Os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPAs) são uma classe de compostos orgânicos que consistem em dois ou mais anéis de benzeno fundidos e/ou moléculas pentacíclicas que estão dispostos em vária configurações estruturais. Essas configurações podem ser classificadas em linear, aglomerado ou arranjos angulares, conforme pode ser visto na Figura 2.2.
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FIGURA 2.2 Arranjo molecular dos Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos (Fonte: adaptado de ABDEL-SHAFY E MANSOUR, 2016).
Os HPAs são geralmente sólidos incolores, brancos ou amarelo pálido. São um grupo de substâncias orgânicas onipresente no solo, na água e no ar com várias centenas de compostos químicamente relacionados, ambientalmente persistentes e de toxicidade variada. Esses compostos são gerados de forma não intencional de duas fontes principais: naturais (biogênica e geoquímica) e antropogênica, sendo essa última a principal causa de poluição ambiental e, portanto, o foco de programas de biorremediação (BAMFORTH E SINGLETON, 2005; ABDEL-SHAFY E MANSOUR, 2016).
No que diz respeito às emissões provenientes de fontes naturais, tem sido relatado que 2000 toneladas de HPAs totais presentes na atmosfera são atribuíveis aos incêndios florestais naturais. As emissões globais de benzo(a)pireno por vulcões foram estimados entre 1,2 a 14 toneladas anuais. Apesar da quantidade alarmante desses poluentes que são produzidos de forma natural, como foi dito anteriormente, a maior fonte de emissão de HPAs para o ambiente ainda é proveniente de fontes antropogênicas, representando um perigo considerável para a saúde humana (Earl et al., 2003). No Brasil a queimada de canaviais, por exemplo, caracteriza-se como um dos principais processos antropogênicos responsáveis pelo
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aumento da concentração de HPAs no solo e no ar das cidades. Os canaviais são queimados para facilitar o processo de corte manual e para aumentar o teor de açúcar, em peso, por meio de evaporação da água. Estudos realizados para o ar do interior e exterior de residências já tem comprovado o aumento da concentração de equivalentes de benzo(a)pireno de 0,007 ng.m-3 para 1,7 ng.m-3, após as queimadas serem realizadas (ANDRADE et al., 2010; CRISTALE et al., 2012).
A persistência dos HPAs no meio ambiente depende de vários fatores, como a estrutura química, a concentração, a dispersão e a biodisponibilidade do contaminante. A estrutura química está relacionada principalmente a características como hidrofobicidade e solubilidade. Quanto mais hidrofóbico, menos solúvel e mais persistente será o composto. A Figura 2.3 ilustra as estruturas de alguns HPAs e suas respectivas solubilidades. Como pode ser visto, a solubilidade desse tipo de composto depende principalmente do número de anéis e da ligação entre esses anéis. Além disso, fatores ambientais como tipo e estrutura do solo, pH, temperatura e a presença de níveis adequados de oxigênio, nutrientes e água controlam a biodisponibilidade dessas substância para a atividade das comunidades microbianas degradantes, contribuindo para controlar o tempo que os HPAs persistem no ambiente. A associação de HPAs com co-poluentes como hidrocarbonetos e metais pesados é outro fator que pode prolongar seu tempo de permanência no ambiente (BAMFORTH E SINGLETON, 2005; ABDEL-SHAFY E MANSOUR, 2016).
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FIGURA 2.3: Massa molar e solubilidade em água de algum Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos (HPAs). (Fonte: adaptado de BAMFORTH e SINGLETON, 2005)
Muitos HPAs têm propriedades tóxicas, mutagênicas e/ou
carcinogênicas. Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos são altamente solúveis em lipídeos e, assim, prontamente absorvidos a partir do trato gastrointestinal de mamíferos. Eles são rapidamente distribuídos em uma ampla variedade de tecidos com uma acentuada tendência para a localização na gordura corporal. Por isso, muitos HPAs são considerados poluentes ambientais que podem ter um efeito negativo sobre a flora e fauna dos habitats afetados, resultando na absorção e acumulação ao longo da cadeia alimentar e, quando chegam ao ser humano, em graves problemas de saúde e /ou defeitos genéticos (SAMANTA et al. 2002).
