Aquatische Toxikologie

Aquatische toxikologische Tests (Assays): Toxizitätstests werden verwendet, um qualitative und quantitative Daten über nachteilige (schädliche) Auswirkungen eines Giftstoffs auf Wasserorganismen zu liefern. Toxizitätstests können verwendet werden, um das Potenzial für Schäden an einer aquatischen Umwelt zu bewerten und eine Datenbank bereitzustellen, anhand derer das mit einer Situation verbundene Risiko für einen bestimmten Giftstoff bewertet werden kann. Aquatische toxikologische Tests können vor Ort oder im Labor durchgeführt werden. Feldexperimente beziehen sich im Allgemeinen auf die Exposition mehrerer Arten und Laborexperimente beziehen sich im Allgemeinen auf die Exposition einzelner Arten. Eine Dosis-Wirkungs-Beziehung wird am häufigsten mit einer sigmoidalen Kurve verwendet, um die toxischen Wirkungen an einem ausgewählten Endpunkt oder Kriterien für die Wirkung (d. H. Tod oder andere nachteilige Auswirkungen auf den Organismus) zu quantifizieren. Die Konzentration liegt auf der x-Achse und die prozentuale Hemmung oder Reaktion auf der y-Achse.

Die Kriterien für Wirkungen oder Endpunkte, auf die getestet wurde, können letale und subletale Wirkungen umfassen (siehe Toxikologische Wirkungen).

Es gibt verschiedene Arten von Toxizitätstests, die an verschiedenen Testspezies durchgeführt werden können. Verschiedene Arten unterscheiden sich in ihrer Anfälligkeit für Chemikalien, höchstwahrscheinlich aufgrund von Unterschieden in Zugänglichkeit, Stoffwechselrate, Ausscheidungsrate, genetischen Faktoren, Ernährungsfaktoren, Alter, Geschlecht, Gesundheit und Stressniveau des Organismus. Gängige Standard-Testarten sind die Fettkopf-Elritze (Pimephales promelas), Daphniden (Daphnia magna, D. pulex, D. pulicaria, Ceriodaphnia dubia), Mücke (Chironomus tentans, C. ruparius), Regenbogenforelle (Oncorhynchus mykiss), Schafkopf-Elritze (Cyprinodon variegatu), Zebrafisch (Danio rerio), Mysiden (Mysidopsis), Auster (Crassotreas), Scud (Hyalalla Azteca), Grasgarnele (Palaemonetes pugio) und Muscheln (Mytilus galloprovincialis). Wie von ASTM definiert, werden diese Arten routinemäßig auf der Grundlage von Verfügbarkeit, kommerzieller, erholsamer und ökologischer Bedeutung, früherer erfolgreicher Verwendung und regulatorischer Verwendung ausgewählt.

Eine Vielzahl akzeptabler standardisierter Testmethoden wurde veröffentlicht. Einige der allgemein akzeptierten Agenturen zur Veröffentlichung von Methoden sind: die American Public Health Association, US Environmental Protection Agency (EPA), ASTM International, Internationale Organisation für Normung, Umwelt und Klimawandel Kanada und Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung. Standardisierte Tests bieten die Möglichkeit, Ergebnisse zwischen Labors zu vergleichen.

Es gibt viele Arten von Toxizitätstests, die in der wissenschaftlichen Literatur und den Aufsichtsbehörden weithin akzeptiert sind. Die Art des verwendeten Tests hängt von vielen Faktoren ab: Spezifische Regulierungsbehörde, die den Test durchführt, verfügbare Ressourcen, physikalische und chemische Eigenschaften der Umgebung, Art des Giftstoffs, verfügbare Testspezies, Labor-vs. Feldtests, Endpunktauswahl sowie Zeit und Ressourcen für die Durchführung der Assays sind einige der häufigsten Einflussfaktoren auf das Testdesign.

Expositionssystemebearbeiten

Expositionssysteme sind vier allgemeine Techniken, bei denen die Kontrollen und Testorganismen dem Umgang mit behandeltem und verdünntem Wasser oder den Testlösungen ausgesetzt werden.

