DOKTORI (PhD) ÉRTEKEZÉS
SZABÓ RITA
KESZTHELY
2009
PANNON EGYETEM GEORGIKON KAR
ÁLLAT- ÉS AGRÁRKÖRNYEZET-TUDOMÁNYI DOKTORI ISKOLA
Iskolavezető:
Dr. habil. Anda Angéla az MTA doktora
Témavezető:
Dr. habil. Várnagy László az MTA doktora
KÖRNYEZETSZENNYEZŐ NEHÉZFÉ- MEK (RÉZ, KADMIUM) ÉS HERBICIDEK
(DUAL GOLD 960 EC, STOMP 330 EC) EGYEDI ÉS EGYÜTTES TOXICITÁSA
HÁZITYÚK-EMBRIÓKON
Készítette:
SZABÓ RITA
KESZTHELY
2009
KÖRNYEZETSZENNYEZŐ NEHÉZFÉMEK (RÉZ, KADMIUM) ÉS HERBICI- DEK (DUAL GOLD 960 EC, STOMP 330 EC) EGYEDI ÉS EGYÜTTES TOXICI-
TÁSA HÁZITYÚK-EMBRIÓKON
Értekezés doktori (PhD) fokozat elnyerése érdekében Írta:
Szabó Rita
Készült a Pannon Egyetem Állat- és Agrárkörnyezet-tudományi Doktori Iskolája keretében Témavezető: Dr. Várnagy László
Elfogadásra javaslom (igen / nem)
(aláírás) A jelölt a doktori szigorlaton …... % -ot ért el,
Az értekezést bírálóként elfogadásra javaslom:
Bíráló neve: …... …... igen /nem
……….
(aláírás) Bíráló neve: …... …...) igen /nem
……….
(aláírás) ***Bíráló neve: …... …...) igen /nem
……….
(aláírás) A jelölt az értekezés nyilvános vitáján …...% - ot ért el.
Veszprém/Keszthely, ……….
a Bíráló Bizottság elnöke A doktori (PhD) oklevél minősítése…...
………
Az EDT elnöke
1
TARTALOMJEGYZÉK
1. KIVONATOK __________________________________________________________ 4 1. 1. MAGYAR NYELVŰ KIVONAT ___________________________________________ 4 1. 2. ANGOL NYELVŰ KIVONAT _____________________________________________ 6 1. 3. NÉMET NYELVŰ KIVONAT _____________________________________________ 7 2. BEVEZETÉS __________________________________________________________ 8 3. IRODALMI ÁTTEKINTÉS _____________________________________________ 12 3. 1. A HÁZITYÚK EMBRIONÁLIS FEJLŐDÉSE ______________________________ 12 3. 2. A MADÁREMBRIÓ FELHASZNÁLÁSA TESZTSZERVEZETKÉNT AZ EMBRIO- ÉS ÖKOTOXIKOLÓGIAI VIZSGÁLATOKBAN ___________________________ 15 3. 3. MADARAKON VÉGZETT TERATOLÓGIAI VIZSGÁLATOK _______________ 16 3. 4. NEHÉZFÉMEK ________________________________________________________ 18 3. 4. 1. A réz (cuprum) _____________________________________________________________ 18
3. 4. 1. 1. A réz általános jellemzése ________________________________________________ 18 3. 4. 1. 2. Fizikai tulajdonságok ___________________________________________________ 18 3. 4. 1. 3. Kémiai tulajdonságok ___________________________________________________ 19 3. 4. 1. 4. Előfordulás ___________________________________________________________ 19 3. 4. 1. 5. Előállítás _____________________________________________________________ 20 3. 4. 1. 6. Alkalmazás ___________________________________________________________ 20 3. 4. 1. 7. Élő szervezetekre gyakorolt hatása _________________________________________ 21 3. 4. 2. A kadmium (cadmium) ______________________________________________________ 25 3. 4. 2. 1. A kadmium általános jellemzése ___________________________________________ 25 3. 4. 2. 2. Fizikai tulajdonságok ___________________________________________________ 25 3. 4. 2. 3. Kémiai tulajdonságok ___________________________________________________ 25 3. 4. 2. 4. Előfordulás ___________________________________________________________ 26 3. 4. 2. 5. Előállítás _____________________________________________________________ 26 3. 4. 2. 6. Alkalmazás ___________________________________________________________ 26 3. 4. 2. 7. Élő szervezetekre gyakorolt hatás __________________________________________ 27 3. 5. GYOMIRTÓ SZEREK __________________________________________________ 30
3. 5. 1. Pendimetalin ______________________________________________________________ 30 3. 5. 1. 1. A Dinitroanilin típusú herbicidek általános jellemzése __________________________ 30 3. 5. 1. 2. Fizikai tulajdonságok ___________________________________________________ 30 3. 5. 1. 3. 3. 5. 1. 3. Kémiai tulajdonságok ___________________________________________ 30 3. 5. 1. 4. Hatásmechanizmus _____________________________________________________ 31 3. 5. 1. 5. Felhasználás __________________________________________________________ 31 3. 5. 1. 6. Toxicitás _____________________________________________________________ 31 3. 5. 2. Metolaklór ________________________________________________________________ 32 3. 5. 2. 1. A klór-acetamid típusú herbicidek általános jellemzése _________________________ 32 3. 5. 2. 2. Fizikai tulajdonságok ___________________________________________________ 32 3. 5. 2. 3. Kémiai tulajdonságok ___________________________________________________ 33 3. 5. 2. 4. Hatásmechanizmus _____________________________________________________ 33 3. 5. 2. 5. Felhasználás __________________________________________________________ 34 3. 5. 2. 6. Toxicitás _____________________________________________________________ 34 3. 6. EGYÜTTES MÉREGHATÁS ____________________________________________ 35 4. ANYAG ÉS MÓDSZER ________________________________________________ 37
4. 1. VIZSGÁLATI ANYAGOK _______________________________________________ 37 4. 1. 1. Nehézfémek _______________________________________________________________ 37 4. 1. 1. 1. Réz[II]-szulfát, vízmentes ________________________________________________ 37 4. 1. 1. 2. Kadmium-szulfát 8/3-hidrát ______________________________________________ 38
2
4. 1. 2. Gyomirtó szerek ____________________________________________________________ 40 4. 1. 2. 1. Pendimetalin __________________________________________________________ 40 4. 1. 2. 2. Metolaklór ____________________________________________________________ 41 4. 2. VIZSGÁLATI ELRENDEZÉS ____________________________________________ 42 4. 3. KÍSÉRLETI ÁLLATOK _________________________________________________ 42 4. 4. KELTETÉS ___________________________________________________________ 45 4. 5. A KÍSÉRLETI TOJÁSOK KEZELÉSÉNEK IDŐPONTJA ___________________ 45 4. 6. A KÍSÉRLETI TOJÁSOK KEZELÉSÉNEK MÓDJA ________________________ 46 4. 7. ALKALMAZOTT KONCENTRÁCIÓK ÉS MENNYISÉGEK _________________ 47 4. 8. FELDOLGOZÁS _______________________________________________________ 47 4. 8. 1. A korai embrionális fejlődés vizsgálata __________________________________________ 47 4. 8. 2. A 19. napi feldolgozás _______________________________________________________ 50 1. 1. 1. 1. Kórbonctani feldolgozás _________________________________________________ 50 4. 8. 2. 1. Szövettani feldolgozás ___________________________________________________ 50 4. 8. 2. 2. Csontvázfestés _________________________________________________________ 52 4. 8. 2. 3. FTIR és FT-Raman spektroszkópos feldolgozás _______________________________ 52 4. 9. AZ EREDMÉNYEK STATISZTIKAI FELDOLGOZÁSA ÉS ÉRTÉKELÉSE ___ 55 5. 5. EREDMÉNYEK ____________________________________________________ 56
5. 1. KORAI EMBRIONÁLIS FEJLŐDÉS VIZSGÁLATA ________________________ 56 5. 1. 1. Embriomortalitás ___________________________________________________________ 56
5. 1. 1. 1. Egyedileg kezelt csoportok _______________________________________________ 56 5. 1. 1. 2. Kombináltan kezelt csoportok _____________________________________________ 57 5. 1. 2. Fejlődési rendellenességek ____________________________________________________ 60 5. 1. 2. 1. Egyedileg kezelt csoportok _______________________________________________ 60 5. 1. 2. 2. Kombináltan kezelt csoportok _____________________________________________ 62 5. 2. KÓRBONCTANI FELDOLGOZÁS EREDMÉNYE (19. NAP) _________________ 64 5. 2. 1. Embriomortalitás ___________________________________________________________ 64 5. 2. 1. 1. Egyedileg kezelt csoportok _______________________________________________ 64 5. 2. 1. 2. Kombináltan kezelt csoportok _____________________________________________ 65 5. 2. 2. Fejlődési rendellenességek ____________________________________________________ 67 5. 2. 2. 1. Egyedileg kezelt csoportok _______________________________________________ 67 5. 2. 2. 2. Kombináltan kezelt csoportok _____________________________________________ 69 5. 2. 3. Testtömeg adatok ___________________________________________________________ 71 5. 2. 3. 1. Egyedileg kezelt csoportok _______________________________________________ 71 5. 2. 3. 2. Kombináltan kezelt csoportok _____________________________________________ 73 5. 3. CSONTVÁZFESTÉSSEL TÖRTÉNT FELDOLGOZÁS EREDMÉNYE ________ 78 5. 3. 1. Egyedileg kezelt csoportok ___________________________________________________ 78 5. 3. 2. Kombináltan kezelt csoportok _________________________________________________ 80 5. 4. SZÖVETTANI FELDOLGOZÁS EREDMÉNYE ____________________________ 84
5. 4. 1. Egyedileg kezelt csoportok ___________________________________________________ 84 5. 4. 2. Kombináltan kezelt csoportok _________________________________________________ 85 5. 5. FTIR ÉS FT - RAMAN SPEKTROSZKÓPOS FELDOLGOZÁS EREDMÉNYE _ 85 6. KÖVETKEZTETÉSEK ÉS JAVASLATOK _________________________________ 87 6. 1. KORAI EMBRIONÁLIS VIZSGÁLAT ____________________________________ 88 6. 2. KÓRBONCTANI FELDOLGOZÁS _______________________________________ 89 6. 3. CSONTVÁZFESTÉS ___________________________________________________ 92 6. 4. SZÖVETTANI FELDOLGOZÁS _________________________________________ 92 6. 5. FTIR ÉS FT – RAMAN SPEKTROSZKÓPOS FELDOLGOZÁS ______________ 93
3
6. 6. JAVASLATOK ________________________________________________________ 93 7. ÖSSZEFOGLALÁS ____________________________________________________ 96 8. SUMMARY _________________________________________________________ 100 9. ÚJ TUDOMÁNYOS EREDMÉNYEK ____________________________________ 103 10. NEW SCIENTIFIC RESULTS _________________________________________ 104 11. IRODALOMJEGYZÉK _______________________________________________ 105 KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS ______________________________________________ 115
4
1. KIVONATOK
1. 1. Magyar nyelvű kivonat
KÖRNYEZETSZENNYEZŐ NEHÉZFÉMEK (RÉZ, KADMIUM) ÉS HERBICIDEK (DUAL GOLD 960 EC, STOMP 330 EC) EGYEDI ÉS EGYÜTTES TOXICITÁSA HÁ-
ZITYÚK-EMBRIÓKON
A szerző az általa elvégzett vizsgálatsorozat során a réz-szulfát, a kadmium-szulfát, a Dual Gold 960 EC (960g/l S-metolaklór) és a Stomp 330 EC (33% pendimetalin) egyedi és együttes méreghatását tanulmányozta fejlődő tyúkembrióban az embrionális fejlődés korai és kései szakaszában.
