CEN 5765-1 Química Ambiental
ECOTOXICOLOGIA
Regina Teresa Rosim [email protected]
www.cena.usp.br/apostilas/Regina
HISTÓRICO
A poluição ambiental tem caráter de preocupação mundial, iniciou-se com a revolução industrial, tem relação com o crescimento populacional, sócio econômico e cultural.
Introdução
Ecotoxicologia:
Estudo dos impactos causados pelos poluentes na estrutura e função dos ecossistemas. Os poluentes uma vez presente no solo, sedimentos, água, ar ou alimentos oferecem riscos dependendo do organismo receptor, ambiente, tempo de exposição e do potencial de toxicidade.
A Ciência Toxicologia foi primeiro ministrada em cursos de Farmácia. Está relacionada com os Toxicantes sob vários aspectos, desde sua natureza química, métodos de detecção e efeitos que causam nos seres vivos. Já a Ecotoxicologia fala sobre o efeito de um poluente no organismo como um todo. A visão nasceu com a publicação de Primavera Silenciosa por Raquel Carson em 1962. Em 1969 termo foi criado pelo toxicologista René Truhaut.
Introdução
Ecotoxicologia
A partir da segunda revolução industrial, ~1940 – aparecimento de substâncias sintéticas difícil degradação e toxicidade para diversos organismos.
Aumento populacional; Aumento de doenças de veiculação hídrica, ex.
cólera; A partir de 1960 a poluição por agentes químicos e
a degradação hídrica passa a causar problemas de saúde nos organismos, inclusive no homem.
Exemplos de toxicidade
DDT- efeito no metabolismo de cálcio, efeitos em aves, nos humanos endurecimento das veias e artérias, nos insetos age no SNC.
Mercúrio – Minesota, Japão indústria produtora de aldeídos – Hg como catalisador, efluente contaminou cadeia trófica.
PCBs – contaminação de óleos de cozinha- Floração de cianobactérias.
Eutrofização
Testes Ecotoxicológicos
Os Bioensaios de causas e efeitos iniciaram com peixes na década de 40, para avaliar efeitos de efluentes líquidos. O que já era realizado em estudos de toxicologia com uma substância.Na década de 70 já se conhecia a sensibilidade das diferentes espécies e a sensibilidade nas diferentes fases da vida dos organismos. Os conhecimentos mostravam a importância da preservação dos ecossistemas como um todo, da toxicidade crônica, da bioacumulação, da biodegradação.
Padronização
Na década de 80 houve desenvolvimento de novos teste, com organismos menores, curta duração, sensíveis, fácil cultivo, de custo e benefício. Muitos testes e com vários organismos.
Importância da cadeia trófica e fluxo de energia. Ainda na década de 80 inicia a validação dos testes, nos
laboratórios e inter-laboratórios. Com a repetividade e reprodutibilidade dos resultados ocorreu a padronização.
1980/1990 - Padronização - Agencias – Organismos Validados. Surge a padronização da qualidade das águas potáveis e a periculosidade das substâncias químicas.
No Brasil os primeiros testes foram com peixes em 1975 e em 1987 a ABNT inicia a publicação das normas de avaliação da toxicidade para organismos testes.
Testes Ecotoxicológicos
As vantagens em se utilizar um bioensaio é que diferentes organismos podem ser exposto em um período de tempo curto ou longo e estes detectarem efeitos tóxicos de pequenas concentrações ou combinações de diferentes substâncias ou condições que análises químicas não alcançam.
Testes Ecotoxicológicos
Podem ser realizados em laboratório ou campo: In situ : ambientes naturais onde a espécie está
presente. Ex. análise de defeitos, tumores, micronúcleos, análise de concentrações de poluentes.
Simulados: microcosmo ou mesocosmos para estudo de populações.
Em Laboratório: mini-ensaios, organismos ou enzimas ou outros bioindicadores.
