Miljötoxikologi

Se även: Miljögifter
Översikt över miljötoxikologins tvärvetenskaplighet
Kategorier av organismer som vanligtvis används för att bedöma miljötoxicitet

Miljötoxikologi är ett multidisciplinärt vetenskapsområde som sysslar med studier av de skadliga effekterna av olika kemiska, biologiska och fysikaliska ämnen på levande organismer . Ekotoxikologi är en subdisciplin inom miljötoxikologi som sysslar med att studera giftiga ämnens skadliga effekter på befolknings- och ekosystemnivå .

Rachel Carson anses vara miljötoxikologins moder, eftersom hon gjorde det till ett distinkt område inom toxikologi 1962 med publiceringen av sin bok Silent Spring , som täckte effekterna av okontrollerad användning av bekämpningsmedel . Carsons bok baserades i stor utsträckning på en serie rapporter av Lucille Farrier Stickel om de ekologiska effekterna av bekämpningsmedlet DDT .

Organismer kan exponeras för olika typer av giftiga ämnen i alla skeden av livscykeln, av vilka vissa är känsligare än andra. Toxiciteten kan också variera med organismens placering i dess näringsväv . Bioackumulering uppstår när en organism lagrar giftiga ämnen i fettvävnader, vilket så småningom kan etablera en trofisk kaskad och biomagnifiering av specifika giftämnen. Biologisk nedbrytning släpper ut koldioxid och vatten som biprodukter till miljön. Denna process är vanligtvis begränsad i områden som påverkas av miljögifter.

Skadliga effekter av sådana kemiska och biologiska ämnen som giftiga ämnen från föroreningar , insekticider , bekämpningsmedel och gödningsmedel kan påverka en organism och dess samhälle genom att minska dess artmångfald och överflöd. Sådana förändringar i populationsdynamiken påverkar ekosystemet genom att minska dess produktivitet och stabilitet.

Även om lagstiftning som implementerats sedan början av 1970-talet hade för avsikt att minimera skadliga effekter av miljögifter på alla arter, har McCarty (2013) varnat för att "långvariga begränsningar i implementeringen av den enkla konceptuella modellen som är grunden för nuvarande protokoll för akvatisk toxicitetstestning " kan leda till en förestående miljötoxikologi "mörk ålder".

Styrande policyer för miljötoxicitet

USA:s politik

För att skydda miljön skrevs National Environmental Policy Act (NEPA). Huvudpoängen som NEPA tar fram är att den "försäkrar att alla regeringsgrenar tar vederbörlig hänsyn till miljön innan de vidtar några större federala åtgärder som avsevärt påverkar miljön." Denna lag antogs 1970 och grundade också Council on Environmental Quality (CEQ). Vikten av CEQ var att det hjälpte till att driva politikområden ytterligare.

CEQ skapade miljöprogram inklusive Federal Water Pollution Control Act (RCRA), Toxic Substance Control Act , Resources Conservation and Recovery Act (RCRA och Safe). CEQ var avgörande för att skapa grunden för det mesta av den "nuvarande miljölagstiftningen förutom Superfund och asbestkontrolllagstiftningen."

Vissa initiala effekter av NEPA hänför sig till tolkningen inom domstolar. Inte bara tolkade domstolarna NEPA för att utvidga direkt miljöpåverkan från alla projekt, särskilt federala, utan även indirekta åtgärder från federala projekt.

Lag om kontroll av giftiga ämnen

TSCA, även känd som Toxic Substance Control Act, är en federal lag som reglerar industrikemikalier som har potential att vara skadliga för människor och miljö. TSCA riktar sig specifikt till "tillverkning, import, lagring, användning, bortskaffande och nedbrytning av kemikalier i kommersiell användning." EPA tillåter att följande görs: "1. Testning av kemikalier före tillverkning för att fastställa hälso- eller miljörisker 2. Granskning av kemikalier för betydande risk innan kommersiell produktion startar 3. Begränsning eller förbud mot produktion eller bortskaffande av vissa kemikalier 4. Import- och exportkontroll av kemikalier innan de kommer in i eller lämnar USA."

