Fonte: Profa. Dra. Márcia Valle Real

COPPE - UFRJ

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TOXICOLOGIA

Noções de Toxicologia ambiental

Prof. Dr. Vitório dos Santos Junior

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Tópicos

-Definição de toxicologia e ramos de estudo;

- Riscos químicos e riscos ambientais;

- Caracterização do processo de geração de riscos;

- Formas de exposição: ingestão, dérmica, inalação;

-Classificação dos efeitos: imediatos, retardados, reversibilidade;

- Caracterização de Toxidade;

-A Função Dose-Resposta;

-Alguns produtos tóxicos significativos:

Orgânicos: POPs

Metais Pesados

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Toxicologia

- Toxidade é a capacidade relativa de uma substância provocar um dano a

um sistema biológico. Já a toxicologia é o estudo dos efeitos nocivos de

substâncias estranhas sobre os seres vivos.

- A toxidade de uma substância é determinada por meio de exaustivos

estudos envolvendo organismos biológicos e não pode ser determinada

diretamente utilizando-se os recursos típicos de laboratórios químicos.

Em geral, os efeitos toxicológicos são estudados mediante a

administração oral ou injeção das substâncias em animais, observando-se

como a saúde deles é afetada.

Estudos epidemiológicos são diferentes. Eles derivam de pesquisas

realizadas com grupos de indivíduos específicos expostos a determinados

poluentes, em função de seu local de moradia ou seus hábitos de

consumo.

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Áreas da Toxicologia

Toxicologiade alimentos

Toxicologiaambiental

Toxicologiade medicamentos

Toxicologiaocupacional

Toxicologiasocial

AspectosAspectos

Clínico Analítico Legislação Pesquisa

Ilus

traç

ão: C

arlo

s R

odri

guez

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• Xenobiótico

Substância estranha, capaz de induzir efeitos deletérios sobre os organismos.

• Tóxico

Xenobiótico causador de efeitos deletérios.

• Veneno

Tóxico causador de graves efeitos, por vezes mortais.

• Toxina

Substância natural (biotoxina) que provoca efeitos tóxicos.

Periculosidade

É um fator intrínseco ao xenobiótico que mede a sua capacidade de induzir efeitos adversos nos sistemas biológicos.

Conceitos Básicos

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Faixas de doses letais de várias substâncias

Dose Letal

(g/ kg)

Substâncias Naturais Substâncias Sintéticas

> 10 açúcar

1 NaCl (sal) e etanol malation

0,1 cafeína DDT, tilenol

0,01 -

0,001 nicotina Paration, estricnina

(mg/kg)

0,01 Toxina da cascavel

0,001 Aflatoxina-B (amendoim)

0,00001 Toxina do tétano e do botulismo

Paracelso: O que diferencia um remédio de um veneno é a dose.

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Categorias de compostos tóxicosAsfixiantes: compostos que diminuem a absorção de oxigênio pelo organismo. (nitrogênio, monóxido de carbono, cianetos);

Irritantes: materiais que causam inflamação nas membranas mucosas (ácido sulfúrico, sulfeto de hidrogênio, HCs aromáticos);

Carcinogênicos: provocam câncer (benzeno, aromáticos policíclicos);

Neurotóxicos: danos ao sistema nervoso (compostos organometálicos);

Mutagênicos: causam mutações genéticas;

Teratogênicos: provocam malformações congênitas;

Hepatotóxicos: danos ao fígado (tetracloreto de carbono);

Fitotóxicos: danos a flora.

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Condições de exposição

Exposições crônicas- São as que duram entre 10% a 100% do

período de vida do ser. Para os seres humanos entre 7 e 70 anos.

• Exposições subcrônicas – São aquelas de curta duração, menores

do que 10% do período vital.

• Exposições agudas.- São exposições de um dia ou menos e que

ocorrem em um único evento.

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As vias de exposição  

Os efeitos tóxicos podem ser provocados por meios químicos, por radiação ou até por ruído e dependem das vias de exposição. Elas indicam como as substâncias penetram nos organismos. Para o ser humano as principais vias são por:

-     Contato com a pele;

-     Inalação;

-     Ingestão.

