahakoes on näidatud mitmetes uuringutes
•Mitmed raskmetallid nagu kaadmium , plii, elavhõbe on näidatud akumuleeruvat inimese juustes (samuti üks tee toksilise aine kehast väljaviimiseks)
BIOAKUMULATSIOON –protsess, mille käigus toimub aine kogunemine organismi või selle osadesse aja jooksulabsorptsioon˃ ekskretsioon
BIOKONTSENTRATSIOON–erilinebioakumulatsiooniprotsess, mille tulemusel ainekontsentratsioonorganismison kõrgemkuiselleainekontsentratsioonorganismiümbritsevasõhusvõiveesabsorptsioon˃˃ ekskretsioon
ADITIIVSUS (1+1=2) Kui saasteainete segu komponendid omavad sarnast toimemehhanismi nii, et segu summaarne toksilisus on võrdne üksikkomponentide toksilisusega. Kõige levinum kemikaalide segude toimemehhanism.Näide: närviimpulsside ülekande aktiveerimise kaudu toimivate fosfororgaaniliste insektitsiidide toime liitub nende koos toimimisel
SÜNERGISM (1+1˃2)koos mõjuvad, Kui saasteainete segu komponendid omavad ennustatust suuremat mõju. Eriti ohtlik toimemehhanism, kuna on etteennustamatu ning madalam, kui aditiivsust eeldades ennustada võiksNäide: asbest ja sigaretisuits omavad suuremat mõju, kui need ained eraldivõetult
ANATGONISM (1+1˂2)aeglustab teise aine mõju. Kui saasteainete segu komponendid omavad ennustatust väiksemat mõju. Enamasti tee, mille kaudu toimivad näiteks antidoodidNäide: etanool metanoolimürgistusteraviks
BIOSAADAVUS –aine võime siseneda organismi (ajalooliselt on see mõiste olnud kasutusel farmakoloogias ning näitab, kui suur hulk ravimit jõuab sihtmärk-organini)
BIOAKUMULATSIOON –protsess, mille käigus toimub aine kogunemine organismi või selle osadeseaja jooksul
BIOLOOGILINE POOLESTUSAEG –millise aja jooksul väljutatakse organismist pool sinna sisenenud ainest
BIODEGRADATSIOON-orgaaniliste ainete muundumine lihtsateks anorgaanilisteks aineteks mikroorganismide toimel. Biodegradatsiooni kasutatakse sageli bioremediatsiooniläbiviimiseks
BIOKONTSENTREERUMINE–erilinebioakumulatsiooniprotsess, mille tulemusel ainekontsentratsioonorganismison kõrgemkuiselleainekontsentratsioonorganismiümbritsevasõhusvõivees
Biokontsentratsiooni faktor BCF
BIOVÕIMENDUMINE -protsess, mille jooksul aine kontsentreerub toiduahelas kõrgemates lülides
Biovõimendumisfaktor BMF
Slaid 3
Struktuur valemid :
PCB-Polüklooritud bifenüülid
Benseen -
Lühiajaline kokkupuude benseeniga võib põhjustada narkoosiehk kesknärvisüsteemi aktiivsuse pärssimise. Narkoos on üldine mittepolaarsele orgaaniliste ainete võime muuta membraanide voolavust ja läbi selle mõjutada membraanivalkude normaalset toimimist
BAH-
Polütsüklilised aromaatsed
süsivesinikud ehk
polüaromaatsed
süsivesinikud
(koosnevad ainult
Benseeni tuumadest)
Raskmetallid
Raskmetallid võivad moodustada lahustumatuid sulfiide ja hüdroksiide, moodustada kompleksioone
Metallid, mis on veest (tihedusega 1 g/cm3) 5kordaraskemadNäiteks:elavhõbeda(Hg)tihedus on 13.5g/cm3plii (Pb) tihedus on11.3g/cm3kaadmiumi (Cd) tihedus on8.7 g/cm3Võrdluseks: Mg tiheduson vaid 1.7g/cm3ja Ca1.5g/cm3
Raskmetallid võivad olla defineeritud toksiliste omadustega –enamasti omavad sellised metallid organismis kahjulikke mõjusid. Siiski on ka mõned raskemetallid normaalseks elutegevuseks mikroelementide koguses vajalikud: näiteks raud (Fe), mangaan (Mn) tsink (Zn), vask (Cu) tänu millele kasutatakse viimasel ajal ka terminit “traceelement” (mikroelement) termini “raskmetall” asemel.
