Toxikologie

1. Toxikologie Miloslav Pouzar adresa: ÚOŽP, Nám Čs. legií 565, Pardubice 530 02 e-mail: milan.pouzar@upce.cz home page: www.mpouzar.net tel: 46 603 7196, GSM: 608 171531 lab:3p, č. dveří 434

2. Proč, co a jak studovat ? Svoboda, samostatnost,.... Peníze, moc, .... Předstírané vzdělání Aplikovatelné vzdělání matematika, jazyk, IT Svoboda jako nezávislost na interpretaci míra zúročení vlastních vloh jako základní kriterium úspěchu při studiu „biflování“ je podmínka nutná pochopení mechanismů (jak?) a příčin (proč?) je podmínka nutná a postačující Ne na všechny otázky existuje jednoznačná správná odpověď. Ostudná je pasivita, nikoli dělání chyb.

3. Erin Brockovich

4. PG&E natural gas transportation system Hinkley 1. gas well 2. cleaning and odorization 3. underground gas storage 4. compressor station 5. high pressure transmission line 6. air-cross transmission line 7. regulation station 8. combined (high- and low - pressure) transmission line 9. regulation valves 10. individual connection http://www.pge.com/docs/pdfs/education_training/about_energy/how_gas_system_works/natgas.pdf Pacific Gas & Electric (PG&E) • kompresorová stanice PG&E v Hinkley v Kalifornii • nadnárodní společnost  plynovod z Texasu do San Francisca • K2Cr2O7 - antikorozní činidlo - kovové chladícími věže kompres. stanice • CrVI  CrIII - odpadní chladící voda akumulována ve venkovních nádržích • 1952 - 1966 - mělké nádrže s písčitým dnem • 1966 - dno částečně izolováno vrstvou jílu - proč asi? • 1987 - PG&E zveřejňuje nadlimitní nálezy CrVI v pitné vodě v Hinkley (v té době Kalifornská norma pro celkový Cr = 50 ppb, US EPA norma 100 ppb, nejvyšší nalezená koncentrace CrVI v okolí Hinkley 580 ppb) • 1990 - začátek dekontaminačního programu, výkup nemovitostí v zasažené oblasti, zavádějící informační kampaň • 1993 - začátek soudního sporu obyvatel Hinkley s PG&E (Erin Brockovich) • 1994 - dohoda o arbitrážním řízení • 1996 - 648 obyvatel Hinkley odškodněno částkou $ 333 mil, PG&E se zavázala dekontaminovat prostředí a ukončit používání inhibitorů koroze na bázi CrVI

5. Trojmocný vs. šestimocný chróm Trojmocný chróm (CrIII) • stabilní forma, obvykle málo rozpustná ve vodě - nízký stupeň absorpce • velmi těžko se dostává dovnitř buněk (pinocytóza) - spíše se váže na jejich povrchu • náchylný k tvorbě stabilních komplexů s organickými ligandy • biologická aktivita ovlivněna chemickou formou (iont, komplex) a distribucí (uvnitř nebo vně buňky) • obecně nízká toxicita nezávisle na způsobu příjmu, nízké riziko karcinogenity (ATSDR, 2001) • pozitivní účinek na osoby se sníženou tolerancí ke glukóze - některými autory považován za esenciální prvek • RDI = 50 - 200 g den-1 (Anderson, Kozlovsky 1985) • odhad denního příjmu - muži 35 g den-1a ženy 25 g den-1 (NAS, 2001) • potravinovými zdroji jsou mimo jiné sýry, červené maso a houby • chróm se v přírodě nachází převážně ve třech formách - Cr0,CrIII a CrVI

6. Paustenbach et al. 2003 Paustenbach et al. 2003 Trojmocný vs. šestimocný chróm Šestimocný chróm (CrVI) • velké množství značně reaktivních sloučenin dobře rozpustných ve vodě • v závislosti na pH a Eh prostředí podléhá redukci na CrIII • velmi lehce se dostává dovnitř buněk - využívá transportní cesty pro nutričně významné anionty (sírany a fosforečnany) • uvnitř buňky rychlá redukce • redukční činidla - kyselina askorbová, gluthathion, NADPH a NADH Mechanismy CrVI indukovaného poškození DNA • nepřímé poškození DNA volnými radikály • ROS (Reactive Oxygen Species) - hydroxylový radikál, singletový kyslík, superoxidový aniont O2-, thiolové radikály • přímá oxidace DNA • vznik organických komplexů CrIII • CrIII tvoří adukty s DNA • vznik DNA-protein crosslinks

