Exposição humana a trialometanos presentes em água tratada

Human exposure to trihalomethanes in drinking water

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Exposição humana a trialometanos presentes em água tratada

Human exposure to trihalomethanes in drinking water

Maria Y Tominaga e Antonio F Midio

Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental de São Paulo. São Paulo, Brasil (MYT), Faculdade de Ciências Farmacêuticas da Universidade de São Paulo. São Paulo, Brasil (AFM)

Descritores
Água potável, análise. Toxicologia. Trialometanos. Resumo

Realizou-se uma revisão bibliográfica do período de 1974-1998, no MEDLINE, sobre compostos orgânicos halogenados derivados de hidrocarbonetos denominados de trialometanos. Muitos deles, reconhecidamente carcinogênicos para diferentes espécies animais, podem ser encontrados freqüentemente, inclusive entre nós, em águas tratadas e enviadas à população urbana. É o caso de compostos como o clorofórmio, bromodiclorometano, clorodibromometano e bromofórmio, resultantes da halogenação de precursores, principalmente substâncias húmicas e fúlvicas presentes na água que será tratada (clorada). Assim, descreve-se sua formação, fontes de exposição humana bem como os aspectos toxicológicos de maior importância: disposição cinética e espectro dos efeitos tóxicos (carcinogênicos, mutagênicos e teratogênicos) decorrentes de exposições a longo prazo e baixas concentrações. Níveis seguros de exposição propostos são também fornecidos.

Keywords
Trihalomethanes. Potable water, analysis. Toxicology Abstract

Halogenated hydrocarbon compounds, some of them recognized as carcinogenic to different animal species can be found in drinking water. Chloroform, bromodichloromethane, dibromochloromethane and bromoform are the most important trihalomethanes found in potable water. They are produced in natural waters during chlorinated desinfection by the halogenation of precursors, specially humic and fulvic compounds. The review, in the MEDLINE covers the period from 1974 to 1998, presents the general aspects of the formation of trihalomethanes, sources of human exposure and their toxicological meaning for exposed organisms: toxicokinetic disposition and spectrum of toxic effects (carcinogenic, mutagenic and teratogenic).

INTRODUÇÃO

A água é ingerida pelo homem em maior quantidade que todos os outros alimentos reunidos e é, também, a sua principal excreção. Um adulto ingere por dia mais de dois litros de água, cerca de 3% do seu peso corpóreo que, por sua vez, é constituído por mais de 80% de água³⁶ .

Este contato com a água justifica e explica a facilidade com que parasitas macro ou microscópicos atingem o homem e nele se desenvolvem, quando outros fatores coadjuvantes são favoráveis à sua sobrevida, desenvolvimento ou multiplicação.

Por outro lado, o homem está exposto a contaminantes de origem química que, com certa facilidade, podem ocorrer na água natural. Estima-se que cerca de 4 bilhões de metros cúbicos de contaminantes, provenientes principalmente de efluentes industriais, compostos químicos de uso agrícola, efluentes domésticos e outros, atinjam o solo a cada ano⁴³ e, conseqüentemente, a água. Esses, uma vez no ambiente, podem sofrer série de transformações físicas e químicas, inclusive a combinação com outros compostos químicos podendo intensificar ou diminuir sua toxicidade a seres humanos e organismos vivos.

O controle da exposição a todos esses fatores de risco exige o uso de água potável, ou seja, água tratada para remover contaminantes e evitar que ocorram novas contaminações.

O tratamento da água, entretanto, implica a utilização de substâncias químicas que podem, por sua vez, afetar a saúde daqueles que a utilizam. O cloro é o agente mais usado pois, em qualquer dos seus diversos compostos, destrói ou inativa os organismos causadores de enfermidades, sendo que esta ação se dá à temperatura ambiente e em tempo relativamente curto^1,11,22. Sua aplicação é simples exigindo equipamentos de baixo custo. A determinação de sua concentração na água é fácil, sendo relativamente seguro ao homem nas dosagens normalmente adotadas para desinfecção da água. Fornece uma quantidade remanescente que protege a água de posteriores contaminações¹.

