Persistente, bioaccumulerende en giftige stoffen

Persistente organische verontreinigende stoffen (POP's) stonden centraal in het Verdrag van Stockholm van 2001 vanwege hun persistentie, hun vermogen tot biomagnificatie en de bedreiging voor zowel de menselijke gezondheid als het milieu. Het doel van het Verdrag van Stockholm was om de classificatie van POP's vast te stellen, maatregelen te treffen om de productie/het gebruik van POP's te elimineren en de juiste verwijdering van de verbindingen op een milieuvriendelijke manier te bewerkstelligen. ^[2] Momenteel is de meerderheid van de wereldgemeenschap actief betrokken bij dit programma, maar enkelen verzetten zich nog steeds, met name de VS

Net als de POP-classificatie werd de PBT-classificatie van chemicaliën in 1997 ontwikkeld door de Great Lakes Binational Toxic Strategy (GLBNS). Ondertekend door zowel de VS als Canada, classificeerde de GLBNS PBT's in een van de twee categorieën, niveau I en niveau II. ^[3] PBT's van niveau I hebben de hoogste prioriteit en bevatten momenteel, vanaf 2005, 12 verbindingen of klassen van verbindingen. ^[3]

Niveau I PBT's (GLBNS)

• Kwik
• Polychloorbifenylen PCB 's)
• Dioxines / furanen
• Benzo(a)pyreen (BaP)
• Hexachloorbenzeen (HCB)
• Alkyl-lood
• Pesticiden
  • Mirex
  • Dieldrin / aldrin
  • chloordaan
  • Toxafeen
• Octachloorstyreen

De GLBNS wordt beheerd door de US Environmental Protection Agency (USEPA) en Environment Canada . ^{[3] In} navolging van de GLBNS werd de Multimedia Strategy for Priority Persistent, Bioaccumulative and Toxic Pollutants (PBT-strategie) opgesteld door de USEPA. ^[3] De PBT-strategie heeft geleid tot de implementatie van PBT-criteria in verschillende regelgevende beleidslijnen. Twee belangrijke beleidslijnen die door de PBT-strategie werden gewijzigd, waren de Toxics Release Inventory (TRI), die strengere chemische rapportage vereiste, en het New Chemical Program (NCP) onder de Toxics Substances Control Act (TSCA), die screening op PBT's en PBT-eigenschappen vereiste. ^[3]

Algemeen

PBT's zijn een unieke classificatie van chemicaliën die wereldwijd een impact hebben en zullen blijven hebben op de menselijke gezondheid en het milieu. De drie belangrijkste kenmerken van een PBT (persistentie, bioaccumulerend en toxisch) spelen elk een grote rol in het risico van deze verbindingen. ^[1]

volharding

PBT's kunnen een hoge milieumobiliteit hebben in vergelijking met andere verontreinigingen, voornamelijk vanwege hun weerstand tegen afbraak (persistentie). Hierdoor kunnen PBT's heinde en verre reizen, zowel in de atmosfeer als in waterige omgevingen. Door de lage afbraaksnelheden van PBT's kunnen deze chemicaliën worden blootgesteld aan zowel biotische als abiotische factoren terwijl een relatief stabiele concentratie behouden blijft. Een andere factor die PBT's bijzonder gevaarlijk maakt, zijn de afbraakproducten die vaak relatief net zo giftig zijn als de moederverbinding. Deze factoren hebben geleid tot wereldwijde besmetting die het meest opvallend is in afgelegen gebieden zoals de arctische en hooggelegen gebieden die ver verwijderd zijn van enige bron van PBT's. ^[3]

Bioaccumulatie en biomagnificatie

Het bioaccumulerende vermogen van PBT's volgt met het persistentie-attribuut door de hoge weerstand tegen afbraak door biotische factoren, vooral bij organismen. Bioaccumulatie is het gevolg van een snellere opname van een giftige stof dan een verwijdering uit een organisme. Voor PBT's wordt dit voornamelijk veroorzaakt door een resistentie tegen afbraak, biotisch en abiotisch. PBT's zijn meestal zeer onoplosbaar in water, waardoor ze organismen sneller kunnen binnendringen via vetten en andere niet-polaire gebieden op een organisme. Bioaccumulatie van een giftige stof kan leiden tot biomagnificatie via een trofisch web, wat heeft geleid tot enorme bezorgdheid in gebieden met een bijzonder lage trofische diversiteit . Biomagnificatie resulteert in hogere trofische organismen die meer PBT's accumuleren dan die met lagere trofische niveaus door consumptie van de met PBT besmette lagere trofische organismen. ^[3]

