Dioksiinit

Dioksiinien rakenne

Polyklooratut dibentso-p-dioksiinit ovat kolmirenkaisia tasomaisia yhdisteitä, joissa kaksi bentseenirengasta on liittynyt kahdella happisillalla toisiinsa. Niissä on 1–8 klooriatomia, ja niitä on 75 klooriatomien suhteen toisistaan poikkeavaa kongeneeria (johdosta).
Polyklooratuissa dibentsofuraaneissa happisiltoja on vain yksi, toinen renkaiden välinen sidos on suoraan hiilestä hiileen. Niitä on 135 kongeneeria.
PCDD/PCDF-aineita on siis yhteensä 210 kongeneeria, joista 17 on myrkyllistä. Myrkyllisyys edellyttää kloorautumista asemiin 2,3,7 ja 8; klooreja voi olla enemmän, mutta voimakkuus pääsääntöisesti pienenee jokaisesta lisäkloorista. Kloorit asemissa 2,3,7 ja 8 myös estävät entsyymejä pilkkomasta PCDD/F-aineita; jos jokin näistä puuttuu, aine metaboloituu suhteellisen nopeasti. Tyyppiaine TCDD eli 2,3,7,8-tetraklooridibentso-p-dioksiini on yksi voimakkaimmista synteettisistä myrkyistä.
PCB-yhdisteitä on yhteensä 209, mutta niistä on dioksiininkaltaisia vain 12, neljä ei-orto -yhdistettä, joissa ei ole yhtään klooria orto-asemassa kahta bentseenirengasta yhdistävään hiili-hiili-sidokseen nähden (kaavassa kohdissa 2, 2', 6 tai 6'), sekä kahdeksan ns. mono-orto-yhdistettä. Dioksiininkaltaisten vaikutusten edellytyksenä on tasomainen rakenne, ja orto-kloorit estävät PCB-molekyyliä asettumasta tasomaiseen muotoon eli konformaatioon.
Erirakenteiset dioksiinit vaikuttavat kvalitatiivisesti samalla tavalla, mutta niiden välillä on 30 000-kertaisia voimakkuuseroja. Niiden vertaamiseksi on kehitetty ns. TEF-tekijä (Toxic Equivalency Factor), jonka avulla voidaan laskea seoksessa olevien aineiden yhteisvaikutus. Siinä eri aineet muutetaan laskennalliseksi TCDD:ksi ja voidaan laskea yhteen vähän samaan tapaan, kuin olut, viini ja koskenkorva voidaan laskea yhteen absoluuttisena alkoholina.

Dioksiinien muodostuminen

PCDD- ja PCDF-aineita ei tuoteta tarkoituksellisesti, vaan niitä syntyy epätäydellisen palamisen ja kloorausprosessien sivutuotteina. Merkittävimmät dioksiinien päästölähteet ovat Suomessa kaatopaikkapalot, metalliteollisuus ja puun pienpoltto.
Dioksiineja muodostuu myös esimerkiksi sellun ja paperin tuotannossa, jäteöljyn hävittämisessä ja jätteenpoltossa. Euroopan Unionin jätteenpolttodirektiivi on niin tiukka, että sitä noudatettaessa dioksiineja on vähemmän savukaasuissa kuin polttoaineessa.
Saastuneissa maissa vanhoilla saha-alueilla Suomessa on runsaasti dioksiineja. Ne ovat peräisin sinistymisen estoon käytetyistä fungisideista kloorifenoleista, joissa niitä oli epäpuhtautena.
PCB-yhdisteitä on käytetty kestävinä öljyinä moniin eri tarkoituksiin. Ne ovat seoksia, ja niissä on pieniä määriä myös dioksiininkaltaisia PCB-yhdisteitä ja mm. dibentsofuraaneja. Vaikka niitä ei enää käytetä, niitä on tuotteissa (esim. muoveissa) ja ympäristössä edelleen merkittäviä määriä.

