Toxikologie polychlorovaných bifenylů

Transkript

1 UNIVERZITA KARLOVA V PRAZE FARMACEUTICKÁ FAKULTA V HRADCI KRÁLOVÉ Katedra farmakologie a toxikologie Toxikologie polychlorovaných bifenylů Diplomová práce Vedoucí diplomové práce: PharmDr. Marie Vopršalová, CSc. Hradec Králové 2012 Radka Janušová 6

2 PROHLÁŠENÍ: Prohlašuji, že tato práce je mým původním autorským dílem. Veškerá literatura a další zdroje, z nichž jsem při zpracování čerpala, jsou uvedeny v seznamu použité literatury a v práci řádně citovány. Práce nebyla využita k získání jiného nebo stejného titulu... Podpis diplomanta - 2 -

3 Ráda bych touto cestou poděkovala paní PharmDr. Marie Vopršalová, CSc. za poskytnuté rady, informace a za odborné vedení při sestavování této diplomové práce

4 ABSTRAKT Univerzita Karlova v Praze Farmaceutická fakulta v Hradci Králové Katedra farmakologie a toxikologie Radka Janušová Školitel: PharmDr. Marie Vopršalová, CSc. TOXIKOLOGIE POLYCHLOROVANÝCH BIFENYLŮ Tato diplomová práce se zabývá toxikologií polychlorovaných bifenylů. Jsou zde popsány jejich vlastnosti, zdroje, jejich pohyb v životním prostředí, toxikokinetika i účinky na jednotlivé orgánové systémy. Spolu s polychlorovanými dibenzooxiny a polychlorovanými dibenzofurany jsou řazeny k perzistentním organickým polutantům, které jsou charakteristické svou toxicitou a schopností kumulovat se v životním prostředí. Jsou to syntetické organické aromatické látky. Poprvé byly syntetizovány v 19. století a od 30. let 20. století byly průmyslově vyráběny v obrovských množstvích. Mají řadu užitečných fyzikálních i chemických vlastností, které umožňovaly jejich široké využití a mnohé produkty obsahujících PCB jsou používány dodnes. V USA byla jejich výroba zakázána již v 70. letech 20. století, u nás se však vyráběly až do roku V roce 2001 pak byla podepsána Stockholmská úmluva, která zavazuje zainteresované země k omezení výroby, používání a vypouštění těchto látek do životního prostředí

5 ABSTRACT Charles University in Prague Faculty of Pharmacy in Hradec Králové Department of Pharmacology & Toxicology Radka Janušová Supervisor: PharmDr. Marie Vopršalová, CSc. THE TOXICOLOGY OF POLYCHLORINATED BIPHENYLS This diploma thesis is dealing with the toxicology of polychlorinated biphenyls. There are described their properties, sources, their movement in the environment, toxicokinetics and effects on various organ systems. Together with polychlorinated dibenzorufans and polychlorinated dibenzo-p-oxins belong to persistent organic pollutants that can be characterized by their toxicity and ability to accumulate in the environment. They are synthetic organic aromatic compounds. First time, they were synthetized in 19 th century and since 30s of the 20th century have been industrially produced in huge amounts. They have a number of useful physical and chemical properties that allow their wide use and many of these products, which contain PCBs, are still used. In the U.S., their production was already banned in the 70s of 20th century, with us they were produced until In 2001 was signed the Stockholm convention, that obligates the involved countries to limit the production, use and discharge of these substance into the environment

6 OBSAH 1. SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK ÚVOD A CÍL HISTORIE ZDROJE POLYCHLOROVANÝCH BIFENYLŮ POHYB PCB V ŽIVOTNÍM PROSTŘEDÍ VYUŽITÍ PCB Uzavřené aplikační systémy (closed applications) Částečně uzavřené aplikační systémy (partially closed applications) Otevřené aplikační systémy (opened applications) CHEMICKÁ STRUKTURA FYZIKÁLNÍ A CHEMICKÉ VLASTNOSTI TOXIKOKINETIKA Absorpce EXPOZICE INHALACÍ PERORÁLNÍ EXPOZICE DERMÁLNÍ EXPOZICE Distribuce Metabolismus Exkrece

7 10. ÚČINKY NA ZDRAVÍ Akutní toxicita Chronická toxicita Minimální rizikové hladiny ÚČINKY NA JEDNOTLIVÉ ORGÁNOVÉ SYSTÉM Systémové účinky ÚČINKY NA RESPIRAČNÍ SYSTÉM KARDIOVASKULÁRNÍ ÚČINKY ÚČINKY NA GASTROINTESTINÁLNÍ TRAKT HEMATOLOGICKÉ ÚČINKY ÚČINKY NA MUSKOSKELETÁRNÍ SYSTÉM HEPATÁLNÍ ÚČINKY ÚČINKY NA LEDVINY ÚČINKY NA ŽLÁZY S VNITŘNÍ SEKRECÍ (PCB JAKO ENDOKRINNÍ DISRUPTORY) 44 a ) ŠTÍTNÁ ŽLÁZA b ) ESTROGENY DERMATOGICKÉ ÚČINKY ÚČINKY NA ZRAK Účinky na imunitní systém Účinky na nervový systém

8 11.4. Účinky na reprodukční systém Vliv na vývojový cyklus RŮST A VÝVOJ Genotoxicita Nádorová onemocnění ÚČINKY NA ZDRAVÍ VOLNĚ ŽIJÍCÍCH ŽIVOČICHŮ MECHANISMUS ÚČINKU LÉČBA Akutní otrava Chronická otrava Otrava inhalací LEGISLATIVNÍ OPATŘENÍ Stockholmská úmluva Zákon o kontrole toxických látek (TSCA) DISKUZE ZÁVĚR SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY

9 1. SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK Ah-receptor ALT AST CDF CYP DDT EPA FDA FEV1 GGT HCB IgA IgM LD 50 MRL NHL OSHA PCDD PCDF PNM POP SOD aryl hydrocarbon receptor alaninaminotransferáza aspartátaminotransferáza chlorované dibenzofurany cytochrom P dichlordifenyltrichlormethylmethan Environmental protection agency Food and Drug Administration sekundová vitální kapacita plic glutamyltranspeptidáza hexachlorobenzen imunoglobulin A imunoglobulin M lethal dose 50 (dávka, která usmrtí 50 % pokusných zvířat) minimální rizikové hladiny Nonhodgkinův lymfom Occupational Safety and Health Administration polychlorované dibenzooxiny polychlorované dibenzofurany polymorfonukleary (skupina bílých krvinek - leukocytů) perzistentní organické polutanty superoxiddismutáza - 9 -

10 T 3 T 4 trijodtyronin tyroxin TEF TSH UDP faktoru toxické ekvivalence thyroid-stimulating hormone uridin-difosfát-glukuronyltransferáza

11 2. ÚVOD A CÍL Písmena PCB jsou zkratkou pro polychlorované bifenyly a tento název velmi výstižně popisuje jejich strukturu. Bifenyl je sloučenina tvořená dvěma benzenovými (fenylovými) jádry, která jsou spojena jednoduchou vazbou mezi dvěma atomy uhlíku. Polychlorovaná část názvu naznačuje přítomnost alespoň jednoho případně i více atomů chlóru vázaných na jeden či více uhlíků bifenylového jádra (viz obr. č. 4). Na teoretické úrovni existuje 209 sloučenin. Z těchto 209 možných sloučenin je ve skutečnosti pouze 100 až 150 přítomno ve sloučeninách, které byly dříve hojně používány a dodnes jsou široce rozptýleny v životním prostředí (1). Cílem této diplomové práce je shrnout výzkumem podložené informace o PCB látkách, a to zejména o jejich zdrojích, o jejich osudu ve složkách životního prostředí a o jejich toxických účincích na živé organizmy

12 3. HISTORIE Polychlorované bifenyly jsou aromatické sloučeniny, které se normálně v životním prostředí nevyskytují (2). Poprvé byly syntetizovány v 19. století, přesněji v roce 1881, ale jejich rozsáhlejší průmyslová výroba byla plně rozvinuta až kolem roku 1930 (3). Potencionální toxicita PCB byla poprvé zaznamenána v roce 1968, kdy více než 1500 lidí v okolí Fukuoka v jihozápadním Japonsku bylo otráveno po požití jídla připravovaného na rýžovém oleji, který byl kontaminován PCB. Lidé, po jeho požití, začali trpět řadou chorob, a toto onemocnění se tak stalo známé jako Yusho onemocnění (neboli otrava rýžovým olejem) (4). První pacientkou byla tříletá holčička, kterou přivezli do univerzitní nemocnice v Kyushu v červnu roku 1968, s lézemi připomínajícími akné. Do konce srpna téhož roku bylo na stejnou kliniku přivezeno dalších 13 pacientů se stejnými symptomy. Podrobná vyšetření těchto pacientů ukázala, že tato podivná, familiárně se vyskytující nemoc a její symptomy se objevují po požití stolního oleje určité obchodní značky. Tento olej byl podrobně zkoumán s cílem objevit chemické látky, které jsou za tyto symptomy zodpovědné. Žádné specifické sloučeniny však nebyly objeveny. Symptomy nemoci zahrnovaly léze podobné akné, pigmentaci kůže a zvýšený výtok z očí. Na základě tohoto byla, v rámci Kyushu University, zřízena pracovní skupina pro Yusho, jejímž úkolem bylo objasnit kauzální faktory této podivné nemoci, která byla později označena jako Yusho, což v japonštině znamená onemocnění z oleje (5). O 11 let později, v roce 1979, se podobné případy objevily i na Tchaj-wanu, kde více než 2000 lidí bylo otráveno olejem z rýžových otrub, který obsahoval PCB. Postižení lidé trpěli stejnými příznaky jako pacienti v Japonsku. Tchajwanské onemocnění bylo později pojmenováno jako Yu-cheng (4)

