Ecotossicologia

ECOTOSSICOLOGIA

Ecotossicologia M. Vighi, E. Bacci

Tossicologia C.L. Galli, E. Corsini, M. Marinovich, Piccin

Sommario

INTRODUZIONE ................................................................................................................................................................. 2

I CONTAMINANTI EMERGENTI .......................................................................................................................................... 6

INQUINAMENTO DA FARMACI E DROGHE D’ABUSO .................................................................................................... 6

MICRO E NANO PLASTICHE ........................................................................................................................................... 9

COMPOSTI ORGANICI DI SINTESI ................................................................................................................................ 12

I SOLVENTI ................................................................................................................................................................... 13

I DETERGENTI .............................................................................................................................................................. 14

I PESTICIDI ................................................................................................................................................................... 15

I FUNGICIDI.................................................................................................................................................................. 18

ERBICIDI ....................................................................................................................................................................... 19

INSETTICIDI .................................................................................................................................................................. 20

INQUINAMENTO INDOOR ............................................................................................................................................... 26

INDICATORI BIOLOGICI .................................................................................................................................................... 29

PERSISTENZA E DEGRADABILITA’ .................................................................................................................................... 37

Metodo AFNOR .............................................................................................................................................................. 41

METODO DELLA BOTTIGLIA CHIUSA .............................................................................................................................. 42

METODO STURM ............................................................................................................................................................ 44

MITI TEST/RESPIROMETRO ............................................................................................................................................ 44

DISTRIBUZIONE DEI CONTAMINANTI NELL’AMBIENTE ................................................................................................... 45

SHAKE-FLASK .............................................................................................................................................................. 47

SLOW STIRRING METHOD .......................................................................................................................................... 47

METODO HPLC- High performance liquid chromatography ..................................................................................... 48

QSAR-Quantitative Structure Activity Relationship .................................................................................................. 48

ASSORBIMENTO, DISTRIBUZIONE E METABOLISMO DI UN CONTAMINANTE. ............................................................... 51

LA BIOMAGNIFICAZIONE ................................................................................................................................................. 59

I SISTEMI DI DETOSSIFICAZIONE DI FASE I E II

................................................................................................................. 62

Il CYP-450 .................................................................................................................................................................... 63

BIOTRASFORMAZIONE DI FASE II ................................................................................................................................ 66

SISTEMI DI PROTEZIONE DALLO STRESS OSSIDATIVO ..................................................................................................... 69

TOSSICITA’ ACUTA E CRONICA ........................................................................................................................................ 76

ECOTOSSICOLOGIA GENETICA........................................................................................................................................ 89

LA STIMA DEL RISCHIO AMBIENTALE .............................................................................................................................. 95

INTRODUZIONE

La storia→ Nel decennio 1940-1950 compare il nuovo campo della Tossicologia Ambientale. Si occupa dello studio

degli effetti dei composti potenzialmente tossici nei confronti dei sistemi biologici, si sviluppa purtroppo su una base

→

antropocentrica, si studia l’effetto dei contaminanti su mammiferi per traslare i possibili danni all’uomo Nel 1971

viene coniato il termine Ecotossicologia (Jouany, 1971). Valuta gli effetti di agenti chimici, fisici e biologici sugli

organismi viventi (non solo la salute umana). Identificare le relazioni all’interno delle comunità e la loro interazione

con l’ambiente. Jouany evidenzia, in particolare, la necessità di

1) misurare le variazioni di crescita e riproduzione degli organismi (valutare cioè la fitness: se diminuisce la causa

potrebbe essere dovuto a un contaminante);

2) valutare diversi parametri biochimici e attività enzimatiche come marcatori dei sistemi energetici. Ad esempio,

l’aumento di stress ossidativo, mutagenicità, biomarker enzimatici, scambi energetici etc.

