Životní prostředí a zdraví (Josef Rajchard)

 

 

 

I. Vliv lidské činnosti na atmosféru – aneb co dýcháme?

Jedním ze závažných dopadů lidské činnosti je prašný spad (pevné exhaláty), zatěžující atmosféru – a tím naše dýchací ústrojí. V posledních letech činil u nás průměrný spad cca 25 tun na l km² ročně (což je např. 50x více než ve Švédsku!), na převážné části území Prahy je však vyšší než 150 t a na některých exponovaných místech (průmysl, doprava) až 1000 t/km² /rok! Nutno dodat, že odlučování pevných exhalátů je technologicky vyřešeno. Prach je splachován do vod, kde se jeho složky kumulují v jednotlivých článcích potravního řetězce včetně ryb. K podobné situaci dochází i v terestrických potravních řetězcích.

V případě prašného spadu nejde pouze o mechanické znečištění vdechovaného vzduchu, ale současně o jeho chemické působení. Údaje v literatuře uvádějí např. značné množství asfaltového prachu – v městě o 12 000 obyvatelích jej automobilový provoz uvolní ročně 20 tun (!), obsahujícího 100 kg polycyklických aromatických uhlovodíků (PAU), které patří mezi nejúčinnější kancerogeny, tedy látky schopné vyvolat v organismu nádorový proces. Další agresivní složkou prachu jsou azbestové částice. Také částice gumy z pneumatik motorových vozidel obsahují řadu biologicky vysoce aktivních látek. Výfukové plyny obsahující oxidy uhlíku (oxid uhličitý CO₂, a zvlášť nebezpečný oxid uhelnatý CO – 10 % spalin benzínových motorů), různé uhlovodíky, oxidy síry, dusíku, ozón, peroxidy organických sloučenin, benzpyreny aj. představují velmi vážný hygienický problém, mj. i pro vysoké kancerogenní účinky řady těchto složek. Ze jmenovaných složek zejména benzpyreny patří mezi nejnebezpečnější kancerogenní látky. Značná část těchto složek je těžší než vzduch a v závislosti na klimatických podmínkách se hromadí v přízemních vrstvách ovzduší, kde jsou ve vyšší koncentraci vdechovány dětmi.

Vzestup obsahu oxidu uhličitého (CO₂) v ovzduší je významnou příčinou tzv. skleníkového efektu, kdy atmosféra s vyšším obsahem této jinak přirozené složky vzduchu více absorbuje tepelné záření, které se méně odráží zpět a tak dochází k oteplování zemského povrchu. Přirozený obsah tohoto plynu činí 0,03 – 0,04 %. Za 50 let stoupl o 10 % z tohoto množství, na čemž se ze 42 % podílí doprava.

Vysoce aktuální nebezpečí představuje v řadě současných měst vznik tzv. fotochemického smogu, označovaného jako tzv. losangeleský smog. Vzniká spalováním kapalných i plynných paliv za nižší vlhkosti vzduchu, za vyšších teplot a slunečního záření (pro reakci je významná zejména jeho UV složka). Do reakce vstupují oxidy dusíku, oxidy síry, uhlovodíky a další látky, produkty představují především aldehydy, peroxyacetylnitrát (PAN), ozón a kyselina sírová. Dalším typem smogu je redukční smog (tzv. londýnský), vznikající ve vlhčím a chladnějším vzduchu a omezeného působení slunečného záření.

Na vzniku smogu a řady jednotlivých toxických sloučenin ve vzduchu se podílí větší počet fyzikálně chemických a chemických reakcí přímo v atmosféře, kdy vzájemně reagují jak jednotlivé kontaminanty, tak i kontaminanty s přirozenými složkami vzduchu. Většina látek, vypouštěných do ovzduší, nezůstává chemicky beze změn. Fotolýzou (působením světla) primárně emitovaných znečištěnin ovzduší nebo jejich reakčních produktů v atmosféře se tvoří v atmosféře volné radikály, které mají zásadní význam pro průběh chemických reakcí v atmosféře.

