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GEOMEDICINA E AGRONEGÓCIOGEOMEDICINA NO PARANÁ - 2009
substrato, um pró-carcinógeno pode tornar-se carcinógeno, como o
benzo[a]pireno que é convertido em epóxido de benzo[a]pireno, uma
substância altamente carcinogênica (NEBERT et al., 1991; PERERA, 1996;
SHIMADA e FUJI-KURIYAMA, 2005). Assim, cada indivíduo, dependendo
do grupo racial e da sua condição biológica normal ou modificada (herdada
de um dos pais ou adquirida após o nascimento), pode apresentar alguma
suscetibilidade a um determinado agente químico. Esta característica é
geralmente estimada por meio de um ou mais marcadores biológicos
(biomarcadores). Biomarcador pode ser definido como método, estrutura
ou processo que se encontra na via causal, ou intimamente ligado a esta,
entre o momento da exposição e a doença (por exemplo, em qualquer
etapa do processo carcinogênico) (BARTSCH, 2000).
Figura 14 - Espectro de linhas características de Raios X de uma amostra de
solo erodido. O espectro foi obtido com uso da técnica de indução de Raios
X por partículas (PIXE) com um feixe de prótons de 2,4 MeV de energia
incidente, corrente típica de 15nA e carga de 81C (CRUVINEL et al, 1993)
A Produção e os Elementos Minerais
Dentro de um ecossistema, o solo é o elemento que
desempenha a importante atividade de sustentar e alimentar
os vegetais, além de funcionar como reservatório de água
deste ecossistema. O que o solo contém, em si, é uma imensa
quantidade de formas de vida como vírus, bactérias, fungos,
algas, protozoários, nematóides, anelídeos, artrópodes
(WIKIPÉDIA, 2006) e elementos minerais.
A Figura 14 apresenta um espectro de linhas características
de Raios X, que ilustra a presença de elementos em uma
amostra de solo erodido. O espectro foi obtido com uso da
técnica de indução de Raios X por partículas (PIXE), com um
feixe de prótons de 2,4 MeV de energia incidente, corrente
típica de 15nA e carga de 81C.
O estudo do crescimento vegetal envolve a caracterização
de elementos minerais essenciais. Um nutriente essencial é
aquele sem o qual a planta não cresce normalmente, nem
completa o seu ciclo de vida, a menos que uma quantidade
mínima desse nutriente lhe seja suprida.
As culturas em meio arenoso propiciam às plantas um meio
físico de sustentação ao qual são adicionados os nutrientes.
Os nutrientes essenciais são requeridos pelas plantas em
determinadas quantidades, variáveis conforme a espécie e o
estado de desenvolvimento. Esses elementos encontram-se
nos solos em diferentes combinações químicas, sendo só
alguns desses passíveis de serem absorvidos pelas plantas.](https://image.slidesharecdn.com/fd14ea37-5dae-4b6e-a56c-ac5f0449f721-160601185957/85/Geomedicina_Parana_2010-abril-36-320.jpg)
![O dr. clima[1]](https://cdn.slidesharecdn.com/ss_thumbnails/odr-clima1-110310153954-phpapp01-thumbnail.jpg?width=640&height=640&fit=bounds)
Geomedicina_Parana_2010-abril
- 1. GEOMEDICINA NO PARANÁ Bonald C.Figueiredo Humberto C. Ibañez Organizadores junho 2009
- 2. 1 SUMÁRIO Apresentação............................................................. 2 11111 Geoquímica................................................................ 4 22222 Geomedicina e Agronegócio ........................... 29 33333 Sistema de Web Mapping ................................... 41 44444 Agrotóxicos e Câncer .......................................... 72 Referências ...............................................................89ISBN 978-85-61874-02-5 GEOMEDICINA NO PARANÁ - 2009
- 3. 2 GEOMEDICINA NO PARANÁ– DE UM PROJETO PIONEIROAPRESENTAÇÃO Em agosto de 2006 foi realizado em Curitiba o Simpósio Ciência e Tecnologia na Geomedicina, patrocinado pela Secretaria de Estado da Ciência, Tecnologia e Ensino Superior (SETI) do Paraná. Na ocasião foi divulgado o Projeto de Geomedicina, o primeiro em seu gênero do país, uma iniciativa do Instituto de Pesquisa Pelé Pequeno Príncipe e Mineropar. O interesse por esta pesquisa surgiu a partir da observação de que no Paraná ocorre o maior número de pessoas com o mesmo tipo de mutação da linhagem germinativa (R337H) no gene TP53, geralmente relacionada com o câncer de córtex adrenal em crianças e câncer de mama, fazendo-se necessário testar se há e quais são as prováveis influências do ambiente. Embora essa tenha sido a motivação inicial do projeto, é previsível que o projeto venha extrapolar as expectativas iniciais, dada a qualidade dos pesquisadores envolvidos e os avanços percebidos no Estado do Paraná que ocorreram tanto na área de pesquisa médica como no campo das geociências. Bernardino R. Figueiredo* Para quem testemunhou a riqueza das apresentações daquele evento e acompanhou à distância o desenvolvimento desse projeto, já era previsível que a publicação desta obra, organizada pelo Dr. Bonald C. Figueiredo e Humberto C. Ibañez, viria cumprir o importante papel pedagógico de mostrar o caminho para todos aqueles profissionais, cientistas e estudantes, que se interessam por essa fascinante área de pesquisa aplicada e interdisciplinar. Embora a relação entre Medicina e Geologia seja muito antiga, as experiências de pesquisa e ensino em Geologia Médica, no novo contexto emergente da revolução tecnológica e da crise ambiental global, são recentes em todo o mundo. Dessa circunstância resulta o imenso valor das experiências inovadoras do projeto e de sua apresentação ao público por meio da presente obra. Este livro está organizado em quatro capítulos resultantes da contribuição de vários autores, profissionais e cientistas de grande destaque em suas áreas de atuação. O Capítulo 1 é dedicado a explicar a abrangência do campo de pesquisa da geoquímica. Além de descrever a origem dos elementos e como se classificam do ponto de vista geoquímico, o artigo focaliza a relação entre ambiente e seres vivos enfatizando, entre outras, a questão da agricultura e produção de alimentos. São também descritos os métodos e técnicas em uso na geoquímica, desde a amostragem e as técnicas analíticas disponíveis, até a arte dos levantamentos geoquímicos, a delimitação de áreas de risco e os efeitos dos fatores naturais e antrópicos na saúde dos seres vivos.(*) Geólogo, Professor Titular do Instituto de Geociências, UNICAMP A APRESENTAÇÃOGEOMEDICINA NO PARANÁ - 2009
- 4. 3 O Capítulo 2explora as relações entre a geomedicina e a agropecuária. Já no início, o artigo revela a intenção dos autores de debater estratégias de pesquisa interdisciplinares que requerem atualmente a organização de programas cooperativos e de redes de pesquisa. Neste particular, a rede RIPA (Rede de Inovação e Prospecção Tecnológica para o Agronegócio), sustentada com recursos dos fundos setoriais, é descrita em detalhe. No âmbito da GeoMedicina no Paraná, essa estratégia contempla os assuntos relacionados com o uso do solo e da água em processos agropecuários, florestais e da agroenergia, de interesse para a saúde no meio rural e urbano. O Capítulo 3 descreve extensivamente a ferramenta tecnológica principal do projeto, que consiste no sistema de software Web Mapping no qual é possível a apresentação de mapas tirando proveito dos recursos da rede mundial de computadores, com forte ênfase na interação com os usuários da informação. O Capítulo 4 enfoca a instigante questão dos agrotóxicos e suas relações com o câncer. A relevância do tema advém do fato de que o Brasil é atualmente o terceiro maior consumidor de agrotóxicos do mundo e o Paraná ocupa o segundo ou terceiro lugar entre os estados brasileiros desde a década de 1980. É feita a previsão de que o projeto GeoMedicina irá unir dados dos grupos de pesquisa (gene, ambiente, câncer e bioinformática), que estarão completos como banco de dados e de processamento de dados pela internet até 2015, com o objetivo de contribuir para essa difícil tarefa que é a demonstração de nexos causais entre enfermidades e características ambientais. Esses capítulos constituem as quatro camadas de dados que devem ter inspirado a ilustração de capa deste livro. Quando combinadas e processadas resultam em informação privilegiada sobre as questões mais relevantes que estão sendo abordadas de forma criativa pelo Projeto de GeoMedicina no Paraná. Tudo isso faz desta feliz e oportuna iniciativa editorial um presente que pode ser apreciado tanto por especialistas das diversas áreas envolvidas e comprometidas com este tema, como por outros estudiosos e pelo público em geral. A APRESENTAÇÃOGEOMEDICINA NO PARANÁ - 2009
- 5. 4 1 GEOQUÍMICAGEOMEDICINA NO PARANÁ- 2009 GEOQUÍMICA Otavio Augusto Boni Licht Edir Edemir Arioli MINEROPAR - Serviço Geológico do Paraná Qualquer pessoa que queira investigar a medicina adequadamente deve proceder desta forma. (...) Devemos também considerar as qualidades das águas, porque elas diferem de umas às outras em gosto e peso, de modo que também diferem muito na sua qualidade. Hipocrates (460-377 A.C.) apud Selinus et al (2005) Desde o momento inicial, que deve ter ocorrido há cerca de 15 ou 16 Ga (bilhões de anos), o Universo encontra-se em expansão. Isso significa que o espaço entre os aglomerados e superaglomerados de galáxias está aumentando continuamente a uma velocidade de dezenas de milhares de quilômetros por segundo. Uma das teorias aceitas para o início do Universo é baseada no conceito de que há cerca de 15 Ga, um ponto único e singular com diâmetro infinitamente pequeno e densidade e temperatura infinitamente grandes reuniria toda a energia disponível. Esse ponto singular, previsto pela primeira vez por Alpher, Bethe e Gamow em 1948, teria se expandido de maneira violenta, num evento único e original denominado “Big Bang”. Em uma fração de tempo infinitamente pequena, toda a energia teria se expandido, gerando temperaturas elevadíssimas que teriam atingido bilhões de graus centígrados, produzindo doses enormes de radiação. Cerca de 100 segundos após, a temperatura já teria caído para 1 bilhão de graus e atingidas as condições para que as partículas subatômicas fundamentais como prótons, nêutrons e elétrons começassem a se combinar para formar os núcleos dos átomos de deutério (hidrogênio pesado). Esses teriam se combinado com mais prótons e nêutrons para formar os núcleos de hélio e quantidades pequenas de Li e Be. Com o resfriamento generalizado, teriam sido formadas imensas nuvens de gás (H e He), que por ação da gravidade teriam entrado em colapso. Isso teria provocado o aquecimento dos núcleos e a formação das estrelas. Por meio do processo denominado Nucleossíntese, o He daria origem ao C, que por sua vez originaria O, Ne, Mg, Si e outros elementos de massa atômica gradativamente mais elevada. Dessa forma, os elementos ultraleves como H e He foram formados logo após o “Big Bang”, e outros de maior massa atômica foram sendo sintetizados no interior das estrelas ou na explosão de supernovas. Essas teriam grande importância na abundância dos elementos, já que os processos que ocorrem no interior da estrela e durante sua explosão contribuiriam com parcelas significativas de elementos pesados (massa maior que o ferro: níquel, cobre, estanho, chumbo e zinco) lançados ao espaço e misturados ao meio interestelar. Estrelas formadas com tal mistura já contariam com elementos pesados e isótopos radioativos como U e Th, o que contribuiria para um enriquecimento gradativo do Universo em elementos de maior massa atômica. Nesse modelo de evolução, o Sistema Solar a que a Terra pertence teria menos que 5 Ga, mas formado quando o Universo já contava com 8 a 10 Ga.
- 6. 5 1 GEOQUÍMICAGEOMEDICINA NO PARANÁ- 2009 Assim, o nosso Sistema Solar seria o resultado de uma supernova com massa estimada em 8 vezes a do Sol a qual, em sua fase final, teria sintetizado os elementos pesados que hoje constituem o Sol e seus planetas (HAWKING, 1988). Em apenas 100 Ma, mais que 95% do material que hoje constitui o planeta Terra teriam se acumulado a partir do material disperso no espaço. Com o aumento da massa do planeta em formação e o acúmulo do material radioativo, a temperatura teria aumentado a ponto de ser alcançado o ponto de fusão que teria sido responsável pela diferenciação do material fundido de acordo com a densidade e afinidade geoquímica dos elementos. Esse processo teria sido responsável por uma grande divisão geoquímica do planeta, que pode ser representada por um núcleo com abundância de elementos pesados como Fe e Ni e uma crosta composta de elementos como Si e Al, de massa atômica menor. O processo de degaseificação - perdas gasosas - do planeta em formação e resfriamento, teria dado origem à camada de gases retidos pelas condições gravitacionais favoráveis e que constitui a atmosfera. No estágio atual de evolução do planeta Terra, das rochas que compõem sua crosta, uma grande parcela - 99,3% - é representada por apenas oito elementos químicos: O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K e Mg, denominados por isso de elementos maiores e são expressos em % em peso (Figura 1). Para os outros elementos naturais até o urânio, restam apenas 0,7%. Por isso e dependendo de sua abundância, esses 84 elementos são categorizados em menores, traços e ultra- traços. Os elementos menores, por exemplo Ba, F, Zr e Sr, são medidos entre 100 e 1.000 ppm (uma parte do elemento em um milhão de partes da amostra). Os elementos traços, como Be, Mo, Ge, Cu, Pb, Zn, As e a maioria dos Elementos Terras Raras (ETR), são medidos entre 1 e 100 ppm. Finalmente os elementos ultra-traços como Au, Pt, Pd e Hg são expressos em frações de ppb (partes por bilhão) ou ppt (partes por trilhão). É necessário mencionar ainda os isótopos produzidos no processo de decaimento radioativo dos elementos como U e Th. Alguns desses isótopos têm meia vida de frações de segundos. Os elementos associam-se para formar minerais, que são compostos químicos naturais com arranjo atômico ordenado, categorizados em classes químicas como óxidos (metais ligados a oxigênio), silicatos (metais ligados ao silício), sulfetos (metais ligados ao enxofre) e halogenetos (compostos de flúor, cloro, bromo e iodo). Figura 1 Os elementos mais abundantes nas rochas da crosta terrestre
- 7. 6 1 GEOQUÍMICAGEOMEDICINA NO PARANÁ- 2009 Os minerais associam-se para formar as rochas. Com base em diversas características como espécie, proporção e o arranjo dos minerais e seu processo de formação, as rochas são classificadas como ígneas, sedimentares e metamórficas. Por sua composição química, as rochas podem ser mais bem discriminadas, como ocorre com as rochas ígneas, que são divididas em ultrabásicas, básicas, intermediárias e ácidas. A necessidade de particularizar os processos geológicos e identificar os produtos, no entanto, deve convergir para a observação e o estudo do planeta Terra como um sistema complexo e dinâmico, no qual os materiais são transportados e modificados pela atuação de uma grande quantidade de processos que incluem fusão, cristalização, erosão, dissolução, precipitação, vaporização e decaimento radioativo (ROSE et al, 1979). O tempo de residência dos materiais naturais numa certa posição do sistema geológico pode mostrar enormes variações. Uma molécula de água, por exemplo, pode permanecer 100.000 anos numa geleira, 1.000 anos num aquífero, 7 anos num lago, 10 dias numa nuvem ou apenas algumas horas no corpo de um animal (MURCK et al, 1995). Essa permanência pode ser alterada pelas diversas condições ambientais que ocorrem nas várias posições do sistema, de acordo com a pressão, a temperatura e a disponibilidade de água e de oxigênio livre. Com base nesse critério simplificado, Rose et al (1979) caracterizaram dois grandes ambientes geoquímicos: o ambiente profundo e o de superfície. O ambiente profundo compreende as porções inferiores das crostas continental e oceânica, o manto e o núcleo. Nele predominam os processos magmáticos e metamórficos caracterizados por altas pressões e temperaturas, escassa circulação de fluidos e baixíssima disponibilidade de oxigênio livre. Os processos ígneos e metamórficos são característicos desse ambiente. Já o ambiente de superfície localiza-se na porção superior das crostas continental e oceânica, em contato direto ou quase direto com a atmosfera, hidrosfera, biosfera e tecnosfera. Caracteriza-se por baixas pressões e temperaturas, abundância de oxigênio e livre circulação de água. Os processos de erosão, sedimentação, diagênese precoce, dissolução, hidrólise e oxidação são típicos e exclusivos desse ambiente. A maioria dos processos biológicos e antrópicos se desenvolve sob essas condições. Ao observar a Terra com uma visão sistêmica, a existência, a disponibilidade dos constituintes geoquímicos dos materiais naturais e sua mobilidade e circulação de um ambiente para outro, podem ser expressas sob a forma de um grande ciclo. O modelo de ciclo geoquímico proposto por Mason (1960) e modificado por Fortescue (1967, apud FORTESCUE, 1992) considera não só as variáveis naturais como também as influências antrópicas e biológicas como agregadoras, captoras e mobilizadoras de elementos químicos (Figura 2).
- 8. 7 1 GEOQUÍMICAGEOMEDICINA NO PARANÁ- 2009 Figura 2 - O ciclo geoquímico (MASON, 1960, modif. FORTESCUE, 1967, apud FORTESCUE 1992) Já na primeira metade do século XX, diversos cientistas como Viktor M. Goldschmidt, Alexander Y. Fersman e Vladimir I. Vernadski estudaram, com uma visão sistêmica, as interações de matéria e energia no interior desse sistema complexo, e estabeleceram alguns conceitos fundamentais. Vernadski foi o primeiro a introduzir e sistematizar os conceitos. Dessa forma, o conjunto integrado dos diversos subsistemas denominados litosfera, hidrosfera, biosfera e atmosfera constituiriam um sistema aberto e de grande complexidade denominado geosfera. A maioria dos processos que se desenvolvem na geosfera, implica em interações e trocas que desempenham influências - mediatas ou imediatas - no quimismo dos seus componentes. Essas interações, genericamente denominadas processos geoquímicos, são responsáveis pelos mais diversos eventos naturais relacionados com a litogênese (processos de formação das rochas), pedogênese (processos envolvidos na formação do solo) e biogênese (processos relacionados com a geração e o desenvolvimento dos seres vivos). Quaisquer variações que ocorrerem no ambiente geoquímico, durante um processo de formação, deixarão marcas permanentes na estrutura dos indivíduos, bióticos ou abióticos. De maneira geral, quanto mais complexo for o ambiente geoquímico, mais marcadas e notáveis serão as diferenças e contrastes impressos na natureza (LICHT, 2001a). Os processos geoquímicos não ocorrem isolados e livres da influência das variáveis físicas ambientais como a pressão, temperatura e presença de água, as quais desempenham papel preponderante no seu ritmo e intensidade. Em contrapartida, todos os processos físico-químicos inerentes à atividade vital também imprimem forte impacto no meio físico. A atmosfera é o conjunto de camadas gasosas que envolvem a Terra e desempenha o papel de interface do planeta com o espaço. Cada uma dessas camadas, troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera, exosfera e ionosfera, tem suas características dependentes, principalmente, da pressão, temperatura e composição química. A camada mais interna, troposfera, é composta predominantemente por nitrogênio, oxigênio, argônio, hidrogênio e vapor d’água, faz o contato com os outros subsistemas terrestres e confina os fenômenos climáticos que os afetam.
- 9. 8 1 GEOQUÍMICAGEOMEDICINA NO PARANÁ- 2009 A hidrosfera é o subsistema constituído pelos oceanos, lagos, rios, água subterrânea, gelo, neve e vapor d’água atmosférico. Contém aproximadamente 1,4 x 109 km3 (1,4 x 1024 g) de água nos vários estados, a maioria dos quais armazenados nos oceanos. Por outro lado, as rochas também são grandes reservatórios de água. Silva (2006) enfatiza que se a quantidade de água nos minerais das rochas da crosta terrestre é de 4 a 6% e se a massa da crosta terrestre é de 2,3 x 1025 g, teoricamente existe uma quantidade de água nas rochas da crosta de 1,0 x 1024 g, equivalente à que existe nos oceanos. A litosfera tem uma espessura média de 100 km e inclui a crosta e parte do manto superior. É composta pelas placas litosféricas com espessura variando entre 60 km nos oceanos e 150 km nas áreas continentais. A litosfera repousa sobre a astenosfera, composta pelas rochas do manto superior em estado de fusão parcial e com características plásticas tais que permitem o deslizamento das placas litosféricas. Entre 400 e 650 km de profundidade, na zona de transição com o manto superior, as rochas voltam ao estado sólido. De 650 km até 2.900 km está o manto inferior que é responsável por cerca da metade da massa da Terra. Repousa sobre o núcleo que é composto por uma camada externa de material fundido com aproximadamente 2.300 km de espessura e de uma esfera sólida com 1.230 km de raio. Processos que ocorrem no núcleo e manto podem atuar até sobre as placas litosféricas e causar modificações no sistema como um todo (HUGGETT, 1995). A pedosfera definida por Mattson (1938, apud FORTESCUE, 1992), é a camada externa da litosfera em contato constante com a hidrosfera e a atmosfera e sede dos processos do intemperismo, formação do solo e principal suporte das atividades biológicas. A biosfera abrange o conjunto dos seres vivos que povoam a atmosfera, hidrosfera e pedosfera. Engloba desde animais e vegetais unicelulares como as bactérias e algas, até vegetais e animais superiores como as angiospermas, os mamíferos e entre esses, o homem. A espécie humana é essencialmente gregária e suas concentrações, por mais primitivas que sejam sob o ponto de vista tecnológico, sempre promoveram e promoverão impactos ambientais. Quanto mais avançado for o estágio de sofisticação tecnológica de um grupamento humano, mais diversificadas serão suas atividades, maiores serão as suas necessidades por suprimentos e mais complexa a composição química dos seus produtos e em decorrência, de seus dejetos de origem orgânica/biológica ou resíduos artificiais decorrentes de processos industriais. Por isso, o conceito de tecnosfera tem sido utilizado para identificar a porção da geosfera onde se fazem sentir os efeitos da presença do homem e de suas atividades. A tecnosfera não tem limites nítidos, permeando os diversos subsistemas da geosfera na forma de alterações climáticas globais, na destruição da camada de ozônio, na poluição de corpos d’água, de solos e das camadas inferiores da atmosfera, e mesmo nas alterações das características genéticas de animais e vegetais. O complexo sistema geoquímico natural é controlado pela presença, abundância e distribuição dos elementos e compostos químicos nas rochas, na forma de minerais que seriam os principais fornecedores do grande ciclo geoquímico. As interações rocha-água-ar e gases- radiação solar são as responsáveis pela geração da cobertura inconsolidada do planeta, representada pelo solo, sedimentos fluviais, lacustres e marinhos. Esses, por sua vez, são os responsáveis pelo suprimento dos nutrientes exigidos para o desenvolvimento sadio da biota.
- 10. 9 1 GEOQUÍMICAGEOMEDICINA NO PARANÁ- 2009 Figura 3 As interações entre os diversos componentes da geosfera: o sistema complexo do planeta Terra (MURCK et al, 1995) Goldschmidt (1954, apud FORTESCUE, 1992) apontou que o ciclo geoquímico se comporta como um laboratório de química analítica. À medida que as rochas são expostas às condições fisico-químicas do ambiente superficial, sob as quais são instáveis ou metaestáveis, começam a se transformar liberando três grandes conjuntos de materiais: resíduo insolúvel, minerais neoformados e estáveis sob as novas condições e uma carga iônica em solução. Os dois últimos são estruturados, formados ou liberados com base na valência (iônica) dos elementos. Assim, nos processos do intemperismo, a partir de óxidos, silicatos, sulfetos entre outros, são (neo)formados argilo-minerais, óxidos hidratados de Fe e Mn, carbonatos, cloretos, sulfatos, também com liberação de gases. A carga iônica em solução nas águas compreende cátions como Al3+ , Ba2+ , K+ , Mg2+ , Ca2+ , Cu2+ e ânions como F- , Cl- , SO4 2- , PO4 2- , CO3 2- . A mobilidade e a dispersão dos compostos e íons gerados por esses processos depende de diversos fatores, dos quais os mais importantes são a suscetibilidade dos minerais e compostos naturais aos agentes do intemperismo e à existência de barreiras geoquímicas (pH, sorção por argilo-minerais, hidróxidos de Fe-Mn, etc). Esses efeitos de mobilização e de dispersão agem não só sobre os produtos naturais como também sobre os compostos e resíduos produzidos pela ação do homem, em concentrações urbanas e ambientes industriais. A diferença fundamental entre os processos naturais e os ligados à ação do homem é que os primeiros obedecem a princípios geoquímicos rígidos caracterizados por Goldschmidt (1937, apud KRAUSKOPF, 1972), que propôs uma classificação baseada no comportamento geoquímico dos elementos. Essa classificação fundamentou-se em experimentos realizados com materiais naturais como meteoritos, rochas silicatadas e minérios sulfetados e materiais artificiais como escórias metalúrgicas. Os resultados desses estudos permitiram que Goldschmidt propusesse uma classificação geoquímica dos elementos, dividindo-os em: Siderófilos - com afinidade pelo ferro e se concentrando no núcleo da Terra, como Co, Ni, Mo, Au, Ge, Sn, C, P; Calcófilos - com afinidade pelo enxofre e concentrados nos sulfetos, como Cu, Ag, Zn, Cd, Hg, Ga, In, Tl;
- 11. 10 1 GEOQUÍMICAGEOMEDICINA NO PARANÁ- 2009 Litófilos - com afinidade pela sílica e concentrados na crosta terrestre sob a forma de silicatos, como Li, Na, K, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba; Atmófilos - presentes como gases na atmosfera, como H, C, N, O, He, Ne, Ar. Além desses quatro grupos, Goldschmidt (1937, apud LEVINSON, 1974) reconheceu também um quinto grupo de afinidade geoquímica: Biófilos - comumente encontrados nos organismos vivos, como C, H, O, N, P, S, Cl e I, assim como certos metais traço como: V, Cu, Mn e B. A classificação de Goldschmidt é eficiente para explicar a distribuição dos elementos menores e traço em minerais e rochas, principalmente para os elementos litófilos. No entanto, essa classificação é incompatível com os processos derivados da ação do homem, visto que eles não seguem quaisquer regras ou padrões naturais produzindo associações elementares exóticas, controladas pelo quimismo dos processos envolvidos nas atividades urbanas, industriais e agrícolas. (LICHT, 2001a) Mas, independentemente dessas diferenças, as alterações das condições normais do quimismo do ambiente superficial são resultantes, ou melhor, são um somatório dos efeitos gerados pelos processos naturais e pelos processos antrópicos. Entre as ações antrópicas, a agricultura é a que provoca os maiores impactos no quimismo ambiental, em virtude da extensão que ocupa e da quantidade e frequência de aplicação de insumos. No exame dos insumos agrícolas, é conveniente considerar em separado os fertilizantes e corretivos e os produtos denominados genericamente agrotóxicos. O Decreto Nº 4.954, de 14 de Janeiro de 2004 (BRASIL, 2004), define os seguintes termos: fertilizante: substância mineral ou orgânica, natural ou sintética, fornecedora de um ou mais nutrientes de plantas; corretivo: produto de natureza inorgânica, orgânica ou ambas, usado para melhorar as propriedades físicas, químicas e biológicas do solo, isoladas ou cumulativamente, ou como meio para o crescimento de plantas, não tendo em conta seu valor como fertilizante, além de não produzir característica prejudicial ao solo e aos vegetais Além disso, o mesmo Decreto considera apenas os elementos químicos nutrientes - elemento essencial ou benéfico para o crescimento e produção dos vegetais - classificando-os como macronutrientes (N, P, K), macronutrientes secundários (Ca, Mg, S) e micronutrientes (B, Cl, Cu, Fe, Mn, Mo, Zn, Co, Si). Não faz qualquer menção, entretanto, à existência de elementos nocivos ou tóxicos, pois fertilizantes e corretivos agrícolas são, na maior parte das vezes, produzidos a partir de materiais geológicos como fosfatos e calcários magnesianos (dolomitos), respectivamente. Dependendo de sua origem, fosfatos e calcários podem conter níveis consideráveis de elementos tóxicos, independentemente de aditivos introduzidos durante seu processamento industrial. Materiais naturais ricos em potássio, como salitre do Chile e trona, utilizados como matéria prima desses fertilizantes, são enriquecidos em Ba, Pb, Na, Rb, Cs e Tl. Os fosfatos, também utilizados na manufatura desses produtos, provêm de carbonatitos que são naturalmente enriquecidos em Al, Na, Zr, Ti, Nb, Ta, F, P e ETR ou de depósitos sedimentares de fosforitas (ROSE et al, 1979). Nas fosforitas pode ocorrer o enriquecimento em diversos elementos como V, As, Si, Mn, Cr, U e ETR. A abundância de elementos traço nas rochas fosfáticas pode ser explicada de duas
- 12. 11 1 GEOQUÍMICAGEOMEDICINA NO PARANÁ- 2009 maneiras: as concentrações de Ag, As, Mo, Ni, Zn, Cr, Cu, Sb, Se e Cd são principalmente atribuídas à matéria orgânica, enquanto que as de Sr, Th e ETR são vinculadas ao retículo da apatita. Já o V e o U podem estar associados tanto ao retículo das apatitas, quanto à matéria orgânica (KRAUSKOPF, 1972). No que concerne aos agrotóxicos, são produtos sintetizados pela indústria química, aplicados à lavoura no sentido de inibir a ação de pragas como insetos e ervas daninhas ou então para a preservação de estoques de sementes. As substâncias químicas resistentes ao metabolismo, em especial o da microflora, têm uma elevada persistência ambiental. Muitos compostos halogenados se situam nessa categoria e, por conseguinte, adquirem um certo grau de prioridade nas investigações sanitárias. Pesticidas organoclorados, agora com uso proibido, tiveram aplicação continuada e intensiva por quatro a cinco décadas, principalmente nas lavouras do café e do algodão. Resíduos desses produtos permanecem no ambiente por décadas, na forma de um estoque geoquímico que é lenta e progressivamente liberado. Apesar da proibição de aplicação de compostos organoclorados na agricultura, estabelecida na legislação brasileira, é necessário lembrar que esses compostos apresentam características de elevada persistência no ambiente (Tabela 1). A liberação dos componentes dos princípios ativos de pesticidas organoclorados, acumulados durante anos de aplicação na agricultura, é feita lentamente a partir do estoque armazenado nos sedimentos de fundo dos cursos d’água, onde tais compostos orgânicos se fixam às argilas por mecanismos de sorção (Tabela 2) . Os teores dos pesticidas analisados (SUREHMA, 1984) foram Produto Tempo (anos) Tempo médio (anos) DDT 4 - 30 10 BHC - 3,5 ALDRIN 1 - 6 3,0 DIELDRIN 2 - 25 8,0 LINDANE 3 - 10 6,0 HEPTACLORO 3 - 5 3,0 Tabela 1 – Persistência dos pesticidas clorados no solo (tempo para eliminação de 95% dos resíduos) Fonte: Lanini (1975, apud MARZOCHI et al, 1976) magnificados nos sedimentos retidos nas estações de tratamento, deixando muito evidente que os compostos perniciosos liberados por um estoque ambiental são eletricamente ligados aos suspensóides de argilas, óxidos hidratados de ferro, manganês, alumínio e matéria orgânica. A população rural geralmente se abastece de água em fontes domésticas como açudes, cacimbas e poços freáticos. Esses mananciais e aquíferos, ao atravessarem extensas áreas de agricultura, recebem a carga de drenagem plúvio-fluvial de campos impregnados por diversos produtos, entre os quais os pesticidas. Antes do consumo humano, essas águas sofrem apenas um processo incipiente de decantação e filtragem com equipamentos domésticos de baixa eficiência. Já a população de áreas urbanas, abastecida com água tratada, tem uma menor exposição a esses agentes, visto que há uma redução significativa dos níveis de pesticidas nos processos de tratamento de água para abastecimento público. Esse fato foi demonstrado em pesquisa realizada por Medeiros et al (1984).