  • Statisch. Ein statischer Test setzt den Organismus in stillem Wasser frei. Das toxische Mittel wird dem Wasser zugesetzt, um die richtigen zu prüfenden Konzentrationen zu erhalten. Die Kontroll- und Testorganismen werden in die Testlösungen gegeben und das Wasser wird während des gesamten Tests nicht verändert.
  • Rezirkulation. Ein Rezirkulationstest setzt den Organismus dem Giftstoff in ähnlicher Weise aus wie der statische Test, mit der Ausnahme, dass die Testlösungen durch eine Vorrichtung (d. H. einen Filter) gepumpt werden, um die Wasserqualität aufrechtzuerhalten, aber nicht die Konzentration des Giftstoffs im Wasser zu verringern. Das Wasser wird kontinuierlich durch die Testkammer zirkuliert, ähnlich einem belüfteten Aquarium. Diese Art von Test ist teuer und es ist unklar, ob der Filter oder Belüfter eine Wirkung auf das Gift hat oder nicht.
  • Erneuerung. Ein Erneuerungstest setzt den Organismus auch dem Giftstoff in ähnlicher Weise aus wie der statische Test, da er sich in stillem Wasser befindet. Bei einem Erneuerungstest wird die Testlösung jedoch periodisch (konstante Intervalle) erneuert, indem der Organismus in eine frische Testkammer mit der gleichen Konzentration an Giftstoff überführt wird.
  • Durchfluss. Ein Flow-Through-Test setzt den Organismus dem Giftstoff mit einer Strömung in die Testkammern und dann aus den Testkammern aus. Die Durchströmung kann intermittierend oder kontinuierlich erfolgen. Zuvor muss eine Stammlösung mit den richtigen Schadstoffkonzentrationen hergestellt werden. Dosierpumpen oder Verdünner steuern den Fluss und das Volumen der Testlösung, und die richtigen Anteile von Wasser und Verunreinigung werden gemischt.

Arten von Testenbearbeiten

Akute Tests sind kurzfristige Expositionstests (Stunden oder Tage) und verwenden im Allgemeinen die Letalität als Endpunkt. Bei akuten Expositionen kommen Organismen in einem einzigen Ereignis oder in mehreren Ereignissen über einen kurzen Zeitraum mit höheren Dosen des Giftstoffs in Kontakt und erzeugen in der Regel sofortige Wirkungen, abhängig von der Absorptionszeit des Giftstoffs. Diese Tests werden im Allgemeinen an Organismen während eines bestimmten Zeitraums des Lebenszyklus des Organismus durchgeführt und gelten als Teillebenszyklustests. Akute Tests sind nicht gültig, wenn die Mortalität in der Kontrollprobe größer als 10% ist. Die Ergebnisse werden in EC50 oder einer Konzentration angegeben, die fünfzig Prozent der Stichprobengröße beeinflusst.

Chronische Tests sind Langzeittests (Wochen, Monate, Jahre) im Verhältnis zur Lebensdauer des Testorganismus (>10% der Lebensdauer) und verwenden im Allgemeinen subletale Endpunkte. Bei chronischen Expositionen kommen Organismen mit niedrigen, kontinuierlichen Dosen eines Giftstoffs in Kontakt. Chronische Expositionen können Auswirkungen einer akuten Exposition hervorrufen, können aber auch zu Effekten führen, die sich langsam entwickeln. Chronische Tests gelten im Allgemeinen als vollständige Lebenszyklustests und umfassen eine gesamte Generationszeit oder einen reproduktiven Lebenszyklus („Ei zu Ei“). Chronische Tests gelten nicht als gültig, wenn die Mortalität in der Kontrollprobe mehr als 20% beträgt. Diese Ergebnisse werden im Allgemeinen in NOECs (No Observed Effects Level) und LOECs (Lowest Observed Effects Level) angegeben.Tests im frühen Lebensstadium werden als subchronische Expositionen betrachtet, die weniger als einen vollständigen reproduktiven Lebenszyklus umfassen und die Exposition in frühen, empfindlichen Lebensstadien eines Organismus umfassen. Diese Expositionen werden auch als kritische Lebensphase, Embryo-Larven- oder Eierbruttests bezeichnet. Tests im frühen Lebensstadium gelten nicht als gültig, wenn die Mortalität in der Kontrollprobe größer als 30% ist.

