Skip to main content
Global

15.4: טוקסיקולוגיה סביבתית

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    209296

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    טוקסיקולוגיה סביבתית היא המחקר המדעי של תכונותיהם של רעלים, כימיקלים העלולים לגרום נזק לאורגניזמים חיים וההשפעות הבריאותיות הקשורות לחשיפה אליהם (טבלה\(\PageIndex{a}\)). התחום כולל גם ניהול רעלים אלה והגנה על בני אדם ומערכות אקולוגיות מפניהם. טוקסיקולוגים הם מדענים החוקרים את תכונות הרעלים, ותכונות אלה הגורמות נזק, נקראות רעילות. במילים אחרות, טוקסיקולוגים מעריכים סיכונים כימיים.

    טבלה\(\PageIndex{a}\): 15 הרעלים בעלי העדיפות הגבוהה ביותר על פי רשימת עדיפות החומרים של הסוכנות לחומרים רעילים ומחלות (ATSDR) בשנת 2019. חומרים אלה מדורגים על סמך רעילותם וסיכוי החשיפה שלהם באתרים ברשימת העדיפויות הלאומית (NPL), שם נשפכו או שוחררו רעלים בדרך אחרת.
    דירוג 2019 שם החומר
    1 ארסן
    2 עופרת
    3 מרקורי
    4 ויניל כלוריד
    5 ביפנילים פוליכלוריים (PCB)
    6 בנזן
    7 קדמיום
    8 בנזו [א] פירן
    9 פחמימנים ארומטיים פוליציקליים
    10

    בנזו [ב] פלואורונתן
    11 כלורופורם
    12

    ארוקלור 1260
    13 p, פ'-DDT
    14 ארוקלור 1254
    15 דיבנץ [a, h] אנתרסן

    טבלה שונה מ- ATSDR/CDC (נחלת הכלל).

    אילו צורות נוקטים כימיקלים?

    חומרים כימיים יכולים ללבוש מגוון של צורות. הם יכולים להיות בצורה של מוצקים, נוזלים, אבק, אדים, גזים, סיבים, ערפילים ואדים (איור\(\PageIndex{a}\)). הצורה שבה נמצא חומר קשורה רבות לאופן שבו הוא נכנס לגופך ואיזה נזק הוא יכול לגרום. כימיקל יכול גם לשנות צורות. לדוגמא, ממסים נוזליים יכולים להתאדות ולפטור אדים שתוכלו לשאוף. לפעמים כימיקלים הם בצורה שלא ניתן לראות או להריח, כך שלא ניתן לזהות אותם בקלות.

    בנזן בצורה מוצקה נראה כמו מצולעים שטוחים המחוברים זה לזה בצדדים
    איור\(\PageIndex{a}\): גבישים של בנזן מתחת לשכבת בנזן נוזלי. הם נוצרו בתוך מיכל שנחשף לטמפרטורות מתחת ל -5.5 מעלות צלזיוס. החלקות שלהם היא תוצאה של צילום זמן מה לאחר הכנסת המיכל לאטמוספירה בטמפרטורת החדר, שם החלו להמיס. תמונה וכיתוב מאת אנדימיון 17 (CC-BY-SA).

    נתיבי חשיפה לכימיקלים

    על מנת לגרום לבעיות בריאות, כימיקלים חייבים להיכנס לגופך. לאחר כניסת כימיקלים לגופך, חלקם יכולים לעבור לזרם הדם שלך ולהגיע לאיברי "מטרה" פנימיים, כגון הריאות, הכבד, הכליות או מערכת העצבים. ישנם שלושה מסלולי חשיפה עיקריים, או דרכים בהן כימיקל יכול להיכנס לגופך (איור\(\PageIndex{b}\)).

    האיברים העיקריים של הגוף מתוארים בחצים המסמנים את שלושת מסלולי החשיפה
    איור\(\PageIndex{b}\): נתיבי החשיפה שדרכם רעלים יכולים להיכנס לגוף (שאיפה, בליעה ומגע עור או עין) ארוזים בוורוד. תמונה מאת ברוסבלאוס (CC-BY-SA).

