JAD W IG A A. SZYM AŃSKA
T O K S Y K O L O G IA W Y B R A N Y C H B R O M O P O C H O D N Y C H A R O M A T Y C Z N Y C H
T O X IC O LO G Y O F SELECTED BR O M IN A TED A R O M A TIC CO M PO U N D S
Zakład Chemii Toksykologicznej, Wydział Farmacji, Akadem ia Medyczna, 90-151 Łódź, ul. Muszyńskiego 1
Kierownik: prof. dr hab. J.K Piotrowski
W opracowaniu przedstawiono przegląd piśmiennictwa dotyczący metabolizmu i toksyczności bromopochodnych aromatycznych stosowanych jako środki unie- palniające (zmniejszające palność).
Z ain tereso w an ie toksykologów brom opodstaw ionym i w ęglow odoram i arom atyczny mi d atu je się od wczesnych lat siedem dziesiątych, a szczególnie od zdarzenia w M ichi gan, gdy omyłkowo do karm y zwierzęcej dodano p rep a rat zawierający związki bro- m o pochodne arom atyczne [9]. Spowodowało to epidem ię zatruć zw ierząt i ludzi.
Polibrom ow ane związki arom atyczne stosow ane są od dłuższego czasu w przem yśle spożywczym, tekstylnym, chem icznym , w medycynie. W opracow aniu tym została szcze gólnie w yeksponow ana tem atyka polibrom ow anych związków arom atycznych stosow anych jak o środki uniepalniające, chociaż w tym celu zużywa się tylko 20-30% p ro dukcji organicznych połączeń brom u.
Środki te (flame retardants, fire retardants) dodaw ane są do m as plastycznych, tekstyliów, drew na, płynów hydraulicznych, lakierów itd. w celu zm niejszenia palności. D zięki tym substancjom w czasie pożaru wydziela się mniej ciepła i mniej tlenku węgla.
B rom opochodne środki uniepalniające dodaw ane są do produktów w znacznych ilościach, np. m ogą o ne stanow ić 5 - 30% masy produktów z tworzyw sztucznych [8, 10]. M ogą one reagow ać z podłożem (środki reaktyw ne) np.: tribrom ofenol, p an tab ro - m ofenof, tetrabrom obisfenol i i jego pochodne, lub tylko ulegać zm niejszaniu (środki addytyw ne) np.: polibrom obifenyle, etery polibrom obifenylow e, heksabrom obenzen (Rye. 1) [1].
P rodukcja i użycie brom opochodnych środków uniepalniających w ciągu ostatnich 20 lat znacznie wzrosły dla przykładu w U SA osiągnęły ok. 16000 ton rocznie [1], w Japonii ok. 22000 ton [21], w H olandii ok. 3000 [11]. W latach 90-tych światowa p rodukcja samych tylko eterów polibrom odifenylowych (P B D E ) osiągnęła 40000 ton/rocznie [6].
Rye. 1. Przykłady polibromowanych związków aromatycznych stosowanych jako środki uniepalniające [1]: A - środki addytywne; В - środki reaktywne.
Fig. 1. Examples of polybrominated aromatic compounds used as flame retardants [1]: A -additive; В - reactive
WYSTĘPOWANIE
W ysoko ubrom ow ane związki stosow ane jako środki uniepalniające są związkam i o bardzo m ałej lotności, rozpuszczalności w wodzie, m ogą ulegać bioakum ulacji i silnej absorpcji przez osady rzeczne i m orskie.
Z drugiej jed n a k strony związki o mniejszym stopniu ubrom ow ania jako produkty debrom inacji i metylacji (np. e te r tetrabrom obifenylow y, metylowe p o chodne tribro- m ofenolu, produkty debrom inacji heksabrom obenzenu) są bardziej lotne, lepiej ro z puszczalne w w odzie i jeszcze łatwiej ulegają bioakum ulacji niż związki wysoko ubro- m ow ane.
