TOXIKOLOGIE POTRAVIN VYBRANÉ KAPITOLY

Transkript

1 VETERINÁRNÍ A FARMACEUTICKÁ UNIVERZITA BRNO FAKULTA VETERINÁRNÍ HYGIENY A EKOLOGIE Ústav veřejného veterinářství, ochrany zvířat a welfare TOXIKOLOGIE POTRAVIN VYBRANÉ KAPITOLY Doc. MVDr. Helena Modrá, Ph.D. Prof. MVDr. Zdeňka Svobodová, DrSc. Mgr. Zuzana Široká, Ph.D. Ing. Jana Blahová, Ph.D. BRNO 2014

2 Tato skripta jsou spolufinancována z Operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost: Inovace bakalářského a navazujícího magisterského studijního programu v oboru Bezpečnost a kvalita potravin (reg. č. CZ.1.07/2.2.00/ )

3 VETERINÁRNÍ A FARMACEUTICKÁ UNIVERZITA BRNO FAKULTA VETERINÁRNÍ HYGIENY A EKOLOGIE Ústav veřejného veterinářství, ochrany zvířat a welfare TOXIKOLOGIE POTRAVIN Vybrané kapitoly pro posluchače Fakulty veterinární hygieny a ekologie Brno

4 Obsah Úvod Dusičnany, dusitany N-nitrosaminy Perzistentní organické polutanty (POPs) DDT Další organochlorované pesticidy Polychlorované bifenyly (PCB) Polychlorované dibenzo-p-dioxiny (PCDD) a dibenzofurany (PCDF) Bromované zpomalovače (retardéry) hoření Perfluoralkylované sloučeniny Pesticidy Herbicidy, desikanty a defolianty Fungicidy Insekticidy Organochlorované insekticidy Organofosfáty, karbamáty (Anticholinesterázové insekticidy) Pyretroidy Toxické látky rostlinného původu Glykoalkaloidy brambor Kyanogenní glykosidy Methylxanthiny Fytoestrogeny Látky ovlivňující metabolismus mikronutrientů Inhibitory enzymů Taniny Látky způsobující favismus Toxické aminokyseliny Lektiny Toxické mastné kyseliny Kovy Rtuť Olovo Kadmium

5 6.4 Chróm Arzen Selen Měď Železo Cín Zinek Hliník Mykotoxiny Aflatoxiny Ochratoxin A Fusariové mykotoxiny Fumonisiny Zearalenon Trichoteceny Nově objevené fusariové mykotoxiny Patulin Námelové alkaloidy Další mykotoxiny prokazované v potravinách Bakteriální toxiny Klostridiové toxiny Alkoholy Etanol Metanol Literatura

6 Úvod Skripta Toxikologie potravin vybrané kapitoly jsou určena pro studenty bakalářského studijního programu Fakulty veterinární hygieny a ekologie oboru Bezpečnost a kvalita potravin. Skripta poskytují informace potřebné pro teoretickou přípravu k předmětu Toxikologie potravin a toxikologické laboratorní metody. Do skript byly vybrány skupiny látek, které patří k nejvýznamnějším kontaminantům potravin živočišného i rostlinného původu. Kromě toho je zde uvedena kapitola, která se týká toxických látek přirozeně obsažených v některých rostlinách. U každé skupiny látek jsou uvedeny příčiny kontaminace potravin, mechanismus jejich působení v organismu a ovlivnění zdraví člověka. Záměrně zde nejsou uváděny expoziční a hygienické limity pro jednotlivé kontaminanty, protože tyto hodnoty se mohou měnit. Ve skriptech jsou popisovány účinky látek v koncentracích, které překračují expoziční a hygienické limity. Znalost rizik, které látky kontaminující potraviny přinášejí, je však důležitá pro hodnocení rizika a přijímání odpovídajících opatření s cílem zabránit nebo omezit na minimální možnou míru případné poškození zdraví spotřebitele. Je také důležité si uvědomit, že pro produkci bezpečných potravin je třeba používat kvalitní krmiva pro zvířata, protože řada látek přechází do masa a dalších živočišných tkání. 6