13 4. ZDROJE POLYCHLOROVANÝCH BIFENYLŮ PCB nejsou látky přírodního charakteru, ale v minulosti byly celosvětově vyráběny a používány. Přestože byla jejich výroba na základě Stockholmské úmluvy o perzistentních organických polutantech (POP) zakázána, stále dochází k jejich uvolňování do životního prostředí a to zejména při likvidaci velkých elektrických zařízení a odpadů. V životním prostředí se nachází rozdílné směsi sloučenin s různým počtem atomů chlóru, které mohou být navázány na bifenylové jádro v různých pozicích. Stupeň chlorace směsí, které jsou uvolňovány do životního prostředí během spalování, je dán výchozím materiálem a množstvím dostupných atomů chlóru. Opatření ke snížení expozice vedla ke snížení účinků těchto látek na přibližně 10 % původního množství, které bylo zaznamenáno v roce 1970 (6). Současným zdrojem PCB jsou zejména emise uvolňované ze skládek, na kterých jsou odkládány transformátory, kondenzátory a jiné odpady obsahující PCB (včetně odpadních kalů a vytěžených hlušin) a emise vznikající při nelegální likvidaci odpadů. Ke znečišťování může docházet také při spalování průmyslového a komunálního odpadu, neboť většina spaloven komunálního odpadu není uzpůsobena k odstraňování PCB. Exploze nebo přehřátí transformátorů a kondenzátorů může vést k uvolnění značného množství PCB do okolního prostředí. V pyrolytických podmínkách (při teplotě 550 až 700 C) mohou PCB přecházet na PCDF. Díky tomu je nekontrolované spalování významných zdrojem těchto nebezpečných látek, a proto je nutná pečlivá kontrola odstraňování odpadů obsahujících PCB. Kontrola se týká zejména teploty spalování (nad 1000 C), celkové doby trvání spalování a víření vzduchu (7). Proto dnes mnohé země a mezinárodní organizace zakázaly nebo přísně omezily jejich výrobu, používání, likvidaci, přepravu a manipulaci s těmito látkami (8)

14 5. POHYB PCB V ŽIVOTNÍM PROSTŘEDÍ Polychlorované bifenyl jsou celosvětově přítomny ve všech složkách životního prostředí a vnich také cirkulují. Pohyb v atmosféře je nejdůležitějším mechanismem jejich rozšiřování (9). V atmosféře existují především v plynné fázi a jejich schopnost absorbovat se na různé částice roste se stupněm chlorace (2). Bifenyly obsahující jeden nebo žádný atom chlóru, zůstávají v atmosféře. Zatímco ty s obsahem 8 až 9 atomů chlóru zůstávají v blízkosti zdroje kontaminace. Do atmosféry vstupují při vypařování z půdy i vodních ploch. Poté co se dostanou do atmosféry, jsou přítomny v plynné fázi, ale zároveň jsou také vázány na elementární částice (9). Hlavním zdrojem PCB, které jsou obsaženy v povrchových vodách, jsou jejich zásoby v atmosféře. Nicméně jejich koncentraci ve vodě ovlivňuje také opětovné rozpouštění sedimentů, ve kterých jsou PCB obsaženy (9). Ve vodě se PCB absorbují na sedimenty a jinou organickou hmotu. Na základě rozpustnosti ve vodě a rozdělovacích koeficientů (n-oktanol/voda) se níže chlorované kongenery absorbují slaběji než výše chlorované kongenery. Silná adsorpce na sediment, především u výše chlorovaných PCB, snižuje rychlost jejich vypařování. Adsorpce na sediment tak může zabránit jejich pohybu PCB ve vodním prostředí na relativně dlouhou dobu. Bylo prokázáno, že k jejich opětovnému uvolňování zpět do vody dochází pomocí biotické i abiotické složky ekosystému. Značná množství PCB v sedimentech tak mohou sloužit jako rezervoáry PCB pro organismy (2). Jako významný mechanismus, kterým PCB opouští půdní ekosystém, se jeví odpařování. Snadněji k tomu dochází u níže chlorovaných kongenerů, než u těch, které obsahují vyšší počet atomů chlóru (9). Nízká rozpustnost a silná adsorpce PCB na půdní částice omezuje jejich vyplavování z půdy. I zde platí, že níže chlorované kongenery jsou z půdy vyplavovány snadněji než kongenery s vyšším obsahem atomů chlóru (2). Podobně i degradace PCB závisí na stupni chlorace. Obecně platí, že čím vyšší je stupeň chlorace, tím jsou kongenery vůči degradaci odolnější (2)

15 V atmosféře reagují PCB v plynné fázi s hydroxylovými radikály, které vznikají fotochemickou reakcí (působením slunečního záření). Odhadované poločasy těchto reakcí se pohybují přibližně od 10 dní u monochlorbifenylu až po jeden a půl roku u heptachlorbifenylu. Zdá se, že, ve vodném prostředí, jediným realizovatelným degradačním procesem je fotolýza. Prozatím však nejsou dostupné potřebně experimentální údaje o rychlosti tohoto procesu či jeho významu pro životní prostředí. Mikroorganismy rozkládají mono-, di- a trichlorované bifenyly relativně snadno, tetrachlorobifenyly pomaleji a výše chlorované bifenyly jsou vůči biodegradaci rezistentní. Pozice atomů chlóru na bifenylovém jádře jsou významné při stanovování rychlosti biodegradace. PCB obsahující atomy chlóru v para polohách jsou rozkládány přednostně. Výše chlorované kongenery jsou biotransformovány v anaerobních podmínkách, zatímco níže chlorované jsou rozkládány při aerobních procesech (2)

16 6 Obr. 1: Pohyb PCB v životním prostředí (10)

17 6. VYUŽITÍ PCB Polychlorované bifenyly mají řadu prospěšných fyzikálních i chemických vlastností, které umožňují jejich široké využití. Tepelná a chemická stabilita dělá PCB velmi užitečnými v řadě průmyslových aplikací, zároveň ale také významně ovlivňuje jejich dopad na životní prostředí a lidské zdraví. Byly hojně využívány v řadě aplikací a mnohé z nich se dodnes stále používají. Běžně byly využívány jako dielektrické kapaliny v transformátorech a kondenzátorech, jako inkoustová rozpouštědla v bezuhlíkatých kopírovacích papírech, byly součástí kapalin vedoucích teplo a hydraulických systémů. Přidávaly se do mazadel a řezných olejů, sloužily jako zpomalovače hoření, jako změkčovadla v barvivech, lepidlech a tmelech a byly také přidávány do plastů (10). Obr. 2: Historické rozložení výroby produktů s obsahem PCB u výrobců v Německu a Japonsku (10) PCB můžeme rozdělit podle jejich přítomnosti v uzavřených, částečně uzavřených nebo otevřených aplikačních systémech. Na základě toho je také možno určit, jak snadno se mohou PCB obsažené v produktech dostávat do okolního prostředí (např. PCB v uzavřených systémech se do prostředí dostávají jen obtížně). Obecně jsou k uzavřeným a částečně uzavřeným systémům řazeny PCB olejovité a kapalné konzistence (10)