    המסלול הראשון הוא שאיפה, הנובעת מנשימה של גזים כימיים, ערפילים או אבק שנמצאים באוויר. מכיוון ששקיות האוויר בריאות הן מבנה להחלפת גזים, המורכב משכבה אחת בלבד של תאים דקים, חומרים בשאיפה יכולים לעבור במהירות משקי האוויר לנימים ולהיכנס לזרם הדם. רעלים בשאיפה יכולים גם לגרום לנזק מקומי לפה, לדרכי הנשימה ולריאות.

    המסלול השני הוא בליעה, בליעה המתרחשת כימיקלים נשפכו או התיישבו על מזון, משקאות, סיגריות, זקן או ידיים. לאחר מכן רעלים יכולים לגרום נזק מקומי לדרכי העיכול ועלולים להיספג, לרוב דרך המעיים, לזרם הדם.

    המסלול השלישי הוא מגע עור או עין. כאשר כימיקלים נוגעים ישירות בעור או נכנסים לעיניים, הם עלולים לגרום לנזק מקומי או להיספג דרך העור לזרם הדם. מכיוון שהעור מורכב משכבות תאים רבות המחוזקות בתרכובות הגנה, קשה יותר לרעלים להיכנס לגוף דרך העור בהשוואה לשאיפה ובליעה. עם זאת, רעלים יכולים להיכנס בקלות דרך עור פגום, וחומרים מסוימים יכולים להיספג דרך עור שלם. מכיוון שלעיניים יש אספקת דם עשירה, רעלים יכולים להיכנס לזרם הדם דרך מגע עין.

    אילו גורמים משפיעים על בטיחות הכימיקל?

    מדוע כימיקלים מסוימים מזיקים יותר מאחרים? גורמים רבים נלקחים בחשבון בעת הערכת הבטיחות של כימיקל כולל עוצמה, התמדה, מסיסות, הצטברות ביולוגית וביומגניפיקציה. עוצמה מתייחסת לכמות הכימיקל הדרושה כדי לגרום נזק. ככל שהרעלן חזק יותר, כך הריכוז הדרוש כדי לגרום נזק נמוך יותר. התמדה מתייחסת לכמה זמן לוקח לחומר להתפרק. כימיקלים מתמשכים מעוררים דאגה רבה יותר מכיוון שהם נשארים בסביבה (או אפילו באורגניזמים) לפרקי זמן ארוכים. מסיסות מתייחסת לשאלה האם הכימיקל מתמוסס בממסים מסוימים, כגון מים או שומן. באופן כללי, רעלים מסיסים בשומן (מסיסים בשומנים) מסוכנים יותר מכיוון שהם יכולים להצטבר ברקמות שומניות (ראה להלן) ואילו רעלים מסיסים במים יכולים להישטף בקלות רבה יותר מהגוף. יתר על כן, רעלים מסיסים בשומן נספגים ביתר קלות בגוף.

    הצטברות ביולוגית

    הצטברות ביולוגית היא הצטברות כימיקלים ברקמות האורגניזם לאורך חייו. בעוד שרעלים שהצטברו ביולוגית הם בדרך כלל מסיסים בשומן, כגון DDT ו- PCB, רעלים מסיסים במים, כגון צורות אנאורגניות של מתכות כבדות יכולים גם הם להצטבר ביולוגית. לדוגמה, עופרת מצטברת בשיניים ובעצמות, וכספית יכולה להצטבר בכליות ובמוח.

    ביומגניפיקציה

    ביומגניפיקציה היא הריכוז הגובר של רעלים באורגניזמים בכל רמה טרופית עוקבת. כאשר נצרכים אורגניזמים עם רעלים שהצטברו ביולוגית, הרעלים מועברים לטורפים שלהם (איור\(\PageIndex{d}\)). ביומגניפיקציה מסבירה מדוע כמה מיני דגים הגבוהים בשרשרת המזון מכילים ריכוזים גבוהים של כספית וקדמיום, מתכת כבדה נוספת.