- 13. 12 1 GEOQUÍMICAGEOMEDICINA NO PARANÁ- 2009 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 BHC 0,0048 2,040 0,560 0,0027 0,0043 1,020 0,480 0,0025 0,005 1,020 1,790 0,0028 DDT 0,0055 28,600 254,10 ND 0,0047 8,800 8,800 0,0003 0,0013 46,200 49,500 ND Lindane 0,0135 ND ND 0,0007 0,003 ND ND 0,0013 0,0046 0,350 ND 0,0013 Clordane ND ND ND ND ND ND ND ND ND ND ND ND Aldrin 0,0007 0,900 1,180 0,0005 ND 0,760 0,670 0,0003 ND 0,420 0,340 0,0003 DDE 0,0005 3,460 2,590 ND 0,0013 2,360 0,940 ND ND 2,120 2,510 ND Endrin ND 0,770 1,870 ND ND ND ND ND ND 0,880 1,050 ND Dieldrin ND 4,160 2,290 ND ND 3,940 1,970 ND ND 2,790 2,300 ND TDE ND 9,050 6,670 ND ND 3,600 4,230 ND ND 1,800 7,190 ND Heptachlor ND ND ND ND ND ND ND 0,0002 0,0023 ND ND 0,0023 Notas: 1=água bruta; 2=lodo in natura; 3=lodo ETA; 4=água tratada. As colunas 1 e 4 representam médias dos teores de quatro amostras quinzenais (1a e 2a quinzenas de abril/83; 1a e 2a quinzenas de maio/83). Limite de detecção = 0,001 mg/l. ND=dado não disponível Fonte : modif. SUREHMA (1984) Tabela 2 – Teores de resíduos de inseticidas analisados no período março-abril-maio de 1983 (expressos em mg/l) em três municípios selecionados Bandeirantes Campo Mourão Umuarama PESTICIDA A geoquímica e os seres vivos Desde há muito tempo, pesquisadores identificaram a íntima relação entre o quimismo do ambiente natural com os seres vivos. Vinogradov (1959) identificou uma significativa importância da geoquímica na biologia, caracterizando uma lista de elementos raros com funções fisiológicas conhecidas, bem como outras substâncias acessórias - vitaminas, hormônios e enzimas - que contêm na sua composição um ou mais elementos químicos, tais como a hemocuprina que contém Cu, o hormônio da glândula tiróide com I, a vitamina B12 com Co, dentre outras. Salientou que as conexões entre a vitalidade das plantações, a sanidade humana e dos animais domésticos com a ocorrência de diversos elementos no solo estavam se tornando claras, enfatizando que tinha dirigido suas pesquisas para a dependência entre províncias geoquímicas e doenças endêmicas, especialmente evidentes em regiões com excesso ou carências dos elementos no solo ou nas águas. Por esse motivo, suas investigações tinham interesse particular na região da ciência que denominou de ecologia química.
- 14. 13 1 GEOQUÍMICAGEOMEDICINA NO PARANÁ- 2009 Webb (1975) salientou que a importância dos elementos traço para o cultivo e na nutrição do gado já havia sido reconhecida há muitos anos. As amplitudes ótimas de teores no solo ou nas pastagens são normalmente faixas muito estreitas e a deficiência e/ou excesso de metais como o cobre, zinco, molibdênio, cobalto, selênio, ferro, manganês e cromo podem levar ao fracasso do plantio ou à morte dos animais. Xuejing Xie (1996) enfatizou que a vida na Terra se desenvolveu e evoluiu na presença de todos os elementos químicos naturais em condição de normalidade, carência ou abundância. Essas condições dependem das características geoquímicas, climáticas e morfológicas da região em questão. Além disso, a quantificação do conteúdo dos elementos químicos vem evoluindo nas últimas décadas, com técnicas analíticas que hoje alcançam, para alguns elementos químicos, frações de parte por bilhão. Dessa forma, relações antes não-identificáveis entre a ocorrência de moléstias e os níveis de presença de elementos químicos podem se tornar claras pelo aumento da quantidade de elementos determinados, acompanhado da redução dos limites inferiores de detecção dos modernos métodos analíticos instrumentais. A identificação da relação de causa-efeito entre abundância ou carência de elementos químicos em uma região e sua atribuição como causa da etiologia de uma moléstia é bem mais sutil e específica. Há diversas formas de ocorrência dos elementos químicos nas rochas, solo, sedimentos ou águas (Figura 4). Quanto mais lábeis ou solúveis forem essas espécies químicas, maior a possibilidade de serem absorvidas pelos seres vivos e assim agregadas à cadeia biológica. Figura 4 - Formas e espécies químicas possíveis de ocorrer em materiais naturais como rochas, solos, sedimentos e águas fluviais (modif. JOHN & LEVENTHAL, 1995) É fundamental considerar que a ocorrência de teores elevados de um elemento químico não significa uma relação direta entre esse elemento e a ocorrência de uma alteração na sanidade dos seres vivos (Figura 5). Dependendo do elemento, da intensidade da dose, do período de exposição e absorção, e das condições específicas do organismo alvo, os efeitos podem variar desde as condições de debilidade e morte por carência ou intoxicação (crônica ou aguda) passando pela condição ótima da sanidade.
- 15. 14 1 GEOQUÍMICAGEOMEDICINA NO PARANÁ- 2009 Figura 5 - Processo natural de transformação de elementos químicos presentes nos minerais e rochas (geodisponibilidade) em formas químicas biodisponíveis e assimiláveis pela cadeia biológica Para que sejam identificadas e quantificadas as formas e espécies químicas passíveis de absorção, é necessário coletar amostras especialmente planejadas e adotar técnicas de laboratório específicas e suficientemente sensíveis. Meios amostrais No planejamento de investigações dirigidas ao conhecimento das relações de causa-efeito da geoquímica e saúde, não é razoável que sejam coletadas amostras de materiais onde os elementos estejam presentes em formas e espécies químicas inertes ou estáveis, como amostras de rocha sã. Os meios amostrais mais adequados são solos, sedimentos e águas fluviais e subterrâneas. Nesses tipos de materiais, os elementos já foram liberados pelos agentes naturais do intemperismo (radiação solar e pluviosidade) e são passíveis de absorção pelos organismos a eles expostos. Obviamente, as águas fluviais e subterrâneas são os meios mais adequados para coleta, já que os elementos químicos estão solubilizados, tanto na forma iônica quanto como particulados tão finos que são não retidos ou eliminados por tratamentos ou equipamentos simples de filtragem. Técnicas analíticas As técnicas analíticas disponíveis para a análise química de solos, sedimentos e águas visando à fração disponível dos elementos são muito abrangentes, precisas e acuradas. São abrangentes por serem capazes de determinar grande quantidade de elementos ou compostos químicos; são precisas por serem capazes de reproduzir resultados na reanálise da mesma amostra; e são acuradas pela elevada sensibilidade em determinar teores extremamente baixos de elementos ou compostos que atingem a casa de ppb.
- 16. 15 1 GEOQUÍMICAGEOMEDICINA NO PARANÁ- 2009 Nesse complexo conjunto tecnológico, ocupam lugar especial reagentes químicos como o EDTA (ácido etileno-diamino tetra acético) utilizados para atacar as amostras, extraindo apenas as frações bio-disponíveis. Para a determinação dos metais (cátions), estão disponíveis as técnicas instrumentais de laboratório como a espectrografia ótica de plasma induzido ICP-AES e a espectrografia de massa com plasma induzido ICP-MS, e para a determinação de ânions, a cromatografia iônica. Como técnicas adicionais, existem equipamentos portáteis para a determinação de diversos parâmetros como pH, potencial redox (Eh), salinidade, sólidos totais dissolvidos, oxigênio dissolvido, turbidez e temperatura na própria estação de coleta. Abrangência da investigação Para os levantamentos planejados para investigar grandes regiões, é necessário que seja adotada uma metodologia que permita a cobertura mais homogênea possível, executada no menor período de tempo, de forma a minimizar o efeito das variações sazonais de pluviosidade e temperatura. Nesses casos, a metodologia mais adequada e utilizada é a coleta de amostras de sedimentos e águas fluviais. Essas amostras não representam apenas o ponto onde foram coletadas, mas toda a bacia hidrográfica a montante (em direção às cabeceiras). Dessa forma, amostras de sedimento ou água fluvial são uma média muito representativa das características geoquímicas dos materiais e processos naturais e/ou antrópicos que ocorrem na bacia delimitada pelo ponto de coleta até as cabeceiras da rede hidrográfica (Figura 6). Figura 6 A amostra coletada (triângulo vermelho) representa uma bacia (contorno vermelho). O teor de um metal obtido nesse ponto representa uma média dos materiais contidos na bacia, liberados e transportados e passando pelo ponto no momento da coleta da amostra Para que os resultados obtidos sejam comparáveis, é fundamental que as bacias amostradas tenham áreas de captação semelhantes. É necessário considerar, entretanto, que a forma e o traçado da rede hidrográfica são controlados por diversos fatores como a permeabilidade, a porosidade e a erodibilidade das rochas, estruturas geológicas como fraturamento e falhamento, declividade e pluviosidade, entre outros. Assim, as bacias terão dimensões semelhantes na média, mas jamais será obtido um valor idêntico para todas as áreas de captação.
- 17. 16 1 GEOQUÍMICAGEOMEDICINA NO PARANÁ- 2009 Levantamentos geoquímicos A caracterização das condições normais e as anormais do quimismo ambiental e a sua posição geográfica é um instrumento de grande auxílio na investigação de riscos sanitários. Para que isso seja possível, é necessário lançar mão de técnicas de coleta de amostras que possibilitem a cobertura homogênea, homogeneidade e representatividade. Para atender essas exigências e também que seja representada a fração disponível e absorvível dos elementos químicos pela cadeia alimentar, é usual que sejam coletadas amostras de águas fluviais. Cada amostra de água fluvial representa uma bacia hidrográfica situada desde o ponto de coleta da amostra até as cabeceiras daquele curso d’água (Figura 6). Dessa maneira, a composição química da amostra de água é a composição química média daquela bacia hidrográfica. Assim, coletando amostras de águas fluviais provenientes de bacias hidrográficas com área de captação semelhantes, é possível representar com fidelidade as características geoquímicas de um grande território num breve espaço de tempo. A determinação da concentração de elementos e compostos químicos na água fluvial deve ser feita com técnicas analíticas acuradas e precisas e representará a fração passível de absorção pela flora e fauna. A representação dos resultados dos levantamentos geoquímicos é feita por meio de mapas geoquímicos nos quais são representadas as variações dos teores dos elementos, íons ou compostos químicos por meio de Figura 7 - Mapa geoquímico do Cl- (mg/L) nas águas da rede hidrográfica do Estado do Paraná. A gradação de cores desde frias (cinza) até quentes (vermelho) acompanha o aumento dos teores do elemento representado gradação de cores. As cores quentes (amarelo, laranja e vermelho) correspondem aos teores elevados e as cores frias (tons de cinza e de azul) representam os teores baixos (Figura 7). Amostras de sedimentos fluviais podem ser coletadas com a mesma finalidade e técnica e por isso terão a mesma representatividade, mas a determinação da concentração dos elementos químicos deverá ser feita com uso de técnicas analíticas capazes de liberar apenas a fração facilmente solúvel e biodisponível (Figura 8).
- 18. 17 1 GEOQUÍMICAGEOMEDICINA NO PARANÁ- 2009 Figura 8 - Comparação dos teores obtidos em dois levantamentos. Em cima, a distribuição dos teores de bário nas águas fluviais (biodisponível e assimilável), no centro a distribuição dos teores de bário nos sedimentos fluviais (não-disponível e não-assimilável) e, embaixo, a distribuição dos teores de bário nos solos-horizonte B (não-disponível e não-assimilável) do Estado do Paraná (LICHT, 2006) Esses levantamentos geoquímicos devem ser repetidos periodicamente, para não só confirmar a existência dos desvios da normalidade do quimismo ambiental, também denominadas anomalias geoquímicas, como também possibilitar um acompanhamento e monitoramento das condições ambientais ao longo do tempo. Na fase de interpretação dos mapas geoquímicos e sua relação com as questões sanitárias, é interessante que seja escolhida uma cor que possibilite a imediata identificação das regiões onde ocorram valores maiores que os limites legais de ingestão, configurando assim as regiões de risco sanitário de um elemento ou composto químico. Os levantamentos geoquímicos na identificação de áreas de risco à saúde Como já foi examinado, independentemente de sua origem, a presença excessiva ou a carência de elementos químicos pode agravar a saúde da maioria dos organismos. Esses efeitos ocorrem de maneira diferente de acordo com as particularidades do organismo exposto, a extensão da exposição e a intensidade da dose. Nesse sentido, é importante salientar que a saúde dos seres vivos pode ser agravada tanto por fontes de origem natural (geológica) quanto fontes de natureza antrópica (industrial, agrícola, urbana). Efeitos agudos relacionados a fontes de origem geológica estão associados a fenômenos catastróficos como terremotos e erupções vulcânicas como as erupções do Tambora em 1815, Krakatau em 1883, Mont Peleé em 1902 e Nevado del Ruiz em 1985. A erupção do vulcão Pinatubo, Filipinas ocorrida em junho de 1991, teria
- 19. 18 1 GEOQUÍMICAGEOMEDICINA NO PARANÁ- 2009 ejetado 10 bilhões de toneladas de magma e introduzido no ambiente 20 milhões de toneladas de SO2 , 800.000 t Zn, 600.000 t Cu, 550.000 T Cr, 100.000 t Pb, 1.000 t Cd, 10.000 t As, 800 t Hg, 30.000 t Ni (GARRET, 2000, apud SELINUS et al, 2005). Usando a pluma da erupção de 1976 do Monte Etna, foi estimada a emissão diária de 360 kg Pb, 110 kg As, 75 kg Hg e 28 kg Cd além de Cu, Zn, Se e muitos gases (WEINSTEIN e COOK, 2005). Alguns efeitos patológicos agudos podem ocorrer associados a esses eventos como dermatites, irritações de mucosas respiratórias, edemas pulmonares, conjuntivites provocados pela inalação de SO2 e H2 S e compostos de flúor, entre muitos outros (WEINSTEIN e COOK, 2005). Têm sido investigadas e relatadas as fluoroses dentárias agudas desenvolvidas nas populações das vizinhanças dos vulcões Marum e Benbow na ilha de Ambryn, Vanuatu, como apresentado por Crimp et al (2006). Mas, excetuando-se esses fenômenos eventuais e que mostram a força e a violência da natureza, os agravos à saúde causados por fontes geológicas normalmente estão associados a moléstias de características endêmicas, cuja etiologia é definida pela exposição longa e continuada a doses pouco elevadas ou então à carência dos elementos na natureza. São bastante conhecidos os efeitos da ingestão de doses de arsênio pelo consumo da água subterrânea em diversas regiões do mundo como Bangladesh, Bengala Ocidental na Índia, Argentina, China, Taiwan, Hungria e Romênia. A arseniose manifesta-se como dermatoses, hiperqueratoses e câncer de pele desenvolvidos pela ingestão de arsênio, especialmente das formas arsenito As3+ e arsenato As5+ , dissolvidas na água (SMEDLEY e KINNIBURGH, 2005). Da mesma forma, a fluorose dentária e as deformidades ósseas provocadas pela ingestão continuada de doses elevadas do íon fluoreto F- , são relatadas em diversas regiões do mundo. China, México, Índia, Argentina, Sri Lanka e o Rift Valley na região oriental da África são exemplos constantemente citados na literatura (EDMUNDS e SMEDLEY, 2005). Outras moléstias endêmicas relacionadas com a disponibilidade de elementos químicos na natureza são Keshan (cardiomiopatia) e Kashin Beck (osteoartrose degenerativa), ambas devidas à deficiência em selênio; diversas manifestações de intoxicação por selênio como a perda de pelos, deformidades das unhas, hálito e suor com cheiro de alho (FORDYCE, 2005); bócio endêmico relacionado com a falta de iodo na dieta, fortemente associada com as populações de regiões mediterrâneas, fora da influência dos aerossóis marinhos e dieta baseada em frutos do mar ricos em iodo (FUGE, 2005) Finalmente, poeiras extremamente finas (< 10 μm) e gases gerados por tempestades de areia nos desertos de diversas partes do mundo como Mongólia, Sahara, Namíbia, e por erupções nos diversos cinturões de vulcanismo, são dispersados e transportadas por fortes ventos de altitude (jet-streams) e, assim, capazes de atravessar enormes distâncias produzindo efeitos em populações distantes das fontes. São conhecidos os exemplos de nuvens de poeiras transportadas desde o Marrocos e a Mauritânia, no Sahara do norte da África, e que atingiram a Holanda, Grã Bretanha, norte da Alemanha e Dinamarca, e conseguindo até cruzar o Atlântico chegando até Cuba (DERBYSHIRE, 2005).
- 20. 19 1 GEOQUÍMICAGEOMEDICINA NO PARANÁ- 2009 Já os efeitos da ação humana podem ser tanto agudos quanto crônicos. Entre os de ação aguda, podemos exemplificar com os acidentes ambientais catastróficos ocorridos nos vazamento de 40 toneladas de gases tóxicos da fábrica da Union Carbide em Bhopal, Índia (GREENPEACE, 2007) ou o acidente com a planta de energia nuclear de Chernobyl, na fronteira Belarus - Ucrânia (DEZA, 2007), cada qual responsável por muitas centenas de mortes imediatas, sequelas em milhares e contaminação ambiental severa e persistente. Entre os de ação crônica, estão as exposições de longa duração e há uma enorme gama de possibilidades, entre as quais salientam-se os efeitos da agricultura. Marzochi et al (1976), focalizando a região norte do Estado do Paraná, ressaltaram que evidências originadas de experimentos com vários pesticidas utilizados indiscriminadamente na agricultura, principalmente os do grupo dos organoclorados, permitiram concluir que esses princípios ativos exercem papel importante na indução da hepato- carcinogênese (câncer de fígado). Os compostos organoclorados e bromados são altamente lipossolúveis, estão fortemente enlaçados às proteínas dos tecidos, ou podem ser objeto de recirculação enterohepática, com uma consequente excreção lenta que pode se traduzir em acumulação no organismo (OPS, 1980). É fato bastante citado na literatura que “Mesmo em quantidades baixas, os resíduos dos compostos organoclorados são sempre prejudiciais, pois podem se acumular no organismo, causando, a longo prazo, distúrbios nervosos, geração de crianças defeituosas e câncer”. (SUREHMA, 1984). Diversos autores citados por Marzochi et al (1976), constataram o efeito carcinogênico dos inseticidas, principalmente os organoclorados. Dentre eles, Davies (1973, apud MARZOCHI et al, 1976) enfatiza que o Carcinoma Hepático Primário é, de todas as neoplasias internas, a mais relacionada com as causas ambientais. Na agressão ao fígado por compostos químicos tóxicos, a circulação enterohepática desempenha papel importante. Esse processo fisiológico tem importância porque permite a recirculação e reutilização dos produtos endógenos da excreção biliar. Nesse processo, um composto excretado com a bile para o sistema gastrointestinal é reabsorvido, retorna ao fígado, de onde é excretado novamente pelo conduto biliar, repetindo-se o ciclo. Não obstante, quando um composto estranho participa da circulação enterohepática, sua eliminação do organismo requer seu traslado às fezes ou ao sangue periférico. Portanto, a circulação enterohepática de um composto estranho, serve para realçar sua retenção no corpo e, em decorrência, amplificar seus efeitos (OPS, 1980). Foi apresentada por Licht (2001a) a existência de altos teores de Cl- e Br- nas águas fluviais da região denominada de Norte Pioneiro, Estado Paraná, coincidentes com a extensa área onde o cultivo de algodão e de café foi iniciado na década de 1940, e persistiu por algumas décadas. Essa concentração elevada de cloretos e brometos nas águas fluviais no norte do Estado do Paraná coincide com a região de plantio de algodão, onde grandes quantidades de organoclorados e bromados foram aplicados legalmente no passado, principalmente para combater a broca-da-raiz-do- algodoeiro (Eutinobothrus brasiliensis), que ataca a raízes e as partes inferiores do caule, e o bicudo (Antononus grandis), responsável por grandes quebras de safra por atacar e destruir as flores. Dentre esses produtos, destacam-se o Bromofós, Bromofós etílico, Bromoxinil, Bromopropylate, Deltametrina, Naled e Profenós (BRASIL, 1985), comercializados sob denominações específicas de cada fabricante. Outro produto bromado é o brometo de metila, utilizado principalmente como formicida (Reinaldo Skalisz e Mário Niewglowski, comunicações pessoais, 1999) mas também na preparação dos canteiros de mudas de fumo (LICHT, 2001a).
- 21. 20 1 GEOQUÍMICAGEOMEDICINA NO PARANÁ- 2009 Os resultados obtidos pelos levantamentos geoquímicos regionais, baseados na análise multielementar de grande sensibilidade (baixíssimos limites de detecção analítica) em amostras de sedimentos e águas fluviais, permitem a identificação das características geoquímicas ambientais. Esses resultados configuram regiões de abundância e carência, resultados multipropósito desde a exploração mineral, macrozoneamento ambiental, zoneamento das características do solo com finalidades agrícolas e identificação de áreas de risco à saúde humana e animal. Coleta de amostras em bacias hidrográficas: representatividade, homogeneidade, eficácia na cobertura de grandes regiões, necessidade de manter homogeneidade na dimensão das bacias, o que é dependente dos fatores naturais, geológicos, climáticos e topográficos que controlam o traçado da rede hidrográfica. Um mapa geoquímico é capaz de indicar e caracterizar as relações (geográficas e numéricas) entre variáveis (geoquímicas, geológicas, sociais, econômicas e sanitárias), servindo como documento básico para novas investigações que busquem comprovar e detalhar essas relações (LICHT, 2001). Como salientado por Selinus et al (2005) levantamentos geoquímicos projetados para aplicações ou usos em geologia médica devem ser multielementares, caso contrário dois princípios geoquímicos fundamentais serão obscurecidos. O primeiro é que sob uma perspectiva geoquímica, os elementos tendem a ocorrer associados e, em segundo lugar, estudos de fisiologia reconhecem que a ação dos elementos pode ser sinérgica ou antagônica. Dessa forma, quanto mais ampla e abrangente for a quantidade de variáveis físico-químicas determinadas nas amostras coletadas, maiores serão as possibilidades de serem estabelecidas relações de causa-efeito entre as características ambientais e a ocorrência de moléstias endêmicas em um território. Os Levantamentos Geoquímicos do Estado do Paraná Por iniciativa da Secretaria de Estado da Ciência, Tecnologia e Ensino Superior do Paraná - SETI e do Serviço Geológico do Paraná - MINEROPAR, o Governo do Estado do Paraná editou um Decreto Estadual nº 4088/1994 estabelecendo o Sistema de Informações Geoquímicas do Paraná – SIGEP. Nas suas atribuições, cabe ao SIGEP constituir uma base de dados geoquímicos em amostras de água e sedimentos de bacias hidrográficas e de solo; produzir cartas geoquímicas do Estado do Paraná com finalidades e usos multidisciplinares; possibilitar a realização de estudos aplicados a problemas de qualidade do ambiente, atividade agropecuária, saúde pública e conhecimento do subsolo. Na qualidade de gestora do SIGEP, desde 1995, a MINEROPAR - Serviço Geológico do Paraná - vem desenvolvendo trabalhos para a caracterização geoquímica do território paranaense. Esses trabalhos foram planejados para que os resultados tivessem múltiplas aplicações, desde auxílio no conhecimento do subsolo como o mapeamento geológico e as vocações para a existência de ocorrências e depósitos minerais, até a identificação de áreas de risco à saúde. Seguindo esse conceito, no período de 1995 a 2005, foram executados dois levantamentos geoquímicos regionais abrangendo os 200.000 km2 do território paranaense e que serão a seguir brevemente descritos.
- 22. 21 1 GEOQUÍMICAGEOMEDICINA NO PARANÁ- 2009 1. Levantamento Geoquímico Regional de Baixa Densidade – amostras de água e sedimentos fluviais Esse primeiro levantamento geoquímico regional foi planejado e executado no período 1995-1996. Por tratar-se do primeiro levantamento desse gênero executado no Brasil, houve algumas dificuldades iniciais para viabilizar sua execução, especialmente na fase de coleta de amostras e de procedimentos de laboratório. A solução e a superação desses empecilhos foram encontradas com o estabelecimento de uma rede de cooperação constituída pelas seguintes instituições governamentais: MINEROPAR – Serviço Geológico do Paraná, Empresa de Assistência Técnica Rural – EMATER-PR, Companhia de Fomento Agropecuário do Paraná – CAFE do Paraná, CPRM – Serviço Geológico do Brasil, Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná, Secretaria de Estado da Ciência e Tecnologia e Ensino Superior do Paraná, Institute of Geophysical and Geochemical Exploration – IGGE, R.P. China, e com o apoio do Comitê Coordenador do Projeto IGCP-360 – Global Geochemical Baselines. Essa estrutura em rede possibilitou a execução de todas as atividades necessárias, desde o planejamento das estações de amostragem, os trabalhos de campo para a coleta e de laboratório para a análise química das amostras, o tratamento dos dados e a editoração e impressão do Atlas Geoquímico do Paraná, onde podem ser encontrados os detalhes das técnicas de amostragem e analíticas do referido levantamento (LICHT, 2001b). Figura 9 - Mapa de localização das amostras de água e sedimentos fluviais do Levantamento Geoquímico Regional do Paraná As interpretações multidisciplinares dos resultados desse levantamento, entre as quais estão contempladas as relacionadas com a geomedicina e geologia médica foram apresentadas em Licht (2001a). Na região norte do Estado do Paraná, conhecida como Norte Pioneiro, ocorre uma das mais bem definidas e amplas anomalias geoquímicas de flúor em águas fluviais que se tem notícia no Brasil. Essa anomalia abrange cerca de 10.000 km2 , 47 municípios e uma população de aproximadamente 700.000 habitantes (LICHT, 2001a, LICHT, 2006). Os teores nas águas fluviais atingem até 0,9 mg/L F- , muito próximos do limite de ingestão por seres humanos que é de 1,0 mg/L. Os efeitos na população rural, abastecida
- 23. 22 1 GEOQUÍMICAGEOMEDICINA NO PARANÁ- 2009 com água não tratada proveniente de poços tubulares, pode ser tão desastroso como o que foi observado na localidade de São Joaquim do Pontal, município de Itambaracá, onde os teores de fluoretos na água subterrânea atingem 2,2 mg/L F- . Levantamentos epidemiológicos realizados por Morita et al (1998) e Cardoso et al (2001) constataram a prevalência de fluorose em diversos graus de severidade em cerca de 62% da população em idade escolar (Figura 11). A solução encontrada para sanar o problema foi a mistura de águas de poços de forma que a dose ideal fosse alcançada. De qualquer forma, os efeitos produzidos na população são irreversíveis e refletem a necessidade de um cuidado extremo no controle da qualidade das águas de aquíferos que abastecem populações. Figura 10 - Mapa geoquímico dos fluoretos na águas fluviais do Paraná. A área flúor-anômala localizada no norte do estado é o reflexo de fontes geológicas profundas ricas em flúor e responsáveis pela incidência de fluorose dentária em crianças em idade escolar Figura 11 - Efeito permanente da ingestão contínua de água com doses elevadas de fluoretos sobre os dentes de uma criança em idade escolar, habitante da localidade de São Joaquim do Pontal, município de Itambaracá, no Paraná. A corrosão ocorre nos dentes da arcada superior principalmente (MORITA et al, 1998). 2. Levantamento Geoquímico Regional de Baixa Densidade – amostras de solo – horizonte B O segundo levantamento geoquímico regional do Paraná foi planejado e executado no período 2004-2005, seguindo o mesmo conceito de rede cooperativa de entidades governamentais: MINEROPAR – Serviço Geológico do Paraná, Instituto Paranaense de Pesquisa Agropecuária - IAPAR, Universidade Federal do Paraná – UFPR, Institute of Geophysical and Geochemical Exploration – IGGE, R.P. China, e com o apoio do Comitê Coordenador do Projeto IGCP-360 – Global Geochemical Baselines.
