BIOCONCENTRAZIONE, BIOACCUMULO, BIOMAGNIFICAZIONE 2013_2014... · 2014-07-07 · Università degli...

BIOCONCENTRAZIONEBIOCONCENTRAZIONE,,BIOACCUMULOBIOACCUMULO,,

BIOMAGNIFICAZIONEBIOMAGNIFICAZIONE

Università degli Studi di Napoli Federico II Master II livello REACH Dott.ssa Teresa Verde

Titolo primo: Disposizioni generali< Art. 6 Proprietà pericolose per l’ambiente> Art. 7 Disposizioni generali

Art. 6a1 Persistenza, bioaccumulo e tossicità

1 Sono considerate persistenti, bioaccumulabili e tossiche (PBT) le sostanze chesoddisfano i criteri definiti nell’allegato XIII numeri 1.1.1–1.1.3 del regolamento UE-REACH2 .

2 Sono considerate molto persistenti e molto bioaccumulabili (vPvB) le sostanze chesoddisfano i criteri definiti nell’allegato XIII numeri 1.2.1–1.2.2 del regolamento UE-REACH.

3. Lo studio dell’esposizione3. Lo studio dell’esposizione

Regolamento REACH (CE) n. 1907/2006

Titolo primo: Disposizioni generali< Art. 6 Proprietà pericolose per l’ambiente> Art. 7 Disposizioni generali

Art. 6a1 Persistenza, bioaccumulo e tossicità

1 Sono considerate persistenti, bioaccumulabili e tossiche (PBT) le sostanze chesoddisfano i criteri definiti nell’allegato XIII numeri 1.1.1–1.1.3 del regolamento UE-REACH2 .

2 Sono considerate molto persistenti e molto bioaccumulabili (vPvB) le sostanze chesoddisfano i criteri definiti nell’allegato XIII numeri 1.2.1–1.2.2 del regolamento UE-REACH.

Università degli Studi di Napoli Federico II Master II livello REACH

Art. 7 Disposizioni generali1

1 Ai fini del controllo autonomo il fabbricante deve verificare se le sostanze o i preparati possono mettere in pericolo lavita o la salute dell’essere umano o l’ambiente.Conformemente alle disposizioni della presente ordinanza, egli è tenuto a:a. classificarli;b. imballarli:c. etichettarli;d. elaborare scenari d’esposizione;e. redigere una scheda di dati di sicurezza.2

1bis e 1ter...3

2 Se gli oggetti contengono sostanze pericolose, sostanze considerate PBT, sostanze considerate vPvB o sostanzedi cui all’allegato 7,il fabbricante deve verificare, ai fini del controllo autonomo ai sensi dell’articolo 26 LPAmb,se in caso di impiego degli oggetti conforme allo scopo previsto o prevedibile oppure in caso di smaltimentoconforme alle prescrizioni tali sostanze possono mettere in pericolo l’ambiente o, indirettamente, l’essere umano.4

2bis Se gli oggetti contengono sostanze di cui all’allegato 7, il fabbricante deve verificare se, in caso di impiego deglioggetti conforme allo scopo previsto o prevedibile oppure in caso di smaltimento conforme alle prescrizioni, talisostanze possono mettere in pericolo l’essere umano.5

3 Il fabbricante deve fornire tutti i dati accessibili rilevanti per adempiere gli obblighi di cui ai capoversi 1 e 2.

4 Chi importa sostanze, preparati od oggetti contenenti sostanze pericolose a scopi professionali o commerciali deveadempiere gli obblighi di cui ai capoversi 1 e 2 prima della prima fornitura a terzi o, se li utilizza per sé, prima del primoimpiego.


Art. 7 Disposizioni generali1

1 Ai fini del controllo autonomo il fabbricante deve verificare se le sostanze o i preparati possono mettere in pericolo lavita o la salute dell’essere umano o l’ambiente.Conformemente alle disposizioni della presente ordinanza, egli è tenuto a:a. classificarli;b. imballarli:c. etichettarli;d. elaborare scenari d’esposizione;e. redigere una scheda di dati di sicurezza.2

1bis e 1ter...3

2 Se gli oggetti contengono sostanze pericolose, sostanze considerate PBT, sostanze considerate vPvB o sostanzedi cui all’allegato 7,il fabbricante deve verificare, ai fini del controllo autonomo ai sensi dell’articolo 26 LPAmb,se in caso di impiego degli oggetti conforme allo scopo previsto o prevedibile oppure in caso di smaltimentoconforme alle prescrizioni tali sostanze possono mettere in pericolo l’ambiente o, indirettamente, l’essere umano.4

2bis Se gli oggetti contengono sostanze di cui all’allegato 7, il fabbricante deve verificare se, in caso di impiego deglioggetti conforme allo scopo previsto o prevedibile oppure in caso di smaltimento conforme alle prescrizioni, talisostanze possono mettere in pericolo l’essere umano.5

3 Il fabbricante deve fornire tutti i dati accessibili rilevanti per adempiere gli obblighi di cui ai capoversi 1 e 2.

4 Chi importa sostanze, preparati od oggetti contenenti sostanze pericolose a scopi professionali o commerciali deveadempiere gli obblighi di cui ai capoversi 1 e 2 prima della prima fornitura a terzi o, se li utilizza per sé, prima del primoimpiego.