Szerokie zastosow anie środków uniepalniających spow odow ało znaczne zanieczy szczenie środow iska brom opochodnym i aromatycznymi: większość tych związków lub ich m etabolitów znajdow ana je st w osadach rzecznych i m orskich, rybach, m ięczakach i innych zw ierzętach wodnych. Są również doniesienia o występow aniu b ro m o p o ch o d nych arom atycznych w tkankach ludzkich.
Najwyższe stężenia om aw ianych związków w ystępują w osadach dennych i tkankach tłuszczowych różnych zwierząt. Z badań przeprow adzonych w Japonii, H iszpanii, Szwe cji i U SA wynika, że stężenia P B D E w osadach są generalnie poniżej 100 /xg/kg s.m. [8, 21]. Np. w Japonii, także w osadach wykryto dim etylotetrabrom obisfenol (m etabolit T B B F ) w stężeniach 0,5 - 140,0 ^ig/kg, a polibrom obenzeny w ilościach 0.1 - 60.0 /xg/kg s.m. [21]. Je d n a k są miejsca, gdzie wartości te są znacznie wyższe. W Szwecji w jednej z rzek stw ierdzono ok. 15 mg PB D E/kg, w USA w pobliżu fabryki produkującej P B D E znaleziono ок. 1 g/kg s.m. osadu [8].
T a b e l a I . Stężenia związków halogenopochodnych w tkance tłuszczowej człowieka [8,21 ] Concentration of halogenated compounds in human adipose tissue [8,21]
U zwierząt i ludzi b ro m opochodne związki arom atyczne grom adzą się p rzede wszyst kim w tkankach bogatych w tłuszcze. Przykłady stężeń polibrom obenzenów i P B D E w ludzkiej tkance tłuszczowej zam ieszczono w tabeli I. W tabeli tej dla porów nania p o d a n o także stężenia chloroorganicznych związków. Należy zwrócić uwagę, że stężenia związków brom oorganicznych są znacznie niższe niż związków chloroorganicznych [23].
W tabeli II p o d a n o przykłady stężeń PBB i P B D E w tkance tłuszczowej fok i ptaków w odnych żyjących w różnych rejonach. Najwyższe stężenia tych związków stw ierdzono w tkankach zwierząt żyjących w rejonie Bałtyku [10]. Były o ne kilkakrotnie wyższe niż w tkankach zw ierząt z innych rejonów . W tkankach różnych gatunków ryb i małży stw ierdzono stężenia P B D E w ilościach nie większych niż 100 /Ltg/kg, jed n ak w rejonach uprzem ysłow ionych w Szwecji znajdow ano stężenia sięgające 88 mg/kg tłuszczu [8].
T a b e l a I I . Stężenia polibromobifenyli (PBB) i eterów polibromodifenylowych (PBDE) [10] Concentration of polybrominated biphenyls and polybrominated diphenyl ethers [10]
Najwięcej inform acji dotyczących skażenia środow iska pochodzi z U SA i dotyczy PBB. W latach sześćdziesiątych i na początku siedem dziesiątych PBB były najczęściej stosowanym i środkam i uniepalniającym i. W 1973 roku w stanie M ichigan (U S A ) d o szło do znacznego skażenia zwierząt hodowlanych. D o paszy, om yłkowo zam iast p re p a ratu N utri M aster do d an o p re p a ra t Fire M aster, zawierający głównie hexabrom obifenyl. Z atru ciu uległo kilka tysięcy sztuk zwierząt hodowlanych, a tym samym została skażona żywność pochodzenia zwierzęcego. Przyjmuje się, że najbardziej n arażo n e osoby w cią gu 230 dni przyjęły z m lekiem 5 - 15 g PBB. W surowicy tych osób stw ierdzano stężenie PBB w granicach 2 - 2260 /xg/l [9].
Inform acje o zawodowym narażeniu na brom oorganiczne związki ograniczają się rów nież do U SA i PBB. W tabeli przedstaw iono przykłady stężeń w surowicy i tkance tłuszczowej osób zatrudnionych w zakładach produkujących PBB [9].
T a b e l a I I I . Stężenie PBB w surowicy i tkance tłuszczowej osób zatrudnionych w zakładach produkujących PBB [9]
Concentrations of PBB in the serum and adipose tissues of workers in PBB manufacturing plants [9].
