Poluarea apelor cu pesticide

TOXICITATE

Apa reprezinta sursa de viata pentru organismele din toate mediile. Activitatile antropice au provocat schimbari topografice si de clima ce au avut puternice repercursiuni asupra mediului, unele positive (impaduriri, indiguiri) si altele negative (defrisari, asanari, eroziunea solului, etc.).

Calitatea apei a inceput din ce in ce mai mult sa se degradeze suferind modificari de ordin fizic, chimic si bacteriologic. Influenta negativa a calitatii se datoreaza apelor reziduale industriale si urbane, poluarii de origine agricola constand din insecticide si fungicide extreme de toxice, de ingrasaminte si reziduuri de origine animala.     Fenomenul de aparitie a unor factori perturbatori ai mediului si de producere a dezechilibrelor ecologice a fost denumit poluare.

Poluant este socotit orice factor natural sau produs de am, care provoaca discomfort, sau are actiune toxica asupra organismelor si/sau degradeaza componentele abiotice ale mediului, producand dezechilibre ecologice. In present, poluarea este o problema internationala a omenirii, deoarece poluantii au atins valori mari, perturbatiile sunt puternice si transfrontiere.

Efectele cele mai toxice le produc nitratii, fluorurile, metalele toxice, detergentii, pesticidele, reziduurile radioactive.

Curand au inceput sa iasa la iveala defectele lor printre care stabilitatea deosebita fata de procesul de descompunere si tendinta de a se concentra in lanturile trofice care duc in final la om.

Astazi, rezistenta la descompunere, proprietatile epoxidice, cancerigene sau pur si simplu tendinta de acumulare in organismul animal sunt mai temute decat toxicitatea acuta, lesne controlabila.

In legatura cu aceasta, pe plan mondial s-a conturat tendinta ca unele produse cu toxicitate scazuta, dar cu mare stabilitate si cu posibilitatea de a se acumula in solventi organici sa fie inlocuite sau limitate in folosinta; in acelasi timp au fost utilizate masiv substante foarte toxice, dar mult mai usor descompuse de factori de mediu. Este cazul classic al inlocuirii insecticidelor organo-clorurate ( relative putin toxice, dar foarte stabile) cu insecticidele organo-fosforice, atat de toxice incat initial au fost propuse ca gaze de lupta. Un alt caz il prezinta ingrasamintele azotate considerate multa vreme absolute inofensive.

In ape ca si in sol, insecticidele organo-fosforice au dovedit si ele o stabilitate mai mare decat s-a produs initial. Leoni le-a gasit in toate apele din Italia, fapt deosebit de ingrijorator daca tinem seama de toxicitatea lor foarte ridicata. Toate acestea plaseaza, intr-un context mai larg, omenirea intr-o "criza ecologica".

Cauzele aparitiei poluarii pot fi sintetizate astfel:

-utilizarea haotica a resurselor naturale;

-acumulari in mediu de substante neutilizabile;

-aparitia de substante noi la care ritmul de consum si reciclare de catre organisme este mult inferipor ritmului de aparitie;

-cresterea demografica vertiginoasa, in special in ultimele 2 secole;

-dezvoltarea intense a industriei, transporturilor si agriculturii;

-aparitia centrelor urbane suprapopulate

Tipurile de poluare ale apei sunt:

-suspensiile de steril din exploatarile miniere, din cariere;

-deseurile de carne, oase, copite, sange de la abatoare;

-fibrele de lemn, celuloza, rumegus de la intreprinderile de industrializare a lemnului;

-substantele chimice extreme de diversificate provenind din majoritatea industriile si din gospodarii;

-substantele organice si reziduurile biologice constand din excremente, gunoaie;

-resturile din industria alimentara;

-ape impurificate cu pesticide provenite din agricultura;

-ape fierbinti impurificate din industrie si uzine termoelectrice;

-microorganisme patogene din spitale, crescatorii de animale, locuinte, stranduri;

-substante radioactive din atmosfera rezultate in urma exploziilor nucleare si din laboratoarele de cercetari cu izotopi radioactivi;

-produse petroliere de la foraj-extractie, de la rafinarii, uzine petrochimice, de la transporturi navale si auto, din conductele de transport,etc. (M.Barnea,C.Papadopol,1975).

Clasificarea poluantilor:   

2.1. Poluanti de natura fizica:

depunerile radioactive;

ape folosite in uzine atomice;

deseuri radioactive;

ape termale;

lichide calde provenite de la racirea instalatiilor industriale sau a centelor termoelectrice si atomo - electrice.

2.2. Poluanti de natura chimica:

Mercurul provenit din:

deseuri industriale;

inhalarea vaporilor ca urmare a unor scapari accidentale determinate de deteriorarea unor termometre sau tuburi fluorescente;

ingerarea accidentala de compusi anorganici;

deversarile unor uzine producatoare de fungicide organomercurice

Azotatii proveniti din:

ingrasaminte chimice;

detergenti;

pesticide organofosforice.

Cadminiul provenit din:

ape in care sau deversat reziduuri de cadminiu;

aerosoli.

Plumbul provenit din:

evacuarile uzinelor industriale;

gazele de esapament ale autovehiculelor;

manipularea gresita a tetraetilplumbului folosit ca activ antidetonant la benzina.

Zincul provenit din:

apa sau bauturi cu continut de zinc;

ingerarea accidentala a unor saruri sau oxizi ai acestuia (vopsele);

dizolvarea de catre solutii acide a zincului din vase, din deseuri sau scapari industriale

Hidrocarburile provenite din:

gazele de esapament ale autovehiculelor;

scurgerile de titei;

arderea incompleta a combustibililor fosili (carbuni, petrol si gaze naturale);

arderea incompleta a biomasei (lemnul, tutunul);

fumul de tigara.

Pesticidele     provenite din:

apele reziduale de la fabricile de produse antiparazitare;

pulverizarile aeriene;

spalarea acestor substante de catre apa de ploaie de pe terenurile agricole tratate;

detergenti.