    ביומגניפיקציה בשרשרת המזון הארצית. ריכוז הרעלים, המיוצג על ידי צלבים, עולה בכל רמה של שרשרת המזון.
    איור\(\PageIndex{c}\): ביומגניפיקציה. הרעלן הביולוגי מתרכז ברקמות של אורגניזמים המייצגים ארבע רמות טרופיות עוקבות בשרשרת מזון. רוב הרעלן שנספג על ידי יצרנים ראשוניים נשאר בגופם באותה רמה טרופית ראשונה. באמצעות ביומגניפיקציה, ריכוז הרעלן (צלבים) עולה גבוה יותר בשרשרת המזון. (נקודות שחורות מייצגות מולקולות אחרות.) לאורגניזמים בחלק העליון יש אפוא ריכוז רקמות גבוה יותר של רעלים מאשר רמות נמוכות יותר. רמה טרופית I מייצגת את היצרנים הראשוניים; רמה טרופית II מייצגת את הצרכנים הראשוניים; רמה טרופית III מייצגת את הצרכנים המשניים; ורמה טרופית IV מייצגת את הצרכנים השלישוניים. תמונה מאת סבאלסטרוס15 (CC-BY-SA).

    בנוסף להתמדה גבוהה, מסיסות שומן והצטברות ביולוגית, ביומגניפיקציה מסבירה מדוע קוטל החרקים האסור כעת דיכלורודיפנילטריכלורואתאן (DDT) גרם לנזק כה רב. המפיקים ספגו DDT והעבירו אותו לרמות רצופות של צרכנים בשיעורים גבוהים יותר ויותר. לדוגמה, ריסוס ביצה להדברת יתושים יגרום להצטברות כמויות זעירות של DDT בתאים של אורגניזמים מימיים מיקרוסקופיים, הפלנקטון, בביצה. בהאכלה מהפלנקטון, מזיני מסננים, כמו צדפות וכמה דגים, קוצרים DDT כמו גם מזון. (ריכוזי DDT גדולים פי 10 מאלו שבפלנקטון נמדדו בצדפות.) תהליך הריכוז עובר ממש במעלה שרשרת המזון מרמה טרופית אחת לאחרת. שחפים, הניזונים מצדפות, עשויים לצבור DDT עד פי 40 או יותר מהריכוז בטרפם. זה מייצג עלייה של פי 400 בריכוז לאורך שרשרת המזון הקצרה הזו. בסופו של דבר, טורפי קודקוד בראש שרשרת המזון כגון נשרים קירחים, שקנאים, בזים ואוספרי ניזונים מדגים מזוהמים, ומגיעים לרמות DDT מסוכנות.

    חומר נוסף המגניב ביולוגי הוא ביפניל רב-כלורי (PCB). המינהל הלאומי לאטמוספירה ואוקיאנית (NOAA) חקר ביומגניפיקציה של PCB במפרץ Saginaw באגם הורון של האגמים הגדולים בצפון אמריקה (איור). \(\PageIndex{d}\) ריכוזי PCB עלו מיצרני המערכת האקולוגית (פיטופלנקטון) דרך הרמות הטרופיות השונות של מיני דגים. לטורף הקודקוד, ה-walleye, היה יותר מפי ארבעה מכמות ה-PCB בהשוואה לפיטופלנקטון. כמו כן, מחקרים מצאו כי לציפורים שאוכלות דגים אלה עשויות להיות רמות PCB הגבוהות פי עשרה לפחות מאלו שנמצאות בדגי האגם. מערכת אקולוגית מימית זו הציעה הזדמנות אידיאלית לחקור ביומגניפיקציה מכיוון ש- PCB קיים בדרך כלל בריכוזים נמוכים בסביבה זו, אך טורפי קודקוד צברו ריכוזים גבוהים מאוד של הרעלן.

    גרף של ריכוז PCB עולה באופן אקספוננציאלי עם הרמה הטרופית, המיוצג על ידי העשרת N-15
    איור\(\PageIndex{d}\): ריכוזי ביפניל (PCB) רב-כלוריים שנמצאו ברמות הטרופיות השונות במערכת האקולוגית של מפרץ Saginaw של אגם הורון. מספרים על ציר ה- x משקפים העשרה באיזוטופים כבדים של חנקן (15 N), המהווה סמן להעלאת הרמה הטרופית. שימו לב שהדגים ברמות הטרופיות הגבוהות יותר צוברים יותר PCB מאלה ברמות טרופיות נמוכות יותר. האורגניזמים בסדר גודל של 15 העשרת חנקן הם פיטופלנקטון, מולים זברה, אמפיפוד, פראייר לבן, אלווה, מוט צהוב, ריח קשת בענן וולי. (קרדיט: פטרישיה ואן הוף, NOAA, GLERL)

    מזהמים אורגניים מתמידים (POPs)