Os riscos relacionados ao processo de cloração da água estão associados muito mais aos seus subprodutos do que com os agentes utilizados⁹.

Existe, normalmente, grande número de compostos orgânicos na água bruta. Estes podem reagir com o cloro livre levando à formação de diversos subprodutos, entre eles os denominados trialometanos (TAM). Na Tabela 1 estão agrupadas as principais substâncias halogenadas que têm sido identificadas nas águas potáveis, previamente cloradas^18,39).

Processos alternativos de desinfecção da água, que evitam a formação dos TAM, são aqueles que não utilizam cloro livre, tais como: cloraminas (cloro combinado), dióxido de cloro, ozonização e radiação ultravioleta^{14,23,25,40,45}. Entretanto, estes podem levar a formação de outros subprodutos, conforme o teor de matéria orgânica presente na água, sendo que seus efeitos sobre a saúde humana ainda não foram completamente avaliados^6,46,47.

No início da década de 70, descobriu-se que o clorofórmio e outros TAM eram produzidos durante a cloração da água^3,6,39. Esta informação revestiu-se de grande importância em virtude da conclusão de um bioensaio sobre a carcinogenicidade do clorofórmio realizado pelo "National Cancer Institute"³⁹. O resultado positivo para esse bioensaio levou, rapidamente, ao estudo de um valor limite de concentração máxima aceitável para esses compostos e, em 1979, a agência de proteção ambiental dos Estados Unidos (Enviromental Protection Agency - EPA) aconselhou que o limite máximo para a soma das concentrações dos TAM (clorofórmio + bromodiclorometano+ dibromoclorometano + bromofórmio) deveria ser de 100 mg/L na água para consumo humano^35,39.

Desde a descoberta inicial dos TAM, muita coleta de dados tem sido realizada. Estudos epidemiológicos, particularmente nos Estados Unidos, têm sido feitos para avaliar a presença dessas substâncias orgânicas na água e sua correlação com o câncer^5,7,8,29,49. Todavia, ainda é relativamente pouco conhecido o real efeito para a saúde humana causado por esses compostos presentes em baixas concentrações (ppb e ppt) na água de consumo humano.

Assim, a pespectiva do presente trabalho foi compilar os conhecimentos sobre os aspectos gerais da formação dos TAM na água tratada e seu significado toxicológico para a população humana.

Apesar de existirem trabalhos nacionais sobre o tema^{1,2,13,22,32,36,38,42,} percebe-se a necessidade de divulgar melhor as possíveis conseqüências da exposição a esses compostos. Para atingir tal objetivo, a presente atualização, realizada no MEDLINE, no período de 1974 a 1998, abrange informações geradas a partir da descoberta dos TAM na água de abastecimento, no que diz respeito a fontes de exposição humana, inclusive dados existentes sobre as concentrações desses compostos encontrados na água fornecida à população de São Paulo. Descreve-se, também, a disposição cinética dos quatro principais representantes dessa classe de contaminantes, o espectro dos efeitos tóxicos para exposições a longo prazo e baixas concentrações (efeitos: carcinogênico, mutagênico e teratogênico) e os níveis aceitos para exposições seguras.

FORMAÇÃO DE TRIALOMETANOS EM ÁGUA TRATADA

Os TAM são compostos de carbono simples, substituídos por halogênios e possuem a fórmula geral CHX₃, onde X pode ser cloro, bromo, possivelmente iodo, ou combinações a partir dos mesmos, como mostra a Tabela 2.

Aparecem, principalmente na água potável, como produtos resultantes da reação entre substâncias químicas que se utilizam no tratamento oxidativo (cloro livre) e matérias orgânicas (ácidos húmicos e fúlvicos) naturalmente presentes na água^19,38,41. Sua formação está, portanto, relacionada ao uso do cloro.

Os ácidos húmicos e fúlvicos, também denominados de precursores dos TAM, são resultantes da decomposição da vegetação. A maioria destes ácidos contém radicais cetona, que podem produzir halofórmios após a reação com o cloro^19,41.

Assim, os TAM resultam de uma reação que pode ser esquematizada da seguinte forma⁴¹:

Espécies halogenadas + Cloro livre + Precursores Þ TAM + Subprodutos

Vários fatores como a temperatura ambiente, pH do meio, concentração e tipo de cloro, características dos precursores e outros podem influenciar esta reação⁴¹.