I sistemi energetici vengono impattati dalla presenza di contaminanti, se un organismo utilizza energie per espellere

un contaminante © dal proprio organismo, ad esempio atttraverso la respirazione, questa energia non potrà essere

utilizzati per altri processi, ad esempio crescita corporea

I polmonati (uomo) assume la maggior parte dei contaminanti attraverso il cibo. Alcuni alimenti sono più contaminati

di altri. I branchiati assumono

contaminanti attraverso ossigenazione

→ Nel 1977 viene pubblicato l’articolo

"Ecotoxicology: Objectives, Principles

and Perspectives" (Truhaut, 1977)

L’Ecotossicologia viene definita come

una branca della tossicologia che si

occupa degli effetti tossici, causati da

contaminanti naturali o sintetici, nei

confronti dei componenti degli

ecosistemi, degli animali (incluso

l’Uomo), vegetali e microrganismi, in

un contesto integrato ( più aree

scientifiche sono necessarie, studio

della cellulla, studi chimici, studio dei

diversi organismi, etc) è una scienza

multidisciplinare che ha bisogno della

colloborazione di + esperti.

→lo scienziato può caratterizzare il

rischio di un contaminante ma è il

politico che si occupa della valutazione

del rischio, le soglie di legge e le azioni

di bonifica non sono nelle mani dello

scienziato L’inquinamento ambientale può essere definito come l’immissione, dovuta direttamente o indirettamente

dall’uomo, di energia o di sostanze nell’aria, acqua o suolo, le cui conseguenze siano tali da mettere a rischio la salute

dell’uomo, le risorse viventi e il sistema ecologico, tanto da comprometterne l’uso da parte dell’uomo stesso.

Esempi di emissione indiretta: produzione idrocarburi da combustione di sostanza organica (petrolio). Diretta: uso dei

pesticidi ai fini agricoli

ANTROPOCENE, il periodo storico che rappresenta il momento attuale in cui le attività dell’uomo hanno iniziato ad

impattare negativamente su ambiente, clima e ecosistemi. Fenomeni legati all’antropocene:

• Erosione (urbanizzazione e agricoltura)

• Perturbazione dei cicli biogeochimici (ciclo acqua, azoto, fosforo, metalli)

• Riscaldamento globali

• Acidificazione oceani a causa del CC

• Perdita di habitat

• Dispersione in ambiente di plastiche

→negli ultimi anni è stato dimostrato che la corrente del golfo sta rallentando a causa dello scioglimento dei ghiacci e

→

immissione di acqua fredda. Se la corrente del golfo dovesse fermarsi sarebbe catastrofica per l’Europa a parità di

latitudine New York e Napoli hanno climi diversi, Napoli inverni miti grazie a corrente del golfo

Tre classi di © ambientali che determinano INQUINAMENTO:

• Sostanza organica e nutrienti: feci, urina, fertilizzanti (problematica conosciuta e possibilità di risolverla con i

depuratori civili delle fogne, sia per noi che per allevamenti)

• Metalli pesanti: sono elementi naturali presenti nella crosta, ma quando utilizzati dall’uomo vengono rilasciati

in ambiente e diventano inquinanti (problematica discretamente conosciuta e sappiamo come diminuirne gli

effetti)

• Composti di sintesi: 4 milioni di molecole diverse sono state sintetizzate artificialmente dell’uomo (non ne

conosciamo l’effetto della problematica, perché spesso si parla di miscele di © che interagendo tra loro danno

effetti diversi)→categoria + pericolose, sono sostanze resistenti e non vengono degradate facilmente da

batteri decompositori o da raggi solari. Es: DDT se degradato da una molecola si separano sei diverse molecole

diverse che ritroviamo in ambiente

LEZIONE 2

Processo di eutrofizzazione (laghi, lagune, zone di acque ferme): eccesso di nutrienti (sali di fosforo e sali di

azoto)→crescita algale (bloom algale)→alla morte algale, la biomassa sprofonda nelle acque provocando un eccesso

di sostanza organica sul fondo→i batteri aerobi degradano la sostanza organica per via aerobica portando a

mineralizzazione→ il consumo di ossigeno è elevato, diminuendo non ce ne è abbastanza provocando la morte di

questi batteri→ la comunità batterica cambia e vengono sostituiti da anaerobici , la via di degradazione anaerobica è

la putrefazione e rilascia anidride carbonica, ma anche acido solfidrico, metano e ioni idrogeno che portano a

abbassamento PH. I nutrienti possono essere sostanze organiche rilasciate da noi, come feci, urine non depurate.