    מזהמים אורגניים מתמשכים (POPs) הם קבוצה של כימיקלים אורגניים המהווים סיכונים לבריאות האדם ולמערכות האקולוגיות. דוגמאות כוללות את חומר ההדברה דיכלורודיפנילטריכלורואתן (DDT) והכימיקלים התעשייתיים ביפנילים פוליכלוריים (PCBs) וחומרים per- ופוליפלואורואלקיל (PFAS). המזהם בסוכן אורנג '(2,3,7,8-טטרכלורודיבנזו-p-דיוקסין; TCDD) הוא POP נוסף (ראה השיטה המדעית). למזהמים אורגניים מתמשכים יש את שלושת המאפיינים הבאים:

    • מתמיד: POPs הם כימיקלים שנמשכים זמן רב בסביבה. חלקם עשויים להתנגד להתמוטטות במשך שנים ואף עשרות שנים בעוד שאחרים עלולים להתפרק לחומרים רעילים אחרים.
    • ביו-מצטבר: POPs יכולים להצטבר בבעלי חיים ובבני אדם, בדרך כלל ברקמות שומניות ובעיקר מהמזון שהם צורכים. כאשר תרכובות אלה נעות במעלה שרשרת המזון, הן מתרכזות לרמות שיכולות להיות גבוהות פי אלפי מהמגבלות המקובלות.
    • רעיל: POPs יכולים לגרום למגוון רחב של השפעות בריאותיות בבני אדם, חיות בר ודגים. הם נקשרו להשפעות על מערכת העצבים, בעיות רבייה והתפתחות, דיכוי מערכת החיסון, סרטן והפרעה אנדוקרינית. הייצור והשימוש המכוון ברוב ה- POPs נאסר ברחבי העולם, עם כמה פטורים שנעשו משיקולי בריאות האדם (למשל DDT לבקרת מלריה) ו/או במקרים מאוד ספציפיים שבהם לא זוהו כימיקלים חלופיים. עם זאת, הייצור הלא מכוון ו/או השימוש הנוכחי בכמה POPs ממשיכים להיות נושא לדאגה עולמית. למרות שרוב ה- POPs לא יוצרו או נעשה בהם שימוש במשך עשרות שנים, הם ממשיכים להיות נוכחים בסביבה ובכך עלולים להזיק. אותם מאפיינים שבמקור הפכו אותם ליעילים כל כך, במיוחד יציבותם, מקשים על מיגורם מהסביבה.

    הקשר בין חשיפה למזהמים סביבתיים כגון POPs ובריאות האדם הוא מורכב. ישנן עדויות גוברות לכך שכימיקלים מתמשכים, ביו-מצטברים ורעילים אלה (PBTs) גורמים לפגיעה ארוכת טווח בבריאות האדם ובסביבה. עם זאת, יצירת קשר ישיר בין חשיפה לכימיקלים אלה לבין השפעות בריאותיות היא מסובכת, במיוחד מכיוון שבני אדם נחשפים על בסיס יומיומי למזהמים סביבתיים רבים ושונים דרך האוויר שהם נושמים, המים שהם שותים והמזון שהם אוכלים. מחקרים רבים מקשרים POPs עם מספר תופעות לוואי בבני אדם. אלה כוללים השפעות על מערכת העצבים, בעיות הקשורות לרבייה והתפתחות, סרטן והשפעות גנטיות. יתר על כן, קיים חשש ציבורי גובר לגבי המזהמים הסביבתיים המחקים הורמונים בגוף האדם (משבשים אנדוקריניים).

    באמצעות תהליכים אטמוספריים הם מופקדים ביבשה או במערכות אקולוגיות של מים שם הם מצטברים ועלולים לגרום נזק. ממערכות אקולוגיות אלה הם מתאדים, נכנסים שוב לאטמוספירה, בדרך כלל נוסעים מטמפרטורות חמות יותר לעבר אזורים קרירים יותר. הם מתעבים מהאטמוספירה בכל פעם שהטמפרטורה יורדת, ובסופו של דבר מגיעים לריכוזים הגבוהים ביותר במדינות מעגליות. באמצעות תהליכים אלה, POPs יכולים לנוע אלפי קילומטרים ממקור השחרור המקורי שלהם במחזור שעשוי להימשך עשרות שנים.