Toxiciteit

De toxiciteit van deze klasse van verbindingen is hoog met zeer lage concentraties van een PBT die nodig zijn om een ​​effect op een organisme teweeg te brengen in vergelijking met de meeste andere verontreinigingen. Door deze hoge toxiciteit en de persistentie kan PBT schadelijke effecten hebben in afgelegen gebieden over de hele wereld waar geen lokale bron van PBT's is. De bioaccumulatie en vergroting samen met de hoge toxiciteit en persistentie hebben het vermogen om trofische systemen, met name de hogere trofische niveaus, wereldwijd te vernietigen en/of onherstelbaar te beschadigen. Het is deze reden dat PBT's een aandachtsgebied zijn geworden in de mondiale politiek. ^[3]

Specifieke toxische stoffen

PCB's

Historisch gezien werden PCB's op grote schaal gebruikt voor industriële doeleinden zoals koelvloeistoffen , isolatievloeistoffen en als weekmaker . Deze verontreinigingen komen zowel door gebruik als door verwijdering in het milieu terecht. Vanwege de grote bezorgdheid van de publieke, juridische en wetenschappelijke sectoren die erop wijzen dat PCB's waarschijnlijk kankerverwekkend zijn en mogelijk een nadelige invloed hebben op het milieu, werden deze verbindingen in 1979 in de Verenigde Staten verboden. ^[4] Het verbod omvatte het gebruik van PCB's in niet-ingesloten bronnen, zoals kleefstoffen, brandvertragende weefselbehandelingen en weekmakers in verven en cement. ^[4] Volledig gesloten containers zoals transformatoren en condensatoren zijn vrijgesteld van het verbod. ^[4]

De opname van PCB's als een PBT kan worden toegeschreven aan hun lage oplosbaarheid in water, hoge stabiliteit en semi-vluchtigheid, wat hun transport over lange afstand en accumulatie in organismen vergemakkelijkt. ^[5] De persistentie van deze verbindingen is te wijten aan de hoge weerstand tegen oxidatie, reductie, toevoeging, eliminatie en elektrofiele substitutie. ^[6] De toxicologische interacties van PCB's worden beïnvloed door het aantal en de positie van de chlooratomen, zonder orthosubstitutie worden ze coplanair genoemd en alle andere als niet-coplanair. ^[5] Niet-coplanaire PCB's kunnen neurotoxiciteit veroorzaken door te interfereren met intracellulaire signaaltransductie die afhankelijk is van calcium. ^[7] Ortho-PCB's kunnen de hormoonregulatie veranderen door verstoring van het schildklierhormoontransport door binding aan transthyretine. ^[8] Coplanaire PCB's zijn vergelijkbaar met dioxinen en furanen, beide binden aan de arylkoolwaterstofreceptor (AhR) in organismen en kunnen dioxine-achtige effecten uitoefenen, naast de effecten die worden gedeeld met niet-coplanaire PCB's. ^{[9] [10]} De AhR is een transcriptiefactor, daarom kan abnormale activering de cellulaire functie verstoren door gentranscriptie te veranderen. ^{[9] [10]}

Effecten van PBT's kunnen zijn: toename van ziekte, laesies in benthische feeders, verlies van paaien, verandering in leeftijdsgestructureerde vispopulaties en weefselverontreiniging bij vissen en schaaldieren. ^{[11] [12]} Mensen en andere organismen, die schaaldieren en/of vissen consumeren die besmet zijn met persistente bioaccumulerende verontreinigende stoffen, hebben het potentieel om deze chemicaliën te bioaccumuleren. ^[2] Hierdoor kunnen deze organismen het risico lopen op mutagene, teratogene en/of kankerverwekkende effecten. ^{[2] Er zijn} verbanden gevonden tussen verhoogde blootstelling aan PCB-mengsels en veranderingen in leverenzymen, hepatomegalie en dermatologische effecten zoals huiduitslag zijn gemeld. ^[5]

DDT

Een zorgwekkend PBT omvat DDT (dichloordifenyltrichloorethaan), een organochloor dat tijdens de Tweede Wereldoorlog veel werd gebruikt als insecticide om soldaten te beschermen tegen malaria die door muggen werd overgebracht. ^[2] Vanwege de lage kosten en lage toxiciteit voor zoogdieren begon het wijdverbreide gebruik van DDT voor landbouwkundige en commerciële redenen rond 1940. Het overmatige gebruik van DDT leidde echter tot insectentolerantie voor de chemische stof. Er werd ook ontdekt dat DDT een hoge toxiciteit had voor vissen. DDT werd in 1973 in de VS verboden vanwege het bouwen van bewijs dat DDT's stabiele structuur, hoge vetoplosbaarheid en lage metabolisme ervoor zorgden dat het bioaccumuleerde bij dieren. ^[13] Hoewel DDT in de VS verboden is, produceren en gebruiken andere landen zoals China en Turkije het nog steeds vrij regelmatig via Dicofol , een insecticide dat DDT als onzuiverheid bevat. ^[14] Dit voortgezette gebruik in andere delen van de wereld is nog steeds een wereldwijd probleem vanwege de mobiliteit en persistentie van DDT.