A kísérletekhez felhasznált tyúktojásokat a szerző a vizsgálni kívánt anyagok légkamrá- ba injektálásával kezelte a keltetés megkezdésének napján.
A feldolgozás folyamán az embriókat makroszkópos és fénymikroszkópos technika se- gítségével vizsgálta. A kezelt tojások egy részéből a csírakorong kimetszésével tartós pre- parátumot készített a keltetés második és harmadik napján. A többi kezelt tojást a kelés előtt két nappal dolgozta fel. Feljegyezte az embriók testtömegét, az elhalásokat és a mak- roszkópos elváltozásokat. A hisztológiai feldolgozás céljára mintát vett a májból és a nyak- izomból. A csontvázrendszerben esetlegesen előforduló fejlődési rendellenességek kimuta- tására a Dawson-féle festési eljárást alkalmazta. A szerző a feldolgozási metodikát FTIR és FT-Raman spektroszkópos eljárással egészítette ki. A statisztikai feldolgozás során a test- tömeg adatokat varianciaanalízissel, az embriomortalitást és a fejlődési rendellenességeket RXC Chi2 teszttel értékelte. Az együttes hatásokat a vizsgálatba vont kémiai anyagok egyedi méreghatásához viszonyította és bírálta el.
Megállapítja, hogy:
Az FTIR és FT-Raman spektroszkópos technika alkalmazása révén új alapadatokat szolgáltatott a kísérletbe vont vegyi anyagok embrionális korban történő felhalmo- zódására vonatkozóan és a hatóanyagok által indukált elváltozások tekintetében.
Azokban a kezelt csoportokban, amelyekben a Stomp 330 EC szerepelt, erőteljes- ebben fordult elő embriomortalitás és fejlődésbeli elmaradás a kontroll és a gyomir-
5
tó szerrel egyedileg kezelt csoportokhoz viszonyítva. A pendimetalin hatóanyag erősen toxikus hatásúnak bizonyult önmagában és kombinációkban alkalmazva is.
FTIR és FT-Raman spektroszkópiai módszerekkel történt értékelés után csak a Dual Gold 960 EC herbicid okozott molekuláris szinten változást az embriók máj- és agyszöveteiben (koleszterinszint csökkenés, bilirubinszint emelkedés).
A felhasznált nehézfémek és a peszticidek együttes felhasználásakor fokozódhat a toxicitás az alkalmazott komponensek egyedi méreghatásához képest.
A kísérleti eredmények alapján a szerző megfogalmazta az általa legfontosabbnak ítélt elméleti, gyakorlati javaslatait, amelyek révén a vizsgálatok során alkalmazott vegyi anya- gok egyedi és együttes viselkedése az élő szervezetekben jobban megismerhető és mind- ezek eredményeként a vadon élő állatok védelme a lehető legmagasabb szinten valósítható meg.
6
1. 2. Angol nyelvű kivonat
STUDY OF THE INDIVIDUAL AND COMBINED TOXIC EFFECTS OF HEAVY METALS (COPPER, CADMIUM) AND HERBICIDES (DUAL GOLD 960 EC, STOMP
330 EC) POLLUTING THE ENVIRONMENT IN AVIAN EMBRYOS
During his experiments on chicken embryos, the author has examined the individual and combined toxic effects of heavy metals (copper, cadmium), found in large quantities in the environment and regarded as highly dangerous to living organisms, and that of two widely- used pesticides (Dual Gold 960 EC, Stomp 330 EC), taking into consideration the whole embryonic stage of development.
It has been pointed out that using heavy metals and pesticides simultaneously may sig- nificantly increase the toxic effect in comparison with the individual toxicity of the applied components, which was particularly distinct during the combined application of Stomp 330 EC herbicide.
7
1. 3. Német nyelvű kivonat
INDIVIDUELLE UND SIMULTANE TOXIZITÄT DER UMVELTVERSCHMUT- ZENDEN SCHWERMETALLEN (KUPFER, KADMIUM) UND HERBIZIDEN (DUAL
GOLD 960 EC, STOMP 330 EC) AN HÜHNEREMBRYONEN
Der Verfasser hat im Laufe seiner Versuche die individuelle und die gleichzeitige Gift- wirkung der in der Umgebung in grösserer Menge vorkommenden bzw. auf den Organis- mus immer gefährlichen Schwermetalle (Kupfer, Kadmium) und zwei in breitem Kreis verwendeten Pestiziden (Dual Gold 960 EC, Stomp 330 EC) an Hühnerembryonen, mit Rücksicht auf die ganze Embryonalphase, untersucht.
Es wurde festgestellt, dass die Giftwirkung der gemeinsamen Anwendung von Schwer- metallen und Pestiziden im Vergleich mit der individuellen Toxizität der verwendeten Komponente – die bei der kombinierten Anwendung von Stomp 330 EC Herbizide und besonders die Embryomortalitäten erhöht haben – sich steigern kann.
8
„Vendég vagy a világban, és ez a világ szép vendégfogadó. Van napsugara, vi- ze, pillangója, madara. Van virágja, rengeteg sok. Tanulj meg örvendeni nekik. Igyekezz többet törődni azzal, ami még a világ szépségeiből csodála- tosképpen megmaradt, az emberiség minden pusztításai mellett is (Wass Albert)”.
2. BEVEZETÉS
Az emberiség létének és fejlődésének egyik alapja a mezőgazdasági tevékenység, amely az élelmiszer termelésén keresztül az emberi életműködés energiáit állítja elő. Már az ős- korban élő ember észrevette, hogy a gyűjtögetés során elhullott magvak kikelnek és nö- vény fejlődik belőlük, majd ebből az észrevételből kiindulva jutott el az emberiség a kez- detleges növénytermesztésig. A kezdeti időszakban a mezőgazdaságot a talajhasznosítás alacsony színvonalából, továbbá a kezdetleges, primitív eszközök felhasználásából adódó alacsony termésátlagok jellemezték. A feudalizmus időszakában a helyzet alapvetően nem sokat változott, a természettudományok lassú fejlődése és a familiáris típusú iparosodás nem segítette elő a mezőgazdaság fejlődését. A kapitalizmus kialakulásával azonban gyö- keresen megváltoztak a feltételek és a lehetőségek. Az élettudományok látványos előretö- rése, valamint az ipar megjelenése és folyamatos nyersanyagigénye nagymértékben hozzá- járult a mezőgazdaság fejlődéséhez. A nagyobb termőképességű növényfajták, a gyomirtó és növényvédő szerek, valamint az automatizált gépek megjelenése mélyreható és alapvető változásokat eredményezett a termelésben. Az új eszközök és technológiák megjelenésé- nek köszönhetően jelentősen nőttek a termésátlagok és javult a termésbiztonság (NYÍRI, 1993).