Lotico =corrente forte Lentico=bassa corrente

A seconda della concentrazione di fosforo dividiamo i laghi in Oligotrofi, se poca sostanza organica, quindi poco P,

molto ossigeno disciolto (salmonidi, alto valore economico), mesotrofo, il fosforo è maggiore e quindi anche le alghe

e l’ossigeno disciolto è poco (percidi, persico, medio valore economico), eutrofico, alta concentrazione di nutrienti,

tante alghe, basso ossigeno e quindi troviamo pesci con basse esigenze di O (ciprinidi , carpe e tinche, pesci poco

pregiati dal punto di vista economico)-→anche le specie ittiche dipendono dalla concentrazione di P. Se troviamo

ciprinidi in un bacino, è in atto processo di eutrofizzazione, segnale negativo per l’habitat acquatico

Oggi la problematica è sotto controllo. In passato l’eutrofizzazione era dovuta al lavaggio a mano con detersivi

contenenti Sali di fosforo che venivano disciolti nei corpi idrici

I metalli pesanti

Hanno il loro ciclo biologico naturale, ma diventano

fonte di inquinamento attraverso il nostro utilizzo.

L’organismo uomo è alla base della “catena

trofica”, per inalazione e ingestione, non possiamo

fuggire dalla contaminazione di metalli pesanti,

perché presenti sia in vegetali che animali.

Analisi del ghiaccio in Groenlandia, ha identificato

presenza di piombo a diversi livelli, fino alla riv.

Industriale era a bassa concentrazione subiscono

un boom in questo periodo. Il Pb era una volta

presente nella benzina rossa. Oggi benzina verde

senza Pb.

Scala di tossicità:

Metalli pesanti sono un centinaio. Ferro

manganese e cobalto diventano tossici solo se a

concentrazione elevata

Mercurio, rame, cadmio, zinco, sono tossici a concentrazione bassissime e non hanno funzioni metaboliche.

I metalli pesanti hanno diverse funzioni ma hanno un meccanismo comune→agiscono su tutti i gruppi funzionali

proteici, e questo legame inattiva le proteine

-SH -SS- -OH -COOH -PO4H2 NH2

Alcuni metalli sono bioaccumulabili: es. Hg, Cu, Cd, Cr, As, soprattutto in ossa e cartilagini, rendendo difficile

l’espulsione dall’organismo

Seconda guerra mondiale→le carie venivano curate con paste dentarie con mercurio, le onde radio venivano captate

da queste resine e si poteva sentire l’interferenza

Non tutti i metalli sono biodisponibili, la forma elementare (es ferro) non viene assorbita dal tratto intestinale,

quindi non biodisponibile, se invece è sottoforma di sale (sale metallico) allora vengono assorbiti ed entra

nell’organismo

Categorie dei metalli pesanti:

• Metalli essenziali (es. Fe, Cu, Mg, Zn): necessari all’organismo (cofattori enzimatici, costituenti del gruppo funzionale

di una proteina). La condizione patologica si ha sia in eccesso che in carenza del metallo. Esiste un optimum per

l’organismo. Sistema d’ingresso: trasporto attivo→per arrivare all’ optimum

Es: carenza di ferro nelle donne durante il ciclo. Negli spinaci il ferro non è biodisponibile, nella carne rossa si.

• Metalli a funzione simile (es. Cs, Sr, Pb; cesio, stronzio, piombo): sostituiscono alcuni metalli essenziali, quali Ca e K

e vengono co-regolati con essi. Sistema d’ingresso: trasporto attivo tramite gli stessi carrier dei metalli essenziali

perché vengono confusi. Cesio e stronzio sono elementi radioattivi.

• Metalli non essenziali (es. As, Cd, Hg): non hanno alcuna funzione fisiologica e non vengono regolati dall’organismo.