Po w ypadku w M ichigan produkcja prep arató w zawierających PBB została bardzo ograniczona i obecnie m a m iejsce tylko w jednym zakładzie chem icznym we Francji.
N ależy zwrócić uwagę na fakt, że w środowisku wodnym występuje wiele naturalnych związków brom u. Np. z niektórych gatunków czerwonych glonów wyizolowano bro- m oterp en y i p ro ste b rom ofenole [5].
P R ZEM IA N Y PO LIBR OM O W AN Y CH ŚRODK ÓW U N IEPA LN IA JĄ C Y C H W środow isku polibrom ow ane środki uniepalniające m ogą ulegać przekształceniu pod wpływem różnych czynników, np. prom ieniow ania U V , podwyższonej tem p eratu ry [1, 22, 24].
Pod wpływem światła U V , z takich związków jak H BB, PBB i P B D E m ogą pow staw ać m niej ubrom ow ane pochodne. W przypadku H B B pow stają m niej ubrom ow ane benzeny: pen ta-, tetra- i tribrom obenzeny. T e mniej ubrom ow ane związki stw ierdza się w osadach rzecznych [21], a także w tkance tłuszczowej człowieka (tab. I) [23]. Jed n ak w przypadku człowieka m ogą to być także m etabolity HBB pow stające w ustroju [1, 22, 24].
Podw yższona tem p e ra tu ra (w czasie pożaru, niecałkow itego spalania śmieci, w czasie pracy urządzeń elektrycznych) m oże pow odow ać przekształcenie om aw ianych związków w polibrom ow ane dibenzodioksyny (P B D D ) lub dibenzofurany (P B D F ). N a rycinie 2 przedstaw iono praw dopodobny m echanizm pow staw ania P B D D i P B D F z eterów polibrom odifenylow ych. Z reguły pow staje m ieszanina izom erów P B D D i P B D F o różnym stopniu ubrom ow ania. Jeżeli w środowisku znajdują się rów nież związki chloru to pow stają chloro/brom o D B D i chloro/brom o D B F. Jed n ak znaczenie toksykologicz ne m ają tylko izom ery podstaw ione w pozycjach 2, 3, 7, 8 [8].
Ryc. 2. Prawdopodobne mechanizmy powstawania polibromodibenzofuranów i polibro- modibenzodioksyn z eterów polibromodifenylowych [8].
Fig. 2. Possible mechanisms for the formation of polybrominated dibenozofurans and poly- brom inated dibenzodioxins from polybromodiphenyl ethers [8].
PB D D i P B D F m ogą pow staw ać w czasie pracy różnych urządzeń, np. m onitorów , telewizorów. Z przedstaw ionych bad ań [8] wynika, że P B D D i P B D F w ydzielają się z tych urządzeń w niewielkich ilościach. W ciągu 3 dni b a d an e telewizory em itow ały 1,8 ng P B D F (w tym 1,1 ng 2, 3, 7, 8, T B D F ) i 0,89 ng PB D E .
Em isję P B D D i P B D F b adano również w czasie symulowanych pożarów . N ajwiększe stężenia tych związków stw ierdzono w pozostałości po pożarze (1 - 1930 mg/kg). W dym ie stw ierdzono 6 - 1700 ^ g /m 3 m ieszaniny od m ono- do hexa B D D /B D F [8]. A utorzy opracow ania sugerują, że w czasie rzeczywistych pożarów stężenia P B D D i P B D F m ogą być znacznie niższe.
T ru d n o je st ocenić stopień ryzyka wynikający z narażenia na P B D D i P B D F dlatego, że większość autorów podaje stężenie m ieszanin tych związków, nie w yodrębniając w artości stężeń najbardziej toksycznych izomerów.
