DIOXINOVÁ TOXICITA V OVZDUŠÍ

1. DIOXINOVÁ TOXICITA V OVZDUŠÍ M. Machala et al. Výzkumný ústav veterinárního lékařství, Brno Biofyzikální ústav AV ČR,Brno Ústav experimentální medicíny AV ČR, Praha

2. CO JE DIOXINOVÁ TOXICITA 1) Persistentní aktivace buněčného „dioxinového“ receptoru AhR, změna exprese mnoha regulačních genů.2) Důsledky chronické aktivace AhR: zvýšený metabolismus cizorodých látek (včetně genotoxických PAU) a lipidních endogenních látek (včetně steroidních a thyroidních hormonů) kardiovaskulární choroby, diabetes, efekty na hormonální funkce (endokrinní disrupce), kožní a zubní abnormality, rakovina a promoce rakoviny AhR vývojová neurotoxicita, efekty na vývoj reprodukčních orgánů, imunotoxicita

3. KTERÉ CHEMICKÉ LÁTKY AKTIVUJÍ DIOXINOVÝ RECEPTOR? • Tzv. persistentní organické polutanty (velmi nízký • metabolismus, bioakumulace v tkáních) – polychlorované • dibenzo-p-dioxiny („dioxiny“), dibenzofurany a bifenyly (PCB) 2) Rychle metaboli- zované látky, např. PAU

4. JAK SE MĚŘÍ DIOXINOVÁ TOXICITA? • různé experimentální modely (např. potlačení hladiny AhR); • stanovení indukce genů, které jsou pod kontrolou AhR, v buněčných modelech • lze měřit dioxinovou aktivitu individuálních látek i komplexních vzorků, např. extraktů z PM částic ovzduší

5. DIOXINOVÁ AKTIVITA INDIVIDUÁLNÍCH PAU A STANOVENÍ RELATIVNÍCH TOX. POTENCÍ

6. CHEMICKÁ A IN VITRO TOXIKOLOGICKÁ ANALÝZA VZORKŮ OVZDUŠÍ • odběr vzorků • extrakce do organického rozpouštědla • přečištění a rozdělení vzorku do frakcí - chromatografie na silikagelu impregnovaném 40% H2SO4 (frakce POPs obsahující pouze persistentní dioxiny, PCB,..) - chromatografie na silikagelu, rozdělení na frakci F0 (alkany,...), F1 (všechny neutrální aromatické látky – PAU, POPs, ...), F2 (slabě polární aromatické látky (nitrované PAU, PANH,...), F3 (polární aromatické látky (oxy-PAU, ftaláty, ...) • chemická analýza (HPLC-DAD, LC/MS-MS, GC-MS, GC-ECD) • in vitro toxikologická analýza (dioxinová aktivita, genotoxicita,...)

7. DIOXINOVÁ TOXICITA VE VZORCÍCH OVZDUŠÍ (organické extrakty PM2.5) efekt POPs + PAU efekt POPs

8. CHEMICKÁ ANALÝZA ORGANICKÉ FÁZE PM2.5 • Kvantifikováno 16 + 29 individuálních PAU, 46 methyl-PAU, 13 nitro-PAU, 7 oxy-PAU, 13 N-heterocyklických aromat. uhlovodíků a 8 thiofenů. • Bylo nalezeno velmi podobné relativní zastoupení jednotlivých aromatických kontaminantů ve PM vzorcích z různých lokalit; jen některé látky ve specificky vyšší koncentraci ve vzorku Ostrava-Bartovice (N-heterocykly – spalování uhlí; zvýšený podíl benz/a/anthracenu – parametr metalurgického průmyslu). Celkově zastoupení polyaromatic- kých látek odpovídá komplexnímu znečištění z dopravy a spalovacích procesů (industriálních i lokálních).

9. CHEMICKÁ ANALÝZA PAU 9

10. POROVNÁNÍ SE ZAHRANIČÍMI DATY Celková koncentrace s příspěvky jednotlivých PAU: Relativní zastoupení jednotlivých PAU: Citace zdrojů dat: 1. R.M . Harrison, D.J.T. Smith, and L. Luhana (1996): Source Apportionment of Atmospheric Polycyclic Aromatic Hydrocarbons Collected from an Urban Location in Birmingham, U.K. Environ. Sci. Technol., 30, 825-832. 2. Yunyun Yang, Pengran Guo, Qian Zhang, Deliang Li, Lan Zhao, and Dehai Mu (2010): Seasonal variation, sources and gas/particle partitioning of polycyclic aromatic hydrocarbons in Guangzhou, China. Science of the Total Environment, 408, 2492–2500. 3. Naše analýzy 10

11. TOXICKÉ EKVIVALENČNÍ FAKTORY • Dioxinové toxické ekvivalenty: TEQ = TEF x aktuální koncentrace (referenční toxikant: 2,3,7,8-TCDD, TEFTCDD = 1) • Podobně existují hodnoty TEF z hlediska mutagenity a karcinogenity PAU (zde je referenčním toxikantem benzo/a/pyren).

12. TOXICKÉ EKVIVALENČNÍ FAKTORY • Metodika, která dovoluje odhad rizika individuálních dioxinových látek. WHO akceptovalo TEF pro persistentní látky dioxinového typu (dioxiny, PCB; TEFTCDD = 1) na základě mnoha experimentů in vivo a in vitro. • V naší laboratoři změřeny relativní potence mnoha PAU, derivátů PAU a heterocyklických sloučenin indukovat dioxinový receptor v in vitro biotestu. Tyto REP lze použít jako prozatímní TEF.

13. TOXICKÉ POTENCE INDIVIDUÁLNÍCH PAU (koncentrace x relativní potence TEF) Karcinogenní potence Mutagenní potence Dioxinová potence 13

14. ZÁVĚRY • PAU působí velkou většinu dioxinové toxicity; příspěvek persistentních organických polutantů (dioxinů a PCB) je velmi malý. • Organická fáze PM2.5 z lokality Ostrava-Bartovice vykazuje extrémně vysokou dioxinovou toxicitu. • Prachové částice z Ostravy-Poruby obsahují několikanásobně vyšší koncentrace PAU, čemuž odpovídají také nejvyšší zdravotní rizika (karcinogenita, mutagenita a dioxinová toxicita).

15. BUDOUCÍ STUDIE? • Je nezbytné jednoznačně určit zdroj(e) extrémně vysokého znečištění v ostravském regionu. K tomu může pomoci sběr vzorků v bezprostřední blízkosti potenciálního zdroje a detailní chemická analýza, která ukáže specifický „otisk prstů“ (který běžný chemický monitoring 16 PAU neodhalí). • Je nutno se také soustředit na volatilní a semivolatilní látky (např. některé nízkomolekulární PAU jsou vysoce genotoxické). • Je třeba zapojit komplexní soubor biotestů in vitro (genotoxicita, dioxinová toxicita, oxidativní stres jako nedílnou součást kombinované chemické analýzy a sledování toxických potencí.

16. PODĚKOVÁNÍ všem spolupracovníkům a studentům z VÚVeL, Brno, BFÚ AVČR, Brno, ÚEM AVČR; jmenovitě se na práci nejvíce podílejí Jan Vondráček, Kateřina Pěnčíková, Lenka Pálková (biotesty in vitro), Miroslav Ciganek, Jiří Neča (frakcionace, chem. analýzy), Radim Šrám, Jan Topinka a kol. (odběry, stanovení aduktů pro porovnání genotoxických a negenotoxických efektů PAU a komplexních směsí). Poděkování patří také GAČR (projekt 310/07).