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)
▪ Ecologie
• Basis van de ecotoxicologie
• Kennis effect natuurlijke factoren op
populaties
• Populatiedynamica, -genetica,
systeemecologie
1
,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)
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)
• Xenobiont: ‘milieuvreemde stof’ door de mens gemaakt; niet van nature aanwezig
•
Vroegste respons is op vlak van de genen (genexpressie): 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
2
,RETROSPECTIEVE EN PREDICTIEVE ECOTOXICOLOGIE
• Retrospectief:
o maakt gebruik van vroegere data ‘epidemiologisch’
o onzekerheid over relatie: oorzaak – gevolg
• Predictief:
o theoretisch
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 tijdperk
• Eerste menselijke nederzettingen
o Vloeibaar afval naar rivieren, meren, zee
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
• Anorganische gassen
• Nutriënten
• Poly Aromatische Koolwaterstoffen
• Gehalogeneerde Aromatische Verbindinge
• Perfluorverbindingen (PFC’s)
• Bestrijdingsmiddelen
• Farmaca
• Radioactiviteit
3
, 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)
o Klasse B metalen: affiniteit voor macromoleculen met N of S groepen (amino-, sulfhydryl-
groepen) vb: Cd, Cu, Hg en Ag
o Tussengroep: heeft een even grote affiniteit voor beide. Vb: Zn, Pb, Fe, Cr en Ni
• “zwaar metaal” of “heavy metal” beter niet meer gebruiken: “metal” of “trace metal”
Voorkomen en verspreiding
− Natuurlijke verspreiding (metalen zijn geen xenobionten)
o Diffuse verspreiding wereldwijd
o Concentratie in ertsgebieden
o Grote natuurlijke verschillen
o Vrij door verwering gesteenten
− Verspreiding afhankelijk van oplosbaarheid, bindingseigenschappen
− Vergelijken met ‘achtergrondwaarden’
→ van nature zeer hoge waarden van metalen aanwezig
− Antropogene verspreiding
1 Prehistorische fase
o Oppervlakkige ertswinning zeer lokaal
o Ecosystemen geselecteerd op metaalresistentie
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)
▪ Ecologie
• Basis van de ecotoxicologie
• Kennis effect natuurlijke factoren op
populaties
• Populatiedynamica, -genetica,
systeemecologie
1
,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)
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)
• Xenobiont: ‘milieuvreemde stof’ door de mens gemaakt; niet van nature aanwezig
•
Vroegste respons is op vlak van de genen (genexpressie): 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
2
,RETROSPECTIEVE EN PREDICTIEVE ECOTOXICOLOGIE
• Retrospectief:
o maakt gebruik van vroegere data ‘epidemiologisch’
o onzekerheid over relatie: oorzaak – gevolg
• Predictief:
o theoretisch
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 tijdperk
• Eerste menselijke nederzettingen
o Vloeibaar afval naar rivieren, meren, zee
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
• Anorganische gassen
• Nutriënten
• Poly Aromatische Koolwaterstoffen
• Gehalogeneerde Aromatische Verbindinge
• Perfluorverbindingen (PFC’s)
• Bestrijdingsmiddelen
• Farmaca
• Radioactiviteit
3
, 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)
o Klasse B metalen: affiniteit voor macromoleculen met N of S groepen (amino-, sulfhydryl-
groepen) vb: Cd, Cu, Hg en Ag
o Tussengroep: heeft een even grote affiniteit voor beide. Vb: Zn, Pb, Fe, Cr en Ni
• “zwaar metaal” of “heavy metal” beter niet meer gebruiken: “metal” of “trace metal”
Voorkomen en verspreiding
− Natuurlijke verspreiding (metalen zijn geen xenobionten)
o Diffuse verspreiding wereldwijd
o Concentratie in ertsgebieden
o Grote natuurlijke verschillen
o Vrij door verwering gesteenten
− Verspreiding afhankelijk van oplosbaarheid, bindingseigenschappen
− Vergelijken met ‘achtergrondwaarden’
→ van nature zeer hoge waarden van metalen aanwezig
− Antropogene verspreiding
1 Prehistorische fase
o Oppervlakkige ertswinning zeer lokaal
o Ecosystemen geselecteerd op metaalresistentie
4