Normalmente os TAM encontrados na água de abastecimento cloradas são as espécies cloradas e bromadas (Tabela 2). São predominantes os compostos 1 e 2; os compostos 3 e 4 são freqüentemente encontrados e os compostos 5 e 6 já foram detectados mas são menos comuns. Portanto, quando se faz referência aos TAM, na realidade estão sendo mencionados apenas os quatro primeiros compostos⁴¹.

ASPECTOS TOXICOLÓGICOS

Os TAM são normalmente encontrados juntos na água tratada e a soma aritmética das concentrações desses compostos, definida como trialometanos totais, tem sido utilizada na legislação de muitos países para o controle de águas de abastecimento público⁴¹.

Com relação a sua toxicidade, esta refere-se principalmente ao clorofórmio (CF), por ser o composto mais estudado e encontrado em maior concentração que os demais. É provável que os outros compostos halogenados do mesmo grupo (Tabela 2) tenham efeitos similares²⁸.

Fontes de Exposição

Desde a descoberta dos TAM , tem-se verificado que a exposição humana ocorre não apenas pela ingestão da água de abastecimento clorada. Quando esta é utilizada para trabalhos domésticos, a população estará também exposta durante a lavagem de roupas e louças, durante o banho ou qualquer outra atividade que utilize água tratada^4,28. Isso, em virtude da alta volatilidade que apresentam e predominância na sua lipossolubilidade.

Estudos experimentais indicam que a exposição ao CF, por inalação, durante um banho de ducha por 8 min, pode ser até 6 vezes maior do que pela ingestão da mesma água durante um período de 24 horas⁴. A água de piscina clorada é uma outra importante fonte de exposição aos TAM⁴⁸.

Uma vez presentes na água, esses compostos, em virtude de sua volatilização, podem se apresentar na forma gasosa, no ar ambiente. Medidas feitas em várias localidades dos Estados Unidos indicam concentrações médias de 37 ng/m³ para o bromofórmio (BF), 32 ng/m³ para o dibromoclorometano (DBCM) e 7,4 ng/m³ para o bromodiclorometano (BDCM)⁴⁸. Concentrações típicas de CF, em ambientes fechados, variam de 0,07-3,6 mg/m³. Já concentrações naturais em ambientes abertos nas zonas rurais , urbanas/suburbanas e em locais onde existam fontes de contaminação variam de 0,02-0,2; 0,2-3,4 e 0,2-13 mg/m³, respectivamente⁴⁸.

Os TAM já foram detectados em diversos alimentos e bebidas preparados com água clorada (sorvetes, sucos e refrigerantes)^4,28,44. Em estudo realizado na Inglaterra²⁸, analisando-se diversos tipos de alimentos, foram encontradas as seguintes concentrações de CF: 1,4 a 33 mg/kg em produtos lácteos; 1 a 4 mg/kg na carne; 2 a 10 mg/kg em azeites e óleos; 0,4 a 18 mg/L em bebidas e 2 a 18 mg/kg em frutas e verduras. É claro que as concentrações observadas não procedem apenas do composto gerado no tratamento da água, mas também por outras fontes de contaminação⁴⁶.

Entre nós, Fernicola & Azevedo¹³ ( 1984) determinaram as concentrações de TAM em amostras de água bruta, da água coletada nas estações de tratamento, nos reservatórios e nos pontos de distribuição de alguns sistemas de abastecimento do Estado de São Paulo, entre agosto e outubro de 1980. Observaram haver um aumento nas concentrações dos compostos detectados em função do tempo em que a água ficava armazenada. A Tabela 3 apresenta os resultados obtidos.

No período de 1985 a 1990, amostras da água distribuída a diversas cidades do Estado de São Paulo foram analisadas por Queiroz et al.³² (1994) no programa de avaliação toxicológica da qualidade da água, desenvolvido pela CETESB (Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental- São Paulo).Os valores expressos em TAMt estão apresentados na Tabela 4.