Existem vários métodos para classificar a toxidade dos materiais, os quais estão baseados na freqüência e na duração da exposição e podem ser classificados em três categorias:

1 - Efeitos Tóxicos em Geral

2 - Testes Especiais

3 - Testes em Seres Humanos3 - Testes em Seres Humanos

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1 - Efeitos Tóxicos em Geral - São estudos realizados para avaliar

os danos que uma substância pode provocar, baseando-se na duração

da exposição. 

2 - Testes Especiais - São estudos específicos para avaliar os efeitos

das exposições aos órgãos-alvo (que são os mais afetados pela

exposição), ou para avaliar efeitos específicos sobre o ser humano.

3 - Testes em Seres Humanos3 - Testes em Seres Humanos - São testes projetados, controlados e

conduzidos por médicos e toxicologistas para determinar níveis

máximos de exposição de uma substância ao ser humano,

considerando as vias de exposição. Outros estudos são baseados em

dados epidemiológicos e em estatísticas que têm sua origem na

medicina do trabalho.

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CLASSIFICAÇÃO DE TOXIDADE POR VIA DE EXPOSIÇÃO

 Diversos são os índices de toxidade disponíveis na literatura técnica

pertinente à toxicologia, e cada um deles destina-se a uma aplicação relacionada à proteção da saúde humana ou de sistemas ecológicos específicos. Como já visto anteriormente, a toxidade também depende da via de exposição. Relacionam-se, a seguir, as principais vias pelas quais os produtos perigosos podem atingir os seres vivos.

Tabela de Toxidade Relativa por Ingestão

 CLASSE DE TOXIDADE

Provável DoseLetal Oral

Super Tóxico < 5mg/kg

Extremamente Tóxico 5,1-50 mg/kg

Muito Tóxico 51-500 mg/kg

Moderadamente Tóxico 0,51 - 5 g/kg

Ligeiramente Tóxico 5,1 - 15 g/kg

Praticamente Atóxico Maior do que 15 g/kg

Fonte: CROWL,1995

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1. Alterações cardiovasculares e respiratórias;

2. Alterações do sistema nervoso;

3. Lesões orgânicas: ototoxicidade, hepatotoxicidade, nefrotoxicidade, etc;

4. Lesões carcinogênicas / tumorigênicas;

5. Lesões teratogênicas (malformações do feto);

6. Alterações genéticas

aneuploidização - ganho ou perda de um cromossomo inteiro.

clastogênese - aberrações cromossômicas com adições, falhas, re-arranjos de partes de cromossomos.

mutagênese - alterações hereditárias produzidas na informação genética armazenada no DNA (ex. radiações ionizantes).

Principais efeitos deletérios

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7. Infertilidade - masculina, feminina ou mista.

teratogênese - provocada por agentes infecciosos ou drogas.

aborto - precoce ou tardio

8. Alterações da capacidade reprodutora

9- Alguns exemplos:

Vitamina A - Atraso mental; cérebro e coração.

Talidomida - Coração e membros.

Fenobarbital - Palato; coração; atraso mental.

Álcool - Defeitos faciais; atraso mental.

Cloranfenicol - Aplasia medular

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Interações entre substâncias

A exposição simultânea a várias substâncias pode alterar uma série de fatores (absorção, ligação protéica, metabolização e excreção)que influem na toxicidade de cada uma delas em separado.

Assim, a resposta final a tóxicos combinados pode ser maior ou menor que a soma dos efeitos de cada um deles, podendo-se ter:

Efeito Aditivo - efeito final igual à soma dos efeitos de cada um dos agentes envolvidos;

Efeito Sinérgico - efeito maior que a soma dos efeitos de cada agente em separado;

Potencialização - o efeito de um agente é aumentado quando em combinação com outro agente;

Antagonismo - o efeito de um agente é diminuído, inativado ou eliminado quando se combina com outro agente.

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• Para fazer qualquer afirmação significativa sobre os efeitos da poluição na saúde do homem, deve-se considerar as dosagens que os organismos estão recebendo:

Dose = (Concentração do poluente) x d(tempo)

• Interesse atual na poluição e saúde é mais direcionado para

o longo prazo, baixas concentrações de exposição (que levam a problemas crônicos).

• Curto prazo, altas concentrações de exposição (que levam a efeitos agudos) ocorrem somente em acidentes industriais ou episódios de poluição atmosférica emergenciais.

Danos provocados pela poluição à saúde

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- Para determinar qual a dosagem é nociva, é necessária uma curva

de dose-resposta.