    כמו אצל בני אדם, בעלי חיים נחשפים ל- POPs בסביבה דרך אוויר, מים ומזון. POPs יכולים להישאר במשקעים במשך שנים, שם יצורים השוכנים בתחתית צורכים אותם ולאחר מכן נאכלים על ידי דגים גדולים יותר. מכיוון שריכוזי רקמות יכולים להתאגנן בכל רמה של שרשרת המזון, לטורפים המובילים, כולל לווייתנים, כלבי ים, דובי קוטב, עופות דורסים, טונה, דג חרב ובס עשויים להיות ריכוזים גדולים פי מיליון של POPs מאשר המים עצמם. לאחר שחרור POPs לסביבה, הם עשויים להיות מועברים בתוך אזור מסוים ועל פני גבולות בינלאומיים המועברים בין אוויר, מים ויבשה.

    בעוד שבדרך כלל אסורים או מוגבלים (איור\(\PageIndex{e}\)), POPs עושים את דרכם אל הסביבה וסביבתה על בסיס יומי באמצעות מחזור של הובלה אווירית ארוכת טווח ותצהיר המכונה "אפקט החגב. "תהליכי" החרגול "מתחילים בשחרור POPs לסביבה. כאשר POPs נכנסים לאטמוספירה, הם יכולים להינשא עם זרמי רוח, לפעמים למרחקים ארוכים.

    גרף קו מראה פליטות של ארבעה סוגים של POPs בסך הכל פוחתות עם הזמן
    איור\(\PageIndex{e}\): פליטות של מספר מזהמים אורגניים מתמשכים (POP) על ידי מדינות האיחוד האירופי פחתו עם השנים. אלה כוללים הקכלורובנזה (HCB), ביפנילים רב-כלוריים (PCB), דיוקסינים (כגון TCDD) וסך כל הפחמימנים הארומטיים הפוליציקליים (PAH), עם זאת, תרכובות אלו נשארות בסביבה לפרקי זמן ארוכים. התמונה שונתה מהסוכנות האירופית לאיכות הסביבה של האיחוד האירופי (CC-BY)

    מהן ההשפעות הבריאותיות של רעלים?

    השפעת הרעלן נקבעת על ידי גורמים רבים. ראשית, אותו רעלן ואותו ריכוז יכולים להשפיע על אנשים באופן שונה בהתאם לגיל, לבריאות הכללית, לגנטיקה, למין ולגורמים אחרים. לדוגמא, ילדים צעירים רגישים במיוחד למתכות כבדות וביספנול A (BPA). בנוסף, מכיוון שרעלים רבים מעובדים על ידי הכבד, ותפקוד הכבד פוחת עם הגיל, אנשים קשישים רגישים יותר לרעלים מסוימים. באופן דומה, אדם בריאותי בדרך כלל עשוי לעמוד ברעלני חשיפה טוב יותר ממי שמתמודד עם בעיות בריאותיות אחרות. לגבי גנטיקה, אנשים מסוימים עשויים להיות בעלי גרסאות של גנים שהופכים אותם לרגישים יותר או עמידים לרעלים מסוימים. בנוסף לגורמים בודדים, אורך החשיפה, נוכחותם של רעלים אחרים וריכוז (מינון) משפיעים על הרעילות

    תופעות חריפות לעומת כרוניות

    השפעה חריפה של רעלן היא כזו המתרחשת במהירות לאחר חשיפה לכמות גדולה של אותו חומר. השפעה כרונית של מזהם נובעת מחשיפה לכמויות קטנות של חומר לאורך תקופה ארוכה. במקרה כזה, ההשפעה לא יכולה להיות ברורה מיד. קשה למדוד השפעות כרוניות, מכיוון שלא ניתן לראות את ההשפעות במשך שנים. חשיפה ארוכת טווח לעישון סיגריות, חשיפה לקרינה ברמה נמוכה ושימוש מתון באלכוהול נחשבים כולם כמייצרים השפעות כרוניות.