V souvislosti se znečištěním přízemních vrstev atmosféry nutno zmínit spaliny kouření. Kouření významně přispívá k znečištění prostředí budov, nicméně často působí na zdravotní stav v součinnosti s dalšími zdroji zdraví nebezpečných látek v ovzduší. Bylo např. prokázáno, že kuřáci v oblastech zamořených smogem onemocní plicním emfyzémem 4x častěji než v oblastech s méně poškozeným ovzduším. Nelze nevzpomenout podobných účinků pasivního kouření nekuřáků (...aneb jak k tomu přijdeme?).

Freony – plyny používané jako náplně do chladících zařízení a jako hnací plyny v rozprašovačích (sprayová balení různých přípravků) narušují ozónovou vrstvu na horní hranici atmosféry, přirozeně chránící život na Zemi před nebezpečnými dávkami ultrafialového (UV) záření. Paradoxně ozón vypouštěný z některých průmyslových provozů do nízkých vrstev atmosféry je zde nebezpečnou kontaminantou. Narušení ozonosféry, od jejího ztenčení až po „ozónovou díru“, způsobuje zvýšený průnik této složky slunečního záření se všemi nepříznivými důsledky pro živé organismy. Více postižena je jižní polokoule – Austrálie, jižní část jihoamerického subkontinentu. V Austrálii stoupá počet rakoviny kůže, na argentinských pampách je zaznamenán hromadný výskyt oslepnutí dobytka... Sledování ozónu patří dnes ke stále sledovaným meteorologickým postupům.

Hlavním zdrojem znečištění atmosféry (ale i dalších složek prostředí) byl vždy průmysl. V posledních letech lze však konstatovat, že jeho význam může do budoucna klesat s rozvojem vyspělejších technologií, méně zatěžujících prostředí. Naopak stoupá význam dopravy, zejména silniční, jako producenta toxických látek do ovzduší. Genotoxicky aktivní spaliny uhlovodíků, oxidy dusíku, fotochemicky vzniklé další sloučeniny (např. PAN – peroxyacetylnitrát), oxidy uhlíku, prachové částice a další kontaminanty jsou jen částí výčtu zplodin provozu spalovacích motorů. Většina těchto kontaminant jsou bezbarvé plyny; to, že nevidíme z výfuků vozidel unikat kouř, neznamená, že jde o neškodné spaliny („co oko nevidí, srdce neželí“ – kouř z táboráku na zahradě může být pro sousedy obtěžující, avšak příjezd auta městské policie, která přijede tento případ řešit, uvolní do ovzduší mnohem více zdravotně závadných chemických sloučenin, než oheň z dříví).

Vyřešení problému znečištění ovzduší silniční dopravou (kromě řady dalších negativ této lidské činnosti) je jeden z velmi těžkých úkolů lidstva současnosti i budoucnosti! Nutno poznamenat, že alternativní řešení pohonu vozidel je technicky řešitelnou záležitostí, překážkou širšího zavedení je – jako obvykle – ekonomika.

V současném vysoce znečištěném ovzduší měst stoupá výskyt řady onemocnění, s tímto faktorem souvisejících, např. chronických bronchitid, které mívají i těžší průběh. Hodnocení poškození zdraví populace je poměrně obtížné, neboť se jedná o složité kombinace přímých a nepřímých vlivů, od působení biologicky aktivních kontaminant prostředí až po individuální návyky, jejichž výsledkem je příslušný klinický obraz.

 

II. Chemické faktory prostředí: zdravotní aspekty

Chemické faktory prostředí, ovlivňující živé organismy, lze zařadit do dvou základních skupin: chemické faktory přirozené a chemické faktory umělé (xenobiotika). Živé organismy se neustále dostávají do kontaktu s chemickými látkami, které jsou pro ně cizí, nepřirozené, a které proto mohou znamenat určité nebezpečí pro vnitřní prostředí a ve svých důsledcích pro život sám.

