Ανάπτυξη μεθόδων προσδιορισμού παραπροϊόντων χλωρίωσης στο πόσιμο νερό

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ

ΤΜΗΜΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕ ΘΕΜΑ

ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΜΕΘΟΔΩΝ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΠΑΡΑΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΧΛΩΡΙΩΣΗΣ ΣΤΟ ΠΟΣΙΜΟ ΝΕΡΟ

ΕΠΙΒΛΕΠΟΥΣΑ ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ: ΚΑΛΑΝΤΖΗ ΟΛΓΑ-ΙΩΑΝΝΑ

ΠΑΝΑΓΟΠΟΥΛΟΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ

ΜΥΤΙΛΗΝΗ 2009

2

ΠΕΡΙΛΗΨΗ

Η παρούσα εργασία αποτελεί μια μελέτη για το σχεδιασμό δύο αναλυτικών μεθόδων, προκειμένου να προσδιορίζονται μέσω αυτών τρεις ουσίες- παραπροϊόντα χλωρίωσης.: ο υδρίτης της χλωράλης, η 1,3-διχλωρο-2-προπανόλη και το μονοχλωροοξικό οξύ, με την τεχνική της αέριας χρωματογραφίας/φασματοσκοπίας μαζών. Σε ποσότητες μεγαλύτερες των 10 ppb οι ουσίες αυτές θα πρέπει να αναφέρονται ως τοξικές και καρκινογόνες και για αυτό το λόγο, δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στην ανάπτυξη ευαίσθητων αναλυτικών μεθόδων προκειμένου να παρατηρούνται τα επίπεδα τους στο πόσιμο νερό. Οι μέθοδοι που αναπτύχθηκαν έχουν όρια ανίχνευσης 0,45 ppb για τον υδρίτη της χλωράλης, 0,24 ppb για την 1,3-διχλωρο-2-προπανόλη και 1,08 ppb για το μονοχλωροοξικό οξύ. Οι ανακτήσεις για τον υδρίτη της χλωράλης κυμαίνονται από 105,44% έως 89,35%, για την 1,3-διχλωρο-2-προπανόλη από 101,37% έως 91,77%

και για το μονοχλωροοξικό οξύ από 104,64% έως 89,43%. Η μέθοδος ανάλυσης του υδρίτη της χλωράλης και της 1,3-διχλωρο-2-προπανόλης περιελάμβανε υγρή-υγρή εκχύλιση και προσδιορισμό των ενώσεων με τη συνδυασμένη τεχνική της αέριας χρωματογραφίας/φασματοσκοπίας μαζών και η μέθοδος ανάλυσης του μονοχλωροοξικού οξέος περιελάμβανε υγρή-υγρή εκχύλιση, παραγωγοποίηση και προσδιορισμό με την συνδυασμένη τεχνική της αέριας χρωματογραφίας/φασματοσκοπίας μαζών.

3 Σύνθεση τριμελούς εξεταστικής επιτροπής

Καλαντζή Όλγα-Ιωάννα,

Λέκτορας Τμήματος Περιβάλλοντος Πανεπιστημίου Αιγαίου (επιβλέπουσα καθηγήτρια)

Νικολάου Νατάσα

Λέκτορας Τμήματος Επιστημών της Θάλασσας Πανεπιστημίου Αιγαίου

Γατίδου Γεωργία

Π.Δ. 407/80 Τμήματος Περιβάλλοντος Πανεπιστημίου Αιγαίου

4 στην αδερφή μου, Σοφία

5

“water water, everywhere but not a drop to drink”

Samuel Taylor Coleridge

Θα ήθελα να εκφράσω τα θερμά μου ευχαριστώ στην Καλαντζή Όλγα- Ιωάννα Λέκτορα του τμήματος Περιβάλλοντος του Πανεπιστημίου Αιγαίου για την ανάθεση αυτής της εργασίας, για την πολύτιμη βοήθεια της και για τη συνεχή συμπαράσταση της.

Θερμά ευχαριστώ οφείλω στην Γατίδου Γεωργία για τις συμβουλές της και τις παρατηρήσεις της.

Ένα μεγάλο ευχαριστώ οφείλω στον Πέτσα Α. περιβαλλοντολόγο την Τσιούμα Β. υποψήφιο διδάκτορα του τμήματος μηχανικών οικονομίας και διοίκησης και τον Σαμαρά., Β. υποψήφιο διδάκτορα του τμήματος περιβάλλοντος για την ανεκτίμητη βοήθεια τους και τις συμβουλές τους στις αναλύσεις.

Ένα ακόμη μεγάλο ευχαριστώ οφείλω στην Καλοπέτρη Μαρία, Χημικό, για την άψογη συνεργασία μας και για την συνεχή βοήθεια της στο εργαστήριο.

Τέλος, ευχαριστώ την οικογένεια μου για την αμέριστη συμπαράσταση της σε όλες τις προσπάθειες μου στα πλαίσια εκπόνησης αυτής της εργασίας.

6

ΣΥΝΤΜΗΣΕΙΣ

1,3-DCP 1,3–διχλωρο-2-προπανόλη

2-MCPD 2-χλωρο-1,3-προπανοδιόλη 2,3-DCP 2,3-διχλωρο-1-προπανόλη

3-MCPD 3-χλωρο-1,2-προπανοδιόλη

acid-HVP Όξινα υδρολυμένες φυτικές πρωτεΐνες

Ar Μόριο χημικού στοιχείου αργού

bw By weight

CDBP Χλωριωμένα παραπροϊόντα απολύμανσης

CEN European Committee for Standardization

CH Υδρίτης της χλωράλης

CH3OH Μεθανόλη

CH4 Μόριο χημικού στοιχείου μεθανίου CI Πηγή χημικού ιοντισμού

DBPR Disinfection Byproducts Rule

DBPs Παραπροϊόντα απολύμανσης

DCM Διχλωρομεθάνιο

DDT Παρασιτοκτόνο (διχλωρο-διφαινυλο-τριχλωροαιθάνιο)

DWI Drinking Water Inspectorate

Ε.Α. Οξικός αιθυλεστέρας

ΕΙ Πηγή ηλεκτρονικού ιοντισμού : ιονισμός μορίου με σύγκρουση με ηλεκτρόνιο

EINECS European Inventory of Existing Commercial Chemical Substances ΕΡΑ Environmental Protection Agency

eV Ηλεκτρονιοβολτ, μονάδα μέτρησης ενέργειας ηλεκτρονίου

FDA Food and Drug Administration

GAC Κοκκώδης Ενεργοποιημένος Άνθρακας

GC/ECD Συνδυασμός αέριας χρωματογραφίας με ανιχνευτή σύλληψης ηλεκτρονίων GC-MS Συνδυασμός αέριας χρωματογραφίας με ανιχνευτή φασματοσκοπία μάζας

7 H2 Μόριο χημικού στοιχείου υδρογόνου

HAAs Αλογονωμένα οξικά οξέα

He Μόριο χημικού στοιχείου ηλίου

HPLC Υγρή χρωματογραφία υψηλής απόδοσης

HS Δειγματοληψία υπερκείμενης φάσης IARC International Agency for Research on Cancer

i.d Εσωτερική διάμετρος τριχοειδούς στήλης

IR Φασματοσκοπία υπερύθρου

IUPAC Διεθνής Ένωση Καθαρής και Εφαρμοσμένης Χημείας ΚΝΣ Κεντρικό Νευρικό Σύστημα

