15.4: Toxicologia Ambiental
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A toxicologia ambiental é o estudo científico das propriedades das toxinas, substâncias químicas que podem causar danos aos organismos vivos e dos efeitos na saúde associados à exposição a elas (tabela\(\PageIndex{a}\)). O campo também envolve o gerenciamento dessas toxinas e a proteção de humanos e ecossistemas contra elas. Os toxicologistas são cientistas que estudam as propriedades das toxinas, e essas propriedades causadoras de danos são chamadas de toxicidade. Em outras palavras, os toxicologistas avaliam os riscos químicos.
| Classificação de 2019 | Nome da substância |
|---|---|
| 1 | Arsênico |
| 2 | Liderar |
| 3 | Mercúrio |
| 4 | Cloreto de vin |
| 5 | Bifenilos policlorados (PCBs) |
| 6 | Benzeno |
| 7 | Cádmio |
| 8 | Benzo [a] pireno |
| 9 | Hidrocarbonetos aromáticos policíclicos |
| 10 |
Benzo [b] fluoranteno |
| 11 | Clorofórmio |
| 12 |
Arocor 1260 |
| 13 | p, P'-DDT |
| 14 | Arocor 1254 |
| 15 | Dibenz [a, h] antraceno |
Tabela modificada do ATSDR/CDC (domínio público).
Quais formas os produtos químicos assumem?
As substâncias químicas podem assumir várias formas. Eles podem estar na forma de sólidos, líquidos, poeiras, vapores, gases, fibras, névoas e fumaça (figura\(\PageIndex{a}\)). A forma em que uma substância se encontra tem muito a ver com a forma como ela entra em seu corpo e com os danos que ela pode causar. Um produto químico também pode mudar de forma. Por exemplo, solventes líquidos podem evaporar e liberar vapores que você pode inalar. Às vezes, os produtos químicos estão em uma forma que não pode ser vista ou cheirada, por isso não podem ser facilmente detectados.
Rotas de exposição a produtos químicos
Para causar problemas de saúde, os produtos químicos devem entrar em seu corpo. Depois que as substâncias químicas entram em seu corpo, algumas podem entrar na corrente sanguínea e alcançar os órgãos “alvo” internos, como pulmões, fígado, rins ou sistema nervoso. Existem três vias principais de exposição ou maneiras pelas quais uma substância química pode entrar em seu corpo (figura\(\PageIndex{b}\)).
A primeira via é a inalação, que resulta da respiração de gases químicos, névoas ou poeiras que estão no ar. Como os sacos de ar nos pulmões são uma estrutura para a troca gasosa, consistindo em apenas uma única camada de células finas, as substâncias inaladas podem passar rapidamente dos sacos de ar para os capilares e entrar na corrente sanguínea. As toxinas inaladas também podem causar danos locais na boca, nas vias aéreas e nos pulmões.
A segunda via é a ingestão, ou seja, a deglutição, quando os produtos químicos foram derramados ou depositados em alimentos, bebidas, cigarros, barbas ou mãos. As toxinas podem então causar danos locais ao trato digestivo e podem ser absorvidas, na maioria das vezes pelos intestinos, pela corrente sanguínea.
A terceira via é o contato com a pele ou com os olhos. Quando substâncias químicas tocam diretamente a pele ou entram em contato com os olhos, elas podem causar danos localizados ou ser absorvidas pela pele para a corrente sanguínea. Como a pele consiste em muitas camadas celulares reforçadas com compostos protetores, é mais difícil que as toxinas entrem no corpo através da pele em comparação com a inalação e a ingestão. No entanto, as toxinas podem entrar facilmente na pele danificada e algumas substâncias podem ser absorvidas pela pele intacta. Como os olhos têm um rico suprimento de sangue, as toxinas podem entrar prontamente na corrente sanguínea por meio do contato visual.
Quais fatores afetam a segurança de um produto químico?
Por que alguns produtos químicos são mais nocivos do que outros? Muitos fatores são considerados ao avaliar a segurança de um produto químico, incluindo potência, persistência, solubilidade, bioacumulação e biomagnificação. A potência se refere à quantidade de um produto químico necessária para causar danos. Quanto mais potente for uma toxina, menor será a concentração necessária para causar danos. Persistência se refere a quanto tempo uma substância leva para se decompor. Os produtos químicos persistentes são mais preocupantes porque permanecem no meio ambiente (ou mesmo nos organismos) por longos períodos de tempo. Solubilidade refere-se ao fato de o produto químico se dissolver em certos solventes, como água ou gordura. Geralmente, as toxinas lipossolúveis (lipossolúveis) são mais perigosas porque podem se acumular nos tecidos adiposos (veja abaixo), enquanto as toxinas solúveis em água podem ser mais facilmente eliminadas do corpo. Além disso, as toxinas lipossolúveis são mais facilmente absorvidas pelo corpo.