18 6.1. Uzavřené aplikační systémy (closed applications) Uzavřené aplikační systémy jsou takové, v nichž jsou PCB udržovány uvnitř zařízení. Za normálních okolností tak nemohou mít žádné účinky na uživatele nebo životní prostředí. Nicméně, během opravy těchto zařízení nebo při jejich likvidaci, případně při jejich poškození, může dojít k uvolňování emisí PCB do okolí. Mezi dva nejvýznamnějšími příklady těchto systémů patří kondenzátory a transformátory (10). Transformátory jsou velmi důležitou součástí řady elektrických obvodů. Jejich velikost a tvar se může značně lišit. Hlavní částí transformátoru je jedna nebo více cívek spojených pomocí magnetického obvodu nebo jádra. U většiny velkých transformátorů je celá jednotka naplněna dielektrickou kapalinou (často je to olejovitá tekutina, která obsahuje obsahující PCB), která izoluje jednotlivé cívky a zajišťuje jejich chlazení (10). Kondenzátory jsou součástky, které slouží k akumulaci a uchovávání elektrického náboje. Jsou složeny ze dvou vodivých desek, které jsou odděleny dielektrikem, což je nejčastěji kapalina, která může, ale nemusí obsahovat PCB. Obvykle je kondenzátor tvořen zcela uzavřenou kovovou nádobou s dvěma elektrickými vodiči nebo kontakty a celá nádoba je obvykle naplněna touto kapalinou (10). Obr. 3: Kondenzátor (30) 6.2. Částečně uzavřené aplikační systémy (partially closed applications) Jsou takové systémy, ve kterých se sice oleje obsahující PCB nedostávají přímo do kontaktu s životním prostředím, ale při jejich opakovaném užívání k tomu může docházet. Také zde může docházet k uvolňování emisí PCB, a to jak vodní tak vzdušnou cestou. Příkladem těchto aplikačních systémů jsou hydraulické kapaliny, kapaliny vedoucí teplo a vakuové pumpy (10)

19 6.3. Otevřené aplikační systémy (opened applications) V tomto případě dochází k přímému kontaktu PCB s okolím a tím mohou snadněji přecházet do životního prostředí. Největší oblastí využití těchto systémů jsou změkčovadla, které se přidávají do PVC, neoprenů a dalších chlorovaných kaučuků (10)

20 7. CHEMICKÁ STRUKTURA PCB jsou skupinou chemických látek s různým počtem atomů chlóru, které jsou navázány na dvou benzenových jádrech v různých pozicích (11). Jejich chemickou strukturu lze vyjádřit pomocí obecného strukturního vzorce (obr. 4), kde x a y vyjadřují počet atomů chlóru, které mohou nahrazovat atomy vodíku na bifenylovém jádře (12). Obr. 4: Obecná struktura polychlorovaných bifenylů (9) Z uvedené struktury vyplývá, že existuje velké množství jednotlivých chlorovaných sloučenin. Těchto možných sloučenin je 209 a jsou souhrnně označovány jako kongenery (9). Jednotlivé kongenery lze charakterizovat obecným vzorcem C 12 H 10-n Cl n, kde n určuje počet atomů chloru v molekule a nabývá hodnot od 1 do 10 (2). PCB je také možno rozdělit dle stupně chlorace. Termínem homolog jsou označovány všechny PCB se stejným počtem atomů chlóru v molekule (např. trichlorbifenyly). Různě substituované homology se pak nazývají izomery. Z obr. 4 vyplývá rovněž i systém číslování. Pozice 2, 2', 6, a 6' jsou označovány jako ortho pozice. Pozice 3, 3', 5 a 5' se nazývají meta a pozice a pozice 4 a 4' pak jako para pozice. Benzenové kruhy mohou rotovat kolem vazby, která je spojuje. Dvě hraniční konfigurace jsou označovány jako planární (tzn., že oba benzenové kruhy jsou v jedné rovině) a neplenární, kdy benzenové kruhy navzájem svírají úhel 90. Stupeň planarity do značné míry závisí na počtu substituentů v ortho poloze. Nahrazením atomů vodíku

21 v ortho pozicích za větší atomy chlóru způsobí rotaci benzenových jader z planární polohy. Polychlorované bifenyly, které jsou v poloze ortho nesubstituované, podobně jako ty mono-ortho substituované, jsou označovány jako planární nebo koplanární; ostatní kongenery se pak popisují jako neplanární (9). Obchodní názvy některých směsí PCB průmyslově vyráběných v jiných zemích zahrnují např. Clophen (Německo), Fenclor (Itálie), Kanechlor (Japonsko) či Phenoclor (Francie). Složení komerčně vyráběného Clophenu A-60 a Phenocloru DP-6 je stejné jako složení Arocloru 1260, podobně tak je tomu v případě Kanechloru 500 a Arocloru 1254 (9). V USA byla výroba těchto látek v roce 1979 zakázána (9). V bývalém Československu byla výroba zakázána o něco později, v roce Vyžívány však byly ještě několik let poté, a to zejména v kondenzátorech a transformátorech (13). Přehled jednotlivých kongenerů je uveden v tabulce 1. Kongenery jsou uspořádány vzestupně pomocí systému číslování vyvinutého v roce 1980 německými chemiky K. Ballschmiterem a M. Zellem, který vychází z pravidel IUPAC (9)

22 Tab. 1: Přehled jednotlivých kongenerů PCB (9) Číslo Struktura Číslo Struktura CAS číslo PCB bifenylu PCB bifenylu CAS číslo Bifenyl Tetrachlorbifenyly Monochlorobifenyly 40. 2, 2', 3, 3' , 2', 3, , 2', 3, 4' , 2', 3, Dichlorbifenyly 44. 2, 2', 3, 5' , 2' , 2', 3, , , 2', 3, 6' , 3' , 2', 4, 4' , , 2', 4, , 4' , 2', 4, 5' , , 2', 4, , , 2', 4, 6' , 3' , 2', 5, 5' , , 2', 5, 6' , 4' , 2', 6, 6' , , 3, 3', , 4' , 3, 3', 4' Trichlorbifenyly 57. 2, 3, 3', , 2', , 3, 3', 5' , 2', , 3, 3', , 2', , 3, 4, 4' , 2', , 3, 4, , 3, 3' , 3, 4, , 3, , 3, 4', , 3, 4' , 3, 4', , 3, , 3, 5, , 3, , 3', 4, 4' , 3', , 3', 4, , 3', , 3', 4, 5' , 3', , 3', 4, , 4, 4' , 3', 4', , 4, , 3', 4', , 4, , 3', 5, 5' , 4', , 3', 5', , 4', , 4, 4', ', 3, , 4, 4', ', 3, ', 3, 4, , 3', , 3', 4, 4' , 3', , 3', 4, , 4, 4' , 3', 4, 5' , 4, , 3', 5, 5' , 4', , 4, 4',

23 Číslo Struktura Číslo Struktura CAS číslo PCB bifenylu PCB bifenylu CAS číslo Pentachlorbifenyly ', 3, 4, 5, 5' , 2', 3, 3', ', 3, 4, 5, 6' , 2', 3, 3', , 3', 4, 4', , 2', 3, 3', , 3', 4, 5, 5' , 2', 3, 4, 4' Hexachlorbifenyly 86. 2, 2', 3, 4, , 2', 3, 3', 4, 4' , 2', 3, 4, 5' , 2', 3, 3', 4, , 2', 3, 4, , 2', 3, 3', 4, 5' , 2', 3, 4, 6' , 2', 3, 3', 4, , 2', 3, 4', , 2', 3, 3', 4, 6' , 2', 3, 4', , 2', 3, 3', 5, 5' , 2', 3, 5, 5' , 2', 3, 3', 5, , 2', 3, 5, , 2', 3, 3', 5, 6' , 2', 3, 5, 6' , 2', 3, 3', 6, 6' , 2', 3, 5', , 2', 3, 4, 4', , 2', 3, 6, 6' , 2', 3, 4, 4', 5' , 2', 3', 4, , 2', 3, 4, 4', , 2', 3', 4, , 2', 3, 4, 4', 6' , 2', 4, 4', , 2', 3, 4, 5, 5' , 2', 4, 4', , 2', 3, 4, 5, , 2', 4, 5, 5' , 2', 3, 4, 5, 6' , 2', 4, 5, 6' , 2', 3, 4, 5', , 2', 4, 5', , 2', 3, 4', 6, 6' , 2', 4, 6, 6' , 2', 3, 4', 5, 5' , 3, 3', 4, 4' , 2', 3, 4', 5, , 3, 3', 4, , 2', 3, 4', 5, 6' , 3, 3', 4', , 2', 3, 4', 5', , 3, 3', 4, 5' , 2', 3, 4', 6, 6' , 3, 3', 4, , 2', 3, 5, 5', , 3, 3', 4', , 2', 3, 5, 6, 6' , 3, 3', 5, 5' , 2', 4, 4', 5, 5' , 3, 3', 5, , 2', 4, 4', 5, 6' , 3, 3', 5', , 2', 4, 4', 6, 6' , 3, 4, 4', , 3, 3', 4, 4', , 3, 4, 4', , 3, 3', 4, 4', 5' , 3, 4, 5, , 3, 3', 4, 4', , 3, 4', 5, , 3, 3', 4, 5, 5' , 3', 4, 4', , 3, 3', 4, 5, , 3', 4, 4', , 3, 3', 4, 5', , 3', 4, 5, 5' , 3, 3', 4', 5, 5' , 3', 4, 5', , 3, 3', 4', 5, ', 3, 3', 4, , 3, 3', 4', 5', ', 3, 4, 4', , 3, 3', 5, 5',

