Feminisering af hanfisk i ferskvandsmiljøet og det marine vandmiljø

Feminisering af hanfisk er i dag blevet observeret i en række lande over hele verden. Denne form for hormonforstyrrelser er blevet set hos både en række ferskvands- og saltvandsfisk, skønt det oftest er set blandt ferskvandsarter.

Feminiseringerne tilskrives en udledning af naturlige og syntetiske østrogener samt østrogene stoffer til det akvatiske miljø via spildevand.

Tegnene på feminisering af hanfisk er generelt en produktion af blommeproteinet, vitellogenin - en markør for østrogen eksponering, samt udvikling af intersex, en unormal form for tvekønnethed, hvor hannerne udvikler ægceller i testiklerne.

De værste tilfælde af feminisering, hvad angår både forekomst og grad af fænomenet, er set i England, mens en mindre hyppig udbredelse er set i øvrige lande – herunder Danmark.

Man skal være opmærksom på, at kort-tids-eksponeringsforsøg for stofferne under mistanke ikke nødvendigvis giver et korrekt estimat af risikoen for vilde populationer af fisk, som lever hele deres liv i spildevandsbelastede vandløb.

De østrogene komponenter i spildevand

En kombination af cellebaserede in vitro analysemetoder samt kemiske analyser af spildevand har verificeret og kvantificeret den østrogene aktivitet af spildevand i en række lande. Disse analyser har også demonstreret, at naturlige østrogener, 17ß-estradiol og østron, samt det syntetiske østrogen, ethinylestradiol, som anvendes i p-piller er sandsynlige kilder til nogle af de observerede forstyrrelser hos fisk fra spildevandsbelastede floder. I enkelte tilfælde er de østrogene kemikalier, alkylphenoler, også blevet antaget at være medansvarlige kandidater.

I de fleste undersøgelser gør forekomsten af de nævnte stoffer fuldt ud rede for spildevandets samlede østrogenicitet.

Østrogenkoncentrationer i spildevand og overfladevand

De tre naturlige østrogener, 17ß-estradiol, østron og østriol er globalt blevet detekteret henholdsvis i spildevand i koncentrationerne < 0,1 – 88 ng/l, (typisk 1 – 10 ng/l), < 0,1 – 220 ng/l (typisk 5 – 20) og < 0,1 – 42 ng/l. Ethinylestradiol er blevet fundet i koncentrationerne < 0,053 – 62 ng/l (typisk under 1 eller sjældent over 10 ng/l).

I overfladevand er østrogenerne fundet i koncentrationerne 0.05 – 15.5 ng estradiol/l, < 0,1 – 17 ng estrone/l, < 0,1 – 3.4 ng estriol/l og < 0,053 – 30,8 ng ethinylestradiol/l med typiske koncentrationer under 5 ng/l for estradiol og østron og under 1 ng/l for ethinylestradiol.

Østrogeners skæbne i det vandige miljø

Ethinylestradiol er mere persistent end de naturlige østrogener både i vand og sediment. Gennemsnitlige halveringstider for estradiol og østron i vand er blevet fastsat til henholdsvis 2,8 og 3,0 dage. Ethinylestradiol har en 10 gange så lang halveringstid som estradiol. I anaerobt sediment omdannes estradiol hurtigt til østron, men både østron og ethinylestradiol har meget lav nedbrydelighed i sediment og akkumulerer muligvis.

Forekomst og skæbne af alkylphenoler og bisphenol A i spildevand og overfladevand

Nogle af de mere potente østrogene kemikalier, som kan udledes med spildevand, er alkylphenolerne, nonylphenol og octylphenol, samt bisphenol A. Nonylphenol og octylphenol er i spildevand generelt blevet fundet i koncentrationer under 10 µg/l og i overfladevand i koncentrationer under 1 µg/l, skønt der er få eksempler på koncentrationer over 300 µg/l i spildevand og 600 µg/l i overfladevand. Bisphenol A er sjældent fundet over 1 µg/l i hverken spildevand eller overfladevand. Både alkylphenoler og bisphenol A har et stort potentiale for at akkumulere i sedimentet.

Laveste effektkoncentrationer for feminisering med østrogener, alkylphenoler og bisphenol A

Laboratorieforsøg har for 17ß-estradiol fundet en lavest effektkoncentration for induktion af vitellogenin på 5 ng/l og for induktion af intersex på 10 ng/l. En række andre effekter på det hanlige reproduktionssystem er set ved koncentrationer mellem 10 og 50 ng/l.

Østron har samme eller lidt lavere østrogen potensitet sammenlignet med estadiol, og den laveste effekt koncentration for vitellogenin og intersex induktion hos hanner med østron er henholdsvis 30 og 10 ng/l. Der er kun lidt viden om potensiteten af østriol hos fisk men in vivo er det tilsyneladende 100 gange mindre østrogent end 17ß-estradiol.

Ethinylestradiol er mere potent end de naturlige østrogener med hensyn til at fremkalde feminiserende effekter hos hanfisk. Vitellogeninproduktion og intersex i hanner er blevet induceret med 0,1 ng/l, og kønsratio er ændret mod hunner med en eksponering for 0,6 ng/l. En række andre testikeleffekter er set ved koncentrationer under 10 ng/l.