Mesocosmos - Microcosmos
Simula as condições da natureza em um compartimento. Ex Lisímetro, aquário com sedimento e vários organismos para estudo de um produto químico, ou substância química.
Objetivos
Monitorar a qualidade de águas; Caracterizar efluentes líquidos; Avaliar impacto ambiental de lançamentos de
efluentes em corpos receptores; Avaliar potencial de periculosidade e riscos
ambientais de uma substância simples ou produtos;
Avaliar toxicidade de resíduo e estabelecer limites permissíveis de lançamentos no solo.
Testes Ecotoxicológicos
Teste com organismos aquáticos: Daphnia sp, Hydra, peixes, algas, Chironomus, etc.
Testes com peixes: toxidade aguda letal sobre Danio rerio, efeitos crônicos nas brânquias ou fígado;
Teste com Daphnias: agudo: inibição da capacidade de natatória (imobilidade),
Teste com algas: inibição do crescimento, teste crônico.
Toxicidade Aguda
Ensaios de toxicidade aguda, 2 a 4 dias, são realizados para avaliação da toxicidade de agentes químicos em geral, águas, efluentes líquidos, lixiviados, lodos e resíduos sólidos. Nestes ensaios são utilizadas várias espécies de peixes, microcrustáceos, algas, bactérias e organismos terrestres (minhoca, plantas e abelhas)
Os resultados desses ensaios são geralmente expressos em CL50, CE50 , IC50 de acordo com o estabelecido no método de ensaio.
Teste Ecotoxicológico Testes de toxicidade crônica; Geralmente são realizados com os primeiros estágios
do ciclo de vida de organismos aquáticos e terrestres, seguindo metodologia internacional.
Podem ser conduzidos testes com peixes das espécies Pimephales promelas e Danio rerio. Nestes testes são utilizados embriões com menos de 24 horas ou larvas recém eclodidas.
com Daphnia magna, Daphnia similis, Ceriodaphnia dúbia e Eisenia foetida, nos quais são avaliados efeitos na reprodução, crescimento e sobrevivência dos organismos.
Peixes
Danio rerio Pimephales promelas
Hydra attenuataGrupo: Celenterados Água doceReproduz por brotosFácil cultivo em laboratórioPossui alta sensibilidadeBioensaio: simples, fácil e barato
Organismos Aquáticos
OrganismosDaphnia magna
Testes crônicos: número de descendentes, crescimento, tempo de desenvolvimento...
Daphnia Teste crônico
Alga Selenastrum capricornutum =
Pseudokirchneriella subcapitata
96 h -Medidas por hematocitrômetro, contador de partículas,Dosagem de clorofila a, espectrofotométrico, fluorométrico
Testes de toxicidade com planta Terrestres
Germinação e crescimento Plantas terrestres (OECD 208,
Draft 2000) Monocotiledôneas -milho (Zea
mays) Dicotiledôneas – soja (Glycine
max) e pepino (Cucumis sativus).
Várias são recomendadas. Objetivo: determinar a CL50
CI50 e CE50 de substâncias (germinação e crescimento – peso dos organismos, ao longo de 21 dias). Usa três espécies, cinco sementes cada. Luz e escuro.
Teste de toxicidade aguda:
Controle conc.1 conc.2 conc.3 conc.4 conc.5
EC50, CL50 CI50– Concentração que causa efeito agudo ou morte em 50% dos organismos expostos por um período de tempo – geralmente
por deficiência do sistema respiratório ou nervoso.
0% 12,5% 25% 50% 75% 100%
Teste de toxicidade crônica:
Controle conc.1 conc.2 conc.3 conc.4 conc.5
NOEC LOEC
NOEC = No Observed Effect ConcentrationLOEC = Lowest Observed Effect Concentration
Limiar de concentração que produz efeito = MATC (Maximum Acceptable Toxicant Concentration) NOEC<MATC<LOECAvalia efeitos sub-letais, inibição de crescimento em várias gerações, número de crias, desenvolvimento dos filhotes, etc.
