Toxikologie benzenu

Bc. Darina Štěpánová

Zdravotně sociální fakulta Jihočeské univerzity, České Budějovice

Aromatický uhlovodík benzen je významným produktem petrochemického průmyslu, široce používanou surovinou pro výrobu mnoha důležitých chemických substancí, plastických hmot, léků a speciálních chemikálií, významným aditivem pohonných hmot a prakticky všudypřítomnou látkou se škodlivým účinkem na životní prostředí a na zdraví lidí. Kritickým prostředím v němž benzen ohrožuje zdraví lidí je zejména průmysl, těžba surovin a armáda.

Fyzikálně chemické vlastnosti
Benzen (CAS 71-43-2) je v čistém stavu bezbarvá těkavá a hořlavá kapalina charakteristického zápachu, vroucí při teplotě 80,1 °C, tuhnoucí při teplotě 5,5 °C, jen nepatrně rozpustná ve vodě. Mísí se s alkoholem, chloroformem, diethyletherem, acetonem, kyselinou octovou a tetrachlormethanem. Chemicky je benzen dosti stabilní a účastní se substitučních a adičních reakcí. Při některých reakcích může rovněž dojít k rozštěpení benzenového jádra.
Vyrábí se z ropy a používá se jako nepolární rozpouštědlo (barvy, cement, lepidla, odbarvovače) a jako výchozí látka pro syntézu mnoha chemických látek (plasty, pryskyřice, barviva, pesticidy). Zdrojem znečištění prostředí benzenem je průmyslová výroba (výroba ropných produktů, koksování uhlí, výroba aromatických uhlovodíků), užívání benzenu jako intermediálního chemického produktu a užívání výrobků, které jej obsahují (např. benzín).
Benzen je komerčně dostupný ve třech normalizovaných stupních kvality s měnícím se obsahem toluenu, xylenu a fenolu a obvykle obsahuje stopy sirouhlíku, thiofenu a naftalenu (Zákon č. 356/2003 Sb).

Toxikinetika a metabolismus
Vstupní branou do lidského organismu jsou především dýchací cesty. Tedy kontaminace vzduchu hraje velkou roli na rozdíl od ostatních možných zdrojů: jídlo, voda, kontakt látek s kůží. Koncentrace benzenu v ovzduší se pohybují od 0,2 μg/m3 ve venkovských oblastech až po 349 μg/m3 v průmyslových oblastech s vysokou hustotou automobilové dopravy. Během tankování pohonných hmot koncentrace dosahují až 10 mg/m3. Ve vnitřních prostorách budov se koncentrace pohybuje až okolo 500 μg/m3. U kuřáků se denní expozice pohybuje kolem 1800 μg/den na rozdíl od nekuřáků s 50 μg/den (Chatzis et al. 2005).
Metabolismus benzenu hraje významnou roli při vzniku mutagenních a karcinogenních substancí. Přeměna benzenu probíhá především v jaterních buňkách oxygenázovým systémem cytochromu P450 (Rana a Verma 2005). Nejdřív přicházejí na řadu oxidativní procesy. Dalším procesem je konjugace. Vznikají konjugáty s kyselinou glukuronovou, sírovou a merkapturovou. Hlavním metabolitem benzenu vylučovaným močí je kyselina S-fenylmerkapturová, která je využívána jako velmi citlivý biomarker expozici benzenu (Pieri et al. 2003).

Toxicita
Charakteristická toxicita benzenu je podmíněna vznikem metabolitů schopných poškozovat strukturu proteinů a DNA alkylací (Ross 1996). Tuto schopnost mají p-benzochinon a hydrochinon. Přesný mechanismus působení jiných látek než reaktivního p-benzochinonu není znám, ale zdá se, že tato molekula je zodpovědná za velkou část toxických účinků benzenu. Váže se na proteiny mikrotubulů dělícího vřeténka a tím inhibuje buněčnou replikaci. K poškození DNA dochází dvěma mechanismy. První je přímá alkylace za přítomnosti oxidačních látek (Bollati et al. 2007). Druhý spočívá ve zvýšeném potenciálu vzniku oxidativního stresu během vzniku p-benzochinonu z hydrochinonu, který má za následek přímou oxidaci molekul DNA (Loft et al. 1998). K poškození dochází především v kostní dřeni, která se vyznačuje vysokou proliferační aktivitou buněk a zároveň schopností aktivovat hydrochinon, který přichází z jater ve větším množství než p-benzochinon (Mehlman 2006).
Akutní toxicita benzenu je nízká, jeho LD50 při orálním podání laboratornímu potkanovi se pohybuje mezi 3000 a 8100 mg/kg (Goldstein 1988). Benzen dráždí oči a sliznice. Současná pozornost je zaměřena na dlouhodobé účinky nízkých koncentrací benzenu v pracovním a životním prostředí (Duarte-Davidson et al. 2001). Bylo ji ž prokázáno, že riziko spočívá v možnosti vzniku leukémie (Rinski et al. 1987; Rothman et al. 1996).