Dioksiinien vaiheet ympäristössä ja elimistössä

Dioksiinit ovat kestäviä ympäristössä ja elimistössä – niiden puoliintumisaika ihmisen elimistössä vaihtelee vuodesta yli kymmeneen vuoteen. Ne ovat rasvaliukoisia, joten ne rikastuvat ravintoketjussa. Tästä syystä dioksiinit häiritsevät ravintoketjun huipulla olevien eläinten  kuten hylkeiden ja kotkien lisääntymistä. Toisaalta dioksiinit ovat niin huonosti vesiliukoisia ja takertuvat maa-ainekseen, että ne eivät juuri liiku saastuneista maista eivätkä joudu pohjaveteen. Ihmiselle tärkeimmät lähteet ovat Keski-Euroopassa liha ja maito, koska dioksiinit ovat levinneet laitumille savukaasuista. Suomessa suurin lähde on Itämeren kala, jossa on verrattain suuria pitoisuuksia, kun taas liha- ja maitotuotteet ovat hyvin puhtaita.
Hidas eliminoituminen ihmiselimistöstä ja pitkä puoliintumisaika tarkoittavat sitä, että vakiosaanti esim. ruoasta lisää elimistössä olevaa määrää hitaasti mutta jatkuvasti koko elämän ajan. Siksi 60-vuotiailla on elimistössään 5-10 kertaa enemmän dioksiineja kuin 20-vuotiailla. Toisaalta se tarkoittaa sitä, että ratkaisevaa on vain pitkä altistus, eikä suhteellisen suurikaan lyhytaikainen altistus esim. tapahtuneiden rehun saastumisepisodien aikana juurikaan muuta elimistön dioksiinimäärää. Siksi ei ole katsottu aiheelliseksi esim. rajoittaa kalan syöntiä erikseen raskauden aikana, vaan samat ohjeet pätevät kuin siihenkin asti.
Itämeren lohi sisältää EU:n raja-arvot ylittävän määrän dioksiinia. Suomella ja Ruotsilla on poikkeuslupa myydä arvot ylittävän määrän dioksiinia ylittävää kalaa.
Itämeren lohta ja taimenta tai isoa, yli 17 cm:n pituista silakkaa suositellaan syömään korkeintaan 1–2 kertaa kuussa.

Dioksiinien vaikutukset

Dioksiinien vaikutukset perustuvat ns. AH-reseptoriin eli "dioksiinireseptoriin". Tämä on soluissa oleva transkriptiofaktori, joka säätelee monien geenien ilmentymistä. AH-reseptoria stimuloivat myös monet muut vierasaineet, ja yksi sen keskeisistä tehtävistä onkin vierasaineiden metabolian kiihdyttäminen myrkyllisten aineiden poistamiseksi. Tämä tapahtuu indusoimalla useiden CYP-entsyymien ilmentymistä, esim. CYP1A1:n. Siten kohtuullinen AH-reseptorin stimuloituminen lienee hyödyllinen eikä haitallinen ilmiö ja sen tavoitteena on suojata elimistöä myrkkyvaikutuksilta. Voimakkaasta pitkäaikaisesta stimulaatiosta aiheutuu haittoja ja myrkkyvaikutuksia.
Dioksiinit eivät ole merkittävästi vaikuttaneet ihmiseen ravinnosta saadun altistuksen takia, koska ihmisen ruokavalio on monipuolisempi kuin hylkeiden ja merikotkien. Kalan sisältämien hyvien rasvahappojen takia kalan syömistä pidetään terveellisenä huolimatta sen mahdollisista suuristakin dioksiinipitoisuuksista. Dioksiinialtistuksen vähentämiseksi suositellaan kuitenkin syötävän mahdollisimman monipuolisesti eri alueilla kasvavia ja eri lajisia kaloja.