A peszticidek megjelenésével és széleskörű, „iparszerű” alkalmazásával tehát az embe- riség évezredes – a rendszeresen megjelenő, valamint gyakran súlyos éhínséget és társa- dalmi válságot okozó károsítók és kártevők elleni hatásos védekezés – álma valósult meg.
9
Az ember által művelésbe vont területek rovarkártevői ellen már az ókorban felhasználtak bizonyos kémiai anyagokat (réz, kén, hamu), míg a feljegyzések szerint a gabonaüszög leküzdésére borral próbálkoztak. A kártevők és kórokozók elleni védekezéshez a közép- korban dohányfőzetet, pirétrumot („dalmátpor”), rotenont használtak, majd a XIX. század- ban előtérbe került a kőszénkátrány- és ásványiolaj-párlatok, arzén- és cián-vegyületek alkalmazása. A vegyszeres védekezés és a növényvédő szerek gyártásának elengedhetetlen feltétele volt, hogy a kórokozók, kártevők és gyomnövények életmódja minél részleteseb- ben feltárásra és megismerésre kerüljön. Ennek megfelelően valódi célzott és céltudatos védekezésről a XIX. század második felétől beszélhetünk.
Napjainkban az egyik legfontosabb alapelvvé vált, hogy tiszta környezetből egészséges, jó minőségű és biztonságos élelmiszert állítsunk elő. A mezőgazdasági termelésnek ugyan- is az élelmiszer előállításon túl fokozott figyelmet kell fordítania a meg nem újítható nyersanyagok energiatakarékos felhasználására, valamint az egész élővilágot érő környe- zetterhelés csökkentésére, illetve elkerülésére. Ezen sokrétű feladatok egyidejű megoldásá- ra az eddigi nagy mesterséges energiaigényű, erősen kemizált és elsősorban a tömegterme- lést szem előtt tartó gazdálkodás kevésbé alkalmas. Ez a gazdálkodási forma a vizek és a talaj szennyezésével, a növény- és állatfajok veszélyeztetésével a környezet állapotát fo- lyamatosan rontja, szennyezett termékeinek elfogyasztásával pedig jelentősen hozzájárul a népesség egészségi állapotának romlásához.
A mezőgazdasági termelésen belül a vegyszeres növényvédelem az egyik leginkább környezetszennyező terület. Óriási mennyiségben kerülnek ki a környezetünkbe olyan ké- miai anyagok, amelyeknek a biológiai aktivitása ma még nem minden tekintetben ismert, annak ellenére, hogy a növényvédő szerek engedélyeztetési eljárása az elmúlt évtizedekben jelentős változáson ment keresztül. Elgondolkodtató, hogy miközben felmérések szerint a világon eddig mintegy 6 millió szintetikus anyag született, az IARC Nemzetközi Rákkutató Központ eddig mindössze 900 anyag alapos vizsgálatát tudta elvégezni és adott ki róluk bizonyítványt (ÁNGYÁN és mtsai, 2003). A vizsgálatok során figyelmet kell fordítani a növényvédő szerek felhalmozódásának mértékére és bomlástermékeire a talajban, a vizek szennyeződésének terjedésére, valamint minden új vegyületnek a táplálékláncra kifejtett hatására.
A mezőgazdasági művelésbe vont területek táplálékforrást, búvó- és költőhelyet jelentenek vadmadarainknak. Azonban ez nagyfokú kockázatot hordoz magában, mert a kijuttatott növényvédő szerek veszélyt jelentenek számukra. A növényvédelmi munkák során kiper- metezett szerek nemcsak a kifejlett madarakra, hanem a tojásban fejlődő embrióra is hatás-
10
sal lehetnek. A növényvédő szerrel kontaminált környezetben a peszticidek megváltoztat- ják a hasznos élőlények – a növényi, állati individuumok, populációk, életközösségek – kémiai környezetét és ezzel megteremtik a mérgezés lehetőségét. A peszticidek károsító hatása megnyilvánulhat az élőlények heveny károsodásában, enyhébb vagy kiterjedtebb pusztulásában. Az ivadékgondozó állatok elhullása miatt elpusztulhatnak a felügyelet, táp- lálék nélkül maradt, de egyébként nem mérgezett utódok is. A heveny mérgezést túlélő, de csökkent ellenálló képességűvé vált egyedek a különféle környezeti terhelések áldozatául eshetnek. Az ismétlődő, de önmagában még heveny mérgezést nem okozó peszticidterhelések következménye félheveny vagy idült károsodás lehet. Az ilyen mérge- zések közvetlenül és az általános ellenálló képesség leromlása miatt közvetve is okozhat- nak pusztulást (VÁRNAGY és BUDAI, 1995).
A készítmények nem előírás szerinti alkalmazása, a nem megfelelő permetezés-technika és a szerek elsodródásából adódó veszélyek növelik a szárnyas apróvad-tojások közvetlen expozíciós lehetőségét. A fácánok kitettek a mezőgazdaságban felhasznált kemikáliák ha- tásának a tojásrakás és a kelés időszakában. Szaporodási periódusuk rendszerint egybeesik a vegyszeres növényvédelmi munkák elvégzésével, ami indokolja, hogy ökotoxikológiai szempontból foglalkozzunk a peszticidek élőszervezetekre gyakorolt káros hatásának kér- déseivel.
A környezetkárosodás rohamos növekedése az egész társadalmat veszélyeztetheti, külö- nösen azok a vegyületek, amelyek a talaj-növény-állat-ember táplálékláncban nyomon kö- vethetőek. Az elfogyasztott táplálékkal az emberi szervezetbe jutó egészségkárosító anya- gok, mint kockázati tényezők részben természetes eredetűek, részben az előállítás során kerülnek az élelmiszerbe (GYALMOS és MOLNÁR, 1999).
A vegyszeres növényvédelmi munkák elvégzése során is jelentős az esélye, hogy peszticidek – illetve a mezőgazdasági művelésbe vont területeken nagyobb mennyiségben fellelhető egyéb, akár önmagukban is veszélyt jelentő xenobiotikumok, többek között ne- hézfémek – kombinációival mérgeződjön akár a kijuttatást végző személy, akár egy adott élőhely teljes ökoszisztémája, ami rendkívül súlyos - akár a születendő utódok torzfejlődé- sét is maga után vonó - következményekkel járhat (DARVAS, 2003). Sajnos a kombináci- ók nagy száma miatt az általános toxikológiai, illetve ökotoxikológiai következmények ma még nincsenek megfelelően feltérképezve annak ellenére, hogy az utóbbi időben különö- sen a nehézfémek más vegyületekkel alkotott kombinációinak tanulmányozása jelentős teret nyert a toxikológiai kutatások területén belül mind madár (FEJES és mtsai, 2001;
11
KERTÉSZ, 2001), mind emlős (INSTITÓRIS és mtsai, 2001; PAPP és mtsai, 2001) teszt- szervezetet alkalmazó kísérleti elrendezésekben.
A demográfiai robbanás nyomán a világ élelmiszerigénye egyre nagyobb, ezt az igényt ki kell elégíteni. Mivel a termőterületek növelésére egyre kisebb a lehetőség, sőt helyen- ként a mezőgazdasági termőterületek csökkenésével kell számolnunk, ezért ma már nincs módunk arra, hogy lemondjunk a mezőgazdasági vegyi anyagokról.
Alapvetően elmondható, hogy a különféle xenobiotikumok toxikológiai vizsgálatakor – és ennek megfelelően peszticidek ökotoxikológiai tesztelése során is - döntő részben az egyes kémiai ágensek külön-külön kerülnek alkalmazásra, ugyanakkor nem hagyható fi- gyelmen kívül az a tény, hogy a vegyi terhelés általában komplex módon jelentkezik, így számolni lehet az egyidejűleg jelen levő vegyi anyagok együttes méreghatásával, interak- ciójával, melynek következtében a komponensek egymás méreghatását módosíthatják. A kutatók érdeklődése fokozatosan az interakciós hatások tanulmányozása felé fordult nem- csak az ökotoxikológia területén, hanem minden olyan egyéb területen is, amely az egész- ségvédelem és a kémiai biztonság kérdésével foglalkozik (OSKARSSON, 1983;
DANIELSSON és mtsai, 1984; SPEIJERS és SPEIJERS, 2004; YOUN-JOO és mtsai, 2004).
Vizsgálataim célja volt:
A környezetben legnagyobb mennyiségben előforduló és az élő szervezetekre foko- zottan veszélyesnek minősülő nehézfémek (réz, kadmium) és
Két széles körben felhasznált herbicid (pendimetalin, S-metolaklór) egyedi és eset- leges együttes embriókárosító hatását feltárjam.
A kísérletbe vont vegyi anyagok toxikus hatását az embrionális fejlődés korai és kései szakaszában is vizsgáltam,
Amelynek első lépéseként a nehézfémek és peszticidek egyedi embriókárosító hatá- sát mértem fel az általam alkalmazott vizsgálati rendszerben.
A vizsgálatsorozat alkalmas annak tanulmányozására, hogy a környezeti nehézfém- terhelés mellett miként érvényesül a vizsgálatba vont peszticidek méreghatása a tesztszer- vezetként választott fejlődő madárembrióban. Mivel a gyakorlatban használatos ökotoxikológiai vizsgálati módszerek elsősorban az egyedi méreghatás vizsgálatára szorít- koznak, ezért a növényvédő szerek interakciós hatásaira vonatkozó adatok hiánypótlónak tekinthetők.
