Technická a environmentální toxikologie

Technická a environmentální
toxikologie
Bioindikace, bioassays, aplikace v technologiích
Vymezení působnosti toxikologie
Toxikologie - nauka o škodlivém působení látek na živý organismus
(jed: toxická látka negativního účinku, xenobiotikum: cizorodá látka)
Toxikologie: popisná, predikční, … ekotoxikologie (bioindikace)
Dávka  odpověď organismu (biotransformace)  účinek (lokální a systémový,
přímý, biochemický, imunotoxický, teratogenní, mutagenní, karcinogenní,
orgánový …)
Způsoby projevů: vodní prostředí (aquatické testy), půdní prostředí (terestrické
testy) x ovlivnění typů testů (bioassays)
Toxické látky brzdí životní pochody a usmrcují organismy
Hodnocení toxicity dle situace v terénu (druhový deficit, skladba, rozmnožování,
klidová stádia, teratologické projevy, chování organismů).
Biologický rozbor, saprobiologie, testy trofie, testy toxicity
Biologické testy
Postihují souhrn účinků všech přítomných komponent a podávají informace o
biologické aktivitě a schopnosti toxických látek procházet biomembránami
Účinek akutní, subchronický a chronický
Zkoušky toxicity (bioassays) = testy na biologickém materiálu s cílem stanovení
hraničních koncentrací, ve kterých je možný život vybraných testovacích
organismů
Testy založené na fyziologických pochodech, biochemických změnách, fotosyntéze
a dýchání (expoziční text x růstový test)
Baterie testů - založené na poznatku o
stavbě a propustnosti buněčné stěny u
různých organismů (trofie)
bakterie  řasy  prvoci  bezobratlí
 ryby  semena
Zjišťovaná hodnota v testech toxicity: LC50 - letální koncentrace, při které
uhyne 50 % testovacích organismů za určitý čas (v testech na rybách)
(EC50, IC50), expozice: doba působení je dána metodikou testů, např.
48hEC50
Třídy vyluhovatelnosti, TU (toxikologická jednotka), LOEC, NOEC,
rizikovost (dříve R věty)
• Standardizace metodik (ISO, OECD), testy na třech úrovních: na
úrovni buněk a tkání jedinců (organismů) společenstev (biocenóz).
• 3 generace testů toxicity: klasické, standardní, konvenční (rybách,
korýších, řasách a klíčících rostlinách), mikrobiotesty (klidová stádia,
lyofilizované kultury bakterií, imobilizace a hluboké zamražení u řas),
biosenzory, biosondy (fluorescenční značení toxické látky)
• Výsledek testů: negativní (v neředěném výluhu neuhyne žádná ryba,
úhyn korýše nepřekročí limit 10 % inhibice řas a semen se neprokáže
o více než 30 % a stimulace růstu nepřekročí více než 100 %
v porovnání s kontrolou), pozitivní výsledek (v neředěném výluhu
uhyne více než 50 % testovacích organismů nebo je zjištěna inhibice
růstu řas a kořene vyšší než 50 %
• Probitová analýza
Označování nebezpečnosti v souladu s EU
H400
Vysoce toxický pro vodní organismy
H410
Vysoce toxický pro vodní organismy, s dlouhodobými účinky
H411
Toxický pro vodní organismy, s dlouhodobými účinky
H412
Škodlivý pro vodní organismy, s dlouhodobými účinky
H413
Může vyvolat dlouhodobé škodlivé účinky pro vodní organismy
(Dříve „R-věty“, R50, R51 a R52)
Test toxicity na rybách
• ČSN EN ISO 7346-1 (Statická metoda), ČSN EN ISO 7346-2
(Obnovovací metoda) a ČSN EN ISO 7346-3 (Průtočná metoda)
• akvarijní ryba Poecilia reticulata (živorodka duhová), Brachydanio
rerio (danio pruhovaný), lze i Pimephales promelas
• Cíl: stanovení akutní toxicity vodou vyluhovatelných látek z odpadu na
ryby, délka expozice: 96 hodin, 100 ml na 1 jedince, 3 - 10 kusů v testu
Test toxicity na perloočkách
• ČSN EN ISO 6341, Cíl: stanovení vlivu vodou vyluhovatelných látek z
odpadu na imobilizaci perlooček Daphnia magna, expozice: 48 hodin, 5 ml
na 1 jedince, 10 - 60 kusů, imobilizace
Test toxicity na semenech hořčice bílé
• Semena hořčice bílé Sinapis alba, expozice: 72 hodin, 10 ml, 60
semen
I 
Lc  Lv   100
Lc
I = inhibice růstu kořene v %,
Lc = aritmetický průměr délky
kořene v kontrole v mm,
Lv = aritmetický průměr délky
kořene v testovaném roztoku
v mm
Test akutní toxicity na řasách
• ČSN ISO 8692, chlorokální řasa Desmodesmus quadricauda,
Selenastrum capricornutum, expozice: min. 96 hodin, 25 - 70 ml dle
objemu EM baněk, 10 000 cenobií v 1 ml
•růstová rychlost , inhibice I, IrC50
c  i
I 
 100
c
ln N n  ln N 0

tn
I procento inhibice růstu v %, C = růstová rychlost v kontrole, i = růstová
rychlost ve sledované koncentraci
•integrál biomasy A, inhibice IA , IbC50
A
N1  N 0   t1 N1  N 2  2N 0   t2  t1 
2