Clean Air Act

Clean Air Act fick hjälp av undertecknandet av 1990 års ändringar. Dessa ändringar skyddade minskande syra, ozonskiktet, förbättrad luftkvalitet och giftiga föroreningar. Clean Air Act reviderades faktiskt och med stöd från president George HW Bush undertecknades den. De största stora hoten som denna lag riktar sig mot är: luftföroreningar i städer, giftiga luftutsläpp, stratosfäriskt ozon, surt regn etc. Förutom målinriktning Dessa specifika områden etablerade den också en nationell verksamhet som "tillåter program för att göra lagen mer användbar och stärkt efterlevnad för att säkerställa bättre efterlevnad av lagen."

Föreskrifter och verkställighetsåtgärder för PCB

Som nämnts ovan, även om USA förbjöd användningen av PCB, finns det en möjlighet att de finns i produkter som tillverkats före PCB-förbudet 1979. Environmental Protection Agency (EPA) släppte sitt förbud mot PCB den 19 april 1979 Enligt EPA: "Även om PCB inte längre produceras i detta land, kommer vi nu att få kontroll över den stora majoriteten av PCB som fortfarande används", säger EPA-administratören Douglas M. Castle. "Detta kommer att hjälpa till att förhindra ytterligare kontaminering av vår luft, vatten och livsmedel från en giftig och mycket beständig konstgjord kemikalie."

PCB har testats på försöksdjur och har orsakat cancer och fosterskador. PCB misstänks ha vissa effekter på lever och hud hos människor. De är också misstänkta för att ha orsakat cancer också. EPA "uppskattar att 150 miljoner pund PCB sprids i miljön, inklusive luft- och vattenförsörjning; ytterligare 290 miljoner pund finns på deponier i detta land." Återigen, även om de har förbjudits, finns det fortfarande en stor mängd PCB som cirkulerar i miljön och kan orsaka effekter på huden och levern hos människor.

Det fanns några fall där personer eller företag som kasserade PCB på ett felaktigt sätt. Hittills har det förekommit fyra fall där EPA var tvungen att vidta rättsliga åtgärder mot personer/företag för deras metoder för bortskaffande. De två fallen som involverade företagen bötfälldes 28 600 USD för felaktigt omhändertagande. Det är okänt vilka böter som ålades de tre personerna för "olaglig dumpning av PCB längs 210 miles av vägbanan i North Carolina."

Även om PCB förbjöds, finns det några undantag där de används. Området där det har varit helt förbjudet är "tillverkning, bearbetning, distribution i handeln och "icke-slutna" (öppna för miljön) användningar av PCB såvida de inte är särskilt godkända eller undantagna av EPA. "Helt inneslutna" användningar (innehåller , och därför är exponering för PCB osannolik) kommer att tillåtas fortsätta under utrustningens livstid." När det gäller elektrisk utrustning som innehåller PCB är tillåten under specifika kontrollerade förhållanden. Av de 750 miljoner punden PCB representerar elektrisk utrustning 578 miljoner pund. All ny tillverkning av PCB är förbjuden.

Källor till miljötoxicitet

Det finns många källor till miljötoxicitet som kan leda till förekomst av giftiga ämnen i vår mat, vatten och luft. Dessa källor inkluderar organiska och oorganiska föroreningar, bekämpningsmedel och biologiska ämnen, som alla kan ha skadliga effekter på levande organismer. Det kan finnas så kallade punktkällor till föroreningar, till exempel avlopp från en specifik fabrik, men även icke-punktkällor (diffusa källor) som gummit från bildäck som innehåller många kemikalier och tungmetaller som sprids i miljön.

