EDC-k definiciója

A hormonháztartás megzavaró anyagoknak (endocrine disrupting chemical, EDC) azokat az anyagokat nevezzük, amelyek megzavarják a szabályzásban és a növekedésben szerepet játszó természetes hormonok termelését, kibocsátását, transzportját, kötödését, reakcióját, vagy kiürülését.

Hormonok termelő szervek az emberben

C.G. Daughton, http://epa.gov/endocrine

Hormontengelyek

Idegi és kémiai parancsok rendszere.

A hormonok hatása sejtszíntől teljes szintig érvényesül

A hatás lehet többgenerációs, teljes populációra kiható is.

EDC anyagok• Hormon készítmények (fogamzásgátló és

posztmenneopuzás tabletták, pajzsmirigy és egyéb gyógyszerek)

• Iparban és fogyasztásban használt anyagok (pl. detergensek, ftalátok, élelmiszeripari adalékok, PCB)

• Gyógyszerek, növényvédő szerek (pl. verapamil, naproxén, lindán, DDT, atrazin)

• Ipari és fogyasztási melléktermékek (PAH, dioxin)• Természetes hormonok (pl. fitoösztrogének)• Természetes hormonhatású anyagok (3-omega-

zsírsavak)A csoportok közt átfedésEgy részük ismert (DDT, atrazin, alkilfenol-etoxilátok), de

még 87000 potenciális jelölt.

Ösztrogén hatású EDC-k

Tiroid (pajzsmirigy) hatású EDC-k

EDC-k káros hatásai

• Nemi funkciók megzavarása, megszüntetése (hemafroditizmus)

• Eltolódott fiú-lány születési arány• Rák és torzult szülés indukció több

generáción keresztül• Immunrendszer károsodás• Rezisztencia kialakulása• Fajok eltűnése

Nem várt hatások kialakulása nem célzott fajokon

Nemi hormonrendszer megzavarásának jelenségei

Hermafroditizmus nőstény tengeri csigán TBT androgén hatására

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

kontroll csoport 1 100

koncentráció [g/l]

nonilfenol expozíció hatása osztrigákra

hermafrodita

nőnemű

hím

Költés alatt összetört ragadozó madár tojások

0

20

40

60

80

100

120

140

éle

tben

mara

dt

lárv

ák s

zám

a

[eg

yed

/ml]

kontrollhím,

kontrollnőstény

1 μghím,

1 μgnőstény

100 μg hím, 100 μgnőstény

kontrollhím,

1 μgnőstény

1 μghím,

kontrollnőstény

kontrollhím, 100 μgnőstény

100 μghím, kontrollnőstény

szülőpárok

nonilfenol hatása az utódok túlélésére

EDC anyagok megjelenése környezetben

• Ipari, háztartási szennyezések• Mérsékelt lebomlás a természetben• Elégtelen szennyvíztisztítás• Elégtelen ivóvíztisztítás• Anyagok párolgása• Feldúsulás (biomagnifikáció, bioakummláció,

perzisztencia)

EDC-k útja

C.G. Daughton, http://epa.gov/endocrine

Az emberi szervezetbe leginkább az élelmiszerekkel jutnak az EDC-k

Napi káros anyag felvétel élelmiszerrel Svédországban

BADGE csomagoló anyagokbólPolimerizációs melléktermék

Erős ösztrogén hatás

1996, incidental finding: up to about 50 ppm Bisphenol A diglycidyl ether (BADGE) in oily food

– Epoxy compounds considered as carcinogens unless demonstrated otherwise

Specific Migration Limit (SML) of “non-detectable at detection limit of 20 ppb”

Alarm! 50 ppm of potential carcinogen?!

1000MW alatt az anyagok átdiffundálnak a műanyag filmen

EDC megjelenése anyatejben

O. Darnelund et al. Environ Health Perspect 109(suppl 1) :49-68 (2001)

EDC felismerésének nehézségei

• Egyesek csak bizonyos fajokra hatnak• Gyakran csak bizonyos életkorokban veszélyesek

(embrió, újszülött, pubertás és terhesség)• Több generáción keresztül jelentkezik a hatás • Számos közülük perzisztens, biomagnifikációra és

bioakkumlációra hajlamos

Biomagnifikáció

DDT perzisztenciája

Hetvenben tiltották meg a DDT használatát.