Nonylphenol, oktylphenol og bisphenol A har en lavere østrogenicitet end de naturlige og syntetiske østrogener. Induktion af vitellogenin kan forekomme ved en eksponering for 5 µg/l nonylphenol eller octylphenol, og intersex, ændret kønsratio og andre effekter ved nonylphenol-koncentrationer mellem 30 og 100 µg/l. Forstyrrelser i det hanlig reproduktionssystem er set ved 2 µg/l oktylphenol. Bisphenol A kan fremkalde effekter ved koncentrationer mellem 10 og 40 µg/l.

Sammenhæng mellem lavest effektkoncentration for østrogenerne/østrogene stoffer og deres forekomst i vandmiljøet

Sammenlignes spildevands- og overfladevandskoncentrationerne af østrogener, alkylphenoler og bisphenol A med den laveste effekt koncentration for reproduktionsforstyrrelser for de enkelte stoffer fremstår det, at koncentrationerne af østradiol, østron, ethinyløstradiol, nonylphenol og octylphenol i nogle tilfælde har været høje nok til at kunne mistænkes for at have fremkaldt feminisering af vilde populationer af fisk. Baseret på den nuværende viden omkring miljømæssig forekomst og østrogene potentiale af østriol er det endnu ikke muligt at estimere bidraget af dette østrogen til de observerede feminiseringer. Bisphenol A er generelt blevet fundet i koncentrationer under den laveste effektkoncentration for inducering af reproduktive effekter.

Hvilke stoffer, der er ansvarlige for den observerede feminisering af fisk i Danmark, er stadig uvist pga. begrænset viden om vandkoncentrationer af østrogener i de danske vandløb.

Under en vurdering af den mulige betydning af østrogener/østrogene stoffer i miljøet på reproduktionssystemet hos fisk skal flere aspekter tage i betragtning. Østrogener og østrogene stoffer i spildevand vil virke additivt, hvorved man nedsætter den koncentration af et enkeltstof, som kræves for at fremkalde effekter. Forskellige arter udviser ikke samme sensitivitet. Timingen af eksponering i forhold til kritiske perioder i fiskens livscyklus er af stor betyding for de resulterende effekter, og gentagende eksponering for høje koncentrationer af østrogner ser ud til at give uforholdsmæssig store effekter.

Effekten af feminisering eller østrogen eksponering for han- og hunfisk’s fertilitet

Der er meget lidt viden om betydningen af de observerede tegn på feminisering for fertilitet og forplantningssucces hos fisk. Observationer blandt intersex skaller i England af en asynkron udvikling af kønsceller hos hanner og hunner pga en forsinket sædcelleudviling samt observationer af nedsat sædvolumen, sædcelledensitet og –motilitet har dog indikeret nedsat fertilitet. Den normale udvikling af ægceller hos hunner var også påvirket. Kontrollerede eksponeringsforsøg med de omtalte enkeltstoffer har også påvist nedsat befrugtningssucces blandt hanner og nedsat gydning af æg blandt hunner.

Påvirkningen af østrogener og østrogene stoffer på reproduktionsevnen kan evt. også være af indirekte karakter via nedsatte energiresourcer til reproduktion.

Kilder til østrogener i spildevand

Den pulje af østrogener, som når renseanlæggene stammer fra menneskets naturlige produktion af østrogener, fra hormon- og østrogenerstatningsterapi og fra indtagelsen af p-piller, som indeholder ethinyløstradiol.

Østrogener udskillles hovedsageligt som vandopløselige konjugater. En estimering af østrogenekskretionen fra mennesker i Danmark har vist, at hovedparten af østrogenerne stammer fra den naturlige produktion, som bidrager med ca. 87 % af den totale ekskretion af østrogener. Ekskretionen fra hormonbehandling er ansvarlig for ca. 12 %, mens ekskretionen af hormoner fra p-piller udgør ca. 1 % af den totale mængde udskilt østrogen.

Den totale udskillelelse pr. døgn af de fire østrogener er estimeret til 36 g østradiol, 69 g østron, 340 g østriol og 3,2 g ethinyløstradiol.

Kilder til alkylphenoler og bisphenol A i spildevand

Alkylphenoler anvendes hovedsageligt i produktionen af andre produkter som f.eks. alkylphenolethoxylater. Alkylphenolethoxylater er relativt nemt nedbrudt til alkylphenoler og derfor vigtige kilder til alkylphenoler i renseanlæg. Der forventes ikke nogen frigivelse af hverken alkylphenoler eller alkylphenolethoxylater fra produktion af sidstnævnte i Danmark.

Nonylphenolfamilien repræsenterer ca. 85 % af alkylphenolmarkedet, og de resterende 15 % formodes at være octylphenol.

Den totale frigivelse af nonylphenolethoxylater til spildevand i Danmark er estimeret til at være mellem 37 og 996 tons pr. år.