- 24. 23 1 GEOQUÍMICAGEOMEDICINA NO PARANÁ- 2009 Essa estrutura em rede viabilizou a execução de todas as atividades necessárias, desde o planejamento das estações de amostragem, os trabalhos de campo para a coleta e de laboratório para a análise química das amostras, o tratamento dos dados e a editoração e impressão do volume Geoquímica de Solo do Estado do Paraná – Horizonte B, onde podem ser encontradas as técnicas de campo e analíticas e interpretações do referido levantamento (LICHT e PLAWIAK, 2005). Figura 12 - Mapa de localização das amostras de solo do Levantamento Geoquímico Regional do Paraná solos - horizonte B O Levantamento Geoquímico Regional do Projeto GEOMEDICINA O Projeto GEOMEDICINA: Áreas de Risco à Saúde Relacionadas com Fatores Ambientais, Constituição de uma Rede de Pesquisas e Implementação de um SIG, conta com a participação da competência da MINEROPAR na geoquímica de superfície para o planejamento e execução de uma amostragem que cubra com total representatividade o território paranaense. As metodologias do levantamento geoquímico regional, aplicadas à prospecção mineral, estão sendo cada vez mais utilizadas para usos multidisciplinares, tais como o monitoramento ambiental e a pesquisa agronômica. O monitoramento ambiental, por sua vez, atende uma diversidade cada vez maior de finalidades: identificação das fontes naturais e antrópicas de anomalias geoquímicas que afetam produtos agrícolas e pecuários; variações geoquímicas ambientais com influência sobre a produtividade agrícola; identificação dos fatores ambientais, responsáveis por endemias na população humana; detecção de focos de poluição; controle da evolução das plumas de contaminação em torno de plantas industriais; e depósitos de resíduos industriais e urbanos. As metodologias de campo e laboratório da prospecção geoquímica viabilizam a execução do Projeto GEOMEDICINA através da agilização na cobertura do território estadual, do barateamento dos custos de amostragem e da garantia de confiabilidade nos resultados, devido aos procedimentos de controle de qualidade adotados rotineiramente na coleta, preparação e arquivamento de amostras.
- 25. 24 1 GEOQUÍMICAGEOMEDICINA NO PARANÁ- 2009 Planejamento Foi estabelecido que as amostras serão coletadas em 736 bacias hidrográficas (Figura 9) com área de captação média de 225 km2 , abrangendo todo o Paraná, sendo evitados os grandes cursos d’água que configuram bacias de porte regional e que produziriam resultados dificilmente comparáveis ao restante das amostras de bacias de menor dimensão. As estações de coleta são exatamente as mesmas estabelecidas no primeiro levantamento realizado em 1995-1996. Para que resultados obtidos nas amostras sejam comparáveis, é necessário que elas sejam coletadas em condições semelhantes de pluviosidade. Assim, elas serão coletadas por três equipes, cada qual composta por dois técnicos da MINEROPAR, dedicadas exclusivamente a essa tarefa durante as etapas de campo. Está prevista uma produtividade média de 4 estações/dia/equipe tendo sido estabelecida a coleta das seguintes amostras em cada estação: a. uma amostra de sedimentos fluviais; b. uma amostra de água fluvial para a determinação de cátions; c. uma amostra de água fluvial para a determinação de ânions; d. uma amostra de água fluvial para arquivo; e. uma amostra de água fluvial para determinação de alcalinidade; f. uma amostra de água fluvial para a determinação de benzeno e pesticidas; g. uma amostra de sedimento para determinação das espécies de bactérias presentes no ambiente fluvial e seleção das mais representativas para sequenciamento genético; h. a membrana filtrante de 0,45 μm após uso, para análise dos particulados sólidos em suspensão nas águas fluviais. Além dessas amostras serão coletados os seguintes dados e informações em cada estação de amostragem: a. coordenadas métricas UTM e altitude da estação em relação ao nível do mar, com equipamento GPS com altímetro barométrico; b. medidas das seguintes variáveis na água: temperatura, pH, Eh (potencial redox), salinidade, turbidez, oxigênio e sólidos totais dissolvidos, condutividade, gravidade específica, pressão atmosférica; c. parâmetros descritivos da estação e das condições climáticas no momento da coleta; d. fotografia da estação de amostragem. Para isso, foram constituídos conjuntos dos materiais necessários para a orientação das equipes de coleta de cada uma das amostras, composto de mapa de localização, relação de coordenadas planejadas carregadas previamente no equipamento GPS, ficha de dados descritivos da estação, frascos e equipamento para filtragem para coleta das amostras de água, sacos plásticos e frascos de vidro esterilizado para as amostras de sedimentos. Foram adquiridos balcões frigoríficos com três finalidades: a. balcão de 300 litros que acompanhará as equipes de amostragem para o congelamento e conservação de amostras durante as etapas de campo; b. balcões frigoríficos de 500 litros para a preservação das amostras no laboratório da MINEROPAR em Curitiba, no intervalo de tempo entre a coleta e o envio para o laboratório LAMIN-CPRM, no Rio de Janeiro; c. balcões frigoríficos de 500 litros para o arquivo das amostras de água no laboratório da MINEROPAR em Curitiba, para análises ainda não definidas e que serão realizadas no futuro.
- 26. 25 1 GEOQUÍMICAGEOMEDICINA NO PARANÁ- 2009 Acompanhará as equipes de amostragem nas etapas de campo um cilindro de nitrogênio líquido para o armazenamento e preservação das amostras de sedimentos fluviais, para a identificação das espécies de bactérias presentes. Técnicas de campo O mapa de localização das amostras foi obtido por cópia das bases cartográficas em escala 1:50.000 ou 1:100.000 produzidas pelo IBGE ou Ministério do Exército. As coordenadas planejadas para todas as estações de amostragem foram inseridas na memória do equipamento GPS para facilitar a orientação das equipes nos trabalhos de campo e localização dos pontos de coleta. Serão coletadas amostras de sedimentos fluviais da seguinte maneira: a. amostras de sedimentos fluviais para análise química - serão coletadas o mais longe possível das margens, nos locais onde os sedimentos são constantemente transportados, homogeneizados e renovados. A amostra será coletada de maneira composta com cerca de 10 tomadas espaçadas para que seja representativa, totalizando 1 kg de sedimento, e será acondicionada em saco de plástico resistente, identificado com a sigla da amostra por meio de caneta de tinta indelével; b. amostras de sedimentos para a determinação de bactérias - serão coletadas nos mesmos locais, num total de 30 g, armazenadas em frasco de vidro esterilizado e imediatamente colocadas em isopor com bolsas térmicas de gel congeladas para sua preservação. Ao final da jornada serão colocadas no cilindro de nitrogênio líquido para congelamento. Serão coletadas amostras de água da seguinte maneira: a. amostra para determinação de cátions - será filtrada em equipamento com bomba de vácuo manual e com membrana filtrante de 0,45 μm para eliminação das partículas sólidas em suspensão. Será armazenada em frasco plástico estéril de 100 mL pré-numerado com a sigla da amostra, selado com uma tampa de pressão e outra de rosca e colocado em caixa de isopor com almofadas de gel térmico congeladas. Para que os íons metálicos sejam mantidos em solução, ao final de cada jornada, as amostras serão aciduladas com quatro gotas de HNO3 ; b. amostra para determinação de ânions - será filtrada em equipamento com bomba de vácuo manual e com membrana filtrante de 0,45 μm para eliminação das partículas sólidas em suspensão. Será armazenada em frasco plástico estéril de 100 mL, pré-numerado com a sigla da amostra, selado com uma tampa de pressão e outra de rosca e colocado em caixa de isopor com almofadas de gel térmico congeladas; c. amostra para determinação de alcalinidade - amostra de água bruta armazenada em frasco plástico estéril de 200 mL, pré-numerado com a sigla da amostra, selado com uma tampa de pressão e outra de rosca e colocado em caixa de isopor com almofadas de gel térmico congeladas; d. amostra para arquivo - amostra de água bruta armazenada em frasco plástico estéril de 100 mL, pré-numerado com a sigla da amostra, selado com uma tampa de pressão e outra de rosca e colocado em caixa de isopor com almofadas de gel térmico congeladas; e. amostra para determinação de benzeno e pesticidas - amostra de água bruta armazenada em frasco de vidro estéril de 200 mL, pré- numerado com a sigla da amostra, selado com uma tampa de pressão e outra de rosca e colocado em caixa de isopor com almofadas de gel térmico congeladas.
- 27. 26 1 GEOQUÍMICAGEOMEDICINA NO PARANÁ- 2009 As membranas filtrantes após uso serão preservadas em envelope plástico com fecho tipo zip, identificado com a sigla da estação de amostragem e no qual estará registrado o peso original da membrana virgem obtido por pesagem em balança de 4 casas decimais. As características da estação de coleta, assim como das condições climáticas e de uso da bacia, serão registradas em ficha de campo especialmente desenhada. Preservação das amostras As amostras serão mantidas sob congelamento nas bases de campo por meio de balcão frigorífico, que acompanhará as equipes de amostragem. Periodicamente, as amostras coletadas serão transportadas no próprio balcão frigorífico ou em caixas de isopor com almofadas térmicas de gel congeladas para o laboratório da MINEROPAR em Curitiba. A partir daí serão conferidas, relacionadas e terão o seguinte destino: a. amostras de sedimentos fluviais para análises químicas - serão secas ao ar e arquivadas em potes de plástico devidamente identificados, no laboratório da MINEROPAR; b. amostras de sedimentos fluviais para determinação de bactérias - serão enviadas no próprio cilindro de nitrogênio líquido para o CEGENPAC; c. amostras de água para determinação de cátions e ânions - serão enviadas para o laboratório LAMIN-CPRM no Rio de Janeiro para análises químicas; d. amostras de água para determinação de alcalinidade - serão analisadas no laboratório da MINEROPAR em Curitiba; e. amostras de água para determinação de benzeno e pesticidas - serão enviadas para o laboratório do Instituto Pelé Pequeno Príncipe para análise química; f. amostras de água para arquivo - serão armazenadas congeladas em balcões frigoríficos no laboratório da MINEROPAR em Curitiba; g. membranas filtrantes - serão armazenadas em caixa térmica dentro de balcão frigorífico, no laboratório da MINEROPAR em Curitiba. Técnicas de laboratório Após a coleta, as amostras serão transportadas para o laboratório da MINEROPAR em Curitiba, sendo conferidas, relacionadas e embaladas em caixas de isopor seladas e então enviadas para o Laboratório de Análises Minerais – LAMIN no Rio de Janeiro por via aérea, onde serão analisadas para os seguintes elementos, íons e compostos: Cátions ––––– determinação de 26 elementos por espectrografia ótica de plasma induzido no laboratório LAMIN, do Serviço Geológico do Brasil – CPRM por convênio com a MINEROPAR – Serviço Geológico do Paraná. As especificações técnicas para determinação de cátions são apresentadas na Tabela 3. Ânions – determinação de 7 ânions por cromatografia iônica no laboratório LAMIN do Serviço Geológico do Brasil – CPRM por convênio com a MINEROPAR – Serviço Geológico do Paraná. As especificações técnicas para determinação de ânions são apresentadas na Tabela 4.
- 28. 27 1 GEOQUÍMICAGEOMEDICINA NO PARANÁ- 2009 Tabela 3 - Especificações técnicas para determinação de cátions Tabela 4 - Especificações técnicas para determinação de ânions Elemento Limite inferior de detecção CÓDIGO mg/L SEAG - CPRM Br- 0,05 029 Cl- 0,05 027 Fl- 0,01 028 NO2 - 0,1 032 NO3 - 0,1 031 PO4 -3 0,2 030 SO4 -2 0,1 033 Limite inferior Comprimento Código Limite superior Elemento de detecção de onda SEAG de detecção mg/L nm CPRM mg/L Al 0,1 308,2 025 2 As 0,01 189,0 015 2 B 0,002 249,6 007 2 Ba 0,002 493,4 008 2 Be 0,001 313,0 001 2 0-2: 396,8 2-40: 318,1 Cd 0,001 214,4 002 2 Co 0,002 228,6 009 2 Cr 0,02 283,5 021 2 Cu 0,01 324,7 016 2 Fe 0,002 239,5 010 2 Li 0,001 670,7 003 2 Mg 0,01 285,2 017 20 Mn 0,001 257,6 004 2 Mo 0,005 202,0 014 1 Ni 0,002 231,6 011 2 Pb 0,005 220,3 012 2 Sc 0,005 364,2 013 2 Se 0,01 196,0 022 2 Si 0,01 251,6 018 20 Sn 0,01 189,9 019 2 Sr 0,001 407,7 005 2 Ti 0,05 323,4 024 2 V 0,02 292,4 023 2 W 0,01 207,9 020 1 Zn 0,001 213,8 006 2 Arquivamento dos resultados analíticos Os resultados obtidos nos diversos procedimentos de medição e análise serão arquivados em base de dados especialmente projetada e no computador servidor do Projeto, existente na sede do Instituto Pelé Pequeno Príncipe. Ca 0,01 026 ...
- 29. 28 1 GEOQUÍMICAGEOMEDICINA NO PARANÁ- 2009 Conclusões A síntese que abre este capítulo, sobre a origem dos elementos e compostos químicos no Universo, mostra que os seres vivos, inclusive e principalmente o ser humano, são formados pelos mesmos componentes da matéria da qual é constituído o planeta Terra, isto é, pelos mesmos componentes do ambiente que nos cerca. Por isto, as interações entre os seres vivos e o meio ambiente acontecem de forma contínua, garantindo a reposição de constituintes e garantindo a sobrevivência e o crescimento dos organismos. A intensidade dessas trocas químicas entre organismos e meio ambiente faz com que sejam adquiridos tanto benefícios quanto malefícios: robustez ou debilidade, crescimento ou raquitismo, saúde ou doença, longevidade ou mortalidade infantil. Determinar a composição geoquímica dos diferentes ambientes da superfície terrestre – litosfera, hidrosfera, biosfera e atmosfera – é uma tarefa fundamental para as instituições responsáveis ou preocupadas com a saúde pública. Por isto, a participação no Projeto GEOMEDICINA representa uma oportunidade ímpar de colocar a competência da MINEROPAR – Serviço Geológico do Paraná em prospecção geoquímica a serviço do estudo dos fatores ambientais com possível influência sobre a saúde da população paranaense.
- 30. 29 2 GEOMEDICINA E AGRONEGÓCIOGEOMEDICINANO PARANÁ - 2009 GEOMEDICINA E AGRONEGÓCIO Paulo César de Camargo UFPR - Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia – Departamento de Física RIPA - Rede de Inovação e Prospecção Tecnológica para o Agronegócio SETI - Secretaria de Estado da Ciência, Tecnologia e Ensino Superior Paulo Estevão Cruvinel EMBRAPA - Instrumentação Agropecuária (CNPDIA) USP - Instituto de Estudos Avançados (IEA – São Carlos) RIPA - Rede de Inovação e Prospecção Tecnológica para o Agronegócio Sergio Mascarenhas de Oliveira USP - Instituto de Estudos Avançados (IEA – São Carlos) RIPA - Rede de Inovação e Prospecção Tecnológica para o Agronegócio Bonald Cavalcante de Figueiredo IPPPP - Instituto de Pesquisa Pelé Pequeno Príncipe FPP - Faculdades Pequeno Príncipe UFPR - Centro de Genética e Pesquisa do Câncer em Crianças Este capítulo apresenta reflexões para a organização de um programa cooperativo no âmbito da GeoMedicina, com ênfase nos assuntos relacionados com o uso do solo e da água em processos agropecuários, florestais e da agroenergia, de interesse para a saúde no meio rural e urbano. Problemas desta natureza têm encontrado até o presente momento soluções pontuais, em que pesem os significativos esforços já realizados. Assim, a preocupação com uma abordagem sistêmica que envolva análise de risco e a organização de um arcabouço de gestão estratégica, que trabalhe a diversidade regional e que melhore a acessibilidade ao conhecimento, o manejo sustentável dos recursos naturais, em particular, do solo e das águas, bem como a educação para o consumo de alimentos seguros, passa a ser uma prioridade para a saúde humana e dos demais animais no planeta. Por outro lado, este novo paradigma se estabelece à medida que uma melhor articulação institucional ocorre na sociedade, de forma que seus setores possam juntos definir a visão de futuro desejado. Neste contexto, no Brasil, um modelo auxiliar desta construção e que contempla interesses do setor produtivo, da academia, do terceiro setor e de governo, vem sendo estabelecido pela Rede de Inovação e Prospecção Tecnológica para o Agronegócio (RIPA). Esta rede, concebida no âmbito do Comitê Gestor do Fundo Setorial de Agronegócio, decorre do convênio da Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP) com o Instituto de Estudos Avançados da Universidade de São Paulo (IEA-São Carlos), a Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA), a Associação Brasileira de Agribusiness (ABAG), o Instituto de Tecnologia de Alimentos (ITAL) e a Local Information System (LISTEN).
- 31. 30 2 GEOMEDICINA E AGRONEGÓCIOGEOMEDICINANO PARANÁ - 2009 A produção agropecuária, florestal e de agroenergia intensiva e as mudanças nos padrões de produção in natura e industrializados, vêm causando impacto e forte pressão para as cadeias produtivas, tornando-se desafios a serem vencidos em curto e médio prazo, onde a sanidade, a presença de contaminantes, o processamento e a industrialização interferem na segurança do produto para o consumo. As incertezas imprimem, geram e implicam riscos (CONWAY, 1982). Riscos são definidos como a probabilidade ou possibilidade da ocorrência de valores para determinados eventos e fenômenos, indesejáveis e/ou adversos. Processos importantes relacionados ao agronegócio como: medições, observações, avaliações e tomadas de decisão, podem ser influenciados por várias fontes de incertezas. Isto leva a estabelecer a convivência contínua e inevitável com inúmeros tipos de risco. Riscos podem possuir diferentes conotações, como as de ordens físicas, estruturais, econômicas, sociais, ambientais e para a saúde. O entendimento das questões sanitárias e fitossanitárias do agronegócio internacional levam à especificação das questões da avaliação do risco e determinação do nível adequado de proteção sanitária ou fitossanitária com base em prova científica disponível, processos pertinentes e métodos de produção, inspeção, amostragem, detecção, prevalência de pragas e doenças específicas, existência de áreas livres de pragas ou resíduos, condições ecológicas e ambientais pertinentes, entre outros. Neste novo paradigma global, para a conquista e manutenção de novos mercados, os governos devem estar abertos e participar cada vez mais ativamente dos fóruns internacionais, analisando as normas e regulamentos que estão sendo elaborados e sugeridos para disciplinar tais mercados, bem como buscar o aperfeiçoamento e desenvolvimento de tecnologias que melhorem as condições sanitárias e fitossanitárias dos produtos agrícolas. Para que isto seja cumprido, a efetividade e o sucesso dos sistemas de proteção de plantas devem se basear na integração entre os conhecimentos e mecanismos estruturais que auxiliem o controle da produção, o que envolve qualidade de solo e da água e a logística implementada para a pós-colheita e fase de consumo. Qualquer falha em uma destas etapas poderá acarretar danos irreparáveis para o País, podendo deixar vulnerável a sua segurança e soberania, com comprometimento da saúde de seus habitantes. A proteção vegetal em termos mundiais, também, está sob a égide da Convenção Internacional de Proteção Vegetal, a qual iniciou suas atividades em 1952, revisando todos os acordos internacionais existentes de proteção de plantas. Sua principal atribuição é a de assegurar que ações comuns e efetivas sejam tomadas para prevenir a dispersão e introdução de pragas de plantas e de produtos de plantas, e para promover medidas apropriadas para o controle. Atualmente, há certa preocupação com a velocidade em que essas mudanças estão ocorrendo nos países em desenvolvimento, forçando e sinalizando a necessidade de se apoiar de maneira eficiente a busca de maior competitividade com efetivas parcerias ou a reconversão das atividades produtivas mais afetadas por essa transição. Os países que demonstram maior sucesso nessa travessia são os que adotaram políticas adequadas à nova realidade, tais como investimento em ciência e tecnologia, educação e treinamento, infraestrutura rural, difusão de informações e melhoria da qualidade de vida.
- 32. 31 2 GEOMEDICINA E AGRONEGÓCIOGEOMEDICINANO PARANÁ - 2009 Adicionalmente, as mudanças nos cenários nacionais e internacionais têm exigido um forte ajuste nas políticas tecnocientíficas do País, em razão da necessidade de se incorporarem inovações às atividades produtivas. Com isso, o agronegócio ganhou destaque especial pelo seu caráter estratégico para o desenvolvimento sustentável. O desafio decorrente deste novo paradigma é a inserção do sistema de Ciência, Tecnologia e Inovação (C,T&I) nas atividades produtivas, que vêm passando, pelo menos em parte, por um processo onde a capacitação tecnológica é essencial. Essa inserção processa-se diferentemente na ciência – orientada para o conhecimento e a excelência – e na tecnologia/inovação – orientada para o mercado e para o atendimento das necessidades da sociedade, sendo a saúde uma das principais necessidades recorrentes. Embora seguindo processos diferentes, a distância entre a pesquisa básica e as inovações voltadas ao mercado é cada vez menor, assim processos de nanotecnologia já encontram aplicações, especialmente em sensores que monitoram o ambiente e a saúde animal (SCOTT, 2005). No campo da cooperação internacional, a política de C,T&I se vê diante da imperiosa necessidade de iniciativas transformadoras no atual modelo, face ao dinamismo dos avanços tecnológicos mundiais. Os novos focos de cooperação internacional demandam atualização e ampliação de conceitos, reprogramação de atividades, criação de instrumentos e aperfeiçoamento institucional. No que diz respeito ao potencial do agronegócio brasileiro, basta citar que o País ainda dispõe de áreas agricultáveis em torno de 180 milhões de hectares, do total de 880 milhões de hectares de seu território. Atualmente, no Brasil, são utilizados em torno de 40 milhões de hectares nas atividades agrícolas e em torno de 60 milhões de hectares nas atividades da pecuária. Em curto prazo, mais 80 milhões de hectares de cerrados também podem se tornar um celeiro para a produção nacional, inclusive com o uso de áreas já degradadas. Soma-se a isto a significativa reserva de água doce existente. Particularmente, deve-se ressaltar que o Brasil poderá se favorecer desses recursos naturais, os quais são escassos na grande maioria dos países, bem como pelo crescimento mundial da demanda por alimentos, fibras e energia. A Rede de Inovação e Prospecção Tecnológica para o Agronegócio (RIPA) Os Fundos Setoriais de C&T foram criados para incentivar o desenvolvimento científico e tecnológico em áreas estratégicas e construir uma nova forma de financiamento de investimentos em C&T. Neste contexto, o Fundo Setorial de Agronegócio (CT-Agro) foi criado pela Lei 10.332, de 19/12/2001, e regulamentado pelo Decreto 4.157, de 12/03/2002. O CT-Agro tem por objetivo ampliar investimentos nas pesquisas de sistemas, técnicas, métodos e processos que propiciem qualidade e aumento de competitividade dos produtos agropecuários do Brasil, tanto no mercado interno como para exportação, inclusive frente a um novo paradigma da agricultura tropical, a qual não só se relaciona a uma agricultura para alimentos, como também para fibras e energia. Em meados de março de 2004, o Comitê Gestor do CT-Agro, de forma a buscar subsídios para o processo de articulação de suas prioridades, implementou a Rede de Inovação e Prospecção Tecnológica para o Agronegócio (RIPA).
- 33. 32 2 GEOMEDICINA E AGRONEGÓCIOGEOMEDICINANO PARANÁ - 2009 Figura 13 - Estrutura esquemática da RIPA Dentre seus macro-objetivos, esta rede busca: organizar um observatório para prospecção tecnológica para o agronegócio, para monitorar o panorama regional da inovação tecnológica; fomentar a inovação tecnológica no agronegócio e identificar nichos diferenciais frente ao cenário nacional e mundial; organizar base de dados e conhecimento do agronegócio da região para suporte à tomada de decisão; promover e realizar atividades de avaliação de estratégias e de impactos econômicos e sociais das políticas, programas e projetos científicos e tecnológicos; bem como promover a interlocução, articulação e interação dos segmentos de Governo, Ciência e Tecnologia, Setor Produtivo e Terceiro Setor. A Figura 13 ilustra a estrutura esquemática da RIPA. A elaboração de suas bases vem sendo desenvolvida considerando a análise do ambiente externo, avaliação das oportunidades, ameaças e demandas futuras do agronegócio do Brasil. Neste contexto, o desenvolvimento da RIPA, desde a sua implementação, já proporcionou os seguintes resultados (RIPA/FINEP, 2006): Realização de “workshops” nas cinco regiões brasileiras, reunindo representantes de Governo, Academia, Empresas e Terceiro Setor. Nestes “workshops” produziu-se um mapeamento inicial de competências e de Grandes Plataformas de Ciência, Tecnologia e Inovação (C,T&I), bem as Grandes Plataformas de Gestão e Administração (G&A); como subsídios para políticas públicas no agronegócio, em cada uma das regiões brasileiras; O Portal Ripa, www.ripa.com.br, propicia notícias e recursos de interação virtual. Os Núcleos regionais são as bases para a formação de um sistema de Inteligência Competitiva no agronegócio brasileiro, alimentado diretamente pelas bases políticas, científicas e empresarias de cada região do País. Atualmente a RIPA busca estabelecer um mecanismo descentralizado e sistêmico que possa subsidiar o Comitê Gestor do CT-Agro, agências de fomento, outros Ministérios afins, instituições de pesquisa, setor produtivo, terceiro setor e tomadores de decisão, no estabelecimento de prioridades e na promoção de estudos, projetos e iniciativas que pressuponham decisões de natureza estratégica baseadas na inovação tecnológica, tendo por fim o desenvolvimento do agronegócio e da sociedade brasileira.