Bioaccumlació

P.O. Darnelud et al., Environ. Health Perspectives Suppl. 109 (2001) 49-68.

A hatás gyakran nem lineáris függvénye a dózisnak hormonok és EDC-k esetén

EDC tesztek

Több fajon, több életciklusban, több generáción keresztül végzett akut és krónikus toxikológiai vizsgálatok szükségesek

Javasolt EDC teszt első lépcsője preparált szerveken

• Ösztrogén receptor kötő/riporter gén esszé • Androgén receptor kötő/riporter gén esszé• Szteroid szintézis esszé here homogenátumon

Utána tesztek élő állatokon

Javasolt EDC teszt első lépcsője élő állatokon

• 3 napos rágcsálón uterotrof esszé (endocrine teszt a méhben), ami kimutatja a méhen belül fellépő rendellenességeket

• 20 napos rágcsáló, serdülőkori nőstény és hím esszé (ösztrogén vagy androgén és tiroid aktivitás mérése), ami kimutatja a kényes serdülőkorban az abnormális és csökkent funkciókat

• 7 napos rágcsáló, Hershberger esszé, ami kimutatja az androgén aktivitást

• Béka átváltozási esszé, ami kimutatja• a tiroid rendszer zavarait• Hal nemi szerv elváltozási esszé, • ami kimutatja a nemi hormonok zavarát.

Javasolt EDC teszt második lépcsője

• két generációs emlős szaporodási teszt• madár szaporodási teszt• hal életciklus teszt

• két generációs mysid (rák, gerinctelen) életciklus hüllő fejlődési és szaporodási teszt

EPA által kidolgozott rendszer

Béka átváltozási teszt pajzsmirigy funkcióra

EDC-k analitikai meghatározása

• Munkaigényes, több lépcsős minta-előkészítés szükséges (tű a szénakazalban)

• Nagyműszeres analízisek (GC/MS, HPLC/MS-MS)

• Biológiai módszerek (immun reakciók, populáció vizsgálatok)

EDC-k analitikai meghatározása

Gélszűrés és az immunreakció kombinált mód-szere a vitellogenin aktivitás megállapításához

• Fehér, szilárd, jellegzetes szagú, szublimációra képes anyag

• WC-kben, vizeldékben használják szagtalanítóként• Molyírtószer, légfrissítők• A környezetvédő hivatal (EPA) meghatározott egy

maximális mennyiségi szintet a PDCB-re, ez 75 µg/l ivóvízben

• ÁK: 122 mg/m3, CK: 306 mg/m3. (munkahelyi) • Csatorna kibocsátási érték

1,4-diklórbenzol

A mintavevő egység

Aktív szénnel töltött üvegcső

Mért 1,4-diklórbenzol értékekKözeg Talált mennyiség

WC levegő 21,5 mg/m3

Bemenő szennyvíz 0,5 µg/l

Kimenő szennyvíz 0,13 µg/l

Szennyvíziszap 0,48 µg/l

Duna víz Nem detektálható*

Ivóvíz Nem detektálható*

Anyatej 0.8 µg/l

*Detektálási határ: 0,05 µg/l

Detergensek eloszlása a természetben

Alkilfenolok etoxilát detergensek (APE)

• Az USA termelése APE vegyületekből 250 millió tonna felet van évente.

• 10 µg/l koncentrációban erős ösztrogén hatás (vitallogenin termelés hím halaknál)

• Leggyakrabban talált ipari szennyező, átlagban 0,8 µg/l.

APE vegyületek szennyvizekben nonilfenol komponesek

megoszlása nyers szennyvízben

nonilfenol

nonilfenol-etoxilát

nonilfenol-etoxikarboxilát

nonilfenol komponensek megoszlása fertőtlenítés után

nonilfenol

nonilfenol-etoxilát

nonilfenol-etoxikarboxilát

halogénezettszármazékok

A különböző nonilfenol komponensek összkoncentrációja nem lépheti túl az 50 mg/kg értéket mezőgazdasági felhasználás esetén.A szennyvízben 10-600 µg/l, az üledékben 0,1-2,5 µg/l és a szennyvíziszapban 200-250 mg/l az APE tartalom.

APE vegyületek a szennyvizekben• Az alkilfenol-etoxilátok biodegradációja anaerob körülmények

között nem megy teljesen végbe, a környezetre jóval toxikusabb hatású alkilfenolokká alakulnak át.