Mais recentemente, Tominaga⁴² (1998) analisou vinte amostras de água de abastecimento do Município de São Paulo, com a finalidade de comparar dois métodos de análise de TAM, previamente validados, de aplicação viável entre nós. Os resultados obtidos, para amostras coletadas por um período de 35 dias, estão apresentados na Tabela 5.

Disposição Cinética dos Trialometanos

Absorção

Os TAM são rapidamente absorvidos pelo trato gastrintestinal^47,48. O CF, após administração pela via oral, é rapidamente e quase completamente absorvido (tanto em animais de experimentação como no homem). A concentração sangüínea máxima de CF marcado (C¹² ou C¹³ ) é atingido dentro de 1 a 1,5 h após a ingestão⁴.

Na exposição humana por inalação, 60 - 80% de toda a quantidade de CF inalada é absorvida^4,46. A exposição a esse composto, em um ambiente contendo 13,2 - 31,8 g de CF/m³ de ar, durante 3 a 10 min., resultou numa absorção de 73%²⁸.

O CF pode também ser absorvido pela pele. Em estudo para se verificar a contribuição relativa da absorção dérmica e pulmonar, durante um banho de ducha, foi constatado que ambos os tipos de absorção são equivalentes (JO et al apud WHO⁴⁶,1994).

Distribuição

O CF absorvido entra rapidamente na corrente sangüínea e é transportado para os tecidos, após sofrer efeito de primeira passagem^28,30.

Devido à sua predominante lipossolubilidade, acumula-se em tecidos com alto teor lipídico, como o tecido adiposo, fígado e rins⁴⁸. Mc Cornnel et al. apud WHO⁴⁶, 1994, analisaram os níveis de CF em tecidos pós-morte de 8 pessoas (4 homens e 4 mulheres, com idades entre 48 a 82 anos) que viveram em áreas não industrializadas da Inglaterra. As concentrações de CF (mg/kg de peso seco) encontrados foram: tecido adiposo: 5-68 (média de 51), fígado: 1-10 (média de 7,2), rins: 2-5 e cérebro: 2-4.

O CF parece ser capaz de atravessar a barreira placentária, uma vez que já foi detectado no cordão umbilical em concentrações maiores que no sangue materno²⁸. No leite materno foi identificado, mas não quantificado, em amostras coletadas de 49 mulheres vivendo em áreas industriais em cidades da Pensylvania, New Jersey e Lousiana, nos Estados Unidos⁴⁶.

Biotransformação e Remoção

Um grande número de alcanos halogenados são biotransformados pelas enzimas P450 presentes nos sistemas microssômicos celulares. Este conjunto de enzimas é classificado, atualmente, de acordo com a seqüência de aminoácidos envolvidos na sua formação. Assim, para o tetracloreto de carbono, clorofórmio, diclorometano e 1,2 dicloropropano o sistema CYP2E1 é o responsável pela catálise nos processos de biotransformação hepática e possivelmente extra-hepática (rins e pulmões)^30.

Dentre os TAM, o CF é biotransformado no fígado levando a formação de fosgênio^4,15,46. O fosgênio pode reagir rapidamente com a água levando a formação de CO₂ e HCl^15,46. Uma outra via de biotransformação é a reação com a cisteína ou glutationa dando produtos secundários ou com macromoléculas intracelulares induzindo dano celular¹⁵.

O principal órgão de biotransformação do CF é o fígado⁴. Os rins possuem baixa atividade das enzimas que biotransformam os xenobióticos. Portanto, o dano renal observado como um dos efeitos tóxicos, causado pelo CF, poderia decorrer da formação de produtos tóxicos no fígado e transportados para os rins¹⁵. Entretanto, esta teoria é muito improvável, pois observa-se que o dano hepático não ocorre em paralelo com o renal. Além disso, a maior concentração das enzimas microssômicas nos rins encontra-se nas células epiteliais do túbulo proximal, onde ocorre necrose em maior intensidade após exposição ao xenobiótico. Isto indica que a biotransformação do CF pode ocorrer, também, nos rins¹⁵.

O etanol pode induzir o CYP2E1 potencializando a toxicidade do CF^30,33.