M ETA BO LIZM PO LIBR OM O W AN Y CH ŚR O DK Ó W U N IEPA LN IA JA C Y C H Z p rac dotyczących m etabolizm u PBB wynika, że główną drogą przem ian tego związku jest hydroksylacja [9]. Proces ten m oże przebiegać poprzez tw orzenie epoksy dów lub bezpośrednio. Głównym enzym em katalizującym tą reakcję je st m onooksy- genaza А Н Н (hydroksylaza w ęglowodorów arom atycznych). In n ą drogą przem ian m oże być debrom inacja. Wg Z itko i Hutzingera [25] debrom inacji ulegają p rzede wszystkim wyżej ubrom ow ane polibrom obifenyle. Są również doniesienia o tw orzeniu przez PBB z m akrocząsteczkam i kowalencyjnie związanych adduktów . Proces biotransform acji PBB je st procesem wolnym [7, 9].
R eten cja i elim inacja PBB z ustroju były b ad an e głównie dla heksa- i oktab ro m o - bifenyli.
PBB grom adzą się w najwyższych stężeniach w tkance tłuszczowej i tkankach b o g a tych w tłuszcze (np. w w ątrobie). W w ątrobie grom adzą się p rzede wszystkim bardziej toksyczne hom ologi. PBB przechodzą przez b arierę łożyskową. Stw ierdza się je w m leku m atek w stężeniach 100-krotnie wyższych niż w surowicy [9].
PBB są wydalane głównie z kałem i je st to proces wolny. Półokres w ydalania zależny jest od rodzaju b ad an eg o hom ologu i gatunku użytego do badania zwierzęcia. Półokres w ydalania z 2, 2’, 4, 4 ’, 5, 5’ - heksabrom obifenylu dla szczurów wynosi ok. 69 tygodni, a dla m ałp powyżej 4 lat. D la ludzi półokres ten oceniany je st średnio na 8 - 12 lat. W piśm iennictw ie m ożna znaleźć wartości od 5 do 95 lat [9].
M etabolizm h eksabrom obenzenu (H B B ) (Ryc. 3) przebiega rów nież głów nie dw om a drogam i: debrom inacji i hydroksylacji [1, 3, 24]. Proces debrom inacji w ydaje się być główną drogą przem ian H BB. W edług R am ananda i wsp. [16] proces ten m oże p rz e biegać aż do pow stania m onopodstaw ionego benzenu. W edług Yamaguchi i wsp. [24] Ok. 70% podanej szczurom dawki HBB ulega innym przem ianom niż hydroksylacja. HBB, p o dobnie jak PBB grom adzi się głównie w tkance tłuszczowej, a w ydala się p rzede wszystkim z kałem . Półokres wydalania sumy polibrom obenzenów (H B B + p e n ta + te tra -I- tribrom obenzenów ) po podaniu szczurom jednej dawki H B B wynosi 16 dni [24].
M im o szerokiego stosow ania i występow ania w środow isku niewiele w iadom o o m e tabolizm ie i toksyczności P B D E . N ajpraw dobodobniej, p o dobnie jak PBB i HBB, ulegają one p rzed e wszystkim hydroksylacji i debrom inacji [6, 8].
Ryc. 3. Główne szlaki metabolizmu heksabromobenzenu [1,3, 24]. Fig. 3. General outline of the metabolism of hexabromobenzene [1, 3, 24]. TOKSYCZNOŚĆ POLIBROMOWANYCH ŚRODKÓW UNIEPALNIAJĄCYCH T o k s y c z n o ś ć d l a z w i e r z ą t
W tabeli IV zebrano w artości DLso dla różnych środków uniepalniających. Są to związki słabo lub praktycznie nietoksyczne. N atom iast dla 2, 3, 7, 8 - tetrab ro m o d ib en - zodioksyny i furanu dawki letalne dla szczura są bardzo niskie i w skrajnych przypad kach osiągają 0,01 mg/kg [6-9, 12, 17].
T a b e l a I V . DL50 wybranych bromopochodnych aromatycznych [6-9, 12, 17]. DL50 selected brominated aromatic compounds [6-9, 12, 17].
