ZSO 1 OMGEVINGSTOXICOLOGIE EN BASISBEGRIPPEN
Inleiding
Toxicologie bestudeert de schadelijke effecten van elementen op
biologische organismen. De basis van de toxische effecten ligt op
moleculair en cellulair niveau en werkt als een cascade door op alle
lagen van het organisme (weefsels, organen, gehele lichaam).
In de klassieke toxicologie wordt de relatie bestudeerd tussen toxische
stoffen en de respons op het individuele organisme. Hieronder valt de
farmacologie waarbij de dosis-respons relaties worden bestudeerd. In
de ecotoxicologie staan de effecten van contaminanten op
ecosystemen centraal. Meestal leidt overdracht in het milieu tot
verspreiding, maar het kan ook leiden tot bio-accumulatie in
organismen.
Terminologie
Xenobiotica: vreemde substanties die in het lichaam worden opgenomen. Ze kunnen gunstige effecten
hebben (farmaceutica) of ze zijn toxisch.
Toxicant: elke substantie die negatieve effecten veroorzaakt (chemisch, biologisch of fysisch).
o Organisch: vaak grote moleculen, afgeleid van levende organismen.
o Anorganisch: vaak kleine moleculen, niet afgeleid van levende organismen (mineralen).
Toxine: geproduceerd door levende organismen (bv. paddestoelen), geeft een onmiddellijk effect.
Vergif: toxicanten die onmiddellijk dood of ziekte veroorzaken.
Kwalitatieve aspecten van toxiciteit
Een component kan toxisch zijn voor de ene soort, maar onschadelijk voor een andere soort. Soms is een stof enkel
schadelijk in bepaalde omstandigheden.
Bespreking van het agens:
1. Productie: bron van vervuiling productiefase
2. Omgevingsfactoren: transfer en evt transformatie van de toxische stof milieukinetische fase
Drie fasen in de toxicologie
1. Expositie fase = blootstelling (biobeschikbaarheid, blootstellingsduur, frequentie, opnameroute)
2. Toxicokinetische fase (Absorptie, Distributie, Metabolisme, Excretie ADME)
3. Toxicodynamische fase (het waargenomen toxische effect)
Kwantitatieve bepaling van toxiciteit
Dosis-respons curve
Fractionering van de totale dosis verlaagt de kans op toxiciteit. Het lichaam kan zo herstellen van elk subdosis. De
standard deviation is een indicatie voor de variabiliteit van de respons in een populatie (grote S.D. = grote variabiliteit).
De curve verloop sigmoïdaal en wordt opgesteld adhv data uit studies met model organismen/systemen.
Bewijst of de substantie het geobserveerde effect induceert.
, Stelt de drempelwaarde vast = eerste teken van toxiciteit (geen detoxificatie of herstel mogelijk).
o No observed adverse effect level (NOAEL) = hoogste
geobserveerde niet-werkzame dosisniveau (geen nadelige
effecten).
o Lowest observed adverse effect level (LOAEL) = laagst
geobserveerde werkzame dosisniveau (wel nadelige effecten).
o NOEL en LOEL zijn de algemene termen (niet persé toxisch).
Bepaald de mate van schadelijkheid (helling van de curve).
De mate van toxiciteit hangt o.a. af van de blootstellingsduur.
Acute blootstelling (kort durend, hoge dosering): vaak een zeer drastisch
effect (vb. sterfte) op de populatie. In de meeste gevallen herstelt het
ecosysteem zich in de loop van de tijd.
Chronische blootstelling (langdurig, lage dosering): vaak een effect op
bv. de reproductie van de populatie. Dit resulteert dan in een
significante verandering in de omgeving.
Dosis bepalingen
LD50 / LC50 = mediaan letale dosis/concentratie (letaal voor 50% van de populatie).
TD50 = mediaan toxische dosis (toxisch voor 50% van de populatie).
ED50 = mediaan effectieve dosis (effectief voor 50% van de populatie).
De vorm en helling van de curve voorspellen de toxiciteit van een substantie op specifieke dosis levels. De ED en TD
bepalen de relatieve veiligheid van farmaceutica.
