Genotoxicidade de material particulado inalável associado ao biomonitoramento de escolares em área de influência petroquímica

Abstract

A boa qualidade do ar é fator essencial para manutenção da saúde humana e ambiental. O material particulado atmosférico é um poluente do ar que consiste de uma variedade de substâncias orgânicas e inorgânicas, entre as quais, algumas apresentam características genotóxicas. O ramo petroquímico é um importante componente da atividade industrial do estado do Rio Grande do Sul, Brasil, com histórico de emissões prejudiciais à qualidade do ar. O presente estudo objetivou avaliar os efeitos biológicos associados à dispersão de material particulado atmosférico inalável em área sob influência de um complexo petroquímico, integrando os resultados de biomonitoramento ambiental e humano através de biomarcadores de genotoxicidade. Amostras de material particulado foram coletadas em área de característica mista rural, urbana e industrial, utilizando filtros de membrana de Teflon e amostradores de grandes volumes de ar, semanalmente, por períodos de 24hs. Partículas inaláveis finas (MP2,5) foram amostradas em dois locais– NO e NE - posicionados na primeira e segunda direção preferencial dos ventos na região de estudo, a 2,5Km de distância da principal fonte emissora da central de matérias-primas do complexo petroquímico. Em um terceiro local (NO II), afastado 35Km da fonte emissora e na primeira direção dos ventos foi analisado partículas inaláveis grossas (MP10). Extratos orgânicos foram obtidos dos filtros com solvente diclorometano e avaliados pelo ensaio Salmonella/microssoma, método de microssuspensão, com as linhagens TA98, YG1021 e YG1024. Para avaliar a mutagenicidade dos metabólitos utilizou-se a fração de metabolização de mamíferos (S9). Também foram empregados Ensaio Cometa (EC) e Teste de Micronúcleos em linhagem celular de pulmão de hamster chinês (V79), nos extratos dos locais NO e NE. Os 16 hidrocarbonetos políclicos aromáticos (HPAs) considerados preferenciais pela agência ambiental norte americana (USEPA) foram avaliados nos extratos orgânicos para caracterização dos três locais. Foi realizado o biomonitoramento humano em crianças de escolas públicas do Local NO e NO II, com coleta de sangue periférico e células esfoliadas da mucosa oral. Em sangue periférico foi utilizado o Ensaio do micronúcleo (MN) com bloqueio da citocinese- citoma (CBMN-cyt) para avaliar as frequências de células com MN e anomalias nucleares (brotos nucleares - NBUDs, pontes nucleoplásmicas -NPBs), e EC avaliando o parâmetro intensidade de cauda. Utilizou-se o Ensaio do MN em mucosa oral-citoma (BMCyt) para detectar MN e anomalias nucleares. Todos os extratos de MP2,5 mostraram mutagenicidade pelo ensaio Salmonella, sendo destacada a presença de compostos nitrogenados. Verificaram-se respostas genotóxicas no EC em 87% dos extratos testados e indução de micronúcleos em 74% dos ensaios realizados, além de citotoxicidade em V79, para todas as amostras avaliadas. Os resultados obtidos nos três biomarcadores in vitro, e o perfil de HPAs mais tóxicos no material particulado, apontaram pior qualidade do ar do Local NO, sendo compatível com a maior dispersão de poluentes na primeira direção dos ventos. O biomonitoramento contou com a participação de 54 crianças de 5 a 12 anos, com média de 8,3 ± 1,8 anos. Danos ao DNA pelo EC foram significativamente mais elevados no local NO, em relação ao local NO II. A frequência de MN no CBMN-cyt não diferiu entre os grupos, porém, foram significantemente maiores em relação a um local de referência externo. A ocorrência de NBUDs foi significativamente mais elevada no local NO II. Quanto ao ensaio BMCyt, não houve diferença entre os grupos para MNs e NBUDs. As frequências das alterações nucleares, cariorréxis e cariólise, foram significativamente mais elevadas no local mais afastado da fonte emissora (NOII). A avaliação ambiental associando o Ensaio Salmonella e análise de HPAs mostrou que mesmo amostras dentro dos padrões de controle da qualidade, apresentam potencial genotóxico. Estes resultados permitiram evidenciar que as crianças avaliadas estão expostas a uma mistura de contaminantes de diferentes fontes, sendo a proximidade da indústria petroquímica um contribuinte aos fatores de risco. Medidas são necessárias para identificar e reduzir emissões e efeitos perigosos, uma vez que os padrões de qualidade do ar não são suficientes para garantir a saúde das populações expostas. A complexa composição do MP2,5 pode provocar diversos efeitos genotóxicos, sendo a utilização de diferentes bioensaios fundamental para o entendimento dos efeitos dessa matriz.

