Chemical mixture risk assessment has, in the past, primarily focused on exposures quantified in the external environment. Assessing health risks using human biomonitoring (HBM) data provides information on the internal concentration, from which a dose can be derived, of chemicals to which human populations are exposed. This study describes a proof of concept for conducting mixture risk assessment with HBM data, using the population-representative German Environmental Survey (GerES) V as a case study. We first attempted to identify groups of correlated biomarkers (also known as â€Ìcommunitiesâ€Ì, reflecting co-occurrence patterns of chemicals) using a network analysis approach (n = 515 individuals) on 51 chemical substances in urine. The underlying question is whether the combined body burden of multiple chemicals is of potential health concern. If so, subsequent questions are which chemicals and which co-occurrence patterns are driving the potential health risks. To address this, a biomonitoring hazard index was developed by summing over hazard quotients, where each biomarker concentration was weighted (divided) by the associated HBM health-based guidance value (HBM-HBGV, HBM value or equivalent). Altogether, for 17 out of the 51 substances, health-based guidance values were available. If the hazard index was higher than 1, then the community was considered of potential health concern and should be evaluated further. Overall, seven communities were identified in the GerES V data. Of the five mixture communities where a hazard index was calculated, the highest hazard community contained N-Acetyl-S-(2-carbamoyl-ethyl)cysteine (AAMA), but this was the only biomarker for which a guidance value was available. Of the other four communities, one included the phthalate metabolites mono-isobutyl phthalate (MiBP) and mono-n-butyl phthalate (MnBP) with high hazard quotients, which led to hazard indices that exceed the value of one in 5.8% of the participants included in the GerES V study. This biological index method can put forward communities of co-occurrence patterns of chemicals on a population level that need further assessment in toxicology or health effects studies. Future mixture risk assessment using HBM data will benefit from additional HBM health-based guidance values based on population studies. Additionally, accounting for different biomonitoring matrices would provide a wider range of exposures. Future hazard index analyses could also take a common mode of action approach, rather than the more agnostic and non-specific approach we have taken in this proof of concept. © 2023 by the authors
Background The release of hazardous compounds from construction products can harm human health and the environment. To improve the sustainability of construction materials, the leaching of substances from construction products and their potential environmental impact should be assessed. Twenty-seven construction products from different product groups were examined with a combination of standardized leaching tests (dynamic surface leaching test and percolation test) and biotests (algae, daphnia, fish egg, luminescent bacteria, umu and Ames fluctuation tests). To identify the released substances, extensive qualitative and quantitative chemical analyses were performed, including gas chromatographic and liquid chromatographic screening techniques. Results Many of the tested eluates caused significant ecotoxic effects. Particularly high ecotoxicities were observed for grouts (lowest ineffective dilution (LID) up to 16384) and cork granules (LID up to 24578). The results of ecotoxicity tests allow the prioritization of the eluates that should be subjected to detailed chemical analyses. Organic screening by different methods and ranking the identified substances based on recorded hazard classification is a suitable approach to identify the relevant toxic substances. Conclusions Determining the ecotoxicity of eluates from construction products records the summary effect of all leachable substances. This instrument is especially useful for construction products of complex and largely unknown composition. The ecotoxicological and the chemical-analytical approach complement each other in an ideal way to characterize the potential hazard of eluates from construction products and to identify the environmentally hazardous components in these eluates. Our results confirm that the proposed harmonized methods for testing eluate toxicity are an adequate and applicable procedure to move toward a more sustainable way of building and to reduce toxic effects of construction products in their use phase in the environment. © The Author(s) 2023
