Non-target organisms in the environment are exposed simultaneously to a multitude of substances from various sources. In the aquatic environment, effluents of wastewater treatment plants (WWTPs) represent a key source for co-incidental mixtures of chemicals from various uses. The aim of the present project was to explore the consideration of mixtures of chemicals released via WWTPs in an Environmental Risk Assessment. Different organisms were exposed in chronic toxicity tests to single substances and various mixtures of them. The results show that the concept of concentration addition (CA) predicts mixture toxicity in effluents sufficiently and for a prospective risk assessment the use of a mixture assessment factor (MAF) could be helpful. Veröffentlicht in Texte | 61/2017.
Three different wood preservative products, their eluates produced by leaching tests, mixtures of some of their ingredients and some of their ingredients as single substances were tested for growth inhibition of green algae as well as acute and chronic toxicity to Daphnia magna. The tests were conducted according to OECD standard guidelines and supported by analytical chemistry. The model deviation ratio (MDR) was used as quantitative measure for the compliance between observed mixture toxicity and the toxicity predicted by concentration addition. An MDR considerably larger than 2 may indicate synergistic interactions or the necessity to include so-far neglected substances into the prediction. For the here investigated wood preservative products and their eluates, the importance of taking formulation additives and transformation products into account has been clearly demonstrated. Acute as well as chronic toxicity could be reliably predicted with less than 2fold deviation when all relevant ingredients were known and included in the prediction. Yet, there was a tendency to overestimate mixture toxicity for endpoints of sub-lethal toxicity at low effect levels. Veröffentlicht in Texte | 93/2013.
The Project deals with the possibilities of performing mixture toxicity assessment within the environmental risk assessment of the authorization of biocide and plant protection products. To this end a review on the state of scientific knowledge about the predictivity of combined effects is collated. Central in this context is the reference model of Concentration Addition which allows extrapolating combined effects for mixtures based on knowledge about the effects of the components. Building on this, options for risk regulation are developed. Their applicability is considered in the context of those data that are currently available within the authorization process for biocide and plant protection products. Deficits with respect to a – scientifically sensible – homogeneous data base can often be overcome with pragmatic decisions if additional requirements for the authorization process are not an option. Tiered schemes to specifically account for combined effects during environmental risk assessment of biocide and plant protection product authorization are suggested, accompanied with a software tool for its implementation. Veröffentlicht in Texte | 92/2013.