Pubblicato il 20 Marzo 2013 dall’ECHA ilCommunity Rolling Action Plan – CoRAP, aggiornamentoannuale del piano d’azione comunitario per il biennio 2013-2015.L’aggiornamento contiene una lista di 115 sostanze che si sospetta comportino rischi per la saluteumana o per l’ambiente.

Di queste sostanze 62 sono state inserite recentemente mentre le restanti 53 provengono dalla listaCoRAP 2012.

Ricordiamo che la valutazione della sostanza è il processo, ai sensi del regolamento REACH (art. da44 a 48), che permette la definizione dei rischi che queste possono comportare per la salute e perl’ambiente (potenziale di persistenza, bioaccumulo e tossicità, alterazioni del sistemaendocrino, cancerogenicità, mutagenicità e tossicità per la riproduzione).


Regolamento REACH (CE) n. 1907/2006

Pubblicato il 20 Marzo 2013 dall’ECHA ilCommunity Rolling Action Plan – CoRAP, aggiornamentoannuale del piano d’azione comunitario per il biennio 2013-2015.L’aggiornamento contiene una lista di 115 sostanze che si sospetta comportino rischi per la saluteumana o per l’ambiente.

Di queste sostanze 62 sono state inserite recentemente mentre le restanti 53 provengono dalla listaCoRAP 2012.

Ricordiamo che la valutazione della sostanza è il processo, ai sensi del regolamento REACH (art. da44 a 48), che permette la definizione dei rischi che queste possono comportare per la salute e perl’ambiente (potenziale di persistenza, bioaccumulo e tossicità, alterazioni del sistemaendocrino, cancerogenicità, mutagenicità e tossicità per la riproduzione).



Valutazione PBT/vPvBNuovo elemento introdotto dal REACH, finalizzato all’identificazionedi sostanze Persistenti, Bioaccumulabili e Tossiche (PBT) o moltoPersistenti e molto Bioaccumulabili (vPvB).

Una volta identificate,queste sostanze

devono sottostare aduna caratterizzazione

delle emissioni,

poichè i potenziali effetti a lungotermine derivanti dalla loro

persistenza, bioaccomulabilità etossicità sono difficili da prevedere.


Una volta identificate,queste sostanze

devono sottostare aduna caratterizzazione

delle emissioni,

poichè i potenziali effetti a lungotermine derivanti dalla loro

persistenza, bioaccomulabilità etossicità sono difficili da prevedere.

Difficile stabilire unaconcentrazione sicura

con sufficienteaffidabilità.

Per le sostanze PBT/vPvB lavalutazione quantitativa del

rischio non fornisce sufficientigaranzie


Lo scopo è di proteggere quegli ecosistemi dove i rischi sono difficili dastimare.

Valutazione PBT/vPvB

Nei casi di sostanze PBT o vPvB,ad esempio, l’ambiente marino

non risulta adeguatamenteprotetto dalla valutazione di

rischio tradizionale, in quanto:

le sostanze possono accumularsinell’ambiente marino anche a grandedistanza dalla fonte di inquinamento,

in aree incontaminate


Nei casi di sostanze PBT o vPvB,ad esempio, l’ambiente marino

non risulta adeguatamenteprotetto dalla valutazione di

rischio tradizionale, in quanto:

le sostanze possono accumularsinell’ambiente marino anche a grandedistanza dalla fonte di inquinamento,

in aree incontaminate

gli effetti nel lungo terminesono imprevedibili a causa

della lunga esposizione e dellungo ciclo vitale di molte

specie marine

gli effetti sono considerati praticamenteirreversibili in quanto un’interruzione

dell’immissione della sostanza nonnecessariamente si traduce in una riduzione della

concentrazione.


Una sostanza è considerata PBT se verifica tutti e tre i criteri:

- Persistenza

emivita acqua di mare > 60 giorni, oemivita acqua dolce o estuario > 40 giorni, o emivita sedimenti marini > 180 giorni, oemivita sedimenti acqua dolce o estuario > 120 giorni, o emivita nel suolo > 120 giorni.

- Bioaccumulabilità

fattore di bioconcentrazione (BCF) > 2000 - specie acquatiche.

Criteri PBT (Allegato XIII)


Una sostanza è considerata PBT se verifica tutti e tre i criteri:

- Persistenza

emivita acqua di mare > 60 giorni, oemivita acqua dolce o estuario > 40 giorni, o emivita sedimenti marini > 180 giorni, oemivita sedimenti acqua dolce o estuario > 120 giorni, o emivita nel suolo > 120 giorni.

- Bioaccumulabilità

fattore di bioconcentrazione (BCF) > 2000 - specie acquatiche.


- Tossicità

NOEC < 0,01 mg/l, organismi acquatici o cancerogena (cat. 1 o 2), mutagena (cat. 1 o 2), tossica per la riproduzione (cat.1, 2o 3), o altre prove di tossicità cronica (T, R48, o Xn, R48).

E’ richiesta comunque una certa flessibilità nell’applicazione dei criteri, come nei casiin cui un criterio non è verificato solo marginalmente, ma gli altri eccedonoabbondantemente.

