Metali i pesticidi

1

Metali

Mehanizam toksičkog djelovanja i prisutnost u hrani

Mehanizam toksičkog djelovanja metala

� u skupinu “teški metali” uključeni su i metalipotrebni organizmu tzv. “biometali”, koji su diometaloenzima (Fe - citokrom i katalaza; Cu -acetaldehid dehidrogenaza ..)

� u skupinu “teški metali” spadaju i vrlo toksični: Hg, Pb, As, Ni, Cd, Cu, Co, Zn, kao i organometali

� Metali pokazuju afinitet za razne ligandeorganskih molekula, posebice proteina

2

Membranski ligandi i metali

� stanična membrana s mnogo osjetljivihliganada (proteina) prvi je stupanj u djelovanju metala; može biti osnovno i jedino mjesto toksičkog efekta

� metali posjeduju pojačani afinitet za vezanjes ligandima koji sadrže S, N i O, i koji suelektron donori:

-OH, -COOH, -SH, -NH2 , -imidazol i dr.

Toksičnost metala

Odnosi veličine toksiciteta za neke ligande i dvovalentne ione metala su:

za -SH skupinu: Hg>Ag>Pb>Cd>Zn

za -COOH skupinu: Cu>Ni>Co>Mn

za -NH2 skupinu: Hg>Cu>Ni>Pb>Zn>

>Co>Cd>Mn>Mg

prisutnost 2 ili više metalna iona povećati ćekompeticiju za mjesto vezanja prema navedenimodnosima

3

Mjesta toksičkog djelovanjametala

1. na staničnu membranu2. na membranske enzimske

sustave3. uplitanje (interferencija)

metala unutar stanice

Djelovanje metala na membranu

� vezanje na ionizirane ligande na membrani

� monovalentni kationi stvaraju relativnonestabilne komplekse s ligandima

� kad kation zasiti jedan tip liganda za koji ima najveći afinitet, počet će se vezati na slijedeći prema slijedu afiniteta

� vezanje metala na -SH skupine dovodi do promjena propustljivosti membrane

4

Djelovanje metala na membranu

� Hg reverzibilno inhibira propustljivost membrane zaglicerol u eritrocitima

� Cu dovodi do iste ali ireverzibilne reakcije� Pb se veže na membranu eritrocita; posljedica je inhibicija

K-transporta i povećanje propustljivosti membrane; S-S mostovi pucaju uz nastajanje S-Pb-kompleksa

� vezanje metalnih kationa na razne ligande može izazvatirazličite efekte na propustljivost:

-promjene u raspodjeli iona-promjene transmembranskog potencijala itd.-blokiranje aktivnog transporta-kompletno razaranje membranske strukture

Djelovanje metala namembranske enzimske sustave

� enzim, koenzim i supstrat posjeduju brojne ligande� vezanje Hg na -SH ligande odgovorno je za inaktivaciju ureaze� Pb inhibira seriju enzima odgovornih za biosintezu porfirina

(sinteza hema) vežući se na -SH ligande� Hg, Pb, Cu i Cd razaraju S-S mostove u citokromu C, gdje je Fe u

porfirinu vezano na protein s 2 tio-esterska mosta cisteina� Cd i As vežu se na -SH ligande enzima odgovornih za sintezu

ATP i drugih enzima� npr. za oksidaciju glukoze u glukoza-fosfat pomoću heksokinaza

potreban je ATP i Mg kao kofaktor; Hg zamjenjuje Mg, stvara se nefiziološki kompleks, koji ne može reagirati s glukozom

5

Uplitanje metala unutar stanice

� Metalni ioni unutar stanice mogu reagirati s membranskimligandima organela endoplazmatskih retikuluma i drugimstrukturama te njihovim enzimima

� Sn djeluje na Krebsov ciklus u mitohondriju� Pb inhibira mnoge enzime uključene u biosintezu porfirina;

inhibira i sintezu globina, stvaranje citokrom P-450� Cd se veže na membrane mitohondrija, organela odgovornih za

procese stvaranja energije (ATP)� Cd napada taj sustav najmanje na 3 mjesta:

1. veže se na -SH skupine enzima odgovornih za prijenos elektrona odNAD i flavinskih spojeva2. inhibira najmanje 1 enzim odgovoran za sintezu ATP3. pokazuje afinitet za enzim odgovoran za odcijepljenje fosfata iz ATP molekule