24 Číslo Struktura Číslo CAS číslo PCB bifenylu PCB Struktura bifenylu CAS číslo , 3, 4, 4', 5, , 2', 3, 4, 4', 5, 5' , 3', 4, 4', 5, 5' , 2', 3, 4, 4', 5, , 3', 4, 4', 5', , 2', 3, 4, 4', 5, 6' , 3', 4, 4', 5, 5' , 2', 3, 4, 4', 5', Heptachlorbifenyly , 2', 3, 4, 4', 6, 6' , 2', 3, 3', 4, 4', , 2', 3, 4, 5, 5', , 2', 3, 3', 4, 4', , 2', 3, 4, 5, 6, 6' , 2', 3, 3', 4, 5, 5' , 2', 3, 4', 5, 5', , 2', 3, 3', 4, 5, , 2', 3, 4', 5, 6, 6' , 2', 3, 3', 4, 5, 6' , 3, 3', 4, 4', 5, 5' , 2', 3, 3', 4, 5', , 3, 3', 4, 4', 5, , 2', 3, 3', 4, 6, 6' , 3, 3', 4, 4', 5', , 2', 3, 3', 4', 5, , 3, 3', 4, 5, 5', , 2', 3, 3', 5, 5', , 3, 3', 4', 5, 5', , 2', 3, 3', 5, 6, 6' Číslo PCB Struktura bifenylu CAS číslo Oktachlorbifenyly , 2', 3, 3', 4, 4', 5, 5' , 2', 3, 3', 4, 4', 5, , 2', 3, 3', 4, 4', 5, 6' , 2', 3, 3', 4, 4', 6, 6' , 2', 3, 3', 4, 5, 5', , 2', 3, 3', 4, 5, 5', 6' , 2', 3, 3', 4, 5, 6, 6' , 2', 3, 3', 4, 5', 6, 6' , 2', 3, 3', 5, 5', 6, 6' , 2', 3, 4, 4', 5, 5', , 2', 3, 4, 4', 5, 6, 6' , 3, 3', 4, 4', 5, 5', Nonachlorbifenyly , 2', 3, 3', 4, 4', 5, 5', , 2', 3, 3', 4, 4', 5, 6, 6' , 2', 3, 3', 4, 5, 5', 6, 6' Decachlorbifenyl , 2', 3, 3', 4, 4', 5, 5', 6, 6'

25 8. FYZIKÁLNÍ A CHEMICKÉ VLASTNOSTI Důležitou vlastností PCB je jejich inertnost. Jsou odolné jak vůči působení kyselin tak i zásad (9). Díky přítomností atomů chlóru v molekule mají velkou hustotu. Jsou prakticky ohnivzdorné a mají poměrně vysoký bod vzplanutí ( C). Jejich páry jsou těžší než vzduch, ale netvoří se vzduchem výbušné směsi. Mají velmi nízkou elektrickou vodivost a extrémně vysokou odolnost vůči tepelnému rozkladu (2). PCB jsou ve vodě relativně rozpustné. Obecně platí, že s rostoucím stupněm chlorace ale rozpustnost klesá. Jsou také volně rozpustné v nepolárních organických rozpouštědlech a biologických tucích. Jsou to hořlavé kapaliny a produkty jejich spalování mohou být mnohem nebezpečnější než samotné polychlorované bifenyly. Mezi vedlejší produkty spalování patří především chlorovodík, polychlorované dibenzooxiny (PCDD) a polychlorované dibenzofurany (PCDF). Složení komerčně vyráběných PCB kongenerů se může lišit dle šarže a to dokonce i u produktů vyráběných stejným výrobcem. Kromě toho, žádné dva typy komerčně vyráběných směsí PCB nejsou identické. A to díky drobným odlišnostem vprůběhu procesu chlorace nebo při použití analytické metody. Navíc komerční produkty často obsahují kromě PCB sloučenin i příměsi jiných látek, např. PCDF (9). Jednotlivé čisté kongenery PCB jsou bezbarvé, často krystalické sloučeniny, zatímco komerčně vyráběné jsou směsi těchto kongenerů jasně světle žluté nebo tmavé barvy. Při nízké teplotě nekrystalizují, ale mění se v pryskyřice (2)

26 9. TOXIKOKINETIKA Údaje o toxikokinetice polychlorovaných bifenylů u lidí jsou omezeny pouze na informace získané z případů požití kontaminované potravy a z případů nemocí z povolání (9). Do těla mohou vstupovat při kontaktu s kůží, inhalací par nebo požitím kontaminovaných potravin, které obsahují PCB (7). V případě, že byly pokusným zvířatům podávány perorálně, vstřebávaly se velmi dobře, zatímco látky, které se do těla dostaly skrze kůži, byly absorbovány mnohem méně (9). V gastrointestinálním traktu jsou vstřebávány podle konkrétního kongeneru pasivní difúzí. Vysoký difúzní gradient a téměř kompletní absorpce způsobují, že hladina PCB je ve střevním obsahu mnohem vyšší než jejich koncentrace v sérových lipidech. Vzhledem ke své lipofilní povaze mají, zejména výše chlorované kongenery, tendenci se kumulovat v tukové tkáni. Relativně vyšší množství PCB se obvykle nachází v játrech, tukové tkáni, kůži a v mateřském mléce (9). Výše chlorované PCB se do tukové tkáně dostávají lépe, než sloučeniny snižším obsahem atomů chlóru. A jak se zdá, větší množství atomů chlóru v molekule zároveň také zpomaluje exkreci těchto látek a to z důvodů, které zatím nejsou zcela známy (11)

27 Obr. 5: Farmakologický model pro chemické látky z fyziologického hlediska (9)

28 9.1. Absorpce EXPOZICE INHALACÍ Vystavení účinkům PCB inhalační cestou, je považováno za hlavní zdroj expozice PCB v pracovním prostředí. Nepřímé důkazy absorpce touto cestou jsou založeny na skutečnosti, že jednotlivé kongenery byly detekovány v tkáních a tělních tekutinách subjektů vystavených těmto účinkům. Pro odhad míry absorpce inhalační cestou není dostatečné množství dat a to ani ze studií na zvířatech (9). Studie na fretkách z roku 1998 poprvé upozornily na to, že čichový systém může být potencionálně významným portálem pro vstup polychlorovaných bifenylů, které jsou přítomny ve vzduchu. V této studii byly fretky po dobu pěti let vystaveny nízkým hladinám PCB (260 ng/m 3 ) v okolním vzduchu, v němž převažovaly zejména tetra-chlorované bifenyly společně s PCB 52. Některé kongenery nacházející se v okolním ovzduší byly posléze nalezeny také v bulbus olfactorius. Byly to zejména níže chlorované, zato ale více těkavé kongenery (např. PCB 52). Nejvyšší koncentrace PCB byly nalezeny v olfaktoriálním bulbu exponovaných zvířat (642 ng/g lipidů). Hladiny PCB nalezené v játrech, tukové tkáni a mozku byly mnohem nižší (202, 303 a 170 ng/g lipidů). Údaje ukazují, že inhalované PCB vstupují do dendritů čichových neuronů a skrze axony těchto nervů jsou přenášeny přímo do bulbů, kde se kumulují. Čichový systém se zdá být významným prvkem, který je ovlivňován PCB přítomnými v ovzduší. Jsou potřeba další studie, které by potvrdily tato pozorování a které by zároveň prokázaly spojitost mezi inhalační expozicí a hromaděním PCB v mozku (9) PERORÁLNÍ EXPOZICE Konzumace kontaminovaných potravin je považována za hlavní cestu intoxikace polychlorovanými bifenyly u běžné populace. Požití kontaminované vody nebo půdy představuje další možný zdroj expozice pro běžnou populaci a populaci žijící v blízkém okolí skládek nebezpečného odpadu (9)

29 Odhaduje se, že kontaminované ryby se podílí na expozici z 32 %, mléko a mléčné výrobky z 26 %, zelenina z 18 % a maso a živočišný tuk mají svůj podíl na expozici z 16 %. Kongenery obsažené v různých potravinářských výrobcích se mohou lišit. Zelenina je považována za hlavní zdroj příjmu níže chlorovaných kongenerů, zatímco tučná jídla jako jsou ryby, mléčné produkty a maso jsou významné při expozici výše chlorovanými kongenery. Tak např. zelenina tvoří 78 % z celkové expozice PCB 28, ale pouze 0,2 % z celkové expozice PCB 180. Zatímco sladkovodní ryby představují 1,2 % z celkové expozice PCB 28 a 27 % PCB 180. U zvířat je absorpce přes gastrointestinální trakt dobře zdokumentována. U potkanů, při podání dávek mezi 5 a 100 mg/kg pomocí sondy, se jednotlivé kongenery (mono- až hexachlorbifenyly) vstřebávaly snadno. Díky nízkému stupni exkrece nebylo však možné stanovit vztah mezi jednotlivými substitučními izomery a mírou absorpce, ačkoli pozdější studie uvádí, že u potkanů efektivita absorpce klesá s rostoucím počtem atomů chlóru. Např. dichlorbifenyl byl absorbován s 95% účinností, zatímco oktachlorbifenyl pouze se 75% účinností. Podobných výsledků bylo dosaženo i u opic při podávání 1,5 g nebo 3,0 g Arocloru 1248/kg (9). V gastrointestinálním traktu prochází PCB pasivní difúzí do lipofilních membrán buněk a do krevního řečiště, a skrze lipidy jsou pak absorbovány lymfatickým systémem. Je-li koncentrace PCB ve střevním obsahu větší než koncentrace v sérových lipidech, roste difúzní gradient a dochází téměř ke kompletní absorpci. PCB jsou v krvi transportovány pomocí lipoproteinů. Díky své lipofilní povaze, mají PCB, zejména výše chlorované kongenery, tendenci hromadit se v tkáních bohatých na tuk. Relativně vyšší množství PCB se nachází v játrech, tukové tkáni, mozku kůži a mateřském mléce (14) DERMÁLNÍ EXPOZICE Tato cesta expozice významně přispívá k akumulaci PCB v tukové tkáni zejména u pracovníků, kteří manipulují s kondenzátory ve zpracovatelském průmyslu. Tak například ve vzorcích odebraných z tváře a rukou dvou zaměstnanců soukromé energetické společnost, byly zaznamenány koncentrace PCB od 0,05 až po 5 μg/cm 2 (9)