Toxicidade Aguda e Crônica
A toxicidade aguda de uma substância é de interesse quando somos expostos a uma substância, (acidente ou trabalho).A toxicidade crônica – doses baixas de substâncias tóxicas presentes no ar, água, alimentos podem levar a doenças crônicas, tais como: distúrbios hormonais, câncer, defeitos congênitos.Uma substância pode causar efeitos de toxicidade aguda ou crônica ou as duas.
Relação dose-resposta (x= Log da dose, Y= efeito %da população afetada)Um produto químico
Gráfico Dose-Resposta
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 5 10 15
Concentração do Xenobiótico
Efe
ito
Efeito máximo
Fator de bioconcentração ( FBC):Valor que descreve o grau em que uma substancia pode se concentrar nos tecidos de um organismo em um ambiente aquático.
FBC = Co Cw
(equilibrio) Co = conc. no organismoCw = conc. na água
Bioconcentração: Processo pelo qual ocorre o acumulo de um composto diretamente da água para o organismo resultante da simultânea absorção e eliminação.
------------------------------exposição Fim de exposição
depuração
PROCESSO DE BIOACUMULAÇÃO
Assimilação
Concentração no tecido
tempo
equilibrio
- Lipofilicidade
Industrias Geradoras de resíduos Classe I- Perigosos, em SP 1996- Fonte CETESB-2013
Toxidade dos Efluentes
Fig. Classes terapêuticas detectadas no meio ambiente, expressas em % Dados coletados de 134 artigos publicados entre 1997 e 2009. Fonte Santos et al. 2010 Journal of Hazardous Materials, v. 175, n. 1-3, p. 45-95
RESOLUÇÃO No 357, DE 17 DE MARÇO DE 2005
CONSELHO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE -CONAMA
Dispõe sobre a classificação dos corpos de água ediretrizes ambientais para o seu enquadramento,bem como estabelece as condições e padrões delançamento de efluentes, e dá outras providências.
Classificação das águas doces Atualmente os corpos d’água no Brasil são
classificados de acordo com a resolução nº357 de 17 março de 2005 (BRASIL, 2005) podendo apresentar 4 classes de qualidade baseadas em parâmetros indicadores de qualidade da água, assim quanto ao uso ao qual se destina.
Valores Máximos Permitidos parâmetros físicos, químicos e microbiológicos CONAMA 357
Parâmetros Classe 1 Classe 2 Classe 3 Classe 4Turbidez 40 100 100 >100pH 6 a 9 6 a 9 6 a 9 6 a 9Sólidos Totais 500 500 500 500OD mg/L 6 5 4 2P Total 0,025 0,05 0,15 >0,15Fluoretos 1,4 1,4 1,4 1,4
DBO 3 5 10 >10Clorofila ug/L 10 30 60 >60Coliformes Termotolerantes NMP?100 mL
100 mil 4 mil >4mil
Índice de Qualidade da Água (IQA) Este índice foi adaptado pela CETESB a
partir de um estudo realizado em 1970 pela "National Sanitation Foundation" dos Estados Unidos.
Os nove parâmetro são: Oxigênio dissolvido, Temperatura, Coliformes Termotolerantes, pH, DBO, Nitrogênio Total, Fósforo, Turbidez, Resíduo Total.
Valores Orientadores para solo
A CETESB Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental, SP elaborou uma lista de valores orientadores para proteção da qualidade de solos e água subterrânea.
Nos USA o “Program Superfund” catalogou substâncias inseridas na “National priory List (NPL)
A União Européia tem a Comissão de avaliação que identifica as substâncias prioritárias para estudos de risco de acordo com as diretivas da “Water framework directive”.
Índices de Qualidade
Há diversos índices: De qualidade da água (IQA), da proteção da vida aquática (IVA).