Ostaci metala u hrani

uključuje i vodu za piće� 3 aspekta ocjene rizika

od metala u hrani:1. konc. metala u hrani2. unos metala prema

tolerantnom tjednomunosu

3. apsorpcija metala u organizmu

6

Koncentracija metala u hrani

� prisutnost u uzorcima� vrijednosti ADI (dozvoljivi dnevni unos) iz

“ukupne hrane”� “ukupna hrana” podijeljena u 15 skupina za

analizu:� kruh i žitarice, meso i perad, iznutrice, proizvodi od mesa*, riba*,

ulja i masti, šećeri i konzervansi, zeleno povrće, krumpir, drugopovrće, povrće u limenci, voće, proizvodi od voća*, bezalkoholna piča, mlijeko (*uključena hrana u limenkama)

Koncentracija metala u hrani

Grupa hrane Konc. metala (µµµµg/kg ili ppb)Arsen Kadmij Olovo Kositar

Kruh i žitarice 20 21 50 200Meso i perad 26 10 50 200Iznutrice 30 89 130 200Riba* 3210 15 80 440Ulja i masti* 20 10 50 3070Povrće u limenci 20 10 135 28500Proizvodi od voća* 20 10 135 34000Mlijeko 10 5 20 100

Procjenjuje se rizik od:-arsen u ribi-olovo u iznutricama, voću i povrću-kositar u hrani u limenkama

7

Unos metala hranom

Srednje vrijednosti unosa metala u usporedbi s prosječnim tolerantnim tjednim unosom

Arsen Kadmij Olovo Kositar

Srednji unos u µµµµg/tjedan* (GB) 530 120 525 18200

Tolerantni ili prihvatljivi

unos µµµµg/tjedan (FAO/WHO) 24500 500 3000** 980000

* temeljeno na 70 kg tjelesne težine

** ekvivalent od 6 µg/kg tj.tež./dan (ne vrijedi za dojenčad i malu djecu)

Apsorpcija metala u organizmu

visoki unosi arsena iz vode i hrane moguprouzročiti toksičke efekte kod čovjekariba je glavni izvor unosa As i kompletanAs se može resorbirati u čovjekuAs se u ribi nalazi u organskoj formi -arsenobetain (teško se određuje analitički jerje nestabilan)arsenobetain se skoro potpuno resorbira u crijevima, ali se i brzo izlučuje u urinu u nepromijenjenoj formi; to je razlog da spojeviarsena u ribi imaju niski toksički potencijal

8


Živa

anorganske soli žive ne resorbiraju se dobro kod čovjeka; relativno nisketoksičnostiživa u ribi se nalazi u organskoj formi, kaometil-živa i potpuno se resorbira u crijevima

metil-živini spojevi su visoko toksični ( u

usporedbi s organo-arsenovim spojevima u ribi)


Olovonajmanje se zna o formama olova u hrani iliapsorpcijidokazano je da se 50% olova apsorbira iz vodenakon gladovanja preko noćiiznutrice (posebice jetra i bubreg) sadrže višekonc. olova, ali je dokazano da se samo 3% olova iz iznutrica resorbira kod čovjeka; razlog je djelomice slaba resorpcija u crijevimajer je olovo u iznutricama vezano na proteinskekomplekse i nije slobodno za resorpciju

9

Postoje li rizici od metala u hrani?

� samo koncentracija u hrani nijedovoljan pokazatelj, već i

� kombinacija koncentracije u hrani i količina unosa hrane

� detaljno poznavanje apsorpcije i toksičnosti u organizmu

Zakonska regulativa

� Pravilnik o količinama pesticida, toksina, mikotoksina, metala, histamina i sličnih tvari……u namirnicama,….. Narodne novine br.46 (1994)

� Pravilnik o toksinima, metalima, metaloidima tedrugim štetnim tvarima koje se mogu nalaziti u hrani (16.2.2005.)