2.1. Poluanti de natura biologica:

microorganismele patogene;

substantele organice fermentescibile.

Populatia, organismul sau resursele care sufera actiunea poluanta se denumesc tinte sau receptori. Cantitatea de agent poluant care ajunge la tinta reprezinta expunerea. Din expunere rezulta un risc, deci aparitia cu o mare probabilitate a efectelor nedorite.

Adaptarea omului si a vietuitoarelor la poluare se numeste aclimatizare si este limitata de capacitatea de autoaparare. Asa se explica modificarile genetice si functionale sau disparitia speciilor.

Diversitatea agentilor poluanti este foarte mare, dupa procesul prin care rezulta (industrie, transport, agricultura, activitati menajere sau din natura), dupa numarul si complexitatea substantelor participante.

Agentii poluanti se pot caracteriza prin:

-limita de concentratie, pentru care o substanta poate prezenta un effect poluant. Se mai numeste si concentratie maxim admisa. Limitele de concentratii sunt diferite, in functie de natura poluantului, de natura producatorului si de tara de emisie. Unii poluanti pot prezenta toxicitate pentru organisme, deci producerea de efecte acute, manifestate la timp scurt dupa contactul organism-agent poluant, sau de efecte cornice, manifestate pe o durata mare de timp, de la expunere. In afara de concentratia maxim admisa, acesti poluanti se caracterizeaza prin : doza letala, concentratie letala sit imp letal.

Doza letala este data de cantitatea maxima de substanta ce poate omora 50% din animalele experimentate, dupa 14 zile. Se noteaza DL 50, si se exprima in mg/kg corp. poate fi orala sau dermala, dupa modul in care se ajunge in contact cu poluantul.

Concentratia letala reprezinta concentratia substantei in solutie apoasa ce provoaca moartea a 50% din populatia acvatica, dupa o expunere de 24-96 ore. Se noteaza CL 50/24.96 si se exprima in mg/l.

Timpul letal este durata in ore in care toxicul de o concentratie data este letal pentru 50% dintr-o populatie imersata.

2. Definirea notiunii de doza

Doza este factorul cel mai important care determina toxicitatea unei substante. Reprezinta cantitatea de substanta raportata la greutatea corporala care, introdusa in organism, produce un efect bine determinat, exprimat prin modificari metabolice reversibile sau morfo-fiziologice ireversibile. In cazul ingestiei de substante toxice, trebuie facuta distinctia intre doza ingerata si doza absorbita, respectiv cantitatea de toxic patrunsa in sange, lichidul interstitial si celule.

Substanta poate fi administrata intr-o doza unica (doza globala) sau fractionat. Exista mai multe modalitati de exprimare a dozei: cantitate de substanta/kg masa corporala, cantitate de substanta/masa corporala totala sau cantitate de substanta/unitate de suprafata corporala.

3Tipuri de doze

In practica toxicologica exista mai multe categorii de doze, care se stabilesc in functie de efectele toxice pe care le produc substantele administrate unor organisme vii.

Doza toxica reprezinta cantitatea de substanta capabila sa determine efecte toxice.

Doza letala (DL) reprezinta doza care exprima toxicitatea acuta a substantelor care patrund in organism pe cale orala sau parenterala - cantitatea minima de substanta care provoaca moartea unui animal adult. Acest tip de doza se stabileste experimental pe loturi de animale si indica procentul de letalitate intr-un timp dat (de la 1 la 100) de regula se exprima in mg/kg corp. Variatiile mari de raspuns individual la administrarea de doze letale dintr-o substanta au impus introducerea mai multor categorii de DL, in functie de procentajul de animale omorate:

Ø     DL₀ (DMT) - doza maxima tolerata (se produc efecte toxice grave, dar nu letale)

Ø     DL₅ (DLM) - doza letala minima (cantitatea minima care omoara un singur animal din lot)

Ø     DL₅₀ (DML) - doza medie letala

Ø     DL₇₅ (DF) - doza fatala

DL₁₀₀ (DLA) - doza letala absoluta.

Notiunea de toxic este asociata indispensabil cu cea de doza sau de concentratie. Deci orice poluant a carui doza sau concentratie depaseste nivelele maxime naturale, apreciate ca fiind naturale, poate fi considerat toxic.

Toxicologia se bazeaza pe faptul ca exista o relatie intre reactia la toxic (raspuns) si cantitatea de toxic la care a fost supus organismul (doza). Un principiu importanta al acestei relatii este ca in majoritatea cazurilor exista o valoare a dozei sub care nu se inregistreaza nici un raspuns sau nu poate fi masurat. Un al doilea principiu important este acela ca daca valoarea dozei este maxima, orice crestere peste aceasta nu determina o cresterea a efectului (fig. 5)

Fig. 5 Reprezentarea relatiei doza-efect

Nu se observa nici un efect

2 Cresterea efectului odata cu cresterea dozei

3 Efect maxim

Pentru toate tipurile de toxicitate cunoasterea relatiei doza - raspuns reprezinta o parte importanta a cunoasterii relatiei cauza - efect intre expunerea la substanta chimica si consecintele acesteia. Dupa cum spunea Paracelsus:"doza corecta face diferenta intre otrava si remediu". Este important de retinut ca toxicitatea unei substante chimice este o calitate inerenta a acesteia si nu poate fi modificata fara modificarea structurii substantei. Efectele toxice asupra unui organism sunt in stransa legatura cu timpul de expunere.

Gradul de persistenta in mediu difera de la poluant la poluant si poate fi influentat de conditiile meteo. Timpul de stationare (sau de persistenta) in mediu poate fi scurt sau lung de cativa ani. De exemplu, CO persista 2-3 ani in atmosfera, freonii-100 ani, fierul-100 ani. In acest timp, poluantii se concentreaza, se amesteca, interactioneaza intre ei si cu mediul, atragand efecte deosebite asupra biocenozelor.