LC-MS Συνδυασμένη τεχνική υγρής χρωματογραφίας με ανιχνευτή φασματοσκοπίας μάζας

LLE Υγρή-υγρή εκχύλιση

ΜCAA Μονοχλωροξικό οξύ

MCL Maximum contaminant level

MCLG Maximum contaminant level goal

mg Milligram (1 mg = 10^-3 g) μg Microgram (1 μg = 10^-6 g)

μL 1/1000 του εκατοστόλιτρου (1μL = 10^-3 ml)

μΜ 10^-3 Molarity, συγκέντρωση εκφρασμένη σε μmole ουσίας ανά 1 lt διαλύματος

Μr Σχετική μοριακή μάζα

MS Φασματοσκοπία μαζών

MS/MS Συζευγμένη φασματομετρία μαζών

MTBE Μεθυλο-tert-βουτυλ-αιθέρας

m/z Λόγος μάζας/φορτίο

N2 Μόριο χημικού στοιχείου αζώτου NAD⁺ Νικοτιναμιδο αδενινο δινουκλεοτίδιο

NADH Ανηγμένο νικοτιναμιδο αδενινο δινουκλεοτίδιο

ng Nanogram (1 ng = 10^-9 g)

ΝΙST National Institute of Standards and Technology

8

NTP National Toxicology Program

Ο3 Όζον

PAHs Πολυκυκλικοί Αρωματικοί Υδρογονάνθρακες

Pατμ Τάση ατμών

pg Picogram (1 pg = 10^-12 g) ppb Parts per billion

ppm Parts per million

rpm Μονάδα μέτρησης, στροφές ανά 1 λεπτό

RSD Σχετική τυπική απόκλιση

SCAN Σάρωση φάσματος σε γνωστή και εκτεταμένη περιοχή θραυσμάτων

SIM Εκλεκτική παρακολούθηση επιλεγμένων ιόντων

σ.ζ. Σημείο ζέσεως

TDI Ημερήσια ανεκτή πρόσληψη

ΤΗΜs Τριαλομεθάνια

Torr Μονάδα μέτρησης της πίεσης (Torricelli)

9

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ

1. Εισαγωγή

1.1 Χλωρίωση

1.2 Υδρίτης της Χλωράλης 1.2.1 Γενική Περιγραφή 1.2.1.1 Ταυτότητα 1.2.1.2 Σχηματισμός

1.2.1.3 Φυσικοχημικές Ιδιότητες 1.2.1.4 Χρήσεις και εφαρμογές 1.2.2 Περιβαλλοντική έκθεση 1.2.2.1 Αέρας

1.2.2.2 Νερό 1.2.2.3 Τρόφιμα

1.2.3 Τοξικολογία – Παθολογία 1.2.3.1 Γενικά

1.2.3.2 Έκθεση του ανθρώπινου οργανισμού 1.2.3.3 Μεταβολισμός

1.2.3.4 Συγκρίσεις κινητικών μεταξύ ανθρώπων και πειραματόζωων 1.2.3.5 Επιπτώσεις σε πειραματόζωα και in vitro συστήματα

1.2.3.5.1 Καρκινογένεση και τοξικότητα σε πειράματα μακροχρόνιας και βραχυχρόνιας έκθεσης

1.2.3.5.2 Γενετική Τοξικότητα

1.2.3.5.3 Ελεύθερες ρίζες και μεταλλάξεις του DNA 1.2.3.5.4 Ανοσολογικές επιπτώσεις

1.2.3.5.5 Νευρολογικές επιπτώσεις 1.2.3.6 Επιπτώσεις στον άνθρωπο 1.2.3.7 Εκτίμηση επικινδυνότητας 1.2.4 Μέθοδοι ανάλυσης

1.2.5 Φάσμα μαζών του υδρίτη της χλωράλης

1.3 1,3-διχλωρο-2-προπανόλη

1.3.1 Γενική Περιγραφή

10 1.3.1.1 Ταυτότητα

1.3.1.2 Φυσικοχημικές ιδιότητες 1.3.1.3 Σχηματισμός

1.3.1.3 Χρήσεις και εφαρμογές 1.3.2 Περιβαλλοντική έκθεση 1.3.2.1 Νερό

1.3.2.2 Τρόφιμα

1.3.3 Τοξικολογία – Παθολογία 1.3.3.1 Γενικά

1.3.3.2 Κινητικότητα και μεταβολισμός 1.3.3.3 Εκτίμηση επικινδυνότητας 1.3.4 Αναλυτικές μέθοδοι

1.3.5 Φάσμα μαζών 1,3-διχλωρο-2-προπανόλης 1.4 Μονοχλωροοξικό οξύ

1.4.1 Γενική Περιγραφή 1.4.1.1 Ταυτότητα

1.4.1.2 Φυσικοχημικές ιδιότητες 1.4.1.3 Χρήσεις και εφαρμογές 1.4.1.4 Σχηματισμός

1.4.2 Περιβαλλοντική έκθεση 1.4.2.1 Αέρας

1.4.2.2 Νερό 1.4.2.3 Τρόφιμα

1.4.3 Τοξικολογία – Παθολογία

1.4.3.1 Επιπτώσεις σε πειραματόζωα και in vitro συστήματα 1.4.3.1.1 Οξεία έκθεση

1.4.3.1.2 Βραχυχρόνια έκθεση 1.4.3.1.3 Μακροχρόνια έκθεση

1.4.3.1.4 Αναπαραγωγική και αναπτυξιακή τοξικότητα 1.4.3.1.5 Μεταλλαξιογένεση

1.4.3.1.6 Καρκινογένεση

11 1.4.3.2 Κινητικές και μεταβολισμός

1.4.3.3 Επιπτώσεις στους ανθρώπους 1.4.3.4 Εκτίμηση Επικινδυνότητας 1.4.4 Αναλυτικές μέθοδοι

1.4.5 Φάσμα μαζών μονοχλωροοξικού οξέος και του μεθυλ- εστέρα του μονοχλωροοξικού οξέος

1.5 Χρωματογραφία

1.5.1 Γενικά

1.5.2 Το χρονικό της χρωματογραφίας 1.5.3 Είδη χρωματογραφικών τεχνικών 1.5.4 Αρχή χρωματογραφικού διαχωρισμού 1.6 Αέρια Χρωματογραφία

1.6.1 Γενικά 1.6.2 Οργανολογία 1.6.3 Το φέρον αέριο

1.6.4 Σύστημα εισαγωγής δείγματος

1.6.5 Επίδραση του διαλύτη στην εισαγωγή δείγματος 1.6.6 Εισαγωγή σε τριχοειδείς στήλες

1.6.7 Στήλες αέριας χρωματογραφίας 1.7 Φασματομετρία μαζών

1.8 Φασματογράφος μαζών

1.8.1 Τύποι φασματογράφων μαζών 1.8.2 Φάσμα μαζών

1.8.3 Ερμηνεία τύπων θραυσματοποίησης στα φάσματα μαζών 1.8.4 Μέθοδοι Ιοντισμού

1.8.5 Τεχνικές συλλογής δεδομένων 1.9 Συνδυασμένη τεχνική GC-MS

1.10 Επεξεργασία Δειγμάτων 1.10.1 Εκχύλιση

1.10.2 Υγρή – υγρή εκχύλιση 1.10.2.1 Δυνατότητα ανάμειξης 1.10.2.2 Πυκνότητα

12 1.10.2.3 Διαλυτότητα

1.10.3 Παραγωγοποίηση 2. Μεθοδολογία Αναλύσεων 2.1 Εισαγωγικό σημείωμα

2.2 Πρότυπες ουσίες και αντιδραστήρια 2.3 Εργαστηριακός Εξοπλισμός

2.4 Ασφάλεια

2.5 Προσδιορισμός των ενώσεων 1,3 -διχλωρο-2-προπανόλης και υδρίτη της χλωράλης 2.6 Σχεδιασμός της επεξεργασίας Δείγματος