- 34. 33 2 GEOMEDICINA E AGRONEGÓCIOGEOMEDICINANO PARANÁ - 2009 A Geomedicina Embora utilizado desde 1931, Zeiss (1931, apud LÅG, 1990) somente agora o termo geomedicina passou a ser utilizado como sinônimo de medicina geográfica, identificado como um ramo da medicina onde os métodos geográficos e cartográficos são utilizados para a apresentação de resultados da pesquisa médica, enfatizando a necessidade da colaboração entre geólogos, médicos, bioquímicos, epidemiologistas, veterinários e botânicos com geógrafos, meteorologistas, cientistas do solo, entomologistas e outros profissionais. Não constituem o interesse primário da GeoMedicina os aspectos tratados na medicina do trabalho e na saúde ocupacional, nem as intoxicações agudas e catastróficas provocadas por desastres ambientais. Esse fato é importante na caracterização geral da Geomedicina pois ela tem como objeto de estudo os distúrbios da saúde provocadas por alterações mínimas nas concentrações de elementos químicos e outras substâncias tóxicas em regiões bem delimitadas, que provocam moléstias de natureza endêmica e cujos efeitos serão sentidos em médio e longo prazo. Os perfis do solo e a sua composição química e das águas são controlados fundamentalmente pela mineralogia das rochas originais, submetidas à ação dos processos de intemperismo físico e químico e de mobilização, dispersão e concentração dos elementos. Esses processos naturais dão origem a um conjunto de materiais, que podem ser divididos em três grandes categorias: (a) minerais resistentes, resistatos, e que são preservados; (b) minerais neoformados nas novas condições de equilíbrio físico-químico; e (c) carga iônica livre nas águas ou sorvida à superfície de argilominerais, matéria orgânica, óxidos hidratados de Fe, Mn. As possibilidades e a intensidade de captura de elementos químicos, sejam nutrientes sejam tóxicos, na cadeia trófica, está associada às formas iônicas e livres e controladas pela sua biodisponibilidade (O’NEIL, 1985; LICHT, 2001). Em processos agropecuários, florestais e de agroenergia, há uma relação importante a ser observada, a qual trata dos aspectos dos elementos químicos . Com relação aos macro e micronutrientes essenciais, bem como outros elementos de importância secundária ou ainda desconhecida, pode ser observado que a concentração adequada e sua disponibilidade para a saúde das plantas têm caráter fundamental. Por outro lado, a ingestão de doses equivocadas por humanos ou animais, por meio de plantas, água ou ar podem levar a danos de grande monta. A investigação desses processos e das relações de causa-efeito dos elementos químicos, sejam originados de fontes naturais ou então da ação antrópica, com a saúde humana, é objeto da Geomedicina. Entre os fatores exteriores encontram-se os climáticos, que influenciam fortemente a qualidade ambiental, que condiciona as composições mineralógicas e químicas dos solos e das águas. Acompanhando os fenômenos de mobilidade social e de ocupação dos espaços rurais, uma enorme quantidade de processos e de produtos é responsável pela alteração do quimismo da natureza. Desse conjunto, é importante enumerar os insumos da atividade agropecuária como o calcário para neutralização da acidez do solo, o sal para suplementação alimentar do gado, os fertilizantes fosfatados para aumento da produtividade agrícola e, principalmente, as centenas de produtos químicos conhecidos genericamente como pesticidas. Os últimos, compreendem princípios ativos de elevada persistência ambiental como os organoclorados e bromados, atualmente proibidos, mas
- 35. 34 2 GEOMEDICINA E AGRONEGÓCIOGEOMEDICINANO PARANÁ - 2009 amplamente utilizados no passado, que compõem estoques/passivos ambientais de elevada toxidez e de comprovada ação carcinogênica. A lenta degradação desses estoques/passivos provoca efeitos de longo prazo na saúde da população, especialmente a rural, sem acesso a fontes de água tratada. A Geomedicina é, assim, uma área de contato de diversos ramos da ciência e que se baseia em ações de natureza sistêmica ou holística na investigação dessas relações de causa-efeito entre o quimismo ambiental e a saúde. O geólogo e o geoquímico contribuem com informações sobre as fontes naturais de elementos químicos, o agrônomo com as fontes agrícolas, o toxicologista com as possibilidades de agravos à saúde e as intoxicações agudas e crônicas, o geneticista com as possibilidades de alterações no quadro genético, o geógrafo com as relações espaciais entre os tipos e formas da ocupação do espaço e a distribuição de moléstias, o sociólogo com a caracterização dos grupamentos humanos, o estatístico com o tratamento dos dados multivariados e de diversas origens e o analista de geoprocessamento na representação cartográfica dos resultados na forma de mapas. Somente com essa multiplicidade e complexidade de pontos de vista é viável identificar a ocorrência de moléstias endêmicas. A modelagem do geoprocessamento, com representação cartográfica de elementos químicos (ou sustâncias tóxicas) e da morbi-mortalidade para doenças, pode de imediato mostrar uma possível relação de causa (agente químico) e efeito (incidência da doença). Muito embora seja este o objetivo pretendido, alertamos para o fato de que este tipo de correlação pode ser apenas uma coincidência e por isto exige estudos posteriores mais específicos como coorte. Da mesma forma, coorte não tem condições de definir causalidade, mas é capaz de abordar hipóteses etiológicas e reunião de evidências sobre a associação entre o agente químico e a consequência (doença), geralmente em estudo prospectivo, mas também de forma retrospectiva. Neste tipo de estudo, a longitudinalidade ou seguimento comparam a experiência, ao longo do tempo, de um grupo exposto e outro não exposto ao agente químico e o evento (doença). Considerando que o resultado do estudo de coorte também sugere uma relação de causa e efeito, seria ainda preciso experimentos in vitro e/ou in vivo com animais de laboratório para definir a causalidade. Assim, é preciso que as informações e conclusões não sejam precipitadas. Para se avaliar um grande número de dados distribuídos por região, o profissional em ciência da computação poderá facilitar o trabalho de triagem, permitindo, por exemplo, a implementação de sistema de busca pela correlação entre agente e evento. A geomedicina poderia se estender também ao estudo dos fatores físicos e biológicos, e até mesmo considerar que a parte genética ou biológica da população exposta pode facilitar ou dificultar o aparecimento de doença. Com isso, alguns indivíduos ou subpopulações, de diferentes etnias, podem apresentar risco significativamente maior de desenvolver câncer quimicamente induzido do que a média populacional, devido às diferenças expressivas nos processos de ativação e detoxificação (IDLE, 1991; GILLILAND, 1997; CAPORASO, 1999). Grande parte dos pró-carcinógenos químicos presentes no meio ambiente são quimicamente inertes. Para tornarem-se metabólitos altamente reativos, capazes de ligarem-se ao DNA e exibirem atividade carcinogênica, necessitam da ativação metabólica pelas enzimas oxidativas (de ativação) da fase I, que são principalmente enzimas da superfamília Citocromo P450. Dessa forma, através da introdução de um ou mais átomos de oxigênio ou grupamentos hidroxila no
- 36. 35 2 GEOMEDICINA E AGRONEGÓCIOGEOMEDICINANO PARANÁ - 2009 substrato, um pró-carcinógeno pode tornar-se carcinógeno, como o benzo[a]pireno que é convertido em epóxido de benzo[a]pireno, uma substância altamente carcinogênica (NEBERT et al., 1991; PERERA, 1996; SHIMADA e FUJI-KURIYAMA, 2005). Assim, cada indivíduo, dependendo do grupo racial e da sua condição biológica normal ou modificada (herdada de um dos pais ou adquirida após o nascimento), pode apresentar alguma suscetibilidade a um determinado agente químico. Esta característica é geralmente estimada por meio de um ou mais marcadores biológicos (biomarcadores). Biomarcador pode ser definido como método, estrutura ou processo que se encontra na via causal, ou intimamente ligado a esta, entre o momento da exposição e a doença (por exemplo, em qualquer etapa do processo carcinogênico) (BARTSCH, 2000). Figura 14 - Espectro de linhas características de Raios X de uma amostra de solo erodido. O espectro foi obtido com uso da técnica de indução de Raios X por partículas (PIXE) com um feixe de prótons de 2,4 MeV de energia incidente, corrente típica de 15nA e carga de 81C (CRUVINEL et al, 1993) A Produção e os Elementos Minerais Dentro de um ecossistema, o solo é o elemento que desempenha a importante atividade de sustentar e alimentar os vegetais, além de funcionar como reservatório de água deste ecossistema. O que o solo contém, em si, é uma imensa quantidade de formas de vida como vírus, bactérias, fungos, algas, protozoários, nematóides, anelídeos, artrópodes (WIKIPÉDIA, 2006) e elementos minerais. A Figura 14 apresenta um espectro de linhas características de Raios X, que ilustra a presença de elementos em uma amostra de solo erodido. O espectro foi obtido com uso da técnica de indução de Raios X por partículas (PIXE), com um feixe de prótons de 2,4 MeV de energia incidente, corrente típica de 15nA e carga de 81C. O estudo do crescimento vegetal envolve a caracterização de elementos minerais essenciais. Um nutriente essencial é aquele sem o qual a planta não cresce normalmente, nem completa o seu ciclo de vida, a menos que uma quantidade mínima desse nutriente lhe seja suprida. As culturas em meio arenoso propiciam às plantas um meio físico de sustentação ao qual são adicionados os nutrientes. Os nutrientes essenciais são requeridos pelas plantas em determinadas quantidades, variáveis conforme a espécie e o estado de desenvolvimento. Esses elementos encontram-se nos solos em diferentes combinações químicas, sendo só alguns desses passíveis de serem absorvidos pelas plantas.
- 37. 36 2 GEOMEDICINA E AGRONEGÓCIOGEOMEDICINANO PARANÁ - 2009 Além do Hidrogênio (H), Oxigênio (O) e Carbono (C), as plantas também necessitam de elevadas quantidades de nitrogênio, (N) Fósforo (P), Potássio (K), Enxofre (S), Cálcio (Ca) e Magnésio (Mg), que por isso se designam macronutrientes. No entanto, também necessitam de pequenas quantidades de Boro (B), Manganês (Mn), Zinco (Zn), Cobre (Cu), Molibdênio (Mo), Ferro (Fe) (que pode ser macro) e Cloro (Cl), pelo que se designam, estes, micronutrientes ou oligoelementos. Além dos nutrientes essenciais, existem nutrientes benéficos que, apesar de não serem essenciais, são favoráveis ao crescimento vegetal (Al, Co) e nutrientes intercambiáveis, que são aqueles que desempenham as mesmas funções, podendo ser substituídos por outros (Sr, Ca). O Nitrogênio (N) entra principalmente na constituição de compostos orgânicos (ácidos nucléicos, proteínas, enzimas, clorofila), sendo um nutriente móvel. Em excesso provoca um crescimento vegetal acelerado, originando folhas de cor verde-escura. A vegetação passa a ser mais suculenta, ocorre uma diminuição da resistência a doenças, um retardamento da floração e o ciclo de vida é encurtado. A carência de nitrogênio reduz o crescimento foliar e provoca a clorose foliar. Os ramos caulinares ficam púrpuros ou vermelhos, localizando-se inicialmente os sintomas em partes velhas da planta. O Fósforo (P) também intervém na formação de compostos orgânicos, especialmente ATP e fosfolipídios, sendo um nutriente móvel. Não se conhece sintomatologia para o seu excesso. A carência de fósforo reduz o crescimento caulinar e radicular e provoca o aparecimento de áreas necróticas nas folhas e pecíolos, células que deixaram de conseguir fazer o seu metabolismo e morreram. As folhas jovens têm tendência para escurecer ou ficar verde-azuladas, enquanto que as mais velhas ficam vermelhas. Numa fase inicial, os sintomas acentuam-se nas partes mais velhas da planta. O Enxofre (S) intervém na síntese de compostos orgânicos, em especial vitaminas e enzimas, sendo um nutriente imóvel. Não se conhece os sintomas para o seu excesso. A carência de enxofre reduz o crescimento vegetal, provocando a clorose foliar. Inicialmente, os sintomas acentuam-se nas zonas mais jovens da planta. O Cálcio (Ca) é um componente da parede celular vegetal, sendo necessário à manutenção da estrutura, à ativação da amilase e à vitalidade das zonas meristemáticas, sendo um nutriente imóvel. Em excesso, altera o ritmo da divisão celular. A carência de cálcio origina malformações nas folhas jovens, curvamento dos ápices, clorose marginal que progride para necrose, redução do crescimento radicular e mudança da coloração das raízes. O Magnésio (Mg) é um constituinte da clorofila e das proteínas, bem como de cofatores enzimáticos, sendo essencial ao funcionamento dos ribossomos. É um nutriente móvel que, em excesso, provoca interferências na absorção de cálcio e potássio. A carência de magnésio provoca cloroses intervenais, necrose foliar, encurtamento de entrenós, redução do crescimento vegetal, inibição da floração, morte prematura das folhas e degeneração dos frutos. Inicialmente, os sintomas acentuam-se nas zonas mais velhas das plantas. O Potássio (K) é um regulador osmótico necessário à atividade enzimática e à síntese protéica, sendo um nutriente móvel. A carência de potássio provoca um crescimento vegetal reduzido, clorose matizada da folha, manchas necróticas, folhas recurvadas e enroladas sobre a face superior e encurtamento de entrenós.
- 38. 37 2 GEOMEDICINA E AGRONEGÓCIOGEOMEDICINANO PARANÁ - 2009 Por outro lado, o Ferro (Fe) é um constituinte do grupo prostético de proteínas, necessário à síntese de clorofila e à divisão celular, sendo um nutriente imóvel. A carência de ferro provoca uma extensa clorose foliar em que as nervuras permanecem verdes, uma redução do crescimento vegetal e inibição do desenvolvimento de primórdios foliares. Inicialmente, os sintomas acentuam-se nas zonas mais jovens das plantas. O Cobre (Cu) é um componente de metalo-enzimas, sendo um nutriente imóvel. Não se conhece sintomatologia para o seu excesso. A carência de cobre altera a tonalidade das folhas, tornando-as verde- azuladas e enroladas onde aparecem cloroses intervenais e necroses. O Manganês (Mn) é um ativador enzimático, que controla reações de oxi-redução essenciais à fotossíntese e à síntese de clorofila, sendo um nutriente imóvel. Não se conhece sintomatologia para o seu excesso. A carência de manganês provoca clorose intervenal nas zonas mais jovens, enrolamento e queda de folhas, afetação do embrião e aparecimento de pontos necróticos espalhados nas folhas. Inicialmente, os sintomas acentuam-se nas zonas mais velhas das plantas. O Zinco (Zn) é um ativador enzimático, sendo um nutriente móvel. Não se conhece sintomatologia para o seu excesso. A carência de zinco provoca uma redução do crescimento vegetal, impedindo o alongamento dos caules e a expansão foliar e interfere com a frutificação. Inicialmente, os sintomas acentuam-se nas zonas mais jovens das plantas. O Molibdênio (Mo) é essencial para a fixação de nitrogênio e assimilação de nitratos, sendo um nutriente imóvel. Não se conhece sintomatologia para o seu excesso. A carência de Mo origina manchas cloróticas intervenais seguidas de necrose marginal e enrolamento foliar, interferindo com a frutificação. Inicialmente, os sintomas acentuam-se nas zonas mais jovens das plantas. O Boro (B) é um regulador de metabolismo necessário à translocação de açúcares, sendo um nutriente imóvel. Não se conhece sintomatologia para o seu excesso. O Cloro (Cl) é necessário à fotossíntese, sendo um nutriente móvel. Em excesso provoca clorose e necrose foliar. A carência de cloro reduz o crescimento vegetal em mais de 50% e provoca o aparecimento de folhas murchas por clorose e necrose, bem como o atrofiamento das raízes. O monitoramento e quantificação de elementos químicos nos solos, água e ar em níveis adequados que podem ser medidos em ηg/mg (ppb) ou ρg/g (ppt), de forma contínua, é um dos aspectos de grande relevância em programas que garantam condições adequadas para a saúde vegetal, animal e humana. Biodisponibilidade e Efeitos Tóxicos Efeitos tóxicos que prejudicam a saúde humana (BORJA & MORAES, 2003) por parte de elementos químicos, comprovados em estudos epidemiológicos e em experiências de laboratório com mamíferos, incluindo humanos, são correlacionados diretamente à biodisponibilidade dos elementos e indiretamente a fatores geoquímicos, químicos e biológicos que os influenciam (APPLETON et. al, 1996; DISSANAYAKE & CHANDRAJITH, 1999; BELL, 2001). A Figura 15 ilustra a especiação química dos elementos no ambiente superficial em função do potencial iônico (razão carga/raio), suas formas móveis e sua influência na biodisponibilidade.
- 39. 38 2 GEOMEDICINA E AGRONEGÓCIOGEOMEDICINANO PARANÁ - 2009 Nos organismos humano e animal, a absorção e a reação a metais podem ser influenciadas pela interação com outros elementos. Por exemplo, a assimilação de Chumbo (Pb) é maior em pessoas que têm uma dieta pobre em Cálcio (Ca), Ferro (Fe) ou fosfatos. Por outro lado, a assimilação de Zinco (Zn) reduz a assimilação de Cobre (Cu) e protege contra a toxidade do Cádmio (Cd) e do Chumbo (Pb). Para o conjunto de elementos disponíveis na natureza (incluindo os fabricados em laboratório) e retratados na tabela periódica, pode- se dizer que ainda não existe conhecimento pleno sobre seus efeitos para a saúde humana e dos animais. Entretanto, para outros este conhecimento já se encontra publicado, como é o caso dos elementos: Alumínio (Al), não é um elemento essencial para a vida humana. Sua ingestão pode levar a desmineralização de ossos. A doença de Alzheimer tem sido correlacionada com o acúmulo de Al em regiões críticas do cérebro, embora ainda não esteja clara a relação de causa-efeito, se a moléstia seria responsável pelo acúmulo do alumínio no cérebro, ou se a absorção e fixação do metal no cérebro seria o fator causador da moléstia; Cálcio (Ca), dose diária recomendada de 800 a 1200 mg, sendo necessário para o fortalecimento de ossos e dentes e empregado nos mecanismos de contração e relaxamento muscular, na coagulação do sangue, na regulagem da permeabilidade celular e na transmissão de impulsos nervosos; Chumbo (Pb), não é um elemento essencial para a vida humana, sendo, sobretudo tóxico. É em geral ingerido com os alimentos e a água, podendo, entretanto ser também inalado ou adsorvido através da pele. Pode levar a danos irreversíveis no sistema nervoso central; Cloro (Cl), com doses diária recomendadas de 750 a 3600 mg, sendo necessário para o balanço hídrico e controle da pressão osmótica, também participando da digestão e assimilação de alimentos; Cobre (Cu), com doses diárias recomendadas de 1,55 a 3 mg, sendo essencial para o metabolismo energético, sendo componente de enzimas oxidantes. Necessário para a síntese da hemoglobina, para funções neuro-cerebrais e para a pigmentação da pele e do cabelo. Sua falta leva à osteoporose, deficiência de glóbulos brancos e redução de defesa imunológica; Cromo (Cr), com doses diárias recomendadas de 50 a 200 μg, sendo importante para o metabolismo dos açúcares e sua falta leva à intolerância à glicose, resistência à insulina, crescimento lento e redução da fertilidade dos espermatozóides; Figura 15 - Espécies químicas dos elementos no ambiente superficial em função da carga e do raio iônico (BELL, 2001)
- 40. 39 2 GEOMEDICINA E AGRONEGÓCIOGEOMEDICINANO PARANÁ - 2009 Ferro (Fe), com dose diária recomendada de 10 a 15 mg, sendo constituinte da hemoglobina e da mioglobina e de complexos enzimáticos. Também é necessário para geração de energia em nível celular e para a integridade do sistema imunológico; Flúor (F), com doses diárias recomendadas de 1,5 a 4 mg, é importante para evitar cáries dentárias e osteoporose, entretanto em doses continuadas e maiores que 1 mg/L pode provocar a fluorose dentária e deformidades do esqueleto; Fósforo (P), com dose recomendada de 800 a 1200 mg diários, sendo essencial para a boa saúde dos ossos e produção de energia. Participa de quase todas as reações químicas que ocorrem no organismo; Iodo (I), com dose diária recomendada de 150 μg, presente sobretudo na tireóide como constituinte do hormônio tireoidiano, sendo necessário para o controle da temperatura corpórea, metabolismo, reprodução e crescimento; Nitrogênio (N), onde muito embora os íons nitrato sejam pouco tóxicos para humanos, eles podem ser reduzidos no próprio organismo para os íons nitritos. Estes por sua vez causam efeito negativo à saúde, como é o caso de metemoglobinemia em crianças (hipo-oxigenação do sangue). Também o íon NO2 pode reagir com as aminas, resultando em nitrosoaminas, reconhecidas como agente cancerígeno potencial; Potássio (K), com doses diárias de 2000 a 3500mg, regula o balanço dos fluídos corpóreos e atua nas contrações musculares e na transmissão de impulsos nervosos; e Zinco (Zn), com doses de 12 a 15mg, ocorre em todos os tecidos corpóreos, em particular em ossos, músculos e pele. Protege o fígado de danos químicos e é necessário para integridade do sistema imunológico. Também regula o crescimento. Reflexões para Articulação de um Programa Estruturante Doenças causadas por alimentos e produtos do segmento (CDC, 2000) têm sido objeto de atenção em todo o planeta. Entretanto, cada vez mais a solução aos problemas decorrentes requer ações integradas que envolvam todos os elos das cadeias existentes entre a produção e o consumidor. Geralmente, grandes problemas começam pequenos, o que indica que uma ação de sociedade deve considerar não somente a correção de efeitos secundários, mas também o entendimento e, se possível, a eliminação das causas geradoras. As questões que envolvem o lento afloramento de doenças devido aos elementos minerais tóxicos, dada a sua natureza complexa, indicam a necessidade da articulação de um programa estruturante com visão de futuro para o atendimento ao coletivo e desenvolvimento sustentável. Neste contexto é possível enunciar um conjunto de pontos que podem merecer destaque para uma ação eficiente: Organizar ação envolvendo representação institucional dos Ministérios de Agricultura, Pecuária e Abastecimento, Ciência e Tecnologia, Minas e Energia, bem como da Saúde, para um programa comum de investimentos públicos em pesquisa a ser desenvolvida no âmbito das instituições de C,T&I, do setor do agronegócio, das minas e energia, bem como da saúde, alinhado às questões da geomedicina com foco nas principais cadeias alimentares do Brasil e redes mobilizadoras de competências nacionais;
- 41. 40 2 GEOMEDICINA E AGRONEGÓCIOGEOMEDICINANO PARANÁ - 2009 Organizar ação para a composição de um vetor de decisão que vise à construção de observatórios para alimentos seguros e sustentabilidade da vida no território, para uma população de indivíduos nutridos, alimentados e com saúde, modelo este que poderá se constituir em um plano piloto para uma série de outros países emergentes ou em desenvolvimento; Organizar ação para o estabelecimento e sistematização de uma rede de discussão sobre o tema agropecuária, floresta, agroenergia e geomedicina, com apoio da articulação já estabelecida pela RIPA, visando à construção de um Programa Nacional de Sociedade com o envolvimento do setor produtivo, terceiro setor, academia e Governo, e de outras redes com caráter restrito, focadas por áreas do conhecimento relativo ao tema; Organizar ação para a construção de um sistema de indicadores regionais que possibilitem a avaliação de impactos na saúde, devido ao consumo de alimentos ou produtos derivados de processos agropecuários, florestais ou agroenergéticos. A proposta visa tomar como base o estudo de modelos internacionais de indicadores, destacando-se o modelo da Organização Mundial de Saúde (OMS) e da Food and Agriculture Organization (FAO); Organizar ação em Boas Práticas e articular um sistema metrológico que garanta certificação para o consumo; e Organizar ação para o estabelecimento de um programa de formação de recursos humanos que viabilize maior interatividade entre profissionais oriundos de diferentes áreas do conhecimento. Conclusões O uso do conhecimento e da inovação pode levar à solução de problemas e desafios trazidos pelo processo produtivo agropecuário, florestal e de agroenergia. A saúde humana e animal, que é relacionada a esses processos e ao meio ambiente de maneira geral, transforma-se em uma preocupação cada vez mais acentuada. Este trabalho, em face da complexidade da questão, buscou apontar a importância da participação dos diversos setores da sociedade brasileira no estabelecimento de um modelo de decisão em rede que considere a segurança do alimento, cuja componente tem início nos processos de tomada de elementos minerais dos solos pelas plantas, como base para o estabelecimento de um programa estruturante para o Brasil. A expectativa com relação a este trabalho é que o mesmo possa ser elemento motivador para que as instituições brasileiras possam construir um programa que leve a bom termo a qualidade de vida e o alimento seguro com base em práticas do desenvolvimento sustentável.
- 42. 41 3 SISTEMA DE WEBMAPPINGGEOMEDICINA NO PARANÁ - 2009 SISTEMA DE WEB MAPPING Hélio Pedrini UNICAMP - Instituto de Computação Humberto Cereser Ibañez IPPPP - Instituto de Pesquisa Pelé Pequeno Príncipe Bonald Cavalcante de Figueiredo IPPPP - Instituto de Pesquisa Pelé Pequeno Príncipe FPP - Faculdades Pequeno Príncipe UFPR - Centro de Genética e Pesquisa do Câncer em Crianças As idéias anunciadas pelos biólogos organísticos durante a primeira metade do século ajudaram a dar à luz um novo modo de pensar – o “pensamento sistêmico” – em termos de conexidade, de relações, de contexto. De acordo com a visão sistêmica, as propriedades essenciais de um organismo, ou sistema vivo, são propriedades do todo, que nenhuma das partes possui. Elas surgem das interações e das relações entre as partes. Capra (1996) A atitude do homem em relação à biosfera interfere nas condições dos biótopos, que são os locais propícios à vida, condições estas que podem ser favoráveis ou prejudiciais à sua saúde. Hoje, as consequências do buraco na camada de ozônio na atmosfera convencem a opinião pública de que são necessárias ações para conter as emissões de clorofluorcarbono na atmosfera. Entretanto, as principais causas desta degradação iniciaram-se quando a ciência e a tecnologia eram empregadas na produção de equipamentos e aerossóis que continham este gás. Hoje, a inteligência humana, enriquecida pela teia mundial de saberes, passa a ser usada no sentido de promover a sustentabilidade e a saúde do planeta. Neste contexto, a descoberta das causas de doenças crônicas que afetam as populações consiste em um meio de melhorar a qualidade de vida dos habitantes de diversos biótopos. A incidência do câncer vem aumentando nas últimas décadas no mundo. Em alguns países, o câncer já é a principal causa de morte da população. Estudos mostram que o Brasil poderá seguir esta tendência. Em 2000, o câncer era a terceira maior causa de morte por doenças, sendo fatores contribuintes o envelhecimento da população, propiciado pelo processo de urbanização e pelas ações de recuperação da saúde, que aumentam o tempo de exposição contínua aos fatores ambientais (KLIGERMAN, 2000). Em 2005, o câncer era a segunda maior causa de morte por doenças, sendo a maior exposição a determinados riscos ambientais apontada como uma das características responsáveis por uma mudança no perfil de morbi-mortalidade nos últimos 20 anos (CERVI, 2005).