PCB

Polyklorerade bifenyler (PCB) är organiska föroreningar som fortfarande finns i vår miljö idag, trots att de är förbjudna i många länder, inklusive USA och Kanada. På grund av PCB:s långlivade natur i akvatiska ekosystem innehåller många vattenlevande arter höga halter av denna kemikalie. Till exempel har vild lax ( Salmo salar ) i Östersjön visat sig ha betydligt högre PCB-halter än odlad lax då den vilda fisken lever i en kraftigt förorenad miljö.

PCB hänför sig till en grupp av mänskligt producerade "organiska kemikalier som kallas klorerade kolväten" De kemiska och fysikaliska egenskaperna hos en PCS bestämmer mängden och lokaliseringen av klor och till skillnad från andra kemikalier har de ingen form av identifiering. Omfattningen av toxicitet är inte konsekvent och eftersom PCB har vissa egenskaper (kemisk stabilitet, icke-antändlighet) har de använts i en kolossal mängd kommersiella och industriella metoder. Några av dessa inkluderar "Elektrisk, värmeöverförings- och hydraulisk utrustning, mjukgörare i färger, plaster och gummiprodukter och pigment, färgämnen och självkopierande kopieringspapper" för att nämna några.

Tungmetaller

Tungmetaller som finns i matkällor, som fisk, kan också ha skadliga effekter. Dessa metaller kan innefatta kvicksilver , bly och kadmium . Det har visat sig att fisk (dvs. regnbåge ) som exponeras för högre kadmiumhalter och växer långsammare än fiskar som exponeras för lägre halter eller inga. Dessutom kan kadmium potentiellt förändra dessa fiskars produktivitet och parningsbeteende.

Tungmetaller kan också förändra den genetiska sammansättningen i vattenlevande organismer. I Kanada undersökte en studie genetisk mångfald i vild gul abborre längs olika tungmetallkoncentrationsgradienter i sjöar som förorenats av gruvdrift. Forskare ville avgöra vilken effekt metallkontamination hade på evolutionära svar bland populationer av gul abborre. Längs gradienten var genetisk mångfald över alla loci negativt korrelerad med leverkadmiumkontamination. Dessutom observerades en negativ korrelation mellan kopparkontamination och genetisk mångfald. Vissa vattenlevande arter har utvecklat tungmetalltoleranser. Som svar på höga koncentrationer av tungmetaller har en dipteranart, Chironomus riparius , från familjen myggor, Chironomidae, utvecklats till att bli tolerant mot kadmiumtoxicitet i vattenmiljöer. Förändrad livshistoria, ökad kadmiumutsöndring och ihållande tillväxt under kadmiumexponering är bevis som visar att C. riparius uppvisar genetiskt baserad tungmetalltolerans.

Strålning

Strålning avges av materia som antingen strålar eller vågor av ren energi eller höghastighetspartiklar. Strålar eller vågor av energi , även känd som elektromagnetisk strålning, inkluderar solljus, röntgenstrålar , radar och radiovågor . Partikelstrålning inkluderar alfa- och beta -partiklar och neutroner . När människor och djur utsätts för höga strålningsnivåer kan de utveckla cancer , medfödda funktionsnedsättningar eller brännskador på huden. Växter har också problem när de utsätts för stora nivåer av strålning. Efter Tjernobyl-katastrofen 1986 skadade kärnstrålningen de omgivande växternas reproduktiva vävnader, och det tog ungefär tre år för dessa planer att återfå sin reproduktionsförmåga. Studiet av strålning och dess effekter på miljön kallas radioekologi .

Metalltoxicitet

De mest kända eller vanliga typerna av tungmetaller inkluderar zink, arsenik, koppar, bly, nickel, krom och kadmium. Alla dessa typer orsakar vissa risker för människors och miljöns hälsa.

Även om vissa mängder av dessa metaller faktiskt kan ha en viktig roll för att till exempel upprätthålla vissa biokemiska och fysiologiska "funktioner i levande organismer när de är i mycket låga koncentrationer, men de blir skadliga när de överskrider vissa tröskelkoncentrationer." Tungmetaller är en stor del av miljöföroreningarna och deras toxicitet "är ett problem av ökande betydelse av ekologiska, evolutionära, näringsmässiga och miljömässiga skäl."