2.6.1 Επιλογή του κατάλληλου άλατος εκχύλισης 2.6.2 Επιλογή του κατάλληλου διαλύτη εκχύλισης 2.6.3 Οι επαναληπτικές εκχυλίσεις

2.6.4 Συζήτηση

2.7 Σχεδιασμός κατάλληλης μεθόδου για το όργανο

2.7.1 Επιλογή του κατάλληλου θερμοκρασιακού προγράμματος 2.7.2 Επιλογή των κατάλληλων ιόντων για την τεχνική ανίχνευσης SIM 2.7.3 Εισαγωγή δείγματος

2.7.4 Καθυστέρηση του χρόνου διαχωρισμού 2.7.5 Gain Factor

2.7.6 Ροή δείγματος

2.8 Βαθμονόμηση

2.8.1 Συζήτηση

2.9 Προσδιορισμός κατώτατου ορίου ανίχνευσης 2.9.1 Διάστημα εμπιστοσύνης

2.9.2 Προσδιορισμός Κατώτατου ορίου ποσοτικοποίησης 2.9.3 Συζήτηση

2.10 Ανάκτηση

2.10.1 Συζήτηση

2.11 Εκτίμηση της Πιστότητας της μεθόδου 2.11.1 Συζήτηση

2.12 Προσδιορισμός του μονοχλωροοξικού οξέος

13 2.13 Σχεδιασμός κατάλληλης μεθόδου για το οργανο

2.13.1 Επιλογή του κατάλληλου θερμοκρασιακού προγράμματος 2.13.2 Επιλογή των κατάλληλων ιόντων για την τεχνική ανίχνευσης SIM 2.13.3 Πληροφορίες συστήματος

2.14 Βαθμονόμηση

2.14.1 Βαθμονόμηση συνυπολογίζοντας το εσωτερικό πρότυπο 2.14.2 Συζήτηση

2.15 Προσδιορισμός κατώτατου ορίου ανίχνευσης 2.15.1 Διάστημα εμπιστοσύνης

2.15.2 Προσδιορισμός κατώτατου ορίου ποσοτικοποίησης 2.15.3 Συζήτηση

2.16 Ανάκτηση

2.16.1 Συζήτηση

2.17 Εκτίμηση πιστότητας της μεθόδου 2.17.1 Συζήτηση

2.18 Έλεγχος ποιότητας

2.18.1 Έλεγχος καλής λειτουργίας του οργάνου 2.18.2 Προφύλαξη οργάνου

2.18.3 Έλεγχος καθαρότητας των αντιδραστηρίων 2.18.4 Έλεγχος του κατωτάτου ορίου ανίχνευσης (LOD) 2.18.5 Έλεγχος σταθερότητας διαλυμάτων παρακαταθήκης 2.19 Αποτελέσματα

2.20 Διαχείριση αποβλήτων του εργαστηρίου 2.21 Βιβλιογραφία

14

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ

H πρόσβαση σε καθαρό νερό δεν αποτελούσε ανέκαθεν προνόμιο των όλων των ανθρώπων στον πλανήτη. Κατά τη διάρκεια του 18^ου – 19^ου αιώνα στην Ευρώπη πολλές ασθένειες οι οποίες προέρχονταν από την κατανάλωση μολυσμένου πόσιμου νερού, απέκτησαν χαρακτηριστικά επιδημιών. Στις ΗΠΑ κατά τη διάρκεια του 17^ου – 18^ου αιώνα, ο τυφοειδής πυρετός προκάλεσε το θάνατο σε 25.000 ανθρώπους. Αν και από εκείνη την εποχή μέχρι σήμερα η τεχνολογία γύρω από την επεξεργασία του νερού έχει αναπτυχθεί σημαντικά, πολλές χώρες –κυρίως

«αναπτυσσόμενες»– αντιμετωπίζουν ακόμη και σήμερα ασθένειες που προκαλούνται από την κατανάλωση μολυσμένου νερού. Σύμφωνα με τα πρόσφατα στατιστικά δεδομένα του Παγκόσμιου Οργανισμού Υγείας (WHO, 2008), 1.400.000 παιδιά πεθαίνουν κάθε χρόνο από διάρροια, 860.000 παιδιά πεθαίνουν κάθε χρόνο από υποσιτισμό που σχετίζεται με ασθένειες από μολυσμένο πόσιμο νερό, 2.000.000.000 άνθρωποι μολύνονται κάθε χρόνο από νηματοειδή βακτήρια μέσω του πόσιμου νερού, 25.000.000 προσβάλλονται από λεμφική φιλαρίαση, 5.000.000 περιπτώσεις ανθρώπων που έχουν προσβληθεί από τράχωμα θα μπορούσαν να έχουν προληφθεί, 200.000.000 ανθρώπων που έχουν προσβληθεί από σχιστοσωμίαση θα μπορούσαν να έχουν προφυλαχθεί, 500.000 θάνατοι από τη μαλάρια ετησίως θα μπορούσαν να είχαν αποφευχθεί κ.α.

Εικόνα 1: Σχηματική αναπαράσταση της μετάδοσης παθογόνων και μη μικροοργανισμών μέσω του πόσιμου νερού

15 Η χρήση του χλωρίου ως απολυμαντικό απέκτησε ιδιαίτερα μεγάλες διαστάσεις ύστερα από την ανακάλυψη της βακτηριογόνου δράσης του από τους Pasteur και Esserich το 1880. Τα κυριότερα πλεονεκτήματα του χλωρίου είναι η απολυμαντική του ικανότητα, η ευκολία εφαρμογής του καθώς και το χαμηλό του κόστος. Συνήθως χρησιμοποιείται ένα διάλυμα υποχλωριώδους νατρίου ή υποχλωριώδες ασβέστιο (Stevens et al., 1984)

Τα τελευταία χρόνια έχει εκδηλωθεί ενδιαφέρον σχετικά με τα παραπροϊόντα που σχηματίζονται από τη χλωρίωση του νερού. Σύμφωνα με τον WHO εκτιμάται ότι πολλά από αυτά ενδεχομένως να εγκυμονούν κινδύνους για την ανθρώπινη υγεία. Το 1974 διαπιστώθηκε για πρώτη φορά από τους Rook και Bellar et al., ο σχηματισμός του χλωροφορμίου και άλλων αλογονοπαραγώγων του μεθανίου κατά τη χλωρίωση του νερού. Πολλές από τις ενώσεις αυτές έχουν χαρακτηριστεί ως καρκινογόνες και άλλες τόσες πιθανώς καρκινογόνες.