2
 .. 
N n1  N n  2N 0   tn  t n1 
Ac  Ai
IA 
 100
Ac
2
Testy 2. generace: Mikrobiotesty
Miniaturizace, zkrácení doby inkubace, možnost
vyhodnocování, řízení produkce klidových stadií
Baterie
• Thamnotoxkit (Thamnocephalus platyurus)
• Rototoxkit (Brachionus calyciflorus)
• Algaltoxkit (Selenastrum capricornutum)
• Daphtoxkit (Daphnia pulex)
alternací
při
Standardní test x
alternativní
mikrobiotest modifikace
Testy chronické toxicity
• Význam z hlediska stanovení prahových koncentrací látky v pitné vodě
• Testy na řasách (Chlamydomonas gelatinosa), sledování celý měsíc
rozmnožování bičíkovce v kultuře a porovnání růstových křivek při
různých koncentrací odpadní vody s kontrolou
• Reprodukční test na Daphnia magna s cílem zjistit účinek
předpokládané toxické látky na reprodukci testovaného organismu
•
•
•
•
Kalusová metoda
Testy na bakteriích, test mutagenity
Semichronické testy
Stanovení trofického potenciálu
Využití testů ve vodárenství
Akutní testy při řešení havarijních situací
Chronické testy pro sledování a kontrolu dlouhodobě působících nízkých
koncentrací škodlivin z bodových i plošných zdrojů
Sledování jakosti vody za použití testů toxicity v těchto oblastech:
1.Vodárenské toky: použití ryb pro včasnou signalizaci havarijních změn kvality
surové vody přitékající na úpravnu, Salmo trutta, “biomarkery”
2.Vodárenské nádrže: použití akutních i chronických testů toxicity.
3.Objekty vodárenských úpraven: pro hodnocení vodárenských konstrukčních
materiálů, tmelů, nátěrových hmot, provozních chemikálií použity testy ale ne
na vodních organismech!
Vhodnost použití chronických testů toxicity na Daphnia magna.
Doplnění testů v případě hodnocení toxicity nárostů.
4.Vodovodní síť, studně: testy na semenech hořčice bílé Sinapis alba, testy na
řasách
Využití testů v čistírenství
1. Toxicita surových odpadních vod
• Havárie na tocích po úniku nečištěných splaškových vod nebo
průmyslových vod, rychlá detekce MICROTOX, testy akutní toxicity na
vodních organismech
• Zjištění toxicity v aktivaci – chronická inhibice vločkotvorných bakterií, horší
separovatelnost kalu, v případě aplikace biocidů (papírenství i u chladících
okruhů), měření respirační aktivity, testy na prvoky
2. Toxicita vyčištěných odpadních vod
• Hodnocení odtoků z ČOV – stanovení zbytkové toxicity, MICROTOX,
mikrobiotesty – toxkity, subchronická a chronická toxicita
• Při vlivu odtoků na rekreační oblasti – volba metod “in situ”, nárostové
testy, testy na rybách
• TNV 75 7768
Hodnocení účinnosti čištění průmyslových odpadních
vod pomocí toxikologického stanovení
• TNV 75 7768, stanovení PTV - pravděpodobnost akutního toxického
účinku vypouštěných odpadních vod na organismy ekosystému
• Na základě výsledků toxikologické zkoušky – výběr chemických
stanovení skupiny látek majících negativní účinek odpadních vod
1. krok – toxicita neupravené odpadní vody na testované
organismy
2. krok – nejcitlivější organismus pro následující analýzy
3. krok – vliv NL, pH, kovů, oxidačních činidel,
organických látek, změny v čase
4. krok – určení hlavní složky způsobující negativní
účinky odpadních vod
PTV by nemělo překročit hodnotu 0,1 (tj. max.koncentrace
představující 10% hodnoty EC50%
PTV = 1 … při smísení OV s recipientem předpoklad úhynu 50 %
organismů
PTV= Cr / EC50%)
Cr % zředění odpadní vody v recipientu
EC50% … koncentrace odpadní vody, vyvolávající ve zkoušce akutní
toxicity účinek u 50 % zkušebních organismů
Cr = 100 • (QOV / Q355)
QOV … průměrný odtok OV, Q355 … 355denní průtok vody v
recipientu