- 43. 42 3 SISTEMA DE WEBMAPPINGGEOMEDICINA NO PARANÁ - 2009 Neste contexto, conhecer a localização das doenças e de seus agentes etiológicos, para prevenir o contato com elementos tóxicos e cuidar da saúde da população afetada pelos fatores de risco, é um anseio de epidemiologistas e ambientalistas, responsáveis pela vigilância em saúde. Hoje, há um consenso de que fatores ambientais frequentemente exercem influência nos mecanismos genéticos que contribuem para o surgimento das doenças (WUNSCH, 2005). O primeiro emprego de mapas para a descoberta ou confirmação da causa de uma epidemia, de que se tem notícia, foi publicado pelo Dr. John Snow (CSISS, 2007). Em 1849, o Dr. Snow publicou um panfleto onde propunha que a cólera reproduzida no corpo humano era espalhada por alimentos ou água contaminada. Esta teoria sofreu oposição da mais comumente idéia aceita na época, de que a cólera, como todas as doenças, era transmitida através da inalação de vapor contaminado. Em 1854, quando a cólera atingiu a Inglaterra novamente, o Dr. Snow conseguiu legitimar seu argumento. A investigação epidêmica iniciou com a plotagem das mortes relacionadas com essa doença. Naquela época, a água de Londres era suprida por duas companhias. Uma bombeava a água da superfície do rio Tâmisa, enquanto a outra bombeava a água subterrânea de poços. Uma alta concentração de cólera foi encontrada na região da cidade que usava a água subterrânea. Em seguida, ele constatou que, em uma determinada localização, perto da intersecção entre as ruas Cambridge e Broad, havia ocorrido mais de 500 mortes por cólera em 10 dias. Este foi um dos primeiros usos de múltiplos mapas temáticos, técnica que consiste na sobreposição gráfica de camadas de dados em uma série de mapas de base, o que possibilita o relacionamento de objetos e fenômenos geograficamente. Neste mapa, apresentado na Figura 16, com a visualização de barras empilhadas nos locais de residência e proporcionais à quantidade de óbitos causados pela cólera de moradores destes endereços, obteve-se a indicação do local da fonte contaminante. Figura 16 - Mapa empregado na pesquisa da epidemia de cólera na cidade de Londres, em 1854 (CSISS, 2007)
- 44. 43 3 SISTEMA DE WEBMAPPINGGEOMEDICINA NO PARANÁ - 2009 O uso de recursos computacionais para o mapeamento temático e a análise espacial iniciou-se na década de 1960, quando o Canadian Geographic Information System (CGIS, 2007) e o Harvard Laboratory for Computer Graphics and Spatial Analysis (HLCGSA, 2007) desenvolveram os primeiros sistemas aplicados a esta finalidade. Até os anos 1980, o uso dos SIGs era restrito às universidades ou ao governo, onde o software era executado em computadores de grande porte. No ano de 1982, a Environmental System Research Institute, Inc (ESRI, 2008) lançou o seu primeiro software SIG comercial, chamado ARC/INFO que era executado em minicomputadores. Com o aumento da capacidade do hardware e a redução de seu preço foi possível, nos anos 1990, o desenvolvimento de SIG para microcomputadores, quando esta tecnologia passou a ter uma maior usabilidade, provida pelos recursos gráficos que surgiram neste ambiente computacional. Isto também tornou a tecnologia acessível a um número maior de profissionais que instalaram a primeira versão comercial de SIG para desktop, o ArcView (2006). No primeiro semestre de 1992, a ESRI vendeu 10 mil cópias do ArcView. O próximo passo para o aumento da acessibilidade aos mapas digitais foi o lançamento, no ano de 1999, do ArcIMS, o único software SIG da época que permitia aos usuários integrar dados locais com dados de Internet em uma interface simples de um navegador (browser). Nos últimos anos, com a popularização da World Wide Web ou Web, a academia e a indústria voltaram-se para o desenvolvimento dos chamados sistemas de localização para Web, onde mapas digitais são acessados por clientes conectados à rede com o uso de um simples navegador e os dados espaciais são fornecidos por servidores de mapas. Esta tecnologia, chamada de Web Mapping (MITCHELL, 2005), inicialmente foi baseada no modelo de interface tradicional para uma aplicação de Internet, em que o usuário requer uma página ao servidor, o qual a constrói e a entrega ao navegador. Esta página inicial inclui algum formulário HTML usado para a entrada de dados pelo usuário. Uma vez que o formulário preenchido é enviado, a próxima página é construída e servida de acordo com as opções selecionadas pelo usuário. Este processo continua em um estilo de navegação ditado pela natureza do protocolo HTTP. A principal desvantagem deste modelo em relação ao modelo de aplicação dos desktops é a espera pela atualização das páginas pelo usuário, o que faz com que haja uma interrupção no fluxo de pensamento relacionado a sua ação. Nos desktops, isto não acontece porque a interface com o usuário está inerentemente conectada à camada de aplicação. Com o incremento da velocidade de transmissão na Internet, um conjunto de tecnologias passou a ser empregado para que o problema da quebra do fluxo de ação do usuário fosse evitado. Este conjunto de tecnologias foi batizado por Jesse James Garrett, da Adaptive Path, como AJAX, do inglês Asynchronous Javascript and XML (O’REILLY, 2006). Esta tecnologia usa um recurso implementado nos navegadores modernos conhecido como objeto XMLHttpRequest, o qual habilita o código JavaScript a fazer requisições a um servidor remoto, sem a necessidade de recarregamento da página, evitando as interrupções e aumentando a eficiência do sistema. Diante de uma interface eficiente, o usuário concentra-se na lógica de suas ações, ocupando-se exclusivamente com suas tarefas, sem desviar a atenção para o que está sendo feito pela camada da aplicação. O sensoriamento remoto, a coleta e análise de amostras de materiais, a modelagem, representação e análise de dados espaciais pelos Sistemas de Informações Geográficas (SIG) possibilitam uma visualização geográfica de fenômenos naturais, por meio da qual
- 45. 44 3 SISTEMA DE WEBMAPPINGGEOMEDICINA NO PARANÁ - 2009 podem ser feitos o monitoramento e a projeção das condições de saúde da biosfera, que é o lugar na superfície terrestre onde há vida. Além disso, a visualização de fatores ambientais e de indicadores de saúde em mapas suscita a pesquisa dos relacionamentos de causa e efeito entre os fatores ambientais e as doenças que afetam a população de uma região. A visualização geográfica do teor de certos elementos químicos e de coeficientes de mortalidade humana, cuja causa básica foi atribuída à determinada doença, proporciona uma visão que auxilia a pesquisa das causas das doenças e o processo de tomada de decisão para a alocação de recursos nos locais onde é necessário um maior cuidado com a saúde da população. Esta visualização é obtida com o uso de recursos computacionais de computação gráfica, de processamento de imagens digitais, de funções geoestatísticas, geodésicas e algébricas (IBAÑEZ, 2007). O Sistema de Web Mapping implantado apresenta em mapas da região de interesse as seguintes informações: as classificações das diferentes taxas de incidência de doenças crônicas; as concentrações de elementos químicos no ambiente, cujas influências sobre as doenças são conhecidas e outras que serão investigadas; a sobreposição dessas camadas, que pode suscitar hipóteses que são estudadas por pesquisadores. Na apresentação destes resultados é empregada a metodologia de visualização geográfica, derivada da visualização científica que, segundo Ramos (2005), “pode ser considerada como o uso de ferramentas computacionais com o propósito de aprimorar a análise de dados, tornando evidentes informações que não poderiam ser percebidas de outra forma, ou tornando mais rápido o processo de percepção. Dessa forma, a visualização permite que se veja o que não poderia ser visto”. Esta metodologia surgiu a partir da semiologia gráfica, criada por Bertin (1967), a qual procura estabelecer formas eficientes de representação gráfica dos fenômenos naturais para facilitar a percepção cognitiva humana. A distribuição espacial heterogênea da incidência de câncer entre populações que vivem em diferentes regiões do mundo corrobora a hipótese da influência dos fatores ambientais sobre as neoplasias. Estudos mostram que incidências de algumas neoplasias tendem a se agrupar em certas regiões, onde a taxa de incidência apresenta- se notavelmente mais elevada. Um exemplo é o câncer pediátrico no córtex da glândula supra-renal, cuja incidência no Estado do Paraná está sendo 12 vezes superior à incidência reportada nos Estados Unidos e Europa (FIGUEIREDO, 2005). Para a epidemiologia, a visualização da distribuição espacial das doenças em mapas permite, por meio da exploração desta visualização, a avaliação do risco em locais onde sejam confirmadas hipóteses da toxicidade dos elementos químicos. Em uma subsequente visão, as delimitações das áreas de risco à saúde norteiam a distribuição dos recursos necessários para os cuidados com a saúde pública, nos locais onde a população é mais afetada. Uma exploração científica requer uma interface homem/computador eficiente e uma modelagem da base de dados adequada, onde os aspectos inerentes à aplicação, como o espaço-temporal, devem ser considerados para que o sistema responda a questões básicas como “quando” e “onde”. A eficiência do sistema está vinculada a uma modelagem abrangente de sua base de dados, que deve prever e organizar os possíveis relacionamentos entre os objetos do sistema. Neste trabalho, apresentam-se os procedimentos empregados na construção da base de dados, incluindo a aquisição dos dados, a modelagem da base de dados e a importação dos mesmos para esta base.
- 46. 45 3 SISTEMA DE WEBMAPPINGGEOMEDICINA NO PARANÁ - 2009 O poder de aquisição dos dados aumenta quando o sistema tem a capacidade de interoperar com outros sistemas, o que possibilita a expansão por meio da aquisição de dados geográficos providos por serviços na rede de computadores. Neste trabalho mostra-se como, a partir da escolha de componentes compatíveis com padrões internacionais, esta capacidade é alcançada e como serviços de mapas foram usados para enriquecer a visualização geográfica do sistema. A construção do sistema é feita com o reuso de software, processo em que são integrados componentes prontos e testados, o que aumenta a confiabilidade do sistema e a agilidade de sua produção. A escolha de componentes de uma família de aplicação é justificada para atender a um conjunto de requisitos, sendo o principal a interoperabilidade. Outra necessidade imprescindível dos sistemas desta natureza, onde são tratados e relacionados dados do meio ambiente e de saúde, é a capacidade de extensão ou modificação para que alguma funcionalidade específica seja acrescentada. Esta característica é dificultada quando se empregam componentes de software fechados ou comerciais, os quais, por sua natureza, impedem que sejam feitas modificações. Por isso, adotou-se o emprego de componentes de software de código aberto e livre, os quais permitem que sejam feitas as adaptações necessárias para atender aos requisitos particulares deste sistema. Este trabalho mostra como estes componentes foram integrados com o emprego de um framework implementado com a tecnologia AJAX e quais foram as tecnologias empregadas. Processo de Software Segundo Sommerville (2003), um processo de software é um conjunto de atividades e de resultados associados que levam à geração de um produto de software. Esse processo pode envolver o desenvolvimento do software desde o início, embora, cada vez mais, ocorra o caso de um software novo ser desenvolvido mediante a expansão e a modificação de sistemas já existentes. Para o autor, atualmente poucos sistemas são completamente novos, o que leva a considerar o desenvolvimento e a manutenção como estágios integrados e contínuos. Ao invés de dois processos separados, é mais realista pensar na engenharia de software como um processo evolucionário, em que o software é continuamente modificado ao longo de seu tempo de duração, em resposta a requisitos em constante modificação e às necessidades do cliente. O autor ainda afirma que construir sistemas com reuso de componentes é essencial para o rápido desenvolvimento de software e para redução de custos e de riscos. Uma das abordagens mais eficazes do reuso se baseia na noção de família de aplicação, cujos membros formam uma arquitetura de domínio específico e cujo núcleo comum é reutilizado cada vez que uma nova aplicação é construída. Nesta construção pode ser necessário o desenvolvimento de alguns componentes adicionais ou a adaptação dos componentes existentes, em uma especialização funcional, a fim de atender aos requisitos particulares do sistema que está sendo construído. Sommerville (2003) recomenda, no projeto com reuso de família de aplicação, uma arquitetura do sistema em camadas, onde o núcleo que agrega os componentes
- 47. 46 3 SISTEMA DE WEBMAPPINGGEOMEDICINA NO PARANÁ - 2009 essenciais do sistema é separado em uma camada mais interna e os componentes específicos, suscetíveis a adaptações, são dispostos em camadas superiores. A Figura 17 mostra a produção de um novo membro por meio de adaptações feitas sobre a família escolhida. Desenvolvimento Incremental A abordagem de desenvolvimento incremental consiste na entrega de produtos de software aos clientes em estágios, onde cada estágio contém um incremento que corresponde a um conjunto de funcionalidades, sendo as mais importantes incluídas nos primeiros estágios. Estes incrementos evoluem gradativamente para a versão final, em um processo que se vale das avaliações dos usuários para o aprimoramento da especificação dos requisitos e a identificação dos ajustes necessários para o aperfeiçoamento do software. Sommerville (2003) apresenta diversas vantagens do desenvolvimento incremental: Os clientes não precisam esperar até que todo o sistema seja entregue, para então tirarem proveito dele. O primeiro estágio satisfaz seus requisitos mais importantes e, assim, o software pode ser imediatamente utilizado; Os clientes podem usar os primeiros incrementos como um protótipo e obter uma experiência que forneça os requisitos para estágios posteriores do sistema. Isto propicia um comprometimento maior dos usuários com o produto obtido no final do processo; As funcionalidades mais importantes do sistema são testadas desde o início, o que implica em uma maior robustez do sistema produzido, o qual, provavelmente, terá suas funcionalidades principais bem depuradas e isentas de falhas. Estas vantagens do desenvolvimento incremental são apontadas aqui como condições para que o sistema seja realmente usado com sucesso e se evite o abandono do uso pelos clientes após a sua implantação, um risco que é altamente relacionado com interfaces inadequadas ao usuário. Figura 17 - Desenvolvimento de um novo membro da família de aplicação
- 48. 47 3 SISTEMA DE WEBMAPPINGGEOMEDICINA NO PARANÁ - 2009 Prototipação Evolucionária Uma forma de minimizar o risco de fracasso de um projeto é fazer com que o cliente tenha uma participação mais efetiva no processo de software, onde o envolvimento do cliente é alcançado nas avaliações e validações dos incrementos do protótipo pelos usuários do sistema e diretores da organização. Este processo iterativo, no qual a interação entre clientes e a equipe de desenvolvimento é frequente, traz benefícios apontados por Sommerville (2003): Um protótipo inicial é aprontado com agilidade e serve para mostrar a viabilidade e a utilidade da aplicação para a direção da organização; À medida que as funções do sistema são apresentadas nos protótipos, possíveis equívocos no levantamento de requisitos pela equipe de desenvolvimento ou na expectativa da funcionalidade do sistema pelos usuários podem ser identificados; A interação entre projetistas e usuários, nos sucessivos incrementos do sistema, faz com que haja uma maior aproximação entre o sistema e as necessidades dos usuários. Por outro lado, um risco associado ao uso da prototipação evolucionária é o incremento de propriedades funcionais ao sistema sobre um protótipo reusado no qual haja deficiência de propriedades não funcionais essenciais, como, por exemplo, o desempenho. Uma reestruturação do protótipo para corrigir esta deficiência custaria muito e o prosseguimento do projeto nestas condições poderia levar ao seu fracasso. Para evitar este risco, Sommerville (2003) recomenda que os protótipos iniciais tenham uma estrutura sólida de modo que possam ser mantidos por muitos anos, sejam confiáveis e eficientes. No GeoMedicina a manutenibilidade prolongada é entendida como um quesito imprescindível, uma vez que a interoperação e a capacidade de expansão são essenciais para a evolução do sistema com a inclusão de novas interfaces. A confiabilidade de um sistema é apresentada por Sommerville (2003) em quatro dimensões principais: disponibilidade, confiabilidade, segurança e proteção. Disponibilidade é a capacidade de o sistema estar em funcionamento a qualquer momento em que seus serviços sejam necessários; confiabilidade é a capacidade de o sistema responder de forma correta, conforme especificado, às interações dos usuários; segurança é a característica de o sistema ser livre de falhas que causem danos às pessoas ou ao seu ambiente; e proteção é a capacidade de o sistema resistir a invasões acidentais ou deliberadas. Um dos benefícios do projeto com reuso é a maior confiabilidade. Os componentes que são empregados no reuso, a princípio, são mais confiáveis que os componentes novos. Eles já foram experimentados e testados em diferentes ambientes. Os defeitos de projeto e de implementação são descobertos e eliminados no uso inicial dos componentes, reduzindo assim o número de falhas quando o componente é reusado. Aqui se ressalta o potencial do software livre neste aspecto, onde uma comunidade mundial, que cresce diariamente, experimenta e testa os componentes que serão reusados. Uma forma de reduzir os riscos do projeto de software é empregar o modelo espiral, o qual exige uma consideração direta dos riscos técnicos em todas as etapas do projeto e que, se adequadamente aplicado, deve reduzir os riscos antes que se tornem problemáticos.
- 49. 48 3 SISTEMA DE WEBMAPPINGGEOMEDICINA NO PARANÁ - 2009 Entretanto, este modelo exige experiência na avaliação dos riscos e confia-se nessa experiência para o sucesso. A Figura 18 mostra as etapas de planejamento para este modelo, análise de riscos, engenharia e avaliação do cliente, propostas por Pressman (1995). Figura 18 - O modelo espiral (PRESSMAN, 1995) Modelagem de Dados Espaciais Um modelo é uma visão abstrata de um sistema, que ignora alguns de seus detalhes, mas auxilia na estruturação e compreensão do comportamento de um sistema. Aqui, um modelo pode ser entendido como uma generalização de um sistema real baseado em computador. Um modelo amplamente usado para o projeto de aplicações com bases de dados é o modelo conceitual entidade- relacionamento (ER). Elmasri e Navathe (2003) descrevem o processo de design da base de dados em passos simplificados expostos a seguir: Levantamento e análise de requisitos. A análise das entrevistas com os usuários gera um documento com um conjunto conciso de requisitos de dados. Em paralelo são também levantados os requisitos funcionais da aplicação, os quais consistem nas operações (transações) a que serão submetidos os dados; Criação do esquema conceitual da base de dados, onde são adicionados aos requisitos de dados uma descrição detalhada dos tipos de dados, relacionamentos e restrições. Em seguida, as transações correspondentes às operações realizadas pelos usuários são definidas. Modificações no esquema conceitual podem ser necessárias caso alguma funcionalidade não possa ser especificada; Implementação da base de dados em um SGBD, passo chamado de design lógico da base de dados, o qual resulta em um esquema da base de dados; Design físico da base de dados, onde são especificadas as estruturas de armazenamento e organizações dos arquivos para a base de dados.
- 50. 49 3 SISTEMA DE WEBMAPPINGGEOMEDICINA NO PARANÁ - 2009 Os dados espaciais podem ser organizados segundo dois formatos principais. O formato raster consiste em imagens formadas por tabelas de pixels aos quais são atribuídos valores transformados em cores pelos softwares de processamento de imagens que as interpretam. Sobre estas imagens é feito um georreferenciamento com a atribuição de coordenadas geográficas a alguns pixels da imagem, segundo um sistema de projeção. Um sistema de projeção é usado para projetar no plano a superfície geóide da terra. Normalmente ocorre alguma distorção no processo de projeção, sendo que os diferentes sistemas de projeção preservam algumas propriedades originais em detrimento de outras, como por exemplo, preservar ângulos e distorcer áreas. Outro formato de dados espaciais é o formato vetorial, que consiste em primitivas gráficas, como ponto e segmento de reta, isoladas ou combinadas, as quais são transformadas em imagens pelos softwares de computação gráfica que as interpretam. Estas primitivas gráficas são posicionadas em relação a um referencial segundo um sistema de projeção pré-definido. Dentre os formatos vetoriais, o ShapeFile é bastante difundido pelas empresas de produção cartográfica. ShapeFile é um formato de dados espaciais definido pela Environmental Systems Research Institute, Inc. (ESRI, 2008) no qual são armazenadas, em coordenadas vetoriais, as geometrias e a localização no espaço dos objetos geográficos, como pontos e polígonos; e os respectivos atributos descritivos, como nomes de municípios, população residente e quantidade de residências com saneamento básico. No documento ESRI ShapeFile Technical Description (ESRI, 1998), pode-se verificar que um ShapeFile é composto, entre outros, por três arquivos básicos: um arquivo principal (extensão shp) no qual, em cada registro de tamanho variável, há uma descrição de um objeto geográfico com uma lista de vértices; um arquivo índice (extensão shx), em que cada registro contém um offset do arquivo principal; e uma tabela no formato dbase (extensão dbf), na qual em cada registro estão contidos os atributos descritivos dos objetos geográficos. Alguns formatos de dados comerciais tornaram-se padrões internacionais “de fato”, como é o caso do ShapeFile. Entretanto, Mitchell (2005) adverte que muitas empresas têm criado seu próprio formato, os quais, quando adotados, restringem a liberdade do usuário na escolha da ferramenta de geoprocessamento mais adequada às suas necessidades. Base de Dados do Sistema Os dados geoquímicos são produzidos pela empresa Minerais do Paraná (MINEROPAR) no formato ShapeFile (polígonos), com a representação de isolinhas que indicam classes de concentração dos elementos químicos, em partes por milhão (ppm) ou miligramas por litro (mg/L). As isolinhas são obtidas por meio de um processo de interpolação dos valores constatados na análise das amostras georreferenciadas aos 736 pontos de coleta no estado do Paraná. Um outro formato dos dados geoquímicos decorre da disposição dos teores em tabela de pontos georreferenciados, que constituem uma malha regular baseada na Global Geochemical Reference Network (MINEROPAR, 2006). Os dados de mortalidade por doenças são obtidos da Secretaria de Saúde do Estado do Paraná, Divisão de Informações Epidemiológicas (PARANÁ, 2009) e do Departamento de Informática do Sistema Único de Saúde (DATASUS, 2006). Estes dados correspondem ao índice de mortalidade por doença, segundo as classificações
- 51. 50 3 SISTEMA DE WEBMAPPINGGEOMEDICINA NO PARANÁ - 2009 internacionais de doenças CID-9 (anterior a 1996) e CID-10 (após 1996), ocorrida nos municípios do Estado. Os dados disponíveis são oriundos do Sistema de Informações sobre Mortalidade (SIM), sistema este gerido pela Secretaria de Vigilância em Saúde (SVS, 2009), em conjunto com as Secretarias Estaduais e Municipais de Saúde. As taxas de mortalidade por neoplasias constantes no capítulo II da CID-10 são calculadas em função da população do respectivo ano no município. Uma outra fonte de dados de saúde é o Instituto de Pesquisa Pelé Pequeno Príncipe, que fornece a quantidade de testes de DNA e de mutações do gene TP53 encontradas nas amostras de sangue coletadas de recém-nascidos residentes nos municípios do Paraná. Os formatos desses dados são planilhas eletrônicas ou arquivos tipo texto, separados por vírgula. Uma importação dos mesmos para a base de dados do sistema é realizada com o uso de ferramentas próprias do SGBD. Os dados que constituem a base cartográfica com os limites municipais e microrregionais são obtidos por meio do Sistema de Mapas Interativos do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE, 2006), onde se seleciona o tema Mapa de Divisões Territoriais. Estes dados, que originalmente estão no formato ShapeFile, são convertidos, por meio de um conversor do PostGIS, para uma base de dados espaciais. Um software de geoprocessamento que interage com uma base de dados relacional, com extensão para tratamento de dados espaciais, adquire a capacidade de um Sistema de Informações Geográficas. Esta extensão adiciona ao esquema relacional suporte para tipos de dados geométricos, indexação espacial e operadores geométricos. Assim, com o uso do SQL pode-se criar e manipular dados geográficos através de relacionamentos de sobreposição espacial, de predicado binário e através de mudança de sistemas de coordenadas. Uma função de predicado binário retorna um valor booleano, indicando se dois objetos espaciais têm um determinado relacionamento, como por exemplo, “intercepta” ou “está dentro”. Uma função de sobreposição espacial toma um ou mais objetos espaciais e retorna um novo, como por exemplo, “intersecção” ou “buffer”. Rigaux (2002) afirma que a primeira tarefa na modelagem de dados espaciais é a definição do esquema da base de dados que descreve a estrutura da informação gerenciada pela aplicação, bem como as restrições a respeito dos dados armazenados na base de dados. Um esquema conceitual é obtido através de um modelo de entidade- relacionamento (ER), o qual descreve genericamente os objetos, chamados neste estágio de entidades, junto com os relacionamentos entre eles. Diagrama Entidade-Relacionamento O diagrama entidade-relacionamento (ER) da Figura 19 apresenta as entidades da base de dados espacial do GeoMedicina. Os limites administrativos dos municípios são definidos em polígonos na entidade MUNICIPIO. O atributo “gid” é a chave primária com um índice de árvore B. Há um segundo índice espacial do tipo GiST, criado para o atributo geoPoligono. A identificação do município (IdentMun) e o período em que são válidos os limites municipais (anoIni e anoFim) são usados para relacionamentos com outras entidades, cuja chave primária é a identificação do município associada ao período a que correspondem os demais atributos. A atomicidade do atributo temporal é o ano, o qual foi definido
- 52. 51 3 SISTEMA DE WEBMAPPINGGEOMEDICINA NO PARANÁ - 2009 considerando-se a periodicidade em que as informações de saúde e geológicas são atualizadas. A grade geoquímica (GRADEGEOQUIMICA) com os teores de elementos químicos em pontos interpolados, os indicadores de mortalidade por determinada doença nos municípios (MORTALIDADE) com a razão bruta da mortalidade por doença e os seus valores suavizados por métodos estatísticos, os teores de elementos químicos nos municípios (TEORELEMQUIMMUN), os usuários cadastrados do sistema (USUARIOSISTEMA) e os mapas inseridos pelo usuário (MAPAUSUARIO) são as outras entidades constantes neste diagrama. Figura 19 - Diagrama entidade-relacionamento (ER) do GeoMedicina No diagrama ER, observa-se que os objetos geográficos atômicos, que são os polígonos com as fronteiras dos municípios e os pontos da grade regular geoquímica com os respectivos níveis de teor dos elementos químicos, relacionam-se entre si através da relação INTEGRA. Esta relação consiste em uma funcionalidade que percorre o conjunto de polígonos e obtém os pontos da grade que estão dentro de cada um dos polígonos. Estes pontos integrados ao respectivo município permitem que a relação APRESENTA calcule o teor médio de cada elemento químico, o qual é armazenado no atributo teorMedio da entidade TEORELEMQUIMMUN. Criação e Inserção na Base de Dados Espacial O diagrama ER fornece uma visão do esquema da base de dados que auxilia na elaboração dos comandos para a criação da base e a inserção de dados nas tabelas. Um código na linguagem SQL foi escrito com os comandos que criam uma base preparada para a inserção de objetos geográficos e seus atributos, incluindo as restrições e o relacionamento entre estes objetos. Um código na linguagem PHP foi escrito para ler arquivos em formato CSV e inserir registros na base criada. Um conversor de arquivos no formato ShapeFile para a base de dados PostGIS é usado para a inserção de registros nesta base.
- 53. 52 3 SISTEMA DE WEBMAPPINGGEOMEDICINA NO PARANÁ - 2009 Padrões de Interoperabilidade Uma necessidade a ser considerada na concepção do sistema é a capacidade de o mesmo interoperar com outros sistemas, o que possibilita a comunicação entre aplicações, embora estas tenham sido desenvolvidas de forma independente. Esta capacidade é obtida quando algum componente do sistema segue um padrão internacional para a troca de dados. Esta troca permite que temas produzidos por outros sistemas remotos sejam compartilhados com um sistema local e vice-versa, sem que haja a necessidade de replicação de bases de dados, o que evita a cópia de grandes quantidades de dados para o computador local. Os padrões de interoperabilidade para Internet, denominados Web Services, são independentes da linguagem de programação, do sistema operacional e das plataformas. Um sistema, em cuja concepção adotaram-se estes padrões, torna-se um sistema modular no qual se podem agregar novos produtos de softwares através da consulta a múltiplas fontes e/ou servidores de dados. Na última década, duas organizações têm trabalhado em conjunto para o estabelecimento destes padrões para mapas, o Open Geospatial Consortium (OGC, 2006) e o International Organization for Standardization / Technical Committee 211 (ISO/TC 211, 2006). Um sistema que segue os padrões estabelecidos pelo OGC oferece vários benefícios (SAYAR, 2006), incluindo: Distribuição de dados geoespaciais e aplicações entre plataformas, sistemas operacionais, computadores e linguagens. Serviços OGC são neutros quanto à plataforma e à linguagem; Integração de funcionalidades e dados geoespaciais nas aplicações personalizadas, por meio de rotinas implementadas em Web Services Description Language (WSDL, 2006), as quais requerem os serviços Web; Integração de infraestrutura que está sendo construída para a habilitação da arquitetura de Serviços Web, como ferramentas de desenvolvimento, servidores de aplicação, protocolos de mensagens, segurança e definições de fluxo. O grupo ISO/TC 211 / OGC, cujo objetivo é o estabelecimento de um conjunto de padrões estruturados para informações concernentes a objetos ou fenômenos que, direta ou indiretamente, estão associados a uma localização relativa ao planeta Terra, estabeleceu o padrão ISO 19107, o qual padroniza o esquema espacial para as informações geográficas digitais. Neste esquema é definido o conceito de features, que são abstrações de fenômenos do mundo real com uma localização geográfica e as unidades fundamentais de informação geográfica. Dados vetoriais consistem em primitivas geométricas e topológicas usadas, separadamente ou em combinação, para a construção de objetos que expressam as features geográficas. A linguagem Geographic Markup Language (GML) - ISO 19136 (OGC, 2006b), a qual é codificada em XML, é usada para o transporte e armazenamento de informação geográfica, incluindo ambas, a geometria e as propriedades das features geográficas. O OGC criou os padrões de Web Services para mapas conhecidos como Web Features Service - ISO 19142/43 (OGC, 2006d) e Web Map Service - ISO 19128 (WMS, 2006). A partir destes padrões, uma aplicação pode acessar produtos cartográficos de servidores remotos. Os serviços de WMS geralmente fornecem imagens digitais processadas a partir da cobertura de satélites. Os serviços WFS fornecem dados de features no formato GML. Um outro padrão, o Web Coverage Service - ISO 19123 (OGC, 2006c), é uma extensão do WMS à qual são adicionados valores ou propriedades das localizações geográficas que as descrevem em
- 54. 53 3 SISTEMA DE WEBMAPPINGGEOMEDICINA NO PARANÁ - 2009 detalhes, permitindo consultas complexas sobre os dados e fornecendo-os junto com suas semânticas originais, as quais podem ser interpretadas, extrapoladas, ao invés de simplesmente reproduzidas. Além disso, este padrão retorna representações de fenômenos que variam no espaço e que relacionam o domínio espaço-temporal a um intervalo de propriedades (possível multidimensional). Um outro padrão, o Simple Features Access - Part 1: Common Architecture (OGC, 2009), define como as aplicações manipulam os SGDB espaciais através do SQL. A Figura 20 ilustra o resultado de acesso a esses serviços de mapas na Internet. No caso dos WMS, para que os dados sejam compartilhados com independência da aplicação, um conjunto básico de “metadados” deve ser definido conforme a Tabela 5. Quando se trata de outros serviços, como o WFS e o WCS, outros “metadados” são definidos, os quais permitem à aplicação conhecer os recursos oferecidos pelos serviços, bem como a capacita a exercer controle sobre os aspectos temporais, espaciais e dos atributos. Assim, é possível requisitar um subconjunto importante para a visualização geográfica que se deseja no momento. Figura 20 - Serviços de acesso a mapas na Internet (PCI GEOMATICS, 2007) Nome Descrição Exemplo em WMS Tipo de serviço Indica que a requisição service=WMS será para o WMS Requisição de mapa Indica que a requisição request=getmap será de um mapa Versão do WMS Especifica a versão que version=1.1.1 deve ser compatível com a do cliente Projeção ou sistema Escolhe o sistema de projeção srs=EPSG:4326 de referência espacial da imagem georreferenciada Formato de Imagem Escolhe o formato de imagem format=image/jpeg a ser fornecido pelo servidor layers=Estado,Municípios Nomes dos Layers ou Seleciona as camadas que fontes de dados serão enviadas Tamanho da imagem Especifica tamanho da imagem width= “1000” height= “740” em largura e altura, em pixels Extensão geográfica Expressa as coordenadas bbox=-170 0,-50 90 ou bounding box sudoeste e nordeste do mapa Tabela 5 - Principais metadados usados no padrão WMS
- 55. 54 3 SISTEMA DE WEBMAPPINGGEOMEDICINA NO PARANÁ - 2009 Conceitos do Sistema O sistema de web mapping é implantado em um servidor Web baseado em software livre e de código aberto. Este servidor permite o acesso simultâneo a múltiplos usuários, com tempo máximo de resposta dimensionado em um minuto. O sistema apresenta em páginas de hipertexto uma interface com o usuário, constituída por controles para a interatividade do usuário e imagens com mapas geográficos de elementos químicos e de doenças na região de estudo. No projeto GeoMedicina, o reuso de componentes minimiza as atividades do processo de software, uma vez que a especificação, o projeto e a implementação do protótipo inicial já estão incorporadas em uma aplicação que constitui o primeiro protótipo. Neste trabalho, é necessária uma estruturação da base de dados espacial, a configuração e a instalação de um protótipo e a evolução deste protótipo com a integração de novas funcionalidades e com o aperfeiçoamento das interfaces, por meio de interações entre os usuários e os projetistas. A interação do processo de software neste trabalho segue o modelo de desenvolvimento incremental. A modelagem da estrutura de dados do GeoMedicina considera a sua natureza espacial, organizando o acesso e as relações entre os dados de forma a garantir propriedades emergentes como o desempenho e a expansão. Na modelagem são consideradas as características dos dados e os eventos que representam o comportamento esperado do sistema. O modelo entidade- relacionamento é empregado para a construção de um esquema relacional. Visualização Geográfica A visualização geográfica segue o conceito da engenharia semiótica, que afirma existir uma comunicação bidirecional na interação entre a interface do sistema (mapa) e o usuário (leitor). Esta comunicação é eficiente quando o sistema “percebe” as necessidades do usuário e informa a este aquilo que lhe interessa, e quando o usuário consegue comunicar o que deseja por meio dos dispositivos desta interface. Uma comunicação eficiente contribui para que haja uma exploração particular e individual dos componentes do mapa em um ambiente interativo, quando o usuário realiza suas próprias buscas e análises e, portanto, chega a um conhecimento novo (RAMOS, 2005). Segundo Bertin (1967, apud RAMOS, 2005), a representação cartográfica eficiente deve ser construída para possibilitar a visão do fenômeno representado e não sua leitura, ou seja, quanto mais natural for a apreensão do fenômeno representado, mais eficiente será a imagem gráfica. Os conceitos elementares de cartografia constituem a base para a confecção de qualquer mapa. O primeiro conceito a ser considerado é o modo de implantação da informação geográfica que, basicamente, pode ser pontual, linear ou areal. Uma informação é pontual (zero-dimensional) quando relacionada com um par de coordenadas, abscissa e ordenada. Este modo de implantação é empregado quando a forma do objeto geográfico pode ser desprezada. Uma informação é linear quando relacionada com uma sequência de pontos que compõem uma linha (unidimensional). Uma informação é areal (bidimensional) quando relacionada com uma sequência de pontos que formam um polígono fechado (limites políticos ou naturais), ou um conjunto de pontos que se estendem
- 56. 55 3 SISTEMA DE WEBMAPPINGGEOMEDICINA NO PARANÁ - 2009 ao longo do espaço (fenômenos físicos contínuos). Além desses três modos, Slocum (1998) e outros autores propuseram o conceito de modo de implantação 2½-dimensional e tridimensional. O modo 2½-dimensional é implantado quando a cada coordenada está associado um único valor de um fenômeno, ou seja, cada coordenada é univariada. No modo de implantação tridimensional, a cada coordenada está associado, além do valor de uma altura acima/abaixo de um referencial, o valor de um ou mais fenômenos, ou seja, cada coordenada é bivariada ou multivariada. Há dois tipos genéricos de mapas: os mapas de referência, que fornecem informações sobre a localização de objetos, e os mapas temáticos, que mostram a distribuição espacial de um fenômeno (ESRI, 1996). Dados temáticos podem ser categorizados em qualitativos e quantitativos. Dados qualitativos diferenciam os objetos pelo tipo, espécie ou condição, enquanto dados quantitativos indicam as diferenças em quantidades ou valores associados aos objetos. Os mapas temáticos são assim denominados por conter informações acerca de um único tema (SILVA, 2003). Um exemplo de tema qualitativo é o de classes de uso do solo e um exemplo de tema quantitativo é o do volume de agrotóxico empregado. Em um mapa podem ser expressas informações qualitativas e quantitativas, como, por exemplo, mapas de uso do solo mostrando o volume de agrotóxico empregado, sendo, neste caso, denominados de mapas politemáticos. Outro conceito importante para a produção eficiente de mapas temáticos é o da descrição de dados através de escalas de mensuração, as quais descrevem os dados em três níveis: nominal, ordinal e intervalar ou de razão. Dados na escala nominal diferem pelo tipo e não podem ser ordenados. Um exemplo de dados na escala nominal é o de área rural e área urbana. Dados na escala ordinal podem ser ordenados, mas possuem somente valores relativos (baixo, médio, alto), não sendo possível estabelecer uma diferença entre os mesmos uma vez que não há valores numéricos a eles associados. Dados na escala intervalar ou de razão possuem valores numéricos associados aos mesmos, sendo possível classificá- los segundo estes valores numéricos. A distribuição espacial de um fenômeno pode ser contínua ou discreta. Um fenômeno discreto é aquele que ocorre em localizações distintas e com espaço entre essas localizações, onde este fenômeno está ausente. Um exemplo de fenômeno discreto é o uso do solo na agricultura, onde os tipos de culturas variam ao longo do espaço. Um fenômeno contínuo é aquele em que não há lacunas de sua ocorrência ao longo do espaço, mas somente variações. Normalmente, os fenômenos físicos apresentam uma distribuição espacial contínua, sendo um exemplo a temperatura atmosférica. A representação da distribuição espacial de um fenômeno, seja ele contínuo (concentração de elementos químicos) ou discreto (ocorrência de doenças em um município), é feita por meio de aplicação de variáveis visuais, as quais devem ter um emprego apropriado para que a comunicação seja eficiente. Ramos (2005) afirma que Slocum, complementando os estudos de Bertin e outros, estudou a eficácia da aplicação das variáveis visuais, subdividindo- a em baixa, média e alta. Esta classificação é dependente da escala de mensuração (nominal, ordinal ou intervalar) e do modo de implantação da informação (pontual, linear, areal, 2½-D ou 3-D) por meio das variáveis visuais apresentadas na Figura 21.