1.1 ΧΛΩΡΙΩΣΗ

Η απολύμανση του νερού αποτελεί μια απαραίτητη διεργασία προκειμένου να προφυλαχθούν οι άνθρωποι από τις ασθένειες που σχετίζονται με το μολυσμένο νερό. Το χλώριο αποτελεί μέχρι και σήμερα τον πιο διαδεδομένο τρόπο απολύμανσης του νερού. Όταν έρχεται σε επαφή με το νερό τότε, σε λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο πραγματοποιείται η εξής αντίδραση:

Cl2 + H2O HOCl + H⁺ + Cl^-

Το υποχλωριώδες οξύ (HOCl) αποτελεί ένα ασθενές οξύ το οποίο διμερίζεται μερικώς ως εξής:

HOCl H⁺ + OCl^-

Η κατανομή των δύο χημικών ειδών HOCl και OCl^- καθορίζεται από το pH. Στο παρακάτω σχήμα παρουσιάζονται οι κατανομές τους σε διάφορες τιμές pH. (WHO, 2003).

16 Εικόνα 2: Κατανομή των χημικών ειδών HOCl και OCl^- σε διάφορες τιμες του pH (Morris, 1951).

Πολλές φορές παρατηρείται παρουσία και άλλων ελεύθερων αλογόνων στο πόσιμο νερό όπως το βρώμιο. Όταν παρουσιάζεται το χρώμιο τότε οξειδώνεται από το βρώμιο και παράγεται υποβρωμιώδες οξύ σύμφωνα με την αντίδραση:

HOCl + Br^- HOBr + Cl^-

Με τη χλωρίωση του νερού και την παρουσία οργανικής ύλης, σχηματίζεται μια πληθώρα ενώσεων. Τα παραπροϊόντα χλωρίωσης που εμφανίζονται σε μεγαλύτερη αφθονία στο πόσιμο νερό είναι τα εξής (WHO, 2003):

I. Τριαλογονοπαράγωγα του μεθανίου II. Αλογονομένα παράγωγα του οξικού οξέος III. Αλογονομένα παράγωγα του ακετονιτριλίου IV. Αλογονομένα παράγωγα αλδεϋδών

V. Υδρίτης της χλωράλης VI. Χλωροφαινόλες

VII. ΜΧ 3-χλωρο-4-διχλωρομεθυλ-5-υδροξυ-2(5Η)-φουρανόνη

17 (WHO, 2003) Μια ποσοτική εκτίμηση του μικροβιολογικού κινδύνου προς τον κίνδυνο από τη χρόνια έκθεση σε παραπροϊόντα χλωρίωσης παρουσιάστηκε για πρώτη φορά από τον Morris (1978). Αν και δεν μπορούμε να είμαστε 100% σίγουροι για την πιστότητα των δεδομένων, αξίζει να παρατηρήσει κανείς το παρακάτω γράφημα προκειμένου να έχει μια εικόνα για τα μεγέθη των δύο κινδύνων.

Εικόνα 3: Γραφική παράσταση του μικροβιολογικού και χημικού κινδύνου κατά τη διαδικασία χλωρίωσης του νερού σύμφωνα με τον Morris (Morris, 1978)

Όπως εύκολα μπορεί να παρατηρήσει κανείς, τα μεγέθη των δύο κινδύνων διαφέρουν σημαντικά κατά τη διακύμανση της ποσότητας του χλωρίου (η γραμμή του χημικού κινδύνου δεν ξεκινά από το μηδέν, γιατί συμπεριλαμβάνεται ο κίνδυνος των οργανικών ουσιών που εμπεριέχονται στο νερό και πριν τη χλωρίωση).

18

1.2 ΥΔΡΙΤΗΣ ΤΗΣ ΧΛΩΡΑΛΗΣ

1.2.1 ΓΕΝΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ 1.2.1.1 ΤΑΥΤΟΤΗΤΑ

CAS No.: 302-17-0

Μοριακός τύπος: Cl₃C₂H(OH)₂

Σχετική Μοριακή Μάζα: 165,42 g/mole

Συντακτικοί τύποι:

(Chloral hydrate; Wikipedia, 2008)

Ο υδρίτης της χλωράλης (chloral hydrate) είναι γνωστός και ως trichloroacetaldehyde monohydrate και 2,2,2-trichloro-1,1-ethanediol. Μερικές από τις εμπορικές του ονομασίες είναι Aquachloral, Novo-Chlorhydrate, Somnos, Noctec και Somnote.

1.2.1.2 ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ

Ο υδρίτης της χλωράλης παράγεται κατά την αντίδραση της αιθανόλης με ιόντα χλωρίου σε όξινο pH, ενώ σε βασικό pH παράγεται χλωροφόρμιο. Η αντίδραση που περιγράφει το σχηματισμό του υδρίτη της χλωράλης είναι η εξής:

4 Cl2 + C2H5OH + H2O → Cl3CCH(OH)2 + 5 HCl

Μία ακόμη αντίδραση που περιγράφει το σχηματισμό του υδρίτη της χλωράλης είναι η εξής:

19 C2HCl3O + H2O C2H3Cl3O2

1.2.1.3 ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ

ΙΔΙΟΤΗΤΑ ΤΙΜΗ ΠΗΓΗ

Σημείο τήξης 57^οC Hansch et al., 1995

Σημείο βρασμού 93-98 ^οC (αποσυντίθεται) US EPA, 2000

Σημείο τήξης 57 °C US EPA, 2000

Πίεση εξάτμησης 2 kPa (25 °C) Reynolds & Prasad, 1982;

Hansch et al., 1995 Υδατική Διαλυτότητα 9.3 × 106 mg/L (25 °C) McEvoy, 1999

Συντελεστής Κατανομής Οκτανόλης – Νερού log(Kow)

0.99 IPCS, 2000a

Ειδική βαρύτητα 1.908 US EPA, 2000

Διαλυτότητα Διαλύεται άριστα σε νερό, ακετόνη, βενζένιο,

αιθανόλη, χλωροφόρμιο, διαιθυλαιθέρα και μεθυλ- αιθυλ- κετόνη.

US EPA, 2000

1.2.1.4 ΧΡΗΣΕΙΣ KAI ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ

O υδρίτης της χλωράλης αποτελεί μια συνθετική ένωση και χρησιμοποιείται κυρίως ως αναισθητικό στην ιατρική και την κτηνιατρική και ως χημικό αντιδραστήριο για την παραγωγή άλλων συνθετικών ενώσεων. Ενδεικτικά

20 αναφέρουμε πως έχει χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν για την παραγωγή του DDT, του διχλωροοξικού οξέος του ζιζανιοκτόνου τριχλωροοξικού οξέος, των εντομοκτόνων methoxychlor, naled, trichlorfon, dichlorvos και των υπνωτικών φαρμάκων chloral betaine, chloralose και trichlorfos sodium (WHO, 2005). Ο υδρίτης της χλωράλης μπορεί να παραχθεί κατά την χλωρίωση του νερού, καθώς ενώνονται τα ιόντα χλωρίου με μόρια οργανικής ύλης, όπως τα χουμικά και φουλβικά οξέα.

Ο υδρίτης της χλωράλης ανακαλύφθηκε κατά τη χλωρίωση της αιθανόλης από τον Justus von Liebig το 1832. Οι αναισθητικές του ιδιότητες δημοσιεύτηκαν για πρώτη φορά το 1869 από τον Liebreich, ο οποίος εισήγαγε για πρώτη φορά την ουσία αυτή στην κλινική πρακτική (Henderson et al, 1997). Εξαιτίας της μεγάλης ευκολίας στη σύνθεση του χρησιμοποιήθηκε ευρέως μέχρι και τα τέλη του 19^ου αιώνα. Ο υδρίτης της χλωράλης διαλύεται εύκολα στο νερό και την αιθυλική αλκοόλη. Το διάλυμα του υδρίτη της χλωράλης στην αιθανόλη λέγεται “knockout drops”. Επίσης, ο υδρίτης της χλωράλης χρησιμοποιείται κατά τον καθαρισμό των χιτινών και άλλων ινών, ενώ παράλληλα αποτελεί και ένα σημαντικό συστατικό του διαλύματος Hoyer που χρησιμοποιείται για τη μικροσκοπική παρατήρηση μικροοργανισμών.

