UNIVERSITATEA TEHNICĂ “GHEORGHE ASACHI”, IAȘIFacultatea de Inginerie Chimică și Protecția Mediului

Toxicitatea hidrocarburilor aromatice policiclice

și impactul lor asupra sănătății

CONDUCĂTOR ȘTIINȚIFIC: STUDENȚI:

Dr. ing. Irina Volf Dascălu GeorgianaMilia Alina

IAȘI2015

CUPRINSIntroducere.........................................................................................................................1

CAPITOLUL 1: CONSIDERAȚII GENERALE PRIVIND HIDROCARBURILE

AROMATE POLICICLICE..............................................................................................................2

1.1. Evaluarea gradului de expunere.........................................................................2

1.2. Generarea de HAP-uri în timpul procesării şi a gătirii alimentelor...................2

1.3. Toxicitatea cronică şi carcinogenitatea HAP-urilor...........................................2

CAPITOLUL 2: REZULTATELE OBŢINUTE ÎN URMA EVALUĂRII INCIDENŢEI

HIDROCARBURILOR AROMATICE POLICICLICE ÎN UNELE PRODUSE ALIMENTARE

.........................................................................................................................................................3

CAPITOLUL 3. Efectele hidrocarburilor aromatice policiclice.......................................4

Bibliografie......................................................................................................................14

2

Introducere

Hidrocarburile aromatice policiclice (HAP sau PAH), cunoscute și ca hidrocarburi

aromatice polinucleare, sunt hidrocarburi ce constituie o clasă mare de compuși organici care

conțin două sau mai multe nuclee aromatice unite. Naftalina este cel mai simplu exemplu de

HAP.

Aceste “arene polinucleare” se găsesc în uleiuri, cărbuni și gudroane ce provin din

arderea incompletă a combustibililor, în special a celor utilizați în motoarele cu ardere internă

sau din piroliza materialului organic. HAP-urile se formează și în mod natural, prin procese cum

ar fi cel de carbonizare.

Hidrocarburile aromatice policiclice sunt lipofilice. Pe masură ce crește, masa acestor

compuși scade volatilitatea și solubilitatea lor în apă. Datorită acestor proprietăți, HAP-urile sunt

compușii poluanți cei mai des întâlniți în mediu.

Rezultatele cercetării științifice demonstrează că unele hidrocarburi aromatice policiclice

sunt agenți cancerigeni genotoxici pentru om și că nu există un prag identificabil sub care aceste

substanțe nu prezintă risc pentru sănătatea umană.

Efectele hidrocarburilor aromatice policiclice asupra sănătății umane, inclusiv prin lanțul

trofic și asupra mediului, în ansamblul său se fac simțite prin concentrațiile din aerul înconjurător

și prin depuneri. Trebuie să se țină seama de acumularea acestor substanțe în soluri și de

protejarea apelor subterane.

3

CAPITOLUL 1: CONSIDERAȚII GENERALE PRIVIND HIDROCARBURILE AROMATE POLICICLICE

1.1. Evaluarea gradului de expunere

Alimentele pot fi contaminate de HAP-urile din mediu care sunt prezente în aer, sol, apă

sau în timpul procesului de preparare. În zone izolate de activități urbane sau industriale, nivelul

de PAH-uri găsit în alimente neprocesate reflectă gradul de contaminare a mediului, care provine

de la particule din aer care au străbătut distanțe mari sau din emisii naturale, din vulcani și focuri

din păduri. În apropierea zonelor industriale sau de-a lungul autostrăzilor, contaminarea

vegetației este de zece ori mai mare decât în zonele rurale.

Procesarea alimentelor și gătirea la temperaturi ridicate sunt sursele principale de HAP-

uri din alimente.

1.2. Generarea de HAP-uri în timpul procesării şi a gătirii

alimentelor

Procedurile de procesare cum ar fi afumarea, uscarea și gătirea alimentelor sunt

considerate principalele surse de contaminare a alimentelor cu HAP-uri. Deși nu se știu cu

exactitate, sunt diferite mecanisme de formare a HAP-urilor cum ar fi topirea grăsimii care

suferă procesul de piroliză când curg pe sursa de căldură sau procesul de piroliză suferit de

alimente datorat temperaturilor ridicate, peste 200°C.