30 Kromě toho, že tento způsob vystavení účinkům PCB je nejvýznamnější především v souvislosti s pracovním prostředím, představuje kontakt kůže s kontaminovanou vodou či půdou možný způsob expozice PCB také pro obyvatelstvo žijící v okolí skládek nebezpečného odpadu. Údaje o perkutánní absorpci PCB u člověka jsou omezeny pouze na in vitro studie, při nichž byla využívána kůže mrtvých lidí. Tyto studie vyžívaly Aroclory 1242 a 1254, obsahující označený uhlík 14 C, přítomné v půdě, minerálních olejích a ve vodě. Po 24 hodinách, kdy byla lidská kůže vystavena účinkům těchto látek, se v ní zachovalo 2,6 % Arocloru 1242, v případě, že se nacházel v kontaminované půdě, 10 % byl-li přítomen v minerálním oleji a 43 % byl-li obsažen ve vodě. Podobně tomu bylo i u Arocloru 1254, kde množství zachovaná v kůži dosahovala hodnot 1,6 %, 6,4 % a 44,3% v případě, že PCB byly přítomny v půdě, minerálním oleji nebo ve vodě. In vitro studie ukazují, že PCB snadno vstupují do lidské kůže a jsou tak k dispozici pro systémovou absorpci a že velikost dávky hraje hlavní roli v regulaci jejich zachovávání v lidské kůži (9) Distribuce Údaje týkající se distribuce PCB v lidských tkáních a tělních tekutinách jsou čerpány zejména ze studií na lidech, kteří byli vystaveni účinkům PCB v pracovním prostředí nebo kteří konzumovali kontaminované potraviny (9). Distribuce v těle závisí na struktuře a fyzikálně chemických vlastnostech jednotlivých kongenerů a určitou roli zde hraje i závislost na dávce (8). U lidí a zvířat a mezi jednotlivými druhy se distribuce nijak významně neliší. Díky jejich lipofilní povaze, se PCB, především výše chlorované kongenery, kumulují v na tuky bohatých tkáních. Nejvyšší koncentrace se tak obvykle nachází v játrech, tukové tkáni, mozku a v kůži (14). U většiny vyšetřovaných druhů došlo k absorpci primárně právě v játrech a také ve svalech, a to s největší pravděpodobností díky vysokému prokrvení jater a relativně velkému objemu svalů. Následně jsou výše chlorované kongenery redistribuovány do tukové tkáně a kůže, v závislosti na afinitě vůči tkáním s vysokým obsahem lipidů (8). Díky vysokému obsahu tuku v mateřském mléce se také v něm mohou kumulovat velká množství PCB, která jsou následně při kojení předávány dětem. Složení

31 kongenerů v mateřském mléce se však od komerčně vyráběných směsí liší. Řada studií prováděných na zvířatech také prokázala, že jak směsi PCB tak i jednotlivé kongenery mohou procházet placentární bariérou a vstupovat tak do plodu (9). Retence jednotlivých složek komerčně vyráběných směsí závisí na druhu organismu, na orgánu, stupni chlorace a místě substituce atomů chlóru na bifenylové jádro. Metabolismus specifických kongenerů je u různých druhů ovlivňován přítomnými rezidui, což může mít za následek značné rozdíly v distribuci metabolitu (9) Metabolismus PCB jsou chemicky inertní látky a výše chlorované sloučeniny jsou velmi odolné vůči metabolickým procesům. Dekachlorbifenyl, tak zřejmě není metabolizován vůbec (15). Metabolismus PCB byl u biologických systémů rozsáhle studován (11). Rozdílná schopnost akumulace a retence polychlorovaných bifenylů souvisí s expozicí a relativní biologickou stabilitou (rychlostí metabolismu) jednotlivých kongenerů (9). Hlavními metabolity PCB jsou fenolické látky. Kromě nich byly zaznamenány také trans-dihydrioly, metabolity obsahující síru, polyhydroxylované PCB a deriváty methyletheru (11). Primárním místem metabolismu PCB jsou játra, kde dochází nejprve k hydroxylaci a poté ke konjugaci reaktivní skupiny s endogenní molekulou (11). Metabolizovány jsou pomocí mikrosomálního monooxygenázového systému za katalýzy cytochromem P450 na polární metabolity, které jsou následně konjugovány s glutationem nebo kyselinou glukuronovou (9). První krok biotransformace PCB zahrnuje oxidaci arenoxidů zprostředkovanou enzymy jaterního cytochromu P450 (CYP 1A1, 1A2, CYP 2B1/2B2). Arenoxidy následně podléhají dalšímu metabolismu. Kromě hydroxylovaných aromatických sloučenin vznikají z arenoxidů také metabolity obsahující síru (skrze dráhu kyseliny merkapturové) (9)

32 Nesubstituované atomy uhlíku v meta a para poloze jsou primárním místem oxidace. Hydroxylace koplanárních PCB pak nejčastěji probíhá v para poloze nejméně chlorovaného fenylového kruhu. Rychlost metabolismu obecně, s rostoucím počtem atomů chlóru v molekule, klesá. U neplanárních PCB probíhá hydroxylace v otevřené meta poloze. Přítomnost vicinálních vodíků, tj. přítomnost dvou nesubstituovaných sousedních uhlíků, podporuje metabolismus výše chlorovaných PCB. Rychlost metabolismu závisí na počtu atomů chlóru a na jejich umístění na bifenylovém jádře a v případě studií na laboratorních zvířatech, se také ukázalo, že závisí i na živočišném druhu. Kongenery s nižším počtem chlorovaných izomerů jsou metabolizovány rychleji (9). Rychlost metabolismu určuje řada faktorů: 1 ) hydroxylace probíhá přednostně v para poloze nejméně chlorovaného fenylového kruhu, pokud je toto místo stericky chráněno (jako např. 3,5-dichloro substituce) 2 ) hydroxylace, u níže chlorovaných bifenylů, probíhá snadno v para polohách obou fenylových kruhů a na atomech uhlíku, které jsou v para poloze vůči substituentům 3 ) dostupnost dvou sousedních nesubstituovaných atomů uhlíků (zejména C4 a C5) také usnadňuje oxidaci substrátů PCB, ale pro metabolismus není nezbytnou podmínkou 4 ) s klesajícím stupněm chlorace na obou fenylových kruzích, klesá i rychlost metabolismu 5 ) metabolismus specifických PCB izomerů u různých živočišných druhů může vést ke značným rozdílům v distribuci metabolitů (14) Výsledné metabolity byly nalezeny zejména v moči a ve žluči. Malá množství původní látky se však mohou objevit ve stolici. Některé kongenery jsou ale metabolizovány relativně špatně, a proto mohou zůstávat v těle po dlouhou dobu (měsíce i roky) (9)

33 Obr. 6: Metabolické dráhy polychlorovaných bifenylů (9)

34 9.4. Exkrece Vylučování PCB látek je pomalé, a díky tomu dochází, i při vystavení nízkým dávkám, k jejich hromadění v organismu. A v případě, že expozice stále trvá, není nikdy dosaženo rovnovážného stavu (11). Doposud studované kongenery jsou vylučovány primárně žlučí a stolicí. Nicméně, níže chlorované kongenery vylučovány ve větší míře (i když jen z méně než 5 %) než kongenery s vyšším stupněm chlorace (8). Ty jsou vylučovány téměř výhradně žlučí, zatímco kongenery smenším obsahem atomů chlóru jsou vylučovány jak žlučí, tak i močí (11). Metabolity se v moči nachází ve formě konjugátů, nejčastěji ve formě glukuronidů a sulfátů (11). Exkrece kongenerů je do značné míry závislá na rychlosti jejich metabolizace na polárnější sloučeniny. Většina vykazuje dvoufázovou eliminaci, kdy doba počáteční fáze je relativně krátká pro všechny kongenery, ale zato druhá fáze je mnohem delší a je závislá na struktuře kongeneru. Mezi jednotlivými kongenery existují velké rozdíly, které závisí jak na počtu, tak i na rozmístění atomů chlóru v molekule. V závislosti na struktuře kongeneru se tak doba eliminace se pohybuje v rozmezí od několika dní až po 450 dní (8)