Criteri PBT (Allegato XIII)


- Tossicità

NOEC < 0,01 mg/l, organismi acquatici o cancerogena (cat. 1 o 2), mutagena (cat. 1 o 2), tossica per la riproduzione (cat.1, 2o 3), o altre prove di tossicità cronica (T, R48, o Xn, R48).

E’ richiesta comunque una certa flessibilità nell’applicazione dei criteri, come nei casiin cui un criterio non è verificato solo marginalmente, ma gli altri eccedonoabbondantemente.


Criteri vPvB (Allegato XIII)

sostanza molto persistente (vP):

emivita acqua > 60 giorni, oemivita sedimenti > 180 giorni, oemivita suolo > 180 giorni.

sostanza molto bioaccumulabile (vB):

fattore di bioconcentrazione (BCF) > 5000.

Se la sostanza risulta vP e vB, non è necessario proseguire con lavalutazione della tossicità in quanto si considera già anticipata dai due

criteri precedenti.


sostanza molto persistente (vP):

emivita acqua > 60 giorni, oemivita sedimenti > 180 giorni, oemivita suolo > 180 giorni.

sostanza molto bioaccumulabile (vB):

fattore di bioconcentrazione (BCF) > 5000.

Se la sostanza risulta vP e vB, non è necessario proseguire con lavalutazione della tossicità in quanto si considera già anticipata dai due

criteri precedenti.

In seguito a ripetute collisioni tra molecole ed organismo, si possono verificareprocessi di arricchimento quando si confrontano le concentrazioni nella fase ditrasporto(cibo, aria, acqua) e quella nel bersaglio.


L’entità e la velocità dell’arricchimentodipendono dalla:

Proprietà chimico -fisica della sostanza; Vie di contatto;

Meccanismi diassunzione edeliminazione;

Fenomeni metabolici

L’entità e la velocità dell’arricchimentodipendono dalla:


Le sostanze idrofobe possono trovare, a livellodi membrana, un mezzo meno polare dell’acquanel quale stazionare, le sostanze polari possonoincontrare recettori ai quali legarsi comeamminoacidi….

L’acqua passa facilmente e le membranedispongono di mezzi per farsi attraversareanche da grandi molecole e ioni.


Le sostanze idrofobe possono trovare, a livellodi membrana, un mezzo meno polare dell’acquanel quale stazionare, le sostanze polari possonoincontrare recettori ai quali legarsi comeamminoacidi….

L’acqua passa facilmente e le membranedispongono di mezzi per farsi attraversareanche da grandi molecole e ioni.

Pertanto molte sostanze sono mantenute all’interno della cellulaa costanti concentrazioni, indipendentemente dallaconcentrazione del mezzo


Un esempio è dato dalla pompa Na+

e K+ che mantiene livelli di potassio10-20 volte più alti all’interno dellacellula rispetto all’esterno perchépompa Na+ all’esterno e K+ verso

l’interno.

Alcuni molluschi marini che hanno pigmentirespiratori a base di rame,trattengonograndi quantità di questo elemento,

presentano quantità di rame elevato anchein assenza di fenomeni di contaminazione.


Un esempio è dato dalla pompa Na+

e K+ che mantiene livelli di potassio10-20 volte più alti all’interno dellacellula rispetto all’esterno perchépompa Na+ all’esterno e K+ verso

l’interno.

Alcuni molluschi marini che hanno pigmentirespiratori a base di rame,trattengonograndi quantità di questo elemento,

presentano quantità di rame elevato anchein assenza di fenomeni di contaminazione.


Sostanzeidrofobe

Piccole molecole polarinon ionizzate

O2CO2

N2benzene

H2Oureaglicerina


Ioni

Grandi molecole polarinon ionizzate glucosio

H+ Na+

HCO3- K+ Cl-

Ca2+ Mg2+

doppio strato lipidicodi sintesi


I fenomeni di arricchimento possono esserereversibili o irreversibili per un certo livello diesposizione, dipendono dal tempo di contattotra organismo e sostanza.


Le sostanze che maggiormente si possonoaccumulare, necessitano di tempi di esposizionerelativamente lunghi. Organismi a vita breve,come le alghe monocellulari ed i batteri, sonomeno soggetti ai processi di arricchimentomentre gli organismi superiori, a vita lunga, chepossono dare processi di Bioconcentrazione,bioaccumulo, biomagnificazione


Arricchimentoattraverso le stessesuperfici checonsentono gliscambi di gasrespiratori.

Generalmente lasostanza entranell’organismo per lavia dell’ossigeno(branchie, polmoni,pelle, foglie),raggiunge i fluidicircolanti e di qui glieventuali comparti diimmagazzinamento,così vienemetabolizzata edescreta.

Nel 1963 Hamelinkdisse che i DDT neipesci viene assuntoper via respiratoria.Anche se in ritardo isuoi studi hannocontribuito acollocare Hamelinktra i padridell’Ecotossicologia.


Arricchimentoattraverso le stessesuperfici checonsentono gliscambi di gasrespiratori.