Contaminarea apei poate duce la ingerarea de HAP-uri prin consumarea de ap sau prin

folosirea ei la gătit.

1.3. Toxicitatea cronică şi carcinogenitatea HAP-urilor

Caracterizarea riscului pentru care majoritatea îl reprezintă HAP-urilor se face prin

evaluarea potențialului lor carcinogen. Un număr mare de HAP-uri au fost demonstrate că au un

efect carcinogen pe animale experimentale. Efectele genotoxice și mutagenice au fost

demonstrate prin cercetări în vitro și în vivo.

Benzo[a]piren-ul când a fost administrat pe cale orală a produs tumori la nivelul tractului

gastrointestinal, ficatului, plămânilor și a glandelor mamare.

4

Dintre celelalte HAP-uri testate pentru potențialul lor carcinogen datorat administrării pe

cale orală, au produs tumori la nivelul tractului gastrointestinal, plămânilor și ficatului.

CAPITOLUL 2: REZULTATELE OBŢINUTE ÎN URMA EVALUĂRII INCIDENŢEI HIDROCARBURILOR AROMATICE POLICICLICE ÎN

UNELE PRODUSE ALIMENTARE

În figura 1 este prezentată repartizarea concentrației mediei totale de HAP-uri pentru

diferite preparate din carne şi materii prime.

Fig. 1 – Valoarea totală de HAP-uri în diferite probe alimentare [μg/kg]

Concentrațiile semnificativ mai scăzute s-au obținut în probele supuse afumării la rece

în comparație cu probele afumate la cald.

5

CAPITOLUL 3. Efectele hidrocarburilor aromatice policiclice

Potențialul de a cauza efecte negative asupra sănătății este direct legat de dimensiunea

particulelor; acestea trec prin nas și gât și pătrund în alveolele pulmonare, provocând inflamații

și intoxicări. Sunt afectate în special persoanele care respiră mai mult pe gură, ocolind practic

filtrul natural din nas. Copiii sunt în mod deosebit vulnerabili, deoarece țesutul pulmonar care se

dezvoltă în copilărie este mai sensibil. Expunerea pe termen lung la o concentrație scăzută de

pulberi poate cauza cancer și moartea prematură.

Prin anumite procedee industriale, prin deșeurile menajere și prin combustia

carburanților în aer sunt eliminate metale toxice, sub formă de particule, precum plumb (Pb),

cadmiu (Cd), arsen (As) și mercur (Hg). Metalele se acumulează ȋn organism și provoacă efecte

toxice de scurtă și/sa e renale, hepatice și respiratorii.

Una dintre cele mai comune expuneri umane la asfalt este prin inhalare. Gâtul și iritarea

ochilor, u lungă durată. Ȋn cazul expunerii la concentrații ridicate, ele pot afecta sistemul nervos,

funcțiile erupțiile cutanate, oboseala, durerile de cap si tusea sunt unele dintre cele acute.

Expunerea cronică de vapori de asfalt inhalat poate duce la boli pulmonare. Expunerea prelungită

de vapori la nivelul pielii poate provoca o schimbare de pigment făcută mai vizibil prin

expunerea la soare. Cercetările efectuate de către “Institutul Național pentru Securitate și

Sănătate în Muncă” arată că produsele care conțin asfalt sunt cancerigene pentru animalele de

laborator.

Anumite tipuri de asfalt pot fi foarte inflamabile și pot duce la explozii sau incendii, mai

ales la cald. Arsurile sunt leziuni susținute la locul de muncă, în cazul în care se utilizează asfalt

fierbinte.

Hidrocarburile policiclice aromatice – Substanțe toxice

Se prezinta sub diverse forme, cum sunt hidrocarburile aromatice (de exemplu, xilenul

și toluenul), cele halogenate (de exemplu, tetraclorura de carbon și tricloretanul) sau cele

obținute prin distilarea petrolului (benzina, diluanții, uleiurile minerale, kerosenul și

combustibilii ușori).

Toate hidrocarburile deprimă SNC și sunt iritanți la nivel gastrointestinal și pulmonar.

Ele se absorb rapid după inhalare sau aspirație pulmonară. Cele aromatice și halogenate se

absorb, fiind toxice pentru cord, ficat și rinichi. Hidrocarburile aromatice pot inhiba măduva

6

osoasă și pot afecta musculatura scheletică. Hidrocarburile obținute prin distilare sunt slab

absorbite consecutiv ingestiei.