• Az alkilfenolok alacsony vízoldhatóságuknak és magas zsíroldékonyságuknak köszönhetően (logKow= 4,1-4,5) erős hajlamot mutatnak a szennyvíziszaphoz való kötődésre.

• Az eltávolított fölös iszap anaerob rothasztása során az alkilfenolok nem bomlanak tovább. Becslések szerint a nonilfenolok 92-96 %-a a rothasztott iszappal távozik a telepről.

• A különböző nonilfenol komponensek összkoncentrációja nem lépheti túl az 50 mg/kg értéket mezőgazdasági felhasználás esetén.

• A nonilfenoloknak több mint 90 %-t vissza lehet tartani membránreaktorokkal és nanoszüréssel technológiákkal.

Megkövetelt vizsgálatok at alkilfenolokat mérik

A kidolgozott analízis

pH = 2 (HCl:víz, 1:1) + ST

Vízminta

Extrakció (hexán)

SPE (szilika)

Származékképzés (AA/TEA)

Extrakció (hexán, MTBE) + IST

Mérés (GC, GC/MS)

Nyersszennyvíz alkyilfenol tartalma származékképzés nélkül

• GC/MS• SIR:135

Tisztított szennyvíz alkilfenol tartalma

• GC/MS• SIR:135

Duna víz alkilfenol tartalma

• GC/MS• SIR 135

Ivóvíz alkilfenol tartalma

•GC/MS

•SIR:135

Különböző vizekben meghatározott alkilfenol szennyezések

Minta Származék-képzés nélkül

Származék-képzéssel

Ivóvíz n.d. 290 ng/l

Duna víz 100-120 ng/l 320 ng/l

Tisztított szennyvíz

170 ng/l 1000 ng/l

Nyers szennyvíz

6700 ng/l 16 500 ng/l

Emberi spermaszám csökkenése EDC hatások miatt

K. P. Phillips N. Tanphaichitr Journal of Toxicology and Environmental Health, Part B, 11 (2008) 188–220,

Év Sperma szám

(millió/ml)

Szemen térfogat

(ml)

1940 113 3,4

1990 66 2,75

A hatás nem a fogamzásgátló anyagoknak köszönhető.

Ösztrogén hatású szteroid hormonok

C.G. Daughton, http://epa.gov/endocrine

Emberi eredetű ösztrogének aránya 2001-ben Hollandiában

A. Wise et al, Environ Sci.Technol. 45 (2011) 51-66.

Ösztrogén aktívitás: EE2: 2.0; E2: 1; E1: 0.2-0.4; E3: 0.024-0.026

Az ösztrogének kalkulált koncentrációja az ivóvízben (USA)

A. Wise et al, Environ. Sci.Technol. 45 (2011) 51-66.Terápiás dózis ~ 0,1 mg EE2.

Alkilfenolok etoxilát detergensek (APE)

• Az USA termelése APE vegyületekből 250 millió tonna felet van évente.

• 10 µg/l koncentrációban erős ösztrogén hatás (vitallogenin termelés hím halaknál)

• Leggyakrabban talált ipari szennyező, átlagban 0,8 µg/l.

Alkil fenolokElsősorban az alkilfenolok Felelősek a férfiak feminizálódásáért. A cél, hogy csökkenteni kell a felhasznált mosószerek mennyiségét.Mosogatáskor alaposan le kell öblíteni az edényeket.

Szabványok• Szabvány gyógyszerekre a természetben:

EPA 1694• Alkilfenolok MSZ EN ISO 18857-1:2007• Szabvány szteroidokra: EPA 1698• Irányelv gyógyszerek környezeti

tanulmányára: • Note for guidance on environmental risk

assessment of medicinal products for human use (EMA,CPMP/SWP/447/00.draft)

Gyógyszerek a természetben

Veszélyek• Állandó utánpótlás (pszeudó perzisztencia)• Rezisztencia kialakulása• Érzékenyeknél allergia• Nem vizsgált, hosszú távú, több generációs hatás• Nem vizsgált fajokra gyakorolt hatás nem ismert• Nem várt szinergetikus (egymást erősítő

kombinációk) hatások

Megfigyelt gyógyszerhatások a természetben

• Antidepresszánsok → lecsökkent szaporodás

• Fogamzásgátlók → hermafroditizmus

• Antibiotikumok → baktérium perzisztencia

• Verapamil → nem várt túlérzékenység

• Antibiotikumok → allergiás tünetek

Gyógyszertermelési adatok

• Több 100 000 tonna gyógyszert anyagot gyártanak évente világszerte (38 000 t Németország)