Therapeutische index
TI = LD50/ED50 relatieve veiligheid van drug. Maar dit kan misleidend zijn vanwege de helling van de curve. Daarom
wordt meestal de margin of safety gebruikt. MOS = LD01/ED99.
Risico analyse
Onderzoek naar de potentiële gezondheidsrisico’s voor mens of milieu door de productie, de aanwezigheid en/of het
gebruik van een stof. “Hazard” is de aanwezigheid van potentieel gevaarlijke stoffen (vb. in de bodem), een “risk”
treedt op als een organisme de stof opneemt en er (kans op) schade van ondervindt.
Blootstelling
Mate van blootstelling bepaald door de omgeving, de fysische staat (gas, vloeistof), de fysicochemische eigenschappen
(wateroplosbaar of niet) en de contactvorm (kort of lang, opzettelijk of per ongeluk).
Bron/route Oorzaak Binnen via Voorbeeld
Voedsel Natuurlijk aanwezig Mond GI Nitraat in spinazie
Contaminatie/additie Pesticiden, kleurstof
Water Natuurlijk aanwezige mineralen Mond GI Fluoride
Vervuiling (door afvalwater) Huid Pesticiden, koperen leidingen
Lucht Gassen (verkeer, industrie, sigaretten, verf) Longen CO, NOx, asbest, lood (verkeer)
Huid Medicatie, cosmetica Huid Crèmes en zalven
Vervuilde werkplek
Andere Medicatie, drugs Huid, subcutaan, bloedcirculatie Slangengif
Dier eigenschappen
,Omgevingstoxicologie
Studie van chemicaliën met antropologische oorsprong (niet van nature aanwezig). Milieu-gezondheidstoxicologie
bestudeerd de negatieve effecten van chemicaliën op de humane gezondheid. Ecotoxicologie bestudeerd de effecten
van contaminanten op ecosystemen. De chemicaliën die grote gevaren met zich meebrengen hebben 3 eigenschappen
gemeen: persistentie in omgeving, neiging tot accumulatie in levende wezens en hoge toxiciteit.
Omgevingspersistentie
De meeste toxische chemicaliën zijn bestand tegen afbraakprocessen en overleven daardoor lange periodes.
Abiotische degradatie: fotolyse en hydrolyse
Biotische degradatie: micro-organismen degraderen (an)organische componenten door ze te gebruiken als
elektrondonors, elektron acceptors en als voedingsbron. Deze processen worden gemedieerd door enzymen
en gebeuren daarom veel sneller dan abiotische degradatie processen. Bioremediatie = het gebruik van micro-
organismen om contaminanten te elimineren uit de omgeving.
Eliminatie: aanpassen van de distributie van contaminanten. Deze verspreiden zich bijv. als gasdeeltjes door
de lucht of als vaste deeltjes via wind. Sorptie in sediment verlaagt de biobeschikbaarheid, omdat de
contaminanten minder snel overgaan van sediment naar organisme dan van water naar organisme.
Bio-accumulatie
Accumulatie van chemicaliën in organismen direct vanuit de abiotische omgeving (water, lucht) en via voeding
(trofische transfer). De concentratie van de chemicaliën kan stijgen bij trofische transfer in de voedselketen (prooi
naar predator) biomagnificatie. De mate van accumulatie hangt af van de vetsamenstelling van het organisme
(opslag in vet). Mobilisatie van deze opgeslagen chemicaliën kan leiden tot een vertraagde aanvang van toxiciteit.
Veel metalen hebben affiniteit voor ion transport systemen op bv. kieuwen van waterdieren. Dus directe opname van
metalen via water kan een belangrijke blootstellingsroute zijn. Over het algemeen gebeurt bio-accumulatie meer via
water dan via voedsel.
Factoren die bio-accumulatie beïnvloeden
Biobeschikbaarheid
o Omgevingspersistentie: contaminanten die snel worden geëlimineerd zullen niet snel accumuleren.
o De bestemming: chemicaliën die snel worden getransformeerd zijn meer water oplosbaar dan vet
oplosbaar minder kans op opslag in vetweefsels grotere kans op eliminatie uit het lichaam.