7 1. Dusičnany, dusitany Z. Svobodová Zdroje a charakteristika toxinů Anorganické formy dusíku (amoniak, dusitany, dusičnany) se přirozeně vyskytují ve všech složkách životního prostředí. Z biochemických přeměn anorganických forem dusíku je nejdůležitější oxidace amoniaku na dusitany až dusičnany (nitrifikace) a redukce dusičnanů a dusitanů na elementární dusík (denitrifikace). Nitrifikace probíhá v oxických podmínkách pomocí nitrifikačních bakterií a to ve dvou stupních. Rod Nitrosomonas se podílí na prvním stupni nitrifikace, tj. přeměn amoniaku na dusitany. Ve druhém stupni nitrifikace, tj. oxidaci dusitanů na dusičnany, se uplatňují bakterie rodu Nitrobacter. Denitrifikace probíhá v anoxických podmínkách a uplatňují se zde anaerobní bakterie (např. rody Pseudomonas, Achromobacter). Dusičnany a dusitany se vyskytují v mnoha potravinách rostlinného i živočišného původu. Do potravin rostlinného původu se dostávají z půdy, do potravin živočišného původu z krmiv a dále také jako látky aditivní. Nejčastějšími exogenními zdroji dusičnanů a dusitanů ve výživě lidí jsou: Různé druhy zeleniny, především rané listové zeleniny pěstované za nepříznivých teplotních, vlhkostních a světelných podmínek a na půdě intenzivně hnojené. Nepříznivé klimatické podmínky zapříčiňují nedostatek uhlíkatých sloučenin potřebných pro přeměnu nahromaděných dusičnanů na aminokyseliny a v konečné fázi na bílkoviny. Částečná redukce dusičnanů na dusitany probíhá pomocí enzymu nitrátreduktázy přítomných mikroorganismů v průběhu sklizně, dopravy, skladování a zpracování rostlinných produktů s vyšším obsahem dusičnanů. Intenzita redukce se zvyšuje při zapaření nebo mechanickém poškození rostlinných produktů. Také po uvaření se zintenzivňuje přeměna dusičnanů na dusitany a to zejména u jídel, které se dlouho udržují v teplém stavu. Živočišné produkty mají ve srovnání s rostlinnými velmi nízký obsah dusičnanů a dusitanů s výjimkou potravin, při jejichž výrobě jsou tyto látky používány jako aditiva. Dusičnany, ale především dusitany jsou využívány jako stabilizátory barvy masa a jako inhibitory růstu bakterií (u nesterilizovaných masových výrobků inhibují růst Clostridium botulinum). V neposlední řadě zdrojem dusičnanů a dusitanů může být pitná voda s vysokou koncentrací těchto látek. Nejvyšší mezní hodnota (NMH) v pitné vodě je 50 mg/l dusičnanů a 0,5 mg/l dusitanů (Vyhláška 252/2004 Sb. ve znění pozdějších předpisů). Pro balenou kojeneckou vodu je NMH 10 mg/l dusičnanů a 0,02 mg/l dusitanů (Vyhláška 275/2004 Sb. ve znění pozdějších předpisů). 7

8 Endogenním zdrojem dusitanů jsou dusičnany přijaté v potravě. Tyto jsou v anaerobním prostředí gastrointestinálního traktu mikroorganismy redukovány na dusitany. Toxické účinky Dusičnany nejsou v běžných koncentracích pro dospělé jedince nebezpečné. Potenciální toxicita dusičnanů je spojena s možností jejich redukce na dusitany. Letální dávky dusičnanů a dusitanů pro člověka nejsou přesně známy. Dusitany jsou nebezpečné především pro kojence do věku 2-4 měsíců a to z následujících důvodů: V žaludku kojenců je nižší koncentrace kyselin a tedy vyšší ph, při kterém se mohou množit i nepatogenní mikroorganismy redukující přijaté dusičnany na dusitany dříve než se dusičnany stačí resorbovat. Fetální hemoglobin u novorozenců tvoří 85 %, u kojenců ve 3 měsících 15 % a v jednom roce 1 2% z celkového hemoglobinu. Fetální hemoglobin se snadněji oxiduje dusitany než hemoglobin dospělých. Za normálního fyziologického stavu činí množství methemohlobinu v krvi asi 2%. Erytrocyty obsahují enzym methemoglobinreduktázu, který převádí methemoglobin na hemoglobin. U kojenců do věku 2-4 měsíců je aktivita tohoto enzymu velmi nízká. Toxikokinetika a mechanismus účinku Dusičnany a dusitany jsou vstřebávány velmi rychle a efektivně v tenkém střevě. Dusičnany přijaté potravou se asi z 65 až 70 % vylučují močí, zhruba 10 % se přeměňuje v gastrointestinálním traktu na dusitany. Téměř 40 % dusitanů přijatých potravou se v nezměněné podobě vylučuje močí. Dusitany vstupují do krevního řečiště, kde oxidují dvojmocné železo (Fe 2+ ) hemoglobinu na trojmocnou formu (Fe 3+ ). Touto reakcí vzniká methemoglobin, který není schopen vázat a přenášet kyslík. Tím je snížena schopnost erytrocytů transportovat po těle kyslík a organismus trpí jeho nedostatkem. Kromě toho působí jak dusitany, tak dusičnany vasodilatačně, dochází až k obrně kapilár, způsobují pokles krevního tlaku. To přispívá ke snížení zásobení tkání kyslíkem. Masivní resorpce převážně dusičnanů může vést k poruše osmotické homeostázy. Klinické příznaky V podstatě lze pozorovat 3 formy otravy, a to dusičnanovou, dusitanovou a methemoglobinovou. Dusičnanová forma otravy vzniká po příjmu vysokých dávek dusičnanů a jsou pro ni charakteristické symptomy poruchy osmotické homeostázy. Dusitanová (působení na cévy, pokles krevního tlaku) a methemoglobinová forma spolu úzce souvisejí a většinou probíhají společně. První symptomy methemoglobinové formy se objevují při koncentraci 6-7 % methemoglobinu v krvi. Hlavním příznakem jsou projevy hypoxie. Při lehčí formě je zjišťována apatie, anorexie, celková slabost, zrychlený dech a šedomodré až modrofialové zbarvení (cyanóza) sliznic a pokožky zejména na okrajových částech těla. Krev 8