35 10. ÚČINKY NA ZDRAVÍ Zdravotní účinky polychlorovaných bifenylů byly podrobně studovány. Většina studií byla zaměřena na průmyslově vyráběné PCB směsi, které byly vyráběny zejména ve Spojených Státech před rokem 1977 pod obchodním názvem Aroclor. Dostupné jsou však i studie týkající se PCB vyráběných v dalších zemích, jako jsou Kanechlory (vyráběný v Japonsku) nebo Clopheny (vyráběné v Německu). Hodnocení účinků těchto látek je však komplikováno řadou faktorů, zejména povahou jednotlivých kongenerů, neboť v konečném důsledku je toxicita směsí způsobena právě toxicitou jednotlivých kongenerů, jejich interakcemi navzájem mezi sebou a interakcemi s dalšími, strukturně podobnými, chemickými látkami jako jsou chlorované dibenzofurany a dioxiny. Většina studií na lidech a laboratorních zvířatech poskytuje pádné důkazy o toxických účincích PCB. Informace o ovlivňování zdravotního stavu jsou k dispozici ze studií na lidech, kteří s nimi přišli do kontaktu v rámci svého zaměstnání, kteří konzumovali kontaminovaný rýžový olej nebo ryby a lidí, kteří byli vystaveni účinkům PCB nacházejících se v životním prostředí nebo z produktů živočišného původu. Účinky na zdraví, které byly spojovány s působením PCB u lidí nebo zvířat, se mohou projevit na játrech, na štítné žláze, na kůži a očích, mohou způsobovat změny imunitního či nervového systému, snižují porodní hmotnost, způsobují reprotoxicitu a mohou vyvolávat rakovinu. Studie lidí, kteří byli exponováni v Yusho a Yu-Cheng, lidí, kteří konzumovali kontaminované ryby a studie populace obecně jsou komplikovány možnou směsicí účinků PCB a interakcemi mezi kongenery a dalšími chemickými látkami. Proto není možné s jistotou určit, který kongener přesně je za tyto toxické účinky zodpovědný (9). Průmyslově vyráběné PCB jsou vždy směsi jednotlivých polychlorovaných bifenylů, ale jsou obvykle kontaminovány malým množstvím látek, jako jsou polychlorované dibenzofurany nebo polychlorované dibenzooxiny. Přítomnost těchto nečistot zvyšuje toxicitu směsí, než jakou mají jednotlivé kongenery (11)

36 U lidí se mohou toxické účinky PCB projevovat na kůži, na játrech a mohou ovlivňovat i na prenatální vývoj. Ve studiích na zvířatech byly zaznamenány také účinky na metabolismus, reprodukční, endokrinní a imunitní systém. Zatím ale k tomu nejsou k dispozici odpovídající klinické studie. Data pocházející ze studií na zvířatech ukazují, že PCB jsou pro ně zcela jistě karcinogenní, data vycházející z pozorování exponované populace jsou však zatím proměnlivá a neprůkazná (11) Akutní toxicita Polychlorované bifenyly mají velmi nízký potenciál k vyvolání akutní toxicity. Jediným zřejmým projevem akutní toxicity PCB je chlorakné. Akneiformní léze nejsou ale přítomny u všech pacientů (pouze 82 % Yusho pacientů mělo chlorakné), a proto jejich nepřítomnost nevylučuje vystavení účinkům PCB. Zvýšené hladiny jaterních enzymů jsou nejmarkantnějším následkem účinků PCB u zvířat a byly v několika epidemiologických studiích zaznamenány i u lidí. U dělníků vystavených účinkům PCB byla také zaznamenána hepatomegalie (11). Několik hodin po akutním vystavení PCB se objevuje vyrážka. Kromě ní se mohou objevit i pocity svědění, pálení, štípání nebo pocení. Podráždění očních spojivek bylo stálým příznakem akutnímu působení vysokých koncentrací PCB (10 až 16 mg/m 3 ). Několik týdnů či měsíců po vystavení těmto vysokým koncentracím PCB, byly u náhodně exponované populace zaznamenány některé z kožních symptomů jako lehká pigmentace, hrbolky na nehtech či zhoršování acne vulgaris (2). Inhalace PCB v akutním případě vede k podráždění sliznice nosu a hrdla, pocitu pálení očí, nosu, obličeje nebo rukou, k nevolnosti, závratím a ke zhoršení akné. Účinky na kůži zahrnují především chlorakné, spolu se svěděním, akutní kontaktní dermatitidou, edémem obličeje a rukou, ztluštěním kůže, pigmentací nehtů a kůže, nadměrným výtokem z očí, otoky očních víček a hyperplazií epitelu vlasových folikulů. Při akutní systémové intoxikaci jsou obvyklé symptomy jako nevolnost, zvracení, hubnutí, průjem, žloutenka a bolesti břicha (2, 9, 14, 22)

37 PCB mají sice nízkou akutní toxicitu, ale protože se hromadí v životním prostředí, ve zvířecí a lidské tkáni, je zde velká pravděpodobnost výskytu toxicity chronické nebo opožděné (15). Potkan Norek Přípravek Přípravek Aroclor LD 50 [mg/kg] Aroclor LD 50 [mg/kg] , až 1, ,010 až 1, > 3, , ,000 Tab. 2: Hodnoty LD 50 při akutní expozici u potkanů a norků (9) Chronická toxicita Dlouhodobé vystavení účinkům PCB, které jsou přítomny v životním prostředí, má za následek řadu nežádoucích toxických účinků, včetně toxických účinků na imunitní systém, na vývoj nervového systému, na hladiny tyreoidálních a steroidních hormonů, na reprodukční systém a na vývojový cyklus (6). K dlouhodobé expozici PCB dochází zejména v pracovním prostředí nebo prostřednictvím kontaminovaného vzduchu, vody a potravin. Dobře se absorbují zažívacím traktem, kůží a plícemi. Ale protože jsou metabolizovány velmi pomalu, hromadí se v lidských i zvířecích tkáních. Hypercholesterolémie, pozorovaná na laboratorních zvířatech, je jedním z prvních příznaků chronické otravy PCB zaznamenaných u lidí. Kromě toho dráždí také oči a sliznice a jsou toxické pro játra. U dělníků dlouhodobě vystavených účinkům PCB bylo pozorováno zejména podrážení kůže a sliznic, pigmentové skvrny na kůži a nehtech, chlorakné, bolesti hlavy, závratě; byli nervózní, neklidní, unavení, měli zvýšené hodnoty jaterních testů, zvětšená játra a pravděpodobně trpěli i periferní senzorickou neuropatií (11, 9, 14)

38 Lymfocytopenie (tj. snížený počet lymfocytů v krvi (16) ), atrofie brzlíku a sleziny, a snížení počtu cirkulujících lymfocytů byly nalezeny u exponovaných pokusných zvířat, podobně jako změny hmotnosti orgánů, úbytek hmotnosti, kachexie a porfyrie. Podobné stavy byly pozorovány i u lidí. Kromě PCB se však na expozici podílely i chlorované dibenzofurany a naftaleny (9, 11, 14) Minimální rizikové hladiny Lidé vystavení účinkům PCB ze životního prostředí jsou vystavení směsím těchto látek, jejichž složení se liší od směsí PCB, které jsou vyráběny průmyslově. Tím pádem se také toxicita a účinek těchto směsí PCB přítomných v životním prostředí může lišit od komerčně těch vyráběných. Neexistuje však dostatečné množství dat o toxicitě těchto směsí, na základě nichž by bylo možné stanovit minimální rizikové hladiny (MRL) těchto látek. Jednou z možností pro odhad rizika účinků PCB v životním prostředí, je metoda využívající stanovení faktoru toxické ekvivalence (TEF). Tato metoda je používána pro odhad toxicity směsí PCB na základě srovnávání relativní toxicity jednotlivých kongenerů s 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxinem (2,3,7,8-TCDD), který je nejtoxičtější a zároveň nejlépe prostudovanou látkou ze skupiny strukturně příbuzných halogenovaných aromatických sloučenin (9). TEF se však nevztahuje na toxicitu, která není zprostředkována Ah-receptorem a nebere v potaz reakce modulovaných Ah-receptorů (přičemž změny receptorů jsou způsobeny ligandami non-ah-receptorů) (2). Inhalační MRL: díky nedostatku klinických dat i údajů na laboratorních zvířatech zatím nebyly hodnoty MRL při inhalaci PCB stanoveny (9) Perorální MRL: - ze středně dlouhodobého perorálního podávání PCB ( dní) byly stanoveny hladiny MRL na 0,03 μg/kg/den - z dlouhodobého perorálního podávání PCB (364 dní a déle) byly stanoveny hladiny MRL na 0,02 μg/kg/den (9)

