Dioxin
Polyklorerade dibensodioxiner är en kategori av kemiska föreningar omfattande klorerade derivat av dibenso-1,4-dioxin. De är giftiga för natur och människor.
Innehåll
Dioxiner och Bensofuraner
Inledning
Dessa kemikalier benämnes ibland oegentligt oxaner och furaner, eftersom de kan betraktas som derivat av para- dioxan respektive furan. Ibland talar man även om polyklorerade bifenyler. Härmed avses en grupp av giftiga ämnen som dels benäget förekommer tillsammans, men vilka dessutom tillika företer kemisk ensart, därvid förnämligast med avseende på ämnenas tvåfaldigt aromatiska ringstruktur. De egentligt relevanta ämnena inom gruppen omtalas mer exakt som polyklorerade dibenso- para- dioxiner respektive polyklorerade dibenso- furaner. Dibensofuranerna skiljer sig från dioxinerna därigenom att en av kol- syre- kol bryggorna mellan ringarna har ersatts av en kol- kol- brygga. Givet 1 till 8 klorsubstituenter så är nu 75 olika dioxiner och 135 dibensofuraner kombinatoriskt möjliga. Eljest gästspelar stundom även andra halogener jämte klor såsom substituenter.
TCDD
Den mest kända och för människor jämväl den giftigaste medlemmen i gruppen är TCDD (2,3,7,8- tetraklor- dibenso- p- dioxin). Andra dioxiners giftighet angives stundom med TCDD:s värden som referens. I synnerhet torde ett antal halosubstituenter på 4 vara optimalt ur giftighetssynpunkt.
PCB
I dag föres en livlig kontrovers rörande PCB, polyklorerade bifenyler, en grupp ämnen som vad det giftigheten anbelangar ibland klassificeras medels samma typ av systematik som för dioxiner och bensofuraner, utgående från TCDD. PCB kan i någon mening förete liknande effekter på kroppen. Verkningarna är mycket svagare, men å andra sidan förekommer PCB allmänt i större mängder.
Giftighet
TCDD:s substituentmässiga pendant bland dibensofuraner har en giftighet på ca 1/20 av TCDD:s. Då det gäller bromsubstitueade ämnen är 2,3,7,8- tetrabrom- dibenso- p- dioxin 1/4 så giftig som TCDD. Däremot är bromsubstituread bensofuran giftigare än klorsubstituerad. Dessa värden korrellerar starkt med nedbrytningshastigheterna för respektive ämne i kroppen.
TCDD - fysikaliska egenskaper
Beträffande TCDD så utgöres det i rent tillstånd av vita nålliknande kristaller med en smältpunkt på 304°C och en kokpunkt på 421°C. Densiteten är 1.827 g/cm3. Ämnet är praktiskt taget stabilt med avseende på hydrolys.
Vad kommer dioxiner och bensofuraner ifrån?
En typiskt föreslagen mekanism för uppkomsten av TCDD som aktualiseras vid framställning av 2,4,5- triklorofenol genom inverkan av NaOH på 1,2,4,5- tetraklorobensen är följande:
Den avsedda produkten 2,4,5- triklorofenol föreligger i basisk miljö såsom anjon, vilken undergår nukleofil, aromatisk substitution med oreagerad 1,2,4,5- tetraklorobensen.
Cl Cl -O Cl Cl O Cl A + A -> A A Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl
Denna mellanprodukt undergår i sin tur nukleofil, aromatisk substitution med OH-, på vad sätt en ny anjon bildas, vilken substituteras intramolekylärt.
Cl O Cl 2NaOH Cl O Cl
A A -> A A ->
Cl Cl Cl Cl Cl Cl -O Cl
-> TCDD
Den vanliga andelen dioxin är vid dylik industriell framställning av 2,4,5- triklorofenol 20 ng- 600mg/ kg. För det mesta uppstår inte polyklorerade dibenso- para- dioxiner samt polyklorerade dibenso- furaner i en enkelt redovisbar process. Detta gäller då ursprunget står att finna i omfattande ömsesidiga reaktioner mellan en mångfald delkomponenter, därav några inbegriper klor, under förbränning. Medan vid framställning kontaminerad produkt redovisar en tämligen specifik sammansättning på de utkommande dioxinerna så fournerar förbränning av klor- och kolvätehaltigt avfall ett mycket bredare spektrum av isomerer. TCDD börjar sönderdelas pyrolytiskt först vid 500°C och man brukar säga att förbränningstemperaturer på över 1200°C är nödvändiga för en mera fullständig termolys av förefintliga dioxiner. De största mängderna av dagens polyklorerade bifenyler i miljön uppstår just genom lågtemperaturförbränning. ldre tiders bilmotorer, vilka var beroende av av organiskt bly såsom oktanhöjande tillsats, påfordrade dessutom ytterligare tillsatser av diklormetan eller dibrommetan för att förhindra blyutfällning i förbränningssystemet, kemikalier som i och med motorns gång säkerligen gav upphov till en del dioxin. Precis som i det tidigare föreslagna mekanismexemplet uppstår dioxiner likaledes i samband med framställning av en del produkter såsom flamskyddsmedel, bekämpningsmedel och mjukgörare, för att därpå föreligga som föroreningar i produkten. Bland bekämpningsmedlen användes inte minst klorerade fenoxisyror i planteringar mot tvåhjärtbladiga växter.
Katastrofer
De två allvarligaste exemplen på förgiftningskatastrofer torde vara Seveso 1976, samt Vietnam under kriget mot USA, då dioxinhaltigt avlövningsmedel (Agent Orange) släpptes ut i stor mängd. Katastrofen i Seveso uppstod under tillverkning av ett ogräsmedel, 2,4,5- trifenoxiättiksyra. Processen skenade iväg med överhettning och ett storskaligt giftutsläpp som konsekvens.
