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Ökotoxikologie

Polar bears in the Arctic can suffer toxic effects from chemical pollution that occurs thousands of miles away.Die ökologische Toxikologie beschäftigt sich mit den Schäden, die Chemikalien der Umwelt zufügen. Viele dieser Studien setzen sich mit der persistenten Bioakkumulation auseinander, die Chemikalien beschreibt, die nur schwer abgebaut werden können und sich mit der Zeit in der Umwelt ansammeln. Diese Substanzen sind besonders schädlich für Raubtiere, die in der Nahrungskette an oberster Stelle stehen und stellen eine ernsthafte Sorge für Umweltschutzgruppen dar.

Umweltgefahren, die durch Substanzen entstehen, werden nach drei Faktoren beurteilt:

    • P Persistenz in der Umwelt (Bioakkumulation)
    • B Fettaffinität (Substanzen mit hoher Fettaffinität sammeln sich im Körper an)
    • T Toxisch für Fische oder andere Tiere
 

Beim Entscheiden darüber, ob eine Substanz eine Gefahr für die Umwelt darstellt oder nicht, müssen die Aufsichtsbehörden das Gesamtausmaß der Exposition berücksichtigen. Besorgniserregende Substanzen werden meist durch Epidemiologie und Umwelt- und Tierstudien identifiziert. Sobald das Risiko erkannt wird, werden weitere Tests, wie In Vitro-Zellstudien oder Reproduktionsstudien, in Betracht gezogen.

Daphnia species are commonly used in environmental toxicity tests.Eine Risiko-Nutzen-Analyse wird erstellt, um die Umwelt vor schädlichen Substanzen zu schützen und gleichzeitig materielle und chemische Technologien effektiv entwickeln und anwenden zu können. Tierversuche werden durchgeführt, um das Schadenspotential einer bestimmten Substanz zu verstehen, um das Wissen über mögliche Gefahrenkontrollen zu erweitern oder um Alternativen für schädliche Chemikalien zu entwickeln. Algen, Daphnien und Fische sind die am häufigsten für Umwelttoxizitätstests genutzten Organismen; wenn nötig werden zusätzliche Tests aber auch an anderen Tieren durchgeführt.

Es besteht das Risiko, dass nicht abgebaute Substanzen in der Nahrungskette nach oben streben, sodass Raubtiere durch kontaminierte Nahrung große Mengen einer bestimmten Chemikalie im Blut ansammeln können. Das bedeutet, dass die Gefahr für Tiere in höheren Positionen in der Nahrungskette größer sein könnte.

Viele Studien betrachten das Risiko der Akkumulation von Substanzen in der Nahrungskette und wiegen es gegen den Nutzen der Verwendung der Chemikalie auf. Vögel, wie zum Beispiel Wachteln, werden oft dazu verwendet, die Auswirkungen von Chemikalien auf die Nahrungskette zu untersuchen. Die jeweils verwendeten Spezies repräsentieren die heimischen Arten in der untersuchten Umgebung. Zum Beispiel wird die japanische Wachtel oft zur Studie von Produkten genutzt, die in Japan verwendet werden, während die in Nordamerika heimische Bob White Wachtel meistens für Tests mit Produkten eingesetzt wird, die in den USA hergestellt werden. Vögel sind auch sehr gut für Reproduktionsstudien geeignet, die die Auswirkungen von Chemikalien auf die Entwicklung und die nachfolgenden Tiergenerationen erforscht.

Das Unglück von Minamata

Das Unglück von Minamata hielt uns die Konsequenzen von Umweltverschmutzung vor Augen und ebnete den Weg für die Erlassung von Schutzgesetzen. Die Minamata-Krankheit wurde 1956 entdeckt, nachdem viele Menschen ähnliche Schäden des Nervensystems in und um die japanische Stadt Minamata entwickelten. Im Jahr 1968 wurde Umweltverschmutzung offiziell als die Ursache der Krankheit anerkannt.