Het eerste contact van DDT is op vegetatie en bodem. Vanaf hier kan de DDT vele routes afleggen, bijvoorbeeld wanneer planten en vegetatie worden blootgesteld aan de chemische stof om te beschermen tegen insecten, kunnen de planten deze opnemen. Dan kunnen deze planten ofwel door mensen of andere dieren worden geconsumeerd. Deze consumenten nemen de chemische stof binnen en beginnen de giftige stof te metaboliseren, waardoor ze meer accumuleren door inname en gezondheidsrisico's opleveren voor het organisme, hun nakomelingen en eventuele roofdieren. Als alternatief kan de opname van de besmette plant door insecten leiden tot tolerantie door het organisme. Een andere route is de chemische stof die door de bodem reist en in het grondwater en in de menselijke watervoorziening terechtkomt. ^[15] Of in het geval dat de bodem zich in de buurt van een bewegend watersysteem bevindt, kan de chemische stof terechtkomen in grote zoetwatersystemen of in de oceaan waar vissen een hoog risico lopen op de toxicologische effecten van DDT. ^[16] Ten slotte is de meest gebruikelijke transportroute de verdamping van DDT in de atmosfeer, gevolgd door condensatie en uiteindelijk neerslag waar het vrijkomt in omgevingen waar dan ook op aarde. ^[17] Door het langeafstandstransport van DDT zal de aanwezigheid van deze schadelijke gifstof blijven bestaan ​​zolang het nog ergens wordt gebruikt en totdat de huidige verontreiniging uiteindelijk afbreekt. Zelfs nadat het gebruik ervan volledig is stopgezet, zal het nog vele jaren in het milieu blijven vanwege de aanhoudende eigenschappen van DDT. ^[16]

Eerdere studies hebben aangetoond dat DDT en andere vergelijkbare chemicaliën direct een reactie en effect uitlokten van exciteerbare membranen. ^[18] DDT zorgt ervoor dat membranen zoals zintuigen en zenuwuiteinden herhaaldelijk worden geactiveerd door het vermogen van het natriumkanaal om te sluiten te vertragen en te stoppen met het vrijgeven van natriumionen. De natriumionen polariseren de tegenoverliggende synaps nadat deze is gedepolariseerd door te vuren. ^[19] Deze remming van het sluiten van het natriumionkanaal kan leiden tot een verscheidenheid aan problemen, waaronder een disfunctioneel zenuwstelsel, verminderde motorische vaardigheden/functie/controle, reproductieve stoornissen (eierschaalverdunning bij vogels) en ontwikkelingsstoornissen. Momenteel is DDT bestempeld als een mogelijk carcinogeen voor de mens op basis van onderzoeken naar levertumoren bij dieren. ^[20] DDT-toxiciteit bij mensen is in verband gebracht met duizeligheid, tremoren, prikkelbaarheid en convulsies. Chronische toxiciteit heeft geleid tot neurologische en cognitieve problemen op de lange termijn. ^[21]

Kwik

Anorganisch

Anorganisch kwik (elementair kwik) is minder biologisch beschikbaar en minder toxisch dan dat van organisch kwik, maar is toch giftig. Het komt zowel door natuurlijke bronnen als door menselijke activiteit in het milieu terecht en kan lange afstanden door de atmosfeer afleggen. ^[22] Ongeveer 2.700 tot 6.000 ton elementair kwik komt vrij via natuurlijke activiteit zoals vulkanen en erosie. Nog eens 2.000 – 3.000 ton komt vrij bij menselijke industriële activiteiten zoals kolenverbranding, metaalsmelting en cementproductie. ^[23] Vanwege zijn hoge vluchtigheid en atmosferische verblijftijd van ongeveer 1 jaar, heeft kwik het vermogen om over continenten te reizen voordat het wordt afgezet. Anorganisch kwik heeft een breed spectrum van toxicologische effecten, waaronder schade aan de luchtwegen, het zenuwstelsel, het immuunsysteem en de uitscheidingssystemen bij mensen. ^[22] Anorganisch kwik bezit ook het vermogen om individuen te bioaccumuleren en biomagnificeren via trofische systemen. ^[24]