Lipofiliteit
o Opname van contaminanten via passieve diffusie dus de lipiden dubbellaag moet gepasseerd.
o Lipofiele chemicaliën worden sneller geabsorbeerd door sedimenten (minder beschikbaar).
Toxiciteit
Acute toxiciteit
Korte termijn blootstelling (of door lange termijn blootstelling: mobilisatie uit vetweefsel), meestal door ongelukken
of door onvoorzichtig gebruik van de chemicaliën. Gekwantificeerd als LC50 of LD50. Experimenteel bepaald adhv
geselecteerde diersoorten die een specifiek trofisch niveau in het ecosysteem representeren.
Mechanismen van acute toxiciteit
Cholinesterase inhibitie: door organofosfate en carbamate pesticiden
Narcose: door accumulatie van chemicaliën in cellulaire membranen die de normale werking verstoren
(alcohol, benzenen, aldehydes) leiden tot verlaagde activiteit en verhoogde pigmentatie in vissen.
Osmoregulatoire verstoring: door bv. metalen met hoge affiniteit voor iontransport systemen.
Fysieke effecten: zoals bv. olie lekken waardoor de organismen bedekt worden met olie en hun isolerende
luchtlaag kwijtraken hypothermie als doodsoorzaak.
Chronische toxiciteit
Lange termijn blootstelling (of door niet opgemerkte acute blootstelling: in utero effect op latere leeftijd). Gemeten
adhv eindpunten zoals NOEL, LOEL of de chronische waarde (CV) = √𝑁𝑂𝐸𝐿 × 𝐿𝑂𝐸𝐿. Beoordeeld adhv het
acute:chronische ratio (ACR) = LC50/CV. ACR < 10 = lage tot geen chronische toxiciteit.
, Beperkingen
Species
o Niet elk organisme van de soort is even vatbaar voor het
contaminant.
o De soort hoeft niet representatief te zijn voor andere soorten uit
hetzelfde trofisch niveau.
o Chronische en ACR waardes van geselecteerde proefdieren zijn niet
absoluut voor alle soorten.
Interacties tussen abiotische en biotische componenten (van invloed op de
chronische toxiciteit) gebeuren meestal niet in experimentele settings.
Inleiding
Toxicologie bestudeert de schadelijke effecten van elementen op
biologische organismen. De basis van de toxische effecten ligt op
moleculair en cellulair niveau en werkt als een cascade door op alle
lagen van het organisme (weefsels, organen, gehele lichaam).
In de klassieke toxicologie wordt de relatie bestudeerd tussen toxische
stoffen en de respons op het individuele organisme. Hieronder valt de
farmacologie waarbij de dosis-respons relaties worden bestudeerd. In
de ecotoxicologie staan de effecten van contaminanten op
ecosystemen centraal. Meestal leidt overdracht in het milieu tot
verspreiding, maar het kan ook leiden tot bio-accumulatie in
organismen.
Terminologie
Xenobiotica: vreemde substanties die in het lichaam worden opgenomen. Ze kunnen gunstige effecten
hebben (farmaceutica) of ze zijn toxisch.
Toxicant: elke substantie die negatieve effecten veroorzaakt (chemisch, biologisch of fysisch).
o Organisch: vaak grote moleculen, afgeleid van levende organismen.
o Anorganisch: vaak kleine moleculen, niet afgeleid van levende organismen (mineralen).
Toxine: geproduceerd door levende organismen (bv. paddestoelen), geeft een onmiddellijk effect.
Vergif: toxicanten die onmiddellijk dood of ziekte veroorzaken.
Kwalitatieve aspecten van toxiciteit
Een component kan toxisch zijn voor de ene soort, maar onschadelijk voor een andere soort. Soms is een stof enkel
schadelijk in bepaalde omstandigheden.
Bespreking van het agens:
1. Productie: bron van vervuiling productiefase
2. Omgevingsfactoren: transfer en evt transformatie van de toxische stof milieukinetische fase
Drie fasen in de toxicologie
1. Expositie fase = blootstelling (biobeschikbaarheid, blootstellingsduur, frequentie, opnameroute)
2. Toxicokinetische fase (Absorptie, Distributie, Metabolisme, Excretie ADME)
3. Toxicodynamische fase (het waargenomen toxische effect)
Kwantitatieve bepaling van toxiciteit
Dosis-respons curve
Fractionering van de totale dosis verlaagt de kans op toxiciteit. Het lichaam kan zo herstellen van elk subdosis. De
standard deviation is een indicatie voor de variabiliteit van de respons in een populatie (grote S.D. = grote variabiliteit).