12
3. IRODALMI ÁTTEKINTÉS
3. 1. A HÁZITYÚK EMBRIONÁLIS FEJLŐDÉSE
Ahhoz, hogy vizsgálni tudjuk a kezelés során alkalmazott vegyi anyagok madárembrió- ra gyakorolt hatását, át kell tekintenünk fejlődésüket a tojás megtojásától a kikelésig. A házityúk a 21. napon kel ki a tojásból, ez idő alatt jelentős biológiai változások zajlanak le az embrióban. Az inkubáció alatt rendkívül érzékenyen reagál a külső környezeti hatások- ra. A keltetés első 9 napján az embrió fejlődésében a minőségi változások jellegzetesek (szerv, szervkezdemények, végtagok kifejlődése), míg az ezt követő embrionális időszakot a mennyiségi fejlődés, gyarapodás jellemzi. Ez időszak alatt alakul ki az embrió végleges formája (BOGENFÜRST, 2004).
A keltetés első három napjára az intenzív növekedés a jellemző. Az első napon kiala- kulnak a csíralemezek, a mesoderma és a gerinchúr. A csírakorong megnyúlik és az ectoderma lemezen kialakul az őscsík. Az őscsík két oldalán megjelennek a szomiták (ge- rinchúri ősszelvények) a keltetés 22. órájában, amelyekből a csontváz és az izomzat fejlő- dik ki. Az embrió korára a szomiták számából következtethetünk. Az első nap végére egyes szervkezdemények is megjelennek, mint az idegrendszer, az emésztőszervek és a szemek.
A második napon megindul a véredények, a hajszálerek, az ősvese és a szaglószervek, a szem és a belsőfül fejlődése. A keltetés 30. órájában a tyúkembrió szíve lüktetni kezd, az idegrendszer alapját adó velőcső zárul. Az extraembrionális hártyák is fejlődésnek indul- nak.
A harmadik napon az allantois, a húgytömlő belenő az extraembrionális testüregbe (ZBORAY, 1991). Az allantois erei a köldökvénák és a köldök artériák, amelyek az emb- rionális vérkeringést adják. Fejlődésnek indul az emésztőkészülék és az érzékszervek, ki- alakulnak az agyvelői idegek kezdeményei. Megjelennek a végtagbimbók (a hátsó végtag- ok és a szárnyak kezdeményei), illetve a csőr is ekkor fejlődik ki (1. ábra).
13
1. ábra A tyúk embrionális fejlődése A) a keltetés 1. napján, B) a keltetés 3. napján (1. csírapajzs, 2. őscsík, 3. érudvar, 4. jégzsinórok, 5. tojásfehérje, 6. héjhártya, 7. mészhéj,
8. légkamra, 9. embrió, 10. szikvérkeringés, 11. sinus terminalis), (KOVÁCS és FEHÉR, 1966)
A negyedik napon kialakulnak az ivarmirigyek és a maradó vese kezdeményei. A mag- zatburkok tanulmányozhatóvá válnak, a testrészek elkülönülnek. Az amnion körbeveszi az embriót, védi és táplálja. Az embrió feje az agyvelő gyors fejlődése következtében jelentő- sen megnő.
Az ötödik napon az amnion folyadékkal telik meg és így az embrió védve van a mecha- nikai sérülésektől, a kiszáradástól és a hőmérsékleti behatástól. Differenciálódik az első és a hátsó végtag, az ujjak és az agyvelő. A szem tovább nő és a máj is fejlődni kezd. A szív a testüregbe záródik, az embrió a továbbiakban a szik állományával a köldökön keresztül, a vérkeringés útján tart kapcsolatot.
A hatodik és a tizedik nap között kialakul az embrió végleges formája és a csontos váz mesenchyma-kezdeménye porcossá válik. A hetedik naptól megindul az allantoislégzés. A nyolcadik naptól láthatóak a tollkezdemények, és a kilencedik napon a vázizomzat fejlődé- se kifejezett (KOVÁCS és FEHÉR, 1966).
14
A tizenegyedik és tizenkettedik nap között a mellizmok és végtagok izmai erőteljesen növekednek a végtagokkal és a törzzsel egyetemben. A csontosodási folyamathoz szüksé- ges kalcium felvételének lehetősége a 12. napon valósul meg. A chorioallantois membrán (CAM) képessé válik a kalcium szállítására a tojáshéj és az embrió között és így biztosítja a megfelelő növekedést (DIECKERT és mtsai, 1991). A Ca-dependens ATP-áz szint emelkedése és kalcium-kötő fehérje szintézise (expressziója) fontos eleme a kalcium felvé- telnek a tojás mészhéjából (DIECKERT és mtsai, 1992).
2. ábra A tyúk embrionális fejlődése A) keltetés 9. napján B) a keltetés 15. napján (1. magzat, 2. sziktömlő, szikvérkeringés, 3. allantois, magzati vérkeringés, 4. amnion, 5.
tojásfehérje, 6. héjhártya, 7. mészhéj, 8. légkamra), (KOVÁCS és FEHÉR, 1966) A tizenegyedik, tizenkettedik nap után a szikérhálózat által átalakított lipidek felvétele válik fokozottá, előtte az embrió a fehérje és szénhidrát készleteiből növekedett (SPEAKE és mtsai, 1993). Az allantois ekkorra éri el teljes fejlettségét, amely a keltetés 8. napjától részt vesz az allantoislégzés kialakításában, egészen a 19. napig, a tüdőlégzésre való átállá- sig. A szemhéjak fejlődése befejeződik, a nyak tovább vékonyodik. A tizenharmadik napra az embrióban kifejlődnek a szervek.
A tizenötödik napon a szájszöglet elszarusodott pereme jelenik meg. A tizenhatodik naptól már a szarukezdemények is felismerhetőek (2. ábra).
15
A tizenhetedik-tizennyolcadik napig az embrionális növekedés dominál. A tizenkilen- cedik napon a sziktömlő megkezdi a behúzódást a hasüregbe, ami a huszadik napon feje- ződik be. Ekkor kezdődik meg a köldökzáródás. A huszonegyedik napra a tojáshéj töréke- nyebbé válik, mert a mész egy része felszívódott és a csontokban rakódott le. A huszadik vagy huszonegyedik napon a fiókák kikelnek a tojásból (BOGENFÜRST, 2004).
Az embrionális fejlődés során megkülönböztetünk úgynevezett növekedési szakaszváltó pontokat, amelyek összefüggésben állnak az embrió anyagcsere folyamataival és azok vál- tozásával. Házityúknál ezek a pontok a keltetés 5-6. nap, 11-12. nap és 17-18. nap közötti napok. Az említett időszakokban az embrió érzékenyebben reagál az őt ért hatásokra (NAGY és ERNHAFT, 1962).
3. 2. A MADÁREMBRIÓ FELHASZNÁLÁSA TESZTSZERVEZET- KÉNT AZ EMBRIO- ÉS ÖKOTOXIKOLÓGIAI VIZSGÁLATOK- BAN
A tyúktojás mesterséges keltetése az ókor óta ismert. Már Hippokratész és Arisztotelész is megfigyelte a keltetés során az embrió alakjának változásait. A XIX. század végén Féré egy kísérletében bemutatta házityúk-embrión a kémiailag indukált teratogenezis (torzfejlő- dés) lehetőségét különböző vegyi anyagok (alkohol, nikotin, kodein és morfin) tojásra, illetve tojásba juttatásával (WARKANY, 1977). Azonban a madárembrió-teszt mégis Dareste nevéhez fűződik, aki megállapította, hogy a házityúk-embrió hátrányai ellenére jól használható tesztszervezetként a toxikus hatások megítélésére (DARESTE, 1891).
A madárembrióval folytatott kísérletek számos előnnyel járnak. A madárembrión vég- zett teszt gyors és pontos eljárás, amely lehetővé teszi a kémiai anyagok embrióra gyako- rolt közvetlen hatásának vizsgálatát. A módszer további előnye olcsósága, valamint a ma- dárembrió érzékenysége a fizikai és kémiai hatásokkal szemben, illetve fejlődésének nagy- fokú hasonlósága az emlősök morfológiai fejlődéséhez (KORHONEN és mtsai, 1981, 1982). Fő hátránya az anya-magzat kapcsolatrendszer hiánya, és az embrió nagymértékű érzékenysége - a mérgező és szennyezőanyagokra - miatt kapott sok hibás pozitív ered- mény (WILSON, 1978), valamint a vizsgálati rendszerben nyert adatok csak megfontolá- sokkal extrapolálhatók más fajokra (VÁRNAGY, 2005).
16
Ennek ellenére a módszer nyilvánvaló előnyei - gyorsasága és egyszerűsége - miatt szé- les körben használt. Az utóbbi évtizedekben jelentős mennyiségű kémiai anyag került be- vezetésre adekvát toxikológiai vizsgálati háttér nélkül. Ennek következtében szükség van olyan egyszerű és gyors teszt-eljárásokra, melyekre például az előzetes teratológiai szűrő- vizsgálatoknál a madárembrió lehetőséget nyújt. Így az alacsony kezelési szinteken embriotoxikusnak és teratogénnek bizonyult vegyületeket mód nyílik a későbbiekben em- lős vizsgálati rendszerekben tesztelni. A humán szempontból ismertté vált teratogén hatá- súnak bizonyult kémiai ágensek (thalidomid, androgén hormonok) szinte minden esetben teratogének voltak madárembriókra is (SOMLYAY, 1990).