Memorial at the MinamataDie Minamata-Krankheit wurde von einer Methyl-Quecksilber-Verbindung verursacht, die die Firma Chisso in Minamata herstellte. Die Fabrik hatte 1941 mit der Produktion von Vinylchlorid begonnen. Den offiziellen Bericht mit der Bestätigung, dass die in der Fabrik hergestellten Chemikalien über die Wasserversorgung in die Nahrungskette gelangt waren, veröffentlichte die japanische Regierung aber erst 27 Jahre später. Da Quecksilber nicht vom Körper abgebaut werden konnte, erlitten die Menschen, die Fisch oder Muscheln aus dem Fluss Minamata gegessen hatten, die toxischen Auswirkungen einer Quecksilbervergiftung.

Seit 1968 sind Bioakkumulation und Ökotoxizität Angelegenheiten, die in Japan sehr ernst genommen werden, und die zur Regulierung des Chemikalieneinsatzes und chemischer Tests führte. Der Fisch aus der Minamata Bucht wurde 1997 wieder für sicher erklärt und es wurden Gesetze erlassen, die ähnliche Unglücke in Zukunft vermeiden sollen. Das wachsende Bewusstsein für Umweltfragen führt zurzeit zur Einführung weltweiter Regulierungen und Schutzmaßnahmen.

Fluorierte Polymere

Fluorierte Polymere sind wasserresistente Verbindungen, die in vielen verschiedenen chemischen Produkten vorkommen, wie in fettfesten Lebensmittelverpackungen, Farben und Dichtungsmitteln und Reinigungsflüssigkeiten für Teppichen und Bildschirme. Beim Abbau dieser Stoffe werden Chemikalien gebildet, die zu den PFC- und PFO-Gruppen gehören.
Diese können nicht weiter von Bakterien abgebaut werden, bleiben somit im Ökosystem und verharren wahrscheinlich Hunderte von Jahren im Boden.

Ein Team der Universität von Toronto hat Untersuchungen zu Prävalenz und Auswirkungen dieser Chemikalien angestellt und dabei herausgefunden, dass PFCAs und PFOs heutzutage bereits im menschlichen Blut und im Haushaltsstaub vorzufinden sind.

Die Besorgnis wurde größer als man höhere Konzentrationen im Blut von arktischen Säugetieren, wie Robben und Eisbären, feststellte - weit weg von jeglicher Quelle industrieller Verschmutzung. Diese Konzentrationen schienen noch dazu schnell zu steigen.

In Tierversuchen konnte eine Verbindung zwischen PFCAs und Krebs und anderen Entwicklungsstörungen hergestellt werden. Man geht also davon aus, dass diese Substanzen auch im Menschen krebserregend sind. Trotz der Möglichkeit, dass diese Stoffe menschlichen Krebs verursachen können, nimmt man an, dass die aktuelle Gefahr eher gering ist. Die größte Sorge ist im Moment, dass sich PFCAs scheinbar in der Arktis ansammeln, fern jeden Ursprungs chemischer Verunreinigungen. Aktuelle Studien beschäftigen sich mit dem Effekt dieser Chemikalien auf Ratten und Fische, während ihre Ansammlung in Robben und anderen höheren Tieren weiter untersucht wird.

Die Forscher versuchen zu verstehen, wie sich diese Chemikalien in der Umwelt bewegen und wie es zu ihrer Akkumulation in so fernen Regionen kommen kann. Da fluorierte Polymere bereits seit den fünfziger Jahren verwendet werden, ist die Schätzung der bereits in die Umwelt entlassenen Mengen von PFCAs ein wichtiger Aspekt dieser Arbeit. Die ersten Untersuchungen hatten bereits ergeben, dass der wichtigste Auffänger von PFO und wahrscheinlich der meisten anderen PFCAs das Wasser ist, das sie dann über Flüsse, Strömungen und Seen auch bis in die abgelegensten Gebiete transportiert. Die Nachforschungen ergaben, dass die meisten PFCAs in der Umwelt direkt von chemischen Produkten stammten. Die PFCAs aus dem Abbau anderer Chemikalien schienen einen geringeren Beitrag zur Umweltverschmutzung zu leisten, der aber trotzdem bedeutsam ist.