Influentele reciproce dintre poluanti pot fi multiple si analiza lor se efectueaza la lansarea de noi produse, la amplasarea de noi unitati economice, la stabilirea masurilor de protectie a mediului. Se pot abserva urmatoarele efecte in cazul prezentei mai multor poluanti intr-o zona:

-efecte sinergetice, deci o amplificare a efectelor poluante, mai mare decat simpla insumare a efectelor individuale ale poluantilor. exemplu: ploile acide produc la plante, vietuitoare, om si constructii, efecte nocive mai puternice decat gazelle uscate sau apa, luate separate.

-efecte antagonice, respective anihilarea reciproca a efectelor poluante intre agentii poluanti. De exemplu, unagent economic elimina apa acida altul apa bazica in acelasi rau.

-anergism, respective lipsa unor influente reciproce intre actiunile poluantilor. In mediu exista aruncate mase plastice, lemn, materiale ce nu se influenteaza.

-eutrofizare, intensificarea poluarii secundare. In ape cu circuit ridicat de azot si fosfor si sub influenta caldurii prolifereaza vegetatia, producand scaderea continutului de O2 din apa, reducerea faunei.

Agentii poluanti actioneaza diferentiat asupra organismelor vii. Natura poluantilor, prezenta lor in amestec, concentratia lor, influentele lor reciproce si durata de actiune constituie o prima grupa de influente. Conditiile in care are loc poluarea, deci temperature, umiditatea, relieful, viteza de deplasare a poluantilor, etc. produc asupra organismelor efecte differentiate. O a treia grupa de influente este legata de componentele biocenozei si de caracteristicile lor ca : natura si numarul speciilor, varsta indivizilor, starea lor de sanatate, particularitatile lor, rezistenta la factori de mediu, etc.

Unii poluanti nu sunt metabolizati intr-un lant trofic si nici eliminate din organism, deci se pot acumula in organismele consumatorilor, producand Fenomenul de amplificare biologica. Poluantul poate ajunge la valori ce produc imbolnaviri si chiar decese.

Ingrasamintele si pesticidele din agricultura produc poluari difuze in apele de suprafata si in cele subterane. Ele pot produce degradarea totala a surselor naturale de apa. apele de irigatii aduc in sol poluanti proveniti din orase si industrii. La evacuarea lor de pe campuri antreneaza ingrasamintele, pesticidele, germenii patogeni, ouale de paraziti, reziduurile organice, etc.

Un mare pericol ce vine din partea agriculturii pentru poluarea apelor naturale sunt pesticidele. In cadrul lor, insecticidele, acaricidele, ierbicidele, fungicidele, algicidele sunt in majoritate compusi organici cu fosfor, sulf, clor, iod, brom etc. aplicate, ele distrug sau imputineaza micozele bacteriozele, virozele si daunatorii, dar au un effect extreme de nociv asupra vietii in general. Aceste substante antrenate de apa de siroire a precipitatiilor ajung in rauri, fluvii, mari. Ele au effect toxic asupra fondului piscicol, asupra vanatului sau asupra animalelor domestice care se adapa cu apa si in final asupra omului, prin concentrarea substantelor in cadrul lantului trofic.

Sursele de poluare a apelor sunt multiple. Numeroase cursuri de apa si lacuri din multe tari au un grad avansat de poluare, iar in unele tari nu exista decat o microflora caracteristice, pestii lipsind. In Franta 5000 km de cursuri de ape sunt in permanenta poluate cu deseuri industriale, din ele fiind in situatie poluanta foarte dificila Sena si Meusa. In Sena sunt evacuate zilnic din Paris 1000000 metri cubi ape uzate; Tamisa primeste zilnic 1,200 miliarde metri cubi ape uzate. In Suedia, in 10 mii de lacuri nu mai exista nici un    peste din cauza poluarii. Se cauta masuri stiintifice de combatere a poluarii. Raurile din Romania, Rusia, Suedia sunt destul de poluate.

Multi cercetarori au constatat ca barajele, deci opririle unor cursuri de apa vor influenta profound si negativ asupra populatiei piscicole a unui rau sau parau; dimpotriva, lucrarile de ameliorare cum ar fi saparea de canale pentru aprovizionarea baltilor cu apa curgatoare, favorizeaza reeproducerea, cresterea si chiar existenta pestilor intr-un bazin.

Schimbarea chimismului apei este totdeauna negativ, datorita produselor industriale sau ale canalizarii marilor centre populate. In aceste cazuri, apa capata un anumit grad de toxocitate si devine o apa poluata.

Substantele toxice din apa sunt foarte variate si actioneaza asupra pestilor pe mai multe cai:

-unele dintre ele (acizi, produse petrolifere) ataca branchiile si tegumentul impiedicand functiile respiratory si excretory;

-altele (aldehida formica, chloroform) omoara pestele prin actiunea fiind absorbite prin branhii si organelle externe;

-unele substante intoxica pestele pe cale digestiva (compusi arseniacali).

Gradul de toxocitate difera de la substanta la substanta si dupa specia de peste . Cateva cifre referitoare la concentratia toxica a unor substante ce se gasesc in apele industriale sunt reprezentate mai jos:

Acid fenic.....1mg/l apa

Acid tanic....10mg/l apa

Acid sulfuric...130 mg/l apa

Acid acetic...348 mg/l apa

Cianura de potasiu.....0,27mg/l apa

Sulfat de cupru.......1 mg/l apa

Hydrogen sulfurat.....3-5 mg/l apa

Permanganat de potasiu..10 mg/l apa

Amoniac.........7,8-10 mg/l apa.

Pesticidele sunt substante chimice, utilizate in agricultura pentru distrugerea daunatorilor sau sunt regulatori de crestere, antractanti si repelanti. Aceste substante se utilizeaza pentru protectia materialelor si a produselor stocate, pentru combaterea agentilor de raspandire a bolilor umane si animale, cu exceptia medicamentelor.

Pesticidele se folosesc singure sau in amestec. Dupa natura lor prezinta toxicitati diferite. Au continuturi diferite in substanta active si impurificatori, in functie de procesul tehnologic de obtinere. Ele pot genera produsi toxici in urma unor procese metabolice. Actiunea lor poluanta cuprinde toate trei mediile, aer, apa, sol, circulatia lor efectuandu-se prin intermediul vietuitoarelor, apei si aerului.

