AVALIAÇÃO DO IMPACTO DA RADIAÇÃO NATURAL NA QUALIDADE DA ÁGUA DO AÇUDE DO BOQUEIRÃO DE PARELHAS NO SEMIÁRIDO BRASILEIRO.
ESTE ARTIGO SERÁ SUBMETIDO AO PERIÓDICO ENVIRONMENTAL SCIENCE AND POLLUTION RESEARCH E, PORTANTO ESTÁ FORMATADO
DE ACORDO COM AS RECOMENDAÇÕES DESTA REVISTA. (Acessar: http://www.springer.com/environment/journal/11356)
Impacto de contaminantes geogênicos e antropogênicos na qualidade de água superficial em uma região semiárida.
Luiz Cláudio Cardozo Chavesa; Julio Alejandro Navonia; Douglisnilson de Morais Ferreirab; Silvia Regina Batistuzzo de Medeirosa;c; Viviane Souza do Amarala;c.
a Programa de Pós-Graduação em Desenvolvimento e Meio-Ambiente (PRODEMA), Universidade
Federal do Rio Grande do Norte, Natal, RN, Brasil.
b
Laboratório de Recursos Naturais, Instituto Federal de Tecnologia do Rio Grande do Norte, Natal, Brasil
c
Departamento de Biologia Celular e Genética, Centro de Biociências, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, RN, Brasil.
Resumo
O objetivo deste estudo foi avaliar o impacto de contaminações geogênicas e antropogênicas em um ecossistema aquático de uma região semiárida, localizada no Brasil, através da utilização de ensaios de mutagenicicidade em Oreochromis niloticus e linfócitos humanos. Amostras de água também foram coletadas para a avaliação de parâmetros físico-químicos e concentração de metais pesados, radiação ionizante e radônio. A análise da água mostrou concentrações de chumbo, níquel, prata, cobalto, radiação alfa e radônio acima dos valores de referência da Organização Mundial da Saúde. Nos ensaios de mutagenicidade, ambos os testes detectaram um aumento na frequência de micronúcleos nos bioindicadores utilizados, indicando assim o potencial mutagênico da água analisada e um cenário potencialmente nocivo para populações cronicamente expostas a este recurso. Neste contexto, é recomendado a realização de uma avaliação de risco para saúde humana, de modo a quantificar o risco que populações estão sujeitas devido a utilização deste corpo hídrico.
Abstract
The objective of this study was to assess the impact of the geogenic and antropogenic contaminations on a semiarid region surface water ecosystem located in Brazil, by using mutagenicity assays in Oreochromis niloticus and in human lymphocytes. Water samples were also collected to assess physicochemical parameters and concentration of heavy metals, ionizing radiation. The water analysis showed concentrations of lead, nickel, silver, cobalt, alpha radiation and radon above the guidelines of the World Health Organization. Regarding the mutagenicity assays, both tests detected increases in the micronuclei frequency due to the exposure of bioindicators to the contaminated water, thus indicating a mutagenic potential of the water analyzed and a potential harmful scenario for populations chronically exposed to this resource. In this context, it is recommended the conduction of a risk assessment to human health, in order to quantify the risk that populations are subjected by using this body of water.
1. Introdução
O acesso à água de boa qualidade é considerado atualmente um privilégio em diversos locais do mundo. Frequentemente, atividades humanas são vistas como a principal fonte de degradação desta qualidade da água, principalmente devido ao lançamento de efluentes industriais, rurais e residenciais em corpos hídricos tratados inapropriadamente ou sem tratamento (JIANG, LEE, FANG, 2014; MANZANO et al., 2015; PATEL et al., 2014; CHIGOR et al., 2012). O atual resultado destas interferências humanas na qualidade ambiental é um cenário global de contaminação de águas subterrâneas e superficiais por (RATTNER, 2008; ZHANG ET AL., 2011). A mineração em específico é amplamente conhecida como um estressor ambiental que afeta a qualidade de águas superficiais devido ao lançamento de efluentes que acabam alterando turbidez e causando poluição por óleos e metais pesados (MECHI; SANCHI, 2010).