Die Umweltrisikobewertung (ERA) bezieht sich üblicherweise auf einzelne Chemikalien, während Organismen in der Umwelt einer Vielzahl verschiedener Substanzen aus unterschiedlichen Quellen gleichzeitig ausgesetzt sind. Kläranlagenabläufe stellen einen Haupteintragspfad für unbeabsichtigte Mischungen von Chemikalien dar. Die Umweltwirkungen solcher Mischungen wurden in dem vorliegenden Projekt näher untersucht. Basierend auf einer Literaturrecherche und eigenen Daten zum Vorkommen von Arzneimitteln und anderen Chemikalien in Kläranlagenabläufen wurden 20 Substanzen für das Projekt ausgewählt. Insgesamt wurden 33 Einzelsubstanzen und 24 Mischungen in chronischen Toxizitätsstudien mit Cyanobakterien, Grünalgen, der Wasserpflanze Lemna minor und dem Süßwasser-Kleinkrebs Daphnia magna untersucht. Die Ergebnisse der Mischungstests belegen, dass die aquatische Toxizität von Mischungen im Hinblick auf chronische Endpunkte mit dem Konzept der Konzentrations-Additivität mit einer weniger als dreifachen Abweichung vorhergesagt werden kann. Es wurden Hinweise für eine synergistische Interaktion zwischen den zwei Antibiotikawirkstoffen Sulfamethoxazol und Trimethoprim in Primärproduzenten gefunden, die weitere Untersuchungen notwendig erscheinen lassen. Weiterhin wurde gezeigt, dass ein Anteil von 50% Kläranlagenablauf (v:v) in der Testlösung die Vorhersagbarkeit der Mischungstoxizität nicht beeinträchtigt. In Bezug auf die typischerweise schwankenden Mischungskonzentrationen in Kläranlagenabläufen, zeigten die Untersuchungen, dass die Mischungsvorhersage basierend auf mittleren Konzentrationen zu einer Unterschätzung der chronischen Effekte auf die Reproduktion von D. magna führen kann, während die Annahme der maximalen Konzentrationen zu einer besseren Vorhersage führt. Umweltrisikoabschätzungen auf Einzelstoff-Ebene wurden mit denen verschiedener Mischungsszenarien verglichen, basierend auf den verschiedenen Konzepten. Ein Sicherheitsfaktor für Mischungen, der in der Einzelstoffbewertung anzuwenden wäre, und seine angemessene Größe wird diskutiert als prospektiver Ansatz zur Berücksichtigung der Risiken von unbekannten Umweltmischungen. Quelle: Forschungsbericht
Viele Pflanzenschutzmittel (PSM), die in der Europäischen Union für den landwirtschaftlichen und privaten Gebrauch zugelassen sind, enthalten mehr als einen Wirkstoff. Solche Kombinationsprodukte und auch Monoformulierungen mit einem Wirkstoff werden häufig mit anderen Pflanzenschutzmitteln in Tankmischungen in einer Sequenz von Feldanwendungen eingesetzt. Daher stellt die Bewertung von realistischen Behandlungsregimes einen wesentlichen Bestandteil der Umweltrisikobewertung von PSM dar. Seit Jahrzehnten beschäftigen sich viele Studien mit den Effekten von Schadstoffmischungen auf verschiedene Organismen und Endpunkte. Das Modell der Konzentrationsadditivität (CA) gilt in vielen Fällen als geeignet die Wirkung von Schadstoffmischungen vorherzusagen. Dennoch fehlt es an Kenntnissen zur Vorhersagbarkeit von chronischen Mischungseffekten und von Effekten auf aquatische oder terrestrische Gemeinschaften. Zur Beantwortung dieser Fragestellung haben wir im COMBITOX-Projekt vorhandenes Wissen und Daten zu chronischen Effekten sowie für aquatische und terrestrische Gemeinschaften ausgewertet. Zudem haben wir verfügbare Modelle und Ansätze (z.B. HAIR 2014, SYNOPS-WEB, PRIME-beta etc.) kritisch evaluiert, um deren Nutzen für eine Risikovorhersage von Behandlungsregimes in terrestrischen und aquatischen Ökosystemen zu bewerten. Weiterhin wurde ein einzigartiger und großer Datensatz von agrarwirtschaftlichen Spritzfolgen für verschiedene Agrarkulturen in Deutschland analysiert. Aus diesem Datensatz haben wir vier Spritzfolgen ausgewählt, die verschiedene Behandlungsszenarien (Worst-Case- und Typical-Case-Spritzfolgen) für Apfel- und Winterraps darstellen. Für diese Spritzfolgen wurde das zusätzliche Umweltrisiko im Vergleich zur Einzelanwendung von PSM quantifiziert. Das zusätzliche Risiko wurde mit dem maximalen kumulativen Verhältnis (MCR) berechnet (Verhältnis des geringsten