Din cantitea aplicata de pesticid doar o mica parte actioneaza, restul pierzandu-se in sol, in aer sau pe plante. De exemplu, la fungicide actioneaza doar 3 % din cantitatea imprastiata, la ierbicide doar 5-40% ec. Toxicitatea pesticidelor se exprima prin doza letala. Efectele toxice sunt diferite, in functie de natura si concentratia pesticidului aplicat. Astfel, ierbicidele au un effect toxic lent, iar insecticidele si fungicidele un effect mai rapid. Pesticidele s-au incadrat in patru grupe de toxicitate, prezentate in tabelul urmator:

Clasificarea pesticidelor in grupe de toxicitate

Toxicitatea poate fi definita ca "proprietatea unei substante de a produce o alterare intr-un mediu biologic (Fogleman, 1963) sau ca "reactiile care impiedica procesele metabolice celulare fara sa le blocheze complet" (Ingols, 1955).

Cercetarile intreprinse in numeroase tari pentru cunoasterea efectelor produse de substantele toxice asupra organismelor acvatice si in acelasi timp pentru prevenirea intoxicarii bazinelor de apa , cu toate consecintele posibile, au dus la aparitia unei noi stiinte, toxicologa acvatica.

In cazul organismelor acvatice, prin substante toxice se inteleg "substante exogene sau endogene care actioneaza pe cale chimica, in cantitati mici, producand tulburari ale functiilor vitale". Aceasta definitie precizeaza, in primul rand, ca este vorba nu numai de substante exogene, introduse din mediul acvatic, ci chiar de substante toxice secretate de unele organisme inferioare, cum sunt bacteriile, unele protozoare, alge etc. Apoi este vorba de o actiune chimica, insa, pentru o astfel de actiune, substantele respective trebuie sa fie solubile in apa. Complet netoxice sunt numai substantele insolubile (SCHAPERCLAUS, 1954). In acest caz trebuie aratat ca unii compusi socotiti a fi virtual insolubili in apa si care au totusi o solubilitate suficienta ar avea o actiune toxica asupra organismelor acvatice.

4. Interactiunea substantelor toxice - cunoasterea actiunii nocive a substantelor toxice are o importanta deosebita

Doua substante toxice din aceeasi solutie au un efect combinat, care poate fi aditiv, cand fiecare substanta isi exercita actiunea ca si cand cealalta nu ar fi prezenta, fenomen denumit anergism, pot avea un efect mai mare decat suma lor, sinergism, sau mai mic decat acesta - antagonism. Cunoasterea efectului antagonist al substantelor are o importanta foarte mare in anihilarea efectului toxic al acestor substante.

In concluzie, factorii externi influenteaza actiunea toxica a unei substante pe doua cai, si anume :

Ø     prin actiunea asupra substantei toxice respective, careia i se pot modifica proprietatile fizico-chimice sau concentratia ;

Ø     prin intensitatea directa asupra activitatii fiziologice a organismului, modificand intensitatea proceselor metabolice

5. Efectele substantelor toxice asupra pestilor

Pestii sunt cei mai folositi in experimentarile toxicologice nu numai pentru ca reprezinta o productie valoroasa a apelor, dar si pentru ca poseda o sensibilitate apreciabila fata de majoritatea substantelor toxice. Dupa modul lor de actiune, Schrperclaus (1954) deosebeste: substante toxice cu actiune locala si cu actiune resorbtiva.

Substantele toxice cu actiune locala au un efect iritant asupra tegumentului pestilor si indeosebi asupra epiteliului branhial. Moartea se produce prin asfixie, din cauza incapacitatii pestilor de a mai absorbi oxigenul dizolvat din apa si a acumularii CO₂ in sange. Simptomele unei astfel de intoxicari sunt cresterea frecventei miscarilor respiratorii , urmata de slabirea lor treptata si secretia abundenta de mucus. Substantele toxice cu actiune locala sunt: acizii, alcooli, unele saruri ale metalelor grele, clorul etc.

Substantele cu actiune resorbtiva produc imbolnaviri dupa patrunderea lor in sange (amoniacul , fenolul, etc). Cele mai multe patrund prin branhii, prin piele, cand aceasta este ranita, si mai putin prin tubul digesti Actiunea unei substante toxice este complexa, avand un caracter atat local, cat si resorbti Dupa locul de actiune al acestora, se deosebesc otravuri ale sangelui (acid cianhidric), ale sistemului nervos (amoniac, ale inimii (diferiti alcaloizi), ale protoplasmei celulare, etc. In cazul in care gradul de intoxicare al unui peste nu este prea avansat, reintrodus in apa curata el isi va reveni la starea normala. Intoxicarea in aceasta situatie este reversibila. Aceasta inseamna fie ca nu s-au produs leziuni interne, fie ca tesutul lezat s-a putut reface intr-un timp scurt. Daca a fost vorba de o actiune resorbtiva, inseamna ca toxicul a fost eliminat intre timp prin tubul digestiv, branhii, rinichi sau piele. Exista cazuri cand pestele isi revine la o stare aparent normala, insa dupa un timp oarecare el moare. Aceasta inseamna ca unele functii fiziologice, tulburate prin actiunea toxicului, s-au restabilit, insa leziunile interne au fost grave.

6. Circuitul substantelor toxice in organismul animal. Fazele intoxicarii

Impactul substantelor toxice cuprinde mai multe etape, mai mult sau mai putin distincte, succesive sau simultane, cum sunt: expunerea, patrunderea si absorbtia, biotransformarea, eliminarea sau depozitarea lor in organism. Complexitatea impactului acestor substante se datoreaza diferitelor forme sub care se gasesc aceste substante, expunerii pe o cale (aeriana sau digestiva) sau simultan pe mai multe cai (exemplu poluarea radioactiva), variate conditii geografice, sociale, colective sau individuale pe durata expunerii. De asemenea s-a evidentiat marea diferenta in consecintele expunerii in functie de caracterul acut, toxicologic si cronic, insidios al acesteia. Concentratia substantelor chimice poluante si durata expunerii caracterizeaza si de multe ori determina consecintele biologice ale poluarii.