The increasing use of chemicals in the European Union (EU) has resulted in environmental emissions and wildlifeexposures. For approving a chemical within the EU, producers need to conduct an environmental risk assessment,which typically relies on data generated under laboratory conditions without considering the ecological andlandscape context. To address this gap and add information on emerging contaminants and chemical mixtures,we analysed 30 livers of white-tailed sea eagles (Haliaeetus albicilla) from northern Germany with highresolution-mass spectrometry coupled to liquid and gas chromatography for the identification of >2400 con-taminants. We then modelled the influence of trophic position (δ15N), habitat (δ13C) and landscape on chemicalresidues and screened for persistent, bioaccumulative and toxic (PBT) properties using an in silico model tounravel mismatches between predicted PBT properties and observed exposures. Despite having generally lowPBT scores, most detected contaminants were medicinal products with oxfendazole and salicylamide being mostfrequent. Chemicals of the Stockholm Convention such as 4,4â€2-DDE and PCBs were present in all samples belowtoxicity thresholds. Among PFAS, especially PFOS showed elevated concentrations compared to other studies. Incontrast, PFCA levels were low and increased with δ15N, which indicated an increase with preying on piscivorousspecies. Among plant protection products, spiroxamine and simazine were frequently detected with increasingconcentrations in agricultural landscapes. The in silico model has proven to be reliable for predicting PBTproperties for most chemicals. However, chemical exposures in apex predators are complex and do not solely relyon intrinsic chemical properties but also on other factors such as ecology and landscape. We therefore recom-mend that ecological contexts, mixture toxicities, and chemical monitoring data should be more frequentlyconsidered in regulatory risk assessments, e.g. in a weight of evidence approach, to trigger risk managementmeasures before adverse effects in individuals or populations start to manifest. © 2021 The Authors
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
Zu der Thematik "Umweltrisiken für Böden aufgrund der Belastung mit Antibiotikagemischen" wurde eine Literaturstudie durchgeführt. Die generelle Zielsetzung war dabei Antibiotika zu identifizieren, die üblicherweise in der Veterinär- und Humanmedizin angewendet werden, Berichte über Gemische und Rückstandsgehalte von Antibiotika in Böden und organischen Abfallsubstraten, die wie z.B. Gülle als Dünger verwendet werden, auszuwerten, und Informationen zu bündeln, welche Effekte der Mischungstoxizität dies für Böden bzw. Boden(mikro)organismen bedeutet, und nicht zuletzt wesentliche Wissenslücken aufzudecken, um auf dieser Basis Schritte für weitere Forschung und Regulation vorzuschlagen. Antibiotika werden weltweit in großem Umfang und weiter zunehmend in der Human und Tiermedizin angewendet. Es ist bekannt, dass viele landwirtschaftlich genutzte Böden mit Antibiotika kontaminiert sind. Darüber hinaus muss davon ausgegangen werden, dass Böden nicht nur durch eine antibiotische Substanz, sondern durch Gemische von Antibiotikawirkstoffen kontaminiert sind. Dies ist von wesentlicher Bedeutung für die Umweltrelevanz, da die Ökotoxizität von Pharmazeutikagemischen typischerweise größer ist als von Einzelsubstanzen. Belastungen durch Stoffgemische entstehen unter anderem durch die Anwendung von Kombinationen verschiedener Antibiotika bzw. von Gemischen von Antibiotika mit anderen, synergistisch wirkenden Substanzen. Die Verwendung von Antibiotikagemischen nimmt in der Human- wie auch Veterinärmedizin stetig zu, wodurch sogar alte, früher aussortierte Wirkstoffe wieder verwendet werden. Zu den Effekten verschiedener Antibiotikagemische liegt eine breite Wissensbasis in der medizinischen und pharmazeutischen Literatur vor. Dagegen ist der Wissenstand über Antibiotika in der Umwelt deutlich geringer. Belastungen durch Antibiotikagemische in der Umwelt ergeben sich außer (i) durch die Anwendung von Kombinationspräparaten auch durch (ii) die Medikation unterschiedlicher Tierarten und Altersgruppen mit unterschiedlichen Antibiotika und anschließender Sammlung aller Exkremente in einem Gülletank sowie (iii) durch die nachfolgende, wiederholte Applikation kontaminierter Exkremente wie Gülle oder Klärschlamm auf landwirtschaftliche