In addition to the human influence, the presence of geogenic agents in bodies of water may also represent a potential risk for human populations that consume this resource (AMINI, 2011; EGBINOLA; AMANAMBU, 2014). Due to the toxic capacity that several of these substances have, the contamination
of water bodies transforms the water in an effective exposure vehicle to toxic compounds harmful to human health.
Além de seus próprios efeitos tóxicos únicos sobre o corpo humano, vários metais pesados e partículas radioativas ionizantes são considerados genotóxicos e mutagênicos (SAKLY, ET AL., 2012; SILVA ET AL., 2013). Eles podem causar lesões ao material genético, promovendo inibição, amplificação ou mutação genética. O potencial mutagênico de substâncias pode provocar a alteração de material genético e promover a perda de funções celulares importantes. Nos seres humanos, essas modificações estão relacionadas a vários processos degenerativos como o envelhecimento, doenças hereditárias e câncer (FRIEDBERG et al., 2006).
Dentro deste contexto encontra-se o Açude do Boqueirão de Parelhas, localizado em uma região semiárida do Brasil. Este corpo hídrico é um dos maiores da região e fornece água para várias cidades na área. A formação geológica abaixo do açude permite a presença de vários minerais de importância económica, metais pesados e, devido à presença de rochas pegmatitos, compostos radioativos como o urânio (CPRM, 2010). O urânio é um radionuclídeo terrestre instável, caracterizado como uma das principais fontes de exposição humana à radiação ionizante. Seu processo de decaimento emite partículas radioativas alfa e beta, ambas consideradas carcinogênicas para humanos (CHAUDHRY, 2008; BARILLET et al., 2011; IARC, 2001). O processo de decaimento do urânio também resulta na emissão de subprodutos como o radônio, um gás altamente carcinogênico, e chumbo, um elemento tóxico considerado um provável agente carcinogênico (ATSDR, 2007; ATSDR, 2012). A presença destes agentes geogênicos também viabiliza mineração na região, permitindo a contaminação do açude do Boqueirão de Parelhas por substâncias tóxicas e subprodutos desta atividade.
Devido a natureza dos contaminantes de ambas as fontes, geogênicas e antropogênicas, e do risco de exposição de populações que utilizam este corpo hídrico, a presença destes compostos na água é de grande importância para a saúde pública (KHAN et al., 2013; UNSCEAR, 2008). Entretanto, informações sobre a presence e concentração destas substâncias nesta região semiárida são escassas e o potencial mutagênico desta água devido ao contexto de contaminação é desconhecido.
Assim, o objetivo deste estudo foi avaliar a qualidade da água do Açude do Boqueirão de Parelhas/RN/Brasil através da avaliação do potencial mutagênico, utilizando o teste de micronúcleo (MN) em células sanguíneas de Oreochromis niloticus (modelo in vivo) e em linfócitos humanos (modelo in vitro), e da análise de parâmetros físico-químicos, metis pesados, radiação ionizante.
2 Materiais e médodo 2.1 Área de estudo
O Açude do Boqueirão de Parelhas está localizado na cidade de Parelhas, no estado do Rio Grande do Norte / Brasil (Fig. 1). Está inserido em uma região semiárida com uma precipitação média anual de 390 mm, com 74,9% do volume de chuva que ocorrem a partir de fevereiro até abril (EMPARN, 2015).
O açude tem capacidade de 84792119 m3 e é responsável pelo fornecimento de água da cidade de Parelhas, que possui cerca de 23000 habitantes, e ainda, durante períodos de estiagem prolongadas, pelo abastecimento de diversas outras cidades na região. A água é transportada por caminhões e utilizada, em alguns casos, sem nenhuma forma de tratamento. Além disso, area do entorno do açude também é utilizada por comunidades tradicionais para atividades de lazer e econômicas como a pesca. A mineração é outra atividade realizada na região e consiste na extração de gemas, barita, coridon, feldspato e berilo destinadas principalmente para a produção de materiais de construção.