- 57. 56 3 SISTEMA DE WEBMAPPINGGEOMEDICINA NO PARANÁ - 2009 Slocum estudou a efetividade das variáveis visuais para cada escala de mensuração em fenômenos areais. A Tabela 6 apresenta as conclusões deste estudo. Figura 21 - Variáveis visuais e seus modos de implantação, segundo Slocum (1998) - Fonte: Ramos (2005)
- 58. 57 3 SISTEMA DE WEBMAPPINGGEOMEDICINA NO PARANÁ - 2009 Tabela 6 - Eficácia das variáveis visuais para cada escala de mensuração em fenômenos areais, segundo Slocum (1998, apud RAMOS, 2005) Legenda: (B) Baixa; (M) Média; (A) Alta; (a) Desde que diferenças com alturas sejam sugestivas de diferenças numéricas, uso com cautela para dados em escala ordinal; (b) Unidades de enumeração ocultas e ausência de orientação são problemas; (c) Não é esteticamente agradável; (d) Matizes devem ser ordenados cuidadosamente, por exemplo, amarelo, laranja, vermelho. VARIÁVEIS VISUAIS ESCALAS DE MENSURAÇÃO Nominal Ordinal Intervalar e razão Espaçamento B Mc Mc Tamanho B M M Altura em perspectiva B Ma Ab Orientação A B B Forma A B B Arranjo A B B Brilho B A M Matiz A Ad Md Saturação B M M Ramos (2005) também afirma que combinações destes fatores, modo de implantação, escala de mensuração e distribuição espacial, foram estudadas por Kraak e Ormeling (1996). Este estudo chegou a nove tipos de representações das quais quatro são apresentadas por refletirem maior relevância para este trabalho. Na representação coroplética, cuja palavra é originada do grego choros (área) e pletos (valor), os diferentes valores são atribuídos a unidades de área. Os valores de uma série de dados a serem mapeados são submetidos a um processo de classificação e as classes obtidas são representadas em polígonos a elas associados. Valores absolutos devem ser padronizados pelo quociente com a área do polígono ou a população nele contida. Mapas coropléticos são usados para representar fenômenos discretos. A representação por isolinhas, do grego iso que significa igual, é constituída por linhas que unem pontos de igual valor. Mapas de isolinhas são usados para representar fenômenos contínuos. A representação por figuras proporcionais, onde os tamanhos das figuras variam em função de valores absolutos, é usada para representar fenômenos discretos associados a pontos ou áreas. Na representação por pontos, cada ponto está relacionado com um valor fixo do fenômeno apurado e deve ser disposto o mais próximo possível da localização exata onde ocorre. Uma maior ou menor concentração de pontos ao longo da região comunica a maior ou menor incidência do fenômeno mapeado. Além da representação em mapas coropléticos e isopléticos criaram- se duas formas de representação dos elementos químicos com a finalidade de aprimorar a visualização da sobreposição destes com o tema mortalidade por neoplasias. Na primeira representação os elementos são representados pelas letras da tabela periódica ou de sua composição química (Ex. Al, Pb, NO2), com o tamanho das fontes proporcionais aos níveis dos mesmos nos pontos da grade geoquímica. Na segunda representação foi calculada a média dos pontos contidos nos polígonos que definem os limites municipais, à qual foram atribuídas cores neutras (tons de cinza) – com as médias mais baixas representadas pelos níveis claros e as mais altas, pelos escuros. Na camada superior (mortalidade por neoplasia) foi adotada uma variação de matizes ou de brilho. Ao sobrepor o mapa do ambiente pelo mapa da doença, e aumentando-se a transparência da camada superior, obtém-se uma menor saturação da cor
- 59. 58 3 SISTEMA DE WEBMAPPINGGEOMEDICINA NO PARANÁ - 2009 (escurecimento) dos municípios onde se estimou uma maior quantidade do elemento no ambiente. Com a primeira representação, ao diminuir-se a opacidade da camada superior visualizam-se as letras que representam os elementos químicos com tamanhos maiores, onde há prevalência dos mesmos, e menores, onde os respectivos níveis são inferiores. Interface com o Usuário Um aspecto importante para garantir a aceitação do sistema é o projeto de sua interface com o usuário, o qual, para ser eficaz, deve seguir os princípios básicos de familiaridade, consistência e orientação ao usuário. A familiaridade está relacionada com o ambiente computacional a que o usuário está acostumado e com a terminologia empregada nas opções de menu e rótulos. A consistência é obtida pelo comportamento regular da interface com o usuário, o que simplifica o aprendizado e aumenta a confiança do usuário no sistema. A orientação ao usuário deve proporcionar a sensação de que o usuário está no controle, a qual é obtida com o emprego de realimentações feedbacks ao usuário, que devem esclarecê-lo sobre o que está ocorrendo após o mesmo ter realizado uma ação sobre o sistema. Isto evitará que uma sequência de ações dos usuários cause um mau funcionamento ou corrompa o sistema. Shneiderman (1998) classificou os modos de interação em cinco estilos principais: manipulação direta, seleção de menu, preenchimento de formulários, linguagem de comando e linguagem natural. No GeoMedicina, a interação dos usuários é implementada com o emprego dos três primeiros estilos. O estilo de preenchimento de formulário associado ao estilo de seleção de menu é empregado para que o usuário selecione as variáveis que deseja e controle a funcionalidade do sistema. O estilo de manipulação direta permite ao usuário interagir diretamente com o mapa na tela, deslocando- o ou delimitando-o com pontos ou áreas, através de cliques e arrastos do mouse. A interatividade do usuário no GeoMedicina com a API Ka-map permite que ele modifique a visualização por meio da seleção de camadas sobrepostas no mapa digital, do deslocamento e da ampliação deste mapa sobre certas áreas. Também é possível salvar e imprimir as imagens digitais obtidas, possibilitando a inclusão das mesmas em documentos ou apresentações. Dois perfis de usuários potenciais do sistema são considerados: o pesquisador de epidemiologia e o agente em saúde pública. O pesquisador de epidemiologia faz ensaios com as múltiplas combinações, no sentido de descobrir padrões que indiquem os relacionamentos importantes entre doenças e fatores ambientais; neste processo são identificadas as supostas áreas de risco à saúde humana que, no futuro, poderão ser validadas pela comunidade científica. O segundo perfil, o agente em saúde pública, tem o auxílio do sistema no processo de tomada de decisão para a alocação de recursos regionais destinados aos devidos cuidados com a saúde da população. Ao visualizar e navegar em mapas temáticos, o usuário obtém a indicação dos lugares onde os temas selecionados suscitam o direcionamento do foco da pesquisa. Esta indicação, visualizada na sobreposição de camadas, auxilia-o na formulação de hipóteses sobre relacionamentos importantes entre fatores ambientais e determinadas doenças.
- 60. 59 3 SISTEMA DE WEBMAPPINGGEOMEDICINA NO PARANÁ - 2009 Interface do Sistema de Web Mapping A primeira versão do sistema possui uma interface com o usuário apresentada no navegador Web, a qual é subdividida em: área de apresentação cartográfica, área de legenda, mapa de referência e barra de ferramentas. Os controles da aplicação posicionados nestas áreas são descritos a seguir: Check boxes na área da legenda, que apresentam as camadas disponíveis para visualização e servem para selecionar quais temas (elemento químico, doença, base cartográfica) são mostrados na área de apresentação cartográfica; Botões associados às camadas na área da legenda que servem para regular a opacidade das mesmas no mapa, permitindo a visualização de camadas inferiores por meio do aumento da transparência ou diminuição da opacidade de camadas superiores; Botões associados às camadas na área da legenda que servem para trocar a ordem das camadas, possibilitando que uma camada seja trocada de posição com a camada imediatamente inferior ou com a camada imediatamente superior; Botões associados às camadas na área da legenda que servem para mostrar ou ocultar a respectiva legenda; Caixa de seleção da barra de ferramentas que serve para a escolha do mapa politemático que será acessado e apresentado pelo sistema; Botões da barra de ferramentas que servem para modificar a escala do mapa, ampliando ou reduzindo a imagem digital visualizada; Botões na área de apresentação cartográfica, que servem para apresentar ou ocultar as áreas sobrepostas à área de apresentação cartográfica. As áreas controladas com este recurso são a do mapa de referência e a da legenda. Na área de visualização cartográfica, há interações com o usuário através de linguagem de manipulação direta, como por exemplo: clicar e arrastar o mouse para deslocar o mapa; duplo clique sobre um ponto do mapa para centralizá-lo; ou clique sobre um elemento cartográfico para obtenção de uma consulta espacial. Exemplos dos mapas obtidos nesta interface podem ser vistos na Figura 22, onde são apresentadas a distribuição espacial de elementos químicos e de mortalidade por neoplasias. A partir da legenda, pode-se verificar o intervalo de classe a que cada cor está associada. O teor do elemento químico é indicado na unidade partes por milhão ou miligramas por litro e o coeficiente da doença, pelo número de óbitos por cem mil habitantes. A Figura 23 (a, b) apresenta uma sobreposição dos dois fenômenos da Figura 22, obtida através de um controle que modifica a transparência (opacidade) da camada superior, tendo na camada inferior as médias dos teores nos polígonos representadas em níveis de cinza. Na Figura 23 (c) é apresentada a mesma sobreposição, mas com a representação dos elementos.
- 61. 60 3 SISTEMA DE WEBMAPPINGGEOMEDICINA NO PARANÁ - 2009 Figura 22 - Mapas do Alumínio em Águas (a, c) e do Câncer de Esôfago (b) - Fonte: Sistema GeoMedicina (a) (b) (c)
- 62. 61 3 SISTEMA DE WEBMAPPINGGEOMEDICINA NO PARANÁ - 2009 Figura 23 - Mapa da sobreposição entre Alumínio em Águas e Câncer de Esôfago (a); ampliação da região de interesse tendo na camada inferior as representações por tons de cinza e por tamanhos de fontes proporcionais aos teores dos elementos (b, c) - Fonte: Sistema GeoMedicina (a) (b) (c)
- 63. 62 3 SISTEMA DE WEBMAPPINGGEOMEDICINA NO PARANÁ - 2009 Figura 24 - Arquitetura em camadas para FOSS4G em plataforma Web Software Livre e de Código Aberto para Geomática O Web Mapping consiste no desenvolvimento de aplicações para ambiente Web, que propiciam ao usuário a capacidade de visualizar e interagir com a informação geográfica. Assim, é possível aliar a facilidade de uso de uma interface Web à facilidade de interpretação da representação de dados visuais (mapas, gráficos, relatórios formatados) em uma solução simples para publicação de dados para o usuário final (IBAÑEZ, 2007). A disseminação de informações geográficas pela Internet aumenta a capacidade de acesso aos mapas. A manutenção distribuída das bases de dados espaciais e a interoperabilidade entre os sistemas criam um ambiente propício para o trabalho colaborativo, onde a informação atualizada por uma fonte é servida a multiusuários, com atualização centralizada e entrega distribuída da informação. Uma arquitetura em camadas fornece uma visão do software usado em um sistema para computação geoespacial em plataforma Web, desde o software de base até a aplicação. A Figura 24 apresenta, lado a lado, a arquitetura genérica e a arquitetura dos softwares de código livre e aberto para computação geoespacial ou, em inglês, Free Open Source Software for Geoinformatics (FOSS4G) (JOLMA, 2006), agrupados nas camadas: sistema, processamento de dados, serviço de dados, interface com o usuário e aplicação do usuário final. A camada sistema agrupa o sistema operacional, cuja opção natural para o FOSS4G é o Linux, embora o framework da Microsoft .NET tenha criado uma oportunidade interessante para o desenvolvimento de software de código aberto e livre. As linguagens C, C++ e Java são usadas para o desenvolvimento de bibliotecas e ferramentas de baixo nível, porém a opção pelo Java dificulta a integração com outras
- 64. 63 3 SISTEMA DE WEBMAPPINGGEOMEDICINA NO PARANÁ - 2009 linguagens, o que faz com que esta escolha leve a uma solução com o uso predominante desta linguagem nas camadas superiores da plataforma do servidor (JOLMA, 2006). A camada de processamento de dados engloba o gerenciamento, o processamento de formato e análise dos dados espaciais. Esta camada é responsável pela leitura, interpretação e transformação dos objetos geográficos organizados em diversos formatos. Um exemplo de software desta camada é a biblioteca GDAL, do inglês Geospatial Data Abstraction Library (GDAL, 2007), a qual pode ser usada para acessar, ler, manipular e escrever em mais de 50 formatos raster. A OGR Simple Features Library (OGR, 2007) é uma parte da GDAL que faz o mesmo para mais de 20 formatos vetoriais. Outro exemplo de software usado para este processamento é a ferramenta que transforma conjuntos de dados geográficos de um sistema de coordenadas para outro. No FOSS4G a biblioteca mais comumente usada para esta finalidade é o PROJ.4 - Cartographic Projections Library (PROJ4, 2007). A análise é realizada com ferramentas de computação estatística ou geométrica, como é o caso da linguagem R de computação estatística e a Geometry Engine Open Source (GEOS, 2007), a qual provê operações como sobreposição espacial e predicado binário. Os SGBD espaciais são usados para a organização de dados vetoriais, com o aproveitamento das propriedades destes sistemas e a integração de bibliotecas como a GEOS e a PROJ4. Ainda na camada de processamento, há bibliotecas usadas para produzir as imagens resultantes da interpretação e da análise dos dados espaciais. Vários formatos de imagens são produzidos, como as imagens JPG, GIF, PNG e PDF. A biblioteca GD Graphics Library (GD, 2007), usada para a criação dinâmica de imagens e a biblioteca PDFlib (2007), usada para a criação do formato PDF/A especificado no padrão ISO 19005, são exemplos do software usado na produção desses formatos de imagens. A camada de serviço engloba o servidor de mapas e o servidor HTTP. O servidor de mapas organiza as camadas de mapas obtidas com o processamento das bibliotecas da camada anterior, repassando-as ao servidor HTTP. Os servidores de mapas integram diferentes fontes de dados espaciais, por meio das bibliotecas que as lêem e da adequação a padrões de interoperabilidade. Exemplos de servidores de mapas são o MapServer (2009), o GeoServer (2007) e o MapGuide (2007). O servidor HTTP recebe as requisições da camada interface com o usuário, ativa a execução do servidor de mapas e de interpretadores de scripts e serve os resultados empacotando-os no protocolo HTTP. Estas ferramentas servem mapas como imagens, o que viabiliza a criação de Websites interativos. A camada interface com o usuário consiste na interface dos browsers usados para navegação na Internet, a qual oferece controles de navegação, processamento de tipos de mídia e processamento de código, como JavaScript, XML e GML. Um tipo de mídia, do inglês Media Type ou, segundo o termo original, Multipurpose Internet Mail Extensions (MIME, 2007), antecede os diferentes conteúdos recebidos pelo browser e serve para acionar o processamento apropriado a estes dados. Por exemplo, um texto em código HTML é indicado com MIME “text/html”, já uma imagem GIF é indicada com “image/gif”. A camada de aplicação do usuário final é obtida com a execução, no browser, do código recebido do servidor HTTP. Ela é constituída por controles da funcionalidade do sistema e pela visualização dos resultados obtidos com a interação do usuário.
- 65. 64 3 SISTEMA DE WEBMAPPINGGEOMEDICINA NO PARANÁ - 2009 Interface de Programação de Aplicação Ka-map Tendo em mente a funcionalidade esperada do sistema e a política de reuso de software, escolheu-se a interface de programação de aplicação, do inglês, Application Programing Interface (API) Ka-map, a qual está no topo da arquitetura em camadas, apresentada na Figura 25. Servidor HTTP Apache O sistema baseia-se na arquitetura cliente-servidor, onde o cliente é o navegador (browser) do usuário e o servidor HTTP é o Apache (2006). O cliente envia para o servidor requisições de conteúdos constantes em um formulário HTML, onde estão embutidos parâmetros que especificam a requisição do usuário ao sistema. O servidor trata esta requisição e retorna ao cliente o conteúdo solicitado. O conteúdo respondido pelo servidor HTTP consiste no envio de arquivos no formato HTML, conforme os itens selecionados em formulários submetidos pelo cliente. Este conteúdo torna-se dinâmico quando o HTML, ao invés de ser um arquivo estático, é gerado com a execução de scripts e programas CGI, os quais geram respectivamente, o código HTML e as imagens, conforme as seleções feitas pelo cliente. Morimoto (2006) explica que a principal característica do Apache é a modularidade. Ao invés de ser um aplicativo complexo, que desempenha muitas funções, o Apache se limita a executar uma única tarefa: entregar páginas HTML e outros tipos de arquivos aos clientes. Outras funções, como a interpretação de linguagens e o acesso ao SGBD, são executadas por módulos externos carregados sob demanda. Figura 25 - Arquitetura inicial do sistema GeoMedicina SGBD PostgreSQL e PostGIS O PostgreSQL (2006) é um SGBD objeto-relacional de código aberto, o qual, neste projeto, é estendido pelo PostGIS (2006), passando a apresentar a habilidade de um gerenciador de base de dados espaciais (MITCHELL, 2005). Isto é possível devido à escalabilidade do PostgreSQL, o que permite estendê-lo, adicionando-lhe novos tipos de dados, funções, operadores, métodos de índice e linguagens procedurais. Assim, é possível embutir programas no SGBD escritos em várias linguagens além do SQL e C, como o PL/PgSQL, Perl, Pyton, Ruby e PL/R.
- 66. 65 3 SISTEMA DE WEBMAPPINGGEOMEDICINA NO PARANÁ - 2009 Outra característica importante do PostgreSQL é o recurso do emprego de expressões regulares nas cláusulas where. Isto, ao mesmo tempo em que simplifica as expressões usadas na procura por padrões, confere-lhes uma sofisticação que aumenta o poder de expressão e a velocidade de busca (DERNIER, 2006). O PostgreSQL possui tipos geométricos, operadores espaciais e índices somente para retângulos e círculos. Pontos, linhas e polígonos podem ser indexados através de seus retângulos envolventes com o emprego de árvores R, mas isto implica em perda de precisão da forma destes objetos, degradando a capacidade de resolução espacial de funções como distância e intercessão. A solução para este problema é encontrada na extensão deste SGBD, o PostGIS. O índice usado nesta extensão é o GiST (2007), cuja aplicação, além de preservar a resolução espacial, não limita a indexação a features com tamanho inferior a 8 Kbytes, como é o caso do índice nativo do PostgreSQL. O PostGIS, além de armazenar, tem a capacidade de manipular dados espaciais (MITCHELL, 2005). Esta característica contribui para a economia de banda de rede e de memória primária ou secundária. Caso não houvesse esta capacidade, os dados espaciais seriam transmitidos via rede e armazenados em memória para o posterior processamento via aplicação. Nesta extensão está implementado o padrão Simple Feature Access - Part2: SQL Option (OGC, 2009b), o que assegura portabilidade ao longo do tempo de vida do projeto, com o emprego de funções padronizadas e independentes da aplicação. MapServer O MapServer (2009), originalmente desenvolvido pela Universidade de Minnesota (UMN), é o componente integrador da família de aplicações que constitui a versão atual do sistema GeoMedicina. Ele integra softwares da camada de processamento de dados, que realizam o tratamento dos dados espaciais e que produzem as imagens digitais, com o servidor HTTP da camada serviço de dados. No contexto de funcionamento do MapServer, há dois componentes principais configurados no arquivo MapFile (LIME, 2006): a fonte de dados espaciais (por exemplo: ShapeFile, base de dados) e as imagens de mapas em formatos legíveis por browsers (por exemplo: JPG, GIF e PNG). O MapServer não é uma ferramenta de análise, mas de apresentação de informações sobre mapas, por meio do uso de várias técnicas cartográficas para visualização de resultados. A análise pode ser feita por componentes desenvolvidos para esta finalidade e integrados ao MapServer. Sua função básica consiste em coordenar a leitura e a manipulação de dados espaciais e em formatar os resultados do processamento entregando-os às ferramentas de produção dos mapas digitais. O controle e a configuração das entradas e saídas são feitos pelo MapFile. O MapFile contém a organização das entradas e saídas do servidor de mapas. Nele são declarados os formatos dos dados de entrada e das imagens produzidas, como, por exemplo: o estilo de apresentação das camadas e suas respectivas classes, o tipo de imagem de saída, os sistemas de projeção dos dados espaciais e do mapa digital gerado, o mapa de referência, a legenda, a barra de
- 67. 66 3 SISTEMA DE WEBMAPPINGGEOMEDICINA NO PARANÁ - 2009 Figura 26 - Esquema do MapServer e módulos integrados pelo MapFile escala e o formato da apresentação das consultas espaciais. A Figura 26 mostra um esquema que relaciona, por meio do MapFile, os módulos que compõem o sistema. As características mais importantes do MapServer para este projeto são: a automação dos elementos de mapas, como barra de escala, mapa de referência e legenda; a produção de mapas temáticos com o uso de expressões lógicas ou expressões regulares baseadas em classes; a projeção dinâmica de mapas. O MapServer é usado para selecionar e especificar os mapas em formato vetorial armazenados no PostGIS ou em ShapeFiles. As consultas SQL são expressas nos respectivos layers declarados no MapFile. O MapServer é integrado ao servidor HTTP através das interfaces Common Gateway Interface (CGI, 2006) ou linguagens de scripting como PHP, Pyton, Perl ou Java. O CGI consiste em uma interface entre programas executáveis e servidores HTTP. Através desta interface, o programa em CGI recebe parâmetros de configuração e de modo de funcionamento, executa um processamento correspondente e retorna o resultado do seu processamento ao servidor HTTP. PHP e Scripting O PHP (2007) é uma linguagem de scripting própria para o desenvolvimento de interfaces Web. Com o PHP é possível fazer com que uma página de conteúdo HTTP apresente um comportamento dinâmico. No projeto GeoMedicina, o PHP é empregado como linguagem de scripting por meio de uma extensão chamada PHPMapscript, a qual é usada para a criação de uma API que implementa uma interação dinâmica com o MapServer através do MapFile, o qual é transformado em classes (PhpMapscript , 2006) que podem ser acessadas como objetos, com atributos e métodos que atuam sobre os elementos do MapFile.
- 68. 67 3 SISTEMA DE WEBMAPPINGGEOMEDICINA NO PARANÁ - 2009 AJAX, JavaScript e XML O Asynchronous JavaScript and XML (AJAX) (SOARES, 2006) é um conceito de desenvolvimento de conteúdo para Internet, no qual se economiza o tráfego na rede, pois, com este conceito, não é necessário que a atualização de determinadas informações implique na modificação da página inteira. O AJAX proporciona um mecanismo para separar o dado da aplicação, fazendo com que somente o dado trafegue pela rede e somente quando for necessário para a aplicação. O AJAX diminui as chamadas ao servidor de mapas e o processamento realizado no servidor. Esta economia é alcançada com um sistema de subdivisão da imagem digital do mapa em retângulos pequenos (tiles), armazenados em cache do cliente e do servidor. Isso possibilita que o cliente requisite somente os tiles ausentes no cache local e também que sejam processados pelo servidor somente as partes da imagem digital que ainda não constem no cache do servidor. O balanceamento do processamento no lado do cliente com o processamento no lado do servidor faz com que a interface com o usuário seja fluida e contínua. A fluidez e continuidade da interface são obtidas com o AJAX e, como o próprio nome indica, a comunicação é assíncrona porque o browser não pára de mostrar o conteúdo da página enquanto espera que a requisição feita seja respondida. Os scripts do cliente usam o objeto JavaScript XMLHttpRequest para fazer chamadas ao servidor, o qual envia as respostas em XML, que são analisadas em segundo plano pelo cliente. O JavaScript monitora e controla os eventos usados para a interação do usuário com o sistema. Assim, um evento como clicar e arrastar o mouse para deslocar o mapa é tratado pela aplicação. Nesta ação, por meio de controles, pode-se evitar uma requisição ao servidor, recuperando-se as partes do mapa que foram visualizadas em navegações anteriores constantes na memória cache do cliente. Uma parte do JavaScript que está rodando no browser cria uma instância do objeto XMLHttpRequest e uma função que serve como um callback assíncrono. O script então usa o objeto XMLHttpRequest para dirigir uma operação HTTP ao servidor. Quando a resposta é recebida, a função callback é invocada. O dado retornado pelo servidor é processado dentro da função callback. Se o dado está codificado em XML, o objeto XMLHttpRequest analisará o dado automaticamente, usando os mecanismos de processamento XML integrados ao browser (Snell, 2005). Além do JavaScript e do XML, o AJAX emprega as folhas de estilo em cascata e o modelo de objeto de documento, vistos a seguir. Algumas características de segurança, que envolvem o procedimento de invocar serviços Web através do JavaScript embutido em um browser, devem ser entendidas. Há uma restrição nos browsers quanto à interação, autorizada somente para serviços hospedados no mesmo domínio da página Web. Para habilitar o acesso a serviços Web localizados em outro domínio, uma solução é passar todas as requisições do XMLHttpRequest por meio de um proxy localizado no mesmo domínio que a página carregada. Este proxy encaminha as requisições para a localização remota e retorna os resultados ao browser. Assim, sob o ponto de vista do XMLHttpRequest, a interação ocorre no mesmo domínio da página.
