Bioakkumulation Flashcards
Was ist Bioakkumulation?
… bezieht sich auf das Potenzial bestimmter Stoffe in einem Gemisch, sich in Biota anzureichern und
schließlich in die Nahrungskette zu gelangen, und ist das Nettoergebnis der Aufnahme, Umwandlung
und Ausscheidung eines Stoffes in einem Organismus über alle Expositionspfade (d. h. Luft, Wasser,
Sediment/Boden und Nahrung)
Was ist Bioakkumulation? Teil 2
… Anreicherung einer Chemikalie im Organismus unabhängig von der Art der Aufnahme über die
Nahrung oder direkt aus der Umwelt
Im Falle aquatischer Organismen erfolgt die Biokonzentration aus dem Wasser oder Sediment, bei
terrestrischen aus der Luft oder dem Boden. Die Biokonzentration bezieht sich damit spezifisch auf
die Anreicherung aus dem umgebenden Medium
wie wird ein Stoff akkumuliert?
Aufnahme (Absorption) Verteilung
Verstoffwechslung
Speicherung
Ausscheidung (Exkretion)
ADME
Nahrungsnetz - Trophisches Niveau
Primärproduzenten: Algen, Pflanzen
Primärkonsumenten: Daphnia = Wasserfloh
Sekundärkonsumenten: Libellenlarven, Hecht
Bioakkumulierende Substanz
ist ein Stoff welcher im Nahrungsnetz biomagnifiziert ist, d.h. dessen normalisierte Konzentration mit zunehmender trophischer Position zunimmt
Wodurch wird eine Bioakkumulation beeinflusst?
Eine Anreicherung liegt vor, wenn die Aufnahme des Fremdstoffes größer ist als seine Elimination (geringer Metabolismus und Elimination)
Beeinflussungsfaktoren
- intrinsischen Stoffeigenschaften
- wenn sie in der Umwelt persistent sind und hohe Lipophilie aufweisen
- biologischen u. physiologischen Eigenschaften (Anreicherung ist art- und organspezifisch)
- Stoff kann aufgenommen werden, wenn er bioverfügbar ist, hängt von „Umweltfaktoren“ ab
Ermittlung der Beweiskraft
- Problem Formulierung (ED, CMR, PBT)
- Sammlung und Dokumentation aller Informationen
- Bewertung der Qualität des Beweise
- Integration und Gewichtung der Beweise
- Anwendung der Vertrauenswürdigkeit
- Analyse der Unsicherheiten
- Schlussfolgerung
Methode - Niokonzentration
OECD TG 305 (2012): Bioaccumulation in Fish & ASTM E1022 - 94(2013): Standard Guide for
Conducting Bioconcentration Tests with Fishes and Saltwater Bivalve Mollusks
BCF - Empfohlene Fischarten:
Zebrafisch, Fathead minnow, Carb, Japanese medaka
wichtige Problematik des BCF-wertes
- BCF – Werte variieren abhängig von Spezies, Alter und Organ
- Erhaltung einer konstanten wässrigen Testkonzentration
- (a)biotischer Abbau
Problematik des BCF-Werte
o BCFs = nur „point estimate“
o kein Maß für die Biomagnifikation entlang der Nahrungskette
o KOW u. BCFs können schlecht die Bioakkumulation in terrestrischen Nahrungsnetzen
vorhersagen
o Falsch Negative: Substanzen sind bioakkumulierend, obwohl KOW u. BCF-Kriterien nicht erfüllt
sind (andere Wirkweise z.B. Proteinbindung PFAS)
o BCF-Daten sind für die meisten Industriechemikalien nicht verfügbar!
o Kostenintensive Tests, Fische → Tierversuche!
Was ist Biomagnifikation?
Verhältnis der Konzentration einer Substanz im Räuber zur Beute Testsubstanz in der Nahrung –> BMF = Dietary Biomagnification Factor
Was ist der trophische Magnifikationsfaktor?
Kalkulierbar: mind. 3 Organismen, TMF > 1 Biomagnifikation
Verteilungskoeffizient K_oW
- Abkürzungen: Kow = Pow (range: 10^-3 bis 10^7)
- Anwendbar für organische Stoffe, nicht für: anorganische Substanzen, Metalle,
Organometalle, ionisierbare Substanzen, PFAS - Octanol = Surrogate für Speicherlipide eines Organismus
- kein Tierversuch
- auch kalkulierbar aufgrund der chemischen Struktur
- zentrale Rolle bei der Vorhersage der Bioakkumulation
- Angabe log Kow (wäre dann 3 bis 7)
K_OW Def
Verhältnis der Gelichgewichtskonzentrationen der Testchemikalie in mit Wasser gesättigtem Octanol (CO,i) und mit Octanol gesättigtem Wasser (CW,i)
Die Akkumulation einer Chemikalie hängt nicht nur von einem hohem log KOW ab, sondern auch von …
− Biotransformationsrate (schnell → keine Verteilung in Fett möglich)
− Rate der Membrandurchgängigkeit
− Bioverfügbarkeit
− Wachstumsrate der Tiere
Warum Regulation notwendig?
- Effekte unvorhersehbar
- Akkumulation praktisch irreversibel (Fische, Mensch)
- Sehr peristente und bioakk. Stoffe könnten interne Konzentrationen erreichen, die Effekte zeigen
Mobilität von Substanzen
Mobilität (M9 bezieht sich auf die Neigung eines Stoffes, sich nach seiner Freisetzung in die Umwelt über kurze oder lange Strecken auszubreiten und in Gewässer, einschließlich Trinkwasser und Grundwasser, zu gelangen.
K_D
Verteilung einer Substanz zwischen Wasser und einer festen Phase (Boden, Sediment, Klärschlamm) im Gleichgewicht
K:OC
Verteilung einer Substanz zwischen Wasser und organischen Kohlenstoffen (OC) in Boden, Sediment, Klärschlamm im Gleichgewicht
f_OC
Massenanteil des gesamten Kohlenstoffes in einem Boden oder Sediment, der nicht aus Karbonat (CO_3) besteht
Mobilität von Substanzen
Verteilungskoeffizient von organischem Kohlenstoff und Wasser (K_OC) “leachability”
Bindung an organischen Anteil von Matrix
Boden
Schlamm
Sediment
gelösten org. Substanzen.
Zusammenhang K_OC-Wert und Mobilität
Der K_OC Wert eines Stoffes steht in umgekehrten Verhältnis zur Mobilität in der Umwelt
Bewertung
Der niedrigste verfügbare und zuverlässige numerische Log K_OC Wert innerhalb des umweltrelevanten pH-Bereiches 4 und 9 wird direkt mit den M/Mv Kriterien verglichen.
Methoden - Mobilität
- Testung der Adsorption/Desorption
- Andere Informationen
- Testung der Adsorption/desorption
a) OECD TG 106: mit versch. Böden und untersch. OC-Gehalt, pH,…
b) OECD TG 121: „Estimation of KOC on soil and sewage sludge using HPLC“
Andere Informationen
a) Informationen von Boden „Leaching“ Studien (OECD TG 312)
b) Feld und Lysimeter Studien
c) Modellierung (inkludiert Verwendung, Emissionen …), nicht alleine verwendbar
d) Monitoring Studien
e) QSAR: KOC
Warum Regulation nötig?
P+M –> Trinkwasser, Grundwasser durch die Abwasser- und Trinkwasserbehandlung nur teilweise entfernbar
SVHC … Substances of very high concern, besonders Besorgnis erregende Stoffe
Transformationsprodukte von Photooxidation, Hydrolyse, Metabolismus sind oft mobiler als Ausgangsstoffe