Caracterul distinct al etapelor prezentate in tabelul este relativ, efectele toxice depinzand si de caracteristicile expunerii la aceste substante sau la factorii modificatori (tabel 5(.

Conform tabelului 5, in urma expunerii, substantele chimice poluante patrund in organism prin una sau mai multe cai, dupa care parcurg circuitul etapelor prezentate (circuitul etapelor parcurse de aceste substante este identic cu al altor substante exogene, in special toxice ceea ce deosebeste aceste substante de restul substantelor xenobiotice nu este atat structura chimica, deoarece foarte multe fac deja parte din categoria substantelor toxice sau al medicamentelor cat, in primul rand, imprevizibilul expunerii, de multe ori nici macar al gradului de intensitate in al doilea rand, caile de patrundere pot fi cunoscute sau raman a fi determinate, atat ca sursa cat si ca natura a substantelor a treia caracteristica este caracterul cumulativ prin absorbtie continua a unor cantitati mici, situate la un nivel de concentratie prea scazut pentru a produce un simptom de alarmare in al patrule rand, de multe ori se constata un efect de sinergism al acestor substante(. Natura substantei va determina prezenta tuturor acestor etape, durata lor, cat si caracterul, intensitatea, timpul pana la aparitia leziunilor si deci efectele toxice.

Tabel 5 . Circuitul substantelor chimice poluante si etapele componente

7. Metode de evaluare a toxicitatii

7.1. Metode ecologice

Aceste metode constau in aprecierea actiunii nocive a unor ape uzate asupra biocenozelor din bazinul receptor. Tinand seama de relatiile de interdependenta dintre diferitele specii de animale si plante si dintre acestea si mediul abiotic si urmarind comparativ in zona curata si cea impurificata a bazinului respectiv componenta cantitativa si calitativa a biocenozelor, se pot trage concluzii asupra gradului de toxicitate a apelor uzate deversate.

Una dintre metodele ecologice este si metoda ,,deficitului de specii" a lui Kote, care se aplica atat in cazul impurificarii apelor cu substante organice putrescibile, cat si cu substante toxice.

7.2. Metode experimentale de laborator

Cele mai evoluate animale acvatice pe scara zoologica sunt pestii; ei formeaza ultima veriga a lantului trofic, fiind beneficiarii unui sir lung de fenomene care, impreuna, realizeaza autoepurarea bazinului respecti Datorita sensibilitatii lor fata de substantele toxice, pestii sunt folositi foarte des in testele toxicologice.

Metodele de determinare a toxicitatii pe cale experimentala in laborator variaza foarte mult de la un cercetator la altul, dupa conceptia lui proprie, prin durata de experimentare, temperatura, apa de dilutie folosita, speciile de pesti, numarul exemplarelor pentru un test etc. Este deci explicabila marea diversitate a rezultatelor obtinute chiar cand este vorba de una si aceeasi substanta toxica cercetata si aceeasi specie de pesti folosita ca test. De aici, si greutatea valorificarii in practica a datelor experimentale intalnite in literatura.

In ultimul timp se tinde spre uniformizarea metodologica a cercetarilor toxicologice prin standardizarea acestora, astfel incat rezultatele obtinute de diferiti cercetatori sa fie comparabile si reproductibile.

Una dintre metodele cele mai simple, care face trecerea intre metodele ecologice si cele fiziologice, consta in introducerea unor casete cu pestittest in diferite puncte din zona intoxicata a raului si observarea comportarii lor in timp.

Experimentarile din laborator se efectueaza dupa metode variate, care, in principiu, constau in introducerea unui numar de pesti in solutii de substante toxice de concentratii variate si determinarea "timpului de manifestare" sau a "timpului de supravietuire" al acestora. Pentru ca rezultatele sa fie reproductibile, conditiile de experimentare sunt standardizate.

Exprimarea toxicitatii se face in diferite moduri. M a r c h e t t i (1961( deosebeste mai multe grade de toxicitate dupa timpul in care se produce moartea pestilor: toxicitate extrema - pestii mor sub 15 min toxicitate foarte mare - moartea se produce in 15 - 20 min toxicitate mare - moartea se produce pana la 6 ore toxicitate medie - moartea are loc intre 6 si 12 ore toxicitate slaba - moartea se produce in 24 de ore toxicitate foarte slaba t moartea se produce in 24 de ore - 7 zile.

J o n e s (1938, 1939( defineste ,, concentratiatlimita letala" ca fiind concentratia care produce moartea animalelorttest in 15t20 de zile.

La reuniunea de la Zrich (1952( sta convenit sa se numeasca ,,doza minima mortala" concentratia care provoaca inca moartea animalelor in timpul stabilit de experimentare si ,, dilutietlimita" dilutia la care nu se mai produc efecte nefavorabile asupra organismelor pe durata experimentarii.

S t e i n m a n n (1928( numeste ,,limita letala" concentratia minima care, in anumite conditii de experimentare, produce moartea animalelorttest si ,,limita de nocivitate" concentratia maxima care, in conditii de experimentare, nu mai produce nici o vatamare animalelorttest. Intervalul in care sunt cuprinse concentratiile acestor limite a fost numit de Gilette si colab. (1952( ,,intervalul concentratiilor critice".

Alti termeni de masurare a toxicitatii intalniti in literatura sunt : ,,limita de rezistenta", limita de sensibilitate", ,,durata de rezistenta" etc.

In ceea ce priveste numarul pestilorttest se merge pe linia, recomandata de W u h r m a n n si W o k e r (1950(, de a se folosi cel putin zece pesti intrtun test.

