Was ist Biokonzentration?

Biokonzentration ist ein Begriff, der in der aquatischen Toxikologie verwendet wird und sich auf die Anreicherung einer Chemikalie bezieht, wenn Wasser die ausschließliche Quelle der Chemikalie in oder auf einem Organismus ist. Ein Biokonzentrationsfaktor (BCF) beschreibt den Grad der chemischen Teilung zwischen Umwelt und Organismus. BCF wird normalerweise in einer Einheit von Litern pro Kilogramm ausgedrückt und ist ein Maß für Milligramm Chemikalien pro Kilogramm Organismus in Milligramm Chemikalien pro Liter Wasser. Der Faktor ist das Verhältnis der chemischen Konzentration des Organismus zur Wasserkonzentration. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Biokonzentration und die Bioakkumulation zu messen und zu bewerten. Einige der verwendeten Methoden umfassen unter anderem den Octanol-Wasser-Verteilungskoeffizienten, den Biokonzentrationsfaktor (BCF), den Biota-Sediment-Akkumulationsfaktor (BSAF), den Bioakkumulationsfaktor (BAF) und den auf der Flüchtigkeit basierenden BCF.

Biokonzentrationsanwendungen

Der Biokonzentrationsfaktor (BCF), der größer als eins ist, ist ein Hinweis darauf, dass lipophile oder hydrophobe Chemikalien vorhanden sind. Dies ist ein Hinweis auf die Wahrscheinlichkeit einer Bioakkumulation eines Stoffes. Diese lipophilen Substanzen haben eine hohe Affinität zu Lipiden, so dass sie sich in Geweben ansammeln können, die im Gegensatz zu wässrigen Umgebungen wie Cytosol einen hohen Anteil an Fetten aufweisen. Bei der Vorhersage der chemischen Verteilung in der Umgebung werden wissenschaftliche Modelle verwendet, die wiederum die Vorhersage des biologischen Schicksals lipophiler Chemikalien ermöglichen. Ein solches Modell ist das Equilibrium Partitioning Model, das ein Szenario eines stationären Zustands voraussetzt, und das Schicksal einer Substanz in einem System wird modelliert, um eine Vorhersage von Konzentrationen und Endpunktphasen zu erhalten. Andere wissenschaftliche Modelle sind unter anderem Fugacity-Modelle und Food-Web-Modelle.

Biokonzentration: Anwendungen in der Toxikologie

Biokonzentrationsfaktoren ermöglichen die Vorhersage des Verschmutzungsgrades von Organismen in Abhängigkeit von der chemischen Konzentration des umgebenden Wassers. Biokonzentrationsfaktoren berücksichtigen den Metabolismus nicht explizit und müssen daher in den Modellen in anderen Stadien durch Eliminierungs-, Aufnahme- oder Abbaugleichungen für die betreffenden Organismen berücksichtigt werden. Neben der Vorhersage umfasst eine andere Anwendung von Biozentrationsfaktoren die Körperbelastung, die die Gesamtmenge einer Chemikalie im Körper eines Organismus beschreibt.

Biologische Faktoren

Für das Auftreten einer Biokonzentration sind biologische Faktoren von entscheidender Bedeutung, und es besteht ein Wettbewerb zwischen der Expositionsrate eines Organismus durch Atemflächen und der Ausscheidungsrate, bei der es sich um einen chemischen Verlust handelt. Das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen eines Organismus kann die Aufnahmerate von Substanzen aus dem umgebenden Wasser bestimmen. Der Hauptfaktor, der die Werte der Biokonzentrationsfaktoren beeinflusst, ist die betreffende Art, da er die biologischen Faktoren festlegt, die die Biokonzentration verändern.

Umgebungsparameter

Einige Umweltfaktoren beeinflussen die Biokonzentration. Die Qualität des Wassers kann die Bioverfügbarkeit beeinflussen. Schadstoffe und natürlicher Partikelgehalt können sich an Partikel binden, die in Wasser gefunden werden, und die Aufnahme kontaminierter Partikel durch den Organismus behindern. Temperaturänderungen wirken sich auch auf die Bioenergetik und die Stoffwechselumwandlung aus. Eine Änderung des pH-Werts, die durch Temperaturänderungen beeinflusst wird, beeinflusst die Bioverfügbarkeit ionischer Verunreinigungen.

Auswirkungen von Biokonzentration und Bioakkumulation auf das aquatische Ökosystem

Die langfristigen Auswirkungen von Bioakkumulation und Biokonzentration sind eine Verringerung der Wildtierpopulation und eine Schädigung von Organismen. Wenn Schwermetalle wie Quecksilber, Cadmium und Blei an Zellwände binden, besteht die Gefahr, dass die Zelloberflächen zerstört werden und der Stoffwechsel in einigen Fällen zum Tod führt. Laut einer Studie von 2001 über die Auswirkungen von Silber auf das Zooplankton führt die Metalltoxizität zu Problemen im Fortpflanzungssystem. Die Studie ergab, dass die Anzahl der Eier sank und die Entwicklung der Eierstöcke gestört war. Eine 2015 durchgeführte Studie zur Bioverfügbarkeit und Toxizität von Metallen in Süßwasser ergab, dass cadmiumexponierte Fische im Zytoplasma grobe Körnchen aufwiesen. Eine weitere Beobachtung waren erweiterte Blutgefäße in den meisten Därmen der Fische.

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