- A função dose-resposta mede os danos resultantes de uma

atividade impactante, em um determinado meio. As medidas dos

danos são obtidas a partir das relações físicas entre causa e

efeito de um determinado dano ambiental.

- As “funções de dano” ou “funções dose-resposta” relatam o nível

da atividade impactante, que devem ser associadas ao nível e ao

tipo de poluente, com o grau de impacto sobre o meio ambiente

natural e o construído, ou ainda sobre a saúde da população, por

exemplo em função do aumento de incidência de doenças

respiratórias.

A Função Dose-Resposta

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A Função Dose-Resposta

- A curva dose-resposta deve ser construída para um único

poluente, não para poluição atmosférica como um todo. A

sinergia, ou seja, efeito de dois poluentes juntos, pode ser maior

que a soma do efeito de cada poluente separadamente.

- Os dados para a construção das “funções dose-resposta”

provêm, basicamente de duas fontes (Tolmasquim et al., 1999) a

saber:

– Estudos de campo, como por exemplo, estudos

epidemiológicos relacionando as doenças provocadas

(resposta) pela variação de concentração de poluentes (dose);

– Procedimentos experimentais controlados.

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• Uma curva dose-resposta hipotética:

Considerando exposição homogênea da população a um único poluente por um período de tempo específico.

Res

pos

ta (

dan

os a

o p

úb

lico

)

Dose (concentração de poluente no ar)

Limite

da D

ose

Fonte: Nevus, N. (1995)

A Função Dose-Resposta

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Aplicação da Função Dose-Resposta

Para aplicar a “função dose-resposta”, é recomendável seguir as seguintes etapas :

I - Caracterizar as Emissões:

- Caracterizar os poluentes emitidos, quantificando suas taxas de emissões;

II - Determinar como ocorrerá a Dispersão de Poluentes:

Determinar através do uso de modelos computacionais:

a) a dispersão e concentração dos poluentes,

b) a distribuição espaço temporal das concentrações.

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Aplicação da Função Dose-Resposta

III - Determinar o Risco Individual:

A partir das concentrações anuais médias (item II), e no caso particular das danos relacionados à saúde, buscar os dados de vulnerabilidade que relacionam às concentrações de poluentes aos potenciais danos causados à saúde humana, ou seja a mortalidade e a morbidade (incidência de doenças).

IV - Determinar o Risco Total:

Uma vez determinado do risco individual (calculado no item anterior) calcular o total, via o produto do individual pela população total.

ATENÇÃO: No caso se poluentes não regulamentados, lembrar que: Se existe “jurisprudência” no exterior, as responsabilidades poderão ser cobradas!

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Espectro de efeitos deletérios sobre populações

Morbidade – Expressão do número de pessoas enfermas ou de

casos de uma doença em relação à população onde ocorre.

- reversível

- mutação de espécies

Mortalidade – Relação entre o número de mortes e o total de

habitantes. Normalmente, expressa em mortos por 1.000

habitantes, também conhecida como taxa de mortalidade.

- grupos populacionais

- extinção de espécies

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Alguns produtos tóxicos significativos

Produtos Orgânicos Persistentes - Poluição invisível e global

Em reunião do Programa das Nações Unidas para o Meio

Ambiente - UNEP, ocorrida em maio de 2001 em Estocolmo,

representantes de 90 países, incluindo o Brasil, assinaram a

Convenção sobre Poluentes Orgânicos Persistentes, que visa

proibir a produção e o uso de 12 substâncias orgânicas tóxicas,

denominadas “Produtos Orgânicos Persistentes – POPs”.

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Os 12 produtos POPs, conhecidos também como a "dúzia suja" (dirty dozen) são os:

Pesticidas: Aldrin, clordano, mirex, dieldrin, endrin, heptacloro, BCH e o toxafeno;

Produtos de uso geral: DDT, PCBs (bifenilas policloradas);

Produtos não intencionais: Dioxinas, furanos.

Eles provocam doenças graves, em especial o câncer, além de má-formação em seres vivos, muitas vezes sào encontrados em locais distantes das fontes emissoras, sendo portanto, um problema de caráter global.

Alguns produtos tóxicos significativosProdutos Orgânicos Persistentes

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Produtos Orgânicos Persistentes

Como tudo começou?

