CONCEPT ECOTOXICOLOGIE
Toxicologie = effecten van polluenten op de mens
• Milieutoxicologie
o Studie effecten van toxische substanties in natuurlijke en antropogene omgevingen (Duffus 1980)
o Studie vd impact van polluenten op structuur en functie van ecosystemen (molecule tot
ecosysteem)
• Ecotoxicologie → relatief jonge wetenschap
o Truhaut 1969: Tak vd Toxicologie, die de effecten van natuurlijke en synthetische polluenten
bestudeert op dieren (inclusief mens), planten en bacteriën.
o Veel andere auteurs: uitbreiding naar populaties, levensgemeenschappen
• Essentie ecotoxicologie:
o (indirecte) relaties effecten op individu vs effecten op populatie - levensgemeenschap –
ecosysteem
o Uitbreiding: - landschap – ecoregio – continent – biosfeer
o Integratie van min. 3 disciplines
▪ Milieuchemie (incl. fysische disciplines)
• Voorkomen van chemicaliën in het milieu
• Bronnen + verdeling milieucompartimenten
• Invloed fysische + chemische factoren
• Depositie, degradatie (vooral van organische polluenten)
Milieuchemie: kijkt naar gedrag
van micro-polluenten in het milieu
(hangt af van omgevingsfactoren,
bvb pH, temp, zuurstof)
→ biobeschikbaarheid!
▪ Toxicologie
• Effecten stoffen op individueel niveau
• Verdeling stof naar organen
• Onderzoek ‘target orgaan’/doelwitorgaan: bepaalde polluenten geven in een
bepaald orgaan vooral probleem (vb asbest in longen): orgaan waar de stof
moet terecht komen om een bepaald effect te veroorzaken
• Transformatie, metabolieten (chemisch metaboliet = chemisch afbraakproduct)
1
, ▪ Ecologie
• Basis vd ecotoxicologie
• Kennis effect natuurlijke factoren op populaties
• Populatiedynamica, -genetica, systeemecologie
Risicoevaluatie: Risico als er een bepaalde
sotf in het milieu terechtkomt.
Eens we die kennen kunnen we aan
milieubeheer doen.
Definiëring van termen
• Polluent = chemische component die een schadelijk effect veroorzaakt (kan van nature aanwezig zijn)
Paracelsus (1493-1541): “Alle Ding’ sind Gift, und nichts Ohn’ Gift; allein die Dosis macht das ein Ding kein
Gift is” = “Alle substanties zijn polluenten. De dosis bepaalt of een stof al dan niet schadelijk is”
Wat is ‘abnormaal’ → polluent is relatief (bvb zout lozen in Noordzee of zoetwaterbeek)
o Effect van biobeschikbaarheid (bij lage pH is metaal makkelijker biobeschikbaar dan bij hoge pH)
▪ Sommige stoffen hebben exact dezelfde concentratei en in één geval is de
biobeschikbaarheid laag (weinig kan worden opgenomen), terwijl in andere gevallen kan
er veel worden opgenomen.
o Wat is schadelijk
o Effecten niet gekend
• Contaminant = milieuvreemde stof → niet noodzakelijk schadelijk
• Biomerker = biologische respons op chemische component op individueel niveau of lager
• Toxicant vs toxine
o Toxicant: chemische stof die toxisch effect veroorzaakt = polluent
o Toxine: ook chemische stof die toxisch effect veroorzaakt, MAAR door organisme geproduceerd
(bvb slangengif). Sommigen worden aangemaakt door antropogene activiteit (vb eutrofiëring)
• Xenobiont: ‘milieuvreemde stof’ door de mens gemaakt; niet van nature aanwezig
Voorbeeld afvalwater met hoge concentratie zout (CaCl) -> Foto voorbeeld: groot volume afvalwater met hoge
concentratie zout (CaCl); in een zoetwaterbron. Beek is kleiner dan debiet lozing. Dus lozing maakt beekje zout
2
,ecosysteem. Moest dezelfde lozing gebruiken in een kreek ad kust, dan zou het niet schadelijk zijn. Naast
biobeschikbaarheid is er dus ook de conditie om te bepalen of iets schadelijk is of niet!