Generalmente lasostanza entranell’organismo per lavia dell’ossigeno(branchie, polmoni,pelle, foglie),raggiunge i fluidicircolanti e di qui glieventuali comparti diimmagazzinamento,così vienemetabolizzata edescreta.

Nel 1963 Hamelinkdisse che i DDT neipesci viene assuntoper via respiratoria.Anche se in ritardo isuoi studi hannocontribuito acollocare Hamelinktra i padridell’Ecotossicologia.


BioconcentrazioneIl termine di Bioconcentrazione si riferisce

all’assorbimento o bioaccumulo di una sostanza dalmezzo circostante, di solito acqua, escludendo altre viedi assunzione,attraverso un meccanismo di diffusione

passiva dagli organi respiratori nell’apparato circolatorioe di deposito nei tessuti, in maniera tale che le

concentrazioni della sostanza nei tessuti dell’organismodiventano più alte di quelle presenti nell’ambiente

circostante.


Il termine di Bioconcentrazione si riferisceall’assorbimento o bioaccumulo di una sostanza dal

mezzo circostante, di solito acqua, escludendo altre viedi assunzione,attraverso un meccanismo di diffusione

passiva dagli organi respiratori nell’apparato circolatorioe di deposito nei tessuti, in maniera tale che le

concentrazioni della sostanza nei tessuti dell’organismodiventano più alte di quelle presenti nell’ambiente

circostante.


Modello di Bioconcentrazione

Si suppone che ci siano solo due compartimenti:

Il mezzo circostante Organismo

A= concentrazione del tossico nell’ambiente circostante;C= concentrazione del tossico nell’organismo.

E’ ragionevole assumere che ogni organismo assorbe nell’unità ditempo una quantità di tossico proporzionale alla concentrazione delmedesimo nell’ambiente, per es. attraverso la respirazione branchialese si tratta di pesci.


Si suppone che ci siano solo due compartimenti:

Il mezzo circostante Organismo

A= concentrazione del tossico nell’ambiente circostante;C= concentrazione del tossico nell’organismo.

E’ ragionevole assumere che ogni organismo assorbe nell’unità ditempo una quantità di tossico proporzionale alla concentrazione delmedesimo nell’ambiente, per es. attraverso la respirazione branchialese si tratta di pesci.


D’altra parte gli organismi sono anche in grado di espellereo metabolizzare una parte del tossico presente nei lorotessuti ( escrezione).

Il rilascio del tossico nell’unità di tempo è proporzionalealla concentrazione nei tessuti.

Pertanto si può dire che:

La bioconcentrazione è il risultato di processi dientrata e di uscita dall’organismo


D’altra parte gli organismi sono anche in grado di espellereo metabolizzare una parte del tossico presente nei lorotessuti ( escrezione).

Il rilascio del tossico nell’unità di tempo è proporzionalealla concentrazione nei tessuti.

Pertanto si può dire che:

La bioconcentrazione è il risultato di processi dientrata e di uscita dall’organismo

Acqua o ariaO2

contaminanteBranchia, foglia,superficie respiratoria

Bioconcentrazione: schema generale


Fluidicircolanti

accumulo metabolismo

escrezione

Bioaccumulo

Arricchimento di una sostanza che viene assunta negliorganismi viventi per qualunque via: respirazione,ingestione di cibo, contatto.

E’ quindi il risultato dell’assunzione di contaminantipresenti nell’acqua e nel cibo e della loro ritenzioneall’interno degli organismi.


Arricchimento di una sostanza che viene assunta negliorganismi viventi per qualunque via: respirazione,ingestione di cibo, contatto.

E’ quindi il risultato dell’assunzione di contaminantipresenti nell’acqua e nel cibo e della loro ritenzioneall’interno degli organismi.


Il bioaccumulo di unasostanza ha la

caratteristica di ripartirsinel biota piuttosto che inaltre matrici ambientali (es. acqua..) ed anche sepresente nell’ambiente abasse dosi, raggiunge laconcentrazione elevatanegli organi bersaglio.


Bioaccumulo

Il bioaccumulo di unasostanza ha la

caratteristica di ripartirsinel biota piuttosto che inaltre matrici ambientali (es. acqua..) ed anche sepresente nell’ambiente abasse dosi, raggiunge laconcentrazione elevatanegli organi bersaglio.

Alcune sostanze sidepositano in particolari

siti/tessuti all’internodell’organismo.

Le sostanze lipofile siaccumulano nel tessuto

adiposo, o meglio siripartiscono tra acqua ed ilgrasso del biota come adesempio i PCB, i pesticidi

organoclorurati, DDT.

Il Piombo, sostanzaaccumulabile, va a

sostituire il calcio nelleossa.

Le sostanze che si accumulano,aumentando la loroconcentrazione nel sitobersaglio e quindi la loropotenziale tossicità, vengonosottratte alla distribuzionenell’organismo ed alla loroeliminazione.

Pertanto esse permangono a lungonell’organismo anche ad alteconcentrazioni, ma lentamente possonoessere rilasciate dai siti di deposito,specialmente durante i periodi di stress,es. digiuno, in cui le sostanze passano daltessuto adiposo al sangue, aumentando ipotenziali effetti tossici.

Conseguenza è chel’organismo continuaad essere espostodall’interno,anchequando l’esposizioneesterna è cessata.