Person har blivit utsatt för arsenikförgiftning genom förorenat vatten

Arsenik

Arsenik, en av de viktigaste tungmetallerna, orsakar ekologiska problem och hälsoproblem hos människor. Det är "semimetallisk egenskap, är framträdande giftigt och cancerframkallande, och är mycket tillgängligt i form av oxider eller sulfider eller som ett salt av järn, natrium, kalcium, koppar, etc. " Det är också ett av de mest förekommande elementen på jorden och dess specifika oorganiska former är mycket farliga för levande varelser (djur, växter och människor) och miljön.

Hos människor kan arsenik orsaka cancer i urinblåsan, huden, lungorna och levern. En av de största källorna till exponering för arsenik hos människor är förorenat vatten, vilket är ett problem i mer än 30 länder i världen.

Människor tenderar att möta arsenik med "naturliga medel, industriell källa eller från oavsiktliga källor." Vatten kan bli förorenat av arsenikaliska bekämpningsmedel eller naturliga arsenikkemikalier. Det finns några fall där arsenik har använts i självmordsförsök och kan resultera i akut förgiftning. Arsenik "är ett protoplastiskt gift eftersom det främst påverkar sulfhydrylgruppen av celler och orsakar funktionsfel i cellandningen, cellenzymer och mitos."

Leda

En annan extremt giftig metall, bly kan och har varit känt för att orsaka "omfattande miljöföroreningar och hälsoproblem i många delar av världen." Blyets fysiska utseende är ljus och silverfärgad metall. Några källor till blyföroreningar i miljön inkluderar metallplätering och fiskeverksamhet, jordavfall, fabriksskorstenar, smältning av malmer, avfall från smetindustrier, gödningsmedel och bekämpningsmedel och många fler. Till skillnad från andra metaller som koppar spelar bly bara en fysiologisk aspekt och inga biologiska funktioner. I USA "släpps mer än 100 till 200 000 ton bly per år från fordonsavgaser" och en del kan föras in av växter, rinna i vatten eller fixeras i jorden.

Människor kommer i kontakt med bly genom gruvdrift, förbränning av fossila bränslen. Vid förbränning exponeras bly och dess föreningar i luft, jord och vatten. Bly kan ha olika effekter på kroppen och påverkar det centrala nervsystemet. Någon som har kommit i kontakt med bly kan ha antingen akut eller kronisk blyförgiftning. De som upplever akut förgiftning har symtom som aptit, huvudvärk, högt blodtryck, buksmärtor, nedsatt njurfunktion, trötthet, sömnlöshet, artrit, hallucinationer och svindel." Kronisk exponering å andra sidan kan orsaka allvarligare symtom som "mental retardation , fosterskador, psykoser, autism, allergier, dyslexi, viktminskning, hyperaktivitet, förlamning, muskelsvaghet, hjärnskador, njurskador och kan till och med orsaka dödsfall."

Merkurius

Kvicksilver, en blank silvervit, kan omvandlas till en färglös och luktfri gas när den värms upp. Kvicksilver påverkar i hög grad den marina miljön och det har gjorts många studier om effekterna på vattenmiljön. De största källorna till kvicksilverföroreningar inkluderar "jordbruk, kommunala avloppsvattenutsläpp, gruvdrift, förbränning och utsläpp av industriellt avloppsvatten" alla relativt kopplade till vatten.

Kvicksilver finns i tre olika former och alla tre har olika nivåer av biotillgänglighet och toxicitet. De tre formerna inkluderar organiska föreningar, metalliska element och oorganiska salter. Som nämnts ovan finns de i vattenresurser som hav, floder och sjöar. De absorberas av mikroorganismer och går igenom "biomagnifiering som orsakar betydande störningar för vattenlevande liv."

