DIOXINOVÁ TOXICITA V OVZDUŠÍ

M. Machala et al. Výzkumný ústav veterinárního lékařství, Brno Biofyzikální ústav AV ČR, Brno Ústav experimentální medicíny AV ČR, Praha

CO JE DIOXINOVÁ TOXICITA

1) Persistentní aktivace buněčného „dioxinového“ receptoru AhR, změna exprese mnoha regulačních genů.

2) Důsledky chronické aktivace AhR: zvýšený metabolismus cizorodých látek (včetně genotoxických PAU) a lipidních endogenních látek (včetně steroidních a thyroidních hormonů) AhR kardiovaskulární choroby, diabetes, efekty na hormonální funkce (endokrinní disrupce), kožní a zubní abnormality, rakovina a promoce rakoviny vývojová neurotoxicita, efekty na vývoj reprodukčních orgánů, imunotoxicita

KTERÉ CHEMICKÉ LÁTKY AKTIVUJÍ DIOXINOVÝ RECEPTOR?

1) Tzv. persistentní organické polutanty (velmi nízký metabolismus, bioakumulace v tkáních) – polychlorované dibenzo-p dioxiny („dioxiny“), dibenzofurany a bifenyly (PCB) 2) Rychle metaboli zované látky, např.

PAU Veterinary Research Institute, Brno, Czech Republic

JAK SE MĚŘÍ DIOXINOVÁ TOXICITA?

  různé experimentální modely (např. potlačení hladiny AhR); stanovení indukce genů, které jsou pod kontrolou AhR, v buněčných modelech

Nuclear Factors AhR ARNT

Membrane Proteins Cytosolic Proteins  lze měřit dioxinovou aktivitu komplexních individuálních látek i vzorků, např. extraktů z PM částic ovzduší

DIOXINOVÁ AKTIVITA INDIVIDUÁLNÍCH PAU A STANOVENÍ RELATIVNÍCH TOX. POTENCÍ

Veterinary Research Institute, Brno, Czech Republic

CHEMICKÁ A IN VITRO TOXIKOLOGICKÁ ANALÝZA VZORKŮ OVZDUŠÍ

 odběr vzorků  extrakce do organického rozpouštědla  přečištění a rozdělení vzorku do frakcí chromatografie na silikagelu impregnovaném 40% H2SO4 ( frakce POPs obsahující pouze persistentní dioxiny, PCB,..) chromatografie na silikagelu, rozdělení na frakci F0 (alkany,...), F1 F2 F3 (všechny neutrální aromatické látky – PAU, POPs, ...), (slabě polární aromatické látky (nitrované PAU, PANH,...), (polární aromatické látky (oxy-PAU, ftaláty, ...)  chemická analýza (HPLC-DAD, LC/MS-MS, GC-MS, GC-ECD)  in vitro toxikologická analýza (dioxinová aktivita, genotoxicita,...)

DIOXINOVÁ TOXICITA VE VZORCÍCH OVZDUŠÍ (organické extrakty PM2.5)

efekt POPs + PAU efekt POPs Veterinary Research Institute, Brno, Czech Republic

CHEMICKÁ ANALÝZA ORGANICKÉ FÁZE PM2.5

 Kvantifikováno 16 + 29 individuálních PAU, 46 methyl-PAU, 13 nitro-PAU, 7 oxy-PAU, 13 N heterocyklických aromat. uhlovodíků a 8 thiofenů.

 Bylo nalezeno velmi podobné relativní zastoupení jednotlivých aromatických kontaminantů ve PM vzorcích z různých lokalit; jen některé látky ve specificky vyšší koncentraci ve vzorku Ostrava-Bartovice (N-heterocykly kých látek odpovídá komplexnímu znečištění z dopravy a spalovacích procesů (industriálních i lokálních).

– spalování uhlí; zvýšený podíl benz/a/anthracenu – parametr metalurgického průmyslu). Celkově zastoupení polyaromatic Veterinary Research Institute, Brno, Czech Republic

CHEMICKÁ ANALÝZA PAU

250

Celkové koncentrace skupin PAH (ng/m 3 ) 228

200 150 100 50 0

18 20 49 54

250 200

Příspěvek jednolivých skupin PAH

Sum of PASHs Sum of PANHs Sum of Oxidated PAHs Sum of Alkylated PAHs Sum of other PAHs Sum of 16 US EPA PAHs 150 100 50 0 Veterinary Research Institute, Brno, Czech Republic

9

POROVNÁNÍ SE ZAHRANIČÍMI DATY

Celková koncentrace s příspěvky jednotlivých PAU: 100 80 60 Indeno[1,2,3-cd]pyrene Benzo[ghi]perylene Dibenz[a,h]anthracene Benzo[a]pyrene Benzo[k]fluoranthene Benzo[b]fluoranthene Chrysene Benz[a]anthracene Pyrene Fluoranthene 40 100% 80% 60% 40% Relativní zastoupení jednotlivých PAU: Indeno[1,2,3-cd]pyrene Benzo[ghi]perylene Dibenz[a,h]anthracene Benzo[a]pyrene Benzo[k]fluoranthene Benzo[b]fluoranthene Chrysene Benz[a]anthracene Pyrene Fluoranthene 20% 20 0 Birmingham, U.K. Guangzhou, China Třeboň Ostrava-Bartovice 0% Birmingham, U.K.