Durante e após a Segunda Guerra Mundial, nas décadas de 1940 e 50, ocorreu a proliferação destas substâncias. Naquela época era necessário aumentar a produção de alimentos no mundo, para fazer frente ao crescimento populacional.

Como está hoje?

A maioria dos 12 compostos da lista já foi banida ou teve seu uso reduzido em boa parte do mundo, reduzindo o impacto econômico da ratificação da convenção e facilitando sua entrada em vigor.

O Brasil, por exemplo, não produz diretamente nenhum dos doze compostos, mas importa três deles para uso industrial. Entretanto, as dioxinas e os furanos, por serem produzidos de forma não intencional, demorarão mais a ser eliminados.

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Produtos Orgânicos Persistentes

Qual é o principal problema dos POPs?

Eles são pouco solúveis em água, mas são solúveis em gorduras. Os animais têm um ótimo sistema de eliminação de toxinas solúveis em água, que são expelidas na urina, mas não possuem mecanismo eficaz de eliminação de substâncias pouco solúveis na água. Tal efeito é intensificado em animais ditos superiores, que se alimentam das gorduras de outros animais.

Eles podem percorrem longas distâncias pelas correntes aéreas e oceânicas. Ou seja, eles não contaminam só o local de emissão, mas também locais distantes e remotos como o Ártico, cadeias montanhosas e oceanos.

Eles se evaporam rapidamente em regiões quentes e lentamente em locais frios. Devido a fatores geográficos e meteorológicos, o Pólo Norte é um depósito global para contaminantes POPs.

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Curiosidades sobre o DDT

O composto 1,1-bis(4-clorofenil)-2,2,2-tricloroetano, mais conhecido pela sigla DDT, foi sintetizadoem 1874.

Suas propriedades inseticidas só foram descobertas durante a 2a. Guerra Mundial. Antes das batalhas em regiões quentes, os Aliados pulverizavam DDT para combater as doenças transmitidas por mosquitos. Tal descoberta rendeu a Paul Müller o Prêmio Nobel de Medicina de 1948, pelas milhões de vidas salvas pelo uso do DDT.

Na década seguinte, começou-se a perceber que o DDT persistia no ambiente mesmo depois de vários anos da sua aplicação, pois se acumula no organismo dos animais superiores.

Atualmente, ainda é utilizado no combate a malária.

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• Dezembro de 1984, Bhopal - Índia

•Unidade de Pesticidas da Union Carbide;

• Série de falhas mecânicas e erros operacionais;

• Entrada de água no tanque de estocagem;

• Falhas em 4 sistemas de segurança da unidade;

• Vazamento de 25 t metil-isocianato, durante 90 minutos;

• Não havia plano de contingência;

• População afetada: 3.000 – 8.000 mortos/ 200.000 pessoas atendidas

O acidente de Bhopal

Tema complexo e amplo

Atividades diversificadas, fontes e poluentes variados

• Questões tecnológicas, operacionais e de manutenção da instalação e organizacionais da empresa.

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O acidente de Bhopal

“ Uma das ironias do acidente de Bhopal foi que o praguicida que estava sendo manufaturado, o Sevin era um substituto do DDT num intuito de evitar os riscos desse praguicida organoclorado. Mas, o processo de fabricação do Sevin tem ocasionado mais danos que o DDT”.

Anônimo. Helping out in Bhopal. Nature nº 312, 579-580, 1984)

Propriedades do isocianato de metila:- Ponto de ebulição: 39,1º C

- Vapor : duas vezes mais pesado que o ar

Aspectos toxicológicos:

- Irritante dos olhos, nariz e garganta;

- Edema pulmonar;

- Ulceração da córnea

Muitos dos sobreviventes apresentaram efeitos crônicos nos pulmões e nos olhos, 1 ano após a exposição.

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Metais pesados

Os metais pesados não podem ser destruídos e são altamente reativos do ponto de vista químico, o que explica a dificuldade de serem encontrados em estado puro na natureza. Normalmente, apresentam-se em concentrações muito pequenas, associados a outros elementos químicos, formando minerais em rochas.

Quando lançados na água como resíduos industriais, podem ser absorvidos pelos tecidos animais e vegetais. Uma vez que alcancem o mar, estes poluentes podem, em parte, depositar-se no leito oceânico. Além disso, os metais contidos nos tecidos dos organismos vivos que habitam os mares acabam também se depositando, cedo ou tarde, nos sedimentos, representando um estoque permanente de contaminação para a fauna e a flora aquáticas

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A maioria dos organismos vivos só precisa de alguns poucos metais

e em doses muito pequenas, que são chamados de micronutrientes.