De curve verloop sigmoïdaal en wordt opgesteld adhv data uit studies met model organismen/systemen.
Bewijst of de substantie het geobserveerde effect induceert.
, Stelt de drempelwaarde vast = eerste teken van toxiciteit (geen detoxificatie of herstel mogelijk).
o No observed adverse effect level (NOAEL) = hoogste
geobserveerde niet-werkzame dosisniveau (geen nadelige
effecten).
o Lowest observed adverse effect level (LOAEL) = laagst
geobserveerde werkzame dosisniveau (wel nadelige effecten).
o NOEL en LOEL zijn de algemene termen (niet persé toxisch).
Bepaald de mate van schadelijkheid (helling van de curve).
De mate van toxiciteit hangt o.a. af van de blootstellingsduur.
Acute blootstelling (kort durend, hoge dosering): vaak een zeer drastisch
effect (vb. sterfte) op de populatie. In de meeste gevallen herstelt het
ecosysteem zich in de loop van de tijd.
Chronische blootstelling (langdurig, lage dosering): vaak een effect op
bv. de reproductie van de populatie. Dit resulteert dan in een
significante verandering in de omgeving.
Dosis bepalingen
LD50 / LC50 = mediaan letale dosis/concentratie (letaal voor 50% van de populatie).
TD50 = mediaan toxische dosis (toxisch voor 50% van de populatie).
ED50 = mediaan effectieve dosis (effectief voor 50% van de populatie).
De vorm en helling van de curve voorspellen de toxiciteit van een substantie op specifieke dosis levels. De ED en TD
bepalen de relatieve veiligheid van farmaceutica.
Therapeutische index
TI = LD50/ED50 relatieve veiligheid van drug. Maar dit kan misleidend zijn vanwege de helling van de curve. Daarom
wordt meestal de margin of safety gebruikt. MOS = LD01/ED99.
Risico analyse
Onderzoek naar de potentiële gezondheidsrisico’s voor mens of milieu door de productie, de aanwezigheid en/of het
gebruik van een stof. “Hazard” is de aanwezigheid van potentieel gevaarlijke stoffen (vb. in de bodem), een “risk”
treedt op als een organisme de stof opneemt en er (kans op) schade van ondervindt.
Blootstelling
Mate van blootstelling bepaald door de omgeving, de fysische staat (gas, vloeistof), de fysicochemische eigenschappen
(wateroplosbaar of niet) en de contactvorm (kort of lang, opzettelijk of per ongeluk).
Bron/route Oorzaak Binnen via Voorbeeld
Voedsel Natuurlijk aanwezig Mond GI Nitraat in spinazie
Contaminatie/additie Pesticiden, kleurstof
Water Natuurlijk aanwezige mineralen Mond GI Fluoride
Vervuiling (door afvalwater) Huid Pesticiden, koperen leidingen
Lucht Gassen (verkeer, industrie, sigaretten, verf) Longen CO, NOx, asbest, lood (verkeer)
Huid Medicatie, cosmetica Huid Crèmes en zalven
Vervuilde werkplek
Andere Medicatie, drugs Huid, subcutaan, bloedcirculatie Slangengif
Dier eigenschappen
,Omgevingstoxicologie
Studie van chemicaliën met antropologische oorsprong (niet van nature aanwezig). Milieu-gezondheidstoxicologie
bestudeerd de negatieve effecten van chemicaliën op de humane gezondheid. Ecotoxicologie bestudeerd de effecten
van contaminanten op ecosystemen. De chemicaliën die grote gevaren met zich meebrengen hebben 3 eigenschappen
gemeen: persistentie in omgeving, neiging tot accumulatie in levende wezens en hoge toxiciteit.
Omgevingspersistentie
De meeste toxische chemicaliën zijn bestand tegen afbraakprocessen en overleven daardoor lange periodes.