Guangzhou, China Třeboň Ostrava Bartovice

Citace zdrojů dat: 1. R.M . Harrison, D.J.T. Smith, and L. Luhana (1996): Source Apportionment of Atmospheric Polycyclic Aromatic Hydrocarbons Collected from an Urban Location in Birmingham, U.K. Environ. Sci. Technol., 30, 825-832.

2. Yunyun Yang, Pengran Guo, Qian Zhang, Deliang Li, Lan Zhao, and Dehai Mu (2010): Seasonal variation, sources and gas/particle partitioning of polycyclic aromatic hydrocarbons in Guangzhou, China. Science of the Total Environment, 408, 2492 –2500.

3. Naše analýzy 10

Veterinary Research Institute, Brno, Czech Republic

TOXICKÉ EKVIVALENČNÍ FAKTORY



Dioxinové toxické ekvivalenty: TEQ = TEF x aktuální koncentrace (referenční toxikant: 2,3,7,8-TCDD, TEF TCDD = 1)



Podobně existují hodnoty TEF z hlediska mutagenity a karcinogenity PAU (zde je referenčním toxikantem benzo/a/pyren).

Veterinary Research Institute, Brno, Czech Republic

TOXICKÉ EKVIVALENČNÍ FAKTORY

 

Metodika, která dovoluje odhad rizika individuálních dioxinových látek. WHO akceptovalo TEF pro persistentní látky dioxinového typu (dioxiny, PCB; TEF vitro.

TCDD = 1) na základě mnoha experimentů in vivo a in V naší laboratoři změřeny relativní potence mnoha PAU, derivátů PAU a heterocyklických sloučenin indukovat dioxinový receptor v in vitro biotestu. Tyto REP lze použít jako prozatímní TEF.

Veterinary Research Institute, Brno, Czech Republic

TOXICKÉ POTENCE INDIVIDUÁLNÍCH PAU (koncentrace x relativní potence TEF)

Karcinogenní potence

12 10 8 Benzo[k]fluoranthen Benzo[j]fluoranthen Chrysen Benzo[b]fluoranthen Dibenzo[a,l]pyren Indeno[1,2,3-cd]pyren Dibenz[a,h]anthracen Cyclopenta[cd]pyren Benzo[a]pyren 6 4 2 0 Třeboň Praha Poruba Bartovice Karviná

Mutagenní potence

70 40 30 60 50 Benzo[k]fluoranthen Benzo[j]fluoranthen Chrysen Benzo[b]fluoranthen Dibenzo[a,l]pyren Indeno[1,2,3-cd]pyren Dibenz[a,h]anthracen Cyclopenta[cd]pyren Benzo[a]pyren 20 10 0 Třeboň Praha Poruba Bartovice Karviná Veterinary Research Institute, Brno, Czech Republic

Dioxinová potence

16 14 12 10 8 6 Benzo[k]fluoranthen Benzo[j]fluoranthen Chrysen Benzo[b]fluoranthen Dibenzo[a,l]pyren Indeno[1,2,3-cd]pyren Dibenz[a,h]anthracen Cyclopenta[cd]pyren Benzo[a]pyren 4 2 0 Třeboň Praha Poruba Bartovice Karviná

13

ZÁVĚRY

 PAU působí velkou většinu dioxinové toxicity; příspěvek persistentních organických polutantů (dioxinů a PCB) je velmi malý.

 Organická fáze PM2.5 z lokality Ostrava-Bartovice vykazuje extrémně vysokou dioxinovou toxicitu.

 Prachové částice z Ostravy-Poruby obsahují několikanásobně vyšší koncentrace PAU, čemuž odpovídají také nejvyšší zdravotní rizika (karcinogenita, mutagenita a dioxinová toxicita). Veterinary Research Institute, Brno, Czech Republic

BUDOUCÍ STUDIE?

 Je nezbytné jednoznačně určit zdroj(e) extrémně vysokého znečištění v ostravském regionu. K tomu může pomoci sběr vzorků v bezprostřední blízkosti potenciálního zdroje a detailní chemická analýza, která ukáže specifický „otisk prstů“ (který běžný chemický monitoring 16 PAU neodhalí).  Je nutno se také soustředit na volatilní a semivolatilní látky (např. některé nízkomolekulární PAU jsou vysoce genotoxické).

 Je třeba zapojit komplexní soubor biotestů in vitro (genotoxicita, dioxinová toxicita, oxidativní stres jako nedílnou součást kombinované chemické analýzy a sledování toxických potencí.

Veterinary Research Institute, Brno, Czech Republic

PODĚKOVÁNÍ všem spolupracovníkům a studentům z VÚVeL, Brno, BFÚ AVČR, Brno, ÚEM AVČR; jmenovitě se na práci nejvíce podílejí Jan Vondráček, Kateřina Pěnčíková, Lenka Pálková (biotesty in vitro), Miroslav Ciganek, Jiří Neča (frakcionace, chem. analýzy), Radim Šrám, Jan Topinka a kol. (odběry, stanovení aduktů pro porovnání genotoxických a negenotoxických efektů PAU a komplexních směsí).

Poděkování patří také GAČR (projekt 310/07).