9 je čokoládově zbarvená. Tělesná teplota je normální nebo snížená. Při těžké formě dochází k neklidu, k dušnosti, dech se zrychluje, srdeční činnost je zrychlená, ale srdeční tep zeslabený. Zbarvení sliznic a pokožky je modrofialové. Pro člověka je letální koncentrace methemoglobinu nad 50 %. Diagnostika a terapie Základem stanovení diagnózy jsou typické klinické příznaky a především modrofialové zbarvení zejména pod nehty prstů a na rtech a čokoládově hnědé zbarvení krve. K objektivní diagnóze slouží stanovení methemoglobinu v krvi. V těžkých případech ohrožujících život je nutná výměnná transfuze krve. Pro urychlení redukce methemoglobinu je podávána toluidinová nebo metylenová modř. Přeměnu methemoglobinu na hemoglobin podporuje také kyselina askorbová (vitamín C). Prevence Prevence spočívá v zabránění příjmu potravin a pitné vody se zvýšeným obsahem dusitanů a dusičnanů. Rizikovou skupinou jsou kojenci a z toho důvodu je nutno přísně dodržovat limity pro obsah dusitanů a dusičnanů v kojenecké vodě a stravě určené právě pro tuto věkovou kategorii. 9

10 2. N-nitrosaminy Z. Svobodová Zdroje a charakteristika toxinu Nitrosaminy jsou ubikvitární (všudypřítomné) látky, lze je nalézt v potravinách, nápojích, v tabákovém kouři a jsou i průmyslovými kontaminanty. N-nitrosaminy vznikají nitrosací sekundárních aminů (obr. 1). Obr. 1: Nitrosační reakce vedoucí ke vzniku nitrosaminů (Velíšek a Hajšlová, 2009) Zdrojem sekundárních aminů jsou přirozené složky potravy (aminokyseliny, aminosacharidy atd.), dále vznikají při metabolismu aminokyselin (řadou enzymových reakcí a termickým rozkladem při teplotě nad 180 C), zdrojem jsou rovněž četné produkty Maillardovy reakce* (např. karbinolaminy, glykosylaminy) a v neposlední řadě se další sekundární aminy dostávají do potravin jako cizorodé látky (např. při metabolizaci pesticidů - atrazinu, simazinu). Nitrosační činidla vznikají v kyselém prostředí z kyseliny dusité resp. dusitanů a dusičnanů přítomných v potravinách jako aditiva nebo kontaminanty (obr. 2). Účinným nitrosačním činidlem je nitrosylový kation NO +, oxidy dusíku (oxid dusitý a dusičitý), případně nitrosylhalogenidy, které vznikají v přítomnosti halogenvodíkových kyselin. N-nitrosloučeniny mohou vznikat také při sušení potravin přímým ohřevem z kouře, který obsahuje oxidy dusíku. Do potravin a krmiv se mohou dostávat i jako exogenní kontaminanty migrací např. z některých obalů (elastomery, pryž). Nitrosační reakce může být katalyzována (např. chloridy) anebo inhibována (např. kyselinou askorbovou, tokoferoly, cysteinem, glutathionem). *Maillardova reakce probíhá při tepelném zpracování potravin. Jedná se o neenzymové hnědnutí potravin, kdy spolu reagují redukující cukry nebo produkty jejich degradace a aminokyseliny nebo bílkoviny. V průběhu této reakce vzniká řada velmi reaktivních karbonylových sloučenin, které reagují jednak vzájemně, jednak s přítomnými aminosloučeninami. Při Maillardově reakci vznikají také hnědé pigmenty, melanoidiny a senzoricky žádoucí sloučeniny, které dodávají produktům charakteristické zbarvení, chuť a vůni. Maillardova reakce je typická pro pekařské nebo masné výrobky, kdy při pečení vzniká charakteristický zlatavý až hnědý povrch. 10

11 Obr. 2: Vznik nitrosačních činidel v kyselém prostředí (Velíšek a Hajšlová, 2009). Toxicita a výskyt v potravinách N-nitrosaminy mají mutagenní, teratogenní a na prvém místě karcinogenní účinky. Jako karcinogeny se uplatňují především v tlustém střevě a po resorpci v dalších cílových orgánech zejména v játrech. Nejběžnějším a nejtoxičtějším nitrosaminem je N-nitrosodimethylamin, který vzniká z dimethylaminu. Hlavními prekurzory dimethylaminu jsou alkaloidy hordenin a gramin přítomné v klíčícím ječmeni. Proto je obsah N-nitrosodimethylaminu v pivě limitován. V jiných potravinách nejsou nitrosaminy limitovány. N-nitrosaminy se vyskytují především v uzených masech, uzených sýrech, odtučněném sušeném mléce, pivě a destilátech (především ve whisky). Prevence Prevence spočívá především ve snižování tvorby N-nitrosaminů v potravinách a to: Snižováním dávek dusitanů přidávaných do masných výrobků využívaných jako stabilizátory barvy a inhibitory růstu bakterií. Sušením potravin nepřímým ohřevem (množství N-nitrosodimethylaminu ve sladu a v pivě bylo významně sníženo zavedením nepřímého ohřevu při sušení sladu). Změnou technologických postupů (např. snížením teploty při zpracování potravin pod 180 C). Dalším preventivním opatřením je snížení konzumace zeleniny pěstované za nepříznivých podmínek a to zejména listové zeleniny s vysokým obsahem dusitanů. Vznik nitrosaminů může být inhibován sloučeninami, které přednostně reagují s nitrosačními činidly. Jedná se o defenzní látky např. kyselinu askorbovou a tokoferoly. 11