Flächen. So ergeben sich Belastungen von organischen Abfallsubstraten mit Gemischen von bis zu 20 oder mehr antibiotischen Einzelsubstanzen. Böden, die mit diesen Substraten gedüngt werden, weisen Gemische verschiedener, pharmazeutischer Antibiotika auf. Dies bestätigen Monitoringergebnisse mit bis zu 13 verschiedenen Antibiotika, die in Böden nachgewiesen wurden. Das vorliegende Wissen über Schadwirkungen von Antibiotika auf Bodenorganismen ist weitgehend auf Studien über Einzelsubstanzen beschränkt. Diese zeigen eindeutige, dosis-abhängige, schädliche Wirkungen von Antibiotika z.B. auf die mikrobielle Biomasse in Böden, die strukturelle Diversität mikrobieller Gemeinschaften und mikrobielle Funktionen in Böden. Zudem wurden in belasteten Böden zahlreiche Resistenzgene mit deutlich und signifikant erhöhter Abundanz nachgewiesen. Synergistische Kombinationen von Antibiotika können darüber hinaus zu einer noch verstärkten und schnelleren Resistenzbildung führen. Dies ist nicht nur für Antibiotikagemische, sondern auch für Gemische von Antibiotika mit anderen Substanzen festzustellen; im landwirtschaftlichen Kontext sind hier insbesondere Kupfer und Zink zu nennen. Die Effekte von Antibiotikagemischen können durch unterschiedliche Einflussfaktoren erheblich verändert werden. Dies sind unter anderem der untersuchte Endpunkt, die Konzentrationen der im Gemisch enthaltenen Substanzen, die Zeitabhängigkeit der antibiotischen Wirkung, wie auch Nährstoffe und Nährsubstrate im Boden. Außerdem be-stehen Wechselwirkungen zu allen anderen äußeren Randbedingungen, die die Fitness der Mikroorganismen beeinflussen, wie z.B. Hitze oder Frost. Auch der Verbleib und das chemische Verhalten von Antibiotika werden in Böden in Gegenwart von Schadstoffgemischen verändert. Hier ist insbesondere die Sorptionskonkurrenz zwischen unterschiedlichen Antibiotika zu nennen. Die dargelegten Erkenntnisse sollten nicht darüber hinwegtäuschen, dass der Wissensstand über die verschiedenen Teilaspekte der Thematik meist noch sehr unvollständig ist. Daher ist zielgerichtete, systematische Forschung notwendig, um weitere Informationen zu erhalten. Dazu werden drei aufeinander aufbauende Forschungsprojekte vorgeschlagen, die darauf zielen, das Systemverständnis über Schadstoffgemische in Böden zu verbessern. Diese Projekte werden idealerweise mit wissenschaftlichen Workshops kombiniert. Nicht zuletzt sollten diese Forschungsaktivitäten dazu führen bzw. dadurch begleitet werden, dass regulatorische Maßnahmen getroffen werden, die darauf abzielen, den Einsatz und die planvolle Handhabung von Antibiotika zu verbessern. Quelle: Forschungsbericht
In the first tier risk assessment (RA) of pesticides, risk for aquatic communities is estimated by using results from standard laboratory tests with algae, daphnids and fish for single pesticides such as herbicides, fungicides, and insecticides. However, fungi as key organisms for nutrient cycling in ecosystems as well as multiple pesticide applications are not considered in the RA. In this study, the effects of multiple low pesticide pulses using regulatory acceptable concentrations (RACs) on the dynamics of non-target aquatic fungi were investigated in a study using pond mesocosm. For that, fungi colonizing black alder (Alnus glutinosa) leaves were exposed to multiple, low pulses of 11 different pesticides over a period of 60 days using a real farmer's pesticide application protocol for apple cropping. Four pond mesocosms served as treatments and 4 as controls. The composition of fungal communities colonizing the litter material was analyzed using a molecular fingerprinting approach based on the terminal Restriction Fragment Length Polymorphism (t-RFLP) of the fungal Internal Transcribed Spacer (ITS) region of the ribonucleic acid (RNA) gene(s). Our data indicated a clear fluctuation of fungal communities based on the degree of leaf litter degradation. However significant effects of the applied spraying sequence were not observed. Consequently also degradation rates of the litter material were not affected by the treatments. Our results indicate that the nutrient rich environment of the leaf litter material gave fungal communities the possibility to express genes that induce tolerance against the applied pesticides. Thus our data may not be transferred to other fresh water habitats with lower nutrient availability. Quelle: http://www.sciencedirect.com
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 analyticalchemistry. 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.