39 11. ÚČINKY NA JEDNOTLIVÉ ORGÁNOVÉ SYSTÉMY Byla prokázána celá řada nežádoucích účinků, jejichž příčinou jsou právě PCB. Příkladem jsou např. nádorová onemocnění u laboratorních zvířat. Kromě toho mají však i další nežádoucí účinky, včetně negativních vlivů na imunitní, reprodukční, nervový či endokrinní systém. Různé nežádoucí účinky mohou být však propojeny, tzn., že změny jednoho systému mohou mít významný dopad na jiný systém lidského těla (17). Hodnocení toxicity komerčně vyráběných směsí je komplikováno řadou faktorů, včetně složením kongenerů ve směsích, různou mírou kontaminace toxickými sloučeninami (např. PCDF) a také rozdíly v citlivosti jednotlivých druhů (8) Systémové účinky ÚČINKY NA RESPIRAČNÍ SYSTÉM Informace o možných účincích PCB na respirační systém jsou omezeny. Příznaky jako podráždění horních cest dýchacích a očí (48 %) kašel (14 %) a tlak na hrudi (10 %) byly zaznamenány mezi 326 zaměstnanci pracujících s kondenzátory, kteří byli vystaveni účinkům PCB látek o průměrné koncentraci 0,007 až 11 mg/m 3 po více než 5 let. Navíc, závody na výrobu transformátorů obvykle používaly velké množství těkavých odmašťovacích látek, které se mohly na vzniku těchto respiračních obtíží podílet (9). Subjektivní příznaky, jako např. bolesti na hrudi při chůzi se častěji vyskytovaly ve skupině 55 mužů (16 %) pracujících s transformátory, kteří byli vystaveni účinkům Askarelů (tj. směsím Arocloru s trichlorbenzenem), ve srovnání s dělníky, kteří nikdy nebyli účinkům těchto látek vystaveni. Dále nebyly tyto symptomy podrobněji zkoumány a prozatím nejsou připisovány konkrétní příčině. Kromě výše uvedených příznaků byly však zaznamenány změny funkce plic. Mezi něž patří výrazné snížení sekundové vitální kapacity plic (FEV1). Ačkoli po započtení kuřáckých návyků, nebyly hodnoty FEV statisticky významné. Zmenšení FEV1 bylo

40 potvrzeno u 8 % nekuřáků (u 12,5 % mužů a u 4,3 % žen) a u 17 % současných i bývalých kuřáků (u 16 % mužů a u 18,7 % žen) (9) KARDIOVASKULÁRNÍ ÚČINKY Kardiovaskulární onemocnění a hypertenze v dnešní době významně přispívají ke zvyšování morbidity i mortality na celém světě (18). Existuje řada studií, které se zabývaly možnou souvislostí mezi expozicí PCB a zvýšeným rizikem kardiovaskulárních onemocnění či změnami krevního tlaku. Rozporuplnost ve výsledcích však vylučuje možnost vyvozování závěrů z těchto studií. Tyto nesrovnalosti mohou být způsobeny zejména rozdíly v úrovni expozice, v délce jejího trvání a latenci, stejně tak jako v typu Arocloru nebo velikosti vybrané exponované skupiny. Nebylo zaznamenáno zvýšení úmrtnosti na ischemickou chorobu srdeční, hypertenzi nebo jiná onemocnění srdce, cerebrovaskulárního nebo oběhového systému v souvislosti s působením PCB. Ani měření krevního tlaku (systolického i diastolického) nebo EKG neprokázala vztah k expozici PCB látkám (9) ÚČINKY NA GASTROINTESTINÁLNÍ TRAKT Statisticky významná je zvýšená ztráta chuti zaznamenaná přibližně u 20 % dělníků vystavených účinkům PCB (v porovnání s kontrolní skupinou [4 %]). Nahlášeny byly také zažívací potíže (anorexie, nevolnost, zvracení, bolesti břicha) a úbytek hmotnosti, a to přibližně u 18 % dělníků vystavených účinkům různých typů Aroclorů o průměrné koncentraci 0,007 až 11 mg/m 3 (9)

41 HEMATOLOGICKÉ ÚČINKY Tyto účinky nebyly u profesně exponovaných lidí pozorovány. U dělníků v továrnách vyrábějící kondenzátory (152 mužů, 43 žen), kteří vyli vystaveni účinkům Arocloru 1254, 1242 a 1016 průměrně po dobu 17 let, došlo k mírnému poklesu počtu polymorfonuklearů (PNM) a mírnému zvýšení lymfocytů, monocytů a eozinofilů, v porovnání s normálními hladinami. Hodnoty ostatních bílých krvinek, erytrocytů, hemoglobinu a hematokritu byly v povolených mezích (9) ÚČINKY NA MUSKOSKELETÁRNÍ SYSTÉM O účincích PCB na lidský muskoskeletální systém byla nalezena pouze jedna studie. V této studii se u 11 % dělníků projevily bolesti kloubů po vystavení různým druhům Arocloru o koncentracích od 0,007 do 11 mg/m 3. Vyšší výskyt byl zaznamenán u žen (15,2 %) než u mužů (7,7 %). Bolesti svalů uvádělo méně než 4 % žen a mužů. Nebyla však provedena potřebná fyziologická vyšetření, a tím pádem není možné odlišit mezi dřívějšími a současnými příznaky. Studie o účincích PCB na muskoskeletální systém po perorálním podání prozatím nejsou. Bylo však zaznamenáno asi 10 % nespecifických kloubních obtíží u zemědělských rodin, které konzumovaly mléčné produkty a hovězí maso kontaminované polychlorovanými bifenyly. Stejně tak i u zvířat existuje málo informací o účincích PCB na muskoskeletální systém. Změny v morfologii stehenní kosti, ke kterým došlo v průběhu růstu potkanů ošetřovaných Aroclorem 1254 po dobu 10 až 15 týdnů, jsou pravděpodobnou příčinou křehkých kostí. Výsledkem bylo zvýšení hustoty femorální kosti, zmenšení příčného řezu a dřeňové části kosti, snížení hmotnosti, objemu a délky femuru a zmenšení korové části. Trvalé změny kostní flexibility ale zaznamenány nebyly (9)

42 HEPATÁLNÍ ÚČINKY Klinické studie dělníků pracujících s PCB prokázaly souvislost mezi zvýšenými hladinami PCB v séru a zvýšenými sérovými hladinami jaterních enzymů, lipidů a cholesterolu. Studie lidí vystavených PCB po požití kontaminovaných ryb či kontaminovaného rýžového oleje při Yusho a Yu-Cheng onemocnění zaznamenaly zvýšené sérové hladiny některých jaterních enzymů (např. γ-glutamyltranspeptidázy [GGT], aspartátaminotransferázy [AST] a alaninaminotransferázy [ALT]), které jsou typické pro mikrosomální enzymovou indukci. Testy dalších, ne zcela běžných, jaterních hodnot (např. rychlost sedimentace erytrocytů, zvýšené hladiny alkalické fosfatázy a ribonukleázy) u některých Yusho pacientů, také potvrdily možné poškození jater. Definitivní závěry týkající se lidské hepatotoxicity jsou ztěžovány omezeními v dostupných studiích, jako je chybná klasifikace expozice, nedostatek kontrol, neznalost běžných proměnných faktorů (např., věk, konzumace alkoholu) nebo přirozené rozdělení PCB v sérových lipidech. Nedostatek jednoznačných důkazů o účincích PCB u lidí, které jsou vidět u laboratorních zvířat, může být způsoben řadou faktorů, zahrnující druhové rozdíly v náchylnosti a citlivosti vůči PCB, odlišnosti na úrovni expozice, doby trvání expozice či složení směsí (9). Hepatotoxický potenciál směsí PCB je dobře zdokumentován u zvířat, ať už při perorálním podávání nebo při podávání jinou cestou. Spektrum možných účinků na játra je široké. Zahrnuje mikrosomální enzymovou indukci, zvětšení jater, zvýšení sérových hladin jaterních enzymů a lipidů a histopatologické změny, které vedou k tukovým a nekrotickým lézím a nádorům. Výsledky studií u lidí ale tak jednoznačné nejsou. Mezi běžné hepatotoxické účinky vyvolané u laboratorních zvířat působením směsí PCB patří zvýšené hladiny jaterních enzymů (např. AST, ALT), které svědčí o hepatocelulárním poškození, sérové a tkáňové biochemické změny ukazující na poškození jaterních funkcí (např. změny hladiny lipidů, cholesterolu, porfyrinů a vitaminu A), histopatologické změny, fibróza a nekróza (9). Mikrosomální enzymová indukce u laboratorních zvířat je pravděpodobně nejcitlivější jaterní změnou, která je způsobena Aroclory a jinými směsmi PCB