- 69. 68 3 SISTEMA DE WEBMAPPINGGEOMEDICINA NO PARANÁ - 2009 Folhas de Estilo em Cascata As folhas de estilo em cascata, do inglês, Cascading Style Sheets (CSS), são um mecanismo simples para a adição de estilo nas páginas Web. As folhas de estilo descrevem como os documentos são apresentados na tela ou em impressoras através da definição de, por exemplo, fontes, cores e espaçamento (W3C, 2007). O nível dois desta especificação (W3C, 2007b) permite que os designers incluam estilo a documentos estruturados, seja em documentos HTML ou em aplicações XML. Com o emprego das folhas de estilo, separa-se o estilo de apresentação do conteúdo desses documentos. Isto uniformiza o design de uma aplicação Web e facilita a manutenção do seu conteúdo. O uso das CSS consiste em incluir estilos de títulos, barras de ferramentas, menus e tabelas definidos uma única vez nos documentos. A expressão cascata refere-se à capacidade de mais de um estilo influenciar a apresentação simultaneamente. Document Object Model - DOM O modelo de objeto de documento, do inglês Document Object Model (DOM), é uma interface de programação de aplicativos independente de plataforma ou linguagem, que possibilita aos programas e scripts acessarem e atualizarem dinamicamente o conteúdo, o estilo e a estrutura de documentos (W3C, 2007c). O objetivo do DOM é facilitar aos programadores o acesso aos componentes de um documento, viabilizando a eliminação, a adição e a modificação do conteúdo, atributos e estilo destes componentes estruturados. No DOM, as tags de um documento HTML são estruturadas em uma árvore, onde o nó raiz corresponde à tag HTML. Abaixo da tag BODY estão, por exemplo, componentes como formulários, tabelas, caixas de texto, botões, listas, etc. O AJAX usa esta árvore, em que se incluem também os estilos de apresentação para manipular o conteúdo de uma página Web, conforme a interação dos usuários controlada pela interface do sistema. Escolha dos Componentes de Software Algumas vantagens que influenciaram a escolha dos componentes de software já foram expostas ao longo deste texto, como o comportamento contínuo de uma interface AJAX, sob a qual foi implementada a API Ka-map. O servidor de mapas MapServer e a extensão PostGIS do SGBD possuem a capacidade de interoperabilidade com serviços de mapas na Web. A experimentação de outros sistemas de mapas na Web mostrou que as soluções que empregaram tecnologia similar à escolhida são tão eficientes quanto o protótipo do GeoMedicina. A argumentação dos próximos parágrafos tem o objetivo de monstrar que os componentes escolhidos apresentam um desempenho equivalente a softwares comerciais empregados atualmente em Web Mapping. Uma opção ao MapServer seria o ESRI-ArcIMS (ArcIMS, 2007). Anderson (2007), da Refractions Research, comparou estes servidores de mapas em testes, descrevendo aspectos como a facilidade de administração, a conformidade com o padrão WMS 1.1.1, a interoperabilidade com outros softwares e o desempenho. A base de dados usada nos testes foi gerenciada pelo ESRI-ArcSDE 8.3 (ArcSDE, 2007) e as requisições ao servidor consistiram em GetMaps criadas em uma extensão do JMeter (2007).
- 70. 69 3 SISTEMA DE WEBMAPPINGGEOMEDICINA NO PARANÁ - 2009 Nos primeiros testes de desempenho, onde se comparou o número de requisições concorrentes contra o tempo de resposta, constatou- se a superioridade do ArcIMS. Verificou-se que o desempenho baixo do MapServer deveu-se a dois principais gargalos: o custo de 1 a 2 segundos para cada requisição GetMap mais o custo de extração das features do ArcSDE. A solução para diminuir estes custos consistiu em prover conexões persistentes com a base de dados. Para isso foi necessário adicionar o suporte FastCGI (2007), uma vez que não há meios de manter conexões persistentes com o MapServer no modo CGI. Também foi necessário melhorar o código do MapServer que obtém as features do ArcSDE, diminuindo o uso das operações mais custosas. A partir destas melhorias, os primeiros testes foram repetidos constatando-se um desempenho equivalente para ambos os softwares. Depois disso, testes de desempenho foram feitos com a medição do tempo de resposta na geração de imagens em formatos GIF, PNG e JPG e na reprojeção de mapas. Constatou-se que o desempenho para imagens do tipo JPG é melhor com o ArcIMS, enquanto que para imagens GIF e PNG o desempenho é superior com o MapServer. Este também apresentou um desempenho melhor na reprojeção de mapas e foi mais rápido que o ArcIMS no teste da quantidade de mapas servidos por segundo, com acréscimo no número de usuários concorrentes sobre um período de tempo estendido. O tempo de resposta na extração de features também foi inferior no MapServer. Quanto à conformidade com o padrão WMS, o MapServer passou em todos os 83 testes realizados enquanto que o ArcIMS passou em 71, sendo as 12 falhas atribuídas a algumas respostas com tipo MIME errado e algumas exceções sinalizadas com código errado. Quanto à facilidade de administração, o MapServer apresentou as vantagens de reiniciar tão rápido quanto o servidor Web e de não ser necessário recarregar os serviços quando há alguma mudança nos arquivos de configuração. O ArcIMS apresentou a vantagem de um controle mais granular sobre os níveis de log. Segundo as investigações da Netcraft (2007), o Apache é o servidor Web mais usado entre todos os sites ativos em março de 2007, com 58,62% de servidores Apache contra 31,02% dos servidores Microsoft. Questões sobre o desempenho destes produtos apontam vantagens tanto para o IIS 6 da Microsoft quanto para o Apache 2. Um argumento convincente na escolha do produto refere-se ao ambiente no qual este é integrado. Se o servidor HTTP for integrado a softwares da Microsoft é melhor usar o IIS, mas se o servidor HTTP for integrado a softwares livres é melhor usar o Apache (CORRÊA, 2006). O baixo custo na aquisição do software livre, o que é o caso de todos os componentes da aplicação, também é uma vantagem levada em conta. Mapas Colaborativos na Internet Uma iniciativa emergente do uso desta tecnologia é a produção em conjunto e online de modelos de localizações do mundo real. A idéia, derivada das aplicações para publicações pessoais, blogs, e para edição de documentos em grupo wikis, baseia-se na ação coletiva de usuários que podem, além de visualizar, inserir representações de objetos georreferenciados. Chang (2006) visiona a Web como um meio de lugares, pessoas e participação. Há várias razões para o sucesso da Web como um meio para a colaboração aberta. Ela provê acesso a uma coleção rica de recursos online, os quais agem como uma base comum de colaboração.
- 71. 70 3 SISTEMA DE WEBMAPPINGGEOMEDICINA NO PARANÁ - 2009 A pesquisa participativa é uma abordagem da Geografia Social, que oferece um modelo para o desenvolvimento e envolvimento comunitário. Esta pesquisa não somente indica que a produção de mapas é uma das melhores técnicas de participação, como também reconhece que esta abordagem favorece: a construção de comunidades ou redes de relacionamentos com a reunião de pesquisadores do mundo todo; uma abordagem colaborativa e não hierárquica para a investigação de inter-relacionamentos nos domínios do conhecimento; a integração de idéias e contribuições de diferentes atores em projetos comunitários; e um meio de participação para qualquer integrante da comunidade. Proveniência e Fluxo dos Dados Quando vários profissionais manipulam os dados em um trabalho colaborativo, é desejável que seja possível reproduzir os procedimentos em que os dados originais foram transformados ou combinados para a criação de visões da base de dados. A proveniência dos dados, que permite descobrir de onde veio um conjunto de dados, e o processo pelo qual este chegou na base de dados, têm se tornado importantes, especialmente em bases de dados científicas, onde a compreensão da linhagem dos dados é crucial para comprovar a sua acuracidade e promover a aceitação dos mesmos. Somente uma parte dos dados existentes em uma base de dados pode ser considerada como fonte, no sentido em que foi obtida a partir de experimentos. Os outros dados são visões, ou seja, foram obtidos a partir de outras fontes de dados ou de outras visões. O entendimento de que as visões não são produzidas unicamente por meio de consultas, mas também de correções e anotações inseridas por especialistas, aumenta a complexidade deste controle (BUNEMAN, 2001). Bowers e outros (2006) propõem um modelo para o gerenciamento da proveniência e a análise dos dados em fluxos de trabalhos científicos, onde as operações de leitura (Read), escrita (Write) e o estado de reinício (State-reset) (RWS) de um processo são gravados em uma tabela relacional, sobre a qual são programadas consultas capazes de reconstruir completamente os dados e de obter grafos de dependências entre os mesmos. No caso mais simples, o fim de uma rodada ou de uma unidade lógica de trabalho é marcado pela mudança da ação de escrita para a ação de leitura, mas há casos em que esta mudança não é suficiente para marcar o estado de reinício. Isto ocorre quando há dependências de resultados anteriores para os cálculos que envolvem séries históricas, ou nos quais são executados filtros sobre as leituras e escritas precedentes. Nesses casos, o mecanismo para a detecção do início de uma nova rodada pode ser obtido do próprio modelo de computação aplicado. Os autores adotam as noções e terminologia do sistema de fluxo de trabalho científico de Kepler (2007), onde fluxos de trabalhos são compostos por “atores” conectados em um grafo. A comunicação entre os “atores” é feita por meio de portas, onde portas de saída podem ser conectadas a portas de entrada, estabelecendo canais unidirecionais. Os “atores” se comunicam por estes canais passando “tokens”, os quais são imutáveis e duram somente entre a sua criação na porta de saída e o seu consumo na porta de entrada. Mesmo que um “ator” somente repasse os dados, sem que os mesmos tenham sido alterados, uma nova identificação para o token é criada
- 72. 71 3 SISTEMA DE WEBMAPPINGGEOMEDICINA NO PARANÁ - 2009 com o objetivo de facilitar o rastreamento da dependência entre os mesmos. Este log de eventos para um fluxo de trabalho é usado para a obtenção de gráficos de dependência dos tokens, por meio dos quais se pode saber quais os que contribuíram para a produção de um determinado token. O modelo de computação de um fluxo de trabalho é especificado por um componente chamado “diretor”, o qual especifica e media todas as comunicações inter-atores. Exemplos de “diretores” são as semânticas de rede de processo, de evento discreto, de tempo contínuo e de transdutores de estado finito. Conclusões A caracterização da distribuição espacial de mortalidade para doenças crônicas, por município do Estado do Paraná, foi obtida em mapas coropléticos com três classes: vermelha para os casos mais acentuados de incidência da doença em relação ao número de habitantes, amarela para os casos intermediários, e verde para os casos de menor incidência. É possível verificar na versão atual do sistema GeoMedicina a distribuição espacial desta classificação para um conjunto das neoplasias constantes na CID-BR, a saber: pâncreas; fígado e vias biliares; cólon de intestino, reto e ânus; estômago; e lábio, cavidade oral e faringe. A caracterização da distribuição espacial de elementos químicos foi representada por dois tipos de mapas. Os mapas de isolinhas, nos quais se observa uma classificação em dezesseis classes, representando a maior ou menor concentração do elemento químico. Neste tipo de mapa foram representados os elementos Bário (Ba), Chumbo (Pb), Cobalto (Co) e Mercúrio (Hg). Em um segundo tipo de mapa, a maior ou menor concentração do elemento é representada pelo tamanho da fonte referente ao elemento químico. Neste tipo de mapa foram representados os elementos Alumínio e Íon Nitrito (NO2). A exibição das variáveis do ambiente e de saúde é obtida com a sobreposição de pares de camadas - ambiente e doença - com o emprego do recurso de transparência da camada superior. A visualização de coincidências entre altas taxas de mortalidade por neoplasia e altas concentrações de elementos no ambiente contribui para formulação de hipóteses sobre o estudo de áreas de risco à saúde humana. Esta sugestão é enriquecida por recursos como a visualização de imagem satélite e a identificação do nome do município na área delimitada. Com a visualização da imagem satélite é possível identificar outros fatores do ambiente como, por exemplo, áreas urbanas, rurais, ou de floresta. O GeoMedicina é uma ferramenta de exploração científica que suscita a pesquisa pelos agentes etiológicos das doenças crônicas, como as neoplasias. Por meio da visualização geográfica das supostas fontes contaminantes (agentes etiológicos) e da mortalidade por doenças o pesquisador poderá identificar áreas de risco à saúde humana, as quais poderão ser encaminhadas aos agentes da vigilância em saúde, responsáveis pelas ações sociais de informação e assistência à população atingida.
- 73. 72 4 AGROTÓXICOS E CÂNCERGEOMEDICINANO PARANÁ - 2009 AGROTÓXICOS E CÂNCER Ednéia Peres Machado UFPR - Centro de Genética e Pesquisa do Câncer em Crianças Denise Siqueira de Carvalho UFPR - Departamento de Saúde Comunitária Sônia Cachoeira Stertz UFPR - Departamento de Engenharia Química Aguinaldo Nascimento UFPR - Programa de Pós-Graduação em Ciências Farmacêuticas Paulo César de Camargo UFPR - Departamento de Física Humberto Cereser Ibañez Marilea de Vieira de Camargo Ibañez IPPPP - Instituto de Pesquisa Pelé Pequeno Príncipe Bonald Cavalcante de Figueiredo IPPPP - Instituto de Pesquisa Pelé Pequeno Príncipe FPP - Faculdades Pequeno Príncipe UFPR - Centro de Genética e Pesquisa do Câncer em Crianças AGRADECIMENTOS Às Secretarias de Estado da Saúde e de Agricultura e do Abastecimento do Paraná (SEAB), Regionais SEAB e respectivos funcionários, pelos dados fornecidos. O câncer é a segunda causa de morte no Brasil. Cerca de 80 a 90% dos cânceres sofrem influências ambientais, e sua incidência varia conforme parâmetros geográficos e migratórios, hábitos de vida e constituição genética de grupos populacionais, além do envelhecimento da população. As regiões brasileiras possuem traços diferenciais quanto ao aspecto físico, humano, econômico, cultural e ambiental em função de sua grande extensão territorial, sendo a incidência de câncer bastante heterogênea (BRASIL, 2005). No Estado do Paraná, o percentual de casos novos de cânceres previstos para o ano de 2008 corresponde a 7,09% do total de casos previstos para o país (BRASIL, 2007), enquanto sua população é estimada em 5,58% da população brasileira (BRASIL, 2008). Os sintomas iniciais do câncer podem surgir muitos anos após a exposição a fatores de riscos. As variações biológicas de cada neoplasia exibem taxas de crescimento e duplicação tumoral em função de predisposições individuais, fatores que contribuem para dificultar a avaliação do binômio causa/efeito no câncer de origem ambiental (MONTORO et al., 1983). Dentre os fatores ambientais considerados carcinogênicos destacam- se alguns agrotóxicos, principalmente os organoclorados. A Organização Mundial de Saúde (OMS, 1990) estimou que no mundo ocorreriam cerca de 75.000 casos novos de câncer por ano, decorrentes da exposição aos agrotóxicos. Segundo essas estimativas, o uso dessas substâncias seria da ordem de 3 milhões de toneladas/ano, expondo, só no meio agrícola, mais de 500 milhões de pessoas. As intoxicações crônicas, embora de mais difícil
- 74. 73 4 AGROTÓXICOS E CÂNCERGEOMEDICINANO PARANÁ - 2009 avaliação, são estimadas em 700 mil casos/ano, com 37 mil casos/ ano de câncer em países em desenvolvimento e 25 mil casos/ano de sequelas persistentes. Um dos motivos do Brasil ser hoje o terceiro maior consumidor mundial de agrotóxicos, ficando atrás apenas dos EUA e do Japão, foi o Plano Nacional de Desenvolvimento, de 1975. Os agricultores eram induzidos a comprar os venenos através do crédito rural, na medida em que se instituía a inclusão de uma cota de agrotóxico para cada financiamento. Em 2006, o Estado de São Paulo era o que mais aplicava agrotóxicos por hectare plantado (7,62 kg/ha, mais que o dobro da média nacional), enquanto o estado do Amazonas era onde menos se aplicava agrotóxicos (0,19 kg/ha). O Paraná tem sido o segundo ou terceiro estado brasileiro em consumo de agrotóxicos desde a década de 1980 (PARANÁ, 2006b). Para ilustrar o que ocorre hoje no Brasil, sobre como os agrotóxicos chegam até a mesa do consumidor (e considerando situações piores não fiscalizadas no passado), observaram-se contaminações graves a partir das avaliações do Programa de Avaliação de Resíduos de Agrotóxicos em Alimentos (PARA) coordenado pela Anvisa (divulgado em abril de 2008). Dos nove produtos avaliados (alface, batata, morango, tomate, maçã, banana, mamão, cenoura e laranja), o índice de amostras insatisfatórias ficou em 17,28%. O tomate, o morango e a alface foram os alimentos que apresentaram os maiores números de amostras irregulares referentes aos resíduos de agrotóxicos, durante o ano de 2007. Das 123 amostras de tomate analisadas, 55 apresentaram resultados insatisfatórios, o equivalente a 44,72% (ANVISA, 2008). Nesta cultura, os técnicos encontraram a substância monocrotofós, ingrediente ativo que teve o uso proibido em novembro de 2006, em razão de sua alta toxicidade (BRASIL, 2006). Os agrotóxicos que já estiveram e/ou estão em uso no Brasil, com provável potencial carcinogênico, são os inseticidas do grupo dos organoclorados (aldrin, BHC, canfecloro, clordano, DDT, dieldrin, dodecacloro, endrin, endosulfam, heptacloro e lindane), os acaricidas (amitraz e clorobenzilato), os fungicidas (carbendazim, clorotalonil, quintozene, maneb, mancozebe, propineb e zineb), os herbicidas (2,4-D, 2,4,5-T, alaclora, minotriazol, glifosato, metalocloro, MSMA, paraquate dimetilsulfato e trifluralina) e o regulador de crescimento (hidrazida maleica) (ECOBICHON, 1991; EXTOXNET, 2007; FAO/OMS, 1978; IARC, 2008; MONTORO et al., 1983; OMS, 1994; RÜEGG et al., 1991; STERTZ, 2004). Atualmente, as substâncias químicas (ou grupos ou misturas de substâncias) comprovadamente carcinogênicas, ou prováveis carcinogênicas, foram classificadas pela Agência Internacional de Investigação do Câncer, merecendo maior atenção aqueles considerados carcinogênicos ao ser humano (grupo 1A), provavelmente carcinogênico ao ser humano (grupo 2A) ou possivelmente carcinogênico a ser humano (2B) (IARC, 2008). O registro de agrotóxicos é concedido pelo Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (Mapa). Esse processo, obrigatoriamente, é precedido de uma avaliação de impacto à saúde e ao meio ambiente, elaborada pela Anvisa e pelo Instituto Brasileiro de Meio Ambiente (Ibama). Enquanto o registro de medicamentos e de outros produtos sujeitos à vigilância sanitária tem validade de cinco anos, o de agrotóxicos possui prazo indeterminado. O fato de não haver no Brasil o mesmo cuidado com o uso dos agrotóxicos que se adota nos EUA e Japão (onde as informações sobre mortes, intoxicações agudas e crônicas por agrotóxicos são controladas) coloca o país numa situação de maior risco. E ainda, o que contribui para o Brasil estar muito acima da posição de terceiro consumidor mundial de
- 75. 74 4 AGROTÓXICOS E CÂNCERGEOMEDICINANO PARANÁ - 2009 agrotóxicos é a entrada de produtos ilegais proibidos pela Anvisa, além dos que são considerados potencialmente carcinogênicos (autorizados pela Anvisa). Por exemplo, o Brasil compra legalmente o paraquate que tem uso proibido nos países de origem, como China e Dinamarca. Em 2008 a Anvisa suspendeu o uso de alguns agrotóxicos registrados no País, fabricados à base dos ingredientes ativos triclorfom, parationa metílica, metamidofós, fosmete, carbofurano, forato, endossulfam, paraquate e tiran, mas infelizmente uma liminar da 13ª Vara Federal, obtida pelas empresas que comercializam estes produtos, impediu a suspensão e reavaliação dos mesmos (EBC, 2008). Considerando que a maioria dos agentes mutagênicos/ carcinogênicos requerem ativação metabólica antes de se ligarem ao DNA, ao RNA e a proteínas, as variações dos processos de ativação e detoxificação de compostos químicos e drogas desempenham papel crucial na tumorigênese ambiental. A quantidade final efetiva de carcinógenos produzida depende da ação competitiva entre os mecanismos de ativação e detoxificação, envolvendo enzimas que tomam parte nessas vias bioquímicas da célula (HAYES, 1995). No Brasil, a introdução de agroquímicos organossintéticos iniciou- se em 1943, com o DDT, cuja importação foi intensificada em 1950 com os novos pesticidas BHC e Parathion, voltadas aos produtos de exportação como café, algodão, cana-de-açúcar e milho, sendo paulatinamente consumidos em outras culturas como arroz, feijão e batata. Na década de 1970, completou-se o pacote de insumos químicos: adubos, inseticidas, fungicidas e herbicidas, tornando a agricultura dependente da indústria química. Em 1975 as indústrias de agrotóxicos expandiram-se acentuadamente no Brasil, onde dezenas de formulações foram colocadas no mercado sem a preocupação da sua interferência no meio ambiente (KHATOUNIAN, 2001). É mundialmente aceito que os fatores ambientais (endógenos e exógenos) são os principais responsáveis pela maior parte dos casos da doença que mais mata no mundo, o câncer. Hoje, ainda é difícil provar como os agentes químicos podem causar o câncer porque geralmente não há como avaliar com precisão a exposição e a alteração genética em tempo real. As melhores alternativas usadas em epidemiologia molecular (medida do carcinógeno e seus metabólitos em amostras biológicas, identificação de aductos de DNA e/ou de proteínas e a identificação de mutações) são insuficientes para se avaliar todas as lesões causadas por agentes carcinogênicos e, o que é pior, na maioria dos casos nem há antecedentes reconhecidos de exposição aos agentes carcinogênicos. As mutações podem surgir de forma natural ou induzidas e o organismo tenta se defender por meio de mecanismos de reparação envolvendo proteínas, entretanto muitas mutações acontecem em regiões não codificantes do DNA que não resultam em doença, ou no lugar de causarem mutações ocorrem apenas polimorfismos que pouco afetam as regiões codificantes. Outro motivo do não aparecimento de doenças, é que as mutações podem acontecer em células somáticas já diferenciadas. Para o câncer aparecer, na maioria das vezes é preciso acumular várias mutações em genes mais nobres da célula (genes envolvidos nos processos de proliferação, diferenciação e apoptose). A maior parte dos casos de câncer é esporádica, como consequência do acúmulo de mutações somáticas e/ou alterações epigenéticas numa célula de qualquer órgão ao longo da vida do ser humano. Mesmo sendo mais esporádico, o câncer pode ter também alguma contribuição da biologia herdada, ou mais precisamente da carga genética com os polimorfismos herdados dos pais. Entretanto, a
- 76. 75 4 AGROTÓXICOS E CÂNCERGEOMEDICINANO PARANÁ - 2009 maior contribuição parece ser dos fatores ambientais e da interação entre os fatores ambientais com o organismo. Os genes nos quais os polimorfismos podem aumentar o risco para câncer incluem os que são relacionados ao metabolismo de agentes carcinogênicos, relacionados com reparo de DNA e atividade hormonal (PETO & HOULSTON, 2001). Os genes relacionados ao metabolismo de agentes químicos, por exemplo citocromos P450 (CYPs) e glutationa S-transferases (GSTs), são usados para monitorar os efeitos da exposição aos agentes carcinogênicos (THEIR et al., 2003). Os agentes carcinogênicos que passam pelas reações de CYPs e GSTs e continuam ativados, ou mais ativos, podem levar às mutações e câncer. Com poucas exceções (exemplos: tabagismo causando câncer de pulmão, ou exposição à fibra mineral crisotila, também conhecida como amianto branco, relacionada ao câncer de pulmão ou mesotelioma de pleura), geralmente é difícil provar quando o câncer acontece por ação de um agente agrotóxico carcinogênico. Mesmo sendo difícil identificar as causas exatas, as ações preventivas evitando os agentes químicos suspeitos encontrados no ambiente podem, a longo prazo, reduzir o número de casos de câncer. Talvez o exemplo mais importante hoje seja dos países com as condições socioeconômicas mais desenvolvidas, a parte norte-ocidental da europa, que apresenta redução da incidência para câncer em adultos nos últimos anos, com exceção para câncer de mama, colo-retal e pulmão em mulheres (GONDOS et al., 2008; KARIM-KOS et al., 2008). Alguns dos mecanismos conhecidos que podem acontecer por ação direta ou indireta de agentes químicos carcinogênicos são revisados na Figura 27, entre eles, há o grupo das substâncias que causam lesões oxidativas (OIKAWA, 2008), formação de aductos (EATON e GALLAGHER, 1994) e outros. É comum a absorção repetida de quantidades diminutas de substâncias carcinogênicas, que leva às intoxicações insidiosas, cujos sinais e sintomas clínicos aparecem somente após longos períodos, por acúmulo das doses ou acúmulo dos efeitos (TRUHAUT, 1977). Exemplos dessas substâncias são o arsênio, metais pesados e compostos aromáticos halogenados (compostos policlorados bifenílicos, inseticidas do tipo DDT, BHC, dieldrin e heptacloro). Esses agentes tóxicos se concentram na cadeia alimentar e permanecem retidos nos organismos vivos por sua natureza física (maior solubilidade nas gorduras ou adsorção), ou por sua natureza química (fixação em certos componentes das células ou dos tecidos), ou ainda por lesarem os órgãos excretores. Isso promove um aumento progressivo da substância no organismo, até ultrapassar o limiar da concentração tóxica, quando então aparecem os sintomas e sinais da intoxicação. O acúmulo de efeitos gera lesões irreversíveis independente de sua velocidade de eliminação ou degradação metabólica, como é o caso das substâncias cancerígenas, onde não é possível estabelecer uma dose limiar mínima, porque qualquer dose, por menor que seja, sempre produz lesões irreversíveis (MONTORO et al., 1983).