Bioaccumulo

Le sostanze che si accumulano,aumentando la loroconcentrazione nel sitobersaglio e quindi la loropotenziale tossicità, vengonosottratte alla distribuzionenell’organismo ed alla loroeliminazione.

Pertanto esse permangono a lungonell’organismo anche ad alteconcentrazioni, ma lentamente possonoessere rilasciate dai siti di deposito,specialmente durante i periodi di stress,es. digiuno, in cui le sostanze passano daltessuto adiposo al sangue, aumentando ipotenziali effetti tossici.

Conseguenza è chel’organismo continuaad essere espostodall’interno,anchequando l’esposizioneesterna è cessata.


E’ questo il rischio rappresentatoda queste sostanze.

Il bioaccumulo è quindi un rischio perchè puòportare ad effetti tossici che possono essere diretti,

indiretti o ritardati.

Ecco perché il bioaccumulo, insieme alla persistenza etossicità di una sostanza, è un fenomeno da tenere inconsiderazione nella procedura di valutazione delrischio, nella identificazione e classificazione dellapericolosità.


Bioaccumulo

Ecco perché il bioaccumulo, insieme alla persistenza etossicità di una sostanza, è un fenomeno da tenere inconsiderazione nella procedura di valutazione delrischio, nella identificazione e classificazione dellapericolosità.


RespirazioneBranchia, foglia,superficie respiratoria

fluidicircolanti

Tratto gastro-intestinale

Dieta


Escrezione

fluidicircolanti

accumulo metabolismo

Altre vieUniversità degli Studi di Napoli Federico II Master II livello REACH

Per stimare la capacità dibioaccumulo di una sostanza

nel biota viene misurato ilfattore di bioconcentrazione:

BCF .


Bioaccumulo / Bioconcentrazione

Per stimare la capacità dibioaccumulo di una sostanza

nel biota viene misurato ilfattore di bioconcentrazione:

BCF .


Se definiamo come fattore di bioconcentrazione (BCF, BioconcentrationFactor) il rapporto tra la concentrazione della sostanza nell’organismo econcentrazione in acqua, in condizioni di equilibrio.

Possiamo dire che a regime che:

BCF = K1/K2



BCF = K1/K2

La bioconcentrazione esprime il bioaccumulo diretto dall’acquaattraverso un meccanismo di diffusione passiva dagli organi dellarespirazione al sistema circolatorio e tessuti.

Naturalmente per ogni dato tossico il BCF varia da specie a specie,mentre all’interno di ogni specie il BCF è diverso per ogni diversasostanza assorbita.





La bioconcentrazione esprime il bioaccumulo diretto dall’acqua attraverso unmeccanismo di diffusione passiva dagli organi della respirazione al sistema

circolatorio e tessuti.

Sostanza BCFBenzo(a)pirene 12762Bis(2-etilesile)ftalato 5200Cloruro di manganese 911

Fattori di bioconcentrazione per tre diverse sostanze inDaphnia magna



Sostanza BCFBenzo(a)pirene 12762Bis(2-etilesile)ftalato 5200Cloruro di manganese 911


BAFRapporto tra concentrazione

dell’animale e concentrazione nelmezzo di esposizione, in cui il

tossico viene assunto dall’acqua edalle fasi solide, cibo, sedimenti,

particolato in sospensione.



BSAF

Rapporto tra concentrazione neitessuti dell’organismo,

normalizzata per il contenutolipidico nel tessuto, e la

concentrazione nel sedimento,normalizzata per il carbonio

organico nel sedimento.

Il BSAF dipende dalle caratteristiche chimico-fisiche del sedimento e della sostanza organica edal contenuto lipidico dell’organismo. Adifferenza del BCF, il BSAF non assumel’equilibrio tra sedimento e organismo.



La variabilità del BSAF nel bioaccumulo indica lagrande influenza che i processi che regolano labiodisponibilità hanno sull’esposizione.


COEFFICIENTE DI RIPARTIZIONE N-OTTANOLO/ACQUA

In mancanza di dati sperimentali i fattori di bioconcentrazione/bioaccumulopossono essere stimati attraverso modelli matematici che utilizzano il KowIn mancanza di dati sperimentali i fattori di bioconcentrazione/bioaccumulopossono essere stimati attraverso modelli matematici che utilizzano il Kow




Il BCF di un organismo cresce al crescere del coefficiente Kow di ripartizionetra acqua e n-ottanolo ( che con la sua lunga catena idrocarburica e lafunzione terminale alcoolica è assimilabile ai lipidi), una costante che puòvenire misurata facilmente per ogni sostanza .



Composto Kow

benzene 130naftalene 2300anilina 7,91-esanolo 34benzaldeide 30



Composto Kow

benzene 130naftalene 2300anilina 7,91-esanolo 34benzaldeide 30


E’ stato dimostrato che per i metalli, i suddetti fattorinon sono predittivi per il bioaccumulo, nemmeno per

identificare e classificare la pericolosità di una sostanzaperché essi non sono indipendenti dall’esposizionepertanto si trova un alto BCF là dove i dati indicano

assenza di pericolo (bassa concentrazione di esposizione)


E’ stato dimostrato che per i metalli, i suddetti fattorinon sono predittivi per il bioaccumulo, nemmeno per

identificare e classificare la pericolosità di una sostanzaperché essi non sono indipendenti dall’esposizionepertanto si trova un alto BCF là dove i dati indicano

assenza di pericolo (bassa concentrazione di esposizione)


Nel caso che i contaminanti vengono accumulatiin maniera diversa nei vari organismi e trasferiti

attraverso la catena alimentare da preda apredatore, è difficile calcolare il BCF.