Haittavaikutukset

Dioksiinien havaittuja haittavaikutuksia ihmisissä ovat myrkytystapauksissa olleet klooriakne ja hampaiden kehityksen häiriintyminen. Vaikeiden pitkäaikaisten riisiöljyn saastumisesta aiheutuneiden PCB-myrkytysten (Yusho ja Yucheng) oireet lienevät myös pääasiassa dioksiininkaltaisia vaikutuksia. Näissä myrkytyksissä nähtiin hyvin monenlaisia kehityshäiriöitä, eniten erilaisia iho-oireita syntyvillä lapsilla.
Koe-eläimissä on havaittu painon putoamista jopa 50 prosenttiin sekä ruumiinlämmön laskua. Myrkytyskuolema on tyypillisesti viivästynyt, 1–3 viikkoa suuren annoksen antamisesta. Eri eläinlajien ja jopa -kantojen herkkyys dioksiinien akuutteihin myrkkyvaikutuksiin on tyypillisesti hyvin erilainen. Marsu on tuhansia kertoja herkempi kuin hamsteri, ja myös eri rottakantojen välillä voi olla tuhatkertaisia eroja (LD50 eli keskimääräinen tappava annos mainituilla lajeilla ja kannoilla on noin 1 mikrogrammasta yli 10 000 mikrogrammaan kilogrammaa kohti). Tämä on vaikeuttanut riskinarviointia. Suuret annokset aiheuttavat koe-eläimille hyvin monenlaisia toksisia vaikutuksia, herkimpiä näyttävät olevan erilaiset kehityshäiriöt. Näyttää myös siltä, että dioksiinit häiritsevät huomattavasti urossikiöiden sukupuolista kehitystä ja esimerkiksi myöhempää sperman tuotantoa.
Jo hyvin pieni dioksiiniannos (esim. TCDD:llä luokkaa joitakin kymmeniä ng/kg) lisää sytokromi P450:n alatyypin 1A1 aktiivisuutta; hieman suuremmalla annoksella aktivoituvat myös alatyypit 1A2 (maksassa) sekä 1B1. Suurehkoina annoksina dioksiinit aiheuttavat kateenkorvan surkastumista ja lisäävät eläinten alttiutta sairastua erityyppisiin infektiotauteihin heikentämällä immuniteettia. Sikiöt ovat huomattavasti aikuiseläimiä herkempiä tietyille dioksiinien vaikutuksille. Dioksiinit aiheuttavat epämuodostumia sikiöihin (esim. kitalakihalkio ja vesimunuainen). Rotilla erittäin pienillä annoksilla tuleva vaikutus on kolmannen poskihampaan kehityshäiriö tai jopa hampaan puuttuminen 1 mikrogramman suuruisella annoksella kiloa kohti emolle raskauden aikana annettuna.
TCDD on useita eri syöpiä aiheuttava eläinkarsinogeeni, ja syöpäriskiä on pidetty aikaisemmin sen keskeisenä riskinä. Kansainvälinen syöväntutkimuslaitos IARC on luokitellut sen syöpää aiheuttavaksi aineeksi (luokka A). Aine ei ole kuitenkaan mutageeninen. Eläinkokeissa syöpää aiheuttava kyky liittyy yleiseen toksisuuteen, ja monet tutkijaryhmät pitävät karsinogeenisuutta toissijaisena ja suuriannoksisen toksisuuden aiheuttamana, esim. happiradikaalien muodostumisen takia. Työtoksikologisissa tutkimuksissa se on osoittautunut suhteellisen heikoksi syöpää aiheuttavaksi aineeksi. Siksi Maailman Terveysjärjestön asiantuntijaryhmä katsoi vuonna 1998, että dioksiinien keskeisin riski ei ole syöpäriski vaan kehityshäiriöriski raskauden ja imetyksen aikana. Muita dioksiineja kuin TCDD:tä ei ole erikseen pystytty tutkimaan tarpeeksi, jotta niiden syöpävaarallisuutta ihmiselle voitaisiin arvioida.