Kvicksilver skadar det marina livet men kan också vara mycket sårande mot människans nervsystem. Högre nivåer av kvicksilverexponering kan förändra många hjärnfunktioner. Det kan "leda till blyghet, skakningar, minnesproblem, irritabilitet och förändringar i syn eller hörsel."

Kadmium

Enligt ATSDR-rankningen är kadmium den 7:e mest giftiga tungmetallen. Kadmium är intressant genom att när det väl exponeras för människor (på jobbet) eller djur i deras miljö, kommer det att ackumuleras inuti kroppen under hela människans/djurets liv. Även om kadmium användes som ersättning för tenn under första världskriget och pigment i färgindustrin förr i tiden, ses det för närvarande mest i laddningsbara batterier, tobaksrök och vissa legeringar.

Som påstått av Agency for Toxic Substance and Disease Registry, i "USA utsätts mer än 500 000 arbetare för giftigt kadmium varje år." Det anges också att den högsta exponeringen för kadmium kan ses i Kina och Japan.

Effekterna av kadmium på njurar och ben är enorma. Det kan orsaka benmineralisering som "är processen att lägga ner mineraler på en matris av benet". Detta kan hända genom nedsatt njurfunktion eller skelettskador.

Krom

Det 7:e vanligaste grundämnet, krom, kan uppstå naturligt när man eldar olja och kol och släpps ut i miljön genom avlopp och gödningsmedel. Kromanvändning kan ses i "industrier som metallurgi, galvanisering, produktion av färger och pigment, garvning, träkonservering , kemisk produktion och massa- och papperstillverkning ." Kromtoxicitet påverkar de "biologiska processerna i olika växter som majs, vete, korn, blomkål, citrullus och i grönsaker. Kromtoxicitet orsakar kloros och nekros i växter."

Bekämpningsmedel

Bekämpningsmedel är en viktig källa till miljötoxicitet. Dessa kemiskt syntetiserade medel har varit kända för att finnas kvar i miljön långt efter deras administrering. Den dåliga biologiska nedbrytbarheten av bekämpningsmedel kan resultera i bioackumulering av kemikalier i olika organismer tillsammans med biomagnifiering i en näringsväv. Bekämpningsmedel kan kategoriseras efter vilka skadedjur de riktar sig mot. Insekticider används för att eliminera skadedjur från jordbruket som angriper olika frukter och grödor. Herbicider riktar sig mot växtbaserade skadedjur som ogräs och andra oönskade växter som minskar växtodlingen.

DDT

Diklordifenyltrikloretan (DDT) är en organoklorinsekticid som har förbjudits på grund av dess negativa effekter på både människor och vilda djur. DDT:s insekticida egenskaper upptäcktes först 1939. Efter denna upptäckt användes DDT i stor utsträckning av bönder för att döda skadedjur i jordbruket som potatisbagge, kodlingmal och majsöronmask. 1962 beskrev Rachel Carson de skadliga effekterna av den utbredda och okontrollerade användningen av DDT i hennes bok The Silent Spring. Så stora mängder DDT och dess metabolit diklordifenyldikloretylen (DDE) som släpptes ut i miljön var giftiga för både djur och människor.

DDT är inte lätt biologiskt nedbrytbart och därför ackumuleras kemikalien i mark och sedimentavrinning . Vattensystem blir förorenade och marint liv som fisk och skaldjur ackumulerar DDT i sina vävnader. Dessutom förstärks denna effekt när djur som konsumerar fisken också konsumerar kemikalien, vilket visar biomagnifiering i näringsväven. Processen med biomagnifiering har skadliga effekter på olika fågelarter eftersom DDT och DDE ackumuleras i deras vävnader, vilket inducerar förtunning av äggskal. Snabba minskningar av fågelpopulationer har setts i Europa och Nordamerika som ett resultat.