Vroegste respons is op vlak vd genen (genexpressie -> hoe gaan gene tot expressie komen?)): korte tijd en lage
complexiteit omdat het heel gecontroleerd uitgevoerd kan worden, maar ook lage ecologische relevantie
Hoger niveau: weefsels/organen: duurt langer bij relevante concentraties & complexiteit neemt toe, want
stress door onderzoeker op dieren kan ook een invloed hebben op de respons, maar ecologisch relevanter
Hoger niveau: individuen: effect van polluent op groei/voortplanting duurt langer en is nog complexer, ook
andere factoren (temp, licht, stress) beïnvloeden het effect, en ecologisch relevant
Hoger niveau: populaties (muizenpopulatie = verzameling van individuen van één soort) en
levensgemeenschappen (zoogdierenlevensgemeenschap = verzameling van verschillende soorten samen),
complexiteit groot tussen prooi en predator
Hoogste niveau: ecosystemen: moeilijk om referentiesysteem te vinden, want elk ecosysteem is uniek
=> uitdaging van ecotoxicologie: biomerkers vinden op een laag niveau van biologische organisatie die een
voorspellende waarde hebben van wat er gaat gebeuren op een hoog niveau van biologische organisatie
Van molecule tot ecosysteem:
• Toename belangrijkheid respons
• Responstijd is fct. Niveau biologische organisatie
• Toename onzekerheid respons
RETROSPECTIEVE EN PREDICTIEVE ECOTOXICOLOGIE
• Retrospectief:
o maakt gebruik van vroegere data ‘epidemiologisch’ (eg relatie tussen roken en longkanker)
o onzekerheid over relatie: oorzaak – gevolg
o Werken met gradiënten: verontreinigingsbron en naarmate we verder afgaan, verdunt de concentratie en
de rest blijft hetzelfde. Als we daling van effecten zien, hebben we al meer bewijs.
• Predictief:
o Theoretisch: kijken naar structuur van bepaalde component en vergelijken met informatie die men heeft
van bestaande componenten
o toxiciteitstesten: in labo organismen blootstellen aan concentratiegradiënten onder sterk
gecontroleerde omstandigheden
→ Voor nieuwe polluenten kan geen retrospectieve ecotoxicologie opgesteld worden, enkel een predictieve
Historische schets chemisch t ijdperk
• Eerste menselijke nederzettingen
o Vloeibaar afval naar rivieren, meren, zee
3
, o Vast afval land
o Beperkte luchtverontreiniging
o Natuurlijke substanties (werden in milieu gemakkelijk afgebroken)
o Eerste reglementering rond verontreiniging: 500 v.C.
• Industriële Revolutie
o Industrialisatie, verstedelijking, toename bevolkingsgroei
o Mijnactiviteit, steenkool
▪ 19e E: eerste epidemiologische studie luchtverontreiniging – kanker
o Begin 20e E:
▪ Petroleum
▪ Vervoer: o.a. Pb-houdende benzine
• Groene Revolutie (gelijktijdig met industrialisatie)
o Kunstmest (nitraten sinds 1915)
o Bestrijdingsmiddelen
• Naast pesticiden ook toename gebruik, lozing… metalen (Hg, Cd, Pb…), PCB’s, PAK’s…
o PCB’s, CFK’s, PAK’s, plastics
o 70 000 courante chemicaliën
o 200 – 1000 nieuwe per jaar
o Reglementering: REACH (Registration, Evaluation and Authorization of Chemicals): bedrijven die
nieuwe stoffen aanmaken moeten deze laten registreren, evalueren en kunnen daar dan pas een
toestemming voor krijgen
→ Probleem 1: moet pas vanaf de productie van 1 ton milieuverontreinigende stof
→ Probleem 2: bedrijven omzeilen probleem 1 door dochterbedrijven ed. te ontwikkelen die net
geen ton produceren
BRONNEN EN TYPES VAN TOXICANTEN
• Zware Metalen • Perfluorverbindingen (PFC’s)
• Anorganische gassen • Bestrijdingsmiddelen
• Nutriënten • Farmaca
• Poly Aromatische Koolwaterstoffen • Radioactiviteit
• Gehalogeneerde Aromatische Verbindingen
EENHEDEN VAN CONCENTRATIE IN HET MILIEU
• Bodem: • Lucht:
o mg/kg = μg/g = ppm o ml/m³ = μl/l = ppm (vol)
o μg/kg = ng/g = ppb o μl/m³ = nl/l = ppb (vol)
• Water: • Beter:
o mg/l = μg/ml = ppm o mmol/l of mM
o μg/l = ng/ml = ppb o μmol/l of μM
→ Beter via mol omdat niet gewicht maar aantal moleculen zorgt voor een (schadelijk) effect
→ Er wordt vooral in microgram per liter gesproken in studies omdat de normen ook in deze eenheden
geformuleerd zijn.