Fig. 1. Localização do Açude do Boqueirão e pontos designados para a coleta de água para os testes de metais pesados, parâmetros físico químicos e radiação alfa e beta (P1, P2, P3), radônio (R1, R2, R3) e para o teste CBMN em linfócitos humanos (P1, P2,P3). A – Brasil. B – Estado do Rio Grande do Norte, município de Parelhas em destaque. C – Açude do Boqueirão.
2.2 Análises da água
Amostras de água foram coletadas de 3 diferentes pontos (P1, P2, P3) no açude do Boqueirão de Parelhas (Fig. 1) em três períodos diferentes: estação de estiagem de 2013 (julho), estação chuvosa de 2014 (fevereiro) e estação de estiagem de 2014 (julho). Amostras foram coletadas, acondicionadas em recipientes esterilizados previamente e transportadas para o laboratório para a análise de parâmetros físico-químicos, presença e concentração de metais pesados, e partículas radioativas alfa e beta.
A análise dos parâmetros físico-químicos foi realizada utilizando métodos descritos em APHA (2005). Os seguintes parâmetros foram avaliados: Cor verdadeira, turbidez, pH, sólidos totais, nitrato, nitrito, ferro dissolvido, cloro e sulfato.
A análise de metais pesados foi realizada de acordo com APHA (2005) utilizando espectrometria de absorção atômica de chama para a identificação das concentrações de alumínio, cádmium, cobalto, cobre, chumbo, cromo, ferro, manganês, níquel, prata e zinco.
As concentrações encontradas para os parâmetros físico-químicos e conteúdo de metais pesados foram analisados por comparação dos resultados com as orientações apresentadas pela Organização Mundial de Saúde (2011). Além disso, os dados também foram comparados com os limites estabelecidos pela legislação brasileira por meio da Resolução nº 357 de 2005, do Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA). Esta comparação tornou-se necessário para a investigação uma vez que o Açude do Boqueirão de Parelhas é um ecossistema aquático que deve dar suporte a outros organismos vivos, além de seres humanos. Assim, algumas diretrizes para a qualidade da água são mais sensíveis a fim de atender as exigências de vida de toda a biota associada a este recurso.
A quantificação da partículas radioativas alfa e beta na água foi realizada por meio da deposição das amostras de água em uma placa de aço inoxidável e da utilização de um contador proporcional para a medição das partículas totais alfa e beta, de acordo com Tauhata et al. (2003). A análise dos dados foi realizada através da comparação dos resultados com limites sugeridos pela Organização Mundial da Saúde (2011).
2.3 Quantificações de Radônio.
Concentrações de radônio no açude foram medidas utilizando a câmara ionizante portátil Alphaguard (Genitro Instruments GmbH) de acordo com especificações do fabricante. O alphaguard foi
C A
utilizado para realizar medições no ar, solo e água em 3 pontos distintos (R1, R2, R3) no açude durante 30 minutos em cada ponto (Fig. 1).
Análises do radônio no ar foram realizadas em cada pronto utilizado o modo difusão do Alphaguard em medições realizadas a cada 10 minutos. Medições no solo foram realizadas em intervalos de 10 minutos através da utilização de uma sonda específica utilizada em conjunto com o Alphaguard em modo fluxo.
A análise de radônio em água foi realizada através da coleta de amostras de água de 1 L em cada ponto selecionado do açude. As amostras foram transportadas para o laboratório e a análise foi realizada em intervalos de 10 minutos utilizando o alphaguard em modo fluxo em conjunto com o Aquakit (Genitro Instruments GmbH) de acordo com especificações do fabricante.
2.4 Estudos de mutagenicidade
2.4.1 Teste de micronúcleo em Oreochromis n.
O teste de MN foi realizado de acordo com o protocolo descrito em Çavas and Ergene-Guzukara (2005) utilizando 15 peixes da espécie Oreochromis n. coletados no açude do Boqueirão em Fevereiro/2014 e Julho/2014, correspondendo, respectivamente, à meses da estação chuvosa e de estiagem na região. Os organismos para compor o grupo controle foram obtidos em um aquátio controlado e aclimatado em água sem cloro por um período de 120 dias antes do ensaio experimental. A utilização dos peixes nesta pesquisa foi conduzida de acordo com das Diretrizes Nacionais de Ética em Pesquisa com Animais.