7. Epidemiologické studie • populační studie s cílem najít kauzální vztah mezi expozicí toxické látce a daným škodlivým účinkem • zkoumají jak se zvýší riziko onemocnění (smrti) v zasažené populaci v porovnání s identickou (věk, poměr pohlaví, sociální status) populací, která je nezasažená Toxikologie šestimocného chrómu • toxikologie CrVI je závislá především na rychlosti a míře redukce na CrIII • toxicita značně ovlivněna místem vstupu CrVI do organismu • toxicita ovlivněna velikostí dávky CrVI a frekvencí kontaktu REDUKČNÍ KAPACITA TKÁNÍ Inhalační toxicita A) problémy v místě kontaktu • krátkodobá expozice vyšším koncentracím - podráždění až poleptání nosní sliznice, vředy, perforace nosní přepážky • podráždění už při koncentraci 2 g.m-3 • stovky epidemiologických studií potvrzují že opakovaná inhalační expozice CrVI je příčinou zvýšeného výskytu rakoviny plic - podle IARC karcinogen třídy I B) systémová toxicita • diskuse o schopnosti CrVI proniknout do organismu před kompletní redukcí • výsledky epidemiologických studií nejednoznačné (bude diskutováno dále)

8. „Chrome holes““ Toxikologie šestimocného chrómu Dermální toxicita A) problémy v místě kontaktu • vznik kontaktních dermatitid (alergie IV typu) • vznik tzv. „chrome holes“ B) systémová toxicita • diskuse o schopnosti CrVI proniknout do organismu před kompletní redukcí Orální toxicita • k požití koncentrovaných (%) roztoků CrVI dochází zřídka - poleptání sliznic • při koncentracích > 200 mg/L - gastritida, nefrotoxicita, hepatotoxicita • karcinogenní účinek v důsledku dlouhodobé expozice nízkým koncentracím CrVI je otázkou redukční kapacity prostředí a organismu - bude diskutováno dále

9. Kdo je kdo? Kdo je kdo Kdo je kdo Dennis Paustenbach Ph.D. Max Costa Ph.D. Richard M. Sedman • prezident firmy ChemRisk - konzultační činnost v oblasti toxikologie, průmyslové hygieny, epidemiologie a analýzy rizik • zakázky od velkých firem • PG&E (odborný konzultant případu Hinkley) • IBM, Boeing, Chrysler, General Electric, Hawlett Packard, Johnson & Johnson, Monsanto, Shell, ............ • Professor and Chairman -Department of Environmental Medicine, Department of Pharmacology, NYU Cancer Institute, NYU School of Medicine • Associate Director - Environmental Carcinogenesis and Population Studies, Kaplan Comprehensive Cancer Center NYU • California EPA (Environmental Pollution Agency), OEHHA (Office of Environmental Health Hazard Assessment) ? • za Bushovy éry člen National Center for Environmental Health při CDC • člen „Blue-ribbon panel“ - bude diskutováno dále • Education: Ph.D. in Pharmacology and Biochemistry from the University of Arizona Medical School, Tuscon, AZ, in 1976. • Postdoctoral Training: Dr. Costa was a Postdoctoral Fellow at the University of Arizona Medical School in Tuscon, AZ, 1976-77. • a member of the Editorial Board for the NIEHS Environmental Health Perspectives • a member of the Editorial Board for BioMetals and Biological Trace Element Research • a member of the Editorial Advisory Board for “Toxicology and Applied Pharmacology” Academic Background • Ph.D., Environmental Toxicology, Purdue University, 1982 • M.S., Industrial Hygiene, University of Michigan, 1977 • M.S., Counseling Psychology, Indiana State University, (at night), 1978 • Visiting Scientist at the Harvard School of Public Health; Center for Risk Analysis; Boston, MA. A one-year appointment (June, 1996-June, 1997) which included 10 weeks in residence at the college. Účinky CrVI v pitné vodě(Paustenbach vs. Costa a Sedman) Možnosti kontaktu • orální aplikace - pití, vaření,... • dermální aplikace - koupání • inhalační aplikace - vdechování aerosolů ze sprchy, klimatizace apod. Orální aplikace P: redukce CrVI na CrIII vžaludku a krvi zabraňuje distribuci CrVI do ostatních tkání, redukční kapacita lidského organismu umožňuje rychlou kompletní redukci CrVI C: individuální rozdíly, vliv pH a náplně žaludku na absorpci CrVI - kompletní redukce CrVI nemusí proběhnout vždy různá účinnost vstřebávání CrIII a CrVI u zvířat i lidí - CrVI se vstřebává před kompletní redukcí odlišnost biologického poločasu CrIII a CrVI - CrVI vstupuje dovnitř buněk S: při podání CrVI vyšší koncentrace Cr v ledvinách, játrech a slezině než při podání CrIII - CrVI se vstřebává před kompletní redukcí