Människor som konsumerar djur eller växter som är förorenade med DDT upplever negativa hälsoeffekter. Olika studier har visat att DDT har skadliga effekter på levern , nervsystemet och reproduktionssystemet hos människor.

År 1972 förbjöd den amerikanska miljöskyddsmyndigheten (EPA) användningen av DDT i USA . Trots regleringen av detta bekämpningsmedel i Nordamerika används det fortfarande i vissa delar av världen. Spår av denna kemikalie har hittats i märkbara mängder i en biflod till Yangtzefloden i Kina , vilket tyder på att bekämpningsmedlet fortfarande används i denna region.

Även om DDT förbjöds 1972, fanns en del av bekämpningsmedlet (liksom andra kemikalier) kvar i miljön. Denna kvardröjning av giftigt material ledde till att pilgrimsfalken nästan utrotades. Det fanns höga nivåer av DDT hittades i många områden som "ägg, fett och vävnader av fågeln." Regeringen . arbetat med naturvårdsgrupper för att hjälpa dem att växa ut ur det förorenade området. Slutligen, 1999 togs fåglarna bort från USA:s lista över utrotningshotade arter.

Sulfurylfluorid

Sulfurylfluorid är en insekticid som bryts ner till fluor och sulfat när den släpps ut i miljön. Fluor har varit känt för att negativt påverka vattenlevande djurliv. Förhöjda nivåer av fluor har visat sig försämra utfodringseffektiviteten och tillväxten hos karp ( Cyprinus carpio) . Exponering för fluor förändrar jonbalansen, totala protein- och lipidnivåerna i dessa fiskar, vilket förändrar deras kroppssammansättning och stör olika biokemiska processer.

Cyanobakterier och cyanotoxiner

Cyanobakterier, eller blågröna alger, är fotosyntetiska bakterier. De växer i många typer av vatten. Deras snabba tillväxt ("blomning") är relaterad till hög vattentemperatur såväl som övergödning (som resulterar från anrikning med mineraler och näringsämnen ofta på grund av avrinning från marken som inducerar överdriven tillväxt av dessa alger). Många släkten av cyanobakterier producerar flera toxiner. Cyanotoxiner kan vara dermatotoxiska, neurotoxiska och hepatotoxiska, även om dödsfall relaterad till exponeringen är sällsynt. Cyanotoxiner och deras icke-toxiska komponenter kan orsaka allergiska reaktioner, men detta är dåligt förstått. Trots deras kända toxicitet har det varit svårt att utveckla en specifik biomarkör för exponering på grund av den komplexa verkningsmekanism som dessa toxiner har.

Cyanotoxiner i dricksvatten

Förekomsten av detta toxin i dricksvatten beror på ett par faktorer. En, är dricksvattnets nivå i råvatten och för det andra beror det på effektiviteten av att avlägsna dessa gifter från vattnet när dricksvatten faktiskt produceras. Eftersom det inte finns några uppgifter om frånvaro/närvaro av dessa toxiner i dricksvattnet är det mycket svårt att faktiskt övervaka mängderna som finns i färdigt vatten. Detta är ett resultat av att USA inte har statliga eller federala program på plats som faktiskt övervakar förekomsten av dessa toxiner i reningsverk för dricksvatten.

Effekter på människor

Även om data om effekterna av dessa två toxiner är begränsade, tyder det på vad som är tillgängligt att toxinerna angriper levern och njurarna. Det var ett hepatoenterit-liknande utbrott i Palm Island, Australien (1979), på grund av konsumtion av vatten som innehöll " C. raciborskii , en cyanobakterie som kan producera cylindrospermopsin." De flesta fall (vanligtvis involverade barn) har krävt att de förs till ett sjukhus. Resultaten av sjukhusvård inkluderar: Kräkningar, njurskador (på grund av förlust av vatten, protein och elektrolyter), feber, blodig diarré och huvudvärk.

Samhällen

Tidskrifter

Se även

Anteckningar

Vidare läsning

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Environmental_toxicology&oldid=1140474781 "