Zware metalen
Definities:
• Dichtheid/densiteit > 5 g/cm³: verschillende biologische en chemische eigenschappen
• Nieboer & Richardson (1980):
o Klasse A metalen: affiniteit voor zuurstofhoudende groepen in macromoleculen (carboxyl,
alcohol)
4
Toxicologie = effecten van polluenten op de mens
• Milieutoxicologie
o Studie effecten van toxische substanties in natuurlijke en antropogene omgevingen (Duffus 1980)
o Studie vd impact van polluenten op structuur en functie van ecosystemen (molecule tot
ecosysteem)
• Ecotoxicologie → relatief jonge wetenschap
o Truhaut 1969: Tak vd Toxicologie, die de effecten van natuurlijke en synthetische polluenten
bestudeert op dieren (inclusief mens), planten en bacteriën.
o Veel andere auteurs: uitbreiding naar populaties, levensgemeenschappen
• Essentie ecotoxicologie:
o (indirecte) relaties effecten op individu vs effecten op populatie - levensgemeenschap –
ecosysteem
o Uitbreiding: - landschap – ecoregio – continent – biosfeer
o Integratie van min. 3 disciplines
▪ Milieuchemie (incl. fysische disciplines)
• Voorkomen van chemicaliën in het milieu
• Bronnen + verdeling milieucompartimenten
• Invloed fysische + chemische factoren
• Depositie, degradatie (vooral van organische polluenten)
Milieuchemie: kijkt naar gedrag
van micro-polluenten in het milieu
(hangt af van omgevingsfactoren,
bvb pH, temp, zuurstof)
→ biobeschikbaarheid!
▪ Toxicologie
• Effecten stoffen op individueel niveau
• Verdeling stof naar organen
• Onderzoek ‘target orgaan’/doelwitorgaan: bepaalde polluenten geven in een
bepaald orgaan vooral probleem (vb asbest in longen): orgaan waar de stof
moet terecht komen om een bepaald effect te veroorzaken
• Transformatie, metabolieten (chemisch metaboliet = chemisch afbraakproduct)
1
, ▪ Ecologie
• Basis vd ecotoxicologie
• Kennis effect natuurlijke factoren op populaties
• Populatiedynamica, -genetica, systeemecologie
Risicoevaluatie: Risico als er een bepaalde
sotf in het milieu terechtkomt.
Eens we die kennen kunnen we aan
milieubeheer doen.
Definiëring van termen
• Polluent = chemische component die een schadelijk effect veroorzaakt (kan van nature aanwezig zijn)
Paracelsus (1493-1541): “Alle Ding’ sind Gift, und nichts Ohn’ Gift; allein die Dosis macht das ein Ding kein
Gift is” = “Alle substanties zijn polluenten. De dosis bepaalt of een stof al dan niet schadelijk is”
Wat is ‘abnormaal’ → polluent is relatief (bvb zout lozen in Noordzee of zoetwaterbeek)
o Effect van biobeschikbaarheid (bij lage pH is metaal makkelijker biobeschikbaar dan bij hoge pH)
▪ Sommige stoffen hebben exact dezelfde concentratei en in één geval is de
biobeschikbaarheid laag (weinig kan worden opgenomen), terwijl in andere gevallen kan
er veel worden opgenomen.
o Wat is schadelijk
o Effecten niet gekend
• Contaminant = milieuvreemde stof → niet noodzakelijk schadelijk
• Biomerker = biologische respons op chemische component op individueel niveau of lager
• Toxicant vs toxine
o Toxicant: chemische stof die toxisch effect veroorzaakt = polluent
o Toxine: ook chemische stof die toxisch effect veroorzaakt, MAAR door organisme geproduceerd
(bvb slangengif). Sommigen worden aangemaakt door antropogene activiteit (vb eutrofiëring)
• Xenobiont: ‘milieuvreemde stof’ door de mens gemaakt; niet van nature aanwezig
Voorbeeld afvalwater met hoge concentratie zout (CaCl) -> Foto voorbeeld: groot volume afvalwater met hoge
concentratie zout (CaCl); in een zoetwaterbron. Beek is kleiner dan debiet lozing. Dus lozing maakt beekje zout
2
,ecosysteem. Moest dezelfde lozing gebruiken in een kreek ad kust, dan zou het niet schadelijk zijn. Naast
biobeschikbaarheid is er dus ook de conditie om te bepalen of iets schadelijk is of niet!