Z d an y c h o toksyczności o stre j p ro d u k tó w d e b ro m in a c ji H B B w ynika, że n a uw agę z a słu g u ją di- i trib ro m o b e n z e n y . P o p o d a n iu m yszom je d n o ra z o w y c h d a w e k (0,1 - 0,8 D L50) d ib ro m o b e n z e n ó w (1,2 - i 1,3 dB B ) po jaw ia się silne, n e k ro ty c z n e u s z k o d z e n ie w ątro b y . R ó w n o le g le o b se rw u je się w yczerpyw anie p u li g lu ta tio n u ( G S H ) i w zro st p o z io m u d ia ld e h y d u m a lo n o w e g o (M D A ) w w ą tro b ie , a w surow icy w zro st aktyw ności a m in o tra n s fe ra z y alan in o w e j (A1A T) i g a m m a -g lu ta m y lo tra n sfe ra z y (f-G T ) [20]. W y w o ła n e 1,2- i 1,3- d ib ro m o b e n z e n a m i u sz k o d z e n ie w ą tro b y i to w arz y szą ce m u z m ian y b ic h e m ic z n e są p o d o b n e g o typu i ró w n ie siln e ja k p o p o d a n iu m o n o b ro m o b e n - z e n u (B B ) [14,15]. Z iz o m e ró w tr ib ro m o b e n z e n u (triB B ) zm iany n e k ro ty c z n e w w ą tr o b ie m yszy p o je d n o ra z o w y m p o d a n iu w yw ołuje 1, 2, 4- triB B (n ie p u b lik o w a n e d a n e a u to ra ). P o d a w a n y w ie lo k ro tn ie (30, 90 k ro tn ie ) szcz u ro m w niższych d aw k a c h zw iązek te n p o w o d u je w zro st aktyw ności N A D P H - za le żn e j re d u k ta z y cy to c h ro m u С i p o z io m u cy to c h ro m u P450 [2], a ta k ż e sła b e w łaściw ości p o r firo g e n n e [3].
H B B p o d a w a n y szcz u ro m lub m yszom w d aw k a ch je d n o ra z o w y c h n ie p o w o d u je n e k ro z y w ątro b y (n ie p u b lik o w a n e d a n e a u to ra ). N a to m ia s t in fo rm a c je d o ty c z ą c e to k syczności H B B p o w ielo k ro tn y m p o d a w a n iu (30 - 120 k ro tn y m ) są sp rz e c z n e . W e d łu g S m ith a i F rancisa [18] je s t to silnie p o rfiro g e n n y zw iązek, a w ed łu g C arlsona [3] n ie w y kazuje o n ta k ich w łaściw ości.
In fo rm a c je o toksyczności P B D E za sa d n icz o o g ra n ic z a ją się d o e te ru d e k a r b ro - m o d ife n y lo w eg o (D e D B E ). D e B D E p o w ielo k ro tn y m p o d a w a n iu (14 - 30 k ro tn y m ) zw ie rz ę to m d o św iad czaln y m p o w o d o w ał u sz k o d z e n ie w ątro b y , śledziony, a p o p o d a n iu najw yższych d aw e k (5 % D e B D E w d ie cie ) o w rz o d z e n ie ż o łą d k a [6]. P rz e p ro w a d z o n o ta k ż e b a d a n ie n a d k a n c e ro g e n n o ś c ią D e B D E . Z w iąz ek te n p o d a w a n o d o ż o łą d k o w o m yszom i szczu ro m . W dw óch e k s p e ry m e n ta c h n ie stw ie rd z o n o p o w sta w a n ia n o w o t w orów . N a to m ia s t w je d n y m z d o św ia d cz eń stw ie rd z o n o u szczurów n o w o tw o ry w ą tro b y , trz u stk i i le u k e m ię [6]. N ie m a d o w o d ó w n a p o w sta w a n ie p o d w pływ em D e B D E n o w o tw o ró w u ludzi.
N ajw ięcej in fo rm ac ji o toksyczności p o lib ro m o w a n y ch śro d k ó w u n ie p a ln ia ją c y c h dotyczy P B B .