Källor
Viss hantering, såsom den på pappersmassafabriker låter kontinuerligt små mängder av dioxiner och bensofuraner utgå i vattnet på ett omedelbart sätt. Också en del rötslam innehåller dessa gifter. Den största akuta förgiftningsrisken ligger i inandning av kontaminerade partiklar eller av gifthaltiga förbränningsgaser. Medan förekomsterna av dioxin och bensofuran i vatten pga kemikaliernas föga vattenlösliga natur (t.ex 0,317 mikrogram/ liter för TCDD) är mycket små, så är ämnena nämligen desto benägnare till vidhäftning av fasta partiklar. Kronisk förgiftning av mindre allvarlig art uppstår vanligare genom oralt intag av gifthaltig föda. Ehuru föga vattenlösliga så förekommer ändå dioxiner och bensofuraner i vatten. Ingen miljö kan idag sägas vara fri från dem.
Biologisk betydelse
Såväl allmänna iakttagelser som djurförsök visar att polyklorerade dibenso- para- dioxiner och polyklorerade dibenso- furaner är biologiskt aktiva. Dessutom förmärkes bland biologiska organismer en påtaglig oförmåga att snabbt bryta ned ämnena, vilka därför anhopas i miljön och i vävnaderna på allehanda djur. Halveringstiden för TCDD i syrefri jord har uppmätts till runt 500 dagar! Enkannerligen högre predatorer kan till följd av biomagnifikation, varunder gifter på väg upp igenom näringskedjorna ansamlas i allt större mängd, emellanåt uppvisa höga giftkoncentrationer i sina vävnader. Emedan dibenso- para- dioxiner och polyklorerade dibenso- furaner är hydrofoba ansamlas dessutom gifterna i djurens fettvävnader, något som kallas bioackumulation.
Dödlig dos
Vad det anbeträffar dioxin så uppskattas den dödliga dosen för en människa vara ca 10 milligram. Ämnet förekommer emellertid sällan i så höga doser. Den vanliga symtombilden är istället diffusa allmänsymtom, förorsakade av mycket liten giftexposition under relativt lång tid. Typiska symtom är neurologiska besvär, viktförlust (förändrad glukosmetabolism), nedbrytning av thymuskörteln, kloracne, matsmältningsrubbningar, leverskador, nedsättning (eller partiell hypersensibilisering) av immunförsvaret, reproduktionsnedsättning och cancer. Förgiftningen har effekter även på DNA, inte minst i ärftlighetshänseende.
Stabilitet
Hur kan då ett såpass aktivt ämne vara så stabilt i kroppen? En av verkansmekanismerna för dioxin är icke kovalent interaktion med receptorer (Ah- protein) på cellmembranerna. Affiniteten mellan receptor och ligand tycks vara avhängig av två s.k heat-shock- proteiner samtidiga inbindning. Efter ytterligare interaktioner med andra proteiner går ett resulterande komplex därutinnan dioxinmolekylen är hyst, in till respektive korresponderande cellkärna, varest generna ställer om produktionen av diverse kroppsegna ämnen. Dessutom förändras lätteligen genuttrycket för DNA så att cellens funktion ändras. Den dimsyn som är ett av förgiftningssymtomen för dioxin kan ha sin grund i förändrad komposition på tårvätskan sedan tårkörtelns genuttryck skiftats. Sannolikt recirkulerar därpå dioxinet såsmåningom ut igen.
Mekanism
Dioxin stör aminosyran tyrosins normala funktioner, interagerar med cytokrom, med mekanismerna åtvid matsmältningshormonerna, med melatonin, östrogen och androgen, och rubbar tillväxtfunktionerna samt insulinets tillhörande funktioner. Förutom den långsamma nedbrytning som sker av gifterna i kroppen så kan de hos ammande kvinnor även utsöndras via bröstmjölken. Detta gäller f.ö alla fettlösliga gifter, något som för barnets del är mindre lyckosamt.
Återcirkulation
Såsom nämndes i inledningen så förestavas den varierande giftigheten inom gruppen polyklorerade bifenyler av ämnenas skiftande stabilitet i kroppen. Anställes betraktelse på mekanismen för TCDD:s kontra TCDF:s giftverkan så kan i själva verket ett flertal likheter iakttagas. TCDD:s förhållandevis högre giftighet kommer sig följdaktligen därutav att varje molekyl TCDD hinner återcirkulera ett större antal gånger under sin livstid.
Miljö
De påtagligaste ekologiska effekterna av dioxiner och bensofuraner i de halter som är vanligast ifrågakommande rör alltså djurlivet. Bland däggdjur så skiftar känslighet och nedbrytningshastighet mycket från art till art. Marsvinet är mycket känsligt för dioxin medan hamstern är kanske 5000 gånger motståndskraftigare, lite beroende på huru mätningarna göres. Sådan inkommensurabilitet i giftverkan på olika, relativt närbesläktade djurarter, är ovanlig inom toxikologin och vittnar då troligen om hormonellt vidlådande mekanismer. Men orsakskedjan går precis som då det gällde komponenters giftighet med säkerhet delvis, om än till mindre del, också tillbaka på skillnader i nedbrytningshastighet, här av en och samma komponent i olika djur. Änskönt just skillnaden i känslighet mellan marsvin och hamster skulle visa på stor varians i däggdjurens känslighet för dioxin så är generellt spridningen i känslighet betydligt mer indifferent. LD50 för däggdjur belöper sig därvid till runt 100 mikrogram/ kg kroppsvikt. Då det gäller lägre djur såsom fiskar och amfibier så tros gifterna slå framför allt emot reproduktionen.