Bioacumulação
A bioacumulação é o acúmulo de substâncias químicas nos tecidos de um organismo ao longo de sua vida. Embora as toxinas bioacumuladas sejam comumente solúveis em gordura, como DDT e PCBs, as toxinas solúveis em água, como formas inorgânicas de metais pesados, também podem se bioacumular. Por exemplo, o chumbo se acumula nos dentes e nos ossos, e o mercúrio pode se acumular nos rins e no cérebro.
Biomagnificação
A biomagnificação é a concentração crescente de toxinas nos organismos em cada nível trófico sucessivo. Quando organismos com toxinas bioacumuladas são consumidos, as toxinas são transferidas para seus predadores (figura\(\PageIndex{d}\)). A biomagnificação explica por que algumas espécies de peixes no topo da cadeia alimentar contêm altas concentrações de mercúrio e cádmio, outro metal pesado.
Além da alta persistência, solubilidade em gordura e bioacumulação, a biomagnificação explica por que o inseticida diclorodifeniltricloroetano (DDT), agora proibido, causou tantos danos. Os produtores absorveram o DDT e o repassaram para níveis sucessivos de consumidores em taxas cada vez mais altas. Por exemplo, pulverizar um pântano para controlar os mosquitos fará com que quantidades vestigiais de DDT se acumulem nas células de organismos aquáticos microscópicos, o plâncton, no pântano. Ao se alimentar do plâncton, os filtradores-alimentadores, como amêijoas e alguns peixes, colhem DDT e também alimentos. (Concentrações de DDT 10 vezes maiores do que as do plâncton foram medidas em moluscos.) O processo de concentração vai direto para a cadeia alimentar, de um nível trófico para o outro. As gaivotas, que se alimentam de moluscos, podem acumular DDT até 40 ou mais vezes a concentração em suas presas. Isso representa um aumento de 400 vezes na concentração ao longo dessa curta cadeia alimentar. Em última análise, os principais predadores no topo da cadeia alimentar, como águias carecas, pelicanos, falcões e águias-pescadoras, se alimentaram de peixes contaminados, atingindo níveis perigosos de DDT.
Outra substância que biomagnifica é o bifenil policlorado (PCB). A Administração Nacional Atmosférica e Oceânica (NOAA) estudou a biomagnificação do PCB na Baía de Saginaw, no Lago Huron, nos Grandes Lagos da América do Norte (figura\(\PageIndex{d}\)). As concentrações de PCB aumentaram dos produtores do ecossistema (fitoplâncton) até os diferentes níveis tróficos das espécies de peixes. O predador principal, o walleye, tinha mais de quatro vezes a quantidade de PCBs em comparação com o fitoplâncton. Além disso, pesquisas descobriram que os pássaros que comem esses peixes podem ter níveis de PCB pelo menos dez vezes maiores do que os encontrados nos peixes do lago. Esse ecossistema aquático ofereceu uma oportunidade ideal para estudar a biomagnificação porque o PCB geralmente existe em baixas concentrações nesse ambiente, mas os predadores do ápice acumularam concentrações muito altas da toxina.
Poluentes orgânicos persistentes (POPs)
Os poluentes orgânicos persistentes (POPs) são um grupo de produtos químicos orgânicos que apresentam riscos à saúde humana e aos ecossistemas. Os exemplos incluem o pesticida diclorodifeniltricloroetano (DDT) e os produtos químicos industriais bifenilos policlorados (PCBs) e substâncias per e polifluoroalquil (PFAS). O contaminante no Agente Laranja (2,3,7,8-tetraclorodibenzo-p-dioxina; TCDD) é outro POP (veja O Método Científico). Os poluentes orgânicos persistentes têm as seguintes três características:
- Persistente: os POPs são substâncias químicas que duram muito tempo no ambiente. Alguns podem resistir à decomposição por anos e até décadas, enquanto outros podem potencialmente se decompor em outras substâncias tóxicas.