Em voluntários humanos foi verificado, após a administração de 500 mg de CF, a eliminação em média de 50% da dose administrada como CO₂ e 40% como CF inalterado no ar exalado, medidos durante 8 h após a administração. A quantidade de CF no ar expirado variou de 18 a 66%, dependendo da obesidade dos indivíduos⁴⁵.

Após administração intragástrica de DBCM a ratos e camundongos, a maior parte foi eliminada pelos pulmões, no ar exalado como CO₂ ou como composto inalterado³⁴.

Menos de 0,01% da dose administrada foi encontrada na urina, durante 8 h após a exposição ao CF³³.

Espectro dos Efeitos Tóxicos

A exposição aos TAM através da água de abastecimento tratada por cloração pode levar ao aparecimento de efeitos tóxicos sistêmicos decorrentes da alta freqüência, tempo prolongado e baixas concentrações (mg/L).

Os efeitos crônicos observados são caracteristicamente retardados, admitindo período de latência para a carcinogenicidade.

Assim, a hepatotoxicidade e a nefrotoxicidade, características desses compostos podem ser exacerbadas, mesmo para exposições a baixas concentrações, sendo que os efeitos de interação, principalmente com etanol^28,37,podem ser também importantes dentro do espectro dos efeitos tóxicos.

Todavia, é nos efeitos mutagênicos, carcinogênicos e teratogênicos que reside a importância maior desses compostos.

• Efeitos Mutagênicos - Segundo a "National Academy of Sciences"²⁷, na sua publicação relativa à água de abastecimento e saúde, o CF apresentou resultados negativos no ensaio de mutagenicidade utilizando Salmonella typhimurium TA-100. Sob as mesmas condições os outros TAM apresentaram resultados positivos²⁷.

O teste de Ames, aplicado a águas tratadas e não tratadas por cloração, apresentou resultados mostrando que aquelas que contêm TAM (tratadas) apresentavam mutagenicidade maior que as demais⁴⁴.

O CF induziu dano no DNA, mas não causou mutação em Saccharomyces cerevisiae, induzindo aneuploidia, recombinação mitótica ou conversão gênica. Foram também observadas aberrações cromossômicas nas células da medula óssea de ratos in vivo³³.

• Carcinogenicidade - Existem evidências suficientes indicando que o CF é carcinogênico para ratos e camundongos^{5,10,26,28,29,31,33,37,46,47,48} sem contudo haver qualquer indicação para o homem. Todavia, pode-se considerar que apresente risco para exposições humanas^33,37.

Segundo a "International Agency for Research on Cancer" (IARC)¹⁷ as evidências quanto à carcinogenicidade do CF para humanos são inadequadas, mas suficientes para animais, sendo portanto enquadrado no grupo 2B. O BDCM está enquadrado neste mesmo grupo e o DBCM e o BF estão enquadrados no grupo 3 onde as evidências para a carcinogenicidade são inadequadas para humanos e limitadas para animais^31,33,34.

O CF induz tumor maligno de rins em ratos machos, tumor de tireóide em ratos fêmeas e carcinoma hepatocelular em camundongos³³.

Foi observado um aumento da incidência de neoplasias em camundongos pela administração de 250 mg de clorofórmio/kg, via oral. Todavia, isso não foi observado para concentrações de 15 mg/kg³³.

• Efeitos teratogênicos e no sistema reprodutor - O CF mostrou ser teratogênico para ratos e camundongos em experimentos utilizando a administração pela via pulmonar³³. Foi observado que apresenta fetotoxicidade em experimentos utilizando-se ratos³³. Quando administrado durante os 6-15 primeiros dias da gestação, foram observadas anormalidades no desenvolvimento do sistema muscular e esquelético do feto³³.

• Estudos epidemiológicos - Diversos estudos epidemiológicos têm sido realizados^{3,7,8,17,28,29,49} a fim de se correlacionar a incidência de diversos tipos de câncer e a presença de TAM na água de abastecimento. Os dados obtidos sugerem que existe uma alta probabilidade da relação entre câncer de bexiga, cólon e reto e a ingestão desses compostos. Entretanto, nenhum dos trabalhos apresenta provas concretas.

