Biomonitoring

Biomonitoring je organizovan sistem praćenja bioloških promena u vremenu i prostoru koji na najbolji način odslikava kompleks prirodnih i antropogenih pojava, uticaja i procesa. Biomonitoring je naučni tehnika za procenu ljudske izloženosti prirodnim i sintetičkim jedinjenjima u životnoj sredini. Ona se zasniva na analizi ljudskih tkiva i tečnosti i daje jedini direktni metod utvrđivanja da li su ljudi bili izloženi posebnim supstancama, kojem intenzitetu izloženosti, i kako oni mogu biti menji tokom vremena. Biomonitoring je postao veoma koristan alat u poslednjih nekoliko godina, kao rezultat napredka u mogućnostima da se izmeri sve više i više minimalne količine hemikalija u ljudskom telu.

Biomonitoring je i trajno dugoročno ili periodično praćenje i procena bioloških i ostalih ekoloških promena (parametara) korišćenjem određene metodologije. Nekoliko odličnih primera za biomonitoring su, npr. svim vozačima poznato određivanje nivoa alkohola u izdahnutom vazduhu. Kroz istraživanja koja su bila povezan sa određivanjem nivo alkohola u izdahnutom vazduhu vaozača i zaposlenih, mnoge države su propisal zakone o razlikama između prihvatljivih i neprihvatljivih biomarkera nakon konzumiranje alkohola. Još jedna dobro proučen primer biomonitoringa je određivanje koncentracije olova u krvi dece. Koji, kod porasta koncentracije olova u krvi, ukazuje na opasnost od negativnih efekata olova na zdravlje i dalji razvoj dece.

Vrste ekološkog monitoringa

Sistem sukcesivnih osmatranja elemenata životne sredine u prostoru i vremenu naziva se monitoring. Cilj monitoringa je prikupljanje podataka kvantitativne i kvalitativne prirode o prisustvu i distribuciji zagađivača, prećenje emisija i imisija, izvora zagađenja i njihovog rasporeda, transporta polutanata i određivanje njihovih koncentracija na određenim mernim tačkama (Munn, 1973).

Metorološki monitoring - jedan od najorganizovanijih i najsavršenijih monitoring sistema koji je uspostavljen još u pretprošlom veku. Meteorološki monitoring obuhvata sukcesivno praćenje, osmatranje i beleženje velikog broja klimatskih parametara (vlažnost vazduha, temperaturu, padavine, vazdušni pritisak itd).

Fizičko hemijski monitoring – ove metode su nezaobilazni segment ovog sistema, s obzirom da pružaju egzaktne podatke o prisustvu i distribuciji zagađivača i praćenju emisija i imisija zagađivača, koji su dostupni samo u tačno određenom trenutku vremena.

Biološki monitoring - primena živih organizama kao bioindikatora promena u životnoj sredini u prostoru i vremenu. Termin bioindikatori prvi upotrebio Klements 1920. godine da bi označio organizme koji svojim prisustvom na staništu jasno ukazuju na ekološke uslove staništa.

Bioindikakaciju je moguće izvoditi na svim nivoima organizacije živih sistema, počev od molekularnog, preko biohemijsko-fiziološkog, celularnog, individualnog, populacionog, specijskog, biocenološkog (ekosistemskog), biomskog završno sa biosfernim. Prednost biološke indikacije u odnosu na fizičko-hemijske metode praćenja zagađivanja životne sredine leži u činjenici da živi organizmi mogu da pokazuju efekat akumulacije zagađujućih materija u toku dužeg vremenskog perioda.

Biološki monitoring je iz metodoloških razloga podeljen, u odnosu na to u kojoj od oblika životne sredine se prate promene, na:

• Biomonitoring vazduha (bioindikatori su lišajevi i mahovine)
• Biomonitoring zagađenosti vodene sredine (bioindikatori promene stanja su alge, fauna bentosa, bakterije, ribe itd)
• Biomonitoring zagađenosti zemljišta (bioindikatori su više biljke, odnosno vegetacija)

Materije koje se mere biomonitoringom

Biomonitoring se može koristiti za procenu nivoa nekih hemikalija, prirodnih ili sintetičkih, koje su prisutne ili koje su bile prisutne u okruženju.

• Prirodne hemikalije, koje su često predmet biomonitoring su one koje se nalaze u zemljinoj kori, kao što su elementi olova i arsena, kao i veliki dijapazon složenijih jedinjenja kao sastavni deo hrane koju jedemo, vode koju pijemo i vazduha koji dišemo. Ove hemikalije su složene supstance koje su deo mnogobrojnih biljaka i životinja i bioloških aktivnosti, uključujući pesticide, kancerogene, kao i hormonski aktivne hemikalije.
• Sintetičke (tj. proizvedene) hemikalije, koje su često u centru javnog interesa, obuhvataju širok spektar jedinjenja koja su ili su proizvedena za različite namene. Takođe, ovde spadaju i supstance koje se proizvode kao nusproizvodi sinteze i korišćenja ovih jedinjenja. U savremenom svetu, sintetičke hemikalije su deo mnogih aspekta ljudskog života. One su od ključne važnosti za sprečavanje i lečenje bolesti, poljoprivrednoj proizvodnji i mnogim proizvodima široke potrošnje i primenjuju se za podršku standardau u kome uživamo. Stoga, nije iznenađujuće da mnoge od ovih hemikalija pronalaze svoj put do zemljišta, vazduha, vode i hrane i na taj način konačno dospevaju u tečnosti i tkiva pojedinaca.