Heutzutage nimmt man an, dass PFCAssowohl durch Luft als auch durch Wasser transportiert werden. Hauptaugenmerk wird nun auf die Reduzierung der Emissionen dieser Chemikalien während des Produktionsprozesses und auf die Verhinderung der Entlassung ihrer Vorläufer in die Atmosphäre gerichtet.

Die Besorgnis über die Ansammlung dieser verschmutzenden Substanzen in der Umwelt hat zur Entwicklung neuer Stoffe geführt, die diese ersetzen sollen. Einige fluorierte Produkte auf Polymerbasis (wie Floutelomeralkohol) werden nicht als gefährlich betrachtet und scheinen keine ähnlichen toxischen Effekte auf die Umwelt zu haben. Durch Tierversuche soll bestätigt werden, dass diese nicht in PFCAs und PFOs umgewandelt werden, keine Mutationen hervorrufen und eine geringere Gefahr für die Umwelt darstellen.

Fluorierte Polymere unterliegen heutzutage wegen der hohen Gefahren für die Umwelt stark strengen Normen. Die EPA erließ 2010 eine Regelung, die die Hersteller zur Verringerung der toxischen Ausstöße durch fluorierte Polymere zwingt und in Europa werden fluorierte Polymere durch die REACH-Verordnung reguliert, um den Aufbau von PFACs in der Umwelt zu minimieren.

Endokrine Toxizitätsstudien

Endokrine Störungen sind potentielle und sehr ernsthafte Nebenwirkungen von Chemikalien. In diesem Bereich besteht aber kaum Nachfrage nach Risikobeurteilungen, größtenteils weil die Wissenschaft bisher noch nicht in der Lage ist, die entsprechenden Screening-Tests bereitzustellen. Das Screening einiger solcher Chemikalien wird in der EU durchgeführt (kontrolliert durch die an dem Problem arbeitende Regulierungsgruppe für endokrine Störungen), aber die erhältlichen Tests sind noch beschränkt. Laut REACH-Verordnung liegt es im Normalfall in der Verantwortung des Herstellers zu entscheiden, ob Chemikalien Hormonstörungen hervorrufen könnten. Substanzen allerdings, die bereits als toxisch für die Reproduktions- und Hormonsysteme eingestuft wurden, sollten als ‚Besonders besorgniserregende Substanzen‘ betrachtet werden und müssten getestet werden, um ihren Ursprung zu entdecken und herauszufinden, wie sie vermieden werden könnten.

Eine Möglichkeit, die Auswirkungen auf das Hormonsystems zu überprüfen, ist die Durchführung von Reproduktions-Toxizitätsstudien, bei denen eine Gruppe von Tieren vor oder während der Trächtigkeit einer Chemikalie ausgesetzt wird. Somit können ihre Fortpflanzungsfähigkeit und die Auswirkungen auf die folgenden Generationen untersucht werden. Allerdings kann man bei diesen Untersuchungen nur feststellen, ob eine Chemikalie Auswirkungen auf die Reproduktionshormone hat - welche konkreten Auswirkungen das sind bleibt allerdings ungewiss. Tests dieser Art führten erst vor kurzem dazu, dass die Europäische Kommission Borate als toxisch für die Reproduktion eingestuft hat.

Einige Assays zur endokrinen Toxizität wurden auch erst kürzlich von der US-amerikanischen EPA betrachtet. Deren Beurteilungen zum Thema wurden zwar vertagt, sollen aber bald wieder auf die Tagesordnung kommen.
 


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