A "National Academy of Sciences" ao avaliar uma revisão de treze estudos epidemiológicos chegou à conclusão de que apenas através desses não poderia estabelecer uma relação causal²⁷.

Aplicação de um Valor-guia

Como foi apresentado, os TAM, principalmente o CF, pode produzir efeitos adversos ao homem. Seria muito difícil calcular os níveis seguros de TAM presentes na água de consumo humano, em virtude da inexistência de estudos quantitativos adequados²⁸.

A Organização Mundial da Saúde recomenda um valor-guia de 30 mg/L para o CF na água potável, para um consumo médio de 2 litros diários. Tal concentração deverá produzir menos de um caso adicional de câncer a cada 100.000 habitantes durante toda a vida²⁸. Este resultado foi obtido aplicando-se um modelo estatístico em experimentos com ratos.

Após a adoção do limite máximo permitido (LMP) de TAM na água (100 mg/L), pela EPA, em 1979, outros países seguiram os Estados Unidos em relação à legislação, sendo adotados os limites de 350 mg/L no Canadá, 25 mg/L na Alemanha, 75 mg/L na Holanda e 10 mg/L na França⁴⁷.

No Brasil, a partir da promulgação da Portaria número 36, de 19/1/90, do Ministério da Saúde, foram estabelecidos novos padrões de potabilidade da água, os quais passaram a vigorar em 23/1/92. De acordo com essa legislação, o teor máximo permitido de TAMt em água potável foi fixado em 100 mg/L²⁴.

CONCLUSÕES

Pelo exposto, fica evidente que os subprodutos da cloração são carcinogênicos quando administrados a animais de experimentação, em concentrações muito maiores que as encontradas na água para consumo humano^46,48. Os dados epidemiológicos sugerem, mas não provam, que esses subprodutos possam aumentar a incidência de certos tipos de câncer na população humana^5,7,8,29,49. No momento, aceita-se a teoria de que existe uma alta probabilidade da relação entre câncer de bexiga, cólon e reto e a exposição a esses compostos presentes na água^21,35,46,48.

Certamente existe um risco associado a substâncias químicas utilizadas no tratamento da água; por outro lado, existe um enorme benefício em termos de saúde pública¹².

Desde o início do século XX, após a adoção de técnicas de tratamento como a filtração e cloração, a ocorrência de epidemias transmitidas por microrganismos presentes na água caiu a níveis muito baixos nos países que executam seus programas de saneamento, o que não se observa naqueles onde ainda existe carência desta medida¹². A Organização Mundial da Saúde constatou que 80% de todas as doenças que se alastram nos países do terceiro mundo, são provenientes de água contaminada^2,16. Desta forma, o benefício oferecido pelo tratamento da água é indiscutível, não obstante a existência de um risco de dano à saúde humana, neste caso aceitável.

Desde a sua descoberta, tornou-se claro que os TAM são apenas alguns dos subprodutos da cloração. Entretanto, como aparecem em concentrações maiores que os demais, sua presença pode funcionar como um indicador da existência dessas substâncias. Portanto, o controle dos TAM na água de abastecimento poderia auxiliar a reduzir os níveis de outros compostos originários da cloração^47,48.

No entanto, a controvérsia que cerca a formação dos TAM é cientificamente complexa, sendo muito difícil de se calcular as concentrações consideradas seguras. Assim, os limites máximos permitidos, citados na legislação de muitos países, estão sendo baseados em dados incompletos e dentro do possível para cada país, uma vez que o custo necessário para aumentar a eficiência do tratamento na remoção desses compostos e ou de seus precursores é elevado²⁰.

Correspondência para/Correspondence to:

Antonio F. Midio

Av. Prof. Lineu Prestes, 580 05508-900 São Paulo, SP - Brasil

E-mail: [e-mail]

Edição subvencionada pela FAPESP (Processo n 98/13915-5).

Recebido em 2.9.1998. Reapresentado em 20.12.1998. Aprovado em 5.2.1999.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  07 Ago 2001
• Data do Fascículo
  Ago 1999

Histórico

• Aceito
  05 Fev 1999
• Revisado
  20 Dez 1998
• Recebido
  02 Set 1998