Biomonitoringom se najbolji otkrivaju hemikalije koje opstaju u organizmu, odnosno, one koje se brzo ne izlučuju. Primeri takvih materija su metali, olovo i arsen i brojni sintetičke organske hemikalija, kao što su PCBs i DDT. Ove hemikalije se često mogu naći primenom biomonitoring ne samo zato što i dalje javljaju u ljudskom telu, već i zato što one opstaju u okruženju dugo vreme nakon što su primenjene. Izloženost ovim supstancama može biti kontinuirano tokom dugog vremenskog perioda. Zbog kombinacija zaštite životne sredine i biološke upornosti, ove hemikalije se često nalaze u ljudima u većem nivou u odnosu na druge hemikalije, čak i one koji se mogu proizvoditi ili koristiti u mnogo većim količinama.

Međutim „uporne“ hemikalije, bilo prirodne i sintetičke, i njihove koncentracije u telu, merene biomonitoringom, su generalno gledano vrlo niske i obično u opsegu, delova na milion (ppm), delova na milijardu (ppb) ili delova na trilion (ppt). Ako se jedna vrednost (ppm) izražava kao vreme, umesto kao koncentracija, to bi bilo ekvivalentno (ppm) od 1 sekunde za 11,5 dana; 1 ppb ekvivalentno 1 sekundi za 31,7 godina, a 1 (ppt) će biti ekvivalentan 1 sekundi u gotovo 32.000 godine.

Jedina situacija u kojoj postoji visok nivo izloženosti može nastati nakon unošenja hrane koja sadrži značajne količine hemikalija u životnoj sredini. To se može desiti ako postoji bioakumulacija i biomagnifikacija hemijskih materija koje su prošle kroz lanac ishrane od organizma do organizma, na primer, od veoma malih stvorenja do velikih riba. Viši nivoi hemikalija u hrani mogu da se jave i kao rezultat neubičajenih uslova životne sredine, na primer, ekstremni klimatski uslovi. Na primer, neke gljivice produkuju mikotoksine na zrnu žitarica u znatno povećanim količinama kada je vreme toplo i vlažno u dužem vremenskom periodu.

Značaj

Podaci iz brojnih studija biomonitoringa postaju široko dostupni i sve više se koriste da shvatimo i razumemo prisustvo hemikalija u ljudskom telu i njihov uticaj na ljudsko zdravlje. Istovremeno, naučnici, javni zdravstveni zvaničnici, kao i javnost stalno postavljaju pitanja o kvalitetu i obimu raspoloživih podataka, i koji podaci nam govore o potencijalnim rizicima za ljudsko zdravlje, i kako mogu da buduća istraživanja reše ova pitanja. „Zato nove tehnologije u biomonitoringu imaju potencijal da transformišu sposobnost nacije da prati izlaganje zagađivačima i razume njihov uticaj na zdravlje.“

Tako npr upotreba akvatičnih organizama za procenu kvaliteta vode datira još od početka 20. veka (Kolkwitz i Marson), ali je njihova primena ostala nezapažena sve do sedamdesetih godina zato što su se dotadašnji monitoring programi oslanjali isključivo na hemijski i fizički monitoring. Jedan od problema oslanjanja samo na hemijske i fizičke metode je taj što one obezbeđuju podatke o stanju ekosistema samo u trenutku kada je uzrorak uzet. Suprotno tome, biološki monitoring daje podatke o prošlom i sadašnjem stanju ekosistema. Ovu razliku možemo ilustrovati kao razliku između slike i filma, gde bi fizičke i hemijske metode bile slika, a biološke metode film.

Zato biomonitoring kao nauka o merenju hemikalija kod ljudi, može da da podatke o nivou potencijalno toksičnih hemikalija u životnoj sredini, krvi, urina, ili drugim biološkim uzorcima. Biomonitoringom mogu da se prikupe važne informacije o javnom zdravlju, koje se ne mogu obezbediti tradicionalnim praćenjem stanja u vazduhu, vodi, zemljištu. Direktna merenja koncentracije hemikalija u ljudima, u kombinaciji sa informacijama o njihovoj toksičnosti i mogućim izvorima ekspozicije, može da pomogne naučnicima i političarima da odgovore na pitanja kao što su:

• Kojim hemikalijama su ljudi izloženi?
• Koje grupe ili populacije u nekoj zemlji ili oblasti, imaju veću izloženost dejstvu specifičnih toksičnih hemikalija?
• Da li su zakonski propisi, uključujući i zabranu ispuštanjea hemikalija, zapravo smanjuje izloženost zagađenju neke zemlje?
• Da li određene hemikalije doprinose razvoju bolesti?