É o caso do zinco, do magnésio, do cobalto e do ferro (constituinte

da hemoglobina). Estes metais tornam-se tóxicos e perigosos para a

saúde humana quando ultrapassam determinadas concentrações-

limite.

Já o chumbo, o mercúrio, o cádmio, o cromo e o arsênio são metais

que não existem naturalmente em nenhum organismo. Ou seja: a

presença destes metais em organismos vivos é prejudicial em

qualquer concentração.

Metais pesados

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Metais pesados

Principais Fontes e Impactos de alguns metais pesadosMetal Fontes Principais Impactos na Saúde e no Meio

Ambiente Chumbo Indústria de baterias automotivas, chapas de

metal semi-acabado, canos de metal, cable sheating, aditivos em gasolina, munição. Indústria de reciclagem de sucata de baterias automotivas para reutilização de chumbo

Prejudicial ao cérebro e ao sistema nervoso em geral Afeta o sangue, rins, sistema digestivo e reprodutor Eleva a pressão arterial Agente teratogênico (que acarreta mutação genética)

Cádmio Fundição e refinação de metais como zinco, chumbo e cobre - derivados de cádmio são utilizados em pigmentos e pinturas, baterias, processos de galvanoplastia, solda, acumuladores, estabilizadores de PVC, reatores nucleares

É comprovadamente um agente cancerígeno, teratogênico e pode causar danos ao sistema reprodutivo.

Mercúrio Mineração e o uso de derivados na indústria e na agricultura Células de eletrólise do sal para produção de cloro

Intoxicação aguda: efeitos corrosivos violentos na pele e nas membranas da mucosa, náuseas violentas, vômito, dor abdominal, diarréia com sangue, danos aos rins e morte em um período aproximado de 10 dias. Intoxicação crônica: sintomas neurológicos, tremores, vertigens, irritabilidade e depressão, associados a salivação, estomatite e diarréia.; descoordenação motora progressiva, perda de visão e audição e deterioração mental decorrente de uma neuroencefalopatia tóxica, na qual as células nervosas do cérebro e do córtex cerebelar são seletivamente envolvidas.

Zinco Metalurgia (fundição e refinação), indústrias recicladoras de chumbo

Sensações como paladar adocicado e secura na garganta, tosse, fraqueza, dor generalizada, arrepios, febre, náusea, vômito

Metal Fontes Principais Impactos na Saúde e no Meio Ambiente

Chumbo Indústria de baterias automotivas, chapas de metal semi-acabado, canos de metal, cable sheating, aditivos em gasolina, munição. Indústria de reciclagem de sucata de baterias automotivas para reutilização de chumbo

Prejudicial ao cérebro e ao sistema nervoso em geral Afeta o sangue, rins, sistema digestivo e reprodutor Eleva a pressão arterial Agente teratogênico (que acarreta mutação genética)

Cádmio Fundição e refinação de metais como zinco, chumbo e cobre - derivados de cádmio são utilizados em pigmentos e pinturas, baterias, processos de galvanoplastia, solda, acumuladores, estabilizadores de PVC, reatores nucleares

É comprovadamente um agente cancerígeno, teratogênico e pode causar danos ao sistema reprodutivo.

Mercúrio Mineração e o uso de derivados na indústria e na agricultura Células de eletrólise do sal para produção de cloro

Intoxicação aguda: efeitos corrosivos violentos na pele e nas membranas da mucosa, náuseas violentas, vômito, dor abdominal, diarréia com sangue, danos aos rins e morte em um período aproximado de 10 dias. Intoxicação crônica: sintomas neurológicos, tremores, vertigens, irritabilidade e depressão, associados a salivação, estomatite e diarréia.; descoordenação motora progressiva, perda de visão e audição e deterioração mental decorrente de uma neuroencefalopatia tóxica, na qual as células nervosas do cérebro e do córtex cerebelar são seletivamente envolvidas.

Zinco Metalurgia (fundição e refinação), indústrias recicladoras de chumbo

Sensações como paladar adocicado e secura na garganta, tosse, fraqueza, dor generalizada, arrepios, febre, náusea, vômito