    אינטראקציות טוקסיקולוגיות

    חשיפה לכימיקלים מרובים בו זמנית עלולה לגרום למגוון השפעות, או אינטראקציות כימיות (איור\(\PageIndex{f}\)). אלה יכולים לחול על כל כימיקלים המשפיעים על הגוף, כולל תרופות ורעלים (במקרה האחרון, הם נקראים אינטראקציות טוקסיקולוגיות.) אם ההשפעה של שני הכימיקלים המשולבים היא סכום ההשפעות האישיות שלהם, האינטראקציה הכימית נקראת אפקט תוסף. נניח שלתרופה A ולתרופה B יש השפעה זהה על הגוף (למשל, כל קצב לב עולה בחמש פעימות בדקה). השפעה נוספת תתרחש אם נטילת שתי התרופות יחד העלתה את קצב הלב ב -10 פעימות בדקה. לדוגמה, טולואן וקסילן, אשר נמצאים שניהם ממיסים וצבעים יש השפעה נוספת. כל אחד מהם גורם לגירוי בעיניים, באף ובגרון, סחרחורת, כאבי ראש ובלבול. מחקר מצא כי ההשפעות המשולבות שלהם על הזיכרון, התפקוד הקוגניטיבי והקואורדינציה שוות בערך לסכום ההשפעות האישיות שלהם.

    שלוש אינטראקציות כימיות אפשריות: סינרגיסטיות, תוספות ואנטגוניסטיות
    איור\(\PageIndex{f}\): אינטראקציות כימיקלים בגוף עשויות להיות בעלות השפעה סינרגטית (א), תוסף (ב) ואנטגוניסטית (ג). עבור כל אחד מהם, כימיקלים A ו- B נמצאים בצד אחד של "נדנדה", וההשפעה המשולבת שלהם (A+B) נמצאת בצד השני. באפקט הסינרגיסטי, ההשפעה המשולבת עולה על סכום ההשפעות של טיפולים בודדים. ההפך הוא הנכון לגבי האפקט האנטגוניסטי. באפקט התוסף, האפקט המשולב שווה לסכום ההשפעות על ידי טיפולים בודדים. תמונה מאת טה ג'ין צ'ו ואח '., MDPI, באזל, שוויץ (CC-BY).

    לעומת זאת, אם נטילת שתי התרופות A ו- B בו זמנית העלתה את קצב הלב בפחות מ -10 פעימות בדקה (פחות מהסכום שלהן), האינטראקציה שלהן תיחשב כאפקט אנטגוניסטי, מה שמצביע על כך שהן מפריעות זו לזו. לדוגמה, לאתנול (שנמצא במשקאות אלכוהוליים) ומתנול (אלכוהול מעץ) יש השפעות רעילות, אך מתנול מזיק באופן מיידי יותר. כאשר מתנול נבלע, הגוף שלהם ממיר אותו לתרכובות מסוכנות שלא ניתן להסיר בקלות מהגוף. אתנול יכול לשמש לטיפול בהרעלת מתנול מכיוון שהוא חוסם את האנזימים המקלים על תגובות אלה, ומספק לגוף הזדמנות לחסל את המתנול.

    אם שילוב תרופות A ו- B העלה את קצב הלב יותר מ -10 פעימות בדקה, האינטראקציה שלהם תהיה השפעה סינרגיסטית; כלומר, ההשפעה המשולבת שלהם הייתה גדולה מסכום ההשפעות האישיות שלהם. לדוגמא, לעישון בשילוב עם חשיפה לאסבסט יש השפעה סינרגיסטית בגרימת סרטן ריאות.

    עקומת המינון-תגובה

    במשך מאות שנים, מדענים ידעו כי כמעט כל חומר הוא רעיל בכמויות מספיקות. זו אמירה נפוצה בקרב טוקסיקולוגים כי "המינון גורם לרעל". למעשה, מינון גבוה מדי (כמות) של תרופה מועילה אחרת יכול לגרום להשפעות בריאותיות שליליות או אפילו למוות. באופן דומה, כמויות קטנות של סלניום נדרשות על ידי אורגניזמים חיים לתפקוד תקין, אך כמויות גדולות עלולות לגרום לסרטן.

