Ministrstvo za zdravje,
Urad RS za kemikalije

Ajdovščina 4, 1000 Ljubljana
Tel: +386 (1) 478 6051
Fax: +386 (1) 478 6266
E-pošta: info@biomonitoring.si

Izbor kemikalij kot parametrov za določanje njihove prisotnosti v ljudeh
Ljudje smo izpostavljeni velikemu številu kemikalij v okolju, vendar je izpostavljenost relativno slabo opredeljena, posebej za dolgotrajno izpostavljenost nizkim odmerkom. Številna onesnaževala so v okolju obstojna, hlapljiva in mobilna tako, da se lahko razpršijo po velikih (geografskih območjih). Tako je lahko celotno prebivalstvo na večjem geografskem območju izpostavljeno nizkim odmerkom onesnaževal iz okolja.

Pri izboru parametrov upoštevamo:
- usmeritve Evropske komisije in Evropske agencije za okolje (CEC, 2004; EEA, 2005);
- priporočila Svetovne zdravstvene organizacije (IPCS, 2004; WHO, 2007);
- rezultate preteklih študij v Sloveniji (Harlander D, 1986; Jan in Tratnik, 1988; Fazarinc in sod., 1992; Jan in Vrbič, 2000; Kobal in sod. 2004, Eržen in Janet, 2005; Harlander in Miljavac, 2005; Lapajne in sod., 2006);
- predloge za izvedbo biomonitoringa v Sloveniji (Lapajne in sod. 2006; Perharič, 2006; Urad RS za kemikalije, 2007).

Kriteriji za izbor parametrov:
- obremenjenost okolja v Sloveniji z izbranim onesnaževalom (ARSO, 2004-2008; IVZ, 2004-2006; Planinšek in sod., 2006; Zupan in sod., 2006 in drugih podatkov iz programov spremljanja okolja ali drugih, ki se po vsebini in namenih izvajanja nanašajo na enako ali podobno problematiko),
- toksičnost snovi (učinki na zdravje),
- nekatere kemijske lastnosti snovi (obstojnost, potencial za bioakumulacijo in biomagnifikacijo),
- »ad hoc« ocenjeno število izpostavljenega prebivalstva v Sloveniji,
- trendi v drugih državah,
- možnost kemijske analize.

V nadaljevanju bomo predstavili naslednje kemikalije (kovine in obstojna organska onesnaževala):
- kovine,
- kadmij,
- svinec,
- živo srebro,
- arzen,
- selen, baker, cink,
- obstojna organska onesnaževala,
- organoklorne pesticide,
- poliklorirane bifenile (PCB),
- polibrominirani difenil etre (PBDE),
- poliklorirani dibenzo dioksini (PCDD) in poliklorirani dibenzo furani (PCDF).

Kovine

Kovine naravnega in antropogenega izvora so prisotne v okolju, zato okolje lahko predstavlja pomemben vir izpostavljenosti živih bitij. Kovine so toksikološko dobro poznane. Za analizo v bioloških vzorcih se uporabljajo številne metode.

Kadmij
Kadmij (Cd) se uporablja v številnih izdelkih, kot so zlitine, plastika, baterije, barve. Viri kadmija v okolju so rudarstvo, kovinska industrija, kurišča, sežigalnice in odlagališča odpadkov, umetna gnojila, cigaretni dim. Pri splošni populaciji predstavljajo glavni vir kadmija živila. Kadmij lahko poškoduje dihala, prebavila in ledvice ter lahko povzroča raka. Nabira se v ledvicah (predvsem v ledvični skorji) in jetrih, kjer se veže na nizkomolekularni protein metalotionin. Kadmij ima dolg razpolovni čas, saj lahko traja več desetletij. Izloča se v glavnem skozi ledvica, izločanje v mleko pa je minimalno.
Pri spremljanju oziroma biomonitoringu se najpogosteje meri koncentracija kadmija v krvi, ki odraža nedavno izpostavljenost in celokupno obremenjenost. Kadmij v urinu odraža količino kadmija v ledvicah.

Svinec
Splošna populacija je svincu (Pb) izpostavljena predvsem z onesnaženimi živili, pitno vodo, tobačnim dimom, predmeti splošne rabe, otroci pa tudi z zemljo. V preteklosti so bili pomemben vir avtomobilski izpusti zaradi uporabe osvinčenega bencina. Svinec lahko poškoduje kri in krvotvorne organe, centralni živčni sistem, ledvice, prebavila, srčno-žilni sistem, reproduktivne organe, morebiti pa lahko povzroča tudi raka. Vsrkavanje (absorpcija) prek prebavil pri odraslih znaša do 21%, pri otrocih 50%, preko dihal pa je vsrkavanje od 10do 60 odstotno, medtem ko je prehajanje skozi kožo majhno. Po absorpciji se svinec razporedi v jetrih, ledvicah, možganih in kosteh, kjer se tudi kopiči. Izloča se v glavnem z urinom in blatom. Koncentracije v mleku so nižje kot v krvi, vendar višje kot v plazmi. Koncentracije v krvi in urinu so primerni biomarkerji izpostavljenosti.

Živo srebro
Živo srebro se v naravi nahaja predvsem v treh oblikah:
- Hg0 kjer je izpostavitev prek vdihanega zraka in amalgamskih zalivk,
- Hg2+, kjer je pot izpostavitve prek onesnaženih tal,
- metil živo srebro (MeHg), kjer je pot izpostavitve prek hrane, zlasti rib.

Poglavitna pot vnosa je z inhalacijo, v pljučih se absorbira kar 80%. V krvi se zadrži okrog 10% v pljučih absorbiranega Hgº, vendar pa je ta delež odvisen od stopnje izpostavljenosti. Največ živega srebra se kopiči v ledvicah.

V vodnih okoljih pride do takoimenovane metilacije živega srebra v metil živo srebro (t.j. mono-metil živo srebrove spojine - MeHg), za katerega je značilno kopičenje v prehranski verigi (biomagnifikacija). Poglavitni vir izpostavljenosti organskemu živemu srebru v splošni populaciji so ribe. Metilirano Hg se kopiči v laseh, iz katerih se naredi ocena pretekle izpostavljenosti. Lahko poškoduje centralni živčni sistem predvsem pri nerojenih otrocih.

Del podobnih raziskav že poteka v okviru 6. Okvirnega programa Evropske Unije, sicer v projektu PHIME (Public health impact of long-term, low-level mixed element exposure in susceptible population data). Projekt sestavljajo epidemiološke raziskave o vplivu toksičnh kovin (Cd, Hg, Pb, As) prek hrane na nekatere bolezni, kot so kardiovaskularne bolezni, bolezni živčnega sistema, osteoporoza, bolezni ledvic in diabetes. Del projekta je namenjen tudi raziskavam pozitivnih učinkov izpostavljenosti esencialnim elementom (železo, selen, cink, jod) in nekaterim drugim esencialnim snovem (vitamini, večkrat nenasičene maščobne kisline).

Drugi toksični in esencialni elementi
Glede na zgoraj omenjene raziskave bomo zaradi možnega združevanja podatkovnih baz v monitoring vključili tudi spremljanje arzena, selana, bakra in cinka v krvi.

Arzen

Čeprav je arzen tako rekoč sinonim za strup, v okolju nastopa v obliki številnih spojin, ki imajo različno toksičnost oziroma strupenost. Najbolj toksične so trivalentne anorganske in organske spojine, ki v telesu povzročijo tvorbo prostih radikalov ter s tem povzročijo oksidativni stres, ki ga selen s svojim antioksidativnim delovanjem lahko zmanjšuje. Obenem se arzen veže s selenom v netopen kompleks, ki je biološko neaktiven, in se kot tak kopiči v ledvicah in izloča iz telesa.

Celokupne koncentracije arzena v hrani so zelo različne in so odvisne tako od vsebnosti arzena v okolju, kjer je bila hrana pridelana kot tudi od vrste živil. Živila rastlinskega izvora imajo samo izjemoma povišano vsebnost arzena, medtem ko ga npr. morska hrana skoraj praviloma vsebuje zelo veliko. Arzen je v hrani lahko prisoten v obliki različnih spojin.

Selen, baker in cink

Selen je esencialen element za človeka, ki je povezan s številnimi presnovnimi funkcijami v telesu, ker se vgradi kot aminokislina selenocistein v številne selenoproteine (selenoencime), ki sodelujejo pri antioksidativni zaščiti pred delovanjem reaktivnih kisikovih spojin, pri razstrupljanju toksičnih kovin, pri regulaciji redoks procesov v celici, nekateri pa so vključeni v kontrolo metabolizma hormonov žleze ščitnice.

Baker in cink sta ravno tako esencialna elementa za človeka, kar je v primeru pomanjkanja ali presežka povezano s številnimi boleznimi. Na povišane koncentracije lahko vpliva več dejavnikov, med drugim tudi vsebnosti toksičnih elementov v okolju, ki pa so lahko povišane zaradi same geološke sestave tal ali antropogenega onesnaženja (industrije, rudniki, odlagališča …).
Na podlagi poročila o onesnaženosti tal (ROTS, Agencija RS za okolje, 2008) ugotavljajo, da so bile v Sloveniji na posameznih področjih izmerjene kritične vrednosti naslednjih kovin: arzena, kroma, bakra, niklja in cinka.

Obstojna organska onesnaževala

Obstojna organska onesnaževala (ang. Persistent Organic Pollutants - POPs) so v okolju obstojne oziroma težko razgradljive kemične snovi in so dobro topne v maščobah, ki se po večini slabo presnavljajo (metabolizirajo). Poleg tega se kopičijo v prehranski verigi (bioakumulacija, biomagnifikacija) ter predstavljajo tveganje za zdravje ljudi in organizmov v okolju (http://www.chem.unep.ch/pops/).

Med obstojna organska onesnaževala spadajo po Stockholmski konvenciji:
- organoklorni pesticidi (aldrin, endrin, dieldrin, DDT, heptaklor, heksaklorobenzen, klordan, mireks, toksafen, poliklorirani bifenili (PCB), poliklorirani dibenzo dioksini (PCDD)
- poliklorirani dibenzo furani (PCDF)
- med onesnaževala s podobnimi lastnostmi spadajo tudi DDE, lindan in polibrominirani bifenil etri (PBDE).

Obstojna organska onesnaževala se kopičijo v maščobah, zato je mleko zelo primerno za določanje prisotnosti le-teh. Biomonitoring se poleg maščobnih tkiv pogosto izvaja tudi v krvi ali serumu. Najpomembnejši dejavniki, ki vplivajo na vsebnost teh snovi v krvi (serumu) so starost, bivališče in količina maščob v krvi - trigliceridov in holesterola.

Organoklorni pesticidi

Organoklorni pesticidi so se začeli uporabljali v velikih količinah po drugi svetovni vojni. V Evropi in Severni Ameriki so jih zaradi škodljivih učinkov predvsem na okolje prepovedali, medtem ko se še vedno uporabljajo v deželah v razvoju. V zadnjih desetletjih so predmet intenzivnega raziskovanja predvsem v zvezi z motenjem hormonskega ravnovesja in morebitnih rakotvornih učinkov. Biomonitoring teh snovi v svetu poteka že od leta 1950. Številni avtorji poročajo o upadanju koncentracij merjenih organoklornih pesticidov od leta 1974 dalje za DDT, dieldrin in HCB, heptaklor od 1980, klordan od 1990. Podobno so v Veliki Britaniji konec 60-ih let 20. stoletja ugotovili trend upadanja za lindan, dieldrin in DDT. Obe ugotovitvi so pripisali zmanjšani uporabi in nižji vsebnosti ostankov teh pesticidov v živilih ter s tem posledično manjšemu vnosu.

Poliklorirani bifenili
Poliklorirani bifenili (PCB) so sintetične kemikalije, ki so se v preteklosti uporabljale predvsem v elektroindustriji. Proizvodnja PCB je prepovedana, vendar zaradi svoje obstojnosti spadajo med pomembna okoljska onesnaževala. Zaradi obstojnosti se izpostavljenost PCB nadaljuje ne glede na dejstvo, da je njihova proizvodnja že več kot 20 let prepovedana. Njihove lastnosti so, da so dobro topni v maščobah, biološko stabilni, zelo počasi razgradljivi (do 30 let), lahko se kopiči v prehranski verigi. Poglavitne poti vnosa so zaužitje z živili (predvsem tistimi z več maščobami), možna je izpostavljenost skozi kožo in vdihavanjem. Sodijo med prioritetne kemikalije v biomonitoringu. Najpogosteje uporabljene snovi za merjenje so kri, podkožno maščevje in mleko.
Pri izpostavljenosti PCB lahko poleg vplivov na hormonski sistem pride tudi do škodljivih učinkov na številne druge organe in organske sisteme, kot so koža, respiratorni in prebavni trakt, jetra, kardiovaskularni, živčni in imunski sistem. Nekateri PCB so mutageni in teratogeni, obstaja pa tudi sum, da so rakotvorni. Učinki dolgotrajne izpostavljenosti niso dodobra razjasnjeni, delno zaradi dejstva, da pri sintezi PCB nastajajo kot stranski produkti tudi dioksini, ki imajo nekatere podobne lastnosti in učinke kot PCB.