Criteriul luat in consideratie in ceea ce priveste reactia de raspuns a pestilor fata de toxic este ,,timpul mediu letal", adica momentul in care au murit 50% din lotul respectiv, numit si ,,timp mediu de supravietuire". Concentratia substantei toxice la care se produce moartea a 50% din lotul de pesti respectiv intrtun timp dat este numita ,,limita medie de toleranta" (TLm(. Limita medie de toleranta in 24 de ore se va scrie 24 h. TLm, in 48 de ore se va scrie 48 h. TLm etc. Valoarea TLm este o masura directa a toxicitatii in conditii de experimentare, iar introducerea acestei notiuni sta dovedit foarte folositoare, caci ea permite evaluarea comparativa a toxicitatii diferitelor substante sau a sensibilitatii diferitelor specii de pesti fata de o anumita substanta.

Pentru obtinerea de valori cat mai sigure asupra unei substante trebuie facute mai multe feluri de cercetari si observatii: continutul apei in substanta chimica respectiva la care pestii pot trai in mod normal, concentratia substantei la care nici un peste nu mai poate trai, comportarea fiziologica a pestilor prin modificarea concentratiei substantei, experimentarea in laborator a valorilor limita gasite, valorile limita pentru folosinta apei de catre om pentru baut sau pentru alimentari industriale etc.

8. Tabloul simptomatologic al intoxicatiilor acute

Intoxicatiile acute - se manifesta prin anumite simptome care se succed intrto ordine , formand un tablou unitar. Acesta se produc in momentul in care concentratia substantei respective este mare si simptomele in aceasta situatie apar dupa un timp relativ scurt.

Intoxicatiile cronice - sunt caracterizate printrto slabire generala a pestilor , prin pierderea rezistentei fata de agentii externi , de unde si usurinta infestarii lor cu paraziti , si prin scaderea poftei de mancare , ceea ce duce la incetinirea sau oprirea ritmului de crestere. Uneori , caracterul nociv al unei substante apare mai tarziu , la generatiile urmatoare ale unei specii , urmasii nemaiputandutse reproduce. Aceste intoxicari se produc cand concentratia substantei toxice este mica si , ca atare , efectul ei nociv se produce in timp indelungat.

Concentratia unei substante care poate produce intoxicarea acuta sau cronica este in functie de raportul dintre viteza cu care patrunde in corp si viteza cu care poate fi eliminata din corp prin excretie sau viteza cu care poate fi eventual transformata , in cadrul proceselor metabolice , in produsi netoxici. Acest fapt variaza in raport cu natura substantei , cu organismul asupra caruia actioneaza ( specia , varsta , starea fiziologica ( si cu factorii de mediu.

In procesul intoxicarii acute , pestele manifesta anumite simptome caracteristice , care pot oferii indicatii atat in ceea ce priveste natura intoxicarii , cat si asupra gradului de intoxicare.

Dupa Schperclaus (1954), cu unele mici modificari, tabloul simptomatologic al pestilor intoxicati cuprinde o succesiune de faze care pot fi caracterizate in felul urmator :

Ø     Faza de neliniste - dupa un timp oarecare de contact cu substanta toxica, pestele da semne de neliniste, facand miscari agitate , cu ridicari frecvente la suprafata apei

Ø     Micsorarea sau cresterea iritabilitatii - la diferiti excitanti externi (mecanici, electrici, luminosi (, pestii prin lichidul toxic pot sa raspunda prin miscari bruste caracteristice sau , dimpotriva , sa ramana apatici.

Ø     Tulburari ale echilibrului - acestea se manifesta prin usoare miscari pendulare ale corpului sau miscari de rasucire. Uneori pozitia corpului este orizontala , alteori poate fi verticala sau oblica.

Ø     Ataxia totala - este faza cand pestii isi pierd complet echilibrul si cad in decubitus lateral sau dorsal , facand incercari nereusite de redresare.

Ø     Agonia - este ultima faza , urmata de rigiditatea cadaverica.

Fig.6. Fazele intoxicarii

In procesul intoxicarii pestii prezinta o serie de simptome care ne pot oferi indicatii importante privind actiunea toxicului respectiv asupra lor. Astfel, aparitia crampelor si a paraliziei reprezinta deranjamente nervoase; paralizia aripioarelor si a veziculei inotatoare, deranjamente motoare periferice; paralizia organelor respiratorii duce la asfixie. Tot prin asfixie se traduce si vatamarea branhiilor de catre substantele iritante sau de catre solutiile hipertonice de saruri, care provoaca plasmoliza celulelor epiteliale ale acestora. Cresterea frecventei respiratiilor este provocata, in general, de excitantii senzoriali. Colorarea pielii sau decolorarea ei sunt semne ale intoxicarilor nervoase sau ale unor tulburari ale sistemului endocrin.

Asfixia insotita de marirea frecventei respiratorii, care obliga pestii sa se ridice la suprafata apei pentru a inghiti aer, este un simptom foarte frecvent. Aceste simptome sunt urmate de o slabire a miscarilor, de paralizie si de ataxie, fiind vorba de un efect combinat al lipsei de oxigen si al acumularii de CO₂ in sange. Prin acumularea CO₂ este atins centrul respirator, care isi pierde excitabilitatea, ceea ce provoaca paralizia progresiva, mai ales a activitatii cardiace. In cazul asfixiei prin lipsa oxigenului, pestele tine gura larg deschisa si operculii foarte indepartati. Cand asfixia se produce prin acumularea de CO₂ in sange, pestii au gura intredeschisa si operculii usor indepartati.

Intoxicarea se produce in timp. Acest proces cuprinde urmatoarele momente principale, care pot constitui criterii de determinare a toxicitatii unei substante :

Timpul de incepere (ti) ("Eintrittzeit " ) este timpul de imersie necesar pentru declansarea procesului toxic, adica timpul de la introducerea pestilor in solutia toxica pana la aparitia primelor simptome de intoxicare. Raportandu-ne la concentratie , " timpului de incepere " ii corespunde " limita de sensibilitate ", adica concentratia substantei toxice, care produce declansarea procesului de intoxicare in timpul dat. Se poate spune , prin urmare , ca unei concentratii x ii corespunde timpul de incepere y sau invers. Stabilirea timpului de incepere si, respectiv, a concentratiei este importanta din punct de vedere al protectiei bazinelor acvatice, insa precizarea lui nu este intotdeauna posibila. Sunt substante toxice care nu permit stabilirea acestui moment, deoarece procesul de intoxicare produs de ele este progresiv, manifestandu-se doar printr-o slabire treptata a organismului pestilor.

