Environmental biomonitoring of toxic and essential metals in amazonian ecosystems using animal tissues

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Universidade Federal do Oeste do Pará

Resumo

The Tapajós River basin is one of the prominent regions for mercury contamination from mining activities. It is worth mentioning that the element mercury is not the only heavy metal with potential harm to the health of Amazonian populations. Arsenic, cadmium, and lead are toxic metals known to be present in the region, either by anthropogenic or natural action. In addition to toxic forests, the risks of excessive consumption of even metals considered essential must be warned. This thesis presents four chapters that deal with the monitoring of toxic and essential metals in the Lower Amazon mesoregion. In chapter I, a review was carried out on the four toxic elements addressed in the thesis, namely Mercury, Arsenic, Lead and Cadmium. In chapter II, we determined the sensitivity and specificity of Hg detection performed with DMA-80 and whether these results are reliable compared to those obtained with the Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer (ICP-MS), which is the gold standard. The Bland-Altman analysis showed that DMA-80 showed a positive bias of 6.5% in relation to ICP-MS, which is more evident in samples with high Hg concentrations. DMA-80 was efficient in determining whether Hg levels exceeded the maximum allowable levels required by the European Union, USA and Brazil, with specificity and sensitivity above 95%. In chapter III, we considered the evaluation of the concentration of toxic metals, such as mercury (Hg), lead (Pb), cadmium (Cd) and arsenic (As), in muscle tissue samples from cattle belonging to six municipalities in the Lower Amazon region. In this study, the results of the calculation of daily intake of toxic metals (EDI), which represents the daily intake of toxic metals through the daily consumption of beef (71 g per person), in general, indicated that the concentrations of metals were slightly below the reference values (RfDo).The results of the analysis of the target risk quotient (THQ) and the multiple contaminant exposure data (TTHQ) revealed that the values of the four toxic elements were not associated with risks by isolated exposure (THQ<1). The city of Monte Alegre presented the highest concentrations of THQ and TTHQ for the metals As and Pb. However, in Itaituba and Oriximiná, the concentrations of toxic elements resulted in the highest THQ values of Hg and Cd, leading to a TTHQ of 0.06 to 0.02, respectively. The results of the present research indicate that beef from animals raised in the region is safe for consumption. In Chapter IV, we determined the concentrations of essential elements such as cobalt (Co), chromium (Cr), copper (Cu), iron (Fe), manganese (Mn), molybdenum (Mo), nickel (Ni), selenium (Se) and zinc (Zn) in liver tissue of cattle consumed in municipalities of the western region of Pará. We also assessed the risks arising from the daily consumption of these elements. The daily intake of bovine liver tissue calculations were higher than those established for the copper element in all municipalities evaluated. The EDI of Se and Zn remained above the values when the hepatic tissues from Oriximiná were evaluated The total target risk quotient (TTHQ) revealed that all municipalities, were exposed to the risks of excessive consumption of these minerals, indicating that the degree of accumulation of essential elements in cattle in the Amazon region presents a significant risk for the consumption of the local population.

Resumo

A bacia do rio Tapajós é uma das regiões de destaque para a contaminação por mercúrio proveniente de atividades de mineração. Vale ressaltar que o elemento mercúrio não é o único metal pesado com potencial malefício à saúde das populações amazônicas. Arsênio, cádmio e chumbo são metais tóxicos conhecidos por estarem presentes na região, seja por ação antrópica ou natural. Além das florestas tóxicas, é preciso alertar para os riscos do consumo excessivo até mesmo de metais considerados essenciais. Esta tese apresenta quatro capítulos que tratam do monitoramento de metais tóxicos e essenciais na mesorregião do Baixo Amazonas. No capítulo I, foi realizada uma revisão dos quatro elementos tóxicos abordados na tese, a saber, mercúrio, arsênio, chumbo e cádmio. No capítulo II, determinamos a sensibilidade e a especificidade da detecção de Hg realizada com DMA-80 e se esses resultados são confiáveis em comparação com aqueles obtidos com o Espectrômetro de Massa com Plasma Indutivamente Acoplado (ICP-MS), que é o padrão-ouro. A análise de Bland-Altman mostrou que o DMA-80 apresentou um viés positivo de 6,5% em relação à ICP-MS, o que é mais evidente em amostras com altas concentrações de Hg. O DMA-80 foi eficiente em determinar se os níveis de Hg excediam os níveis máximos permitidos exigidos pela União Europeia, EUA e Brasil, com especificidade e sensibilidade acima de 95%. No capítulo III, considerou-se a avaliação da concentração de metais tóxicos, como mercúrio (Hg), chumbo (Pb), cádmio (Cd) e arsênio (As), em amostras de tecido muscular de bovinos pertencentes a seis municípios da região do Baixo Amazonas. Neste estudo, os resultados do cálculo da ingestão diária de metais tóxicos (EDI), que representa ingestão diária de metais tóxicos por meio do consumo diário de carne bovina (71 g por pessoa), em geral, indicaram que as concentrações de metais estavam ligeiramente abaixo dos valores de referência (RfDo). Os resultados da análise do quociente de risco alvo (HQ) e dos dados de exposição a múltiplos contaminantes (TTHQ) revelaram que os valores dos quatro elementos tóxicos não foram associados aos riscos por exposição isolada (THQ<1). A cidade de Monte Alegre apresentou as maiores concentrações de THQ e TTHQ para os metais As e Pb. Entretanto, em Itaituba e Oriximiná, as concentrações de elementos tóxicos resultaram nos maiores valores de THQ de Hg e Cd, levando a um TTHQ de 0,06 a 0,02, respectivamente. Os resultados da presente pesquisa indicam que carne bovina proveniente de animais criados na região é segura para consumo. No Capítulo IV, foram determinadas as concentrações de elementos essenciais como cobalto (Co), cromo (Cr), cobre (), ferro (Fe), manganês (Mn), molibdênio (Mo), níquel (Ni), selênio (Se) e zinco (Zn) em tecido hepático de bovinos consumidos em municípios da região oeste do Pará. O EDI de Se e Zn manteve-se acima dos valores quando avaliados os tecidos hepáticos de Oriximiná. O HQ referente à ingestão de tecido hepático revelou risco quanto aos efeitos adversos em todos os municípios avaliados. O quociente de risco alvo total (TTHQ) revelou que todos os municípios estavam expostos aos riscos do consumo excessivo desses minerais.

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NUNES NETO, Osvaldo Gato. Environmental biomonitoring of toxic and essential metals in amazonian ecosystems using animal tissues = Biomonitoramento ambiental de metais tóxicos e essenciais em ecossistemas amazônicos utilizando tecidos animais. Orientador: Antonio Humberto Hamad Minervino. 2024. 111 p. Tese (Doutorado em Ciências Ambientais) - Instituto de Biodiversidades e Florestas, Programa de Pós-Graduação Sociedade, Natureza e Desenvolvimento, Universidade Federal do Oeste do Pará, Santarém, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufopa.edu.br/handle/123456789/2715. Acesso em: .

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