Abiotische degradatie: fotolyse en hydrolyse
Biotische degradatie: micro-organismen degraderen (an)organische componenten door ze te gebruiken als
elektrondonors, elektron acceptors en als voedingsbron. Deze processen worden gemedieerd door enzymen
en gebeuren daarom veel sneller dan abiotische degradatie processen. Bioremediatie = het gebruik van micro-
organismen om contaminanten te elimineren uit de omgeving.
Eliminatie: aanpassen van de distributie van contaminanten. Deze verspreiden zich bijv. als gasdeeltjes door
de lucht of als vaste deeltjes via wind. Sorptie in sediment verlaagt de biobeschikbaarheid, omdat de
contaminanten minder snel overgaan van sediment naar organisme dan van water naar organisme.
Bio-accumulatie
Accumulatie van chemicaliën in organismen direct vanuit de abiotische omgeving (water, lucht) en via voeding
(trofische transfer). De concentratie van de chemicaliën kan stijgen bij trofische transfer in de voedselketen (prooi
naar predator) biomagnificatie. De mate van accumulatie hangt af van de vetsamenstelling van het organisme
(opslag in vet). Mobilisatie van deze opgeslagen chemicaliën kan leiden tot een vertraagde aanvang van toxiciteit.
Veel metalen hebben affiniteit voor ion transport systemen op bv. kieuwen van waterdieren. Dus directe opname van
metalen via water kan een belangrijke blootstellingsroute zijn. Over het algemeen gebeurt bio-accumulatie meer via
water dan via voedsel.
Factoren die bio-accumulatie beïnvloeden
Biobeschikbaarheid
o Omgevingspersistentie: contaminanten die snel worden geëlimineerd zullen niet snel accumuleren.
o De bestemming: chemicaliën die snel worden getransformeerd zijn meer water oplosbaar dan vet
oplosbaar minder kans op opslag in vetweefsels grotere kans op eliminatie uit het lichaam.
Lipofiliteit
o Opname van contaminanten via passieve diffusie dus de lipiden dubbellaag moet gepasseerd.
o Lipofiele chemicaliën worden sneller geabsorbeerd door sedimenten (minder beschikbaar).
Toxiciteit
Acute toxiciteit
Korte termijn blootstelling (of door lange termijn blootstelling: mobilisatie uit vetweefsel), meestal door ongelukken
of door onvoorzichtig gebruik van de chemicaliën. Gekwantificeerd als LC50 of LD50. Experimenteel bepaald adhv
geselecteerde diersoorten die een specifiek trofisch niveau in het ecosysteem representeren.
Mechanismen van acute toxiciteit
Cholinesterase inhibitie: door organofosfate en carbamate pesticiden
Narcose: door accumulatie van chemicaliën in cellulaire membranen die de normale werking verstoren
(alcohol, benzenen, aldehydes) leiden tot verlaagde activiteit en verhoogde pigmentatie in vissen.
Osmoregulatoire verstoring: door bv. metalen met hoge affiniteit voor iontransport systemen.
Fysieke effecten: zoals bv. olie lekken waardoor de organismen bedekt worden met olie en hun isolerende
luchtlaag kwijtraken hypothermie als doodsoorzaak.
Chronische toxiciteit
Lange termijn blootstelling (of door niet opgemerkte acute blootstelling: in utero effect op latere leeftijd). Gemeten
adhv eindpunten zoals NOEL, LOEL of de chronische waarde (CV) = √𝑁𝑂𝐸𝐿 × 𝐿𝑂𝐸𝐿. Beoordeeld adhv het
acute:chronische ratio (ACR) = LC50/CV. ACR < 10 = lage tot geen chronische toxiciteit.
, Beperkingen
Species
o Niet elk organisme van de soort is even vatbaar voor het
contaminant.
o De soort hoeft niet representatief te zijn voor andere soorten uit
hetzelfde trofisch niveau.
o Chronische en ACR waardes van geselecteerde proefdieren zijn niet
absoluut voor alle soorten.
Interacties tussen abiotische en biotische componenten (van invloed op de
chronische toxiciteit) gebeuren meestal niet in experimentele settings.