Manifestări toxice

Hidrocarburile produc simptome de excitație a SNC în doze reduse și deprimarea SNC

în doze mari. Rareori se produc comă și convulsii. Inhalarea cronică poate duce la psihoză,

atrofie cerebrală, encefalopatie și neuropatie periferică.

Alte efecte constau în greață, vărsături, durere abdominală, hepatită, acidoză tubulară

renală, insuficiență renală sau hepatită acută, rabdomioliză. Inhalarea hidrocarburilor poate

produce moarte subită, prin afectarea miocardului și fibrilație ventriculară. După ingestie se

produc arsuri ale cavității bucale și ale faringelui și esofagului, care duc la greață, vărsături,

diaree. Aspirația în plămâni poate apărea ca rezultat al vărsăturilor și cauzează pneumonie de

aspirație. Dacă există aspirație, examenul radiologic toracic evidențiază infiltrate, atelectazii,

revărsate lichidiene, pneumotorax și pneumatocele. Acidoza tubulară renală cu scăderea serică a

bicarbonatului, calciului, fosforului și potasiului poate fi consecința inhalării de hidrocarburi

aromatice, în mod cronic.

Ingestia hidrocarburilor aromatice și halogenate necesită lavaj gastric de urgență. Este

contraindicată inducerea vărsăturilor, iar cărbunele medicinal este controrsat. Deoarece ingestia

altor tipuri de hidrocarburi este improbabilă în determinarea toxicității sistemice și deoarece

riscul aspirației în timpul decontaminării gastrice este mai mare decât beneficiul potențial,

decontaminarea este contraindicată pentru aceste ingestii de substanțe. Terapia de susținere

include administrarea oxigenului, suport respirator, monitorizare hepatică, renală și cardiacă.

Anomaliile meolice trebuie corectate și pacienții cu pneumonii de aspirație ar trebui monitorizați

pentru o posibilă suprainfecție bacteriană. Glucocorticoizii sunt ineficienți.

Fumul de țigară

Fumul de țigară este rezultat prin arderea tuturor acestor ingrediente și este un amestec

foarte complex de substanțe chimice. Cercetările au identificat peste 7000 de substanțe chimice

în tutun și în fumul de țigară. Dintre acestea, peste 70 sunt cunoscute a fi cancerigene.

Enumerăm câteva dintre ele:

Gudron - lichid vâscos, ce conține majoritatea substanțelor cancerigene;

Benzen - solvent industrial, ce provine din petrolul brut;

7

Arsenic - cunoscut în special drept cauza cancerului de piele și cancerului

pulmonar. Se pare că arsenicul de pe frunzele de tutun este unul dintre

principalii agenți cancerigeni din țigări;

Cadmiu - utilizat pentru fabricarea bateriilor;

Formaldehida - utilizată pentru conservarea cadavrelor;

Poloniu-210 - element radioactiv;

Crom - utilizat pentru fabricarea vopselelor și a aliajelor;

1,3-butadiena - utilizată pentru fabricarea cauciucului;

Hidrocarburile aromatice policiclice;

Acroleina – folosită în trecut drept armă chimică.

Concentrația substanțelor chimice din fumul de țigară

Majoritatea substanțelor periculoase din fumul de țigară se găsesc în niveluri scăzute.

De-a lungul lunilor și anilor, acestea se acumulează în organism, ajungând la cantități ridicate.

Din acest motiv, riscul de cancer și alte boli cresc, odată cu cantitatea de tutun consumată zilnic

și cu numărul anilor în care persoana fumează. În comparație cu nefumătorii, în sângele

fumătorilor se găsește:

de 2 ori mai mult cadmiu;

de 4 ori mai mult poloniu-210 radioactiv;

de 10 ori mai mult benzen;

de 10 ori mai mult arsenic.

Substanțele prezente în fumul de țigară pot fi mai periculoase atunci când sunt asociate.

Ele pot interacționa între ele, crescând în mod suplimentar riscul de cancer. Astfel, unele

substanțe din fumul de țigară afectează direct ADN-ul celular, inclusiv genele care protejează

împotriva cancerului. Printre aceste substanțe se numără:

benzo(a)pirenul;

poloniul-210;

benzenul;

acroleina;

nitrozaminele.