� - uključuje 9 metala: Pb, Cd, Hg, As, Cu, Zn, Sn, Fe, Ni

10

PesticidiPesticidi

MehanizamMehanizam toksitoksiččkogkog djelovanjadjelovanja i i prisutnostprisutnost u u hranihrani

PesticidiPesticidi: : prisutnostprisutnost, , toksitoksiččnostnost i i

rizicirizici

eng. pest - štetočina; lat. ceadere - ubiti

selektivne sintetske toksične tvarinamijenjene za uništavanje štetnihživotinjskih i biljnih organizama

primjena pesticida (potrebe i rizici)

Toksičnost:

poremećaj čimbenika ekološke ravnoteže

perzistentnost - integralni dio biosfere

11

ToksiToksiččnostnost pesticidapesticida

Subtoksične količine pesticida (podnošljive u kliničkom smislu) izazivaju suptilne biokemijske i strukturne lezije u organizmu:

� smanjenje obrambene sposobnosti organizmaprema bolestima i stresu

� djeluju nepovoljno na reprodukcijske procese

� mijenjaju genetske faktore, mnogi su: mutageni, kancerogeni i teratogeni


� dokazivanjem subletalnih oštećenja organizama pesticidima, ukazuje se da neposredni mortalitet ne smije biti glavnomjerilo opasnosti

� pri ocjeni da li ZA ili PROTIV uporabe pesticida treba znati: pesticidi su riješili problem malarije, tifusa, žute groznice i dr. bolesti gdje su prenosioci insekti; bez pesticida nezamislivaje proizvodnja hrane potrebna da se prehrani današnji brojljudi na Zemlji; bez pesticida nemoguće je održati današnjihigijenski standard životaali opasnost od zagađenosti prirodne sredine, svih živihorganizama tako i čovjeka je ogromnapotrebna stroga kontrola uporabe i prisutnosti

12

RazvrstavanjeRazvrstavanje pesticidapesticida

prema ciljnim organizmima:1. mikrobicidi2. fitocidi3. zoocidi4. Homocidi

prema mjestu ulaska u organizam:

1. oralni pesticidi (kroz probavnitrakt)

2. kontaktni pesticidi (krozpokrovni sustav)

3. fumiganti (kroz dišni sustav)

prema kemijskom sastavu:� neorganske tvari; koji potječu iz

biljaka, bakterija i gljiva� organske sintetske tvari:

organoklorirani, organofosforni, triazini, derivati fenoksi-ugljičnekis., sintetički piretroidi, itdprema postojanosti(perzistentnosti) u tlu, vrijemepotrebno za razgradnju do neotrovnihsastojaka:

� vrlo postojane tvari - duže od 2 godine� postojane tvari - između 6 mjeseci i 2

godine� umjereno postojane tvari - između 1 i 6

mjeseci� slabo postojane tvari - manje od 1

mjeseca

ProblemiProblemi zazašštitetite odod pesticidapesticida

najvažnije su preventivnemjere:priprema i školovanjeradnikaosobna higijenakontrola radne sredine(ispod MDK)liječnički pregledi -biološki testovislužbena regulativa

zakon o otrovimaoznake otrova: razneboje i mrtvačka glava(npr. I.skupina otrova -crna podloga, slova i znaci bijeli, “otrov”, mrtvačka glava,….)ambalaža posebnogizgleda

13

OstaciOstaci pesticidapesticida u u hranihrani i i vodivodi

pod ostacima se smatraju biološki aktivne tvari i biorazgradni produktinasuprot aditivima, pesticidi u hrani nemaju nikakvufunkciju, to su zagađivači hranepostupci da se svede na bezopasnu razinu: -utvrđivanjem MDK vrijednosti-pridržavanje karence-koji kraće perzistiraju u prirodi-mjere edukacije

OstaciOstaci pesticidapesticida u u hranihrani

� porijeklo ostataka pesticida u hrani:

neposredno od tretiranjaposredno od prethodnog tretiranja:-ulaz u biljke-slivanje voda u rijeke i ribnjake (ribe i drugi jestiviorganizmi)-domaće životinje - iz hrane kojom se hrane (npr. riblje brašno, lucerka, silaža) -zagađenje štala od tretmana životinja-tretman skladištene sirovine

14

DozvoljivaDozvoljiva razinarazina ostatakaostataka pesticidapesticida

u u hranihrani

� ADI (available daily intake) ili DDD (dozvoljiva dnevnadoza) u mg/kg t.m. čovjeka/dan (mg/kg/dan) je : količina ostatakakoja pri dugotrajnomunošenju ne predstavljaopasnost za zdravljepotrošača

ProcjenaProcjena zaza ADIADI

toksikološki i kemijskipodacikronični eksperimenti naživotinjama (kaomaksimalna netoksičnadoza, koju životinjatolerira) - NOAEL vrijednostito je temelj zaodređivanje ADI

faktor sigurnosti:rezultati toksičnosti u kroničnim eksper. umanjuju se najmanje 100xmože i do 500xiznimno 50xprivremeni ADI zapesticideADI vrijednosti se usklađuju na razinimeđunarodnih org.