Biologisch

Organisch kwik is aanzienlijk schadelijker voor het milieu dan zijn anorganische vorm vanwege de wijdverbreide verspreiding en de hogere mobiliteit, algemene toxiciteit en snelheid van bioaccumulatie dan die van de anorganische vorm. Organisch kwik uit de omgeving ontstaat voornamelijk door de omzetting van elementair (anorganisch) kwik via anaërobe bacteriën in gemethyleerd kwik (organisch). ^[25] De wereldwijde distributie van organisch kwik is het resultaat van de algemene mobiliteit van de verbinding, activering via bacteriën en transport door dierlijke consumptie. ^[1] Organisch kwik heeft veel van dezelfde effecten als de anorganische vorm, maar het heeft een hogere toxiciteit vanwege de grotere mobiliteit in het lichaam, met name het vermogen om gemakkelijk door de bloed-hersenbarrière te bewegen. ^[22]

Ecologische impact van Hg

De hoge toxiciteit van beide vormen van kwik (vooral organisch kwik) vormt een bedreiging voor bijna alle organismen die ermee in contact komen. Dit is een van de redenen dat er zoveel aandacht is voor kwik in het milieu, maar nog meer dan de toxiciteit ervan is zowel de persistentie als de atmosferische retentietijden. Door het vermogen van kwik om gemakkelijk te vervluchtigen, kan het de atmosfeer binnendringen en heinde en verre reizen. In tegenstelling tot de meeste andere PBT's die een atmosferische halfwaardetijd hebben tussen 30 min en 7 dagen, heeft kwik een atmosferische verblijftijd van ten minste 1 jaar. ^[26] Deze atmosferische retentietijd, samen met de weerstand van kwik tegen degradatiefactoren zoals elektromagnetische straling en oxidatie, twee van de belangrijkste factoren die leiden tot degradatie van veel PBT's in de atmosfeer, maakt het mogelijk om kwik uit elke bron op grote schaal te transporteren. Dit kenmerk van kwiktransport wereldwijd, samen met zijn hoge toxiciteit, is de redenering achter de opname ervan in de BNS-lijst van PBT's. ^[1]

Japan

Het besef van de nadelige effecten van milieuvervuiling werd openbaar gemaakt door verschillende rampen die wereldwijd plaatsvonden. In 1965 werd erkend dat uitgebreide kwikverontreiniging door de chemische fabriek van Chisso in Minamata, Japan, als gevolg van onjuiste behandeling van industrieel afval, aanzienlijke gevolgen had voor de blootgestelde mensen en organismen. ^[27] Kwik kwam in het milieu terecht als methylkwik (biologisch beschikbare toestand) in industrieel afvalwater en werd vervolgens bioaccumuleerd door schaaldieren en vissen in Minamata Bay en de Shiranui Sea . ^[27] Toen de besmette zeevruchten door de lokale bevolking werden geconsumeerd, veroorzaakte het een neurologisch syndroom, de Minamata-ziekte . ^[27] Symptomen zijn onder meer algemene spierzwakte, gehoorbeschadiging, verminderd gezichtsveld en ataxie. ^[27] De ramp in Minamata heeft bijgedragen tot de wereldwijde bewustwording van de potentiële gevaren van milieuvervuiling en tot de karakterisering van PBT's.

Puget Sound

Ondanks het verbod op DDT 30 jaar eerder en jaren van verschillende inspanningen om Puget Sound te zuiveren van DDT en PCB's, is er nog steeds een significante aanwezigheid van beide verbindingen die een constante bedreiging vormen voor de menselijke gezondheid en het milieu. ^[21] Gewone zeehonden ( Phoca vitulina ), een veel voorkomende mariene soort in het Puget Sound-gebied, zijn de focus geweest van enkele onderzoeken om de effecten van DDT-accumulatie en -vergroting in waterdieren te volgen en te onderzoeken. Een studie heeft om de 4 tot 5 jaar zeehondenpups gemerkt en opnieuw onderzocht om te worden getest op DDT-concentraties. ^[28] Uit de trends bleek dat de pups sterk besmet waren; dit betekent dat hun prooi ook sterk besmet is. ^[28] Vanwege de hoge oplosbaarheid in lipiden van DDT heeft het ook het vermogen om zich op te hopen bij de lokale bevolking die zeevruchten uit het gebied consumeert. Dit vertaalt zich ook naar vrouwen die zwanger zijn of borstvoeding geven, aangezien DDT van moeder op kind wordt overgedragen. ^[21] Risico's voor de gezondheid van zowel dieren als mensen voor DDT zullen een probleem blijven in Puget Sound, vooral vanwege de culturele betekenis van vissen in deze regio.

• persistente organische verontreinigende stof
• vPvB- stoffen (zeer persistente, zeer bioaccumulerende stoffen)