Der antages ikke at foregå nogen produktion af bisphenol A i Danmark. Frigivelsen i Danmark forventes derfor udelukkende at stamme fra forarbejdning, brug og bortskaffelse af bisphenol A-holdige materialer. Frigivelsen af bisphenol A til spildevand i Danmark er estimeret til 17 kg pr. år fra PVC-bearbejdning, 256 kg fra PVC-anvendelse og 492 kg fra papirgenbrug.

Østrogeners skæbne i renseanlæg

I tyske renseanlæg er det vist, at konjugerede steroider bidrager til ca. 50 % af steroiderne i indløbsvand og ca. 70 % af steroiderne i udløbsvand. Den totale mængde østrogener (østron, østradiol og ethinyløestradiol) var 25,5 ng/l og 9,3 ng/l i henholdsvis indløbs- og udløbsvand.

Baseret på laboratorieforsøg forventes det, at konjugeret østradiol relativt hurtige dekonjugeres, og at østradiol oxideres til østron, som yderligere elimineres.

Typiske gennemsnitlige fjernelseseffektiviteter for de fire østrogener fra renseanlæggenes vandfase er: 61 ± 38 % østron, 87 ± 9 % østradiol, 96 ± 6 % østriol og 85 ± 14 % ethinyløstradiol. Analyser af glucuronsyrekonjugater blev ikke inkluderet i de pågældende undersøgelser. Biologisk nedbrydning er den vigtigste proces for fjernelse af østrogener i renseanlæg. Reduktion i spildevandets østrogenicitet er også registreret ved primær (sorption til slampartikler) og tertiær rensning.

Alkylphenolers og bisphenol A’s skæbne i renseanlæg

De resulterende produkter fra nedbrydning af alkylphenolethoxylater under aerobe forhold i renseanlæggene er mono- og diethoxylater samt de mere hydrofobe carboxylater og alkylphenoler. Det endelige produkt, alkylphenol, ser ud til at være nedbrydeligt under aerobe forhold. Omdannelsen under anerobe forhold resulterer i produktionen af mono- og diethoxylater og endligt alkylphenoler. Koncentrationerne af alkylphenoler i anaerobt behandlet slam er ofte meget høje.

Gennemsnitlige fjernelseseffektiviteter (vandfasen) for nonylphenolforbindelser på 53 % og 59 % er fundet ved undersøgelse af renseanlæg, hvor der er inkluderet både nonylphenolethoxylater og deres metabolitter incl. mono- og dicarboxylater.

Der er såvidt vides ikke nogen undersøgelser af alkylphenolethoxylaters skæbne i renseanlæg, som inkluderer alle de kendte metabolitter af alkylphenolethoxylater.

Bisphenol A forventes at blive nedbrudt nemt under aerobe forhold i renseanlæg men ikke under anaerobe eller anoxiske forhold. Desuden kan bisphenol A fjernes fra vandfasen ved sorption til slampartikler. Fjernelses effektiviteter fra vandfasen på 47-96 % er blevet fundet i canadiske renseanlæg og 0-~96 % i danske lavteknologianlæg.

Renseanlægstypens betydning for fjernelsen af østrogener/østrogene stoffer

Generelt ser fjernelseseffektiviteten for østrogener og alkylphenolforbindelser ud til at øges og spildevandskoncentrationerne som konsekvens heraf ud til at falde med stigende forbedring af renseanlæggene. For eksemple er en spildevandskoncentration på < 0,1-0,32 ng østradiol/l set i et californisk renseanlæg efter omvendt osmose.

Anvendelse af lav-teknologi renseanlæg i såkaldt åben land kan resultere i relativt høje lokale koncentrationer af østrogener/østrogene stoffer i den akvatiske recipient.

Forskellige drift forhold i renseanlæggene som vand- og slamtilbageholdelsestid, temperatur og belastningsgraden vil have en vigtig betydning for anlæggets effektivitet og dermed på fjernelsen af østrogener og xenoøstrogener. Der gives dog kun lidt information om driftforholdene i de undersøgelser af renseanlæg, som foreligger.

Der er behov for mere viden om østrogener/ østrogene stoffers skæbne i renseanlæg. Der bør udføres højkvalitetsundersøgelser, som er forbundet med samtidig omfattende monitering af renseanlæggets overordnede ydeevne.

Betydningen af avancerede renseprocesser for fjernelseseffektiviteten

Man har undersøgt adskillige avancerede renseprocesser med det mål at nedsætte udledelsen af hormonforstyrrende stoffer. Meget høj fjernelse på > 90 % er opnået med aktiveret kul, mens fjernelse fra 40 – 70 % er set vha. magnetisk ionbytning. Undersøgelser af ozonbehandling har vist lovende resultater angående fjernelse af hormonforstyrrende stoffer.

Mulige ikke-spildevandsrelaterede kilder til østrogener i det akvatiske miljø

Andre kilder til østrogener i miljøet udover spildevand kan evt. være udbringelse af gylle fra husdyr og slam fra renseanlæg. Man ved dog endnu for lidt til at vurdere disse kilders mulige bidrag via drænvand til den østrogene aktivitet i overfladevand.