12 3. Perzistentní organické polutanty (POPs) H. Modrá, J. Blahová, Z. Široká Perzistentní organické polutanty tvoří heterogenní skupinu chemických látek - kontaminantů životního prostředí, která má společné vlastnosti: Jsou těžko odbouratelné a dlouhodobě přetrvávají v životním prostředí; bioakumulují se v tukové tkáni živočichů, do níž se dostávají potravním řetězcem; jsou přenosné vzduchem a migrujícími organismy na velké vzdálenosti; mohou vykazovat toxické účinky na zdraví člověka a zvířat. Z těchto vlastností vyplývá, že problém kontaminace životního prostředí perzistentními organickými polutanty není problémem jedné země, ale je to problém celosvětový. Proto byla přijata mezinárodní úmluva o zákazu výroby a používání těchto látek, o zabránění jejich nežádoucímu vzniku a o jejich bezpečné likvidaci. Tato dohoda, která vstoupila v platnost v roce 2004, se nazývá Stockholmská úmluva o perzistentních organických polutantech. Stockholmská úmluva je postupně rozšiřována o další látky a v současné době jsou zde zahrnuty následující sloučeniny: Organochlorované pesticidy α a β hexachlorcyklohexany (HCH), γ-hch (lindan), aldrin, chlordan, chlordekon, DDT, dieldrin, endrin, endosulfan, heptachlor, hexachlorbenzen, mirex, toxaphen. Látky používané v průmyslu pro své výhodné technologické vlastnosti: polychlorované bifenyly (PCB), bromované retardéry hoření (polybromované difenylethery (PBDE) - oktabromdifenylether, pentabromdifenylether, hexabromcyklododekan (HBCD), hexabrombifenyl), pentachlorbenzen, perfluorooktansulfonát (PFOS). Polutanty vznikající (neúmyslně) antropogenní činností polychlorované dibenzo-p-dioxiny (PCDD) a dibenzofurany (PCDF), hexachlorbenzen (HCB). Hlavním zdrojem POPs pro většinu lidské populace je potrava. Obecně lze konstatovat, že perzistentní organické polutanty nejsou pro člověka nebezpečné z hlediska akutní toxicity, protože jejich koncentrace v prostředí jsou nízké. Nebezpečí POPs spočívá v tom, že mají dlouhodobé subletální účinky na reprodukci, vývoj a imunitu. Existuje také podezření, že mohou mít karcinogenní působení. Přítomnost POPs lze v současnosti detekovat ve tkáních všech živých organismů na Zemi. POPs se nacházejí v mořských savcích v oblastech, kde se tyto látky nikdy nepoužívaly a nacházejí se také v mateřském mléce. Nejvýraznější je transport POPs z teplých tropických oblastí a mírného pásma do chladných zeměpisných šířek. 12

13 3.1 DDT Základní charakteristika a výskyt v prostředí DDT (bis(4-chlorfenyl)-1,1,1-trichlorethan) je první synteticky vyráběný insekticid. Začal se používat v průběhu 2. světové války proti hmyzu, který přenáší závažná onemocnění člověka. V 50. a 60. letech 20. století se DDT začalo využívat také v zemědělství k likvidaci škodlivého hmyzu a ke zvyšování zemědělské produkce. V roce 1962 vyšla kniha Tiché jaro od Rachel Carsonové, která poprvé ve významné míře poukázala na to, že DDT způsobuje snížení populací volně žijících živočichů a že masivní využití DDT nepřináší člověku jen užitek. Dlouhou dobu se nevědělo, jakých způsobem DDT ovlivňuje živé organismy a teprve v nedávné době byla popsána jeho schopnost narušit hormonální systém obratlovců. V Československu se DDT přestalo v zemědělství používat v letech Předností DDT je to, že je stále velmi účinné. DDT má proto ve Stockholské úmluvě výjimku a může se používat v rozvojových zemích k likvidaci hmyzu, který přenáší malárii. DDT a jeho metabolity se vyskytují ve formě 6 izomerů (o,p'-ddt; p,p'-ddt; o,p'-ddd; p,p'-ddd; o,p'-dde; p,p'-dde) podle polohy vazeb chlóru v molekule. DDT se tedy stanovuje jako suma těchto izomerů (Σ DDT). V technickém DDT jsou zastoupeny všechny izomery DDT, většinu však tvoří izomer p,p'-ddt (obvykle 70 %). DDT se v životním prostředí a v organismu částečně odbourává na extrémně stabilní lipofilní metabolit p,p'-dde (bis(4-chlorfenyl)-1,1-dichlorethan). DDE se nachází v oblastech, kde se DDT již delší dobu nepoužívá. V České republice se v životním prostředí a v tuku zvířat detekuje především DDE, což ukazuje na starší zátěž prostředí. Obr. 3: Biomagnifikace DDT (v kontaminovaných lokalitách je např. koncentrace DDT ve vodě 0, mg/l, v zooplanktonu 0,04 mg/kg, v býložravých rybách 0,5 mg/kg, v dravých rybách 2 mg/kg a v dravých ptácích 25 mg/kg) 13