Si parla di avvelenamento secondario, quando siha un’esposizione indiretta alla sostanza, per es.nel caso di uccelli o mammiferi che si nutrono dipesci contaminati o di biomagnificazione quando

la sostanza si accumula in quantità sempremaggiore lungo la catena trofica.


BIOMAGNIFICAZIONE

Accumuli crescenti diuna sostanza man manoche si passa dalle prede

ai predatori.

Per manifestarsi ènecessario che le predesiano meno ricche dellasostanza deipredatori.

La causa di talefenomeno era l’alta

efficienza ditrasferimento dei

contaminanti dal cibo alconsumatore e

all’assenza di perditesignificative

dall’organismo.

I primi dati sperimentalifurono pubblicati nel 60

con i quali si rilevava chela concentrazione delDDT aumentava nel

passaggio dall’acqua agliorganismi acquatici e qui

cresceva da preda apredatore per poipassare dal pesce

all’uccello pescivoro cherappresenta l’apice della

rete alimentare.


Accumuli crescenti diuna sostanza man manoche si passa dalle prede

ai predatori.

Per manifestarsi ènecessario che le predesiano meno ricche dellasostanza deipredatori.

La causa di talefenomeno era l’alta

efficienza ditrasferimento dei

contaminanti dal cibo alconsumatore e

all’assenza di perditesignificative

dall’organismo.

I primi dati sperimentalifurono pubblicati nel 60

con i quali si rilevava chela concentrazione delDDT aumentava nel

passaggio dall’acqua agliorganismi acquatici e qui

cresceva da preda apredatore per poipassare dal pesce

all’uccello pescivoro cherappresenta l’apice della

rete alimentare.


ESEMPIO DI BIOMAGNIFICAZIONE


BIOMAGNIFICAZIONE

ESEMPIO DI BIOMAGNIFICAZIONE

Nel 1949, a causa della presenza di un moscerino del tutto innocuo (Chaoborus

astictopus) nella zona circostante Clear Lake in California, venne spruzzato del DDD (un

composto meno tossico del DDT) ad una concentrazione di circa 0,02 ppm. L’insetto

scomparve inizialmente, ma nel 1951 ricomparve e l’applicazione dell’insetticida fu

ripetuta regolarmente fino al 1954 quando un gran numero di cadaveri di uccelli,

pescivori, furono ritrovati nel lago.Università degli Studi di Napoli Federico II Master II livello REACH

Furono studiate le concentrazioni di PCB in laboratorio in:Furono studiate le concentrazioni di PCB in laboratorio in:

Alga, Rotifero e Pesce (acciuga)Alga, Rotifero e Pesce (acciuga)

Dopo alcuni giorni dall’inoculazione della miscela nell’acqua,leconcentrazioni negli organismi si erano stabilizzate;


BIOMAGNIFICAZIONE

Dopo alcuni giorni dall’inoculazione della miscela nell’acqua,leconcentrazioni negli organismi si erano stabilizzate;Dopo alcuni giorni dall’inoculazione della miscela nell’acqua,leconcentrazioni negli organismi si erano stabilizzate;

i livelli di PCB nel rotifero erano 2 volte quelli dell’alga ,mentre quelli dell’acciuga erano 5 volte quelle del rotifero.i livelli di PCB nel rotifero erano 2 volte quelli dell’alga ,mentre quelli dell’acciuga erano 5 volte quelle del rotifero.

Normalizzando le concentrazioni del contenuto lipidicodell’organismo, la differenza tra alga e rotifero si annullò,mentre nell’acciuga rimasero elevate.

Normalizzando le concentrazioni del contenuto lipidicodell’organismo, la differenza tra alga e rotifero si annullò,mentre nell’acciuga rimasero elevate.


Uccelli e mammiferi differiscono dai pesci per i loro apparati respiratori e respirare

acqua o aria può produrre effetti differenti essendo la capacità di trasporto di queste

due fasi ambientali diverse per i vari contaminanti.

Per il DDT e PCB la loro concentrazione in acqua è 100-1000 volte quelle in aria, la

capacità di trasporto in acqua da e verso gli organismi acquatici è due-tre ordini di

grandezza al di sopra di quelli in aria.

Le branchie hanno una notevole efficienza di scambio di contaminanti con l’acqua:

gli organoclorurato hanno modo di ripartirsi passivamente, trasportati dal sangue,

tra acqua e lipidi dell’organismo, fino al raggiungimento di valori vicini all’equilibrio,

in tempi abbastanza brevi.


La biomagnificazione negli organismi varia perché diversa è la fisiologia degli animali.