toxicity exposure ratio, TER, für die toxischste Substanz zum kumulativen TER einer Mischung oder Spritzfolge). Unsere Analysen ergaben, dass CA chronische Mischungseffekte auf Individuenebene in vielen Fällen vorhersagen kann, wenn die Toxizitätsdaten auf ECX-Werten im Vergleich zu weniger präzisen NOEC-Werten basieren. Aus der verfügbaren wissenschaftlichen Literatur und regulatorischen Studien konnten keine klaren Aussagen zur Anwendbarkeit von CA oder Effektaddition für die Vorhersage von Mischungseffekten auf Gemeinschaftsebene getroffen werden. Anhand der Spritzfolgendaten haben wir kulturspezifische Muster bezüglich der angewandten PSM-Klassen und der Behandlungshäufigkeit identifiziert. Für die vier Spritzfolgen wurde ein zusätzliches Risiko der Behandlungsregime mit einem Faktor von 2,18 (50. Perzentil) bis 5,26 (90. Perzentil) über alle untersuchten Risikoindikatoren und Spritzfolgen ermittelt. Darüber hinaus wurde ein neuer Ansatz, MITAS, entwickelt, um die zeitabhängige Mischungstoxizität in einem Behandlungsregime bewerten zu können. Es wird geschlussfolgert, dass das zusätzliche Risiko von PSM-Anwendungen in Spritzfolgen ökotoxikologisch relevant ist und für eine protektive Risikobewertung von PSM berücksichtigt werden muss. Unsicherheiten bestehen noch hinsichtlich des Einflusses von Synergismen, indirekten Effekten, Saatgutbehandlung, wiederholter Exposition oder Umweltstressoren auf die Effekte von PSM-Spritzfolgen. Quelle: Forschungsbericht
Das Projekt "Teilprojekt 6" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ - Fachbereich Analytik und Ökotoxikologie - Department Bioanalytische Ökotoxikologie durchgeführt. In Teilprojekt 6 sollen 3 Ziele erreicht werden, die einen Beitrag zur Beurteilung der Risiken von potentiell neuroaktiven Oberflächen- und Trinkwasserkontaminationen im Rahmen des GOW- Konzeptes leisten. Zum einen sollen durch wirkungsorientierte Analytik und differentieller Analyse unter Nutzung von Embryonen des Zebrabärblings (Danio rerio) neuroaktive Substanzen aus realen wässrigen Umweltproben isoliert und identifiziert werden. Zweitens sollen synthetische Mischungen von identifizierten Wasserkontaminanten auf ihre möglichen Effekte in den Fischembryonen untersucht werden. Dabei werden die zwei Haupttheorien für Kombinationswirkungsprognosen nämlich der 'Konzentrationsadditivität' sowie der 'unabhängigen Wirkung' als Grundlage der Mischungsbetrachtung genutzt. Die Ergebnisse werden für Empfehlungen für die Betrachtung und Bewertung von Mischungseffekten für das GOW-Konzept zusammengestellt. Drittens soll begleitend zu den o.g. Analysen synthetischer Mischungen die interne Konzentration der identifizierten Substanzen in den Fischembryonen quantifiziert werden und dabei bestimmt werden, ob, wann, in welcher Form und in welchem Umfang die Fischembryonen in der Lage sind, neuroaktive Substanzen zu biotransformieren und damit zu bioaktivieren oder zu entgiften. Die Arbeiten gliedern sich auf in die 3 Arbeitspakete Differentialanalyse und Monitoring (AP1), Analyse der Mischungstoxizität (AP2) und interne Konzentration und Biotransformation (AP3). Das AP1 ist über den Zeitraum der ersten 2 Jahre des Projektes veranschlagt. Die anderen beiden APs werden über den gesamten beantragten Zeitraum bearbeitet, wobei sich das AP 3 auf die letzten Monate des Projektes konzentriert. Wesentliche übergreifende Arbeitsschritte sind eine Stoffauswahl der darauf experimentell zu prüfenden Substanzen und deren Mischungen, die Etablierung der Analytik in den Embryonen und der Untersuchung der verschiedenen neuroaktiven Effekte in den Embryonen.