In loco, amostras de 0,3 mL de sangue foram coletadas de cada peixe através de punção branquial. Ainda em campo, as amostras de sangue utilizadas para o esfregaço sanguíneo em e lâminas para cada peixe. Após esta etapa, as lâminas foram fixadas em etanol absoluto durante 10 minutos e coradas utilizando Giemsa 10% durante 10 minutos.
A análise citogenética foi realizada em um microscópio óptico utilizando amplicação de 1000x e óleo de imersão. A quantificação da frequência de Micronúcleos foi realizada para cada 1000 células sanguíneas por lâmina. Os MN foram identificados de acordo com Fenech (2007), e anormalidade nucleares foram classificadas e quantificadas de aocrdo com Rocha et al. (2011).
2.4.2 Teste de Micronúcleo por Bloqueio de Citocinese (CBMN)
O teste de CBMN foi realizado utilizando linfócitos humanos de acordo com o protocol descrito em Fenech (2007). O ensaio foi realizado em março de 2014 e Agosto de 2014, correspondendo, respectivamente, a meses das estações chuvosas e de estiagem na região. Amostras de água foram coletadas em 3 pontos diferentes do açude (P1, P2, P3) indicados na fig. 1. Em cada ponto, 500 mL de água foram coletados em recipientes previamente esterilizados.
5 mL de sangue periférico foi obtido de 3 doadores jovens do sexo masculine para o teste. Estes indivíduos não eram fumantes, faziam parte do mesmo faixa etária (21-25) e não tiveram contato com a área de estudo.
Em laboratório, culturas com o sangue coletado foram montadas utilizando 8 tubos falcon de 15 mL, 2 para cada ponto de coleta e 2 para comport o grupo controle. Na etapa de semeio, 300 µL de sangue foram aleatoriamente distribuídos em cada tubo falcon, contendo 4,7 mL de Meio de cultura RPMI (10% de soro fetal bovino e 1% de penicilina / estreptomicina). 100 µL de Fitohemaglutinina (PHA) foram adicionados no tubos após a distribuição do sangue. 24 horas após a estimulação com PHA, 200 µL de água foram filtradas e introduzidas nos tubos falcon sem diluição. As amostras foram previamente esterilizadas utilizando um filtro sartório com membrana de poro de 0.22 µm. O controle negativo foi realizado utilizando água destilada para a exposição. 44 horas após a estimulação com PHA, 6 µg/mL de citocalasina-B foram introduzidos nas culturas. Durante o teste, tubos com as culturas de sangue foram mantidos em uma estufa a 37º C.
Os linfócitos foram separados e recolhidos utilizando uma centrifugadora (1000 rpm, 5 min), tratados com 0,075 M de KCl e fixadas 3 vezes em 4 mL de solução de fixação (metanol 9: 1 de ácido acético). A células suspensas foram colocadas em lâminas em um ângulo de 45 °, mantida numa estufa (60 ° C) durante 15 minutos e coradas com Giensa 5% durante 5 minutos. Os MN foram identificados de acordo com Fenech (2007) e a frequência quantificada em cada 1000 células binucleadas para cada tubo, totalizando um total de 2000 células por ponto de amostragem.
2.5 Análises estatísticas
A análise estatística para os testes de micronúcleos foram realizados utilizando software SPSS versão 20. Foi utilizado o teste ANOVA, seguido do pós-teste de Dunnet para os dados encontrados no teste MN em células sanguíneas de Oreochromis niloticus. O teste Kruskal-Wallis foi utilizada para os dados encontrados no teste CBMN em linfócitos humanos. As diferenças estatísticas foram consideradas significativas para p ≤ 0,05.