Pronađene hemikalije u telesnim tečnostima su dokaz o kontaktu sa njima putem inhalacije, dodira sa kožom, ili gutanje, što obično dovodi i do postavljanja dva pitanja, koja predstavljaju važan izazov u tumačenju rezultata biomonitoringa :

• Da li su rezultati biomonitoring u opsegu koji je tipičan kod opšte, neprofesionalne izloženosti stanovništva?
• Da li rezultati biomonitoringa ukazuju na rizik po zdravlje?

Zašto su važni podaci biomonitoringa?

Možda je najveći značaj biomonitoringa u činjenici da je on samo tehnika koja može da obezbedi direktne vrednosti izloženosti pojedinaca i ljudskih populacija. Međutim, pošto on zahteva mnogo resursa, samo relativno mali broj pojedinaca i jedinjenja može biti praćen, što ograničava količinu i primenjivost analizom prikupljenih podataka.

U odsustvu biomonitoring, procena izloženosti vrši se indirektno - na osnovu kombinacije:

• Merenja koncentracija hemikalija u životnoj sredini, (npr u zemljištu, vodi, ili hrani),
• Procene ljudskog ponašanja, (npr potrošnje hrane ili vremena provedenog na različitim aktivnostima).

Ova indirektna metoda pristupa ima nekoliko nedostataka;

• Prvo, ekološke analize su obično ograničene u prostoru i vremenu, odnosno praćenje koncentracija je ograničeno brojem mesta u nekoliko vremena praćenja.
• Drugo, ljudsko ponašanje je vrlo promenljivo, što značajno utiče na neizvesnosti proračuna.

Zbog ovih ograničenja, teško je realno saznati kolika je tačnost indirektne procene koja odražava ljudsku izloženost.

Pored toga što biomonitoring direktan oblik merenja, on ima i drugu prednost jer integriše, ili sabira, izloženost iz više izvora, npr, vazduha, vode i hrane, što je realniji odraz sveukupne izloženosti.

Dakle, biomonitoring je mera ukupne izloženosti iz svih pravaca i iz svih izvora“.

Biomonitoring u proceni rizika

Da li hemijska jedinjenja pronađena biomonitoringom u telu predstavljaju bilo kakav rizik zavisi od dva faktora:

• obima, vreme, naravno, i puteva (gutanje, inhalacije ili kontakta sa kožom) izloženosti,
• svojstava toksičnosti, odnosno, koja su neželjena dejstva povezana sa ovom vrstom izlaganja.

Rizici mogu nastati;

• ako su ljudi izloženi vrlo visokim nivoima toksičnosti za kratko vreme,
• izloženi manjim nivoima toksičnosti na duži vremenski period,
• izloženi niskim nivoima visoke toksičnosti.

Dakle, saznanja o toksičnosti i karakteristikama izlaganja su kritični i važni elementi u proceni mogućih rizika.

Biomonitoring obezbeđuje samo jedan deo podataka potrebnih za procenu rizika i oni se ne mogu koristi kao zamena za rizik. Čak i ako su dostupni opsežni podaci o hemijskoj toksičnost, oni su skoro uvek u obliku koji se teško kombinuje sa biomonitoringom generisanih vrednosti ekspozicije u proceni rizika. To je moguće samo u malom broju posebnih slučajeva, kao što je npr olovo, kod koga se zaključci o riziku lako donose na osnovu podataka biomonitoringa.

Zato ako pojedinci ne shvate ograničenja koja pruža biomonitoring kada su u pitanju informacije o riziku, oni mogu da preduzmu korake kako bi smanjili izloženost što umesto smanjenja može da poveća ukupni rizik.

...„Npr.majke se uzdržavaju od dojenja dece, kada su obaveštene da su određene hemikalije nađene, ili da se mogu naći u majčinom mleku. Što je pogrešno, jer gotovo svim slučajevima, prednosti dojenja nadmašuju sve moguće rizike od ovih hemikalija.“

Zato su od izuzetnog značaja pravilna tumačenja i kvalitetni i svestrani zaključci koji se donose i objavljuju javnosti na osnovu biomonitoringa.

Literatura

• AHINDRA NAG (2008). Textbook of AGRICULTURAL BIOTECHNOLOGY. PHI Learning Pvt. Ltd.. str. 155–175. ISBN 978-81-203-3592-9. 
• David J.H. Phillips; Rainbow, Philip S. (1994). Biomonitoring of Trace Aquatic Contaminants. Springer. ISBN 978-0-412-53850-6. 

Spoljašnje veze

• (en) Biomonitoringinfo.org
• (en) National Biomonitoring Program
• (en) Human Biomonitoring for Environmental Chemicals, National Research Council
• (en) Biomonitoring - EPA Needs to Coordinate Its Research Strategy and Clarify Its Authority to Obtain Biomonitoring Data, United States Government Accountability Office
• (en) The heart of the matter on breastmilk and environmental chemicals: essential points for healthcare providers and new parents, Review
• (en) The interpretation of trace element analysis in body fluids Arhivirano 2011-07-16 na Wayback Machine-u, Review
• (en) Biomonitoring and Biomarkers: Exposure Assessment Will Never Be the Same