Good air quality is essential key to human and environmental health maintenance. Atmospheric particulate matter is an air pollutant consisting of a variety of organic and inorganic substances, some of which presents genotoxic characteristics. The petrochemical industry is an important activity in Rio Grande do Sul state, Brazil, with a history of emissions that are detrimental to air quality. The present study aimed to evaluate the biological effects associated with the dispersion of inhalable particulate matter in an area under the influence of a petrochemical complex, integrating the results of environmental and human biomonitoring through genotoxicity biomarkers. Particulate matter samples were collected in mixed rural, urban and industrial area, using Teflon membrane filters and large air volume samplers, weekly, for periods of 24 hours. Fine inhalable particles (PM2.5) were sampled at two locations - NO and NE - positioned in the first and second preferential wind directions in the study region, 2.5 km away from the main emission source of industrial raw material center. In a third location (NO II), 35 km away from the emission source and in the first wind direction, coarse inhalable particles (MP10) were analyzed. Organic extracts were obtained with dichloromethane from sampled filters and evaluated by the Salmonella/microsome assay, microsuspension method, with the strains TA98, YG1021 and YG1024. The mammalian metabolization fraction (S9) was used to evaluate metabolite mutagenicity. Also, the Comet Assay (EC) and Micronucleus Test in Chinese hamster lung cell line (V79) was used to test the NO and NE samples. The 16 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) considered preferential by the US Environmental Agency (USEPA) were evaluated in the organic extracts for characterization of the three sites. Human biomonitoring was carried out in children of public schools from NO and NO II sites, through the collection of peripheral blood and buccal exfoliated cells. To peripheral blood samples, the cytokinesis-block MN cytome assay (CBMN-cyt) was used to evaluate the frequencies of cells with micronuclei (MN) and nuclear abnormalities (nuclear buds - NBUDs, nucleoplasmic bridges - NPBs), and EC evaluating the tail intensity. The buccal MN cytome assay (BMCyt) was used to detect MN and nuclear abnormalities. All PM2.5 extracts showed mutagenicity through the Salmonella assay, highlighting the nitrogenated compounds effects. Genotoxic responses in EC were observed in 87% of the tested extracts and MN induction in 74% of the tests, in addition all the samples showed cytotoxicity to V79 cells. The results of the three biomarkers in vitro and the more toxic PAHs profile presented by the particulate matter, showed a lower air quality of NO site. It is compatible with the greater pollutants dispersion in the first winds direction. Biomonitoring included 54 school children aged 5 to 12 years, with a mean of 8.3 ± 1.82 years. DNA damage evaluated by EC was significantly higher in children from NO compared to NO II. The MN frequency by CBMN-cyt did not differ between groups, however, it was significantly higher in relation to an external reference site. The occurrence of nuclear buds was higher at the NO II site. Regarding the BMCyt assay, there was no difference between groups for MNs and NBUDs. The frequencies of nuclear abnormalities, karyorrhexis and karyolysis were significantly higher at the site farthest from the emission source (NOII). The environmental evaluation with the Salmonella assay and PAH analysis showed genotoxic potential even to samples within the quality standards. These results showed that the schoolchildren are exposed to a mixture of contaminants from different sources, being the proximity of the petrochemical industry a risk factor. Actions are needed to identify and reduce emissions and adverse effects since air quality standards are not enough to ensure the health of exposed populations. The complex PM2.5 composition could cause several genotoxic effects, and the use of different bioassays is fundamental for understanding the effects of this environmental matrix.