14 Koncentrace DDT stoupá s trofickým řetězcem má vysokou biomagnifikaci*. Např. v dravých rybách je řádově milionkrát vyšší koncentrace DDT než ve vodě (obr. 3). Toxické účinky Akutní toxicita DDT je nízká a za 60 let používání tohoto pesticidu je známo pouze několik případů akutních otrav člověka. V případě extrémně vysokých dávek DDT je ovlivněn nervový systém. DDT působí v nervovém systému tak, že narušuje převod nervových vzruchů periferních nervů a mozku prostřednictvím alterace transportu sodíkových a draslíkových iontů přes membrány axonů. Za fyziologických podmínek je akční potenciál na axonu vyvolán vysokou koncentrací sodíku vně buňky ve srovnání s koncentrací sodíku uvnitř neuronu. Na ustanovení akčního potenciálu se podílejí aktivní transportéry sodíku (Na + /K + -ATPázy), které po ukončení depolarizace odčerpávají sodík vně buňky náhradou za draslík. DDT inhibuje aktivitu Na + /K + -ATPáz, což vede k neschopnosti nervů k ustanovení akčního potenciálu a k trvalé depolarizaci. DDT také inhibuje Ca 2+ /Mg 2+ -ATPázy, které jsou důležité pro repolarizaci neuronu a ukončení přenosu impulzu přes synapse. Větší riziko představuje chronické působení DDT. DDT je klasifikováno jako podezřelý karcinogen, jeho možné karcinogenní působení je předmětem probíhajícího výzkumu u zvířat i epidemiologických studií v lidské populaci. Izomer p,p'-dde má antiandrogenní působení. DDT a DDE přecházejí přes placentu do plodu a mateřským mlékem se dostávají do organismu kojenců. Ve tkáních člověka stoupá koncentrace DDT a DDE s věkem. Nejcitlivější věkovou skupinou k působení DDT jsou ale kojenci a děti, protože jejich hormonální systém se vyvíjí a jeho vývoj může být snadno ovlivněn. Kontaminace potravin Nejvyšší koncentrace DDT se nacházejí v tuku a v potravinách živočišného původu, především v mase a v mléčných výrobcích. Vysoké koncentrace jsou v rybách. Rezidua DDT v mateřském mléce jsou deset až třicetkrát vyšší než v kravském mléce. Rozdíl je způsoben tím, že člověk má kratší laktační periodu a laktace probíhá ve vyšším věku. V současnosti však množství DDT v mateřském mléce klesá. *Biomagnifikace (bioobohacování) je proces v ekosystému, při kterém koncentrace určitého kontaminantu ve tkáních organismů narůstá s vyšší trofickou úrovní. K biomagnifikaci dochází příjmem látek z kontaminované potravy (např. pokud predátor pozře kontaminované zvíře na nižší trofické úrovni). Biomagnifikace je následkem bioakumulace a biokoncentrace chemických látek v organismu. 14

15 3.2 Další organochlorované pesticidy Další organochlorované pesticidy se rozdělují do dvou skupin: chlorované cyklodieny a hexachlorcyklohexany. Mezi chlorované cyklodieny patří např. aldrin, chlordan, chlordekon, dieldrin, endrin, heptachlor a mirex. Mezi hexachlorcyklohexany patří α, β a γ-hch (γ izomer HCH se nazývá lindan). Většinou se používaly jako insekticidy, některé z nich však měly více účelů použití. Obě skupiny ovlivňují nervový systém. Kromě toho, že tyto skupiny ovlivňují stejně jako DDT aktivitu Na + /K + -ATPáz, navíc inhibují v CNS kyselinu γ-aminomáselnou (GABA). U obratlovců působí GABA jako inhibiční neurotransmiter na pre- i postsynaptických membránách neuronů. Nejvyšší akutní toxicitu mají chlorované cyklodieny, méně toxické je γ-hch. Obě skupiny jsou však více toxické než DDT (tab. 1). Tab. 1: Srovnání akutní letální dávky LD 50 u vybraných organochlorovaných pesticidů u potkana po perorálním podání Sloučenina p,p'-ddt dieldrin endrin 4 43 heptachlor lindan [mg/kg ž. hm.] 3.3 Polychlorované bifenyly (PCB) Základní charakteristika a výskyt v prostředí PCB představují skupinu 209 kongenerů se sumárním vzorcem C 12 H 10-n Cl n, kde počet atomů chlóru je Jednotlivým kongenerům byla přiřazena orientační čísla (1-209). Ze všech možných kongenerů jich při výrobě vzniká ve významnějším množství asi 120. PCBs se začaly komerčně vyrábět v roce Celosvětově začala být výroba omezována od konce 60. let. U nás byla výroba zastavena až na konci roku Dosavadní světová produkce se odhaduje na 1,2 milionu tun. Předpokládá se, že z tohoto množství 31 % uniklo do prostředí, 65 % se dosud využívá v uzavřených systémech a pouze 4 % byla likvidována ve spalovnách. Polychlorované bifenyly se vyznačují chemickou a fyzikální stabilitou, jsou stálé i za teplot 300 C. Jsou nehořlavé, nerozpustné ve vodě, dobře se rozpouštějí v organických rozpouštědlech a v tucích. Pro tyto vlastnosti se PCB používaly jako stabilizátory v průmyslu a v dalších odvětvích lidské činnosti. 15