Klinické projevy intoxikace benzenem
Příznaky akutní intoxikace závisí na koncentraci a na délce expozice při inhalaci. Známky intoxikace jsou deprese CNS, srdeční arytmie, eventuální asfyxie a respirační insuficience u těžkých intoxikací. Lehčí intoxikace CNS jsou plně reversibilní a nejsou důkazy svědčící pro trvalé poškození mozku. Při perorálním požití je nejmenší letální dávka asi 10 ml (8,8g). Příznaky zahrnují: vrávoravou chůzi, zvracení, mělký a rychlý puls, somnolenci, bezvědomí, delirium, hlubokou depresi CNS, kolaps. Subletální dávky způsobí: závratě, euforii, bledost, dušnost, bolest hlavy, únavu, spavost, strach z blížící se smrti (Markizova et al. 2003). Benzen může způsobit ulcerace sliznic gastrointestinálního traktu. Další symptomy jsou hemoglobinurie, akutní poškození kostní dřeně spojené s trombocytopenií, anemií a leukopenií.(Pelclová et al. 2000)
Příznaky chronické expozice jsou rozmanité. U lidí exponovaných koncentracím od 40 do 3500 mg/m3 v období delším než 3 měsíce se vyskytují příznaky z útlumu kostní dřeně až aplastické anemie (pancytopenie, hemoragická diatéza, náchylnost k infekcím, atd.). K účinkům na imunitní systém dochází již při nižších koncentracích. Dochází ke změnám v získané humorální i buněčné imunitě (Markizova et al. 2004). Také může být zvýšená vnímavost k alergiím. Vliv na snížení plodnosti mužů a teratogeneze, na rozdíl od fetotoxicity, nebyly prokázány.

Prvá pomoc a terapie při intoxikaci benzenem
Zásadním úkonem první pomoci je podobně jako u všech nebezpečných látek co nejrychlejší vynesení intoxikované osoby ze zamořeného prostředí (zachránce musí mít masku), inhalace kyslíku, případně umělé nebo řízené dýchání (Mika a Patočka 2007). Po perorálním požití nenutit postiženého ke zvracení z důvodu nebezpečí. V rámci lékařské pomoci lze provést výplach žaludku jen velmi opatrně, nejlépe při zajištění dýchacích cest. Dále je nutný absolutní klid na lůžku do té doby, než dojde k úpravě dýchání. Důležité je též monitorování základních životních funkcí, vzhledem k nebezpečí fibrilace nebo různých arytmií, které mohou předcházet srdeční zástavě. Při poklesu krevního tlaku podat glukózu, náhražky plazmy nebo plazmu samotnou. U těžkých otrav je třeba kontrolovat také funkci jater a ledvin, při poruše funkce je na místě obvyklá interní léčba. Pokud dojde ke kontaminaci kůže nebo očí je nutné oplachovat kůži nebo vyplachovat spojivkový vak tekoucí vodou nejméně 15-20 minut.

Literatura:

1. BOLLATI, V. – BACCARELLI, A. – HOU, L. et al. Changes in DNA methylation patterns in subjects exposed to low-dose benzene. Cancer Res. 2007, vol. 67, p. 876-880.
2. GOLDSTEIN, B.D. Benzene toxicity. Occup. Med. 1988, vol. 3, p. 541-554.
3. CHATZIS, C. – ALEXOPOULOS, E.C. – LINOS, A. Indoor and outdoor personal exposure to benzene in Athens, Greece. Sci. Total Environ. 2005, vol. 349, p. 72-80.
4. JENKINS, T.F. - HEWITT, A.D. - GRANT, C.L.et al. Identity and distribution of residues of energetic compounds at army live-fire training ranges. Chemosphere, 2006, vol.63, p. 1280-1290.
5. LOFT, S. – DENQ, X.S. – TUO, J. et al. Experimental study of oxidative DNA damage. Free Radic.Res. 1998, vol. 29, p. 525-539.
6. MARKIZOVA, N.F. – GREBENJUK,A.N. – BAŠARIN, V.A. et al. Toxikologia nefteproduktov. Sankt-Peterburg 2003, 128 pp. ISBN 5-7940-0112-7
7. MARKIZOVA, N.F. – GREBENJUK,A.N. – BAŠARIN, V.A. – PREOBRAŽENSKAJA, T.N. Nefteprodukty. Sankt-Peterburg 2004, 128 pp. ISBN 5-93929-097-3
8. MEHLMAN, M.A. Dangerous and cancer-causing properties of products and chemicals in the oil refining and petrochemical industries. Part XXX: Causal relationship between chronic myelogenous leukemia and benzene-containing solvents. Ann. N.Y. Acad. Sci. 2006, vol. 1076, p. 110-119.
9. MIKA, O. – PATOČKA, J. Ochrana před chemickým terorismem. ZSF JU, České Budějovice 2007. 106 pp. ISBN 978-80-7040-934-3
10. PELCLOVÁ, D. et al.: Nejčastější otravy a jejich terapie. Praha: Galén 2000. ISBN:8072620746
11. PIERI, M. – MIRAGLIA, N. – ACAMPORA, A. et al. Determination of urinary S-phenylmercapturic acid by liquid chromatography-tandem mass spectrometry. Chromatogr. B. Analyt. Technol. Biomed. Life Sci. 2003, vol. 795, p. 347-354.
12. RINSKI, R.A. - SMITH, A.B. - HORNUNG, R.W. et al. Benzene and leukemia: an epidemiologic risk assessment. N. Engl. J. Med. 1987, vol. 316, p. 1044-1050.
13. RANA, S.V. – VERMA, Y. Biochemical toxicity of benzene. J. Environ. Biol. 2005, vol. 26, p. 157-168.
14. ROSS, D. Metabolic basis of benzene toxicity. Eur. J. Haematol. 1996, vol. 57, p. 111-118.
15. ROTHMAN, N. – LI, G.-L. - DOSEMECI, M. et al. Hematotoxicity among Chinese workers heavily exposed to benzene. Am. J. Ind. Med. 1996, vol. 29, p. 236-246.
16. ZÁKON č. 356/2003 Sb., Zákon o chemických látkách a chemických přípravcích.