- Bioacumulativo: os POPs podem se acumular em animais e humanos, geralmente nos tecidos adiposos e principalmente nos alimentos que consomem. À medida que esses compostos sobem na cadeia alimentar, eles se concentram em níveis que podem ser milhares de vezes maiores do que os limites aceitáveis.
- Tóxico: os POPs podem causar uma ampla gama de efeitos à saúde em humanos, animais selvagens e peixes. Eles têm sido associados a efeitos no sistema nervoso, problemas reprodutivos e de desenvolvimento, supressão do sistema imunológico, câncer e distúrbios endócrinos. A produção e o uso deliberados da maioria dos POPs foram proibidos em todo o mundo, com algumas isenções feitas por questões de saúde humana (por exemplo, DDT para controle da malária) e/ou em casos muito específicos em que produtos químicos alternativos não foram identificados. No entanto, a produção não intencional e/ou o uso atual de alguns POPs continuam sendo uma questão de preocupação global. Embora a maioria dos POPs não tenha sido fabricada ou usada por décadas, eles continuam presentes no meio ambiente e, portanto, são potencialmente prejudiciais. As mesmas propriedades que originalmente os tornaram tão eficazes, especialmente sua estabilidade, dificultam sua erradicação do meio ambiente.
A relação entre a exposição a contaminantes ambientais, como POPs, e a saúde humana é complexa. Há evidências crescentes de que esses produtos químicos persistentes, bioacumulativos e tóxicos (PBTs) causam danos a longo prazo à saúde humana e ao meio ambiente. Traçar uma ligação direta, no entanto, entre a exposição a esses produtos químicos e os efeitos na saúde é complicado, especialmente porque os humanos são expostos diariamente a muitos contaminantes ambientais diferentes por meio do ar que respiram, da água que bebem e dos alimentos que comem. Numerosos estudos relacionam os POPs a vários efeitos adversos em humanos. Isso inclui efeitos no sistema nervoso, problemas relacionados à reprodução e desenvolvimento, câncer e impactos genéticos. Além disso, há uma crescente preocupação pública com os contaminantes ambientais que imitam os hormônios no corpo humano (desreguladores endócrinos).
Por meio de processos atmosféricos, eles são depositados na terra ou nos ecossistemas aquáticos, onde se acumulam e potencialmente causam danos. A partir desses ecossistemas, eles evaporam, entrando novamente na atmosfera, normalmente viajando de temperaturas mais quentes para regiões mais frias. Eles se condensam para fora da atmosfera sempre que a temperatura cai, eventualmente atingindo as maiores concentrações nos países circumpolares. Por meio desses processos, os POPs podem se mover milhares de quilômetros de sua fonte original de liberação em um ciclo que pode durar décadas.
Assim como os humanos, os animais são expostos aos POPs no meio ambiente por meio do ar, da água e dos alimentos. Os POPs podem permanecer nos sedimentos por anos, onde criaturas que vivem no fundo os consomem e são então comidos por peixes maiores. Como as concentrações de tecidos podem se biomagnificar em cada nível da cadeia alimentar, os principais predadores, incluindo baleias, focas, ursos polares, aves de rapina, atum, peixe-espada e robalo, podem ter concentrações milhões de vezes maiores de POPs do que a própria água. Uma vez que os POPs são liberados no meio ambiente, eles podem ser transportados dentro de uma região específica e através de fronteiras internacionais, transferindo-se entre ar, água e terra.
Embora geralmente sejam proibidos ou restritos (figura\(\PageIndex{e}\)), os POPs entram e atravessam o meio ambiente diariamente por meio de um ciclo de transporte e deposição aérea de longo alcance chamado “efeito gafanhoto”. ” Os processos do “gafanhoto” começam com a liberação de POPs no ambiente. Quando os POPs entram na atmosfera, eles podem ser transportados por correntes de vento, às vezes por longas distâncias.
Quais são os efeitos das toxinas na saúde?