Põhjused nende metallide ohtlikutekemikaalide nimekirja lisamiseks:-püsivad keskkonnas (neid ei saa lagundamise teel kahjutustada!)-püsivad kaua atmosfääris-võivad liikuda saasteallikast kaugele
HG- Elavhõbe
Keskkonnas on Hgja selle ühendid on kõige mürgisemad kaladele ja veeselgrootutele. Kalades toimub ka enamasti bioakumulatsioon ja biokontsentratsioon. Metüül elavhõbeda biokontsentratsiooni faktor BCF võib ulatuda üle 100 000
Kahjulikud mõjud organismile avalduvad ( kaladel ) neerudes, seedetraktis, paljunemisvõimetuses, DNA kahjustustes
Mõju inimestele:
Närvisüsteemi häired, eriti orgaaniliste elavhõbedaühendite puhul
HULLU KÜBARSEPA SÜNDROOOM
Anorgaanilise elavhõbeda akuutse ekspositsiooniga on seotud neerukahjustus
•Närvisüsteemi häired, eriti orgaaniliste elavhõbedaühendite puhul, mis läbivad kergemini vere-ajubarjääri
•Orgaanilised elavhõbedaühendid läbivad platsenta -vere barjääri ning võivad mõjutada loodet (on potentsiaalne teratogeen), kahjustada aju arengut, põhjustada koordinatsiooni häired
Milles väljendub toksilisus:
Elavhõbeda (Hg2+) juuresolekul aga S=S sildade moodustumine takistatud
•Hg2+ mõju avaldub seega läbi valkudes olevate aminohapete, mille koostises on väävel (-SH); selline aminohape on tsüsteiin
KAADMIUM
Mullas on Cd-ltendents sorbeerudaorgaanilisele ainele
•Sorptsioonmullas sõltub mulla pH-st–happelistes muldades on sorptsioonväiksem ning metall liikuvam
1940-1970. aastatel Jaapanis avastatud Itai-itai(ai-ai) tõbi oli samuti põhjustatud Cdakumuleerunud riisi söömisest. Sümptomid inimestel: neeru-, luu-ja liigesehaigused .
Taimi, mis akumuleerivad kaadmiumi ja teisi metalle rohkem, kui teise, nimetatakse hüperakumulaatoriteks. Näiteks see räni-kardhein Ceratophyllumdemersumkontsentreerib Cdca 1000 korda
Mõju inimese:
Koguneb algselt maksa, siis neeru, kus püsib pikalt (bioloogiline poolestusaeg inimeses 20-30.a.). Peamise mõjuna kahjustuvad neerud
•Kesknärvisüsteemi kahjustused
•Skeleti kahjustused (kaadmium võib asendada kaltsiumi luudes)
•Võimalikud DNA kahjustused
PLII
Nagu ka teiste raskmetallide puhul, on plii looduslikuks allikaks sulfiid
•Plii on olnud kasutusel juba tuhandete aastate eest, suhteliselt mitmetes rakendustes just tänu oma plastilisusele
1980. aastatel ilmus arvamuslugu , kus väideti, et Rooma impeeriumi allakäigu põhjuseks oligi seal kasutusel olnud plii ja selle mürgistused –kas see on tõsi või mitte?Sellest ajast on kasutusel termin plumbism, mis märkis mürgistusest tingitud melanhoolset ja tujukat karakterit
plii sisaldusega anumad ja veetorud ( praeguseks käibelt kõrvaldatud või kõrvaldamisel, USAs keelati pliid sisaldavate veetorude kasutamine 1986.a)-pliihaavlid (praeguseks osaliselt asendatud vasega)-pliivärvid (valge kuni punane pigment, praeguseks asendatud, nt. USAs keelati kasutamine 1978.a., aga mis saab varem värvitud pindadega? Ilutulestikes kasutusel olevad pigmendid)
Mõju inimesele:
Inimene võib olla pliile eksponeeritud läbi seda elementi sisaldavate toodete kasutamise, läbi õhu või toiduNäiteks: juba paari laastu pliid sisaldavavärvilaastu (võivad sisaldada 50-100 mg Pbcm2 kohta)söömisel võib saada laste lubatud päevane plii limiit ületatud