Timpul de manifestare (tM) ( "Manifestationszeit ", "Overturning time") este timpul de imersie necesar pana la pierderea totala a echilibrului, adica timpul de la introducerea pestilor in lichidul toxic pana la producerea unei paralizii inaintate, ataxia. Ar mai putea fi numit si "timp de paralizare ". Pe axa concentratiilor, acestui moment ii corespunde " limita de nocivitate " sau " de vatamare", adica concentratia de substanta toxica care in timpul respectiv produce pierderea echilibrului pestilor. Timpul de manifestare este un moment foarte important , deoarece pestele ajungand la un grad inaintat de paralizie, este purtat la vale de curentul apei , fapt ce duce la depopularea raului respecti De aceea multi autori folosesc acest moment ca un criteriu principal pentru stabilirea gradului de toxicitate a unei substante. Nici acest moment nu poate fi insa intotdeauna precis determinat, deoarece in functie de toxic si de specie, procesul de paralizie poate fi uneori lent, alteori foarte rapid (toxicele care influenteaza asupra sistemului nervos), iar alteori pestele isi pastreaza pozitia verticala a corpului pana la moarte. De aceea, momentul de manifestare poate constitui un criteriu de determinare a toxicitatii pentru substantele care au efecte fiziologice similare.

Timpul letal (tL) ( "Lethalzeit" , "Lebendsdauer") este timpul de imersie necesar pana la moartea animalului. Acestuia ii corespunde "limita letala" , adica concentratia cea mai mica necesara pentru a produce moartea pestilor in timpul dat. Stabilirea momentului in care s-a produs moartea pestilor este relativ mai usoara, deoarece practic ea intervine dupa incetarea miscarilor respiratorii si cand pestele nu mai raspunde la excitanti mecanici. Timpul letal este folosit de multi autori drept un criteriu de determinare a gradului de toxicitate a unei substante. Sunt insa unele substante care produc o stare de anestezie in urma careia miscarile operculare inceteaza inainte de a produce moartea reala.

Timpul letal aparent ( tLa ) este un alt moment din procesul intoxicarii indicat in literatura , si anume momentul cand pestele, desi inca viu a suferit un proces de intoxicare atat de avansat, incat, introdus in apa curata, nu-si mai revine. Acest moment insa are numai o valoare teoretica, deoarece nu poate fi determinat prin observatie directa, ci numai pe cale experimentala. In functie de acest moment, procesul intoxicarii a fost impartit, de Wuhrmann si Woker (1948), in doua faze :

Ø     faza latenta , timpul de la inceputul contactului pestelui cu substanta toxica pana la " timpul letal aparent "

Ø     faza letala , durata de la " timpul letal aparent" pana la moartea pestilor sau pana la " "timpul letal".

Durata comparativa a celor doua faze variaza cu natura substantei toxice si cu specia respectiva.

9. Reactia pestilor

Cu ajutorul organelor olfactive si gustative, asezate in cavitatea bucala, in zona gurii si pe liniile laterale, pestii pot recunoaste anumite caracteristici fizico - chimice ale apei, reactionand in consecinta. Aceasta comportare a pestilor este deosebit de importanta pentru practica , mai ales atunci cand este vorba de deversari toxice trecatoare, cand pestii se refugiaza din portiunea periculoasa a raului in apa curata a afluentilor. Este interesant de retinut ca unele substante toxice pot fi decelate de pesti la concentratii foarte mici, mai mici decat cele letale. Determinarea concentratiilor minime ale unei substante la care reactioneaza pestii poate constitui o metoda utilizabila pentru normarea substantelor chimice in ape. Pentru studierea reactiei pestilor s-au folosit diferite tipuri de aparate. Una din instalatiile obisnuite este asa - numitul" fluviarium". Cercetarile au aratat ca exista o legatura intre capacitatea de rezistenta a pestilor si capacitatea de reactie a lor fata de substanta toxica. In general , organismele mai putin rezistente la agentii externi au o capacitate mai mare de reactie decat cele rezistente. Natura si concentratia toxicului au de asemenea importanta lor. Dupa Jones (1948), reactiile pestilor fata de substantele toxice pot fi clasificate in trei grupe :

Ø     reactie pozitiva , cand pestii sunt "atrasi" de substanta toxica, ei parasesc apa curata si se aduna in zona toxica din aparat , unde mor dupa un timp oarecare ;

Ø     reactie neutra , cand pestii nu pot face deosebirea dintre apa curata si cea incarcata cu substante toxice;

Ø     reactie negativa , cand pestii evita substanta toxica si se aduna in sectorul cu apa curata a aparatului ;

"Timpul de reactie" variaza de obicei cu concentratia. In general, concentratia limita a unei substante care poate fi recunoscuta si la care se produce o reactie a pestilor este mai mica decat concentratia limita toxica pentru substanta respectiva. Uneori, pestii reactioneaza pozitiv fata de o substanta toxica cand aceasta se afla in concentratie mare si negativ cand se afla in concentratie mica si invers. Fata de sulfatul de cupru au o reactie negativa la concentratii mari si pozitiva la concentratii mici, ei raman in concentratia toxica pana ce mor (Klein, 1962 ). Pestii au o reactie specifica fata de substantele toxice care actioneaza asupra sistemului nervos, devenind mai intai agitati, apoi inotand neregulat, cand in sectorul toxic, cand in cel curat al aparatului, pana ce mor intoxicati.

10.Teste de toxicitate

Intr-o lucrare din 1990, H. THEEDE si S.P.C. SORIA apreciau ca, daca luam in considerare efectele poluarii, evaluarea poate fi mai dificila la nivelul ecosistemelor decat la nivelul speciei luata singura. In cel de-al doilea caz, criticile comune se refera la cartalitatea, rata de crestere, activitatile metabolice sau reproducerea sunt usor de masurat, cu toate ca organismele pot avea reactii specifice la poluare, care le pot altera performantele competitive si deci pot duce spre schimbari (alcatuirea fluxului energetic in ecosistem).