3. 3. MADARAKON VÉGZETT TERATOLÓGIAI VIZSGÁLATOK
MARLIAC és VERRET (1963) 12 peszticid, többek közt a DDT, lindán, paration, me- til-paration és karbamát típusú növényvédő szerek teratogén hatását vizsgálták csirke- és patkány embriókon. Megállapították, hogy a klórozott szénhidrogének nem gátolják az embrió fejlődését, míg a szerves foszforsavészterek és a karbamát tipusú vegyületek együt- tes alkalmazásánál jelentős teratogén hatás érvényesült. A csirkeembrió egyes esetekben 300-szor érzékenyebben reagál, mint a patkány.
STRANGE és KERR (1976) a 2,4,5-T teratológiai és embriotoxikológiai vizsgálatát végezték el házityúkon injektálásos kezeléssel. A kísérletben alkalmazott dózisoknál teratogén hatásra utaló tüneteket nem találtak.
LUTZ (1974) a paration teratogén hatását vizsgálta csirkeembriókon. A kezeléseket bemerítéses technikával végezte a keltetés 0. napján. Minden embrión törpenövekedés jelei mutatkoztak, a végtagok helyzete a normálistól eltért. A szövettani vizsgálatból kiderült, hogy az embriók nagy része nemzőképtelen volt.
VIRÁG (1981) kísérletei során megállapította, hogy az atrazin nem volt hatással a tojás- termelésre vagy a tojások súlyára. Az atrazin változatlan formában, szinte teljes mennyi- ségben megmaradt a hasi zsírban.
VÁRNAGY és mtsai, (1982) a Paration 20 WP, a Metil-paration 18 WP, a Wolfatox 50 EC és a Kaptán teratogén hatását tanulmányozták csirkeembriókon. A kezeléseket a kelte- tés 12. napján végezték. Megállapították, hogy az általuk alkalmazott kísérleti körülmé-
17
nyek között a kezelések hatására a csirkeembriók nyak izomzatában hipoplázia, vagy atró- fia és a gerincoszlop nyaki szakaszának lordózisa és szkoliózisa alakul ki.
MEINEL (1977) fürjön vizsgált különböző szerves foszforsavészter típusú vegyületet abból a célból, hogy az embriókon észlelt morfológiai elváltozások kapcsolatban állnak-e a kolinerg rendszer működésének zavaraival. A dikrotofosz hatóanyag csökkentette az acetilkolin-észteráz (AChE) és a butirilkolin-észteráz aktivitását, amely együtt jelentkezett a csontvázrendszeri anomáliákkal. A malationnal kezelt fürjembrióknál nem jelentkezett csontosodási probléma és az AChE-aktivitás is csak kis mértékben volt gátolt.
HOFFMAN és GAY (1981) a madárembriók külső expozíciójával foglalkozó kísérlete- iben bizonyították, hogy a xenobiotikumok képesek áthatolni a tojáshéjon, az extraembrio- nális hártyákon és bejutni egészen az embrióig. A természetben előforduló növényvédő szer kontamináció világszerte problémát jelent. A peszticidek élő szervezetre gyakorolt hatásáról kapott adatok szükségesek ahhoz, hogy megbecsüljük veszélyességüket a nem cél szervezetekre nézve.
18
3. 4. NEHÉZFÉMEK
3. 4. 1. A réz (cuprum)
3. 4. 1. 1. A réz általános jellemzése
A réz a periódusos rendszer I/2. csoportjába tartozik. Az elem latin neve (cuprum) Cip- rus szigetének (cyprium) nevéből ered, ahol feljegyzések szerint már az ókorban is találtak rézércet (aes cyprium).
Az úgynevezett „rézcsoport” elemei (a réz, az ezüst és az arany) közé tartozik, amelyek nemesfémek. Elemi állapotban, valamint ötvözetei révén már évezredek óta ismeri és használja az emberiség. Más vegyületekkel való viselkedésére alapvetően jellemző, hogy hajlamos komplex vegyületek képzésére. Nehézfém jellegéből adódóan olvadáspontja vi- szonylag alacsony, oxidjai vízben kevésbé oldódnak. Az elektromos áramot kiemelkedően jól vezeti, vegyületei színesek.
Kémiai tulajdonságait figyelembe véve elmondható, hogy oxigénhez való affinitása kicsi, elektródpotenciálja a hidrogénnél pozitívabb tartományba esik. Vegyületeiben egy vegyér- tékkel is szerepel, azonban általánosabb a két vegyértékű forma. A külső elektronhéjak felépítése: a legkülső héjon egy, a beljebb lévőn tizennyolc elektront tartalmaz (LENGYEL és mtsai, 1971).
3. 4. 1. 2. Fizikai tulajdonságok
Fizikai megjelenését tekintve por alakban barna, tömör állapotban vörös színű, fémes fényű, jól nyújtható és hengerelhető, nem túlzottan kemény fém. Lemezek, vékony huzalok készíthetők belőle. Általában ötvözeteit használják, önmagában öntésre sem alkalmas.
Elektromos vezetőképessége nagy, amit az antimon-, arzén- és szilíciumszennyeződések jelentősen csökkentenek.
19 3. 4. 1. 3. Kémiai tulajdonságok
Nedves levegőn felületét zöld színű, összefüggő réz-karbonát - úgynevezett patina vagy nemes rozsda - réteg fedi be, mely a fémet megvédi a további oxidálódástól. Hevítve vé- kony, fekete oxidréteg keletkezik felületén. Oldhatóságát tekintve a réz salétromsavban, valamint tömény, meleg kénsavban egyaránt jól oldódik. Nemoxidáló tulajdonságú savak – például ecetsav - levegő jelenlétében oldják. A rezet - amalgámképződés közben - oldja a higany is.
A réz fontosabb fizikai-kémiai tulajdonságait az 1. táblázat foglalja össze.
1. táblázat A réz fontosabb fizikai-kémiai jellemzői (LENGYEL és mtsai, 1971)
Rendszám 29
Olvadáspont (oC) 1084
Forráspont (oC) 2955
Sűrűség (g/ml) 8,92
Atomsúly 63,54
Legjelentősebb vegyüle- tei
Réz(I)-oxid, réz(I)-klorid, réz(I)-jodid, réz(I)-cianid, réz(II)- oxid, réz(II)-hidroxid, réz(II)-klorid, réz(II)-szulfát, réz(II)-
nitrát, réz(II)-karbonát, réz(II)-acetát
3. 4. 1. 4. Előfordulás
A réz a természetben kis mennyiségben (2. táblázat), több színváltozatban is előfordul, ásványaiban elsősorban kénhez kötve található. Ipari szempontból legfontosabb és egyben legismertebb változata a kalkopirit, a kalkozin, az enargit, a bornit, valamint a ritkábban előforduló fakóércek. Felhasználása szempontjából - mivel jóval ritkábban és kisebb mennyiségben fordulnak elő, mint az előzőekben bemutatott vegyületek - kevésbé jelentő- sek az úgynevezett oxigéntartalmú rézércek, amelyek legismertebb képviselője a vörösréz (kuprit), valamint a bázisos rézkarbonátok: malachit, azurit. Bolygónk legfontosabb réz lelőhelyei Kanadában, Chilében, Németországban, Olaszországban, Peruban, USA-ban és Zambiában találhatók. Magyarországon a Mátrában, elsősorban Recsk környékén lelhetők fel réztartalmú ásványok (LENGYEL és mtsai, 1971).
20
2. táblázat A réz átlagos koncentrációja a környezetben (PAIS, 1991)
Közeg Átlagos mennyiség (mg/kg)
Földkéreg 70
Tengervíz 0,003
Növények 14
Állatok 2,4
Emberi szervezet 1,6
3. 4. 1. 5. Előállítás
Előállítása ipari körülmények között legnagyobb mennyiségben kalkopiritből történik.
3. 4. 1. 6. Alkalmazás
A rezet és különféle ötvözeteit több ezer éve ismeri és használja az emberiség, napja- inkban pedig az egyik leggyakrabban és legnagyobb mennyiségben alkalmazott fémnek tekinthető a vas és az alumínium mellett. Jelenlegi ismereteink szerint az első rézből ké- szült vízvezeték több mint 4900 évvel ezelőtt az ókori Egyiptomban működött. A nemes- fémek sorában, valamint az elektrokémiai feszültségsorban is a negyedik helyen áll a fé- mek között, így azok a fémek, amelyek nála alacsonyabb feszültségi sorba tartoznak, mind tönkremennek réz hatására (CSÉKI, 2000). Széles körben alkalmazott ötvözetei közül leg- fontosabbak az alumíniummal, cinkkel, nikkellel, valamint az ónnal alkotott vegyületei, míg a tiszta rezet az elektrotechnikai ipar használja fel elsősorban. Emellett jó hővezető képessége miatt felhasználják fűtőcsövek, hűtőkészülékek és kazánok készítésére, valamint alkalmazzák autóradiátor, bojlerek, gőzvezeték, konyhaedény és vízvezetékek készítésére egyaránt (LENGYEL és mtsai, 1971). A gyógyászatban évezredek óta használnak rezet.