15

DozvoljivaDozvoljiva razinarazina ostatakaostataka pesticidapesticida

u u hranihrani

Temelji se na podacima za:ADI - dozvoljena dnevna dozaprosječna količina hrane koja se dnevno konzumira(Q)prosječna težina osobe (70 kg)Dozvoljena količina ostataka u pojedinoj vrstinamirnica (K):K=ADIx70x1000 / Q (mg/kg ili ppm)K vrijednost predstavlja toksikološku granicu -sve vrijednosti više od dozvoljene mogu bitištetne po zdravlje

FAO/WHO FAO/WHO pravilapravila zaza ostatkeostatke

pesticidapesticida u u hranihrani

� 1961.g. prvi zajedničkisastanak:o uporabi pesticidao preporukama da se toksikološka zapažanjauzmu u obziro rizicima ostatakapesticida u hraniRezultat: Dokument s ADI i K vrijednostima i primjeni analitičkihmetodaPotrebna stalna revizija

16

ProcesiranjeProcesiranje hranehrane i i pesticidipesticidi

� Većina ostataka pesticida smanjuje se tijekomkuhanja/procesiranja

� kod voća i povrća -ljuštenje

� kod viših temp. veći gubici� kod ulja važan proces

uklanjanja mirisa� kod mesa primarno

uklanjanje masti� Kuhanje i/ili

procesiranje dodatnifaktor sigurnosti


Toksičnost: akutna, subakutna, subkronična i kroničnaGlavna svojstva pesticida:toksičnost kao LD50

topljivost u mastimakumuliranje u masnom tkivudugotrajnost djelovanja (teško razgradljivi u organizmu)kumulacija u okolišuPutevi ulaska: preko usta i pluća, kroz kožu

17

MehanizmiMehanizmi toksitoksiččkogkog djelovanjadjelovanja

pesticidapesticida

Ometanja enzimskih sustava (da razore, blokiraju ili inhibiraju enzimsku akt.):

� poremetnja membranske propustljivosti za supstrat� reverzibilna ili ireverzibilna inhibicija zbog vezanja na

aktivno središte na molekuli enzima� reakcija sa supstratom� reakcija s produktom enzimske reakcije� reakcija i/ili kompeticija s koenzimima� razaranje unutrašnjih struktura stanice� poremetnja regulacije hormona odgovornih za odvijanje

enzimskih reakcija

MehanizmiMehanizmi toksitoksiččkogkog djelovanjadjelovanja

pesticidapesticida

Djelovanje na sustav reprodukcije:� izazivaju promjene u hormon-ovisnim organima

(prostata, testisi, uterus, SŽS - hipofiza, hipotalamus)� utječu na gonadotropni sustav povratne sprege

(hipotalamus-hipofiza-gonade)� djeluju na spermatogenezu i oogenezu� izazivaju oštećenja kromosoma� izazivaju malformacije� smanjuju fertilitet

18

ToksiToksiččnostnost organokloriranihorganokloriranih

insekticidainsekticida

Klorirani derivati alifatskih i aromatskih ugljikovodikasupstitucija u p-položaju s halogenom daje najtoksičnijespojevesadrže u pravilu više atoma klora (kemijski su vrlostabilni)zadržavaju se u vodi, zemlji, hrani i masnom tkivuinhibiraju enzime SŽS, npr. ATP-aze, enzimeodgovorne za procese transfosforilacije i transport kationa kroz membrane

ToksiToksiččnostnost derivataderivata klorbenzenaklorbenzena

� DDT je 2,2-bis-(p-klorfenil)-1,1,1-trikloretan

otkrio P.Müller (1948. za otkriće-Nobelova nag.)

politoksičan insekticid

LD50 za štakora 250-500 mg/kg; kod čovjeka 400 mg/kg, 16 mg/kg izaziva konvulzije

nađeno i 100-600 ppm DDT u masnom tkivu ljudi

odgovoran usporen i otežan metabolizam DDT

izbačen iz uporabe 1970.g. zbog: visoke perzistentnosti (40 g.), toksičnosti za: reprodukciju, SŽS i dr.