Ο υδρίτης της χλωράλης χρησιμοποιείται ευρέως στη χημική βιομηχανία, όντας ένα οικονομικό αντιδραστήριο για το σχηματισμό δεσμών κατά τη σύνθεση νέων ενώσεων. Αποτελεί το αρχικό συστατικό για την παραγωγή χλωρίου ύστερα από την απόσταξη ενός μίγματος θειικού οξέος και υδρίτη της χλωράλης. Επίσης χρησιμοποιείται κατά τη σύνθεση της 1H-ινδολο-2,3-διόνης (isatin). Αντιδρώντας με την ανιλίνη και την υδροξυλαμίνη παράγεται ένα ενδιάμεσο προϊόν το οποίο παρουσία θειικού οξέος σχηματίζει την 1H-ινδολο-2,3-διόνης. Στην εικόνα 4 παρουσιάζεται η αντίδραση σχηματισμού της 1H-ινδολο-2,3-διόνης.

21 Εικόνα 4: Σχηματισμός της 1H-ινδολο-2,3-διόνης (Wikipedia, 2009)

Ως φαρμακευτικό σκεύασμα ο υδρίτης της χλωράλης χορηγούνταν για τη θεραπεία της αϋπνίας και ως αναισθητικό για μικρο-επεμβάσεις στην ιατρική, οδοντιατρική και την κτηνιατρική. Αντικαταστάθηκε στα μέσα του 20^ου αιώνα από τα βαρβιτουρικά και αργότερα από τις βενζοδιαζεπίνες. Σήμερα χρησιμοποιείται ως ένα συστατικό του αναισθητικού equithesin για τις εφαρμογές της κτηνιατρικής.

Επίσης χρησιμοποιείται ακόμη ως υπνωτικό πριν από κάθε εγκεφαλογράφημα, καθώς είναι το μόνο σκεύασμα που δεν καταστέλλει τις επιληπτικές κρίσεις.

Σε συνιστώμενες δόσεις για την αϋπνία ο υδρίτης της χλωράλης επιδρά μέσα σε μία ώρα. Μεταβολίζεται σε TCOH (τριχλωροαιθανόλη, trichloroethanol) μέσα σε 4 λεπτά από τα ερυθροκύτταρα και τις εστεράσες του πλάσματος. Μετά από αρκετές ώρες μεταβολίζεται σε στον καρκινογόνο μεταβολίτη του το τριχλωροοξικό οξύ. Έχουν αναφερθεί πάρα πολλές επιπλοκές σχετικά με την υπερδοσολογία σκευασμάτων που περιέχουν αυτή την ένωση, οι οποίες παρατίθονται παρακάτω.

22

1.2.2 ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΕΚΘΕΣΗ

1.2.2.1 ΑΕΡΑΣ

Ο υδρίτης της χλωράλης αποτελεί μια ένωση με υψηλή διαλυτότητα στο νερό και με μικρή πτητικότητα, επομένως δεν μπορεί να μεταφέρεται εύκολα από την υδατική φάση στην αέρια. Δεν υπάρχουν αναφορές σχετικά με τις συγκεντρώσεις του υδρίτη της χλωράλης σε αέρια δείγματα (US EPA, 2000).

1.2.2.2 ΝΕΡΟ

Ο υδρίτης της χλωράλης μπορεί να απελευθερωθεί στο περιβάλλον από μονάδες επεξεργασίας υγρών αποβλήτων, μονάδες επεξεργασίας νερού, βιομηχανικές μονάδες που παράγουν φαρμακευτικά σκευάσματα χρησιμοποιώντας ως συστατικό τον υδρίτη της χλωράλης, νοσοκομεία και βιομηχανικές μονάδες παρασκευής παρασιτοκτώνων και εντομοκτόνων. Παράλληλα ο υδρίτης της χλωράλης μπορεί να εμφανιστεί στο νερό ύστερα από το μεταβολισμό του τριχλωροαιθυλενίου (TCE) από υδρόβιους οργανισμούς. Οι Newman και Wackett, (1991) παρατήρησαν τον μεταβολισμό του υδρίτη της χλωράλης από μεθανιοβακτήρια. Υπό αερόβιες συνθήκες τα βακτήρια μπορούσαν να μεταβολίσουν τον υδρίτη της χλωράλης σε τριχλωροαιθανόλη (TCOH) και τριχλωροοξικό οξύ (TCA), ενώ υπό αναερόβιες συνθήκες μεταβολίζονταν σε χλωροφόρμιο και φορμικό οξύ.

Σύμφωνα με τις έρευνες του προγράμματος Health Canada (1995), των Edsall και Charlton, (1997) και Williams et al. (1997) που διεξήχθησαν στον Καναδά, τα μέσα επίπεδα των συγκεντρώσεων του υδρίτη της χλωράλης στο πόσιμο νερό κυμαίνονταν από 1,2 εώς 3,8 μg/L το χειμώνα και 3,6 to 8,4 μg/L το καλοκαίρι. Στις ΗΠΑ η μέση συγκέντρωση του υδρίτη της χλωράλης στο πόσιμο νερό είναι 5μg/L (US EPA, 2000). Άλλες μελέτες, όπως αυτή των Krasner et al. (1989) δείχνουν πως μια μέση τυπική συγκέντρωση του υδρίτη της χλωράλης στο νερό είναι 2,1 μg/L.

Παράλληλα σε αυτή τη μελέτη βρέθηκαν και μερικές ακραίες τιμές της τάξεως των 22 μg/L. Οι Koudjonou et al. (2005) σε σχετική τους έρευνα σε πόσιμο νερό

23 παρατήρησαν ότι οι συγκεντρώσεις του υδρίτη της χλωράλης κυμαίνονται από 1,8 έως 2,0 μg/L.

Ο παγκόσμιος οργανισμός υγείας (WHO) έχει θεσπίσει ως ανώτατο όριο για τον υδρίτη της χλωράλης στο πόσιμο νερό τα 10 μg/L. Είναι γεγονός ότι αν και έχει ανιχνευτεί σε μεγαλύτερες συγκεντρώσεις δεν ξεπερνά τα 100 μg/L.

1.2.2.3 ΤΡΟΦΙΜΑ

Δεν υπάρχουν δεδομένα που να σχετίζονται με την εμφάνιση αυτής της ουσίας στα τρόφιμα (IARC, 1995).

1.2.3 ΤΟΞΙΚΟΛΟΓΙΑ - ΠΑΘΟΛΟΓΙΑ 1.2.3.1 ΓΕΝΙΚΑ

Ο υδρίτης της χλωράλης έχει προβληματίσει αρκετές φορές τους επιστημονικούς κύκλους λόγω της τοξικής του δράσης, καθώς χρησιμοποιείται ευρέως ως αναισθητικό και ταυτόχρονα αποτελεί βασικό παράγωγο που σχηματίζεται κατά τη χλωρίωση του νερού. Σε μακροχρόνιες έρευνες ο υδρίτης της χλωράλης φαίνεται να προκαλεί όγκους σε αρσενικά ποντίκια όταν χορηγείται μέσω του πόσιμου νερού. Επίσης σε άλλες μακροχρόνιες έρευνες σε αρσενικά ποντίκια έχουν δείξει πως ο υδρίτης της χλωράλης μπορεί να προκαλεί καρκίνο του ήπατος, άλλες φορές μόνος του και άλλες σε συνδυασμό με αδένωμα (George et al., 2000;

Salmon et al., 1995). Όπως όλες οι δραστικές αλδεΰδες, ο υδρίτης της χλωράλης είναι μεταλλαξιογόνος και προκαλεί κυτταρο-γενετικές ανωμαλίες, ανταλλαγές στις αδελφές χρωματίδες και θραύσεις στις αλυσίδες του DNA (WHO, 2000).