Efectul acestora este agravat de alte substanăe. Arsenicul, cadmiul și nichelul afectează

capacitatea organismului de a repara ADN-ul deteriorat.

8

Constituienții fumului de țigară

Gudronul este prezent în fumul de țigară. Este un reziduu negru și vâscos, compus din

sute de substanțe chimice, dintre care numeroase sunt considerate cancerigene. Printre acestea, se

numără în special hidrocarburile aromatice policiclice, aminele aromatice și compușii anorganici.

Arsenicul este una dintre cele mai periculoase substanțe din țigări. Poate cauza cancer și

afecta inima și vasele de sânge. Cantități mici de arsenic se pot acumula în organismul

fumătorilor, iar în decursul anilor, concentrația devine tot mai mare. Pe lângă efectele directe,

arsenicul poate agrava și efectele altor substanțe chimice. Peștele și fructele de mare sunt o sursă

alimentară de arsenic, dar într-o formă mai puțin toxică și mai ușor de îndepărtat din organism.

În schimb, fumul de țigară conține arsenic într-o formă mai periculoasă.

Nicotina este substanța prezentă în mod natural în frunzele de tutun și este responsabilă

de dependența de tutun. Ea afectează sistemul cardiovascular și endocrin.

Monoxidul de carbon se găsește în fumul de tutun, din cauza combustiei incomplete. El

reduce capacitatea globulelor roșii de a transporta oxigenul la țesuturi; inima, creierul și mușchii

scheletici necesită cea mai mare cantitate de oxigen și sunt prin urmare cele mai afectate de

efectele monoxidului de carbon.

Formaldehida este o substanță cu miros iritant, folosită pentru distrugerea bacteriilor,

conservarea cadavrelor și pentru fabricarea altor substanțe chimice. Este una dintre substanțele

prezente în fumul de țigară ce prezintă cel mai mare potențial de afectare a plămânilor și căilor

respiratorii. Fumul de țigară este una dintre principalele surse de expunere la formaldehidă.

Locurile în care se fumează prezintă un nivel de 3 ori mai mare de formaldehidă decât în mod

normal.

Acidul cianhidric este considerat drept unul dintre agenții cei mai toxici ce se găsesc în

fumul de țigară. Numeroase efecte toxice pe termen lung și scurt ale fumului de țigară pot fi puse

pe seama acestei substanțe. Expunerea frecventă la concentrații mici de acid cianhidric

antrenează o slăbiciune generală, dureri de cap, grețuri și vărsături, creștere a ritmului respirator

și iritarea ochilor și a pielii.

Benzenul este un solvent utilizat în producerea altor substanțe, printre care benzina. Este

dovedit că benzenul poate cauza unele forme de cancer, în special leucemia. Fumul de țigară

conține o mare cantitate de benzen și este responsabil în mare parte de expunerea la această

9

toxină. Fumatorul obisnuit inhaleaza de 10 ori mai mult benzen decat un nefumator. Unele studii

arata ca inhalarea de benzen prin fumatul pasiv de-a lungul vietii poate creste riscurile de cancer.

Cadmiul este un metal utilizat in special pentru fabricarea bateriilor. Cea mai mare parte

a cadmiului din organismul uman provine de la expunerea la fumul de țigară. Cantitatea de

cadmiu din sângele fumătorilor este de două ori mai mare decât cea din sângele nefumătorilor.

Conform studiilor, cantitatea de cadmiu prezentă în fumul de țigară poate afecta sănătatea;

expunerea la această substanță este o cauză recunoscută a cancerului, dar poate afecta rinichii și

pereții arterelor.

Poloniul este o substanță radioactivă rară, ce emite un tip de radiații foarte dăunătoare.

Fumul de țigară conține urme de poloniu, ce se depun în căile respiratorii și emit radiații direct

către celulele învecinate. Plămânii unui fumător sunt de 4 ori mai expuși la poloniu decât cei ai

unui nefumător. Un studiu estimă că o persoană care fumează un pachet și jumătate de țigări pe

zi, este expusă la o doză de radiații egală cu doza emisă în cazul unei persoane ce efectuează 300

radiografii toracice cu raze X pe an.