Sistema d’ingresso: trasporto passivo, secondo un gradiente di concentrazione questi metalli passano dal cibo

(contaminato) all’organismo (non contaminato)→ fondamentale proteggere il cibo che mangiamo da ©

Effetti dei metalli su organismi→ apparato gastrointestinale, respiratorio e nervoso, più sensibili.

Come si difende l’organismo? Si può difendere?

Metallotioneine→ super-famiglia di proteine citoplasmatiche a basso peso molecolare ricche in cisteina. La loro

funzione è:

• “tampone-cellulare” dei metalli: se concentrazione metallo essenziale diventa elevata, la cellula sintetizza

metallotioneine che lega il metallo in eccesso che sarebbe tossico per la cellula (nota: la capacità di legare con le

proteine, non avendo funzione metabolica anche se inattivate non succede niente, servono solo a ridurre il metallo) I

metalli essenziali sono di tre ordini di grandezza meno tossici di un metallo non essenziale, quindi quando arrivano le

M la tossicità è già molto elevata

• La sintesi è regolata dalla presenza di metalli, non sono specifiche per un metallo o un altro, quindi agisce anche su

quelli tossici, sempre in base alla concentrazione→ la funzione è quella di regolare quelli essenziali ma vengono

“ingannate”

• Vengono utilizzate come biomarker della presenza di metalli

Trattamento delle intossicazioni da metalli→ lavanda gastrica per bloccare assorbimento ulteriore a livello gastrico e

utilizzo di sostanze chelanti, con caratteristiche fondamentali:

• essere attivo per via orale

• possedere un’affinità superiore al metallo ingerito rispetto al target biologico (organo target di quel metallo, cioè

arriva velocemente all’organo più predisposto a quel tipo di metallo)

• irreversibilità del legame con il metallo, per essere trasportato fino a reni e organi emuntori per garantire l’espulsione

• bassa azione chelante verso i metalli essenziali (es. Na+-Ca+-EDTA)

• ridotta azione tossica

Principali composti chelanti:

Na+-Ca+-EDTA→ lavora su Pb, Hg, Co ma nefrotossico

Penicillamina→lavora su Pb, Hg, Zn, Cu ed è un allergenizzante

Dimercaprolo→ As, Pb, Hg, Cd tachicardia e nausea

LEZIONE 3

I CONTAMINANTI EMERGENTI

Possono essere definiti come qualunque tipo di contaminante naturale o sintetico che non viene comunemente

monitorato nell’ambiente, ma che ha la potenzialità di entrare negli ecosistemi ed è in grado di creare effetti deleteri

a livello ecologico o nei confronti della salute umana

si chiamano così perché non ci sono ancora abbastanza evidenze della loro pericolosità e delle concentrazioni presenti

in natura, quindi non ci sono ancora regolamentazioni a livello di legge→abbiamo il sospetto che possano essere

deleteri per noi e per l’ambiente→potrebbero presto diventare © prioritari. I contaminanti prioritari sono richiesti per

legge quando si fa un monitoraggio, prioritari perché sono già stati stabiliti i rischi per gli organismi e uomo rispetto a

loro

Attualmente si ritiene che più di 700 diversi contaminanti emergenti, con i rispettivi metaboliti e prodotti di

trasformazione, siano presenti negli ambienti acquatici europei.

Possono essere inseriti in 20 classi diverse:

✓ Pharmaceuticals and Personal Care Products (PPCPs)

✓ Prodotti per la disinfezione

✓ Sostanze perfluoroalchilate (PFOS, PFOA, …)→ sono le pellicole antiaderenti presenti sulle padelle (evitare

forchette e oggetti appuntiti)

✓ Biocidi

✓ Droghe d’abuso

✓ Ritardanti di fiamma (spesso vengono miscelati con plastiche, esempio nel computer, ma anche in cinema e teatri,

vengono impregnati i tendaggi)

✓ Nanomateriali

✓ Nano e Microplastiche

(gli ultimi due sono © di tipo fisico/materiale invece che di tipo chimico)

INQUINAMENTO DA FARMACI E D