G łów nym i o b ja w a m i p rze w lek łe g o z a tru c ia P B B różn y ch g a tu n k ó w zw ie rz ą t są zm n ie jsz e n ie m asy ciała, u tr a ta a p e ty tu , a n e m ia i p o w ięk sze n ie w ą tro b y [4, 7, 9, 19}. B a d a n ia h isto p a to lo g ic z n e w sk azu ją n a ró ż n ą toksyczność P B B d la sa m có w i sa m ic szczurów . W p rz y p a d k u z a tru c ia P B B sam ców u sz k o d z o n a była w ą tro b a , n e rk i, p r o s ta ta i tarczyca, a w p rz y p a d k u sa m ic tylko w ą tro b a . P o p o d a n iu w ysokich d a w e k PB B , po w o d u jąc y ch zgony zw ierząt, za o b se rw o w a n o z a n ik grasicy i śled zio n y [4]. P B B p o w o d u ją ta k ż e zm ian y sk ó rn e , k tó re p ro w a d z ą d o sc h o rz e n ia zw a n eg o trą d z ik ie m c h lo row ym („ c h lo ra c n e ” ).
PB B p o w o d u je w zro st aktyw ności enzym ów m ik ro so m a ln y c h w w ą tro b ie i n e rk a c h gryzoni [9]. P o p o d a n iu P B B o b se rw u je się ta k ż e w zro st w y d ala n ia p o rfiry n z m o c ze m [4, 9], z a b u rz e n ia w m e ta b o liź m ie w itam in y A i sterydów . W w. objaw y z a tru c ia P B B o b se rw o w a n o nie tylko u z w ie rząt dośw iad czaln y ch , a ta k ż e u z w ie rząt h o d o w lan y c h w sta n ie M ichigan.
R a k o tw ó rc z e d z ia ła n ie P B B b a d a n e było n a m yszach i sz cz u ra ch , k tó ry m p o d a w a n o d o ż o łą d k o w o p r e p a r a t h an d lo w y F ire -M a s te r F F 1. P re p a r a t te n za w ie ra ł p rz e d e w szyst kim h e k s a b ro m o b ife n y l i m a łe ilości iz o m eró w p e n ta i h e p ta b ro m o b ife n y lu .
U szczurów obserw ow ano zarów no łagodne jak i złośliwe now otw ory w ątroby, a u myszy tylko nowotwory złośliwe [7].
P odanie wysokich daw ek (800 mg/kg) handlowych p rep arató w PBB ciężarnym sam i com pow odow ało śmierć, upośledzenie wzrostu lub wady w rodzone płodu. M niejsze dawki nie powodowały wad wrodzonych [7].
Z e w stępnych inform acji o toksyczności polibrom odibenzodioksyn i furanów wynika, że są to związki o toksyczności zbliżonej do ich chloroanalogów .
T o k s y c z n o ś ć d l a l u d z i
Inform acje o toksyczności PBB dla ludzi pochodzą głównie ze stanu M ichigan (U S A ). P rzeb ad an o 933 farm erów , którzy spożywali skażoną żywność i stw ierdzono u nich: 1. zm iany skórne (wysypka, rum ień, u tra ta ow łosienia); 2. zaburzenia neurologiczne (nadwrażliwość, depresja, u trata pam ięci) i 3. zaburzenia m ięśniow o- szkieletow e. Z m iany te obserw ow ano z częstotliwością 2-5 k ro tn ie wyższą niż w grupie k o ntrolnej (g ru p a farm erów ze stanu W isconsin, U SA ) [9].
U osób spożywających żywność skażoną PBB stw ierdzono także w zrost aktywności A L A T , A spA T , L D H i fosfatazy zasadowej. Zaobserw ow ano rów nież w zrost aktywności enzym ów m ikrosom alnych. U 47% osób przebadanych (142 osoby) stw ierdzono kopro- porfirynurię lub chroniczną w ątrobow ą porfirię typu A [9]. W e krwi obwodowej fa r m erów ze stanu M ichigan zaobserw ow ano zm niejszoną liczbę T- i B- limfocytów [7, 9], co wskazuje na im m unosupresyjne działanie PBB.
PODSUM OW A NIE
R ozw ażając możliwość skażenia środowiska i zatrucia ludzi związkami polibrom o- arom atycznym i należy zwrócić uwagę na:
1. możliwość system atycznego nagrom adzania w łańcuchu pokarm ow ym PBB i ew entualnie P B D E , z uwagi na ich długi półokres elim inacji z ustroju człowieka. D la w ykluczenia takiej możliwości istotne jest podjęcie pom iarów stężeń om awianych związków w tkance tłuszczowej człowieka i różnych elem entach środowiska.