43 Mikrosomální enzymová indukce tak nemusí nutně mít negativní účinky, ale může mít nežádoucí vliv na lidské zdraví díky sekundárním ochranným nebo toxickým účinkům při detoxikaci a bioaktivaci exogenních či endogenních látek. Příkladem toho jsou potenciální interakce s léčbou v důsledku sníženého metabolismu podávaných léčiv, sekundárně vyvolané nemoci způsobené změnami metabolismu některých endogenních látek, jako jsou hormony, a zvýšená aktivace promutagenů a prokarcinogenů. V játrech je také ukládáno přibližně 90 % vitaminu A, který se v těle nachází. Játra tak mají hlavní podíl na jeho metabolismu. Změny homeostázy vitaminu A, primárně se projevující sníženou schopností jater jej skladovat, jsou dalším prokázaným účinkem směsí PCB i jednotlivých kongenerů. Tyto změny byly prokázány při perorálním podávání PCB potkanům akrálíkům. Vitamín A je nezbytný pro správný růst a diferenciaci buněk, zejména buněk epiteliálních. Zatím však není zcela jasné, zda poruchy homeostázy vitaminu A jsou následkem přímého působení PCB na regulační procesy v játrech nebo jejich účinkem na extrahepatální procesy (9) ÚČINKY NA LEDVINY Vyšetření moči u dělníků vyrábějících kondenzátory neprokázaly žádné abnormality v hladinách dusíku v moči nebo v dalších běžně vyšetřovaných ukazatelích ledvinných funkcí. Většina subjektů v této studii byla vystavena účinkům Arocloru 1254 a 1241 a/nebo dalším směsím PCB o průměrné koncentraci 0,007 až 11 mg/m 3 po dobu minimálně pěti let. Informace o renální toxicitě PCB u zvířat pochází ze studií zabývajících se inhalační expozicí, perorálním podáním a z několika studií týkajících se směsí PCB eventuálně jednotlivých kongenerů. U potkanů vystavených účinkům Arocloru 1254 o koncentraci 1,5 mg/m 3 po dobu více jak 213 dní byly prokázány nepatné degenerativní změny renálních tubulů (9)

44 ÚČINKY NA ŽLÁZY S VNITŘNÍ SEKRECÍ (PCB JAKO ENDOKRINNÍ DISRUPTORY) Endokrinní disruptory jsou chemické látky, které způsobují změny hormonálních funkcí a tím negativně ovlivňují zdravotní stav zvířat i lidí (4). Jsou to buď přirozeně se vyskytující, nebo uměle vyráběné látky, které mohou napodobovat nebo narušovat funkci hormonů v těle. Mohou tak spouštět, vypínat či modifikovat signály přenášené hormony, a tím ovlivňovat normální funkci tkání a orgánů. Mnohé z těchto sloučenin jsou spojovány s vývojovými vadami, s poruchami vývoje reprodukčního, nervového, imunitního systému a dalšími poruchami u volně žijících živočichů i u laboratorních zvířat. A některé výzkumy ukazují, že tyto látky mohou podobným způsobem ovlivňovat i lidské zdraví a vedou tak k poklesu fertility a ke zvýšenému výskytu a šíření některých nemocí, včetně obezity, diabetu, endometriózy a některých druhů rakoviny (19). a ) ŠTÍTNÁ ŽLÁZA Řada studií se zabývala vztahem mezi expozicí PCB a stavem hormonů štítné žlázy u dětí i dospělých. Výsledky ukazují, že PCB mohou být stejně tak toxické, jako změny hladin tyreoidálních hormonů. Za odchylky ve výsledcích jsou zodpovědné odlišné směsi Arocloru s kongenery, stejně jako různé možnosti expozice nebo věk v době expozice. Zvýšená činnost štítné žlázy byla zjištěna u dělníků pracujících v závodech na výrobu PCB, stejně jako u obyvatel žijících v jejich okolí (9). Obavy z možných nežádoucích účinků PCB na hormony štítné žlázy jsou založeny na dvou hlavních úvahách, které: 1) jsou potvrzovány extenzivně prováděnými studiemi na pokusných zvířatech vystavených účinkům PCB v děloze a/nebo během časného vývoje (např. prostřednictvím mateřského mléka) a které ukazují, že pokles hladiny cirkulujících tyreoidálních hormonů u plodu nebo novorozence, může během vývoje vést k hypothyreoidismu, a 2) jsou nezbytné k pochopení důležitosti tyreoidálních hormonů pro správný vývoj mozku, jak je zřejmé z neurologických vývojových vad a poruch spojených s hypothyreoidismem (9)

45 Tyto nežádoucí projevy jsou typické také při nedostatku jódu (např. endemický kretenismus) a mohou vést k řadě poruch, včetně poruch sluchových, motorických a intelektuálních. Tyto výsledky tak podtrhují důležitost role hormonů štítné žlázy při normálním vývoji cochley, bazálních ganglií a mozkové kůry u plodu, které se u lidí začínají vyvíjet během druhého trimestru těhotenství. V té době také začíná u plodu fungovat štítná žláza (9). Přesvědčivé důkazy o možném spojení mezi tyreoidálními hormony a toxickými účinky PCB u lidí, jsou založeny na pozorováních provedených na pokusných zvířatech, včetně hlodavců a primátů. Nálezy zahrnují především: histologické změny štítné žlázy svědčící jak o stimulaci žlázy, tak i o narušení zpracování folikulárního koloidu nezbytného pro správnou produkci a sekreci tyreoidálních hormonů snížení hladin T 4 a T 3 hormonů, které mohou podporovat vznik hypothyreoidismu zvýšení rychlosti eliminace T 4 a T 3 ze séra zvýšení aktivity T 4 -UDP-glukuronyltransferázy v játrech, která je důležitá při eliminaci T 4 a T 3 zvýšení aktivity jodothyronin sulfotransferázy v játrech, která je stejně tak nezbytná k eliminaci jódthyroninu zvýšení aktivity jodothyronin dejodázy, včetně dejodázy 2. typu v mozku, která umožňuje produkci účinného hormonu štítné žlázy, T 3 redukci vazby T 4 na transthyretin, který je důležitým transportním proteinem pro T 4 i T 3 Tato pozorování ukazují, že PCB mohou narušit produkci tyreoidálních hormonů, a to jak ve štítné žláze, tak i v periferních tkáních a mohou tak zrychlovat metabolickou clearance hormonů štítné žlázy a ovlivňovat jejich transport do periferních tkání. Studie zabývající se souvislostmi mezi účinky PCB a hladinou tyreoidálních hormonů u dětí i u dospělých, došly k řadě různých výsledků týkajících se jak pozitivních, tak i negativních vzájemných vztahů mezi účinky PCB a cirkulujícími hladinami TSH, T 4 a T 3, v závislosti na zvoleném typu analytické metody, věkovém složení vybrané skupiny subjektů a na způsobu expozice (9)

46 b ) ESTROGENY Existují také důkazy o schopnosti PCB působit na estrogeny, a to jako agonisté i jako antagonisté. Široká variabilita odpovědí závisí na typu PCB a testy ukazují i na zapojení různých mechanismů. Mechanismus účinku se ale může lišit, neboť kompetitivní vazba na estrogenní receptory je pro kongener/metabolit-specifická. Antiestrogenní aktivita je spojena PCB, které působí jako agonisté na Ah-receptorech, zatímco hydroxylované metabolity jsou přinejmenším částečně zodpovědné za účinky PCB týkající se změn fyziologických procesů závislých na estrogenních receptorech (18, 9). Obecně, výsledky z in vitro a in vivo studií ukazují daleko nižší estrogenní aktivitu než jakou má endogenní hormon 17β-estradiol. Bylo prokázáno, že směsi PCB vyvolávají poměrně slabou estrogenní odpověď a že směsi obsahující více atomů chlóru v ortho poloze (nebo jejich hydroxylované metabolity) mohou být částečně zodpovědné za některé estrogenní účinky. V případě antiestrogenních účinků, je efekt závislý na koncentraci PCB (18, 9) DERMATOGICKÉ ÚČINKY Kožní léze, stejně jako podrážděnost kůže, chlorakné, depigmentace nehtů a kůže, byly pozorovány u lidí vystavených účinkům PCB, ať už profesionálně nebo po náhodném požití rýžového oleje kontaminovaného vysokými koncentracemi PCB, chlorovaných dibenzofuranů a dalšími halogenovanými sloučeninami, jako tomu bylo v případě Yusho a Yu-Cheng onemocnění (9). Mezi kožní projevy, pozorované u lidí profesně Obr. 7: Chlorakné (5) vystavených účinkům PCB a které jsou s největší pravděpodobností spojeny s expozicí PCB, patří především chlorakné (kožní změny začínající vznikem komedonů, což jsou keratinem naplněné vlasové a mazové žlázy) (9). Další účinky na lidskou kůži zahrnují její začervenání spojené s pruritem, akutní kontaktní dermatitidu, pocity pálení, otoky obličeje a rukou a ztloustnutí kůže (15)