O efeito de uma toxina é determinado por vários fatores. Em primeiro lugar, a mesma toxina e a mesma concentração podem afetar os indivíduos de forma diferente, dependendo da idade, saúde geral, genética, sexo e outros fatores. Por exemplo, crianças pequenas são especialmente suscetíveis a metais pesados e bisfenol A (BPA). Além disso, como muitas toxinas são processadas pelo fígado e a função hepática diminui com a idade, os idosos são mais suscetíveis a certas toxinas. Da mesma forma, é provável que um indivíduo com saúde geral resista melhor às toxinas de exposição do que alguém que enfrenta outros problemas de saúde. Em relação à genética, alguns indivíduos podem ter versões de genes que os tornam mais suscetíveis ou resistentes a certas toxinas. Além dos fatores individuais, a duração da exposição, a presença de outras toxinas e a concentração (dosagem) afetam a toxicidade
Efeitos agudos versus crônicos
Um efeito agudo de uma toxina é aquele que ocorre rapidamente após a exposição a uma grande quantidade dessa substância. O efeito crônico de um contaminante resulta da exposição a pequenas quantidades de uma substância por um longo período de tempo. Nesse caso, o efeito pode não ser imediatamente óbvio. Os efeitos crônicos são difíceis de medir, pois os efeitos podem não ser vistos por anos. Acredita-se que a exposição a longo prazo ao tabagismo, a baixa exposição à radiação e o uso moderado de álcool produzam efeitos crônicos.
Interações toxicológicas
A exposição a vários produtos químicos simultaneamente pode resultar em uma variedade de efeitos ou interações químicas (figura\(\PageIndex{f}\)). Eles podem se aplicar a qualquer substância química que afete o corpo, incluindo medicamentos e toxinas (no último caso, eles são chamados de interações toxicológicas). Se o efeito das duas substâncias químicas combinadas for a soma de seus efeitos individuais, a interação química é chamada de efeito aditivo. Suponha que o medicamento A e o medicamento B tenham o mesmo efeito no corpo (por exemplo, cada um aumenta a frequência cardíaca em cinco batimentos por minuto). Um efeito aditivo ocorreria se a ingestão dos dois medicamentos juntos aumentasse a frequência cardíaca em 10 batimentos por minuto. Por exemplo, o tolueno e o xileno, ambos encontrados em solventes e tintas, têm um efeito aditivo. Cada um causa irritação nos olhos, nariz e garganta, tontura, dores de cabeça e confusão. Um estudo descobriu que seus efeitos combinados na memória, função cognitiva e coordenação eram aproximadamente iguais à soma de seus efeitos individuais.
Por outro lado, se o uso simultâneo dos medicamentos A e B aumentasse a frequência cardíaca em menos de 10 batimentos por minuto (menos do que a soma), sua interação seria considerada um efeito antagônico, indicando que eles interferem entre si. Por exemplo, o etanol (encontrado em bebidas alcoólicas) e o metanol (álcool de madeira) têm efeitos tóxicos, mas o metanol é mais imediatamente prejudicial. Quando o metanol é ingerido, o corpo o converte em compostos perigosos que não podem ser facilmente removidos do corpo. O etanol pode ser usado para tratar a intoxicação por metanol porque bloqueia as enzimas que facilitam essas reações, proporcionando ao corpo a oportunidade de eliminar o metanol.
Se a combinação dos medicamentos A e B aumentasse a frequência cardíaca em mais de 10 batimentos por minuto, sua interação seria um efeito sinérgico; ou seja, seu efeito combinado era maior do que a soma de seus efeitos individuais. Por exemplo, o tabagismo combinado com a exposição ao amianto tem um efeito sinérgico na causa do câncer de pulmão.
A curva dose-resposta
Durante séculos, os cientistas souberam que praticamente qualquer substância é tóxica em quantidades suficientes. É um ditado comum entre os toxicologistas que “a dose produz o veneno”. De fato, uma dosagem (quantidade) muito alta de um medicamento útil pode causar efeitos negativos à saúde ou até mesmo a morte. Da mesma forma, pequenas quantidades de selênio são necessárias para o funcionamento adequado dos organismos vivos, mas grandes quantidades podem causar câncer.
O efeito de um determinado produto químico em um indivíduo depende da dose do produto químico. Essa relação é frequentemente ilustrada por uma curva dose-resposta, que mostra a relação entre a dose e a resposta do indivíduo. As doses letais em humanos foram determinadas para muitas substâncias a partir de informações coletadas em registros de homicídios, intoxicações acidentais, testes em animais e experimentos em culturas de células. Uma dose letal para 50% de uma população de animais de teste é chamada de dose letal -50%, ou LD 50 (Tabela\(\PageIndex{b}\)). A determinação do LD 50 é necessária para novos produtos químicos sintéticos, a fim de fornecer uma medida de sua toxicidade. Como um único teste convencional de LD 50 pode matar até 100 animais, os Estados Unidos e outros membros da Organização para Cooperação e Desenvolvimento Econômico concordaram em dezembro de 2000 em eliminar gradualmente o teste LD 50 em favor de alternativas que reduzam bastante (ou até mesmo eliminar) as mortes dos animais de teste.