2. wszystkie sytuacje, w których m oże dojść do w ytworzenia wysoce toksycznych związków: dioksyn i furanów . M oże to mieć miejsce w czasie pożarów , niepraw idłow ej utylizacji śmieci, pracy różnego rodzaju urządzeń elektrycznych.
Podstaw ą zapobiegania skutkom biologicznym działania związków polibrom oaro- matycznych m usi być rozeznanie co do ich stosow ania w pro d u k tach wytwarzanych w kraju i im portow anych do Polski. Należy m ieć również na uw adze wnioski w ynikające ze zdarzenia w M ichigan i upew nić się co do braku możliwości pom yłkow ego użycia p rep arató w przeciwpalnych.
Stosowane skróty: BB - m onobrom obenzen HBB - heksabrom obenzen PBB - polibromobifenyle PBD E - etery polibromodifenylowe D eB D E - eter dekabromodifenylowy TBBF-A - tetrabrom obisfenol A PBD D - polibromodibenzodioksyna PB D F - polibrom odibenzofuran
J . A . S z y m a ń s k a
TO X IC O L O G Y O F SELECTED BR O M IN A TED A R O M A T IC CO M PO U N D S
S u m m a r y
Flam e retardants are added to plastic materials, textiles, wood, hydraulic liquids etc. for reducing their inflammability. These substances reduce the heat and carbon monoxide form ation in case o f fire. They are added in high am ounts, even up to 30% of product mass (e. g. plastic m aterial). The production o f brom inated flame retardants has been steadily rising in the last 20 years, e. g. in the 1990s the world production of polybromodiphenyl ethers (PB D E) reached 40000 tons annually.
Mainly polybrom inated flame retardants are produced, e. g. polybromobiphenyls (PBB), PBDE, hexabrom obenzene (HBB). Their toxicity is low o r nil, the D L 50 values are over 1 g/kg. However, when adm inistered in low doses over longer tim e periods they can cause changes leading to porphyria.
The inform ation on the toxicity o f polybrominated flame retardants for hum ans is derived mainly from the accident in Michigan, where PBB contam ination of fodder for farm animals occurred with consequent contam ination of food. In consumers of contam inated food cutaneous changes and neurological and muscular symptoms were noted.
Polybrom inated flame retardants can be metabolized and undergo biodegradation mainly trough debrom ination. The data on the toxicity of debrom ination products point to di-and tribrom obenzenes, some of which are highly hepatotoxic. In acute poisoning hepatocellular dam age manifest itself as necrotic changes in experimental animals receiving 0.1-0.8 of D L 50 of di-or tribrom obenzene. A fter repeated adm inistration of lower doses the hepatocellular dam age assumes the features o f porphyrogenic injury.
In the environm ent polybrom inated flame retardants can be transform ed by various factors (high tem perature during fire accidents, incomplete incineration of waste) to polybrom inated dibenzodioxins o f dibenzofurans whose lethal doses can in extrem e cases be 0.001 mg for 1 kg body weight.
PIŚM IENNICTW O
I. Bergman A.: Brom inated flame retardants in global environm ental perspective, P roceed ings, W orkshop on Brom inated A rom atic Flame R etardants. Skoklester, Sweden, 1989, 13. -2. Carlson G.P.: Induction of cytochrome P450 by halogenated benzens. Biochem. Pharm acolo., 1978, 27, 361. -3. Carlson G.P.: Brom inated benzene induction of hepatic porphyria. Experientia 1979, 35, 513. -4. Damstra Т., Jurgielski W., Posner H.S., Vouk V.B., Bem keim N.J., Guthrie J., Luster М., Falk H.L. : Toxicity of polybrominated biphenyls (PBBs) in dom estic and laboratory animals. Environ. Hlth. Perspect. 1982, 44, 175. - 5. Faulkner D.J.: Naturally - occuring brom inated com pounds, Proceedings, W orkshop on Brom inated A rom atic Flam e R etardants. Skloster, Sweden 1989, 57. -6. IARC, Decabromodiphenyl oxide, IA R C M onographs in the Evaluation o f Carcinogenic Risks to Humans. 1990, 48, 73. -7. IARC, Polybrom inated biphenyls, IA R C M onographs on the Evaluation of the Carcinogenic Risk o f Chemicals to H um ans. 1986, 41, 261. -8. IPCS, Environm ental H ealth C riteria 162, Brom inated diphenyl ethers, W H O , G enew a 1994. -9. IPCS, Environm ental H ealth C riteria 152, Polybrom inated biphenyls. W HO , G enew a 1994. - 10. Janson В., Asplund L., Olsson M .: Brom inated flame retardants - ubiquitous environm ental pollutants? C hem osphere 1987, 16, 2343.