Az egyik legkorábbi feljegyzés i.e. 2600 és 2200 közötti időszakból származik, amely leír- ja, hogyan alkalmazták a rezet mellkasi sebesülésnél és az ivóvíz tisztítására. Ezen túlme- nően a későbbiekben a réztartalmú gyógyszerek számtalan más felhasználási területét is leírták. A mezőgazdaságban a növénytermesztésen belül egyrészt tápanyagként, másrészt - például peronoszpóra ellen hatásos - gombaölő szerként alkalmazzák, permetező, csávázó, fa sebkezelő szerek hatóanyagaiként (SEPRŐS, 2002). Az állattenyésztésben növekedés-
21
serkentő, takarmány-kiegészítő, betegségmegelőző tulajdonsága miatt kerül sor alkalmazá- sára (ADRIANO, 1986; SZABÓ és mtsai, 1987).
3. 4. 1. 7. Élő szervezetekre gyakorolt hatása
A réz élő szervezetekre gyakorolt hatása a 3-6. táblázatokban kerül részletesen bemu- tatásra.
3. táblázat A réz növényekre gyakorolt élettani hatása
Növényekre gyakorolt hatás
Élettani szerep
Enzimek alkotórészeként és aktivátoraként hatást gyakorol a növé- nyek fehérje-, szénhidrát-, és zsíranyagcseréjére, továbbá szerepet játszik a pillangósvirágúak nitrogén-metabolizmusában, valamint a protein-szintézisben. Kulcsfontosságú továbbá, hogy a réz a növényi szervezetekben segíti a klorofill szintézisét (SZABÓ és mtsai, 1987;
LOCH és NOSTICZIUS, 1992).
Túladagolás
A növények számára a réz csak oldható formában vehető fel, ezért élettani problémát elsősorban nem toxicitása, hanem hiánya okoz (SZABÓ és mtsai, 1987).
Hiány
Hiánya növényekben kétféle, jellegzetes tünetekben megnyilvánuló hiánybetegséget, növekedési zavart okoz. Az egyik az úgynevezett
”művelési” betegség, ami elsősorban gabonaféléknél fordul elő (a levélcsúcsok kifehérednek, a levelek kisebbek maradnak, elszárad- nak és csavarodnak, az internódiumok rövidebbek). A „csúcsszára- dás” betegsége gyümölcsfákat károsít (a fiatal ágak elpusztulnak, klorózis alakul ki a levélszéleken, valamint generatív fejlődési zava- rok jelentkeznek), (SZABÓ és mtsai, 1987; LOCH és NOSTICZIUS, 1992).
22
4. táblázat A réz állati és emberi szervezetre gyakorolt élettani hatása
Állati és emberi szervezetre gyakorolt hatás
Élettani szerep
A réz kis mennyiségben létfontosságú elem, amely a hemoglobin- képződésben tölt be jelentős szerepet, valamint különböző enzim- rendszerek (aszkorbinsav-oxidáz, citokrómoxidáz, kataláz, tiorozináz) és redoxfolyamatok működésében vesz részt (LACZAY, 1995).
Túladagolás
A mérgezés forrása lehet a növényvédelemben nem szabályszerűen történő alkalmazásuk, ivóvízhez, illetve takarmányhoz való kevere- désük. A szervezetbe jutó réz mennyiségére az egyes állatfajok elté- rően reagálnak, a juh különösen érzékeny a feleslegben adott rézre.
Kisebb adag esetén testtömeg-csökkenés és a máj réztartalmának növekedése következik be, majd elhullik az állat. Nagyobb dózis esetén agykárosodás, majd rövid időn belül elhullás várható. A juh- val ellentétben a szarvasmarha, a sertés és a baromfi fajok kevésbé érzékenyek a nagyobb mennyiségű rézbevitelre. Nagyobb - például ipari eredetű szennyeződésekből adódó - rézfelesleg esetén emberi szervezetben a réz kórosan felhalmozódhat, a betegséget a szakiro- dalom Wilson-kórként említi. A májban tárolt réztöbblet az epén keresztül, majd a bélsárral ürül (SZABÓ és mtsai, 1987; LACZAY, 1995).
Hiány
Hiányában növekedéscsökkenés, hemoglobinképzési zavarok (ané- mia), idegrendszeri tünetek, a hátsó végtagok erőtlenségéből adódó- an imbolygó mozgás (ataxia), embrióelhalás, abortusz, csont- és érfalkárosodások, a nagyerek falában kiöblösödések kialakulása (aneurisma) fordul elő. Juhoknál göndörséget vesztett, elvékonyo- dott gyapjú, pigmenthiány, valamint a csökkent takarmányértékesülésből adódó tej-, és tejzsírtermelés-csökkenés következeik be (SZABÓ és mtsai, 1987).
23
5. táblázat A mérgezés hatásmechanizmusa és a réz speciális méreghatása
Hatás- mechanizmus
Az elemi réz nem mérgező, míg vegyületei toxicitásuk szempontjá- ból jellemzően a „gyakorlatilag nem mérgező” vagy „gyenge mé- reg” kategóriába tartoznak (LACZAY, 1995). A réz egyik legszéle- sebb körben alkalmazott vegyülete, a réz-szulfát esetében 400-900 mg/ttkg baromfi számára az egyszeri toxikus adag (DOWDY, 1969, SIMON, 1981). A rézvegyületek a fehérjéket koagulálva károsítják a sejteket, ebből adódóan a testfelszínen irritáló hatást fejtenek ki.
Felszívódva kedvezőtlen hatást gyakorolnak a májra, a vesére és a szívizomzatra, továbbá a vörösvértestek membránjának peroxidáció- ja révén, azok feloldódását és érbénulást okoznak, kumulációra és perzisztenciára egyaránt hajlamosak. A keringésbe jutott réz a táp- csatornából csak részlegesen szívódik fel, majd a felszívódást köve- tően a vérben albuminhoz és aminosavakhoz kötődik. A keringésbe jutott ionok a vérfehérjékkel hematocupreint, coeruloplazmint, a vörösvértestekkel erytrocupreint alkotnak. A szervezetbe jutott réz a májsejt nukleuszaiban, mitokondriumaiban és lizoszómáiban hepatocupreinként, a metallotioneinhez kötötten tárolódik (PRASAD és mtsai, 1970; PETERSON és TALCOTT, 2001;
VÁRNAGY és BUDAI, 2003). Ha a májsejtek rézkoncentrációja meghaladja raktározási kapacitásukat, a májsejtek sérülnek és ennek következtében hirtelen nagy mennyiségű réz kerül a vérbe, ami a vörösvértestek membránjának peroxidációját és így feloldódását (hemolízis) eredményezi (BALLA, 1999), továbbá vérvizelést, methemoglobinémiát, sárgaságot és húgyvérűséget okoz (LACZAY, 1995). Patkányon meghatározott p.o. LD50 értéke 300 mg/ttkg (BIZTONSÁGI ADATLAP, 27952).
Speciális méreghatás
Kísérleti körülmények között alacsonyabb rendű szervezetekben (BOLOGNESI és mtsai, 1999; GUECHEVA és mtsai, 2001) és há- zityúkon (BHUNYA és JENA, 1996) a rézvegyületek az örökítő anyag károsodását eredményezték, valamint néhány szerző daganat- keltő hatásukról számolt be (HALLENBECK és CUNNINGHAM- BURNS, 1985; GEORGOPOULOS és mtsai, 2001).
24
6. táblázat Mérgezési tünetek, elsősegélynyújtás és gyógykezelés rézmérgezés estén
Mérgezési tünetek
A mérgezés akut és krónikus formában egyaránt jelentkezhet. Akut mérgezés esetén a bőrön és a nyálkahártyákon gyulladás, fájdalom- érzet, kimaródás, továbbá ödéma jelentkezhet. Belégzéskor orrfo- lyás, köhögés, meghűlésre utaló tünetek alakulnak ki. Szájon át tör- ténő mérgezéskor a lenyelést követően nyálzás, fémes ízérzet, a nyelven és garatban zöldeskék elszíneződés, émelygés, hányás, a rézklorofill-képződés miatt zöldeskék színű hasmenés jelentkezik, majd szomjúság, fejfájás és fizikai gyengeség társul a kórképhez.
Akut mérgezés következményeként mindezek mellett érbénulás, vérzések, a légzés és a vérkeringés romlása, gyomor- és bélgörcsök, majd bénulás, valamint a veseműködés zavara és szívizom-elfajulás alakul ki. (CSÍKY, 1968; SIMON, 1981; VÁRNAGY és BUDAI, 2003). Krónikus mérgezés bekövetkezésekor az állatokon kezdetben a termelőképesség csökkenése és a kondíció romlása, majd vese- és májkárosodás tapasztalható (LACZAY, 1995).
Elsősegély- nyújtás, gyógy-
kezelés
Lenyelés esetén tilos zsírokat, olajokat adni, mert ezek fokozzák a réz felszívódását. Gyomormosással célszerű a gyomrot kiüríteni. A gyógykezelés CaNa2-EDTA, D-penicillamin és dimerkaprol adago- lásával lehet hatásos, míg súlyos esetben káliumferrocianid adható.
Nyugtatásra barbiturát-származékok alkalmazhatók, továbbá gon- doskodni kell a vese és a szívizom védelméről (CSÍKY, 1968; SI- MON, 1981; VÁRNAGY és BUDAI, 2003). Krónikus mérgezéskor a gyógykezelés általában eredménytelen (LACZAY, 1995).