(mg/kg)
Uma dose que faz com que 50% de uma população apresente qualquer resposta significativa, seja terapêutica ou prejudicial (queda de cabelo, desenvolvimento atrofiado, etc.), é chamada de dose efetiva de -50% ou ED 50 (figura\(\PageIndex{h}\)). Algumas toxinas têm uma dose limite abaixo da qual não há efeito aparente na população exposta, chamado de nível de efeito adverso não observado (NOAEL; figura\(\PageIndex{i}\)). A dose mais baixa na qual qualquer efeito negativo é aparente é chamada de nível de efeito adverso mais baixo observado (LOAEL). Entre NOAEL e LOAEL, pode haver um efeito perceptível, mas inofensivo.
Efeitos na saúde humana, ambientais e econômicos do uso de pesticidas na produção de batata no Equador
O Centro Internacional da Batata (CIP) conduziu um projeto de intervenção de pesquisa interdisciplinar e interinstitucional que trata dos impactos dos pesticidas na produção agrícola, na saúde humana e no meio ambiente em Carchi, Equador. Carchi é a área de cultivo de batata mais importante do Equador, onde os pequenos agricultores dominam a produção. Eles usam grandes quantidades de pesticidas para o controle do gorgulho andino da batata e do fungo da requeima. Praticamente todos os agricultores aplicam pesticidas altamente perigosos (classificados pela Organização Mundial da Saúde como classe Ib) usando pulverizadores de mochila com bomba manual (figura\(\PageIndex{g}\)). O LD 50 para pesticidas da classe Ib é de 5-50 ou 20-200 mg/kg para ingestão oral na forma sólida ou líquida, respectivamente. Para exposição dérmica (pele), o LD 50 é 10-100 ou 40-400 mg/kg para sólidos e líquidos, respectivamente. Os pesticidas LD 50 classe III, considerados apenas ligeiramente perigosos, são pelo menos 10 vezes maiores do que os pesticidas da classe Ib.
O estudo constatou que os problemas de saúde causados pelos pesticidas são graves e estão afetando uma alta porcentagem da população rural. Apesar da existência de soluções tecnológicas e políticas, as políticas governamentais continuam promovendo o uso de pesticidas. As conclusões do estudo estão de acordo com as da indústria de pesticidas, “de que qualquer empresa que não possa garantir o uso seguro de pesticidas altamente tóxicos deve removê-los do mercado e que é quase impossível alcançar o uso seguro de pesticidas altamente tóxicos entre pequenos agricultores em países em desenvolvimento”.
Fonte: Yanggen et al. 2003.
Princípio da precaução
Determinar uma dosagem segura a partir de uma curva de dose-resposta emprega o princípio da precaução, que, simplificando, incorpora a frase “É melhor prevenir do que remediar”. As ações que seguem o princípio da precaução permitem margem para garantir a segurança no caso de posteriormente se descobrir que uma toxina ou medicamento tem efeito negativo em uma dosagem menor do que a detectada pela primeira vez. A dosagem segura é geralmente definida para 1% ou mesmo 0,1% do NOAEL.
O princípio da precaução às vezes é aplicado a outros componentes da toxicologia ambiental. Por exemplo, na União Europeia (UE), os fabricantes devem demonstrar a segurança de seus produtos antes de serem vendidos. Embora isso também seja exigido nos EUA para produtos químicos que não tenham sido usados antes, essa regra não existe para produtos existentes. Em vez disso, é responsabilidade da Agência de Proteção Ambiental demonstrar que os produtos já existentes no mercado não são seguros antes de bani-los. Em resumo, o princípio da precaução é aplicado para regular possíveis toxinas em produtos na UE e nos EUA; no entanto, a UE aplica o princípio da precaução de forma mais ampla. Os erros da UE são cautelosos, potencialmente proibindo produtos químicos que são inofensivos até que se prove que são seguros, mas os EUA correm o risco de serem expostos a possíveis toxinas antes que sua segurança seja determinada.
Atribuição
Modificado por Melissa Ha a partir das seguintes fontes:
- Poluentes orgânicos persistentes: quintais para fronteiras. 2004. Banco Mundial. (licenciado sob CC-BY)
- Biologia Ambiental por Matthew R. Fisher (licenciado sob CC-BY)
- Biomagnificação, inseticidas e o teste LD50 da Biology, de John W. Kimball (licenciado sob CC-BY)