3. Resultados e discussão
Este estudo avaliou a qualidade da água do açude do Boqueirão de Parelhas, localizado em uma região semiárida do Brasil que apresenta baixa disponibilidade de água e contaminação ambiental por fontes antropogênicas e geogénicas tais como metais pesados e radiação ionizante natural. A presença de metais pesados no solo e na água é muitas vezes relacionada com a influência das actividades humanas, mas também pode ser encontrada devido à presença de fontes naturais, como é o caso do chumbo e do urânio (OUSIF et al., 2013). A presença destes compostos em água é considerada um risco potencial para a saúde humana, devido à sua toxicidade e persistência em ecossistemas uma vez que eles não são biodegradáveis e acumulam-se em diversos compartimentos ambientais (Singh et al., 2011).
Devido à importância do Açude do Boqueirão de Parelhas para a área, através do fornecimento de água para várias cidades, torna-se necessário compreender esse cenário contaminação específico. O estudo dos contaminantes e fontes de degradação da qualidade da água é essencial para verificar se uma situação oferece um risco real para a saúde para as populações que usam essa água. Neste contexto, testes de mutagenicidade, caracterizações físico-químicas, análise de metais pesados, radônio e partículas radioativas foram realizados para diagnosticar a qualidade da água neste corpo hídrico para melhor compreender o cenário específico de contaminação nesta região.
3.1 Análises de metais pesados
Metais pesados são considerados frequentemente uma das classes mais importantes de tóxicos relacionados à contaminação de água no mundo (Aanand et al., 2010; Abdel-Baki; Dkhil; Al-Quraishy, 2011). Em parte, devido a quantidade de áreas afetadas, mas também pela severidade e diversidade de efeitos na saúde derivados do consumo de água contaminada (HU; JIN; KAVAN, 2014). além de sua toxicidade a nível sistémico, diferentes metais pesados têm a capacidade de causar danos ou interagir com o material genético de organismos vivos. De acordo Mateuca et al (2006), diferentes metais influenciam de maneiras diferentes o DNA. Cada um destes compostos possui um perfil diferente de genotoxicidade se ligando ao material genético ou a um aminoácido específico por afinidade. Estes compostos podem causar dano ao material genético ou na maquinaria celular e funções associadas.
A concentração dos 11 metais pesados analisados neste estudo estão presents na tabela 1. De acordo com os resultados, foram encontradas concentrações acima dos limites sugeridos pela Organização Mundial da Saúde (2011) e permitidos pela legislação Brasileira: Chumbo, alumínio, níquel, cobalto e prata.
Resultados semelhantes foram encontrados por Garcia et al. (2011) no açude de Lucrécia, um corpo hídrico localizada em região semiárida do Brasil que tem sofre influencia da radiação ionizante natural derivada do Urânio. Os autores encontraram um cenário de contaminação semelhante ao da regão do Açude de boqueirão estudado nesta pesquisa, associando os altos níveis de metais como chumbo e níquel à influencia da contaminação geogênica local e da atividade de mineração.
Estudos em ecossistemas aquáticos superficiais na China e no Paquistão destacam a severidade de contaminações de corpos hídricos por metais pesados derivados de múltiplas fontes. A presença destas substâncias nos diversos compartimentos ambientais por origem antropogênica ou geogênica representam um estressor ambiental nocivo à toda a biota que depende deste recurso, persistindo no ambiente e afetando a qualidade de vida dos organismos devido a sua capacidade de bioacumulação e biomagnificação (ABDEL-BAKI; DKHIL; AL-QURAISHY, 2011; MUHHAMED; SHAH; KHAN, 2011; NAVEEDULLAH ET AL., 2014).
Tabela 1. Concentração (mg/L) de metais pesados nas amostras de água do Açude do Boqueirão nos diferentes pontos de coleta e parâmetros de referência da legislação Brasileira e Organização Mundial da Saúde.