- 77. 76 4 AGROTÓXICOS E CÂNCERGEOMEDICINANO PARANÁ - 2009 Figura 27 Exemplos de mutações e mecanismos envolvendo mutagênicos químicos: (1) Agentes que adicionam grupos etil (-CH2-CH3) ou grupos metil (-CH3 ) como sulfonato de etilmetano (EM-S), formando ligação de grupo etil à guanina (G-e); (2) Agentes como proflavina (P), que se intercalam na dupla hélice e podem dar origem à deleção ou adição de um par de bases; (3) Agentes que formam aductos como a aflatoxina B1 (composto carcinogênico produzido por fungos), que se liga às bases de guanina formando um “aducto” que distorce o DNA e bloqueia a replicação; (4) Agentes que oxidam (AO) as bases originando erros de emparelhamento durante a replicação; (5) Metilação da citosina em 80% dos dinucleotídeos CpG por ação da enzima citosina metiltransferase. Algumas das metilcitosinas transformam-se em timinas (transição citosina- timina) por desaminação espontânea; (6) Por dia, em cada célula, cerca de 100 citosinas são convertidas em uracil por desaminação espontânea. Na replicação do DNA o uracil irá emparelhar com adenina. Assim, o par de bases C-G será substituído por T-A, originando uma mutação. Alguns agentes químicos também provocam desaminação. Fonte: dados obtidos parcialmente de Strachan e Read (2004)
- 78. 77 4 AGROTÓXICOS E CÂNCERGEOMEDICINANO PARANÁ - 2009 Na década de 1970 iniciou-se a era dos defensivos agrícolas, haja visto grande estímulo do governo ao liberar crédito facilitado, vinculado ao uso de agrotóxicos. Na época eram os organoclorados (BHC, lindane, DDE, aldrin, DDT, trifluralina, clordane, endossulfan, malation, dieldrin, paration, etion, endrin, entre outros). Essas substâncias são altamente persistentes no meio ambiente (2 a 30 anos) e apresentam alto poder de fixação em tecidos, principalmente no adiposo. Nessa época, o Brasil era o terceiro maior consumidor de agrotóxicos do mundo, caindo para a quarta colocação na década de 1980, e recentemente voltando a ocupar a terceira posição (MEDEIROS et al., 1984). O consumo passou de 69,44 quilos por hectare, em 1992, para 128,83 quilos em 2000. Entre 1964 e 1991 o consumo de agrotóxicos no Brasil aumentou em 276,2%, frente a um aumento de 76% de área plantada. A Lei federal 7802 (BRASIL, 1989) instituiu parâmetros de registro de agrotóxicos e o estabelecimento de limiar máximo residual (LMR), e até 2001 foram estabelecidas 2.450 LMRs para cerca de 270 culturas. Dentre os agrotóxicos registrados, 109 são herbicidas; 75 fungicidas (5 ditiocarbamatos); 117 inseticidas (46 organofosforados, 21 carbamatos e 14 piretróides); 16 acaricidas e 31 compostos de outras categorias, incluindo feromônios e reguladores de crescimento. O consumo de agrotóxicos em 1984, no Paraná, foi de 25.410 toneladas, saltando para 55.770 toneladas em 1998, sendo em 1997 o segundo estado brasileiro em volume de vendas de agrotóxicos. A relação, em porcentagem, de agrotóxicos utilizados é, em média: 63% herbicidas, 17% de fungicidas, 17% de inseticidas e 3% outros. Um levantamento de resíduos nas bacias hidrográficas do Paraná, realizado pela SURHEMA no período de 01 de janeiro 1976 a 31 de julho de 1984, constatou a contaminação por resíduos organoclorados, sendo o caso mais grave encontrado na bacia do rio Tibagi, cujos resíduos foram detectados também na água tratada (MEDEIROS et al., 1984). Como medida corretiva, o Estado do Paraná sancionou a Lei nº 7827, de 29 de dezembro de 1983, em que proibia o uso de compostos organoclorados em todo o território estadual, salvo dodecacloro e eldrin por três anos, e o uso do DDT e BHC para campanhas de saúde pública. Esta lei foi regulamentada pelo Decreto nº 3876 de 24 de setembro de 1984 (SUREHMA, 1984). Um estudo sobre resíduos de agrotóxicos em 141 amostras de hortaliças plantadas no regime convencional, orgânico e hidropônico na região metropolitana de Curitiba, constatou que 34 apresentaram algum tipo de resíduo, sendo 9 acima do LMR e 14 de uso não permitido (UNP). Alguns desses resíduos detectados, como clorotalonil, metalocloro, propineb e mancozeb, foram considerados como fator de risco para câncer (STERTZ, 2004). Um segundo estudo do mesmo grupo, sobre resíduos em agrotóxicos cultivados e/ou comercializados no estado do Paraná, no período de 1993 a 1999, encontrou resíduos de agrotóxicos em 111 amostras de 485 analisadas, e dentre esses resíduos, constatou-se a presença dos agrotóxicos carcinógenos lindane, mancozeb e clorotalonil (STERTZ et al., 2000). A avaliação do potencial carcinogênico permanece o maior desafio em pesquisas de segurança alimentar (WOOTON, 1987), inclusive de produtos desconhecidos que entram ilegalmente no Paraná, vindos de países vizinhos. Outro estudo relacionou a exposição de mulheres grávidas a agrotóxicos, principalmente o mosquitocida Propoxur, e ao consumo de substâncias como a dipirona com o rearranjo do gene
- 79. 78 4 AGROTÓXICOS E CÂNCERGEOMEDICINANO PARANÁ - 2009 MLL no desenvolvimento de leucemias agudas em crianças nos países Japão, Itália, China e Hong-Kong, Grécia, Egito, Chile e Brasil (EMERENCIANO et al., 2007). Vários países têm conduzido estudos avaliando o risco de câncer em produtores rurais, e tem-se demonstrado que este grupo ocupacional apresenta maior probabilidade para o desenvolvimento de sarcoma de tecidos moles, linfomas não Hodgkin, doença de Hodgkin, leucemias, mieloma múltiplo, pele e próstata. Ocasionalmente os cânceres de mama, testículo, endométrio, ovário, fígado e bexiga têm sido associados à exposição a pesticidas. Alguns estudos em particular têm associado herbicidas do grupo fenóxi (2,4 D – ácido 2,4 diclorofenoxiacético) com sarcoma de tecidos moles, linfoma não Hodgkin, mieloma múltiplo e leucemias, e organofosforados com linfomas não Hodgkin (MILIGI et al., 2006). O câncer de mama e próstata também foi associado ao uso de organofosforados e organoclorados (FAO/OMS, 1978). O BHC teve a utilização proibida no Brasil em 1985, mas não se sabe o quanto ainda existe deste produto estocado no Paraná. Levantamento de 2005, feito pela SEAB, aponta que existiriam pelo menos 139 toneladas do produto armazenadas. Na Regional SEAB de Umuarama, onde o Instituto Ambiental do Paraná (IAP) criou um programa específico para tratar da questão do BHC, de um único barracão da zona urbana do município de Rondon, foram retiradas cerca de 18 toneladas de BHC em 2004 (PARANÁ, 2008). Pelo menos quatro toneladas de BHC estiveram, até recentemente, mal estocadas no subsolo do terreno da Fundação Nacional de Saúde (Funasa), no município de Maringá. Com base nestas informações, é provável que hoje a quantidade total de BHC no Paraná seja muito superior à estimada pela SEAB em 2005. Quando se estima a gravidade do problema do BHC, usado livremente entre 1980 e 1995, mostra-se possível ter havido a exposição de muitas pessoas ao BHC, o que poderia ter contribuído para o aparecimento de casos de câncer no mesmo período e/ou nas décadas seguintes. Este trabalho foi planejado com o objetivo de avaliar o consumo registrado por meio das prescrições divulgadas pelas Regionais SEAB, as possíveis relações com a mortalidade por câncer em adultos e, futuramente, também verificar se os dados de consumos se correlacionam com as medidas de agrotóxicos em amostras de água não tratada de todo o Estado do Paraná (Projeto GeoMedicina, em andamento). Os resultados das prescrições avaliadas e das análises futuras em amostras de água poderão auxiliar como informações preliminares, mas dificilmente irão esclarecer o quanto os agrotóxicos contribuíram ou ainda contribuem na formação de mutações somáticas e em linhagem germinativa. Assim, é importante o estudo das condições ambientais frente ao consumo de agrotóxicos no Paraná, na busca da correlação entre agentes cancerígenos específicos e tipos tumorais, e o rastreamento de fatores genéticos, por meio de análise do histórico familiar de câncer em cada Regional SEAB ou município deste estado. Foram previstos para o Brasil, em 2008, cerca de 466.730 casos novos de câncer, sendo 231.860 em homens e 234.870 em mulheres. No Estado do Paraná a previsão foi de cerca de 33.090 casos novos, acometendo 17.180 homens e 15.910 mulheres, sendo a taxa bruta por 100 mil habitantes, dos mais incidentes: o câncer de mama, 56,16 novos casos; pele não melanoma 59,91 casos novos em homens e 74,42 em mulheres; próstata 65,16 casos novos; pulmão 22,74 para homens e 13,19 para mulheres; colo de útero 25,11 novos casos; cólon e reto 18,39 casos novos em homens e 18,34 em mulheres; e estômago 23,15 casos novos para homens e 11,42 para mulheres (BRASIL, 2007).
- 80. 79 4 AGROTÓXICOS E CÂNCERGEOMEDICINANO PARANÁ - 2009 Figura 28 - Localização das cinco regionais da SEAB-PR com maior comercialização média de agrotóxicos prováveis carcinógenos, entre 2000 e 2005 (marcadas na cor cinza-escuro) Diante da inexistência de dados completos sobre a incidência para neoplasias no Paraná, a taxa de mortalidade por câncer em adultos foi avaliada nas 20 regionais SEAB do Estado. Como não há registro de incidência por câncer no Paraná, e a taxa de mortalidade não é a avaliação ideal mas é a disponível, procurou-se no presente estudo verificar se existe alguma relação entre maior taxa de mortalidade para câncer e maior consumo aparente de agrotóxicos com potencial carcinogênico (grupos 1A, 2A, 2B e 3 na classificação da IARC). Registros da comercialização de agrotóxicos e da mortalidade por câncer Esta pesquisa fez uma abordagem analítica quantitativa e qualitativa descritiva, por meio do levantamento das taxas de mortalidade por câncer, calculadas por 100 mil habitantes (BRASIL, 2005; PARANÁ, 2006), usando como base de cálculo para a população padrão Brasil, censo de 2000, nos anos de 1995, 2000 e 2005. Foram considerados os doze tumores mais frequentes em adultos (cavidade oral e faringe; traquéia, brônquios e pulmões; esôfago; cólon, reto e ânus; fígado; pâncreas; mama; útero; próstata; encéfalo e leucemias) a partir de dados dos arquivos da Secretaria de Estado da Saúde do Paraná (PARANÁ, 2006b), dispostos pela Classificação Internacional de Doenças (CID). Estas taxas foram confrontadas com o consumo aparente de agrotóxicos com provável potencial carcinogênico nos anos de 2000 a 2005, obtidos dos relatórios trimestrais das 20 regionais da SEAB (Apucarana, Campo Mourão, Cascavel, Cornélio Procópio, Curitiba, Francisco Beltrão, Guarapuava, Irati, Ivaiporã, Jacarezinho, Laranjeiras do Sul, Londrina, Maringá, Paranaguá, Paranavaí, Pato Branco, Ponta Grossa, Toledo, Umuarama e União da Vitória). Este consumo foi especificado por marca comercial, em kg e/ou L dos agrotóxicos cuja comercialização foi registrada (PARANÁ, 2006). A Figura 28 apresenta as regionais da SEAB com maior comercialização de agrotóxicos prováveis carcinogênicos. A Figura 29 mostra as regionais da SEAB onde houve mais óbitos por câncer.
- 81. 80 4 AGROTÓXICOS E CÂNCERGEOMEDICINANO PARANÁ - 2009 Figura 29 - Localização das cinco regionais da SEAB-PR com as maiores taxas de mortalidade por neoplasias (por 100 mil habitantes, padronizadas pela população brasileira), nos anos 1995, 2000 e 2005 (marcadas na cor cinza-escuro) Apesar da obrigatoriedade no preenchimento dos atestados de óbito, existe ainda certa imprecisão nos dados, sendo as taxas elevadas mais significativas. No Paraná os registros de base populacional para fins de cálculo da mortalidade por câncer são realizados a partir do atestado de óbito e registros de base hospitalar. Entretanto, é praticamente impossível ter uma idéia precisa da incidência de câncer porque não há registros exatos sobre a incidência de câncer no Paraná. Outra dificuldade encontrada foi na obtenção de dados sobre os agrotóxicos comercializados nas décadas de 1980 e 1990, cuja ausência de registros impediu uma correlação entre estas substâncias, usadas nos últimos 20 anos, com a recente mortalidade por câncer, o que seria mais coerente visto ser o câncer uma doença crônica cujo efeito pode surgir após muitos anos. O volume médio de agrotóxicos comercializados entre 2000 a 2005 (Tabela 7) apresenta-se extremamente elevado em Londrina, seguida por Cascavel, Ponta Grossa, Campo Mourão e Toledo. No período analisado (2000-2005), Campo Mourão, apesar de ser a maior produtora agrícola do Estado, com média de produção de 879.708 ha de área colhida, foi a quarta regional em comercialização de agrotóxicos do tipo classificado como prováveis carcinógenos. Londrina, que apresenta uma produção agrícola cerca de 50% menor que Campo Mourão, foi a maior comercializadora de agrotóxicos no período.
- 82. 81 4 AGROTÓXICOS E CÂNCERGEOMEDICINANO PARANÁ - 2009 Nota: *Não inclui hortaliças e pecuária. Os princípios ativos referem-se aos Herbicidas (H): 2,4 D, alaclora, glifosato, metalocloro. MSMA, paraquate (dicloreto) e trifluralina; Fungicidas (F): carbendazim, clorotalonil, mancozeb, propineb e quintozene; e Inseticidas(I): endosulfam; T: total; N.I.: não informado. Tabela 7 – Cinco regionais SEAB com maior comercialização aparente de agrotóxicos (2000 a 2005) e produção agrícola (1980, 1985, 1990, 1995, 2000 e 2005) Regionais Agrotóxicos prováveis Agrotóxico Média da carcinógenos total produção (Toneladas) (Toneladas) agrícola (Hectares de H F I T área colhida*) Londrina 2.276,95 202,58 282,93 2.762,47 14.731,90 453.726 Cascavel 1.163,62 30,96 51,61 1.246,19 5.633,18 757.267 Ponta Grossa 941,71 108,39 7,85 1.057,94 4.025,09 616.776 Campo Mourão 867,15 10,62 30,99 908,76 9.526,07 879.708 Toledo 825,83 12,76 47,05 885,64 N.I. 829.984 As cinco Regionais SEAB-PR que apresentaram as maiores taxas médias de mortalidade por câncer nos anos de 1995, 2000 e 2005 foram, em ordem decrescente, as regionais de Maringá, seguida de Apucarana, Campo Mourão, Irati e Curitiba (Tabela 8). Os tipos de tumores com maiores taxas de mortalidade (padrão Brasil) nas regionais de Maringá, Apucarana e Campo Mourão, foram os tumores de estômago, próstata, mama, útero e traquéia, brônquios e pulmões (Tabelas, 9, 10 e 11). Nota: Taxa de mortalidade padrão Brasil. Tabela 8 – Cinco regionais SEAB com as maiores taxas de mortalidade por câncer por 100 mil hab, em 1995, 2000 e 2005 Regional 1995 2000 2005 Média de 1995, 2000 e 2005 Maringá 238,28 208,35 218,79 221,81 Apucarana 211,11 114,15 212,15 179,14 Campo Mourão 263,70 87,55 118,85 156,70 Irati 123,98 145,57 185,86 151,80 Curitiba 164,03 138,12 147,73 149,96
- 83. 82 4 AGROTÓXICOS E CÂNCERGEOMEDICINANO PARANÁ - 2009 Nota: Taxa específica de mortalidade por câncer por 100 mil habitantes. Tabela 9 – Taxa de mortalidade dos principais tumores em Maringá nos anos de 1995, 2000 e 2005 Câncer Maringá 1995 2000 2005 Média Estômago 19,66 16,47 12,84 16,32 Próstata 10,71 19,73 17,57 16,01 Traquéia, brônquio e pulmão 12,06 14,52 15,21 13,93 Mama feminina 14,37 11,75 14,91 13,68 Útero 11,29 10,07 8,03 9,80 Cólon, reto e ânus 6,55 7,80 7,70 7,35 Cavidade oral e faringe 8,13 6,72 6,52 7,12 Pâncreas 6,03 6,93 6,72 6,56 Esôfago 7,08 4,12 6,72 5,97 Fígado 5,77 5,85 6,12 5,91 Leucemias 5,24 4,77 5,33 5,11 Encéfalo 1,57 5,20 7,51 4,76 Nota: Taxa específica de mortalidade por câncer por 100 mil habitantes. Tabela 10 – Taxa de mortalidade dos principais tumores em Apucarana nos anos de 1995, 2000 e 2005 Câncer Apucarana 1995 2000 2005 Média Próstata 15,63 17,53 14,37 15,84 Mama Feminina 15,14 17,75 12,82 15,24 Útero 17,47 18,80 6,42 14,23 Estômago 16,56 10,60 14,06 13,74 Traquéia, brônquio e pulmão 13,61 9,59 14,06 12,42 Cólon, reto e ânus 5,32 6,06 12,19 7,86 Esôfago 9,47 7,57 5,62 7,55 Fígado 7,10 6,06 7,50 6,89 Cavidade oral e faringe 3,55 5,05 6,56 5,05 Pâncreas 2,96 6,56 6,09 5,20 Leucemias 3,55 4,04 5,16 4,25 Encéfalo 0,59 5,05 4,69 3,44
- 84. 83 4 AGROTÓXICOS E CÂNCERGEOMEDICINANO PARANÁ - 2009 Nota: Taxa específica de mortalidade por câncer por 100 mil habitantes. Tabela 11 – Taxa de mortalidade dos principais tumores em Campo Mourão nos anos de 1995, 2000 e 2005 Câncer Campo Mourão 1995 2000 2005 Média Próstata 18,75 16,43 19,53 18,24 Estômago 31,40 9,75 12,71 17,95 Útero 29,97 12,05 11,26 17,76 Traquéia, brônquio e pulmão 19,23 8,12 14,47 13,94 Mama Feminina 14,98 8,04 6,06 9,69 Esôfago 13,34 6,09 7,45 8,96 Pâncreas 8,26 7,31 7,01 7,52 Fígado 10,20 6,50 5,70 7,47 Cavidade oral e faringe 10,20 5,69 5,26 7,05 Cólon, reto e ânus 6,67 4,06 8,33 6,35 Leucemias 3,14 2,44 3,95 3,18 Encéfalo 0,39 2,03 4,38 2,27 A Tabela 12 apresenta a população residente em nove regionais da SEAB - Secretaria de Agricultura e Abastecimento do Estado do Paraná - nos anos de 1995, 2000 e 2005. Tabela 12 – Censo populacional de nove regionais SEAB-PR Regional População 1995 2000 2005 Média Maringá 381.461 461.456 506.300 449.739 Apucarana 169.039 198.076 213.361 193.492 Campo Mourão 254.795 246.179 228.095 243.023 Guarapuava 201.232 215.037 223.997 213.422 Irati 95.801 103.197 107.803 102.267 Londrina 473.861 555.787 597.769 542.439 Cascavel 431.241 538.490 593.254 520.995 Ponta Grossa 399.273 459.818 493.620 450.904 Toledo 233.190 246.418 246.019 241.876
- 85. 84 4 AGROTÓXICOS E CÂNCERGEOMEDICINANO PARANÁ - 2009 Correlação entre comercialização de agrotóxicos e mortalidade por câncer A correlação (r) calculada entre a média aritmética dos agrotóxicos, em kg, com a média aritmética da taxa de mortalidade padrão Brasil, de 17 regionais, dentro do período temporal respectivo de cada dado obtido, não apresentou coeficiente de correlação estatisticamente significativo (p>0,05). Dentre os agrotóxicos tidos como prováveis carcinogênicos, comercializados no período de 2000 a 2005 no Paraná, encontram- se: na classe dos fungicidas o carbendazim, clorotalonil, mancozeb, propineb e quintozene; dentre os herbicidas estão o 2,4 D, alaclora, glifosato, metalocloro, MSMA, paraquate (dicloreto) e trifluralina; e o inseticida endosulfam. Alguns destes agrotóxicos devem sua ação carcinogênica a contaminantes em sua formulação, como as dioxinas presentes no 2,4 D, o carbendazim cuja ação cancerígena deve-se aos nitritos presentes, o glifosato pela presença de nitrosaminas, o Mancozeb pela presença do metabólito etilenotiouréia, e o propineb pelo seu metabólito propilenotiouréia. Os dados sobre o comercialização de agrotóxicos usados neste trabalho são estimados, ou seja, apresentam certa imprecisão, devido a dois fatores: por não se ter abrangido as 20 regionais e por não se saber se o consumo ocorre na mesma regional onde há a comercialização. Além disso, este trabalho não abrange a comercialização ilegal. Outra limitação deste estudo foi a não avaliação sobre a forma de uso dos agrotóxicos pelos agricultores. A impossibilidade de estimar a incidência dos cânceres no Estado dificultou também o estabelecimento de relação entre a prevalência da doença e o consumo dos agrotóxicos. Frente a este estudo, de caráter ambiental e de cunho restrito ao comércio de agrotóxicos prováveis carcinógenos e à mortalidade por câncer, a análise estatística de correlação (r) foi calculada entre a média aritmética de consumo dos agrotóxicos, em tonelada, e a média aritmética da taxa de mortalidade padrão Brasil em adultos, em 17 regionais, dentro do período temporal respectivo de cada dado obtido. Utilizando o gráfico de dispersão entre as duas avaliações, nenhum coeficiente de correlação foi estatisticamente significativo (p>0,05). A quantidade de agrotóxicos prováveis carcinógenos comercializados mostrou-se indiferente à taxa de mortalidade observada, expressiva em adultos em 2005 comparando-se com 1995, para o câncer de pâncreas em Apucarana; para o câncer de próstata em Maringá; e para o câncer de encéfalo em Apucarana, Maringá e Campo Mourão. Como o câncer é uma patologia de causas múltiplas, a presença de outros fatores pode estar contribuindo para o desenvolvimento do câncer no Paraná, como a exposição ao tabagismo, estilo de vida, ocupação, exposição a agentes carcinógenos específicos, etnias, uso de medicamentos, consumo de álcool, além da exposição a pesticidas. Um estudo mais aprofundado deve ser realizado quanto à forma de uso desses agrotóxicos, tanto do ponto de vista ocupacional como ambiental, além do cumprimento de normas quanto à quantidade, tipo de agrotóxicos e período de carência na aplicação em culturas. Neste sentido, as coletas de água das hidrobacias do Paraná (2008/2009) para medida das concentrações de agrotóxicos (Projeto GeoMedicina em andamento) irá gerar uma fonte mais precisa de dados sobre a situação no Paraná.
- 86. 85 4 AGROTÓXICOS E CÂNCERGEOMEDICINANO PARANÁ - 2009 O conhecimento dos vários aspectos epidemiológicos do câncer, como incidência, sobrevida e mortalidade, exigem registros de base populacional. Os dados desta pesquisa serão úteis para a vigilância epidemiológica, no acompanhamento de grupos ocupacionais específicos e em estudos de coortes de indivíduos expostos a agrotóxicos, cujo potencial mutagênico ainda é pouco claro. Visualização no sistema de Web Mapping Para auxiliar a explicação sobre as causas ambientais da mortalidade atribuída a cânceres, os dados de consumo de agrotóxicos e da mortalidade foram importados para uma base de dados espacial, a qual é consultada por um sistema de Web Mapping para GeoMedicina, onde os mapas gerados são acessados via rede de computadores por meio de uma interface Web. O consumo de agrotóxicos nas regionais da SEAB em mapas temáticos foi representado por meio de uma razão em que a quantidade em kg de agrotóxicos consumida em cada regional SEAB foi dividida pela respectiva área da regional em hectares (kg/ha). Criou-se uma forma de representar esses dois mapas temáticos sobrepostos. Na camada inferior (agrotóxicos) foram adotadas cores neutras (tons de cinza), com as menores razões (kg/ha) representadas pelos níveis mais claros e as maiores, pelos mais escuros. Na camada superior (neoplasia) foi adotada uma escala variando de cores frias (azul e verde) para cores quentes (laranja e vermelho). Ao sobrepor- se o mapa do agrotóxico pelo mapa da doença, e aumentando-se a transparência da camada superior, obtém-se uma menor saturação da cor nas regionais onde se estimou uma maior quantidade de agrotóxico aplicada por hectare, fazendo com que as cores nestas áreas aproximem-se dos tons de cinza e sejam escurecidas. Um exemplo de como o sistema de Web Mapping pode ajudar na pesquisa dos efeitos da exposição a agrotóxicos, embora possa ser apenas uma coincidência, é apresentada na Figura 30, em um mapa com a sobreposição das camadas: quantidade comercializada de agrotóxico Mancozeb por hectare e mortalidade por neoplasia em meninges, encéfalo e outras partes do sistema nervoso central. Nessa figura pode-se observar uma maior saturação dos matizes em vermelho, os quais representam as maiores taxas de mortalidade nas regionais da SEAB. Outro exemplo do que pode ser obtido com o sistema de Web Mapping é a descoberta de padrões espaciais da mortalidade por determinada doença ou no consumo de agrotóxicos. A Figura 31 mostra um caso em que se percebe a tendência da mortalidade por determinada doença em uma região da área de estudo, suscitando a pesquisa pelas causas desta prevalência geográfica. A Figura 32 apresenta a distribuição geográfica do agrotóxico Endosulfan, comercializado nas regionais da SEAB-PR.
- 87. 86 4 AGROTÓXICOS E CÂNCERGEOMEDICINANO PARANÁ - 2009 Figura 30 - Mapa do agrotóxico Mancozeb sobreposto por mapa parcialmente transparente de mortalidade por neoplasia em meninges, encéfalo e outras partes do sistema nervoso central Fonte: Sistema GeoMedicina Nota: a representação em hachuras foi adotada para regionais SEAB onde o consumo de agrotóxicos não foi informado. Figura 31 - Mapa da prevalência geográfica da mortalidade por neoplasia de esôfago em adultos, no Paraná
- 88. 87 4 AGROTÓXICOS E CÂNCERGEOMEDICINANO PARANÁ - 2009 Figura 32 - Comercialização de Endosulfan por hectare de regional SEAB-PR Fonte: Sistema GeoMedicina O que se observou em 1995, na Regional Campo Mourão, é uma situação bastante atípica, com a maior taxa de mortalidade padrão Brasil por câncer, em relação a 2005, em adultos. Os tumores em adultos, cujas taxas de mortalidade enquadram-se no perfil acima, foram: de cavidade oral e faringe, traquéia, brônquios e pulmões, esôfago, estômago, fígado e útero (Tabela 11). Este fato também foi observado em Apucarana para o câncer de útero (Tabela 10). Como não há registros do consumo de agrotóxicos no Paraná nas décadas de 1980 e 1990 e a proibição do uso de organoclorados altamente nocivos a saúde ter ocorrido em meados da década de 1980, tornou-se difícil encontrar explicação para a situação da mortalidade por câncer na regional da SEAB Campo Mourão em 1995. Nesta regional há grande produção agrícola e comercialização de agrotóxicos. Também, os dados sobre morbidade e estimativas de incidência de neoplasias naquele ano poderiam ter auxiliado na avaliação da relação entre maiores taxas de mortalidade por câncer e a correlação encontrada com a maior quantidade de alguns agrotóxicos nessa região. Pesquisa em Geomedicina O interesse por esta pesquisa partiu da observação de haver hoje, no Paraná, o maior número de pessoas com o mesmo tipo de mutação da linhagem germinativa (R337H) no gene TP53, geralmente relacionada com o câncer de córtex adrenal em crianças (RIBEIRO et al., 2001) e câncer de mama (ACHATZ et al., 2007; FIGUEIREDO et al., 2006; RIBEIRO et al., 2007). Acredita-se que, além da herança da mutação R337H no gene TP53, existem etapas posteriores necessárias para o aparecimento do tumor de córtex adrenal em crianças. Com certeza, os agrotóxicos usados atualmente não estão relacionados com o aparecimento desta mutação R337H porque existem famílias que já apresentavam esta mutação há mais de 110 anos (FIGUEIREDO et al., 2006), porém, na
- 89. 88 4 AGROTÓXICOS E CÂNCERGEOMEDICINANO PARANÁ - 2009 equação de causas levando ao tumor de córtex adrenal em crianças, encontram-se pelo menos mais 6 alterações e não se descarta a participação de agrotóxicos em uma destas 6 alterações. Por falha de registros anteriores, o presente estudo não pode estimar com precisão se houve uma distribuição do tumor de córtex adrenal em crianças nas diversas Regionais SEAB. Nossa avaliação foi exclusivamente feita para câncer em adultos, sobretudo pelo maior tempo de exposição aos agentes carcinogênicos. Entretanto, estudos prospectivos de screening neonatal (o maior já feito até hoje, baseado em exames de DNA para o gene TP53), de registros de câncer de córtex adrenal em crianças e estudos de caso-controle em andamento desde 2005, em todos os municípios do Paraná, irão revelar dados inéditos sobre este tipo de câncer. Assim, o projeto GeoMedicina irá reunir dados dos grupos de pesquisa (gene, ambiente, câncer e bioinformática), que estarão completos como banco de dados e de processamento de dados pela internet até 2015. Conclusões Neste estudo não se considerou o uso ilegal de agrotóxicos, o que deve causar grande impacto no ambiente e no aparecimento de doenças. Procurou-se avaliar as taxas de mortalidade por câncer em adultos nos anos 1995, 2000 e 2005 e a quantidade média anual de agrotóxicos comercializados de 2000 a 2005. Os resultados dos agrotóxicos foram apresentados pelas 20 Regionais da SEAB, enquanto os coeficientes de mortalidade dos 399 municípios do Paraná foram fornecidos pela Secretaria de Estado da Saúde (SESA). As Regionais Maringá, Apucarana, Campo Mourão, Irati e Curitiba apresentaram as 5 maiores taxas de mortalidade por câncer em adultos (média dos 3 anos: 1995, 2000 e 2005), enquanto as Regionais Londrina, Cascavel, Ponta Grossa, Campo Mourão e Toledo apresentaram as 5 maiores médias de comercialização de agrotóxicos nos 6 anos (isentos ou com possibilidade de efeitos carcinogênicos). Não se observou correlação entre ambos os grupos de regionais (p>0,05). O câncer é uma doença de evolução lenta, de caráter multifatorial e a taxa de mortalidade depende da quantidade de doentes, do diagnóstico ser ou não precoce, das condições de tratamento e de outros fatores socioeconômicos e ambientais. A impossibilidade atual de estimar incidência de câncer no Paraná inviabiliza um estudo mais detalhado da influência ambiental.
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