    ההשפעה של כימיקל מסוים על אדם תלויה במינון הכימיקל. קשר זה מומחש לעתים קרובות על ידי עקומת מינון-תגובה, המציגה את הקשר בין המינון לתגובת הפרט. מינונים קטלניים בבני אדם נקבעו עבור חומרים רבים ממידע שנאסף מתיעוד של מקרי רצח, הרעלות בשוגג, ניסויים בבעלי חיים וניסויים בתרביות תאים. מנה קטלנית ל -50% מאוכלוסיית חיות הניסוי נקראת המינון הקטלני -50%, או LD 50 (טבלה\(\PageIndex{b}\)). קביעת LD 50 נדרשת לכימיקלים סינתטיים חדשים על מנת לתת מדד לרעילותם. מכיוון שבדיקת LD 50 קונבנציונלית אחת עשויה להרוג עד 100 בעלי חיים, ארצות הברית וחברים אחרים בארגון לשיתוף פעולה ופיתוח כלכלי הסכימו בדצמבר 2000 לבטל את מבחן LD 50 לטובת חלופות המפחיתות מאוד (או אפילו לחסל) מקרי מוות של חיות הניסוי.

    טבלה\(\PageIndex{b}\): ערכי LD 50 עבור כמה קוטלי חרקים. בכל מקרה, הכימיקל הוזן לחולדות מעבדה. שים לב שככל שה- LD 50 נמוך יותר, כך הכימיקל רעיל יותר.
     
    כימי קטגוריה LD אוראלי 50 בחולדות
    (מ"ג/ק"ג)
    אלדיקרב ("תמיק") קרבמט 1
    קרבריל ("סווין") קרבמט 307
    DDT פחמימנים עם כלור 87
    דילדרין פחמימנים עם כלור 40
    דיפלובנצורון ("דימילין") מעכב כיטין 10,000
    מלתיון אורגנופוספט 885
    מתופרן JH לחקות 34,600
    מתוקסילור פחמימנים עם כלור 5,000
    פרתיון אורגנופוספט 3
    פיפרוניל בוטוקסיד סינרגיסט 7,500
    פירתרינים תמצית צמחים 200
    רוטנון תמצית צמחים 60


    מינון הגורם ל -50% מהאוכלוסייה להפגין תגובה משמעותית כלשהי, בין אם טיפולית או מזיקה (נשירת שיער, התפתחות מעוכבת וכו '), מכונה המינון האפקטיבי -50%, או ED 50 (איור\(\PageIndex{h}\)). לחלק מהרעלים יש מינון סף שמתחתיו אין השפעה נראית לעין על האוכלוסייה החשופה, הנקראת רמת ההשפעה השלילית שאינה נצפתה (NOAEL; איור). \(\PageIndex{i}\) המינון הנמוך ביותר בו ניכרת השפעה שלילית כלשהי נקרא רמת ההשפעה השלילית הנמוכה ביותר שנצפתה (LOAEL). בין NOAEL ו LOAEL, ייתכן שיש השפעה ניכרת אך לא מזיקה.

    עקומת מינון-תגובה המציגה שתי עקומות, הקובעת את ED50 ו- TD50.
    איור\(\PageIndex{h}\): עקומת מינון-תגובה מציגה את אחוז האנשים המדגימים תגובה לתרופה המבוססת על מינון. המינון האפקטיבי -50% (ED 50) הוא המינון שבו מחצית מהאוכלוסייה מדגימה השפעה. המינון הרעיל -50% (TD 50) הוא המינון שבו מחצית מהאוכלוסייה מורעלת על ידי התרופה. ניתן להמחיש את המינון הקטלני -50% (LD 50), המינון שבו מחצית מהאוכלוסייה מתה, על ידי עקומה שלישית מימין. תמונה מאת הספרייה הלאומית לרפואה בארה"ב (נחלת הכלל).
    גרף התגובה ביחס למינון, המציג עקומה בצורת S. NOAEL נמוך יותר בעקומה מאשר LOAEL.
    איור\(\PageIndex{i}\): עקומת מינון-תגובה הממחישה את רמת ההשפעה השלילית (NOAEL) ואת רמת ההשפעה השלילית הנצפית הנמוכה ביותר (LOAEL). תמונה מאת הספרייה הלאומית לרפואה בארה"ב (נחלת הכלל).