No Índice de IVA usa-se toxicidade crônica para Cerodaphnia dubia;
Índice da Qualidade do Solo
Crescimento –S.capricornutum
0
2
4
6
8
10
12
14
0
2
4
6
8
10
12
14
Sel
enas
trum
cap
ricor
nutu
m (10
5 mL
-1)
Piracic
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Jusa
nte
Rio Clar
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Jusa
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Mon
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Corum
bata
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lândia
Jusa
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Analân
dia
Mon
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Água Sedimento
Controle
Raiz de Cebola
0,0
0,5
1,0
1,5
Piracic
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Rio Clar
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Juan
teRio Clar
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dia
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le
Ra
iz (
cm
)
Dados: Médias (em g/L) dos teores de pigmentos fotossintetizantes totais (clorofila-a) - excluídos os resultados da coleta de 23/09/05 Fonte: SEMAE - Piracicaba
Ponto de Coleta do Corumbataí Médias dos teores de pigmentos fotossintetizantes totais (clorofila-a)
1 – Analândia – nascente 2,50 2 – Analândia – cachoeira 1,61 3 – Corumbataí – ponte 1,43
4 – Corumbataí – extraç. areia 3,48 5 – Rio Claro – ETA 3,93
6 – Rio Claro – Assistência 4,74 7 – Piracicaba – Sta Terezinha 4,24
Estado trófico em função da concentração de clorofila-aEstado trófico Concentração de clorofila-a (μg/ L)
Oligotrófico 0 a 4 Mesotrófico 4 a 10 Eutrófico > 10
Algas e suas influências na qualidade das águas e nas tecnologias de tratamento - Fonte: Di Bernardo
Parâmetros Físicos e Químicos2003-2004
pH OD CE NO3 NH3
AM 7,1 8,2 24,0 0,4 0,1
AJ 7,3 7,5 23,6 0,2 0,5
CM 7,3 7,5 29,9 0,2 0,5
CJ 7,6 7,0 35,5 0,2 0,4
RCM 7,4 6,1 44,6 0,2 0,5
RCJ 7,5 4,3 138,5 0,9 0,5
Pira 7,2 5,7 141,7 0,9 0,7
Doses de Exposição Uma pessoa adulta ingere ~2 litros d´água por dia e se a
substância está presente em 10 mg L-1
10 mg L-1 x 2 L/ dia= 20 mg/ dia
A toxicidade leva em consideração o peso do corpo e assume-se que o individuo pesa 70 kg:
Então para pessoa de peso médio a dose diária é:
20 mg dia-1 / 70 kg= 0,29 mg kg-1 dia-1
A dose consumida pelo consumo de água é de 0,29.
Se a exposição for por alimento, ar , solo, os cálculos são mais complicados.
Doses ou concentração de Exposição
Os organismos estão expostos à substâncias em vários ambientes: ar, água, solo, alimento.
A concentração de exposição é a quantidade de substância presente no meio em estudo.
A dose é a quantidade que entrou no organismo, ou atingiu um órgão.
Ex de como calcular a dose de exposição:
Uma substância presente na água, geralmente a concentração de exposição varia de mg a μg por litro de água
ExercícioCalcule a dose de exposição para pessoa de peso menor: mulher ou
criança:
Mulher 50 kg – com a mesma quantidade de água ingerida.
10 mgL-1 2 litros dia = 20 mg L-1 : 50 = 0,4 mg L-
1 dia Criança 10 kg – ingere cerca de 1 litro diário. 10 ml/L/dia = 10 mg L dia : 10kg = 1 mg L dia. Outras vias de exposição e exposição por várias
vias – banho, respiração . Ex clorofórmio (trihalometano) é volátil.
Referencias
Zagatto, P.A. e Bertoletti, E. (ED.) Ecotoxicologia Aquática; Zagatto, P.A. e Bertoletti, E. (ED.) Ecotoxicologia Aquática; princípios e aplicações, São Carlos: Rima, 2006, 464p.princípios e aplicações, São Carlos: Rima, 2006, 464p.
Colin, Baird. Química Ambiental. 2º Edição. Porto Alegre: Bookman, 2002.