Passivsammler reichern Schadstoffe in einer Sammelphase an, wenn sie in der Umwelt exponiert werden. Wenn Passivsammlerextrakte anschließend im Labor in Biotesten eingesetzt werden, kann das toxische Potential der Proben bestimmt werden, welches die Belastungssituation während der Expositionszeit der Sammler widerspiegelt. In dieser Studie wurde die Kombination der passiven Probenahme mit effekt-basierten Methoden für die Untersuchung der Oberflächengewässerqualität getestet. Silikonstreifen und Chemcatcher® wurden mehrere Wochen in Fließgewässern oder in einer kommunalen Kläranlage exponiert. Im Labor wurden Passivsammlerextrakte in verschiedenen Biotesten für phytotoxische, endokrine und dioxin-ähnliche Wirkungen untersucht und zusätzlich wurden Schadstoffkonzentrationen mittels LC-MS/MS oder GC-MS/MS quantifiziert. Zwei Bioteste, der Photosystem II-Inhibitionstest und der Yeast Estrogen Screen, wurden konventionell in Mikrotiterplatten und - für eine wirkungsorientierte Analyse - nach chromatographischer Fraktionierung der Proben auf einer Dünnschichtplatte als planare Bioteste durchgeführt. Mit diesem Ansatz konnten nicht nur räumliche und zeitliche Unterschiede in der Belastung eines Flusseinzugsgebietes mit phytotoxischen und endokrinen Substanzen detektiert, sondern auch Wirkprofile bewertet werden. In der Kläranlage zeigten die Wirkprofile die Elimination aber auch die Bildung phytotoxisch und endokrin wirkender Substanzen während der Abwasserbehandlung. Insgesamt hat die Kombination der passiven Probenahme mit effekt-basierten Methoden ein enormes Potential für das Monitoring von Oberflächengewässern beispielsweise für die Bewertung der Effizienz von Kläranlagen und der Kontrolle von Maßnahmen an Gewässern (z.B. Baumaßnahmen). In künftigen Studien könnten für eine wirkungsorientierte Analyse weitere planare in vitro Bioteste mit der passiven Probenahme kombiniert werden. Für die Anwendung im Routinemonitoring sind die Optimierung und Standardisierung der Methoden notwendig. Quelle: Forschungsbericht
Zur Umsetzung der Wasserrahmenrichtlinie (2000/60/EG) sind in der Oberflächengewässerverordnung (OGewV) für neue flussgebietsspezifische Schadstoffe Umweltqualitätsnormen (UQN, EQS) festzulegen. Für viele Spurenstoffe ist eine realitätsnahe UQN-Ableitung nicht möglich, da valide Testergebnisse fehlen. Zur Risikoabschätzung relevanter Stoffe müssen somit einerseits bereits vorhandene Daten auf Validität überprüft, andererseits Datenlücken mithilfe von Biotests geschlossen werden. Im Teilvorhaben A wurden valide Daten für ausgewählte, umweltrelevante Schadstoffe anhand von Literaturrecherchen und ökotoxikologischen Standardtests (Algen-, Daphnien-, Fischeitest) erarbeitet und Vorschläge für Umweltqualitätsstandards abgeleitet. Für die folgenden Stoffe wurden EQS vorgeschlagen: 4-Aminoantipyrin (Metabolit von Metamizol), Amisulprid, Bisoprolol, Clindamycin, Clindamycinsulfoxid und N-Desmethylclindamycin (Metaboliten), Gabapentin, Metformin und Guanylurea (Transformationsprodukt), Lamotrigin, Oxipurinol (Metabolit von Allopurinol), Torsemid, Valsartansäure, Venlafaxin und O-Desmethylvenlafaxin (Metabolit), Methoxymethyltriphenylphosphoniumchlorid, 1,4-Dioxan, Desethylterbutryn und Terbutrynsulfoxid (Transformationsprodukte von Terbutryn und Cybutryn). Als potenziell gewässerrelevant können die Stoffe Venlafaxin, Clindamycin, N-Desmethylclindamycin, Metformin (siehe Teilvorhaben B) und Desethylterbutryn eingestuft werden, d. h. eine Schädigung der aquatischen Biozönose ist nicht auszuschließen. Im Teilvorhaben B wurden Untersuchungen zu chronischen, subletalen Wirkungen des Antidiabetikums Metformin sowie Guanylurea an Regenbogenforellen (Oncorhynchus mykiss) durchgeführt. In zwei separaten Versuchsansätzen wurden subadulte Regenbogenforellen über 28 Tage Konzentrationen von 0,1-1.000 (my)g/L der jeweiligen Testsubstanz ausgesetzt. Im Anschluss an die Exposition erfolgten eine Bestimmung von Biomarkern und klinisch-chemischen Parametern sowie hämatologische Untersuchungen zur Erfassung des allgemeinen Gesundheitszustandes der Fische. Ausgewählte Organe der Testtiere wurden einer histopathologischen Untersuchung unterzogen. Zudem erfolgte eine histologische Bestimmung der Reifegrade männlicher Gonaden. In einem dritten Versuch wurden juvenile Regenbogenforellen im Alter von 44 Tagen nach dem Schlupf Konzentrationen von 0,1-1.000 (my)g/L Metformin ausgesetzt. Schwerpunkt dieser Studie war die Überprüfung eines möglichen Effektes von Metformin auf die Gonadenentwicklung in dieser hierfür besonders sensiblen Lebensphase. Die Untersuchungsergebnisse weisen auf eine Beeinflussung des Hormonsystems subadulter, männlicher Regenbogenforellen nach Metformin-Exposition hin. Von den Veränderungen wird insbesondere der Nachweis einer zwar geringen, aber signifikante Induktion von Vitellogenin als ein eindeutig auf die Metformin-Exposition zurückzuführender Effekt interpretiert. Nach Exposition in Guanylurea wurden bei adulten Regenbogenforellen beiderlei Geschlechts signifikante Veränderungen der Sexualhormone nachgewiesen. Die Werte ließen jedoch keine klare Tendenz oder Dosis-Wirkungsbeziehung erkennen, sodass sie im Rahmen einer Risikobewertung keine Berücksichtigung finden. Weder Metformin, noch Guanylurea führten zu pathologischen Veränderung der Fischorgane oder zu eindeutigen, auf die Testsubstanzen zurückzuführende hämatologische und klinisch-chemische Veränderungen. Eine Metformin-Exposition juveniler Lebensstadien von Regenbogenforellen hatte keinen eindeutigen Einfluss auf die Geschlechtsdifferenzierung und Gonadenentwicklung der Tiere. Zusammenfassend ergaben die im Rahmen der Studie erhobenen Befunde Hinweise auf eine negative Beeinflussung der Fischgesundheit durch Metformin und Guanylurea. Zur Ableitung eines ökotoxikologischen Schwellenwertes für Metformin werden die Veränderungen der Vitellogenin-Konzentrationen bei männlichen Regenbogenforellen herangezogen. Die NOEC hinsichtlich der Vitellogenin-Induktion lag mit 50 (my)g/L im Bereich der maximal in Oberflächengewässern gemessenen Metformin-Konzentrationen. Damit ist Metformin als gewässerrelevanter Spurenstoff einzustufen. Quelle: Forschungsbericht