19

Metabolizam DDT-a i metoksiklora

ToksiToksiččnostnost organofosfornihorganofosfornih

insekticidainsekticida

Specifično mjesto djelovanja : ireverzibilna kompetitivna inhibicijaspecifične acetilkolinesteraze(acetilkolin)

Osnovna struktura organofosfornihspojeva (OFS):

R1 O (S)P

R2 XR1 i R2 ligandi; alkil-, alkoksil- i dimetilamino tipa

X - acil ligand

20

Živčana stanica

Kolinergična sinapsa

HidrolizaHidroliza acetilkolinaacetilkolina

acetilkolinesteraza sadrži 2 aktivna mjesta: anionsko i estersko mjestoestersko mjesto sadrži -OH skupinu serina i imidazolniprsten histidina (u globularnoj strukturi proteina te dvije skupinese približavaju i stvaraju vodikovu vezu)

ako je acetilkolinesteraza inhibirana, acetilkolin se nehidrolizira, već se nakuplja u sinapsamakod većih konc. acetilkolina na sinapsama dolazi do paralize

21

InhibicijaInhibicija acetilkolinesterazeacetilkolinesteraze

organofosfornimorganofosfornim spojevimaspojevima

organofosforni spojevi su prvo korišteni kao “bojniotrovi”; danas u kontroliranim konc. kao insekticidi

Ireverzibilna inhibicija acetilkolinesteraze u 2 stupnja:

fosforilacija esterskog centra enzima ifosforilirani enzim se rastvara u prisutnostivode vrlo polagano (slabi nukleofil) ili spontanareaktivacija traje vrlo dugo (ovisi o kemijskojstrukturi inhibitora)

22

SimptomiSimptomi trovanjatrovanja s OFSs OFS

� Mogu se podijeliti u 3 skupine:smanjenje srčanih aktivnosti, kontrakcija bronhijalnih i probavnih mišića; simptomi se smanjuju aplikacijomatropinaparaliza gangliozne sinapse i kontrakcija motornihfunkcija; liječenje kuraromrazličite smetnje koje se pokazuju kao: pospanost, glavobolja, mentalna oštećenja, abnormalna aktivnostsrca; liječenje atropinom

Reaktivacija fosforilirane acetilkolinesterazes antidotom pralidoksimom (PAM)

23

HerbicidiHerbicidi

Klorofenoksi spojevi

� 2,4-D (2,4-diklorofenoksi octena kiselina)� 2,4,5-T (2,4,5- triklorofenoksi octena kis.)

Cl OCl - O - CH2 - C - OH

(Cl)� njihove soli i esteri najčešće rabljeni� LD50 300-1000 mg/kg

HerbicidiHerbicidi 2,42,4--D i 2,4,5D i 2,4,5--TT

Kontaminant kod sinteze: TCDD

� 2,3,7,8-tetraklorodibenzo-p-dioksin

tehnički 2,4-D i 2,4,5-T može sadržavati do 30 ppm TCDD“Agent Orange”- defolijant korišten u Vijetnamskom ratu; ekvivalent 2,4-D i 2,4,5-T (sadržavao i do 47 ppm TCDD)dozvoljena konc. TCDD u 2,4-D je ispod O,1 ppm

24

TCDD2, 3, 7, 8 - tetraklorodibenzo - p -dioksin

O

O

Cl

Cl

Cl

Cl

• LD50 za TCDD kod štakora - 0,022 mg/kg (mužjaci) i 0,045 mg/kg (ženke), a samo 0,0006 mg/kg za ženke zamorca

• toksičan za fetus; teratogeno djelovanje; kancerogen• kod lab. život. fatalan je u dozi 1-100 µg/kg• oštećenje jetre, fetotoksičan, teratogen, oštećenja

reprodukcijskog i imunog sustava, učestalost pojava tumora

PesticidiPesticidi -- opasnostiopasnosti i i rizicirizici

potrebna je strogakontrola prisutnostipesticida u hraninema hrane u kojojnema barem u tragovima pesticidarigorozniji propisisve osjetljivije analitičkemetode za detekciju

Documents

Metali i pesticidi