Kurzfristige subletale Tests werden verwendet, um die Toxizität von Abwässern für Wasserorganismen zu bewerten. Diese Methoden werden von der EPA entwickelt und konzentrieren sich nur auf die empfindlichsten Lebensphasen. Endpunkte für diesen Test sind Veränderungen in Wachstum, Fortpflanzung und Überleben. NOECs, LOECs und EC50s werden in diesen Tests berichtet.Bioakkumulationstests sind Toxizitätstests, die für hydrophobe Chemikalien verwendet werden können, die sich im Fettgewebe von Wasserorganismen ansammeln können. Giftstoffe mit geringen Wasserlöslichkeiten können aufgrund des hohen Lipidgehalts in diesem Gewebe im Allgemeinen im Fettgewebe gespeichert werden. Die Lagerung dieser Giftstoffe im Organismus kann zu kumulativer Toxizität führen. Bioakkumulationstests verwenden Biokonzentrationsfaktoren (BCF), um Konzentrationen hydrophober Kontaminanten in Organismen vorherzusagen. Die BCF ist das Verhältnis der durchschnittlichen Konzentration der im Gewebe des Testorganismus akkumulierten Prüfsubstanz (unter stationären Bedingungen) zur durchschnittlich gemessenen Konzentration im Wasser.

Süßwassertests und Salzwassertests haben unterschiedliche Standardmethoden, insbesondere wie von den Aufsichtsbehörden festgelegt. Diese Tests umfassen jedoch im Allgemeinen eine Kontrolle (negativ und/ oder positiv), eine geometrische Verdünnungsreihe oder eine andere geeignete logarithmische Verdünnungsreihe, Testkammern und gleiche Anzahl von Replikaten sowie einen Testorganismus. Die genaue Expositionszeit und Testdauer hängt von der Art des Tests (akut vs. chronisch) und dem Organismustyp ab. Temperatur, Wasserqualitätsparameter und Licht hängen von den Anforderungen des Reglers und dem Organismustyp ab.In den USA sind viele Abwasserentsorger (z. B. Fabriken, Kraftwerke, Raffinerien, Bergwerke, kommunale Kläranlagen) verpflichtet, im Rahmen des Genehmigungsprogramms des National Pollutant Discharge Elimination System (NPDES) gemäß dem Clean Water Act regelmäßige Tests zur vollständigen Abwassertoxizität (WET) durchzuführen. Für Anlagen, die in Süßwasser eingeleitet werden, wird das Abwasser verwendet, um statisch-akute Toxizitätstests mit mehreren Konzentrationen mit Ceriodaphnia dubia (Wasserfloh) und Pimephales promelas (Fathead minnow) durchzuführen. Die Testorganismen werden 48 Stunden unter statischen Bedingungen mit fünf Konzentrationen des Abwassers exponiert. Die Hauptabweichung bei den kurzfristigen chronischen Abwassertoxizitätstests und den akuten Abwassertoxizitätstests besteht darin, dass der kurzfristige chronische Test sieben Tage und der akute Test 48 Stunden dauert. Für Einleitungen in Meeres- und Flussmündungsgewässer werden als Testarten Schafkopf-Elritze (Cyprinodon variegatus), Binnensilverside (Menidia beryllina), Americamysis bahia und Purpurseeigel (Strongylocentrotus purpuratus) verwendet.

Sediment testsEdit

Irgendwann reichern sich die meisten Chemikalien, die sowohl aus anthropogenen als auch natürlichen Quellen stammen, im Sediment an. Aus diesem Grund kann die Sedimenttoxizität eine wichtige Rolle bei den nachteiligen biologischen Auswirkungen auf Wasserorganismen spielen, insbesondere auf solche, die benthische Lebensräume bewohnen. Ein empfohlener Ansatz für Sedimenttests ist die Anwendung der Sedimentqualitäts-Triade (SQT), bei der gleichzeitig Sedimentchemie, Toxizität und Feldveränderungen untersucht werden, damit umfassendere Informationen gesammelt werden können. Die Sammlung, Handhabung und Lagerung von Sedimenten kann sich auf die Bioverfügbarkeit auswirken, weshalb für diesen Zweck Standardmethoden entwickelt wurden.

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