Inimene võib olla pliile eksponeeritud läbi seda elementi sisaldavate toodete kasutamise, läbi õhu või toidu
•Plii absorptsioonhingamise teel on väga efektiivne: 50% hingamise teel sisenenud Pbabsorbeeriti
•Toidu teel manustatud Pbabsorbeeriti 10-15% (lapsed kuni 50%)
•Plii akumuleerub luudes ja hammastes (95% absorbeerunud pliist ; Pb2+mõjutab Ca2+metabolismi ning transporti), pehmetes kudedes ja veres on ca 4 ja 1% pliist
•Bioloogiline poolestusaeg on 1-2 kuus veres ja pehmetes kudedes kuni 20 aastat luudes. Sealt vabanedes võib kutsuda esile osteoporoosi
Alanenud hemoglobiini süntees ja anemia
•Kõrgenenud vererõhk
Neerukahjustus (enamus, 65% pliist väljutatakse ioonsenakehast just läbi neerude, plii põhjustab muudatusi neerude struktuuris, mis takistab vajalike ainete reabsorptsiooni)
•Luudekahjustus (asendades Ca2+võib plii põhjustada osteoporoosi, samas on täheldatud suurenenud luude tihedust Pb-leeksponeeritud lastel)
•Närvisüsteemi kahjustus (väsimus, letargia , peavalu), entselofalopaatia(mäluhäired, kognitiivse ehk tunne
RASKMETALLIDE PEAMINE TOIMEMEHHANISM on läbi seondumise sulfhüdrüülgruppidele–SH ja läbi selle valkude tertsiaarstruktuuri mõjutamise. Seetõttu on metallide bioloogiline mõju vähe spetsiifiline
OKSÜDATSIOON– elektron eemaldatakse aatomilt (elektroni eemaldab oksüdeerija)
REDUKTSIOON –elektron lisatakse aatomile (elektroni loovutab redutseerija)Koos nimetatakse oksüdatsiooni-reduktsiooni reaktsioone redoksreatsioonideks
REAKTIIVSED HAPNIKURADIKAALID–redoksreatsioonidekäigus hapnikust tekkivad reaktiivsedühendid, mille poolestusaeg on väga lühike
OKSÜDATIIVNE STRESS –kui normaalsed kehas leiduvad antioksüdandid ei suuda reaktiivseteühenditega hakkama saada, tulemuseks on erinevate biomolekulide reageerimine ja kahjustused
ORPTSIOONADSORPTSIOON –kinnitumine pinnale
ADHESIOON –kinni jäämineDESORPTSIOON –pinnalt lahkumine
ABSORPTSIOON – imendumine
METALLID ADSORBEERUVAD mullas ja settes peamiselt orgaanilistele osadele. Üldiselt kinnituvad metalliioonid sinna hästi, sest mulla ja sette üldlaeng on negatiivne
HAPPELISTES TINGIMUSTE Sadsorbeerunudmetalliioonid vabanevad ning võivad keskkonnas liikvele minna
HORMOONSÜSTEEMI HÄIRIVAD KEMIKAALID –kinnituvad retseptoritele, mis on mõeldud kas naissuguhormooni või meessuguhormooniga seondumiseks.
Loeng 5
Õitsemine, mida see põhjustab ja kaasa toob?
Pärast vetikaõitsengut on karbid ohtlikult toksilised.
Loeng 6
SAASTEAINETE LIIKUMINE KESKKONNAS sõltub ainete lipofiilsusest, ioniseerumisest, lenduvusest. Keskkonnas võib toimuda ainete keemiline muundumine ning biodegradatsioon.
SAASTEAINETE ALLIKAD on punkt- ja hajusallikad
SAASTEAINED LEVIVAD kas kohalikult, piirkondlikult, poolkera piires või globaalselt
ÖKOSÜSTEEMI TASEMEL saasteainetest põhjustatud mõjud võivad olla kas struktuursed, st. mõjutada ökosüsteemi struktuuri ehk liigilist koosseisu ja tasakaalu, või funktsionaalsed, st. mõjutada ökosüsteemi funktsiooni.