25
3. 4. 2. A kadmium (cadmium)
3. 4. 2. 1. A kadmium általános jellemzése
A kadmium a periódusos rendszer II/2. csoportjába tartozó fém, amelyet Stromeyer né- met vegyész fedezett fel 1817-ben a cink-oxid szennyeződéseként. Az elem a nevét a cink- oxid régi görög nevéből - „kadmeia” - kapta (FRIEND, 1961).
A „cinkcsoport” elemei (a kadmium, a cink és a higany) közé tartozik. A fém két pozi- tív vegyértékű, sajátsága az alacsony forrás- és olvadáspont. A kadmium halogénekkel hajlamos komplexet képezni, mely vegyületei alapvetően mérgezőek. Vízben rosszul old- ható szulfidot képeznek (LENGYEL és mtsai, 1971).
3. 4. 2. 2. Fizikai tulajdonságok
Fizikai tulajdonságait tekintve a cinkhez áll legközelebb, azonban a kadmium világo- sabb, lágyabb és jobban nyújtható fém (PÁL, 2003).
3. 4. 2. 3. Kémiai tulajdonságok
A levegővel érintkezve a felületén keletkező oxidréteg megvédi a további elváltozások- tól. Nemoxidáló ásványi savakban hidrogénfejlődés közben oldódik.
A kadmium fontosabb fizikai-kémiai tulajdonságait az 7. táblázat foglalja össze.
7. táblázat A kadmium fontosabb fizikai-kémiai jellemzői (LENGYEL és mtsai, 1971)
Rendszám 48
Olvadáspont (oC) 320,9
Forráspont (oC) 765
Sűrűség (g/ml) 8,64
Atomsúly 112,40
Legjelentősebb vegyületei
Kadmium-oxid, kadmium-hidroxid, kadmium-klorid, kadmium- bromid, kadmium-jodid, kadmium-fluorid, kadmium-cianid, kad-
mium-szulfid, kadmium-szulfát, kadmium-nitrát, kadmium- karbonát
26 3. 4. 2. 4. Előfordulás
A természetben csak kis mennyiségben (8. táblázat), elsősorban a cink érceiben, az úgynevezett cinkpátban és a szfaleritben fordul elő. A tiszta kadmium-ásványok – mint például a greenockit (CdS) a természetben meglehetősen ritkák (PÁL, 2003).
8. táblázat A kadmium átlagos koncentrációja a környezetben (KÁDÁR, 1995; PAIS, 1991)
Közeg Átlagos mennyiség (mg/kg)
Földkéreg 0,11
Tengervíz 0,6 (µ/l-1)
Növények 0,6
Állatok 1,55
Emberi szervezet 0,3
3. 4. 2. 5. Előállítás
Korábban a cinkkohászatnál létrejövő páraporból állították elő. Napjainkban elsősorban az elektrolitikus kadmium-gyártás jellemző, de nem hanyagolható el a cinkporból, továbbá a cinkgyártás során keletkező más kadmium-tartalmú melléktermékekből való előállítása sem (LENGYEL és mtsai, 1971).
3. 4. 2. 6. Alkalmazás
A kadmiumot az iparban könnyen olvadó ötvözetek előállítására, valamint vastárgyak korrózióvédelmére használják. Élelmiszeripari alkalmazását nagymértékben korlátozza, hogy savakkal érintkezve oldható kadmiumsók keletkeznek, amelyek erősen toxikusak.
Felhasználják továbbá az akkumulátor-, gumi- és festékgyártásban, valamint műanyagok stabilizálására. Nem ismeretlen ugyanakkor a vegyszeres növényvédelem területén sem, ugyanis korábban a kadmium-tartalmú vegyületeket golfpályák fungicides kezelésére al- kalmazták (ADRIANO, 1986).
27 3. 4. 2. 7. Élő szervezetekre gyakorolt hatás
A kadmium élő szervezetekre gyakorolt hatása a 9-12. táblázatokban kerül részletesen bemutatásra.
9. táblázat A kadmium növényekre gyakorolt élettani hatása
Növényekre gyakorolt
hatás
Élettani szerep
A kadmium nem létfontosságú elem. Fizikai és kémiai tulajdonságai a cinkhez hasonlóak, ugyanakkor biológiailag azzal antagonista hatású (KÁDÁR, 1995).
Túladagolás / Hiány
Túladagolása problémát okozhat. Az ipari eredetű szennyvizek öntö- zési céllal történő felhasználása veszélyt jelent a növényeken keresztül a teljes táplálékláncra (LACZAY, 1995).
10. táblázat A kadmium állati és emberi szervezetre gyakorolt élettani hatása
Állati és emberi szervezetre
gyakorolt hatás
Élettani szerep
Jelenlegi ismereteink alapján nem létfontosságú elem, ugyanakkor egyes új kutatási eredmények szerint kis mennyiségben hasznos lehet az élő szervezetek fejlődésére (KÁDÁR, 1995).
Túladagolás / Hiány
A kadmium-oxidot néhány országban anthelmintikumként veszik igénybe malacok ascaridiosisának kezelésére. Az előírtnál nagyobb koncentrációban alkalmazva vagy hosszabb terápia esetén mérgezést okozhat. Veszélyes lehet továbbá az ipari szennyvizek felhasználása az állatok fürösztésére, mivel ezek a vizek nagy mennyiségű kadmiu- mot tartalmazhatnak (LACZAY, 1995).
28
11. táblázat A mérgezés hatásmechanizmusa és a kadmium speciális méreghatása
Hatás- mechanizmus
A kadmium az egyik legveszélyesebb, genotoxikus és daganatkeltő hatású nehézfém, amelynek cinkantagonista tulajdonsága régóta jól ismert. A szervezetben kumulálódik, felezési ideje 7-30 év. A kad- mium egészségkárosító hatásai a felvett mennyiségből, a terhelés tartósságától, a szervezet detoxikáló képességétől függően jelent- keznek. Az egészséget károsító hatások közül kiemelést érdemel a vesekárosodás, főként a vese tubuláris részében, a reprodukcióra kifejtett káros hatás. Egyéb hatások közül a máj detoxikáló hatásá- nak csökkenése, valamint az immunszupresszív hatás emelhető ki. A szervezetben a bélből rosszul szívódik fel, belégzés során viszont nagy része reszorbeálódik, ezért a mérgezések döntő hányada gőz- és porbelégzéshez köthető (CSÍKY, 1968). A vérben fehérjékhez kapcsolódik, majd a bőrben, csontban, hajban, májban, tüdőben és a vesében halmozódik fel. A vesét és a heréket jelentős mértékben károsíthatja. A metallotionein - amely a szervezetben esszenciális fémek transzportját segíti - SH-csoportjához kapcsolódik, ami en- zimhatásra a vesében felbomlik és a kiszabadult kadmium a tubulusok hámsejtjeit károsítja (NORDBERG, 1972; LACZAY, 1995). A herékben szűkíti a vérereket, ezzel csökken az átáramló vérmennyiség, és a tápanyagellátás zavara miatt elhalás következik be. Jelentős továbbá a kadmium tüdő-, bőr-, csont- és májanyagcse- rét károsító hatása (VÁRNAGY és BUDAI, 2003). Antagonista ha- tása miatt kadmiummal történt mérgezés során számos olyan funkció - ásványi anyagforgalom, proteinszintézis, szénhidrát anyagcsere – zavart szenved, amelyben cinktartalmú enzimeknek van szerepe (SIMON, 1981). Patkányon meghatározott p.o. LD50 értéke 280 mg/ttkg (BIZTONSÁGI ADATLAP, 16271).
29 Speciális
méreghatás
Állatkísérletben házityúkon csökkenti a tojástermelést (HENNING és mtsai, 1971) és a tojások keltethetőségét, továbbá hatására csök- ken a termékeny tojások száma (AZZA EL-SEBAI, 1995). Ugyan- csak kísérleti körülmények között japán fürjek esetében egy terhelé- ses vizsgálat során csökkent a tojásszám, ugyanakkor megnőtt a lágyhéjú és törött tojások részaránya (BOKORI és mtsai, 1994). Po- tenciális teratogén (KLEIN és mtsai, 1980), mutagén (VALVERDE és mtsai, 2000) és karcinogén hatású (POTTS, 1965;
HUMPERDINCK, 1968), mivel képes közvetlenül is kötődni a DNS-hez és gátolja a citokróm P-450 szintézisét (NAS, 1986;
STRIKAUSKA és mtsai, 1995), továbbá kedvezőtlen hatást gyako- rol a szaporodási rendszerre és spermaölő hatású (PÁL, 2003).
12. táblázat Elsősegélynyújtás és gyógykezelés kadmium-mérgezés estén
Mérgezési tünetek
A tünetek akut és krónikus formában jelentkezhetnek. Az orális mérgezés gyomor- és bélrendszeri tünetekkel kezdődik rövid lap- pangás után, majd idegrendszeri zavar és veseelégtelenség alakul ki, végül bekövetkezik a halál. Inhalációs mérgezés esetén a lappangási idő több óra is lehet. Ebben az esetben a tünetegyüttesre orrfolyás, köhögés, fejfájás és hidegrázás jellemző. A nehézlégzés és a mellka- si fájdalomérzet tüdővizenyő kialakulását feltételezi. Ekkor a köhö- gés során véres-habos köpet kerül ürítésre, az arc cianotikusan elszí- neződik (VÁRNAGY és BUDAI, 2003).