Hidrocarbonetos Políciclicos Aromáticos são quimicamente inertes, no entanto, eles sofrem ativação metabólica em células de mamíferos resultando em diol-epóxidos que se ligam covalentemente a macromoléculas celulares, incluindo DNA, causando erros na replicação do DNA e mutações que iniciam o processo carcinogênico. Aparentemente todos os HPAs com potencial cancerígeno apresentam esse tipo de mecanismo. Há também evidências de que outros intermediários reativos são gerados por processos de oxidação que pode resultar na alquilação quimicamente instável do DNA, o que leva a um evento potencialmente mutagênico (PHILLIPS, 1999).
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A exposição a altos níveis de poluentes contendo HPAs pode resultar em sintomas como irritação nos olhos, náusea, vômitos, diarréria e confusão mental. Já a exposição prolongada ou crônica aos HPAs pode incluir diminuição da função imunológica, catarata, dano renal e hepático, problemas respiratórios, sintomas semelhantes aos da asma e anormalidades da função pulmonar. O contato repetido com a pele pode induzir vermelhidão e inflamação. O naftaleno, um HPA específico, pode causar a quebra dos glóbulos vermelhos se inalado ou ingerido em grandes quantidades (ABDEL-SHAFY e MANSOUR, 2016).
As vias de exposição à HPAs incluem respiração em ambientes contaminados, inalação em ambientes com lareira, hábito de fumar cigarros, além de águas contaminadas por efluentes industriais ou derramamento de petróleo (ABDEL- SHAFY e MANSOUR, 2016). Há, também, vários relatos na literatura sobre o aumento significativo de certas doenças cancerosas atribuídas a uma exposição incomum a HPAs no ambiente de trabalho (JACOB E SEIDEL, 2002; ROSSBACH et al. 2007). No entanto, acredita-se que a dieta ainda é a maior fonte da exposição humana a esse tipo de composto. Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos foram detectados e quantificados em muitos alimentos, incluindo carnes grelhadas no carvão, alimentos defumados, gorduras e óleos, frutos do mar, bebidas e vegetais. As possíveis fontes de contaminação por HPAs em alimentos são numerosas e incluem solos contaminados, ar e água poluídos, modo de cozimento, processamento de alimentos, tipo de combustível (carvão, madeira, diesel, propano), condições de geração de fumaça durante a cura, composição da madeira, temperatura de pirólises, fontes endógenas e teor de lipídios da carne (GOMAA et al., 1993).
Aparentemente a deposição gasosa desses HPAs é o principal mecanismo para a acumulação em vegetais, porém foi observado, em alguns casos, uma relação direta entre a concentração de HPAs no solo e na planta contaminada (TAO et al., 2004). A introdução desse tipo de composto no solo pode se dar de várias maneiras, como por exemplo, matéria proveniente do tratamento de esgoto público, lixiviação dos locais de armazenamento de carvão e utilização de fertilizantes que contem HPAs. No entanto, outra forma bastante importante da introdução de HPAs no solo é a deposição dos compostos depois do transporte local ou por longas distâncias. O grau de transferência de HPAs para o solo depende de características ambientais, como por exemplo, temperatura e quantidade de
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precipitação, e de características físico-químicas individuais dos compostos, especialmente massa molecular, coeficiente de partição octanol-ar (Koa), solubilidade em água, coeficiente de partição octanol-água (Kow), constante da lei de Henry e pressão de vapor. Geralmente compostos com alta massa molecular (mais de quatro anéis) tendem a ser depositados nas vizinhanças do ponto de descarga, pois esses tem particionamento preferencial para a matéria particulada presente no ar (EARL et al., 2003).