Estação Metal P1 P2 P3 CONAMA OMS
Estiagem Al 0,100 0,200* 0,100 0,100 0,900 2013 Cd ND ND ND 0,001 0,003 Co 0,060* 0,015* 0,030* 0,005 - Cu 0,005 0,005 0,005 0,009 2 Pb 0,050*** 0,100*** 0,050*** 0,010 0,010 Cr 0,010 0,015 0,010 0,050 0,050 Fe 0,050** 0,095** 0,090** 0,300 0,0005 Mg 0,025 0,020 0,020 0,100 0,400 Ni 0,050* ND 0,050* 0,025 0,070 Ag 0,035*** 0,030*** 0,020*** 0,010 0,002 Zn 0,015 0,010 0,010 0,180 3 Chuvosa Al ND 0,050 ND 0,100 0,900 2014 Cd ND ND ND 0,001 0,003 Co 0,075* 0,040* 0,040* 0,005 - Cu 0,005 ND ND 0,009 2 Pb 0,050*** 0,050*** ND 0,010 0,010 Cr 0,005 0,005 ND 0,050 0,050 Fe 0,145 0,125 0,095 0,300 0,0005 Mg 0,095 0,090 0,105* 0,100 0,400 Ni 0,050* 0,050* 0,050* 0,025 0,070 Ag 0,065*** 0,020*** 0,035*** 0,010 0,002 Zn 0,015 0,010 0,015 0,180 3 Estiagem Al 0,800* 0,250* 0,350* 0,100 0,900 2014 Cd 0,005 0,005 ND 0,001 0,003 Co 0,030* 0,025* 0,020* 0,005 - Cu ND ND ND 0,009 2 Pb 0,050*** 0,050*** 0,050*** 0,010 0,010 Cr ND ND ND 0,050 0,050 Fe 0,275 0,125 0,205 0,300 0,0005 Mg 0,085 0,060 0,085 0,100 0,400 Ni 0,050* 0,050* 0,050* 0,025 0,070 Ag 0,005** 0,005** 0,005** 0,010 0,002 Zn 0,010 0,015 0,010 0,180 3
ND – Valores não detectados. * Valores acima dos limites estabelecidos pela resolução nº 357 de 2005 do CONAMA. ** Valores acima dos limites sugeridos pela Organização Mundial da Sáude (2011). ***Valores acima dos parâmetros do CONAMA e OMS.
Altos níveis de chumbo foram encontrados em ambas as estações de seca (2013, 2014) em todos os pontos de amostragem com uma concentração variando de 5 a 10 vezes maior do que os níveis seguros sugeridos. A ocorrência desses níveis elevados de chumbo pode estar relacionada com várias fontes na área, tanto geogénica e antropogênica (mineração). Sua presença em água superficial destinada ao consumo humano é uma fonte constante de preocupação para a saúde pública, uma vez que o chumbo é persistente no meio ambiente, é considerado um provável carcinogênico para os seres humanos e sua retirada da água através de métodos convencionais é difícil (PAYNE, 2008; WHO, 2011).
A exposição à altas concentrações de chumbo pode induzir danos no sistema renal, nervoso e cardiovascular. Estudos destacam que a exposição a altas concentrações deste metal está também associada a défice cognitivo e perda de memória. Em crianças, concentrações sanguíneas superiores a 5 ug% são descritas com o potencial de causar alterações no sistema nervoso, originando déficit cognitivo, distúrbios de comportamento, mau desempenho escolar, diminuição da capacidade visual, entre outros (CHEN et al, 2012;. DASCANIO et al ., 2010; GILLIS et al, 2012;.. Grodstein et al, 2009;. MARTÍNEZ et al, 2013). Além disso, a exposição ao chumbo pode gerar danos no DNA que tem uma correlação positiva com a concentração e a duração da exposição, o que pode causar lesões ao material genético e a inibição da síntese de compostos no corpo. A atividade inibitória da exposição ao chumbo pode estar associada com a diminuição da formação de oxidases de função mista, o que resulta na diminuição do metabolismo de substâncias endógenas e a desintoxicação de xenobióticos (ATSDR, 2007; YU; WANG; SOL, 2014).
Níveis de níquel também foram encontrados acima dos limites estabelecidos pela legislação