1.2.3.2 ΕΚΘΕΣΗ ΤΟΥ ΑΝΘΡΩΠΙΝΟΥ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥ

Από τις αρχές της χρήσεις του, ο υδρίτης της χλωράλης δεν έχει συμπεριληφθεί στις λίστες των τοξικών ουσιών που μπορούν να βλάψουν την ανθρώπινη υγεία. Αν και έχουν γίνει αρκετές έρευνες από τότε, δεν έχει βρεθεί ποτέ κάποια συσχέτιση μεταξύ του καρκίνου στους ανθρώπους και του υδρίτη της χλωράλης. Ακόμη και σήμερα ο υδρίτης της χλωράλης δεν έχει κατηγοριοποιηθεί από την IARC ως μια χημική ουσία επικίνδυνη για την ανθρώπινη υγεία. Αυτό

24 φαίνεται να οφείλεται στις ελάχιστες ενδείξεις που σχετίζονται με πειραματόζωα καθώς και στο ότι δεν έχουν εμφανιστεί καρκινώματα στους ανθρώπους που να σχετίζονται με την έκθεση στον υδρίτη της χλωράλης. Οι πιο πρόσφατες έρευνες επικεντρώνουν το ενδιαφέρον τους σε πειράματα με δύο είδη πειραματόζωων (ποντίκια και αρουραίους), προκειμένου να εκτιμήσουν τα επίπεδα επικινδυνότητας για την ανθρώπινη υγεία. Ο συνηθέστερος τρόπος έκθεσης του ανθρώπινου οργανισμού στον υδρίτη της χλωράλης είναι μέσω του πόσιμου νερού. Μια τυπική ανώτατη συγκέντρωση του υδρίτη της χλωράλης στο πόσιμο νερό είναι περίπου 10 μg/L, αν και έχει βρεθεί και σε συγκεντρώσεις άνω των 100 μg/L (WHO 2006). Με μια υποθετική κατανάλωση 2 λίτρων νερού τη μέρα για έναν άνθρωπο 70 kg, η καθημερινή του έκθεση στον υδρίτη της χλωράλης είναι 0,14 μg/kg σώματος ανά ημέρα. Ένας ακόμη τρόπος, με τον οποίο μπορεί να εισέλθει ο υδρίτη της χλωράλης στον ανθρώπινο οργανισμό, είναι μέσω της αναπνοής κατά τη διάρκεια του μπάνιου, από τα αιωρούμενα σταγονίδια του νερού (WHO, 2000). Τα σωματίδια αυτά δεν είναι ιδιαίτερα μικρά για να εισχωρήσουν σους πνεύμονες και έτσι περιορίζονται στο ανώτερο αναπνευστικό. Τέλος μια ακόμη πιθανή είσοδος του υδρίτη της χλωράλης στον ανθρώπινο οργανισμό είναι το δέρμα, καθώς το νερό έρχεται σε άμεση επαφή με αυτό (WHO, 2000).

Στις ιατρικές εφαρμογές του ο υδρίτη της χλωράλης χορηγείται ως ηρεμιστικό σε συνιστώμενη συγκέντρωση για έναν ενήλικα 10,7 mg/kg σωματικού βάρους ανά ημέρα και ως υπνωτικό σε συγκέντρωση 7,1 – 14,3 mg/kg σωματικού βάρους ανά ημέρα (WHO 2000). Παρόλα αυτά η έκθεση στον υδρίτης της χλωράλης μέσω φαρμακευτικής αγωγής είναι μικρής σημασίας, καθώς συμβαίνει σε βραχύχρονες περιόδους και αποβάλλεται ικανοποιητικά από τον ανθρώπινο οργανισμό. Οι μεγαλύτερες ποσότητες υδρίτη της χλωράλης που εισέρχονται στον ανθρώπινο οργανισμό προέρχονται από τα φαρμακευτικά σκευάσματα που περιέχουν υδρίτη της χλωράλης. Ωστόσο, ακόμη και αυτές οι συγκεντρώσεις είναι ιδιαίτερα χαμηλές και δεν φαίνεται να είναι ικανές να προκαλέσουν κάποια μη αναστρέψιμη επιπλοκή στον ανθρώπινο οργανισμό. Εξαιτίας αυτών ο παγκόσμιος οργανισμός υγείας δεν έχει θεσπίσει κάποια όρια για την ουσία αυτή.

1.2.3.3 ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ

25 Ο υδρίτης της χλωράλης απορροφάται ολοκληρωτικά και μεταβολίζεται ταχεία μετά την κατάποση. Οι κύριοι μεταβολίτες είναι ο γλυκουρονίτης του, η TCOH (τριχλωροαιθανόλη, trichloroethanol), το TCA (τριχλωροοξικό οξύ, trichloroacetic acid) και ενδεχομένως να σχηματίζονται μικρές ποσότητες DCA (διχλωροοξικό οξύ, dichloroacetic acid). Η κατασταλτική δράση του στο κεντρικό νευρικό σύστημα των ανθρώπων πιθανώς να συσχετίζεται με το μεταβολίτη TCOH (WHO, 2000). Ο χρόνος ημιζωής της TCOH και του γλυκουρονίτη της TCOH στους ανθρώπους είναι περίπου 7 ώρες, ενώ ο χρόνος ημιζωής του τριχλωροοξικού οξέος είναι 4 έως 5 ημέρες (Breimer et al., 1974). Η κύρια πορεία της έκκρισης των μεταβολιτών του υδρίτη της χλωράλης ελαχιστοποιείται στα ούρα. Οι συγκεντρώσεις της ένωσης και των μεταβολιτών της που ανεβρέθηκαν στο μητρικό γάλα γυναικών που ακολουθούσαν φαρμακευτική αγωγή με την εν λόγω ουσία, ήταν σχετικά χαμηλές για να έχουν φαρμακολογική επίπτωση στα βρέφη που βρίσκονται σε περίοδο γαλουχίας (WHO, 2000).

Ο υδρίτης της χλωράλης είναι ο κύριος μεταβολίτης του TCE, (τριχλωροαιθυλένιο, trichloroethylene) και σχηματίζεται στο ήπαρ από τα κυτοχρώματα Ρ450 και Ρ450 2Ε1. Στους ανθρώπους τα κυτοχρώματα είναι κυρίως πρωτεΐνες που βρίσκονται κυρίως στην εσωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων, είτε στο ενδοπλασματικό δίκτυο των κυττάρων. Τα κυτοχρώματα αυτά είναι υπεύθυνα για τον μεταβολισμό των ξενοβιοτικών στους οργανισμούς. Ο υδρίτης της χλωράλης μεταβολίζεται κυρίως στους υπατικούς ιστούς και στο αίμα σε ηπατο- καρκινογόνο TCA μέσω της ALDH (αλδεΰδη δεϋδρογονάση, aldehyde dehydrogenase) και σε μη καρκινογόνο μεταβολίτη ΤCOH μέσω της ADH (αλκοόλη δεϋδρογονάση, alcohol dehydrogenase). Οι ALDH και ADH παρουσιάζουν μια ιδιαίτερη ποικιλομορφία στους ανθρώπους και ευθύνονται για την αποβολή της αιθανόλης από τον οργανισμό. Είναι πιθανό η ποικιλομορφία αυτή των χημικών ειδών να αυξάνει τα επίπεδα του TCA στους οργανισμούς. Κάτι τέτοιο, αναλογικά, αυξάνει και την πιθανότητα εμφάνισης όγκων ύπατος σε οργανισμούς που έχουν εκτεθεί στην ουσία TCA.