Das Projekt "Fate of Endocrine Disrupting Compounds in the Aqueous Environment and the Associated Effects on Organisms" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Institut für Umweltforschung, Lehr- und Forschungsgebiet Ökosystemanalyse (ESA) durchgeführt. At present, a lot of research has been done concerning the effects of endocrine disrupting compounds after exposure of organisms via the surrounding water. However, there is limited data available on their environmental behaviour and fate. As the most potent xenoestrogens, such as 17a-ethinylestradiol (EE2), nonylphenol (NP) and Bisphenol A (BPA), are hydrophobic organic chemicals, they tend to concentrate in biota and bind to solid phases. Therefore further research should take into account the bioavailability of these substances, the possible exposure of and hazards for benthic biota and the possibility for food web transfer, bioaccumulation and mixture toxicity. This project intends to examine the distribution pattern of two different test substances in a sediment-water system that functions as a habitat for several organisms related to one another in a food chain. The chemicals, selected for this research, are p-NP and EE2, because of their known steroid hormone mimicking potencies, industrial relevance and relatively wide distribution in natural waters. In a first phase, larvae of the midge Chironomus riparius, that are sediment-dwelling organisms, will be exposed to the 14C-labelled isotopes of the test compounds, by different routes: through spiking the different compartments of the sediment-water system in all possible combinations and/or by feeding them spiked algae. The possible toxic effects of EE2 and p-NP on C. riparius, associated with the different exposure conditions, will be compared by means of chronic tests, based on the OECD Guidelines 218 and 219. Different endpoints will be considered: among others emergence, sex ratio and fecundity. Afterwards zebrafish (Danio rerio) will be involved to study among others food web transfer and the effectiveness of different exposure routes to stimulate e.g. vitellogenin induction. The results of the different parts of this research will be coupled and compared to the output of good theoretical models. In this way, a lot of information should be delivered concerning the path of the tested compounds, covered from the external environment, via the water and/or through the food chain, to be metabolised in biota or distributed to the target organ(s) of (an) organism(s) for exhibiting toxic effects or to bind to solid phases like the sediment or organic matter.
Das Projekt "Entwicklung von ökotoxikologischen Tests mit Biozid-Produkten und Eluaten: Prüfung der Anwendbarkeit des Embryotests mit dem Zebrabärbling (Danio rerio, DarT)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ECT Ökotoxikologie GmbH durchgeführt. Der Fischembryotest gilt nach Tierschutzgesetz nicht als Tierversuch, sondern stellt eine günstige und schnelle Alternativmethode dar, die zudem mit geringen Probevolumen auskommt. Das Gutachten untersucht die Eignung dieses Tests als Screening für die Erfassung der Gemischtoxizität von Biozid-Produkten im Rahmen der Produktzulassung von Bioziden und ob mit diesem Testsystem die Mischungstoxizität der Produktkomponenten (Wirkstoff(e), bedenkliche Beistoffe) korrekt abgebildet werden kann. Das Projekt ist auf Holzschutzmittel (PT8) fokussiert und in drei Arbeitsabschnitte gegliedert. Im ersten Arbeitsabschnitt soll durch Testung der Wirkstoffe und der bedenklichen Beistoffe ('substances of concern') eines Produkts als Einzelstoffe, als Mischung ohne Beistoffe sowie schließlich durch Testung des entsprechenden gesamten Produkts die generelle Anwendbarkeit des Embryotests für die Untersuchung von Biozid-Produkten gezeigt werden. Ebenso soll untersucht werden inwieweit die Beistoffe in einem Produkt die Toxizität der Wirkstoffe und/oder bedenklichen Beistoffe beeinflussen. Im zweiten Arbeitsabschnitt soll untersucht werden, ob der Embryotest additive bzw. synergistische Effekte von Wirkstoffen im Produkt korrekt abbilden kann. Im dritten Arbeitsabschnitt soll zudem eine analytischen Methode zur Bestimmung der zu untersuchenden Biozide entwickelt werden.