16 V různých státech se PCB vyrábělo pod různými obchodními názvy. U nás se vyráběl přípravek Delor, v USA např. Aroclor, Pyroclor, Pyranol a další. Přípravky s obsahem PCB jsou olejovité kapaliny. Použití PCB je možno rozdělit na použití v otevřených a uzavřených systémech. Za otevřené systémy považujeme ty, ze kterých nelze zamezit úniku PCB do životního prostředí. V otevřených systémech bylo používáno PCB například jako plastifikátor (změkčovač) do plastů, cementu, betonu nebo omítek, dále bylo přidáváno do bezuhlíkového kopírovacího papíru, bylo používáno jako lubrikant, do tuší, jako impregnační materiál, do barev, lepidel, vosků, imerzních olejů nebo jako stabilizátor pesticidů. Ve většině zemí byla v letech přijata opatření na omezení případně zrušení těchto způsobů aplikace. Použití PCB v uzavřených systémech představují chladicí kapaliny v transformátorech, dielektrické kapaliny v malých a velkých kondenzátorech apod. V současné době je známa řada úniků z těchto uzavřených systémů do prostředí, především vlivem netěsností. Problém také představují malé kondenzátory, které nejsou recyklovatelné a stávají se tak velice nebezpečným odpadem. Lipofilní charakter PCB vede k významné bioakumulaci. Poprvé byl jejich výskyt v prostředí popsán prof. Jensenem v roce 1966, postupně byly detekovány ve všech abiotických i biotických složkách prostředí a to i v místech značně vzdálených od původní produkce či použití. V atmosféře jsou PCB přítomny hlavně v plynné fázi. Experimentálně stanovené biokoncentrační faktory (BCF)* pro vodní živočichy se pohybují od do Hlavním způsobem, kterým probíhá akumulace PCB v terestrickém rostlinném ekosystému je depozice atmosferických částic na listový systém, méně významný je přenos kořenovým systémem do nadzemních částí rostlin. Kongenery PCB se mohou rozdělit do dvou skupin podle závažnosti jejich účinku. 12 kongenerů má podobné toxikologické vlastnosti jako dioxiny a proto jsou označovány jako PCB s dioxinovým efektem (PCB 77, 81, 105, 114, 118, 123, 126, 156, 157, 167, 169, 189). Ostatní PCB nevykazují podobnou toxicitu a proto se označují jako PCB bez dioxinového efektu. Stanovení PCB se provádí pomocí plynové chromatografie. Přestože teoreticky může existovat celkem 209 kongenerů, při analýze se nejčastěji využívá stanovení pouze šesti indikátorových kongenerů PCB (PCB 28, 52, 101, 138, 153, 180). Jsou to kongenery, které se nacházejí ve směsi nejčastěji. Toxicita Toxikologické studie na zvířatech s komerčními směsmi i jednotlivými kongenery a epidemiologické studie na lidské populaci prokázaly různé chronické efekty PCB jako je například imunosuprese nebo alterace hladin hormonů v organismu. *Biokoncentrační faktor (BCF) je poměr koncentrace chemické látky v biotě vůči koncentraci v zevním prostředí. 16

17 Akutní toxicita PCB je nízká, působení PCB na člověka je však dobře známo díky případům otrav rýžovými oleji kontaminovanými PCB a PCDF v Japonsku a na Taiwanu. Při otravě bylo postiženo více než osob. Dodnes však není spolehlivě dokázáno, zda otravy byly způsobeny více vysokou koncentrací PCB nebo příměsí polychlorovaných dibenzofuranů. Podle místa otravy v západním Japonsku se tato otrava nazývá Yusho poisoning (disease). Otrava se projevila únavou, bolestmi hlavy, zvýšeným pocením dlaní, svěděním, poruchami vidění, necitlivostí končetin, podkožním faciálním edémem, otoky a bolestmi kloubů, kašlem, intermitentní abdominální bolestivostí, menstruačními změnami a hypersekrecí a poškozením Meibomových žláz (mazové žlázky v očním víčku). Došlo také k fetotoxickým efektům a ke snížení hodnot imunoglobulinů. Chlorakné, které může vznikat jednak dermálním kontaktem nebo systémovou absorbcí, je specifickou reakcí kůže na působení cyklických halogenovaných sloučenin. Chlorakné je charakteristické zřetelnými cystickými barevnými lézemi a vznikem komedonů (záněty mazových žláz). Tyto léze jsou navíc infikovány sekundární bakteriální infekcí. Při chronických pokusech na zvířatech se zjistily také karcinogenní účinky PCB, projevující se tumory jater. U lidí dlouhodobá expozice působila embryotoxicky, což se projevilo úmrtím plodu, fetální resorpcí, rozštěpem patra, dilatací renální pánvičky a hypoplazií thymu. Samci se zdají být citlivější k teratogenním efektům než samice. Efekty na savčí reprodukční systém zahrnují změny estrálního cyklu, selhávání implantace plodu, nárůst abortů, nízkou porodní váhu a snížení postnatálního přežití. PCB jsou řazeny mezi potenciální humánní karcinogeny. Vyšší koncentrace bifenylů (10 mg/m 3 vzduchu), působí na dýchací cesty a spojivky lidského organismu, existuje i podezření na karcinogenitu. Obecně lze konstatovat, že PCBs způsobují snížení imunity, mohou způsobit poškození jater, představují určité riziko genetické poruchy a byl prokázán jejich vliv na reprodukční systém (řadíme je mezi endokrinní disruptory). PCBs jsou v organismu primárně distribuovány do tukové tkáně. Během těhotenství se PCB dostávají krví do plodu a v mateřském mléce jsou zjišťovány hodnoty 107 až 119krát vyšší než v séru. Kontaminace potravin Perorální příjem je nejvyšší z kontaminovaných ryb a mateřského mléka. Suma šesti indikátorových PCB zahrnuje přibližně polovinu celkového množství PCB bez dioxinového efektu přítomných v krmivech a potravinách. 3.4 Polychlorované dibenzo-p-dioxiny (PCDD) a dibenzofurany (PCDF) Základní charakteristika a výskyt v prostředí Polychlorované dibenzodioxiny a dibenzofurany (dále jen dioxiny) patří mezi vysoce toxické látky. Biologicky a chemicky jsou poměrně stabilní. Vznikají především jako antropogenní kontaminanty, nikdy nebyly produkovány záměrně. V minulosti se vyskytly případy, při kterých došlo ke vzniku dioxinů při výrobě pesticidů na bázi fenoxyoctové kyseliny (konkrétně kyseliny 2,4,5-trichlorfenoxyoctové). K havárii došlo v italském městě Seveso, 17