Στο ήπαρ ο μεταβολισμός του υδρίτη της χλωράλης μπορεί να ακολουθήσει δύο βασικούς δρόμους. Στην πρώτη περίπτωση ο υδρίτης της χλωράλης

26 οξειδώνεται με καταλύτη την ALDH σε TCA, ενώ στη δεύτερη ανάγεται με καταλύτη την ADH σε TCOH. Η κατανομή του υδρίτη της χλωράλης σε TCA και TCOH εξαρτάται από την σχετική δραστικότητα των δύο βασικών αντιδράσεων. Η κατανομή των χημικών ειδών των ALDH και ADΗ φαίνεται να είναι καθοριστική για την κατανομή του υδρίτη της χλωράλης σε TCA και TCOH. Αν και έχουν φανεί ιδιαίτερες διαφορές στη δραστικότητα των δύο βασικών αντιδράσεων ο λόγος της οξείδωσης προς την αναγωγή παραμένει σταθερός. Στις εικόνες 5 και 6 παρουσιάζονται αναλυτικά τα στάδια του μεταβολισμού που λαμβάνει χώρα στο ήπαρ.

Εικόνα 5: Σχηματική απεικόνιση του μεταβολισμού του τριχλωροαιθυλενίου (A. Bronley - DeLancey et al., 2006)

Εικόνα 6: Μεταβολισμός του υδρίτη της χλωράλης (NTP, 2002)

27 Οι Yan et al. (1999) σε σχετική τους έρευνα σχετική με το μεταβολισμό του υδρίτη της χλωράλης και την ανίχνευση των παραγώγων του σε ορό αίματος παραθέτουν το παρακάτω σχεδιάγραμμα της εικόνας 7 που περιγράφει αναλυτικά τις επιμέρους μετατροπές του υδρίτη της χλωράλης στον ανθρώπινο οργανισμό.

Εικόνα 7: Μεταβολισμός του υδρίτη της χλωράλης (Yan et al., 1999)

Οι A. Bronley - DeLancey et al., (2006) δίνουν μια ικανοποιητική εξήγηση σχετικά με το μηχανισμό διατήρησης σταθερού λόγου μεταξύ των ουσιών TCA και TCOH. Η αναγωγή του υδρίτη της χλωράλης μέσω του συμπλέγματος NADH/ADH οδηγεί στη δημιουργία του TCOH με παράλληλη έκλυση NAD⁺. Το NAD⁺ τότε είναι διαθέσιμο για να αντιδράσει με την ALDH και το σύμπλεγμα αυτό μπορεί να οξειδώσει τον CH σε TCA με παράλληλη έκλυση NADH. O κύκλος αυτός περιγράφεται αναλυτικότερα στην εικόνα 8.

28 Εικόνα 8: Μεταβολισμός του υδρίτη της χλωράλης (A. Bronley - DeLancey et al., 2006)

1.2.3.4 ΣΥΓΚΡΙΣΕΙΣ ΚΙΝΗΤΙΚΩΝ ΜΕΤΑΞΥ ΑΝΘΡΩΠΩΝ ΚΑΙ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΖΩΩΝ Μεταξύ των ανθρώπων και των πειραματόζωων (ποντικών και αρουραίων) έχουν διαπιστωθεί ιδιαίτερες διαφοροποιήσεις σχετικά με το μεταβολισμό του υδρίτη της χλωράλης. Στα πειραματόζωα το 77% της χορηγούμενης δόσης μετατρέπεται σε TCOH, το 15% σε TCA και το υπόλοιπο 8% αποβάλλεται με τα ούρα (Beland et al., 1998). Στον άνθρωπο, το 92% της χορηγούμενης δόσης μετατρέπεται σε TCOH και το υπόλοιπο 8% μετατρέπεται άμεσα σε TCA. Εναλλακτικά ένα μέρος της χορηγούμενης δόσης του υδρίτη της χλωράλης μπορεί να μετατραπεί σε TCA μέσω της εντερο-ηπατικής λειτουργίας σε ποσοστό που αγγίζει το 35% (Allen &

Fisher, 1993).

Στην έρευνα των Down and Green (2000) φαίνεται πως το TCE μπορεί να επηρεάσει το μεταβολισμό του φολικού οξέος σε αρσενικούς αρουραίους εμφανίζοντας μεγάλες ποσότητες φολικού οξέος στα ούρα τους. Το ίδιο έχει παρατηρηθεί και σε εργαζόμενους που εκτίθενται σε TCE αλλά σε αρκετά μικρότερες συγκεντρώσεις από αυτές των αρουραίων. Τα όργανα στόχοι για την τοξική δράση του TCE είναι το ήπαρ, τα νεφρά και οι πνεύμονες. Στον ανθρώπινο οργανισμό οι ποσότητες του κυτοχρώματος Ρ450 2Ε1 στα νεφρά είναι ελάχιστες έως μηδενικές. Κατά συνέπεια, η έκθεση των ανθρώπινων νεφρών στους οξειδωτικούς μεταβολίτες του TCE οφείλεται κατά το μεγαλύτερο μέρος στον επιπρόσθετο νεφρικό μεταβολισμό.

29 Σε μια σχετική έρευνα για τη βιομετατροπή του υδρίτη της χλωράλης (NTP, 2002) οι ερευνητές σχεδίασαν ένα μοντέλο κινητικών του υδρίτη της χλωράλης και των μεταβολιτών του. Για το σχεδιασμό του μοντέλου οι ερευνητές στηρίχτηκαν στις συγκεντρώσεις των ουσιών στον ορό αίματος των πειραματόζωων και ύστερα από επεξεργασία των στατιστικών δεδομένων κατέληξαν στο μοντέλο που παρουσιάζεται στην εικόνα 9:

Εικόνα 9: Μοντέλο μεταβολισμού του υδρίτη της χλωράλης σε ποντίκια (NTP, 2002).

1.2.3.5 ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΣΕ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΖΩΑ ΚΑΙ ΙN VITRO ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

1.2.3.5.1 ΚΑΡΚΙΝΟΓΕΝΕΣΗ ΚΑΙ ΤΟΞΙΚΟΤΗΤΑ ΣΕ ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ ΜΑΚΡΟΧΡΟΝΙΑΣ ΚΑΙ ΒΡΑΧΥΧΡΟΝΙΑΣ ΕΚΘΕΣΗΣ.