    השפעות בריאותיות, סביבתיות וכלכליות של שימוש בחומרי הדברה בייצור תפוחי אדמה באקוודור

    המרכז הבינלאומי לתפוחי אדמה (CIP) ערך פרויקט התערבות מחקרית בין-תחומית ובין-מוסדית העוסק בהשפעות חומרי הדברה על הייצור החקלאי, בריאות האדם והסביבה בקארצ'י, אקוודור. קרצ'י הוא אזור גידול תפוחי האדמה החשוב ביותר באקוודור, שם חקלאים קטנים שולטים בייצור. הם משתמשים בכמויות אדירות של חומרי הדברה להדברת חדקונית תפוחי האדמה האנדים ופטריית הדלקת המאוחרת. כמעט כל החקלאים מיישמים חומרי הדברה מסוכנים ביותר (המסווגים על ידי ארגון הבריאות העולמי כמחלקה Ib) באמצעות מרססי תרמיל משאבת יד (איור\(\PageIndex{g}\)). LD 50 עבור חומרי הדברה מסוג Ib הוא 5-50 או 20-200 מ"ג/ק"ג לבליעה דרך הפה בצורה מוצקה או נוזלית, בהתאמה. עבור חשיפה עורית (עור), LD 50 הוא 10-100 או 40-400 מ"ג/ק"ג עבור מוצקים ונוזלים, בהתאמה. חומרי ההדברה מסוג LD 50 Class III, הנחשבים למסוכנים מעט בלבד, גדולים פי 10 לפחות מזה של חומרי הדברה מסוג Ib.

    גבר מרסס חומרי הדברה באמצעות מרסס תרמיל. הוא חובש כובע, חולצה עם שרוול ארוך, מכנסיים ומגפיים, אך מעט ציוד מגן.
    איור\(\PageIndex{g}\): חקלאי וייטנאם זה מרסס חומרי הדברה באמצעות מרסס תרמיל עם מעט הגנה אישית, בדומה למה שמשמש את חקלאי תפוחי האדמה באקוודור. תמונה מאת רוי בייטמן בוויקיפדיה האנגלית (CC-BY-SA).

    המחקר מצא כי הבעיות הבריאותיות הנגרמות על ידי חומרי הדברה הן חמורות ומשפיעות על אחוז גבוה מהאוכלוסייה הכפרית. למרות קיומם של פתרונות טכנולוגיים ומדיניות, מדיניות הממשלה ממשיכה לקדם את השימוש בחומרי הדברה. מסקנות המחקר הסכימו עם אלה של תעשיית ההדברה, "כי כל חברה שלא יכולה להבטיח שימוש בטוח בחומרי הדברה רעילים ביותר צריכה להוציא אותם מהשוק וכי כמעט בלתי אפשרי להשיג שימוש בטוח בחומרי הדברה רעילים ביותר בקרב חקלאים קטנים במדינות מתפתחות."

    מקור: יאנגגן ואח '2003.

    עקרון זהירות

    קביעת מינון בטוח מעקומת מינון-תגובה משתמשת בעקרון הזהירות המונעת, במילים פשוטות, מגלם את הביטוי "עדיף להיות בטוח מאשר להצטער". פעולות העוקבות אחר עקרון הזהירות המונעת מאפשרות מרווח להבטיח בטיחות במקרה שלרעלן או לתרופה נמצא מאוחר יותר השפעה שלילית במינון נמוך מזה שהתגלה לראשונה. המינון הבטוח מוגדר לרוב ל -1% או אפילו 0.1% מה- NOAEL.

    עקרון הזהירות המונעת מיושם לעיתים על מרכיבים אחרים של טוקסיקולוגיה סביבתית. לדוגמה באיחוד האירופי (EU), היצרנים חייבים להוכיח את בטיחות המוצר שלהם לפני שהוא נמכר. אמנם הדבר נדרש גם בארה"ב לכימיקלים שלא נעשה בהם שימוש בעבר, אך אין כלל כזה למוצרים קיימים. במקום זאת, באחריות הסוכנות להגנת הסביבה להוכיח כי מוצרים שכבר קיימים בשוק אינם בטוחים לפני שהם אוסרים עליהם. לסיכום, עיקרון הזהירות מוחל על ויסות רעלים פוטנציאליים במוצרים הן באיחוד האירופי והן בארה"ב; עם זאת, האיחוד האירופי מיישם את עקרון הזהירות המונעת באופן רחב יותר. טעויות האיחוד האירופי בצד הזהירות, ועלולות לאסור כימיקלים שאינם מזיקים עד שיוכחו כבטוחים, אך ארה"ב מסתכנת בחשיפה לרעלים פוטנציאליים לפני קביעת בטיחותם.

    ייחוס

    שונה על ידי מליסה הא מהמקורות הבאים: