Hormonháztartást megzavaró anyagok (EDC)

Barna S. M.Sc. diplomamunka BMGE Gyarmati D. M.Sc. diplomamunka BMGEC.G. Daughton:J. Am. Soc. Mass. Spectrom, 12 (2001)

1067 http://www.epa.gov/nerlesd1/chemistry/pharma/index.htm

C.G. Daughton, T.A. Ternes, Environmental Health Perspectives 107 (1999) 907.

R. Carlson, Silent Spring (1962) Houghton Mifflin Company.

T. Colborn et al., Our stolen future, Pinquin books, (1996).

Definició

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

Főbb hormontermelő mirigyek és irányításuk

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

Hermafroditizmus nőstény tengeri csigán TBT hatására

EDC rámkinukáló hatása a RNS-re

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

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

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 folyamata

DDT koncentrációk (µg/g zsír) Balti tengeri állatokban

Anyatej PCB és DDT tartalmának csökkené-se az anyagok betiltása után Svédországban

EDC-k megjelenése a természetben

Napi károsanyag felvétel élelmiszerrel Svédországban

BADGE veszélyePolimerizációs 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

DDT perzisztenciája

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

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

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

Detergensek eloszlása a természetben

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)

Standardok teljes ionáram kromatogramja és fragmensei (GC/MS, 1µg/ml)

Származékképzés nélkül Származékképzéssel (Ac)

Ivóvíz alkilfenol tartalma

•GC/MS

•SIR:135

Duna víz alkilfenol tartalma

• GC/MS• SIR 135

Tisztított szennyvíz alkilfenol tartalma

• GC/MS• SIR:135

Nyersszennyvíz alkyilfenol tartalma származékképzés nélkül

• 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

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 (38 000 t Németország)

• 60 g/ fő• 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 gyógyszerhatóanyagok (1998)

Gyógyszerek háztartási szerek kijutása a természetbe

Gyógyszerek kijutása a természetbe

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

Hirtelen eső lerontja a szennyvíztisztító hatásfokát

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

A szennyvíztisztítók csak részben semmisítik meg az EDC-ket

Glukuronid metabolitik visszaalakulhatnak anyavegyületté a szennyvíztisztitókban

Természetben talált gyógyszer maradványok

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

Állatgyógyszerek szennyvízben,

talajban, és trágyában

• Zöld: hatásos koncentráció

• Kék: talált koncentráció

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 fajok a szennyvízben

Antibiotikumok perzisztenciája

Pézsma illatanyagok a szennyvízben

Gyógyszerek meghatározása szennyvizekben fejlett műszerezettséget igényel

Gyógyszerek a felszíni vizekben

LC/MS/MS analízisek

Gyártott kozmetikumok mennyisége Németországban (1993)

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