Fig. 2 – Constituienții fumului de țigară

10

Fig. 3 – Constituienții fumului de țigară

11

Fig. 4 – Compoziția chimică a țigării

12

Fig. 5 - Toxinele

Printre hidrocarburile policiclice aromatice trebuie amintite și cele care au structuri

substituite și nesubstituite cu catene laterale de tip alchil. Uneori, petrolul crud, reversat

accidental pe sol sau în ape, poate fi una dintre surse. Astfel, aceste hidrocarburi, așa de

răspândite, unele toxice sau cu potențial cancerigen, ori mutagen le găsim în alimentele noastre,

direct sau indirect, prin ciclul trofic vegetal:

animal;

om (cantitățile sunt, în general, neglijabile, în afară de unele situații speciale

accidentale).

Prezența lor directă în alimente este urmare și a felului de preparare a acestora, în

special a cărnii, peștelui, brânzeturilor etc.

13

Afumarea acestor preparate și/sau prăjirea lor, fac ca ele să se impregneze cu substanțe

din această grupă de hidrocarburi policiclice aromatice rezultate din arderea lemnului, a

cărbunelui sau din posibila piroliză cu modificarea structurii unor proteine și a descompunerii

grăsimilor (cu care se unge grătarul de prăjit, "barbeque").

Prezența lor indirectă, uneori apreciabilă, în alimente (legată de surse poluante din

industria alimentară, dar și din nutriția noastră obișnuită) apare în legume, în came, în derivate

ale laptelui etc. și, mai ales, în produsele afumate, care, prin ciclul trofic amintit, le găsim, apoi,

în organismul nostru.

Contactul mai direct al alimentelor ce conțin aceste hidrocarburi cu tractul gastro-

intestinal, face ca prezența unor localizări, cancerul stomacului, al intestinului, mai ales al

colonului și cancerul ficatului să fie dintre cele mai frecvente la populațiile care, tradițional,

consumă preparate afumate (came, pește), cum este în Japonia, Islanda, Țările Baltice, zonele

pescărești din insulele și de pe țărmurile mărilor și oceanelor.

Din păcate, dar inadmisibil pentru ființa umană, în mod voluntar, acest cancerigen

poluează și prin țigară consumat, de unii, “cu plăcere”.

Prin riscul crescut al cancerului plămânului și al căilor respiratorii superioare, această

realitate trebuie pusă în fața fumătorilor, ca o mare responsabilitate pentru ei, pentru familiile lor

și pentru descendenții lor.

De asemenea, la populația agricolă, mai ales la fermierii care consumă carnea, peștele și

brânzeturile preparate prin afirmare (o tradiție, de fapt, la multe popoare), cancerele amintite sunt

mai frecvente.

De remarcat că în procedeele industriale de afirmare a acestor preparate, concentrația în

benzo(a)piren este mult mai scăzută decât în procedeele gospodărești.

În același timp, adăugarea de nitrați și nitriți la conservarea cărnii și, apoi, afirmarea ei,

mărește concentrația în aceste hidrocarburi cu potențial cancerigen.

Nu trebuie să subestimăm aportul apei sau al aerului în contaminarea organismului

nostru cu acest cancerigen consacrat.

Trebuie să amintim că o serie de hidrocarburi și o serie de produși toxici din petrol și

din biodegradarea lui (fenoli, acizi etc), ba chiar și acest benzo(a)piren, pot ajunge (prin

neglijență de prevenție sanitară sau accidentală) în organismul nostru, prin releul trofic al

alimentelor.

14

O altă sursă de poluare cu hidrocarburi este consumul de pești, raci, melci, alte cochiaje,

moluște ce se hrănesc din mări și oceane și care au înmagazinat în ei derivații din petrolul care a

fost deversat, accidental, din tancurile petroliere naufragiate.

Ce să mai spunem despre unele plaje din lume, astfel poluate (în multe cazuri, nefiind

supravegheate, controlate și anunțate corespunzător), acolo unde turiătii nu sunt avertizați în

prinvința pericolului folosirii acestor ape pentru înot și scăldat?

Iată, unele din aceste relee nedorite, în care sunt prezenți cancerigeni, mutageni și alți

agenți toxici legați de riscul în cancer!

15

Bibliografie

www.sciencedirect.com

www.usepa.com

www.springerlink.com

www.elservier.com

16