           

Chemické faktory přirozené

Chemické vlivy prostředí patří mezi abiotické faktory litosféry, atmosféry a hydrosféry, v přirozené míře a vzájemném zastoupení pro život nezbytné. Lidskou činností se však do prostředí dostávají pro organismy v míře nepřirozeně vysoké (až o mnoho řádů !) a v této koncentraci působí na organismy nepříznivě. I těžké kovy jsou normální součástí litosféry, která ovšem s biosférou přichází minimálně do kontaktu. Nitráty jsou produktem rozkladu organické hmoty a nezbytným zdrojem dusíku pro rostliny. V přírodě ovšem nedochází k jejich hromadění vzhledem k jejich rychlému obratu. Podobná situace je u fosforečnanů a dalších  látek. V těchto případech se nejedná o cizorodé látky v pravém slova smyslu.

 

Cizorodé chemické látky (xenobiotika)

Jsou to látky vyrobené uměle, s nimiž se život během své existence nesetkal. Xenobiotika jsou látky nejrůznějších chemických struktur a nejrůznějšího původu, popř. účelu. Ročně je údajně evidováno cca 1 500 nových chemických sloučenin. Celkem je v současné době známo asi 11 000 uměle připravených sloučenin, které by při rozsáhlejší kontaminaci biosféry ohrozily život na Zemi. Relativně méně nebezpečných látek (aspoň podle současných znalostí) jsou řádově statisíce. Z hlediska účelu patří mezi xenobiotika látky zcela cíleně určené pro podávání člověku, popř. dalším organismům - léčiva, přísady do potravin, ať už konzervační, barvící, zchutňující (např. sladidla), umělé přísady kosmetických přípravků, repelenty, pesticidy, chemické stimulátory růstu jako součásti krmných směsí pro zvířata, růst a vývoj ovlivňující přípravky pro rostliny, bohužel pro úplnost také cíleně vynalezené chemikálie pro válečné účely, psychotropní látky (výraz „drogy“ není správný, je to v pravém slova smyslu označení pro jakýkoliv farmakologicky účinný rostlinný materiál). Účelově jsou také vyráběny veškeré plastické hmoty, barvy, některé stavební materiály atd.

Další, a to rozsáhlejší skupinou jsou cizorodé látky, které lidstvo dodává do prostředí neúmyslně, jako vedlejší (odpadní) produkty jinak zaměřené chemické výroby – v celkovém množství jsou mnohem významnější než skupina první. Patří sem např. zplodiny ze spalovacích motorů, další produkty spalování fosilních paliv, ať už pevných (uhlí), tekutých (ropa a její deriváty), či plynných (zemní plyn), a veškeré vedlejší produkty průmyslové a jiné lidské činnosti, vypouštěné či unikající do atmosféry, vody, půdy, které jsou součástí biosféry, tedy takové části Země, kde je možný život organismů.

Xenobiotika mohou vstoupit do organismu cestou perorální, tedy ústy (s potravou, vodou), dále mohou vstupovat přes trávicí soustavu do organismu, nebo respirační cestou (vdechováním), popř. kůží nebo sliznicí, a to buď neporušenou, nebo poraněnou (neuvažujeme o umělém podání např. injekčně do svalu – intramuskulárně, pod kůži – subkutánně apod.)

Závažnou skutečností xenobiotik je jejich kumulace v organismu a při postupu potravním řetězcem kumulace v organismech vyšších potravních (trofických) úrovní. Tato skutečnost je závažná, ale často podceňovaná či přímo opomíjená. Např. únik toxické látky (nebo třeba radionuklidu) z průmyslového provozu je prezentován jako „bezpečná hladina“, či „přípustné množství“, aniž je vzata v úvahu skutečnost, že na další úrovni potravního řetězce je koncentrace vlivem kumulace v organismech o několik řádů vyšší, na následující opět o několik řádů více atd. Nejvážnější dopad tak může mít xenobiotikum na o několik trofických úrovní vzdálené organismy, nikoliv na ty, kteří jej přímo přijímají.

