Bioaccumulation assessment of superhydrophobic substances

Abstract

Biokonzentrationstests mit dem Süßwasserflohkrebs Hyalella azteka (HYBIT) wurden als Alternative zu Fischtests vorgeschlagen, und die entsprechenden experimentellen BCF Werte zeigen vielversprechende Korrelationen. Ob der HYBIT-Test auch für stark hydrophobe Chemikalien wie die UV-Stabilisatoren UV-234 und UV-329 geeignet ist, ist unklar. Um abzuschätzen, in welchem Bereich die Aufnahmeratenkonstante k1 für diese Substanzen zu erwarten wäre, wurde in dieser Arbeit ein Vorhersagemodell für k1 in H. azteka entwickelt. Experimentelle Literaturwerte erscheinen im Rahmen der gegebenen Unsicherheiten gegenüber den vorhergesagten Werten plausibel, für eine abschließende Validierung sind jedoch weitere experimentelle Daten erforderlich. Die wichtigsten Unsicherheitsfaktoren für die Vorhersage sind die Unsicherheit der Bestimmung des Octanol/Wasser-Verteilungskoeffizienten und die Bindung der Chemikalie an organisches Material in Wasser (TOC). Im Vergleich zu Fisch-Tests erscheint HYBIT für superhydrophobe Substanzen vielversprechend, nicht nur wegen der experimentellen Vorteile wie kleineren Versuchseinheiten. Dem Modell zufolge profitiert die Messung in H. azteka (ohne Metabolismus) von einer tendenziell höheren Depurationsratenkonstante k2 als im Fisch, was die Zeit bis zum Steady State verkürzen sollte. Dennoch sind für H. azteka laut Modellierung im superhydrophoben Bereich Zeiten bis zum Steady State zu erwarten, die weit über den Standardtestzeiten (bis zu Monaten) liegen. Die Verwendung des BCF als Bewertungskriterium für die Bioakkumulation von superhydrophoben Stoffen ist jedoch grundsätzlich fragwürdig. Bei superhydrophoben Substanzen führt die Einführung von Kot als zusätzlichen Ausscheidungsweg, ohne die in der Realität damit gekoppelte Aufnahme kontaminierter Nahrung, dazu, dass auch ohne Metabolismus oder Wachstum die BCF-Werte mit steigendem Kow sinken, was so nicht zu erwarten wäre unter realen Umständen. Quelle: Forschungsbericht

Bioconcentration tests with the freshwater amphipod Hyalella azteca (HYBIT) have been proposed as alternatives to fish tests, and the respective experimental BCF values show promising correlations. It is unclear whether the HYBIT test is also suitable for highly hydrophobic chemicals, such as UV stabilizers UV-234 and UV-329. In order to estimate the range in which the uptake rate constant k1 would be expected for these substances, a prediction method for k1 in H. azteca was developed in this work. As a result, we found that the experimental literature values appear plausible compared to the predicted values within the given uncertainties, however, more experimental data is needed for a conclusive validation. The main uncertainties for the prediction are the uncertainty of the determination of the octanol/water partition coefficient and the chemicalâ€Ìs binding to organic matter in water (TOC). Compared to fish tests, HYBIT seems promising for superhydrophobic substances, not only because of the experimental advantages such as smaller experimental units. According to the model, measurement (in the absence of metabolism) will benefit from a tendencially higher depuration rate constant k2 in H. azteca than in fish, which would shorten the time to steady state. Nevertheless, for H. azteca, according to the modeling, the required times till steady state in the superhydrophobic range are to be expected far longer than standard test durations (up to months). However, the use of the BCF as an evaluation criterion for the bioaccumulation of superhydrophobic substances is conceptually questionable. For superhydrophobic substances, the introduction of feces as an additional elimination path, without the parallel intake of contaminated food as would be realistic, has the effect that even without metabolism or growth, the BCF values decrease with increasing Kow, which would not be expected under real circumstances. Quelle: Forschungsbericht

Bioconcentration tests with the freshwater amphipod Hyalella azteca (HYBIT) have been proposed as alternatives to fish tests, and the respective experimental BCF values show promising correlations. It is still unclear whether the HYBIT test is also suitable for highly hydrophobic chemicals, such as the UV stabilizers UV-234 and UV-329. In order to estimate the range in which the uptake rate constant k1 would be expected for these substances, a prediction method for k1 in H. azteca was developed. As a result, experimental literature values appear plausible compared to the predicted values within the given uncertainties. The main uncertainties for the prediction are the uncertainty of the determination of the octanol/water partition coefficient and the chemical’s binding to organic matter in water (TOC). Compared to fish tests, HYBIT seems promising for superhydrophobic substances, not only because of the experimental advantages such as smaller experimental units.