| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Udledning af miljøfarlige stoffer med spildevand

Bilag B:
Vurdering af samvirkende effekter

Fra gammel tid har man især inden for farmacien interesseret sig for samvirkende effekter af kemiske stoffer i blandinger. I den forbindelse er der udviklet et teoriapparat, som siden har vundet indpas i human- og økotoksikologien. Der skelnes her mellem, om stofferne kan antages at have samme toksikologiske virkemåde, og/eller om stofferne indvirker på hinandens toksicitet (Bliss 1939). Herudfra defineres forskellige typer af samvirkende effekter (tabel B.1), som dog må anses for yderpunkter i et kontinuum af mulige måder, hvorpå stoffer kan virke i blanding. Indtil videre har der været mest fokus på at beskrive samvirkende effekter af stoffer, som ikke påvirker hinanden, men som er enten ensvirkende (simpelt ensvirkende stoffer) eller forskelligt virkende (uafhængigt virkende stoffer).

Tabel B.1
Typer af samvirkende effekter af stoffer i blanding (efter Bliss 1939)

Hvis stoffer har samme toksikologiske virkemåde og ikke indvirker på hinanden, vil den samlede effekt af flere stoffer kunne beskrives ved summen af dosis af de enkelte stoffer, idet der dog tages hensyn til eventuelle forskelle i potens. Dosis er igen afhængig af den eksterne eksponeringskoncentration (f.eks. koncentration i vand i akvatiske test), idet der dog her ydermere kan være forskelle i stoffernes biotilgængelighed. Toksicitetsbidraget (Toxic Unit - TU_i) fra hvert enkelt stof kan for eksempel beregnes som forholdet mellem stofkoncentrationen (c_i) og stoffets nul-effekt koncentration (Predicted No Effect Concentration - PNEC_i). I tilfælde af koncentrationsadditivitet kan den samlede toksicitet således beregnes som summen af de enkelte stoffers toksicitetsbidrag (S TU_i). Hvis S TU_i > 1, vil der kunne forventes toksiske effekter af en længerevarende eksponering.

Hvis stoffer er forskelligt og uafhængigt virkende, kan den samvirkende effekt beskrives ved begrebet effektaddition. Forudsætningen for dette er, at stofferne hver for sig er til stede i så høje koncentrationer, at de kan resultere i en toksisk effekt på en gruppe forsøgsorganismer. Den samlede effekt vil afhænge af, om der er korrelation mellem enkeltindividernes følsomhed over for stofferne. Hvis der ikke er nogen korrelation mellem individernes følsomhed, dvs. at det er tilfældigt, hvilke individer i gruppen der er mest følsomme, vil den samlede effekt svare til summen af effekterne af de enkelte stoffer fratrukket bidraget, der svarer til den overlappende del af populationen (idet en forsøgsorganisme jo kun kan dø eller påvirkes én gang). Hvis der er en positiv korrelation mellem individernes følsomhed, dvs. at det er de samme individer, der er mest følsomme over for de toksiske stoffer, vil den samlede effekt svare til effekten af det mest toksiske stof. Hvis der modsat er en negativ korrelation, dvs. at forskellige individer er mest følsomme over for de toksiske stoffer, vil den samlede effekt svare til summen af effekterne af de enkelte stoffer. Disse typer af samvirkende effekter er opsummeret i tabel B.2 for samvirkende effekter af to stoffer (A og B), hvor P_mix betegner det samlede respons, og P_A og P_B betegner effekten af hver af de to stoffer.

Tabel B.2
Effektaddition ved forskellige korrelationer for samvirkende effekter af 2 stoffer (A og B)

Den samlede effekt af to uafhængigt virkende stoffer i tilfældet, hvor der ikke er korrelation mellem forsøgsorganismernes følsomhed, kan illustreres ved et par eksempler (se boks B.1).

Boks B.1
Eksempler på samvirkende effekt af 2 uafhængigt virkende stoffer

Nogle stoffer vil dog kunne indvirke på hinanden og dermed kunne påvirke hinandens toksicitet. I sådanne tilfælde kan der forekomme antagonistiske eller synergistiske effekter, hvor den samlede effekt er henholdsvis mindre eller større end hvad der kan forventes ud fra ovennævnte additionsprincipper. Ofte er der i sådanne tilfælde tale om, at stofferne gennem deres indvirken på hinanden påvirker (hæmmer eller forøger) den biologiske tilgængelighed. Sådanne forhold er kun sparsomt beskrevet i litteraturen, men der findes dog enkelte, kendte kombinationer, som medfører synergistiske effekter. Som eksempler kan nævnes toksiciteten af blandinger af stoffer i råolie over for en bakteriekultur og levertoksicitet af en blanding af ethanol og tetrachlorkulstof.

De fleste undersøgelser af kombinationseffekter er foretaget med få stoffer i høje koncentrationer eller doser for herigennem at opnå en signifikant, målelig effekt på forsøgsorganismen i løbet af det forholdsvis korte tidsrum, som sådanne undersøgelser varer. Denne situation er væsentligt forskellig fra de konkrete miljøforhold, hvor miljøets organismer som regel eksponeres for et relativt stort antal stoffer i lave koncentrationer, men i relativt lang tid. Man er derfor nødt til at tage hensyn til de anderledes forhold, når der foretages risikovurdering af komplekse blandinger. Der kan her tages udgangspunkt i de forhold ved stofferne, der betinger deres toksiske effekter.