Pentru o mai buna intelegere a indicatiilor efectelor subletale obtinute in experientele de laborator este necesar sa se faca diferenta intre potentialul ecologic si fiziologic al organismelor studiate (KINNE, 1980). Avand in vedere ca potentialul ecologic cuprinde capacitatile inerente ale organismului in conditiile normale ale mediului, potentialul fiziologic este abilitatea organismului de a infrunta factorii artificiali, in conditii de experiment.

Daca organismele sunt expuse conditiilor optime biotice sau abiotice din care factorii limitatori ca lupta pentru hrana si spatiu sunt eliminati, potentialul fiziologic poate fi afectat poziti Organismele pot sa nu reactioneze in mod evident la doze mici de poluare, fapt datorat, posibil, unei bune adaptari sau interventiei eficiente mecanismelor de dezintoxicare. Pe de alta parte, in astfel de conditii, experimentele in care organismele sunt deja expuse stresului, potentialul fiziologic poate fi mai mic decat potentialul ecologic. Animalele pot reactiona excesiv la un adaus minim de factori stresanti. Diferiti factori, interni sau externi, pot modifica toxicitatea poluantilor si invers, sensibilitatea unui organism in fata unor factori abiotici fluctuanti poate fi alterata de catre poluanti.

Testarea gradului de toxicitate a substantelor poluante din apele naturale se face cu ajutorul diferitelor teste, care utilizeaza organisme vii (de la bacterii pana la pesti) - KNAUTHE, 1993.

Pestii sunt utilizati ca" obiect de test" in special pentru determinarea toxicitatii diferitelor substante care servesc la protectia plantelor si care ajung, in final, in rauri si lacuri. Cu toate ca, in mod normal, valoarea lor se situeaza sub valorile normale, influenta lor nociva poate fi depistata prin determinarea influentei acestora asupra organismelor vii in concentratii subletale.

Exista mai multe modalitati de utilizare a pestilor in teste de toxicitate:

Ø     testul static de scurta durata;

Ø     testul de lunga durata, dinamic si cronic;

Ø     testul acut (96 ore);

Ø     testul subacut (durata de circa 30 zile);

Ø     testul cronic (durata 30-350 zile).

11. Indici fiziologici urmariti in testele de toxicitate

In general, in testul acut se urmareste modificarea frecventei respiratiei, intensitatii inotului, modificarea secretiei mucoaselor, modificari de comportament, precum si modificari corporale (culoare, secretie abundenta, sangerare), ca si modificari la nivelul sistemului nervos (aparitia paraliziilor, reactii neobisnuite la nivelul organelor de simt).

In testele subacute se constata, dupa un anumit interval de timp, modificari in sistemul sanguin (concentratia zaharului in sange, nivelul colesterolului, hematocritul etc.) precum si modificari patohistologice la nivelul sangelui, ficatului, splinei si rinichilor.

Multe organisme nu au capacitatea de a regla concentratia anumitor metale grele din interiorul corpului lor, deci concentratia in tesuturile corpului va creste lent pana la un nivel care, chiar daca nu este letal, poate afecta biologia organismului pestilor sau a pradatorilor acestora. Din nefericire literatura care se refera la efectele subletale ale metalelor ca: Zn, Cu, Cd, Pb, Hg este foarte dispersata, desi sunt cunoscute ca fiind toxice pentru viata marina in concentratii mici.

Sunt cunoscute diferite metode biochimice si histopatologice (Katz et al., 1971) care, insa, dupa aprecierea unor specialisti raman obscure in contextul semnificatiilor ecologice.

A fost urmarita, de catre o serie de cercetatori, actiunea substantelor toxice asupra activitatii, comportamentului si, in special, a ciclului reproducti

Utilizarea unor indici fiziologici de mare sensibilitate constituie o alta orientare a ultimilor ani. S-au urmarit indicii sanguini, in special in ceea ce priveste numarul hematiilor si leucocitelor (Lange si Bite, 1968).

Wohlschlag si colab. (1968) au evidentiat dependenta ratei respiratorii fata de actiunea unor toxice. Ellen Lee (1969) a efectuat un studiu amplu asupra toxicitatii pesticidelor, incercand sa stabileasca corelatia dintre acestea si variatia ratei respiratorii.

Dintre metodele fiziologice mai utilizata este determinarea actiunii substantelor asupra respiratiei pestilor. Prin inregistrarea frecventei miscarilor respiratorii si determinarea consumului de oxigen al pestilor tinuti in solutii subletale de substante toxice (in stare de repaus sau de activitate), se pot determina concentratiile la care incep sa apara tulburari respiratorii.

12. Acumularea substantelor toxice in organism

Pestii absorb treptat cantitati importante de pesticide care ating in organismul lor, dupa un timp, cantitati foarte ridicate. Astfel, o varietate de pastrav nu poate supravietui in apa cu un ppb. toxafen, dar poate fi crescut fara inconveniente intr-o apa cu 0,04 ppb timp de peste 280 zile, in care se acumuleaza 13,5 ppm. Rezulta de aici efectele catastrofale pe care pestii, astfel contaminati, le exercita asupra pasarilor ihtiofage, ceea ce , de altfel, explica si disparitia lor.

Contaminarea mediului ambiant cu atatea substante care se acumuleaza si se sumeaza in organism reprezinta un nonsens biologic.

Concentratiile in care aceste substante pot ajunge in organismul uman variaza de la o tara la alta si chiar de la o zona geografica la alta in interiorul aceleiasi tari, in functie de gradul de expunere a populatiei, de o serie de factori individuali (varsta, sex), de anumite stari fiziologice, de interactiunile care au loc in organism si indeosebi la nivelul ficatului, care pot stimula sau, dimpotriva, incetini procesul de depozitare a substantelor organoclorurate in organism.