Příkladem budiž nějaká látka, vypouštěná v „bezpečné“ koncentraci do vody. Tu látku přijmou mikroskopické řasy, tvořící první trofickou úroveň. Látka je nezničí, kumulují ji ve svých tělech. Tyto organismy jsou požírány drobnými planktonními živočichy, v jejichž tělech dochází k dalšímu zvýšení koncentrace chemikálie, po jejich pozření drobnými rybami dojde opět k vzestupu koncentrace dotyčné látky v jejich tělech, a pokud i tyto ryby přežijí (třeba přiotráveny), stanou se kořistí např. dravých ryb, v jejichž tkáních bude koncentrace dotyčného xenobiotika o několik řádů vyšší než při jeho vstupu do potravního řetězce. Konzumace ryb z této nádrže pak může ohrozit zdraví člověka.

Organismus však není vůči xenobiotikům zcela bezbranný, mnohé z nich dovede do určité míry metabolismus eliminovat. Na tomto jevu se může podílet jak vlastní metabolismus organismu samotného, tak např. střevní mikroflóra - záleží na identitě chemické látky i na dalších faktorech. Tato změna xenobiotika v organismu se nazývá  biotransformace. Proces může probíhat pro organismus pozitivním směrem, tzn. dochází k biotransformaci ve smyslu detoxikace, změny na netoxickou látku, která je pak buď vyloučena z organismu, případně podléhá běžným metabolickým změnám, v jiných případech však může naopak dojít k toxikaci, kdy výsledný metabolit může mít toxičtější účinky než výchozí přijatá sloučenina. Zájem o osud xenobiotik v organismu, který často úzce koresponduje s osudem organismu samotného, vyvolal rozvoj xenobiochemie, která studuje metabolické přeměny látek organismu cizích, biologickou aktivitu metabolitů xenobiotik, mechanismy působení xenobiotik na metabolismus včetně vlivu na metabolické cesty látek organismu vlastních, tzv. eobiotik.

Specifické detoxikační mechanismy pro nepřirozené látky, zejména pro ty, s nimiž se život dosud nesetkal, však v organismu neexistují. Existující typy metabolických přeměn xenobiotik jsou vlastně modifikacemi eliminačních pochodů látek organismu vlastních (eobiotik), či jiných látek přirozeného původu. Individuální adaptace na xenobiotika existují jen velmi omezeně, a to v případech, že se jedná o látky blízké přirozeným.

(Adaptace druhové u různých druhů organismů spočívají ve vzniku a přežití mutací, resp. jedinců s mutantní genetickou výbavou schopnou se s atakem příslušného xenobiotika vyrovnat. To je případ přizpůsobení některých druhů hmyzu vůči určitým insekticidům, či bakterií vůči působení antibiotik).

           

Obecné vlivy cizorodých biologicky aktivních látek na organismus

Při interakci záleží na tom, jak molekuly cizorodé látky v organismu reagují; nemusí se vždy jednat o chemickou reakci v pravém slova smyslu, ale stačí např. blokace určitého enzymu a tím i biologického účinku. Tyto interakce jsou podstatou jevu, který se nazývá toxicita (jedovatost) následujících typů:

- toxicita akutní – dávka účinné látky je dostačující k vyvolání specifických klinických příznaků, popř. i smrti organismu v krátké době. Vysoká úmrtnost. Příkladem může být nejen vypití nápoje s cyankáli, ale třeba otrava metylalkoholem (metanolem) po konzumaci pokoutně vyráběných či pančovaných alkoholických nápojů, nebo dokonce otrava etylalkoholem samotným;