Organiske stoffer kan virke toksiske både på grund af deres generelle opløselighed i fedt og på grund af tilstedeværelsen af reaktive eller specifikt virkende kemiske grupper i molekylet. Alle organiske stoffer har naturligt en vis opløselighed i fedt (lipofilicitet), som i store træk kan beskrives ved deres oktanol-vand fordelingskoefficient (log K_ow). Denne egenskab betinger både deres potentielle cellemembranskadende effekt i akvatiske organismer og deres potentielle tilgængelighed for optag og fordeling i organismer og udgør herved en "basistoksicitet". Herudover kan stofferne også indeholde visse reaktive eller specifikt toksisk virkende grupper, hvorved de vil have en ekstra toksicitet ud over basistoksiciteten. Denne ekstra toksicitet kan have en betydelig størrelse resulterende i effektkoncentrationer, der kan være op til 10.000 gange lavere end basistoksiciteten (Bol et al. 1993). I nogle tilfælde vil der være tale om tærskelværdier, som skal overskrides, før den toksiske effekt udtrykkes. Ved lavere doser eller koncentrationer kan organismen opretholde normale forhold gennem regulerende mekanismer (homeostasis). Generelt regner man med, at omkring 50% af alle organiske kemiske stoffer har en toksicitet, der ikke overstiger basistoksiciteten (Bol et al. 1993).

Effekten af mange stoffer i komplekse blandinger er blevet beskrevet teoretisk for membranskadende stoffer af Warne & Hawker (1995) ved den såkaldte "funnel" (tragt) hypotese. De viser ud fra en teoretisk beskrivelse af organiske stoffers opløsning i cellemembraner, at den membranopløsende effekt vil være stort set koncentrationsadditiv, når der er tale om et relativt stort antal stoffer (f.eks. >10) i lave koncentrationer. Dette bekræftes endvidere af et praktisk eksempel baseret på toksicitetsdata fra akvatiske test af et større antal stoffer, hvoraf de fleste blev antaget kun at have en basistoksicitet.

Hvilken betydning har disse forhold så for toksiciteten af komplekse blandinger? I første omgang må man forvente, at den del af stoffernes toksicitet, som knytter sig til stoffets lipofilicitet, vil være additiv og dermed korreleret til den samlede dosis eller koncentration. Herudover vil toksiciteten af de stoffer, der har samme reaktive eller specifikke virkemåde formodentlig også være additiv og korreleret til den samlede dosis eller koncentration (Cassee et al. 1998, Calamari & Vighi 1992), idet der dog her kan være en tærskelværdi, som skal overskrides, før den toksiske effekt indtræder.

For stoffer med forskellige virkemekanismer vil den samlede toksicitet formodentlig kunne estimeres som summen af de forventede effekter knyttet til hver enkelt virkemekanisme. Da man i praksis kun kan forvente et begrænset antal toksikologiske virkemekanismer, vil sandsynligheden, for at der optræder stoffer med samme virkemåde i blandinger med mange stoffer, være stigende med et stigende antal stoffer.

Det kan derfor forventes, at de fleste stoffer i blandinger med mange stoffer bidrager til additive effekter, og den samlede dosis eller koncentration vil formodentlig være styrende for den samlede toksicitet. Eller med andre ord, jo flere stoffer der findes i en kompleks blanding, jo mere vil den samvirkende toksicitet kunne beskrives som en sum af de enkelte stoffers toksicitetsbidrag beregnet ud fra hvert enkelt stofs koncentration eller dosis. Dette vil gælde, så længe de enkelte toksicitetsbidrag er små. Hvis et eller flere stoffer bidrager markant til den samlede toksicitet, dvs. at deres toksicitetsbidrag er større end for eksempel 10%, vil disse stoffers indflydelse på blandingens toksicitet være så stor, at specifikt toksiske effekter vil kunne slå markant igennem.

Generelt må vi således ud fra den nuværende viden vurdere, at der i langt de fleste tilfælde ikke vil forekomme synergistiske effekter af kemiske stoffer i blanding i lave koncentrationer (Cassee et al. 1998). Det vil derfor være et realistisk til konservativt udgangspunkt at regne med additive effekter (koncentration/dosis additivitet eller effektadditivitet afhængigt af toksikologisk virkemåde). Som nævnt må der regnes med dosis- eller koncentrationsadditivitet for stoffer, der kun kan forventes at have en basistoksicitet. Også ved beregning af den samlede toksicitet af blandinger af stoffer med samme toksikologiske virkemekanisme må der regnes med dosis- eller koncentrationsadditivitet.

Efter udledning og efterfølgende opblanding af komplekst spildevand i fortyndingszonen vil de udledte stoffer typisk findes i relativt lave koncentrationer. Det må derfor konkluderes, at i dette tilfælde vil den samlede toksicitet kunne estimeres ud fra en antagelse om, at den er dosis- eller koncentrationsadditiv. Dette vil oftest være en konservativ antagelse, idet sammenligninger af målte og beregnede toksiciteter af blandinger typisk viser, at den faktiske toksicitet af blandingen er lavere end beregnet. Muligheden for at anvende de beskrevne principper i praksis til vurdering af komplekst spildevand vil dog være begrænset af manglende identifikation af alle betydende stoffer samt mangel på data vedrørende de identificerede stoffers miljøegenskaber.