Vroegste respons is op vlak vd genen (genexpressie -> hoe gaan gene tot expressie komen?)): korte tijd en lage
complexiteit omdat het heel gecontroleerd uitgevoerd kan worden, maar ook lage ecologische relevantie
Hoger niveau: weefsels/organen: duurt langer bij relevante concentraties & complexiteit neemt toe, want
stress door onderzoeker op dieren kan ook een invloed hebben op de respons, maar ecologisch relevanter
Hoger niveau: individuen: effect van polluent op groei/voortplanting duurt langer en is nog complexer, ook
andere factoren (temp, licht, stress) beïnvloeden het effect, en ecologisch relevant
Hoger niveau: populaties (muizenpopulatie = verzameling van individuen van één soort) en
levensgemeenschappen (zoogdierenlevensgemeenschap = verzameling van verschillende soorten samen),
complexiteit groot tussen prooi en predator
Hoogste niveau: ecosystemen: moeilijk om referentiesysteem te vinden, want elk ecosysteem is uniek
=> uitdaging van ecotoxicologie: biomerkers vinden op een laag niveau van biologische organisatie die een
voorspellende waarde hebben van wat er gaat gebeuren op een hoog niveau van biologische organisatie
Van molecule tot ecosysteem:
• Toename belangrijkheid respons
• Responstijd is fct. Niveau biologische organisatie
• Toename onzekerheid respons
RETROSPECTIEVE EN PREDICTIEVE ECOTOXICOLOGIE
• Retrospectief:
o maakt gebruik van vroegere data ‘epidemiologisch’ (eg relatie tussen roken en longkanker)
o onzekerheid over relatie: oorzaak – gevolg
o Werken met gradiënten: verontreinigingsbron en naarmate we verder afgaan, verdunt de concentratie en
de rest blijft hetzelfde. Als we daling van effecten zien, hebben we al meer bewijs.
• Predictief:
o Theoretisch: kijken naar structuur van bepaalde component en vergelijken met informatie die men heeft
van bestaande componenten
o toxiciteitstesten: in labo organismen blootstellen aan concentratiegradiënten onder sterk
gecontroleerde omstandigheden
→ Voor nieuwe polluenten kan geen retrospectieve ecotoxicologie opgesteld worden, enkel een predictieve
Historische schets chemisch t ijdperk
• Eerste menselijke nederzettingen
o Vloeibaar afval naar rivieren, meren, zee
3
, o Vast afval land
o Beperkte luchtverontreiniging
o Natuurlijke substanties (werden in milieu gemakkelijk afgebroken)
o Eerste reglementering rond verontreiniging: 500 v.C.
• Industriële Revolutie
o Industrialisatie, verstedelijking, toename bevolkingsgroei
o Mijnactiviteit, steenkool
▪ 19e E: eerste epidemiologische studie luchtverontreiniging – kanker
o Begin 20e E:
▪ Petroleum
▪ Vervoer: o.a. Pb-houdende benzine
• Groene Revolutie (gelijktijdig met industrialisatie)
o Kunstmest (nitraten sinds 1915)
o Bestrijdingsmiddelen
• Naast pesticiden ook toename gebruik, lozing… metalen (Hg, Cd, Pb…), PCB’s, PAK’s…
o PCB’s, CFK’s, PAK’s, plastics
o 70 000 courante chemicaliën
o 200 – 1000 nieuwe per jaar
o Reglementering: REACH (Registration, Evaluation and Authorization of Chemicals): bedrijven die
nieuwe stoffen aanmaken moeten deze laten registreren, evalueren en kunnen daar dan pas een
toestemming voor krijgen
→ Probleem 1: moet pas vanaf de productie van 1 ton milieuverontreinigende stof
→ Probleem 2: bedrijven omzeilen probleem 1 door dochterbedrijven ed. te ontwikkelen die net
geen ton produceren
BRONNEN EN TYPES VAN TOXICANTEN
• Zware Metalen • Perfluorverbindingen (PFC’s)
• Anorganische gassen • Bestrijdingsmiddelen
• Nutriënten • Farmaca
• Poly Aromatische Koolwaterstoffen • Radioactiviteit
• Gehalogeneerde Aromatische Verbindingen
EENHEDEN VAN CONCENTRATIE IN HET MILIEU
• Bodem: • Lucht:
o mg/kg = μg/g = ppm o ml/m³ = μl/l = ppm (vol)
o μg/kg = ng/g = ppb o μl/m³ = nl/l = ppb (vol)
• Water: • Beter:
o mg/l = μg/ml = ppm o mmol/l of mM
o μg/l = ng/ml = ppb o μmol/l of μM
→ Beter via mol omdat niet gewicht maar aantal moleculen zorgt voor een (schadelijk) effect
→ Er wordt vooral in microgram per liter gesproken in studies omdat de normen ook in deze eenheden
geformuleerd zijn.
Zware metalen
Definities:
• Dichtheid/densiteit > 5 g/cm³: verschillende biologische en chemische eigenschappen
• Nieboer & Richardson (1980):
o Klasse A metalen: affiniteit voor zuurstofhoudende groepen in macromoleculen (carboxyl,
alcohol)
4