Background<BR>The EU Council and Parliament recently agreed on a new regulation that will implement a new EU-wide, harmonized system for the authorization for biocidal products. Such products are in most cases multi-component mixtures of one or more active substances plus a range of co-formulants that serve different purposes, e.g. as stabilizers or preservatives. They are only allowed on the European market if their intended use does not lead to unacceptable risks for the environment. Consequently, the assessment of possible combination effects is a critically important step during the regulatory environmental risk assessment of biocidal products. However, no specific guidance is at hand on how combination effects should be accounted for during the regulatory environmental risk assessment of biocidal products.<BR>Results and Conclusions<BR>A tiered approach was developed that accommodates different data situations, optimizes resource usage, limits biotesting as far as possible and ensures adequate protection of the environment. It mainly builds on using Concentration Addition as a component-based approach for mixture toxicity prediction, complemented by whole product tests where appropriate. Concentration Addition is either approximated by summing up PEC/PNEC ratios or as sums of toxic units. The competing concept of Independent Action was assessed as not being suitable for incorporation into a tiered approach without explicit confirmatory studies, as it might otherwise lead to an underestimation of the actual environmental risk.<BR>Quelle: http://link.springer.com/
Die Bewertung der stofflichen Belastung der Gewässer in NRW basiert aktuell auf der Risikobewertung der in den Gewässern gemessenen Einzelsubstanzen. Um in Zukunft auch potentielle Mischungseffekte in die Bewertung des Gewässerzustands einzubeziehen, hat das Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz im Auftrag des Ministeriums für Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz (MULNV) ein Projekt zur Erfassung und Bewertung von Stoffmischungen in Gewässern in Nordrhein-Westfalen durchgeführt. In diesem Projekt wurden zwei umfangreiche Datensätze aus Sondermessprogrammen des Erftverbands und des Wupperverbands sowie Daten des im Rahmen der europäischen Wasserrahmenrichtlinie durchgeführten LANUV-Monitorings dieser beiden Gewässer ausgewertet. Es wurden verschiedene wissenschaftliche Konzepte zur Bewertung der Auswirkung von Stoffmischungen betrachtet und schließlich zwei Bewertungsansätze auf Basis der sogenannten Konzentrationsaddition auf die Datensätze angewendet: der RQmix und der SUM RQ. Die Ergebnisse dieser beiden Bewertungsansätze wurden verglichen und ihre Aussagekraft und Anwendbarkeit in der Praxis diskutiert. Mit diesen Methoden soll die Planung von Maßnahmen zur Verbesserung der Gewässerqualität unterstützt werden.
Foto: fotolia/Judah.com In den Oberflächengewässern treten Schadstoffe, wegen ihrer geringen Konzentrationen auch Mikroschadstoffe oder Spurenstoffe genannt, selten allein, sondern meist in komplexen Mischungen auf. Bei der Bewertung der Wirkung dieser Spurenstoffe ist daher auch ihre Wirkung in den in der Umwelt vorliegenden Stoffmischungen zu berücksichtigen. Die schädigende Wirkung (Toxizität) verschiedener Stoffe einer Mischung wird generell als Mischungstoxizität bezeichnet. Sie beschreibt die chemische Belastung, der die Gewässerorganismen ausgesetzt sind, deutlich umfassender als die Bewertung auf Grundlage der Toxizität der Einzelstoffe. Die Effekte von Stoffen mit einer ähnlichen Wirkung auf die Gewässerlebensgemeinschaft können sich summieren, so dass auch bei Einhaltung der Grenzwerte für die Einzelstoffe die Organismen durch die im Gewässer vorhandene Stoffmischung beeinträchtigt werden können. Stoffe können aber auch über verschiedene Wirkmechanismen und damit mehr oder weniger unabhängig voneinander wirken. In diesem Fall ist die Wirkung der Mischung geringer ist als die Summe der Einzelwirkungen. Zusätzlich können komplexere Wechselwirkungen auftreten, wie zum Beispiel die gegenseitige Verstärkung („Synergismus“) oder Verringerung („Antagonismus“) der Effekte. Derartige Wechselwirkungen treten in der Umwelt aber seltener auf. Bisher wird die Mischungstoxizität bei der Beurteilung der Gewässergüte in Deutschland nur in Einzelfällen berücksichtigt. Um zukünftig eine realitätsnähere Bewertung von Gewässern zu ermöglichen, führte das LANUV im Auftrag des MULNV von 2017 bis 2020 ein Projekt zur Erfassung und Bewertung der Mischungstoxizität in NRW-Gewässern durch. Dabei wurden verschiedene mischungstoxikologische Bewertungsansätze auf der Basis der sogenannten Konzentrationsaddition anhand von Datensätzen aus dem Erft- und dem Wuppereinzugsgebiet getestet. Auch Datensätze des LANUV wurden berücksichtigt. Auf dieser Grundlage wurde eine generelle Vorgehensweise zur Berücksichtigung der Mischungstoxizität von Spurenstoffen in den Gewässern entwickelt. Die Auswertungen ermöglichten die Benennung von Stoffen, die besonders zur Mischungstoxizität beitragen. Darüber hinaus können die Ergebnisse dazu genutzt werden, die Wirksamkeit von Maßnahmen zur Verbesserung der chemischen Gewässerqualität abzuschätzen.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 16 |
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| Förderprogramm | 8 |
| Text | 1 |
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