CEN 5765-1 Química Ambiental ECOTOXICOLOGIA Regina Teresa Rosim Monteiro monteiro@cena.usp.br 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.

Introdução 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.

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 Importância da cadeia trófica e fluxo de energia. 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

Organismos Aquáticos Hydra attenuata Grupo: Celenterados Água doce Reproduz por brotos Fácil cultivo em laboratório Possui alta sensibilidade Bioensaio: simples, fácil e barato

Organismos Daphnia 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 0% 12,5% 25% 50% 75% 100% 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.

Teste de toxicidade crônica: Controle conc.1 conc.2 conc.3 conc.4 conc.5 NOEC LOEC NOEC = No Observed Effect Concentration LOEC = Lowest Observed Effect Concentration Limiar de concentração que produz efeito = MATC (Maximum Acceptable Toxicant Concentration) NOEC<MATC<LOEC Avalia 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 5 10 15 20 25 30 35 40 Concentração do Xenobiótico Efeito Efeito máximo

Bioconcentração: Processo pelo qual ocorre o acumulo de um composto diretamente da água para o organismo resultante da simultânea absorção e eliminação. 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 organismo Cw = conc. na água

PROCESSO DE BIOACUMULAÇÃO exposição Fim de exposição ------------------------------ Concentração no tecido equilibrio depuração Assimilação tempo - 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 e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como estabelece as condições e padrões de lançamento 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.

Classe 1 Classe 2 Classe 3 Classe 4 40 100 >100 6 a 9 500 6 5 4 2 Valores Máximos Permitidos parâmetros físicos, químicos e microbiológicos CONAMA 357 Parâmetros Classe 1 Classe 2 Classe 3 Classe 4 Turbidez 40 100 >100 pH 6 a 9 Sólidos Totais 500 OD mg/L 6 5 4 2 P Total 0,025 0,05 0,15 >0,15 Fluoretos 1,4 DBO 3 10 >10 Clorofila ug/L 30 60 >60 Coliformes Termotolerantes NMP?100 mL 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 ) -1 2 4 6 8 10 12 14 14 Controle mL Água 5 12 (10 Sedimento 10 8 Selenastrum capricornutum 6 4 2 Analândia Analândia Corumbataí Corumbataí Rio Claro Rio Claro Piracicaba Montante Jusante Montante Montante Jusante Jusante Jusante

Raiz de Cebola Raiz ( cm ) Controle Analândia Rio Claro Piracicaba 0,0 0,5 1,0 1,5 Piracicaba Rio Claro Juante Montante Corumbataí Jusante Analândia Controle Raiz ( 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 Estado trófico em função da concentração de clorofila-a Algas e suas influências na qualidade das águas e nas tecnologias de tratamento - Fonte: Di Bernardo

Parâmetros Físicos e Químicos 2003-2004 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 29,9 CJ 7,6 7,0 35,5 RCM 7,4 6,1 44,6 RCJ 4,3 138,5 0,9 Pira 7,2 5,7 141,7 0,7

Então para pessoa de peso médio a dose diária é: 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

Mulher 50 kg – com a mesma quantidade de água ingerida. Exercício Calcule 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; princípios e aplicações, São Carlos: Rima, 2006, 464p. Colin, Baird. Química Ambiental. 2º Edição. Porto Alegre: Bookman, 2002.