Das Projekt "Auswertung des Brueckeneffektes von Mischungen auf Situationen und Regelung in Oekosystemen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Institut für Zellbiologie durchgeführt. Objective/Problems to be solved: BEAM addresses the risk assessment of chemical mixtures resulting from the joint occurrence of environmental pollutants. Despite extensive research into this field current procedures for the prospective or retrospective assessment of chemical risks still focus on single pure toxicants. The incorporation of existing scientific evidences on the predictability of combination effects into regulatory strategies is hampered by two crucial gaps: - There is too little knowledge available at the stage of risk assessment on how to use existing toxicity information for single substances in order to account for expectable combination effects. - There is a lack of environmental realism in the existing scientific approaches to the assessment of mixture toxicities regarding both, the types of mixtures actually occurring and the suitability of methods for the purpose of a routine assessment. - BEAM seeks to bridge both gaps. Thereby a sound basis for the inclusion of mixture toxicity assessments into EU-regulations (e.g. Water Framework Directive) shall be provided. Scientific objectives and approach. The objectives of BEAM are:- to achieve more environmental realism in the scientific hazard assessment of complex exposure situations, - to provide new tools for mixture toxicity assessment, - to explore the options for implementation of predictive mixture toxicity assessment into regulation. In an interdisciplinary effort BEAM will use expertise and methods from biometry, chemometry, analytical chemistry, experimental ecotoxicity research, mixture pharmacology and regulatory toxicology. BEAM will deliver: - a compilation of available and optional strategies in regulating risks from mixtures of toxicants, - validated biotests, chemometrical and biometrical instruments that allow the identification and prediction of mixture toxicities, - a protocol together with technically guiding documentation that allows the derivation of water quality targets for toxicant mixtures on the basis of toxicity information for the single components. Experts from European policy, regulatory advisors, and chemical industries will join a consulting group and participate in the development of implementation strategies. Expected impacts: The exploitation of BEAM results will allow to implement mixture toxicity assessment into EU regulations, ensuring better pollution management of water resources and the sustainable use of water bodies. This will indirectly improve quality of life, health and safety. BEAM will increase EU-competitiveness, knowledge and skills in the field of environmental risk assessment of chemical mixtures. The participation of a stakeholders consulting group will ensure the effectiveness of the exploitation process.
Das Projekt "Entwicklung eines Herangehens zur Einbeziehung der Kombinationswirkung von Schadstoffen bei der Bewertung von kontaminierten Böden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Zentrum für Umweltforschung und nachhaltige Technologie (UFT), Allgemeine und theoretische Ökologie durchgeführt. Die gegenwärtige Bewertung der Wirkung von Schadstoffen in Böden erfolgt ausschließlich auf der Grundlage von Einzelstoffbewertungen, pfad- und nutzungsbezogen. Im Vollzug des Bodenschutzes tritt jedoch selten oder nie nur ein Schadstoff auf. Kontaminierte Böden enthalten in den meisten Fällen eine Vielzahl von Stoffen, die nicht isoliert wirken, sondern als Mischung mit möglich additiven, synergistischen und antagonistischen Wirkungen. Es besteht die Gefahr, dass mit einer Einzelstoffbewertung die Gefährdung u.a. der Lebensraumfunktion für Böden unterschätzt wird. Im Rahmen des vorgesehenen Forschungsvorhabens ist zunächst eine Sichtung und Bewertung vorhandener Ansätze zur Bewertung der Wirkung von Stoffmischungen auf bodenbiologische Leistungen zusammen zu stellen. In einem weiteren Schritt sind geeignete standardisierte ökotoxikologische Verfahren zur Bewertung der Wirkungen von Stoffmischungen auf Bodenorganismen zusammen zu stellen und hinsichtlich ihrer Eignung zu bewerten. Nach erfolgreicher Identifizierung sollten potenziell geeignete ökotoxikologische Verfahren an Hand einer charakteristischen Mischung für Altlaststandorte (MKW/PAK) experimentell erprobt und bewertet werden. Auf der Grundlage der gewonnen Ergebnisse soll eine Handlungsempfehlung für den Vollzug des Bodenschutzes erstellt werden.