• 60 g/ fő/év• 6000-7000 t/év anyag potenciálisan környezet szennyező• Németországban 412 t antibiotikum fogyasztás évente→

305 t eléri a szennyvíztisztítót (92 t korházból) • Szinergizmus : antineoplastikusok - antibiotikumok

toxaphene- endosufanverapamil -fogamzásgátló

Angliai gyógyszerfogyasztás 2000-ben

Magyarországon eladott hatóanyagok 1998-ban

Gyógyszerek metabolizmusa

• Metabolizmus során a gyógyszerek polárosabbak lesznek. Ezek a folyamatok főleg a májban zajlanak (pl. P-450)

• Metabolizmus I fázis: oxidáció redukció hidrolízis. Ekkor a molekuls szerkezete változik.

• Metabolizmus II fázis: addició (pl. glukoronid, szulfát, addukt)

Metabolizmus II termékek

Metabolizmus • Metabolizmus I: oxidáció, hidrolízis,

redukció stb.

• Matabolizmus II: konjugátumok (glükuronid, foszfát stb.)

1-hidroxil ibuprofén Morfin 6 glükuronid

Az fogamzásgátló metabolizmusa

A. Wise et al, Environ. Sci.Technol. 45 (2011) 51-66.

Gyógyszerek háztartási szerek kijutása a természetbe

Természetben talált gyógyszer maradványok

Ma már környezeti hatástanulmányt kell végezni, ha egy gyógyszer várható koncentrációja > 1µg/l a természetes vizekben.

Pézsma illatanyagok a szennyvízben

Állatgyógyszerek vízben,

talajban, és trágyában

• Zöld: hatásos koncentráció

• Kék: talált koncentráció

Antibiotikumok a folyókban

Savas gyógyszerek a Rajnában

Gyógyszerek a felszíni vizekben

LC/MS/MS analízisek

33 Gyógyszer HPLC/MS-MS meghatározása környezetből EPA 1694

Agilent 5990-5835EN (2010), EPA 1694

A nyers ívóvízben talált gyógyszerek

Fogamzásgátló anyag hatása a zebrahalakra

Antibiotikumok hatása a természetben

• Forrása: emberi gyógyszerszedés, állati gyógyszerek és hozamnövelők

• Kijutása: szennyvíz, trágyázás (az antibiotikumoknak csak egy része bomlik a szervezetben a maradék változatlanul távozik, konjugátumaik visszaalakulhatnak anyavegyületté)

• Hatása: rezisztens törzsek kialakulása, biológiai szennyvíztisztítók flórájának pusztítása, magas perzisztencia

• Előfordulás:g/l koncentráció tartományban a vizekben d, de talajban, szennyvíziszapban lehet mafasabb található

• Meghatározásuk: immunreakciók, LC/MS/MS (LOD: kb.10 ng/l)

Antibiotikum rezisztens bacilusok a korházi szennyvizekben

Antibiotikumok perzisztenciája

Gyógyszerek környezeti kockázatbecslésének menete

Naproxén meghatározás folyamatábrája Naproxén gyakran használt nem-szteroid gyulladásgátló gyógyszer

Naproxénnal spikolt szennyvízGC analízise

Naproxén tömegspektruma

Talált naproxén koncentrációk

Minták Koncentráció (ng/l)

Befolyó, tisztítatlan szennyvíz 250

Elfolyó, tisztított szennyvíz 87,5

Dunavíz 2,4

Szennyvíztisztítás hatásfoka

T. Ternes

Hirtelen eső lerontja a szennyvíztisztító hatásfokát

Télen általában kisebb a tisztítás hatásfoka, mert kisebb a fotóvíz hígító hatása és öntisztulása is mérsékelt.

A gyógyszerek megsemmisítése szennyvíz telepeken

galaxolide, tonalide, ösztron, ösztradiol, ibuprofén, naproxén, sulfamethoxazole

Fenton oxidáció az EDC eltávolítására szennyvízből

Ivóvíz tisztitás hatékonysága