Ökosüsteem koosneb liikidest, mis on erinevatel TROOFILISTEL TASEMETEL –produtsendid (taimed), primaarsed konsumendid (fütofaagidehk taimtoidulised loomad), sekundaarsed konsumendid ( karnivoorid ehk lihatoidulised loomad), tertsiaarsed konsumendid (ülikiskjad)
AUTOTROOFID on protsendid , mis toodavad keerulisi orgaanilisi molecule lihtsatest anorgaanilistest komponentidest enamasti fotosünteesi teel.
HETEROTROOFID on konsumendid, mis tarvitavad energiaks ning metabolismiks teistest organismidest pärit keerulisi orgaanilisi molekule. Suurem enamus organismidest Maal on heterotroofid.
Ökosüsteemi LIIGILISE TASAKAALU muutumine võib viia FUNKTSIONAALSUSE muutumiseni juhul, kui liigid teineteist ei asenda
EUTROFIKATSIOONI võib käsitleda kui üht näidet ökosüsteemi liigilise tasakaalu muutumisest
ÖKOSÜSTEEM on võimeline tasakaalu ehk homöostaasi taastama, kui kaob keskkonnahäiring, eamasti negatiivse tagasiside kaudu
ÖKOSÜSTEEM on seda vastupidavam keskkonnahäiringutele mida suurem on tema liigiline mitmekesisus Vastusena keskkonnasaastusele võivad kooslustes tekkida resistentsed liigid; resistentsuse põhjuseks on muutused geneetilises materjalis.
ÖKOSÜSTEEMI tervist võib hinnata indikaatorliikide järgi, milleks on sageli merekarbid, samblikud, mõned spetsiifiliste elupaikade ligiid
ÖKOSÜSTEEMI ja KOOSLUSE TASEMEL keskkonnahäringu tõttu toimuvaid muutusi saab hinnata kasutades mudelsüsteeme MESOKOSMID ja MIKROKOSMID
POPULATSIOONI vastus keskkonnasaastusele võib varieeruda ning see sõltub populatsiooni iseloomust; isendite suremus populatsioonis ei põhjusta alati populatsiooni kahanemist, kuna seda võib kompenseerida näiteks suurem arv järglasi. Sageli seatakse saasteainete piirnormid liikide tundlikkuse jaotumise ( species sensitivity distribution, SSD) alusel. Selleks arvutatakse aine piir, mis ei mõjuda 95% liikidest (HC5 )
Loeng 10
REACH ja CLP-määrus reguleerivad kemikaalide tootmist ja kasutamist Euroopa Liidus, on välja töötatud selleks, et rahuldada ettevõtete ja ühiskonna vajadust ohutumate kemikaalide järele.Nende määrustega kehtestati ühtne süsteem, mille eesmärk on tagada inimtervise ja keskkonna kõrgetasemeline kaitse, muutes tööstusharu Euroopa Liidu turule viidavate kemikaalide ohutuse eest vastutavaks.
REACH-määrus käsitleb kemikaalide registreerimist, hindamist, autoriseerimist ja piiramist ( Registration , Evaluation, Authorisationand RestrictionofChemicals), jõustus 2007.a ja kohustab kõiki tootjaid ja importijaid välja selgitama oma kemikaalide omadused, koostama toimikud ja ained registreerima:aine tootmis-või imporditav kogus EL-s ≥ 1 t/aEuroopa Kemikaaliametile tuleb esitada registreerimistoimik, mis sisaldab informatsiooni aine omaduste, kasutuse ja ohutusnõuete kohta
CLP-määrus käsitleb ainete ja segude klassifitseerimist, märgistamist ja pakendamist ( Classification , Labellingand Packaging), soodustab ülemaailmset kaubandust ning suurendab töötajate ja tarbijate ohutust. CLP-määrusega rakendatakse Euroopa Liidus ÜRO kemikaalide klassifitseerimise, märgistamise ja pakendamise üldist ühtlustatud süsteemi.
Kuidas allergia tekib?
Allergeenon antigeen, mis vallandab allergilise vastuse (IgE vahendatud immuunreaktsioon)
•Allergiaon organismi reaktsioon , mille põhjuseks on välisantigeenid
•Ülitundlikkuson organismi ülereageerimine antigeenidele (häiritud tolerantsuse mehhanismide korral). Ülitundlikkust jagatakse 4 koekahjustusmehhanismi järgi (Coombs ja Gell ülitundlikkusreaktsioonid)