18 kde následkem otravy zemřely stovky lidí. V Československu se pesticidy na bázi kyseliny fenoxyoctové vyráběly ve Spolaně Neratovice a také zde byly u pracovníků zjištěny vysoké koncentrace dioxinů v těle. Dioxiny vznikaly také jako vedlejší produkty při výrobě polychlorovaných bifenylů (PCB) a při dalších průmyslových procesech. Dioxiny mohou vznikat také při spalování antropogenně vzniklých látek (např. PCB) a reakcemi mezi různými organickými kontaminanty v životním prostředí. Jde v podstatě o různé procesy, při kterých jsou vyráběny nebo spalovány sloučeniny obsahující chlór, nebo jde o reakce těchto sloučenin s dalšími reaktivními látkami. V současnosti je významným zdrojem dioxinů spalování komunálního odpadu (hlavně v domácích kotlích) a výfukové plyny. Relativně vzácněji vznikají dioxiny i přírodními procesy (sopečnou činností a lesními požáry). Dioxiny a dibenzofurany jsou nejen perzistentní, ale mají i vysokou akutní i chronickou toxicitu. Dioxiny jsou lipofilní, málo těkavé (čím více atomů chlóru, tím menší těkavost), přetrvávají a akumulují se v živých organizmech. Váží se na částice ve vzduchu a jsou schopné vzduchem překonávat velké vzdálenosti. Z těchto důvodů jsou jejich rezidua zjišťována ve všech složkách životního prostředí. Chemicky jsou PCDD a PCDF polychlorované planární molekuly. Existuje 75 kongenerů PCDDs a 135 PCDFs, ale jen několik (17) je jich významných z hlediska toxikologie. Nejtoxičtější je 2,3,7,8-tetrachlorodibenzodioxin (TCDD), který je také vysoce perzistentní. TCDD má hydrofobní charakter, silně se asociuje s organickým uhlíkem, kumuluje se především v půdách, sedimentech a v tukových tkáních živých organismů. Toxicita U savců se většina dioxinů prakticky nemetabolizuje a je pouze pomalu vylučována žlučí do výkalů. Je potvrzen jejich přesun do mléka, vajec a přes placentu do plodu. Množství dioxinů ve vodách je sice obecně nízké, ale ve vodních organizmech se mohou biokoncentrovat. Biomagnifikace u ryb však není tak výrazná jako např. u DDT, protože u ryb jsou dioxiny částečně odbourávány. Polychlorované dibenzodioxiny a dibenzofurany snižují imunitu organismu a mají teratogenní, embryotoxické, mutagenní a karcinogenní účinky. Chronická toxicita dioxinů se projevuje na mnoha orgánech a systémech. Dochází k poškození kůže a vzniká typické chlorakné. Karcinogenita je potvrzena pouze u laboratorních zvířat pro kongener TCDD. Dioxiny se vážou na tzv. AhR receptor ( aryl hydrocarbon receptor ) a tím mohou ovlivňovat funkci cytochromů i regulaci genů pro hormony, růstové faktory, konjugační enzymy a další molekuly. Dále dochází k inhibici syntézy testosteronu i zpětné hypofyzární vazby, která by nedostatek vyrovnala mají antiandrogenní působení. Pro hodnocení toxických účinků se spíše než koncentrace PCDD a PCDF obvykle využívá přepočet na tzv. toxický ekvivalenční faktor (TEF). Nejvíce toxickou sloučeninou ze skupiny dioxinů je 2,3,7,8-tetrachlordibenzo-p-dioxin (TCDD), který má toxický ekvivalenční faktor roven 1,0. Všechny ostatní sloučeniny mají TEF menší než jedna. Celková toxicita směsi dioxinů a případně dalších látek (kongenerů PCB s dioxinovou aktivitou) se vyjadřuje ve formě ekvivaletního toxického množství 2,3,7,8-tetrachlordibenzo-p-dioxinu. Součin koncentrace každé sloučeniny a příslušného TEF udává ekvivalent toxicity, označovaný 18