10. Účinky CrVI v pitné vodě(Paustenbach vs. Costa a Sedman) Orální aplikace P: pouze jedna celoživotní studie na zvířatech sledující vliv CrVI v pitné vodě (Borneff et al., 1968); US EPA RfD = 3.10-3 mg.kg-1.d-1- na základě 1 roční studie (MacKenzie, 1958, IRIS 2002) - obě studie metodicky špatné, oba limity nesmyslně nízké C: voda 500 ppm CrVI žaludeční sondou po dobu 1 roku - nárůst rakoviny žaludku o 1 %, akceptovatelné riziko 1.10-6(Borneff et al., 1968); zvýšení UV-indukované rakoviny kůže pokud pitná voda obsahuje 0,5 ppm CrVI - krátkodobá studie na „hairless“ myši (Davidson et al., 2004) S: citace Borneffa i Davidsona - v případě Borneffa poukaz na možný virový původ zhoubných nádorů, v případě Davidsona vyzdvižen jasný vztah dávka-účinek mezi obsahem CrVI v pitné vodě a zvýšením četnosti UV indukovaných kožních nádorů

11. Účinky CrVI v pitné vodě(Paustenbach vs. Costa a Sedman) Orální aplikace P: převážná většina epidemiologických studií ukazuje, že CrVI v pitné vodě u lidí nezvyšuje riziko vzniku žádného typu rakoviny - všechny studie však trpí vážnými metodologickými nedostatky S: 10 ze 13 primárních studií zabývajících se vlivem p.o. aplikace CrVI na člověka poukazuje na pozitivní genotoxické nálezy v různých tkáních - žádná z těchto studií se nezabývala poškozením DNA v buňkách ústní dutiny pouze 1 epidemiologická studie popisuje zvýšené riziko vzniku nádorů žaludku vlivem přítomnosti CrVI v pitné vodě - Zhang J.D., Li X.L., Chromium pollution of soil and water in Jinzhou, Zhonghua Yu Fang Yi Xue Za Zhi, 21 (5), 262 - 264 (1987) - dále „Zhang 1“ kritika „opravené“ verze - Zhang J.D., Li X.L., Cancer mortality in a Chinese population exposed to hexavalent chromium in water, Journal of Occupational and Environmental Medicine, 39 (4), 315-319, (1997) - dále „Zhang 2“

12. Znásilněná publikace • 1977 nastavuje Kalifornie limit pro celkový Cr v pitné vodě na 50 ppb (OEHHA - Office of Environmental Health Hazard Assessment) - podkladem (Borneff 1968), následuje EPA (Environmental pollution agency) • 1987 - Journal of Chinese Preventive Medicine uveřejňuje práci „Zhang 1“ - souvislost mezi expozicí CrVI kontaminovanou vodou a zvýšeným výskytem rakoviny žaludku • 1993 - „Zhang 1“ přijat jako podklad v řízení Hinkley vs. PG&E • 1995 - Dr. Zhang se stává placeným konzultantem ChemRisku • 1996- uzavření dohody o odškodnění obyvatel Hinkley • 1997 - v americkém časopise JOEM vychází „Zhang 2“ - k vyhodnocení dat použity „nové“ statistické metody, opačné závěry než „Zhang 1“- na vyhodnocení dat a na komunikaci s vydavatelem se prokazatelně podílí ChemRisk • 1999 - Kalifornie zpřísňuje PHG (Public Health Goal) pro celkový Crv pitné vodě z 50 ppb na 2,5 ppb • 2000- film „Erin Brockovich“, obyvatelé Kettleman City v Kalifornii žalují PG&E

13. Znásilněná publikace • 2001- OEHHA žádá University of California at Davis o expertní stanovisko k návrhu normy regulující obsah CrVI v pitné vodě - ustaven „blue-ribbon“ panel jehož členem je i Dr. Paustenbach, dokumenty panelu často citují „Zhang 2“ • Závěr panelu: neexistují relevantní epidemiologické studie ani dlouhodobé studie na zvířatech potvrzující karcinogenitu CrVI v případě dlouhodobé p.o. aplikace v koncentracích odpovídajících těm, které lze nalézt v pitné vodě (při 2mg/L CrVI je voda žlutá) • 2001 - Kalifornie reviduje PHG pro celkový Cr ve vodě - 50 ppb • 2003 - senátní slyšení konstatuje konflikt zájmů v průběhu „blue-ribbon panel“ a zavazuje OEHHA necitovat jeho závěry • 2006 - JOEM konstatuje stažení publikace „Zhang 2“, začíná hlavní líčení v procesu Kettleman City vs PG&E

14. Seznam zdrojů a použité literatury • http://www.ewg.org/reports/chromium/part1.php • http://www.lawbuzz.com/famous_trials/erin_brockovich/ • Paustenbach D.J., Finley B.L., Mowat F.S., Kerger B.D.,Journal of Toxicology and Environmental Health, Part A., 66, 1295 - 1339, (2003) • Costa M., Toxicology and Applied Pharmacology, 188,1-5, (2003) • Costa M., Klein C.B., Critical Reviews in Toxicology, 36,155 - 163, (2006) • Sedman R.M., Beaumont J., McDonald T.A., Reynolds S., Krowech G., Hawd R., Journal of Environmental Science and Health Part C, 24,155-182, (2006) • Egilman D., International Journal of Occupational and Environmental Health, 12,169 - 176, (2006)