Uccelli e mammiferi differiscono dai pesci per i loro apparati respiratori e respirare

acqua o aria può produrre effetti differenti essendo la capacità di trasporto di queste

due fasi ambientali diverse per i vari contaminanti.

Per il DDT e PCB la loro concentrazione in acqua è 100-1000 volte quelle in aria, la

capacità di trasporto in acqua da e verso gli organismi acquatici è due-tre ordini di

grandezza al di sopra di quelli in aria.

Le branchie hanno una notevole efficienza di scambio di contaminanti con l’acqua:

gli organoclorurato hanno modo di ripartirsi passivamente, trasportati dal sangue,

tra acqua e lipidi dell’organismo, fino al raggiungimento di valori vicini all’equilibrio,

in tempi abbastanza brevi.


Le piante verdi accumulano le sostanze idrofobe presenti nell’aria in

fase di vapore grazie alle loro capacità di scambio superiori a quelle

degli organismi acquatici.

Nonostante i livelli in aria siano inferiori a quelli in acqua, l’erba di un

prato raggiunge livelli di DDT e PCB simili a quelli di un pesce.

Tuttavia, mentre nel pesce tutto il contenuto del contaminante è

assimilato dal predatore, nell’erba queste molecole si accumulano nelle

cere e forse nella cutina, materiali di scarsa assimilabilità, pertanto non

sono in grado di innescare fenomeni di biomagnificazione.


La biomagnificazione negli organismi varia perché diversa è la fisiologia degli animali.

Le piante verdi accumulano le sostanze idrofobe presenti nell’aria in

fase di vapore grazie alle loro capacità di scambio superiori a quelle

degli organismi acquatici.

Nonostante i livelli in aria siano inferiori a quelli in acqua, l’erba di un

prato raggiunge livelli di DDT e PCB simili a quelli di un pesce.

Tuttavia, mentre nel pesce tutto il contenuto del contaminante è

assimilato dal predatore, nell’erba queste molecole si accumulano nelle

cere e forse nella cutina, materiali di scarsa assimilabilità, pertanto non

sono in grado di innescare fenomeni di biomagnificazione.


I famosi gatti di Minamata, in Giappone, perdevano l’equilibrio e cadevanoin mare dopo aver assunto ingenti quantità di pesce con circa 10mg dimetilmercurio per Kg fresco e l’insorgenza nell’uomo della intossicazioneletale, (morbo di Minamata), hanno dimostrato come fenomeni dibiomagnificazione possono verificarsi e dare luogo ad eventi disastrosi.


Esempi di biomagnificazioni

BIOMAGNIFICAZIONE

I famosi gatti di Minamata, in Giappone, perdevano l’equilibrio e cadevanoin mare dopo aver assunto ingenti quantità di pesce con circa 10mg dimetilmercurio per Kg fresco e l’insorgenza nell’uomo della intossicazioneletale, (morbo di Minamata), hanno dimostrato come fenomeni dibiomagnificazione possono verificarsi e dare luogo ad eventi disastrosi.

Il metilmercurio, forma organica prodotta naturalmente nei sedimentiacquatici, viene assimilato dallo zooplancton con efficienza 4 volte quelladel mercurio inorganico. In tutti i passaggi successivi succede la stessa cosae i top predators possono raggiungere concentrazioni efficaci, anche se leprede non manifestano intossicazione. Questo accade anche nei sistemiterrestri.



In conclusione fenomeni di biomagnificazione sono poco frequenti, mapossono esistere.

Pertanto:TTC ≤ 1

NOBiomagnificazione

TTC > 1Biomagnificazione.

BIOMAGNIFICAZIONE


Atrazina, clorodiossine ,IPA eKepone Presentano valori di TTC <1

DDT, DDE, PCB Hanno una facies mista con TTCcompresa tra 0,1 e 10.

Per sostanze fortemente idrofobecome i PCB i valori più bassi sitrovano a livello del passaggio

produttori primari-erbivori,

tra “pesci piccoli” e “pesci grandi”si incontrano valori di TTC fino a

10.

Per elementi in tracce in forma inorganica come boro, cromo, cobalto, rame, piombo,mercurio, molibdeno, nichel selenio, stagno, vanadio, zinco, non solo non danno luogo afenomeni di biomagnificazione, ma spesso danno luogo a fenomeni di riduzione dellaconcentrazione nei passaggi da preda a predatore.


Dati contrastanti si sono ottenuti con il cadmio earsenico, dove in qualche caso, verso i livellisuperiori, si possono avere arricchimento nei

predatori. Diverso è il caso del metilmercurio dovesi arriva a valori di TTC fino a 100 con

biomagnificazione conclamata.

BIOMAGNIFICAZIONE


Dati contrastanti si sono ottenuti con il cadmio earsenico, dove in qualche caso, verso i livellisuperiori, si possono avere arricchimento nei

predatori. Diverso è il caso del metilmercurio dovesi arriva a valori di TTC fino a 100 con

biomagnificazione conclamata.

La valutazione del potenziale dibiomagnificazione è importante per

le sostanze persistenti eaccumulabili e viene espresso dal

BMF.

BMF: Rapporto tra concentrazionenel predatore e quella nella preda.

Biodisponibilità

Non è vero che la concentrazione totale di unasostanza misurata dopo estrazione, sia tutta

biodisponibile.