19 obvykle značkou TEQ (toxicity equivalent). Pokud se jedná o směs látek, výsledný TEQ je součet TEQ jednotlivých látek ve směsi: TEQ = Σ[C i ] TEF i Kontaminace potravin V potravním řetězci se dioxiny kumulují v játrech zvířat nebo v tuku. Významný příjem dioxinů v potravě člověka tvoří konzumace ryb. Nejvyšší koncentrace dioxinů jsou nacházeny v Baltském moři a dalších severských oblastech. 3.5 Bromované zpomalovače (retardéry) hoření Základní charakteristika a výskyt v prostředí Bromované zpomalovače (retardéry) hoření (BFR, brominated flame retardants) jsou různorodou skupinou organohalogenových sloučenin, které májí nezastupitelné průmyslové využití. Využívají se především jako přídavné látky do různých polymerních matric pro zabránění vzplanutí. Při nadměrném zahřátí výrobku se nejprve rozkládá příslušný retardér hoření, čímž dochází ke vzniku produktů, které následně zabraňují procesu hoření. Bromované retardéry hoření se přidávají jako aditiva do plastů, syntetických polymerů, textilních výrobků, čalounění nebo různých produktů elektronického průmyslu. Důležitá je také jejich aplikace ve stavebnictví, kdy se využívají jako přídavné složky do různých druhů izolačních materiálů a při výrobě epoxy- a polykarbonátových pryskyřic. Z chemického hlediska jsou BFR širokou skupinou látek organického původu, které ve své struktuře obsahují různý počet atomů bromu. Mezi nejvýznamnější zástupce řadíme polybromované difenylethery (PBDE), tetrabrombisfenol A (TBBPA), hexabromcyklododekan (HBCD) a polybromované bifenyly. Spotřeba a druhy používaných BFR se v průběhu let výrazně mění a to především jako důsledek změn v legislativě. Vybrané BFR (hexabrombifenyl; tetra-, penta-, hexa- a heptabromdifenylether) byly na základě usnesení konference smluvních stran konané v květnu 2009 v Ženevě zařazeny do Stockholmské úmluvy. Jedná se tedy o látky určené k vyřazení z použití a výroby. Pro některé průmyslové odvětví (např. stavebnictví) byly ovšem stanoveny výjimky. Úplný zákaz použití PBDE platí pro elektrické a elektronické výrobky vyrobené po srpnu Zvláštní výjimky v průmyslové výrobě jsou registrovány do srpna V roce 2013 byl seznam zakázaných látek rozšířen o HBCD. Bromované retardéry hoření jsou sloučeniny vysoce perzistentní a lipofilní, proto v životním prostředí vykazují velkou afinitu k organické složce sedimentu, půdy a odpadních kalů a většina z nich má tendenci k bioakumulaci v tukových tkáních živých organizmů. Vědecké studie prokázaly jejich přítomnost v tkáních ptáků a jejich vejcích, rybách a mořských savcích.u lidí byla přítomnost těchto kontaminantů zjištěna v mateřském mléce, protože se uvedené látky vážou na krevní lipidy, ukládají se v tukových tkáních a při laktaci mohou být 19

20 následně vylučovány do mateřského mléka. Některé studie prokázaly vztah mezi vyššími hodnotami BFR v mateřském mléce a porodní hmotností novorozenců a dalšími somatickými charakteristikami. Do životního prostředí se BFR dostávají především v důsledku intenzivní antropogenní činnosti. Hlavním zdrojem kontaminace jsou především požáry a průmyslová výroba uvedených produktů. K jejich uvolňování dochází mimo jiné také při běžném používání elektrických spotřebičů (např. televize, počítač a další), kdy dochází k jejich zahřívání. Další možností vstupu BFR do prostředí je likvidace odpadů, kdy na skládkách může dojít k jejich průsaku do půdy a následně do vodního prostředí. Nebezpečné je i spalování odpadů obsahujících PBDE, protože při vysokých teplotách ( C) dochází ke vzniku dalších nebezpečných a velmi toxických látek jako jsou polybromované dibenzofurany a polybromované dibenzodioxiny. Do organismu člověka se dostávají především vdechováním v uzavřených místnostech, kde jsou v provozu zařízení obsahující tyto látky a nezanedbatelným zdrojem je také dietární příjem. Toxicita Toxicita BFR je závislá především na jejich molekulové struktuře. Z hlediska akutní toxicity jsou tyto látky hodnoceny jako málo toxické. Z toxikologického hlediska představuje riziko především dlouhodobá expozice i poměrně nízkým koncentracím. Při pokusech na laboratorních zvířatech bylo prokázáno, že BFR mohou mít karcinogenní účinky a dále mohou narušovat hormonální činnost štítné žlázy. Mají totiž podobnou strukturu jako thyroidní hormony a vykazují silnou afinitu k vazbě na transthyretin, čímž v rámci kompetice přednostně obsadí vazebnou pozici pro přirozený hormon. K dalším nežádoucím účinkům se řadí neurotoxické působení. Změny v motorickém chování experimentálních zvířat byly zaznamenány především u dvou nejvíce zastoupených kongenerů PBDE, a to BDE 47 a BDE 99. Kontaminace potravin Největší příjem BFR v dietě je v důsledku konzumace potravin živočišného původu s vyšším obsahem tuku, zejména kontaminovaných ryb, mořských plodů a dalších potravin jako jsou například maso, vejce, mléčné výroky, tuky nebo oleje. 3.6 Perfluoralkylované sloučeniny Základní charakteristika a výskyt v prostředí Perfluorované sloučeniny (PFC, perflourinated compounds) jsou organické sloučeniny, které se svými vlastnostmi řadí mezi významné perzistentní polutanty. Perfluorované sloučeniny ve své struktuře obsahují hydrofobní alkylový řetězec o různé délce (nejčastěji 4 až 16 atomů uhlíku), který může být substituovaný hydrofilními skupinami. Ve své struktuře obsahují velmi pevnou kovalentní vazbu mezi uhlíkem a fluorem, která je odolná vůči vysokým teplotám, různým chemickým sloučeninám (např. kyselinám, zásadám, oxidačním a 20