Οι ενδείξεις στα πειραματόζωα καθώς και στα in vitro συστήματα μπορούν να παράσχουν πολύ σημαντικές πληροφορίες σχετικά με την τοξικότητα των ξενοβιοτικών στον άνθρωπο αλλά και στα ανώτερα θηλαστικά. Οι επιπτώσεις των

30 χημικών στους οργανισμούς ποικίλουν ανάλογα με το είδος της χημικής ένωσης που προσβάλει τους εκάστωτε οργανισμούς, καθώς και από τους ίδιους τους οργανισμούς. Τις περισσότερες φορές οι επιπτώσεις σχετίζονται με διαταραχές σε γενετικό επίπεδο, ογκογένεση και καρκινοπάθειες. Πιο συγκεκριμένα, οι ενδείξεις σχηματισμού νεοπλασιών σε νεογέννητα τρωκτικά έχουν φανεί πολύ χρήσιμες για τον προσδιορισμό της δράσης των καρκινογόνων χημικών, καθώς και για τον έλεγχο των μηχανισμών τοξικότητας. Εξαιτίας του ότι τις περισσότερες φορές τα τρωκτικά είναι πολύ πιο ευαίσθητα στις τοξικές επιδράσεις των χημικών, οι ερευνητές μπορούν, με βάση στατιστικά μοντέλα, να προσδιορίσουν την επίδραση των τοξικών ουσιών στον άνθρωπο.

Η έρευνα των George et al. (2000) επιβεβαιώνει την ανάπτυξη ηπατο- κυτταρικών αδενωμάτων σε όλες τις ομάδες πειραματόζωων που εκτέθηκαν σε υδρίτη της χλωράλης μέσω του πόσιμου νερού για διάστημα 2 χρόνων. Στην ίδια έρευνα είναι αξιοσημείωτο το γεγονός της εμφάνισης του συνδυασμού όγκου και αδενώματος στην ομάδα των πειραματόζωων με τη χαμηλότερη δόση υδρίτη της χλωράλης. Ωστόσο δεν φάνηκε να υπάρχει κάποια συσχέτιση μεταξύ της δόσης και της αύξησης των όγκων.

Οι Salmon et al. (1995) πραγματοποίησαν μια έρευνα προκειμένου να μελετήσουν την καρκινογένεση και την τοξικότητα του υδρίτη της χλωράλης σε αρσενικά ποντίκια τύπου C57BLxC3H F1. Στο πρώτο πείραμα χρησιμοποίησαν δύο ομάδες ποντικιών, τα οποία βρίσκονταν σε ηλικία 15 ημερών. Στην πρώτη ομάδα χορηγήθηκε υδρίτης της χλωράλης σε δόση 5 mg/kg ενώ στη δεύτερη 10 mg/kg. Τα αποτελέσματα των ιστολογικών εξετάσεων έδειξαν πως οι όγκοι σε συνδυασμό με τα αδενώματα στην πρώτη ομάδα ήταν ιδιαίτερα μεγάλοι σε σχέση με αυτούς της δεύτερης ομάδας. Στο δεύτερο πείραμα που πραγματοποίησαν χρησιμοποίησαν μια ομάδα αρσενικών ποντικιών τύπου C57BLxC3H F1, δύο ομάδες ελέγχου και άλλες δύο ομάδες που χορηγήσανε παράγωγες ουσίες του υδρίτη της χλωράλης.

Στην πρώτη ομάδα χορηγήθηκε υδρίτης της χλωράλης σε συγκέντρωση 1 g/L, στην δεύτερη ομάδα χορηγήθηκε 2-τετραχλωροακεταλδεϋδη στην ίδια συγκέντρωση και στην τρίτη διχλωροοξικό οξύ στην ίδια συγκέντρωση. Οι πρώτες ιστολογικές εξετάσεις που έγιναν την 60^η εβδομάδα έδειξαν ότι τα 5 ποντίκια που εξετάστηκαν,

31 πέρα από τις νεοπλασίες είχαν εμφανίσει και ηπατο- κυτταρικό καρκίνωμα. Στο τέλος του πειράματος, 7 εμφάνισαν αδένωμα και 11 ηπατο-κυτταρικό καρκίνωμα, τα υπόλοιπα 24 επέζησαν.

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει το τρίτο κατά σειρά πείραμα της έρευνας, κατά το οποίο εξετάστηκε η δυνατότητα του υδρίτη της χλωράλης να προκαλέσει δερματοπάθειες σε ποντίκια του ίδιου τύπου. Στα πειραματόζωα χορηγήθηκε αρχικά ένα αραιό υδατικό διάλυμα υδρίτη της χλωράλης και έπειτα χορηγήθηκε ένα διάλυμα ελαίου croton σε ακετόνη. Τα πειραματόζωα που εκτέθηκαν στον υδρίτη της χλωράλης εμφάνισαν δερματικές νεοπλασίες, ενώ στην ομάδα ελέγχου μόνο ένα πειραματόζωο εμφάνισε δερματικές νεοπλασίες.

Οι Smith et al. (1989) παρουσίασαν μία έκθεση των επιπτώσεων του καρκινογόνου μεταβολίτη του υδρίτη της χλωράλης. Τα αποτελέσματα της έρευνας έδειξαν ότι η καθημερινή χορήγηση TCA σε εγκύους αρουραίους προκάλεσε θάνατο του εμβρύου και φανερές δυσπλασίες κατά τη διάρκεια της δημιουργίας των οργάνων του εμβρύου. Παράλληλα παρατηρήθηκε αύξηση του βάρους των ζωτικών οργάνων των αρουραίων, ιδιαίτερα της σπλήνας και των νεφρών. Οι ερευνητές εικάζουν πως αυτές οι αλλαγές πιθανότατα σχετίζονται με τη συσσώρευση κατεστραμμένων ερυθρών αιμοσφαιρίων καθώς και με την ενδοαγγειακή αιμόλυση. Τέλος οι ερευνητές, σύμφωνα με τις ενδείξεις τους, πιστεύουν πως το TCA λειτουργεί ως τερατογόνο αλλάζοντας το ενδοκυτταρικό pH στο έμβρυο, όπως συμβαίνει και με τα ασθενή οργανικά οξέα.

1.2.3.5.2 ΓΕΝΕΤΙΚΗ ΤΟΞΙΚΟΤΗΤΑ

Αν και δεν υπάρχουν αρκετά στοιχεία για την γενετική τοξικότητα του υδρίτη της χλωράλης, ορισμένες έρευνες έχουν καταφέρει να σκιαγραφήσουν αρκετά χαρακτηριστικά γύρω από τη δραστικότητα του υδρίτη της χλωράλης. Οι Tungeln et al. (2002) μελέτησαν στην έρευνα τους την τοξικότητα του υδρίτη της χλωράλης και του καρκινογόνου μεταβολίτη του TCA σε νεογέννητα ποντίκια τύπου B6C3F1. Τα αποτελέσματα της έρευνας τους έδειξαν ότι ο υδρίτης της χλωράλης καθώς και το TCA δεν μπορούν να προκαλέσουν τη δημιουργία όγκων όταν οι ουσίες 4-ABP (4- αμίνοδιφαινύλιο, 4-aminobiphenyl) και BaP (Β- ενεργοποιητής πρωτεΐνη , B-

32 activator protein) είναι σε υψηλά επίπεδα και προστατεύουν τους οργανισμούς από τις τοξικές επιδράσεις των χημικών. Παράλληλα παρατηρήθηκαν αυξημένες ποσότητες της ουσίας Μ1G (pyrimido[1,2-a]purin-10(3H)-one), η οποία σχηματίζεται από την μηλονδιαλδεΰδη που αποτελεί τελικό παράγωγο της υπεροξείδωσης των λιπιδίων. Η Μ1G αποτελεί μεταλλαξιογόνο ένωση και πολλές φορές η ανίχνευση σε υψη