- toxicita chronická – dlouhodobý příjem účinné látky vyvolá změny, které vedou k závažnějším poškozením fyziologických funkcí pomaleji, doba přežití se prodlužuje, úmrtnost často ve spojení s působením druhotných faktorů. Prakticky všichni obyvatelé velkých měst či dalších lokalit zatížených zplodinami ze spalovacích motorů (např. u dálnic) jsou chronicky intoxikováni produkty hoření pohonných hmot, podobně kuřáci jsou chronicky intoxikováni nikotinem a dalšími produkty spalování tabáku.

Někdy bývá rozlišována ještě toxicita subakutní (slabší příznaky otravy než u akutní) – jako příklad lze uvažovat přiotrávení etylalkoholem po nadměrném jednorázovém vypití většího množství alkoholických nápojů, a toxicita subchronická, jako slabší varianta chronické toxicity (tou trpíme v podstatě všichni, kdo vdechujeme městský vzduch či vzduch zakouřené místnosti).

Některé látky se specificky vážou na molekuly nukleových kyselin (DNA, RNA), nositele genetické informace, což má za následek její poškození. Proto se tento jev souborně nazývá genotoxicita.

Genetické působení (genotoxicita) postihuje genetickou informaci uloženou v DNA, popř. RNA. K poškození může dojít i při dávkách mnohem menších, než jaké se projeví somatickými účinky. V pravém slova smyslu zde není možno určit bezpečnou hladinu destrukčního faktoru, neboť teoreticky i elementární dávka, která případně poškodí životně důležitou část genetické informace v určité buňce, může být ve svém důsledku pro organismus jako celek osudnou.  Veškeré tzv. hladiny bezpečných dávek jsou tedy teoretická čísla jako vodítko pro praktickou potřebu.  Podle toho, v jakém typu buňky je genetický zápis poškozen, dochází k výslednému efektu pro postižený organismus. Rozeznáváme následující typy genetického poškození:

a) mutagenita (mutagenní efekt) – poškozena je už genetická informace v pohlavních buňkách (ať už vajíčkách nebo spermiích), před jejich vzájemným splynutím. Poškození musí být takového rázu, aby je buňka přežila a byla schopna dát vznik embryu. Výsledkem může být vznik mutace, jejíž nositel – mutant – je jedinec se změněnou genetickou informací. Mutace může být letální (neslučitelná se životem takto vzniklého jedince), někteří mutanti nepřežijí prvotní stádia embryonálního vývoje, stádium zygoty, jiní hynou později či přežívají do dospělosti. Mutace nejsou pouze výsledkem působení chemických mutagenů, ale také fyzikálních faktorů (některé typy záření). Z živočišné říše známe příklady mutací, které jsou pro jejich nositele za určitých okolností výhodné.

b) teratogenita – změna vývoje embrya, popř. plodu, jejíž příčinou je narušení genetické informace v buňkách v této fázi života jedince. Teratogeny mohou být chemické (xenobiotika), fyzikální (záření), nebo biologické – např. virus zarděnek, infikující těhotnou ženu, má často teratogenní účinky.

Důležité jsou proto testace potenciálních léčiv na jejich možné negativní vlivy na vyvíjející se plod. Známý je případ přípravku Contergan (účinná látka thalidomid), používaného v 60. letech v Německu jako běžného léku při nevolnosti a podobných indikacích. Jeho účinkem se narodily desítky tisíc těžce zmrzačených dětí. Dnes jsou případná nebezpečí i běžně užívaných léků uvedena na příbalovém letáku, což by měla striktně respektovat každá žena, která nemůže vyloučit počátek těhotenství. Farmaceutický výzkum nyní používá důkladný systém biologických testací potenciálních léčiv včetně ověřování vlivu jejich stopových množství na jednotlivé stupně potravních řetězců v ekosystému (u nás byla do začátku devadesátých let tato preventivní kontrola poměrně méně přísná). Přesto nutno dodat, že rozhodujícím faktorem při zavedení a rozšíření určitého léčiva na trhu je primárně často otázka ekonomická.