Nel caso dei sedimenti, dove i contaminantivengono sequestrati e raggiungono alteconcentrazioni di tossico,non sempreproducono effetti sugli organismi che viabitano.

La frazione di tossico biodisponibile è di solitoquella disciolta nella fase acquosa, acqua dellacolonna o acqua interstiziale del sedimento, oquella presente all’interno dell’organismo,mentre quella legata al particolato èconsiderata non disponibile.


Per misurare labiodisponibilità si conduce

un test di tossicità o dibioaccumulo.


Biodisponibilità

A livello di effetti tossici iprocessi di biodisponibilità

spiegano le diverse risposte diorganismi esposti alla stessa

concentrazione dicontaminante ma presente inmezzi o matrice con diverse

caratteristiche chimico-fisiche.


Condizione necessaria affinchè si possano produrre effettitossici sul biota è che la sostanza risulti biodisponibile, cioèpresente in uno stato in cui può essere assorbitadall’organismo.

La capacità di una sostanza di creare disfunsioni nel sistemadipenderà dalla sua tossicità intrinseca (o dei suoi metaboliti)o dalla potenzialità di alterare gli equilibri del sistema.


Biodisponibilità

Condizione necessaria affinchè si possano produrre effettitossici sul biota è che la sostanza risulti biodisponibile, cioèpresente in uno stato in cui può essere assorbitadall’organismo.

La capacità di una sostanza di creare disfunsioni nel sistemadipenderà dalla sua tossicità intrinseca (o dei suoi metaboliti)o dalla potenzialità di alterare gli equilibri del sistema.


Le caratteristiche chimico-fisiche della matrice ricevente,acqua o sedimenti, gioca un ruolo molto importante nellaspeciazione di una sostanza, la sua presenza in una matricepiuttosto che in altra (si parla della frazione disciolta inacqua o adsorbita ai solidi), la sua biodisponibilità verso gliorganismi.

Importante è quindi il livello di concentrazione di unasostanza a cui un organismo è effettivamente esposto.


Biodisponibilità

Le caratteristiche chimico-fisiche della matrice ricevente,acqua o sedimenti, gioca un ruolo molto importante nellaspeciazione di una sostanza, la sua presenza in una matricepiuttosto che in altra (si parla della frazione disciolta inacqua o adsorbita ai solidi), la sua biodisponibilità verso gliorganismi.

Importante è quindi il livello di concentrazione di unasostanza a cui un organismo è effettivamente esposto.


PER MATRICI SOLIDE LA BIODISPONIBILITÀ E LATOSSICITÀ DEI CONTAMINANTI AD ESSI ASSOCIATI PUÒESSERE INFLUENZATA DA DIVERSI FATTORI FISICI,CHIMICI E BIOLOGICI:

Sedimentazione, risospensione e diffusione; Caratteristiche chimico-fisiche della colonna d’acqua, acqua

interstiziale, particolato ( T, pH, durezza, alcalinità, contenuto dicarbonio organico e materia organica,composizione dei sedimenti;

Presenza di solfuri acidi volatili, metalli competitori, agenti chelanti; Tipo di organismo, dimensioni, comportamento alimentare; Vie di esposizione (alimentazione, respirazione, contatto)


Biodisponibilità

Sedimentazione, risospensione e diffusione; Caratteristiche chimico-fisiche della colonna d’acqua, acqua

interstiziale, particolato ( T, pH, durezza, alcalinità, contenuto dicarbonio organico e materia organica,composizione dei sedimenti;

Presenza di solfuri acidi volatili, metalli competitori, agenti chelanti; Tipo di organismo, dimensioni, comportamento alimentare; Vie di esposizione (alimentazione, respirazione, contatto)


Nel caso di sedimenti raccolti sul campo, tutte le proceduredi raccolta, conservazione e manipolazione del campionepossono alterare l’integrità ed interferire sullabiodisponibilità dei contaminanti presenti.

La comprensione di tutto ciò è necessaria per pianificarestudi di tossicità , per l’interpretazione dei risultati e per laclassificazione e gestione dei siti contaminati.


Biodisponibilità

Nel caso di sedimenti raccolti sul campo, tutte le proceduredi raccolta, conservazione e manipolazione del campionepossono alterare l’integrità ed interferire sullabiodisponibilità dei contaminanti presenti.

La comprensione di tutto ciò è necessaria per pianificarestudi di tossicità , per l’interpretazione dei risultati e per laclassificazione e gestione dei siti contaminati.


assorbita dagli organismi per ingestione di particelle solidee detriti organici, attraverso la respirazione nell’acquainterstiziale, per assorbimento della superficie corporea


La frazione biodisponibile sarà quella :

Biodisponibilità

La frazione rilasciata dai sedimenti nella colonna d’acqua

Quella disponibile per trasferimento lungo la catenaalimentare (sostanze bioaccumulabili, PCB, mercurio)

Quella per intossicazione secondaria di organismipredatori che si cibano di prede che hanno accumulato ilcontaminante.


BIOCONCENTRAZIONE, BIOACCUMULO, BIOMAGNIFICAZIONE 2013_2014... · 2014-07-07 · Università degli...

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