I I . Klingenberg A.: Flam e retardants in the N etherlands, Proceedings, W orkshop on Brom i nated A rom atic Flam e R etardants. Skoklester, Sweden 1989, 25. -12. Klinger W., Devereux Т., Maranpot R., Fouts J.: Functional hepatocellular heterogenity determ ined by the hepatotoxins allyl alcoholo and brom obenzene in im m ature and adult Fischer 344 rats. Toxicol. A ppl
Phar-macol. 1986, 83, 108. -13. Koss G., Dóring H., Wurminghausen B., Koransky W. : M etabolic fate of hexabrom obenzene in rats. Toxicol, lett. 1982, 14, 69. -14. Lau S.S., M onks T.J.: The contribution of brom obenzene to our current understanding of chemically - induced toxicities. Life Sci. 1988, 42, 1259. -15. M onks T.J., Lau S.S.: Reactive interm ediates and their toxicological significance. Toxicology 1988, 52, 1. -16. Ramanand K., Baiba M.T., Duffy J.: Reductive dehalo- genation of chlorinated benzens and toluens under methanogenic. -17. R aport D er bundesmin- ister fiir Umwelt, Polybrom inated dibenzodioxins and dibenzofurans (PBDDs/PBDFs) from flame retardants containing gromine. Bonn, 1989, 23. -18. Smith A.G ., Francis J.E.: Relative abilities on a m olar basis of hexafluoro-, hexafloro- and hexabrom obenzenes to decrease liver uroporphyrinogen decarboxylase activity and cause porphyria in female rats. Res. Comm. Chem. Pathol. Pharmacol. 1980, 28, 377. -19. Sleight S.D.: Toxicology of the brom inated arom atic com pounds and experiences from the Michigan accident, Proceedings, W orkshop on Brom inated A rom atic Flam e R etardants, Skoklester, Sweden 1989, 81. -20. Szymańska J.A., Bruchajzer E., Spom y S.: Com parison of hepatotoxicity of 1,2-, 1,3- and 1,4- dibromobenzenes: the dynamics o f changes of selected param eters o f liver necrosis in acute poisoning in mice. J. Appl. Toxicol. - w druku.
21. Watanabe /., Tatsukawa R.: Anthropogenic brom inated aromatics in the Japanese envi ronm ent. Proceedings, W orkshop on Brominated Arom atic Flam e R etardants, Skoklester, Sweden 1989, 63. -22. Yamaguchi Y., Kawano М., Tatsukawa R.: Tissue distribution and excretion o f hexabrom obenzene (HBB) and hexachlorobenzene (HCB) adm inistered to rats. Che- m osphere 1986, 15, 453. -23. Yamaguchi Y., Kawano М., Taksukawa R .: H exabrom obenzene and its debrom inated com pounds in hum an adipose tissues of Japan, Chem osphere 1988, 17, 703. -24. Yamaguchi V , Kawano М., Tatsukawa R.: Tissue distribution and excretion of hexabro m obenzene and its debrom inated m etabolites in the rat. Arch. Environ. Contam. Toxicol. 1988, 17, 807. -25. Z itko V , Hutzinger О.: U ptake o f chloro- and bromobiphenyls, hexachloro- and hexabrom obenzene by fish. Bull. Environ. Contam. Toxicol. 1976, 16, 665.