Polibrominirani difenil etri
Polibrominirani difenil etri (PBDE) so skupina strukturno sorodnih kemikalij, ki so kemijsko podobne PCB. Proizvodnja in uporaba PBDE zadnjih 30 let narašča. Uporabljajo se kot zaviralci gorenja v električnih in elektronskih napravah, gumiranih električnih žicah, v električnih in elektronskih napravah, poliuretanski gumi, oblazinjenem pohištvu, talnih oblogah, računalnikih, gradbenem materialu itd. V predmetih splošne rabe je vsebnost PBDE od 3 do 35%. Iz predmetov splošne rabe migrirajo v okolje, tako da so v okolju (zraku, vodi, tleh) in živilih (ribah, mesu, mlečnih izdelkih) splošno prisotni. Živa bitja so jim izpostavljena prek dihal, kože in z zaužitjem. Pomemben vir izpostavljenosti predstavlja tudi prah v zunanjem in notranjem bivalnem okolju.
Obstaja sum, da so PBDE rakotvorni, da zavirajo razvoj živčnega sistema in da motijo hormonsko ravnovesje. Povzročajo draženje kože in oči. Preučuje se njihov vpliv na jetra, pljuča in ščitnico. Po sedanjih ocenah je zaskrbljujoča predvsem izpostavljenost otrok poklicno izpostavljenih staršev in prebivalcev v okolici proizvodnih obratov teh kemikalij. V Nemčiji, ZDA in Veliki Britaniji so pri nacionalnem biomonitoringu ugotovili porast izpostavljenosti le-tem. Izpostavljenost v ZDA je približno 10-krat večja kot drugod. Na Švedskem so ugotovili velik porast koncentracij PBDE - od 0,07 ppb leta 1972 do 40 ppb leta 1997. Primerne snovi za spremljanje v biomonitoringu so kri, serum, plazma, mleko, maščobno tkivo in jetra.

Poliklorirani dibenzo dioksini in poliklorirani dibenzo furani
Poliklorirani dibenzo dioksini (PCDD) in poliklorirani dibenzo furani (PCDF) nastajajo pri številnih kemijskih reakcijah v industriji in na kuriščih, manjši del pa je naravnega izvora. Pogosto se pojavljajo kot nečistoče v drugih kemikalijah. Splošno so prisotni v okolju, živilih in predmetih splošne rabe. 2,3,7,8–TCDD je ena najbolj strupenih sintetičnih snovi. Med zaskrbljujoče učinke spadajo zaradi strupenosti za imunski sistem (imunotoksičnost), vplivov na razvoj centralnega živčnega sistema, motenje hormonskega ravnovesja in rakotvornost. Obe skupini snovi sta vključeni v programe spremljanja v številnih državah.

DRUGI BIOLOŠKI KAZALNIKI (BIOMARKERJI)

Osnovni hematološki kazalniki
Krvna slika oziroma hemogram je osnovna preiskava v medicini. Glede na osnovne krvne celične vrste lahko krvno sliko delimo na (1) rdečo krvno sliko, (2) belo krvno sliko in (3) število trombocitov. Kadar število celic prestopi mejne ali referenčne vrednosti, to daje različne informacije o možnih bolezenskih vzrokih:
1. Pri rdeči krvni sliki poleg drugega določajo število eritrocitov, vrednost hemoglobina in povprečni volumen eritrocitov. Kadar je vrednost hemoglobina pod mejno vrednostjo, gre za anemijo (slabokrvnost). Pri zastrupitvi s svincem se pogosto pojavi tudi anemija, prav tako pri izpostavljenosti kemikalijam organskega izvora (PCB, aromatske in organociklične spojine …).
2. Druga skupina celic so bele krvne celice ali levkociti. Koncentracija levkocitov se poviša ob imunskem odzivu, v redkejših primerih pa lahko gre za krvno bolezen, limfom ali akutno oziroma kronično levkemijo.
3. Tretja vrsta krvnih celic so krvne ploščice ali trombociti, ki skrbijo za strjevanje krvi. Pri porušenju ravnotežja lahko pride do notranjih ali zunanjih krvavitev.

Biološki kazalniki učinkov
Ledvica so ena izmed glavnih ciljnih organov za elemente težkih kovin (Pb, Cd, Hg) in raznih organskih spojin (aromatske in organociklične spojine - PCB, furani, dioksini …), ki se v ledvicah lahko nabirajo in s tem povzročajo poškodbe predvsem v tubulnem delu ledvic, lahko pa tudi na glomerulih.
Glomerulno funkcijo ledvic ocenimo z določanjem visokomolekularnih beljakovin v urinu (albumin, IgG), tubulno funkcijo ledvic pa ocenimo z merjenjem nizkomolekularnih beljakovin v urinu (alfa-1-mikroglobulin, beta2-mikroglobulin in retinol binding protein). Pri poškodbah ledvic je prepustnost glomerulov in/ali tubulov večja in zaradi tega se izloči v urin več plazemskih beljakovin kot običajno.