A mérgezés krónikus formája pár év alatt fejlődik ki, melynek során étvágytalanság, a fejlődés elmaradása, herekárosodás, kondíciórom- lás, valamint a spermiogenezis zavara és sterilitás tapasztalható. Ki- alakulhat továbbá anémia és anyagforgalmi zavar is (CSÍKY, 1968;
VÁRNAGY és BUDAI, 2003).
Elsősegély- nyújtás és gyógykezelés
Akut orális mérgezés esetén gyomormosás, valamint a kadmium megkötésére D-penicillamin, orvosi szén alkalmazható. Anémia esetén vaskészítmények adása hatásos lehet, anyagforgalmi zavar esetén cinkkészítmények használhatók. Krónikus inhalációs mérge- zéskor dimerkaprol adagolása lehet eredményes (LACZAY, 1995).
30
3. 5. GYOMIRTÓ SZEREK
3. 5. 1. Pendimetalin
3. 5. 1. 1. A Dinitroanilin típusú herbicidek általános jellemzése
A dinitroanilineket hatásmechanizmusuk alapján a „tubulin átrendeződését gátló herbi- cidek” közé tartoznak. A csoport legjelentősebb képviselői az allilfluralin, a benfluralin, a metalpropalin, a pendimetalin és a trifluralin (LOCH és NOSTICZIUS, 1992).
3. 5. 1. 2. Fizikai tulajdonságok
Vízben rosszul oldódnak, gőztenziójuk ugyanakkor meglehetősen magas, ezért illé- konyságuk miatt kijuttatásukat követően a csoportba tartozó növényvédő szereket alaposan be kell dolgozni a talajba (HUNYADI és mtsai, 2000).
3. 5. 1. 3. 3. 5. 1. 3. Kémiai tulajdonságok
Kémiai szerkezetüket tekintve aromás aminok. Általános szerkezeti képletük: (LOCH és NOSTICZIUS, 1992).
CH NH
CH3
NO2
NO2 ’ CH3
C2H5 C2H5
31 3. 5. 1. 4. Hatásmechanizmus
Növekedés-gátló herbicidek. A csírázó növények szöveteiben akadályozzák a sejtosztó- dást a tubulin-átrendeződés és mikrotubulus szintézis gátlásával. Hatásukra a másodlagos gyökerek fejlődése gátolt, a hajtás növekedése leáll, a sziklevelek bőrszerűvé, a szár vagy a hipokotil vastaggá és törékennyé válik, továbbá a növényen gyakran vöröses-kék elszíne- ződés figyelhető meg.
Részletes, sejtszintű hatásmechanizmusuk:
10 mg/kg-ig serkentik, nagyobb mennyiségben gátolják az RNS és a DNS szintézi- sét,
a növények gyökereiben megbontják az egyensúlyt egyes hormonok – például az IES és a kinetinek – között, továbbá interakcióba lépnek a hormonok által indukált enzimekkel, gátolják azok képződését és transzportját,
gátolják a fotoszintetikus foszforilációt, a NADH és a szukcinát oxidációt (KÁ- DÁR, 2001).
zöld alga fajon (Protosiphon botryoides) elvégzett vizsgálat során a dolgozatban szereplő pendimetalin csökkentette a klorofill, valamint növelte a szénhidrát és fe- hérje tartalmat (SHABANA és mtsai, 2001).
3. 5. 1. 5. Felhasználás
Széles körben alkalmazható, elsősorban egyszikűek ellen hatásos szelektív talajherbicidek (HUNYADI és mtsai, 2000).
3. 5. 1. 6. Toxicitás
A dinitroanilinek a bőrt, a szemet és a nyálkahártyát egyaránt irritálják, ugyanakkor szenzibiláló hatásuk nem ismert. Anilinmérgezésben a vegyületek a hemoglobint methemoglobinná alakítják. A hemoglobinban lévő Fe(II) kiemelkedik a porfiringyűrű síkjából és Fe(III)-má oxidálódik, amelynek következtében methemoglobinémia alakul ki.
32
A dinitroanilinek méreghatására jellemző továbbá, hogy gátolják az oxidatív foszforilációt, vagyis szétkapcsolják az oxidáció és a foszforiláció folyamatát a foszfokreatinkináz enzim blokkolásával, így az ATP szintézise akadályozottá válik. A sejtekben felgyorsul az oxidá- ció, a keletkezett energiatöbblet hő formájában jelentkezik. Nő a szervezet oxigénigénye, majd a mérgezés előrehaladtával oxigénhiány lép fel, illetve felborul a szervezet sav-bázis egyensúlya. A mérgezés következtében károsodik az izomzat, a máj, a vese és az idegrend- szer (KERTAI, 1982; FÁBIÁN, 1993; ÁDÁM, 2001).
3. 5. 2. Metolaklór
3. 5. 2. 1. A klór-acetamid típusú herbicidek általános jellemzése
A klór-acetamidokat, avagy teljes nevükön az N-aril-N-alkil-klór-acetamidokat hatás- mechanizmusukat alapul véve a „többféle hatásmechanizmussal rendelkező herbicidek”
közé sorolják. A csoport legjelentősebb képviselői: az acetoklór, az alaklór, a butaklór, a delaklór, a dimetaklór, a metazaklór, a metolaklór, a propaklór, továbbá a propizoklór és a xilaklór (LOCH és NOSTICZIUS, 1992; HUNYADI és mtsai, 2000).
3. 5. 2. 2. Fizikai tulajdonságok
Többnyire szilárd halmazállapotú, kristályos anyagok. Általánosságban elmondható, hogy a dinitroanilinekhez viszonyítva jobban oldódnak vízben (HUNYADI és mtsai, 2000).
33 3. 5. 2. 3. Kémiai tulajdonságok
Kémiai szerkezetüket tekintve aromás gyököt tartalmazó savamid származékok. Általá- nos szerkezeti képletük: (LOCH és NOSTICZIUS, 1992).
3. 5. 2. 4. Hatásmechanizmus
Fehérjeszintézis-gátlók. Jellegzetességük, hogy elsősorban a csírázó, kelő magvakat ká- rosítják, a gyomok ellen csírázási stádiumban a leghatékonyabbak. Hatásukként a mitotikus folyamatok lassulnak, a sejtek hosszirányú növekedése leáll. Csökken a kálium- felvétel, az aminosavak mozgása és az auxin transzport. A csíranövények pusztulása az ozmotikus potenciál csökkenése miatt következik be.
Részletes hatásmechanizmusuk:
gátolják a fehérje- és nukleinsavszintézist,
blokkolják a szulfhidril-csoport tartalmú enzimeket és az oxidatív foszforilációt,
zavarják a nitrátanyagcserét és gátolják a nitrátreduktáz aktivitását,
gátolják a gibberelinsav alfa-amiláz-működését indukáló hatást és ezáltal késleltetik a magvak csírázását (KÁDÁR, 2001).
CH3 C2H5
CH3
CH2 Cl
O CH2 CH C
N
’ O
CH3
34 3. 5. 2. 5. Felhasználás
A klór-acetamidok szelektív talajherbicidek. Elsősorban az egyszikűek (muhar, kakas- lábfű stb.) ellen hatásosak, ugyanakkor jelentősen gyérítik a kétszikű gyomokat is (pásztor- táska, kövér porcsin, tyúkhúr stb.). A kétszikűek irtására kombinációban javasoltak. Széles körben, a mezőgazdasági termelés szinte minden területén – szántóföldi és kertészeti kultú- rák, gyümölcsös, faiskola és csemetekert – felhasználhatók (HUNYADI és mtsai, 2000;
RYTWO és mtsai, 2005).
3. 5. 2. 6. Toxicitás
A csoportba tartozó készítmények általában a „mérsékelten mérgező” vagy a „gyakorla- tilag nem mérgező” kategóriába tartoznak. Méreghatásuk és hatásmechanizmusuk vonat- kozásában a dinitro-származékokkal összehasonlítva a szakirodalomban kevesebb forrás lelhető fel. A klór-acetamidok irritálják a bőrt, a szemet és a nyálkahártyát. A bőrön bizo- nyos esetekben nehezen gyógyuló dermatitisz alakulhat ki. A mérgezés következtében izomgyengeség és gyomorfájdalom figyelhető meg. A vér és a vizelet sötét színű, a vize- letben acetanilid jelenik meg. A halál keringési elégtelenség következtében áll be. Szívbe- tegek különösen érzékenyek az acetanilid mérgezésre. Az acetanilidek a szervezetben a detoxikáció során anilinszármazékokra bomlanak le (KERTAI, 1982; FÁBIÁN, 1993;
ÁDÁM, 2001). Vibrio fischeri tesztben a dolgozatban szereplő metolaklór hatóanyag di- rekt genotoxikus hatásúnak bizonyult (OSANO és mtsai, 2002). Az Amerikai Egyesült Államok „kukorica és szójaövezetében” – ahol évente közel 70 ezer tonna gyomirtó szert használnak fel - élő több millió amerikai jelentős mennyiségű vegyületet „fogyaszt” el a csapvízzel, amelyek közül a metolaklór fordul elő a legnagyobb mennyiségben (LIN és mtsai, 1999; DARVAS, 2003; KOLPIN és mtsai, 2004).