Z hlediska bezpečnosti práce je problematická práce žen ve fertilním věku všude tam, kde na pracovišti přicházejí do kontaktu s potenciálními teratogeny kteréhokoliv typu. Až do potvrzení těhotenství, kdy samozřejmě musí odejít mimo nebezpečné prostředí pracoviště, jsou totiž vystaveny (resp. jejich děťátko v počátku svého života) působení tohoto nebezpečného faktoru!

c) kancerogenita (kancerogenní efekt) – změna genetické informace buňky organismu, která má za následek nekontrolované dělení buněk, tedy spouští nádorový proces. Proces je značně komplikovaný a mnohdy polyfaktoriální. Řada fyzikálních činitelů (různé druhy záření), chemických látek či jejich biotransformačních produktů se prokazatelně podílí na procesech kancerogeneze, jehož výsledkem je onemocnění rakovinou. Zvlášť nebezpečné kancerogenní faktory – umělé ionizující záření, vysoký obsah radonu, potenciálně kancerogenní chemické látky (např. zplodiny spalování uhlovodíků apod.) jsou sledovány hygienickou službou. Stejně jako u předešlých kategorií i zde platí, že tyto účinky mohou mít – kromě fyzikálních a  chemických – i činitelé biologické podstaty (onkogenní viry), popř. více faktorů ve vzájemné interakci.

Uvedené třídění genotoxických účinků je do značné míry teoretické. Mutagenní, teratogenní a kancerogenní efekt chemických či jiných vnějších faktorů nelze oddělit. Vlivy mutagenní jsou současně teratogenní a kancerogenní – jde jen o to, které buňky jsou v organismu postiženy především a který účinek tak převáží.

Buňka, která narušení svého genetického aparátu přežije, může také v různé míře ztratit původní funkci (např. produkci specifických látek). Drastičtější poškození DNA či RNA buňku vyřadí z činnosti, popř. zničí.

Specifickým typem poškození organismu je imunotoxicita, tj. poškození imunitního systému organismu. Příčinou je poškození některého typu buněk, podílejících se na složitých funkcích tohoto velmi citlivého systému faktory fyzikálními, chemickými, popř. i patogenním agens (HIV, virus způsobující chorobu AIDS).

              Z obecného hlediska lze imunotoxicitu sumarizovat do těchto kategorií:

- imunosuprese, tj. omezení funkce některé ze složek nebo celého komplexu imunitního systému. Organismus se stává omezeně odolným až bezbranným vůči patogenním mikroorganismům a snáze podléhá infekčním chorobám.

- alergizace, tj. navození nepřirozené, neadekvátní reaktivity imunitního systému, často  namířené proti přirozeným složkám prostředí, někdy dokonce i proti buňkám vlastního těla (autoimunitní choroby). Na stále stoupajícím počtu alergických onemocnění v lidské populaci se však nepochybně podílí umělé chemické a další nepřirozené faktory prostředí – tj. alergizace organismu i na faktory zcela přirozené (např. peří, rostlinné pyly, které samy o sobě nejsou pro organismus škodlivé, chorobná je vlastní reakce organismu na ně).

- ovlivnění průběhu těhotenství – nutno odlišovat od teratogenních účinků jako součásti genotoxicity. Těhotenství je vyvážený systém soužití dvou diskrétních organismů s odlišným genotypem, založený do značné míry na imunologické bázi. Dochází-li i k poruchám průběhu gravidity ohrožujícím život plodu resp. někdy i život matky, hovoříme o rizikovém těhotenství. Zatížení prostředí nepřirozenými faktory různé podstaty má na tomto nepříznivém stavu sice obtížně definovatelný, ale nesporně značný vliv.