Ekotoxikologie Univerzita Karlova v Praze Přírodovědecká fakulta Katedra analytické chemie RNDr. R. Čabala, Dr. ZS 2006-2013
Vědecké podklady a požadavky Hospodářské prostředí Konflikty zájmů Otázky správné míry ve vztazích mezi vědou, průmyslem a společností: Kolik bezpečnosti a ochrany životního prostředí je zapotřebí? Jaké jsou cíle zákonných norem a jaká je jejich společenská přijatelnost? Jakou roli hrají věrohodnost a spolehlivost pro komunikaci? Současný životní standard - zčásti založen na vysoké spotřebě chemických produktů Trh EU - registrováno asi 100 000 chemikálií (EINECS + ELINCS) 10 000 látek vyráběno v množství nad 10 t/r 20 000 látek vyráběno v množství od 1 do 10 t/r chemikálie tvořící 99% objemu trhu nepodléhají žádným kritériím (eko)toxikologického hodnocení ZS 2006-2013 Ekotoxikologie 2
Bezpečnost a ochrana životního prostředí jako spojnice mezi přírodními vědami, technikou a humanitními vědami Chemie Fyzika Biologie Reakční technika Zpracovatelská technika Automatizace B&OŽP (Bezpečnost a Ochrana Životního Prostředí) - Bilancování - Hodnocení rizik - Integrovaný vývoj Toxikologie Vědy o životním prostředí Ekonomie Sociální a duchovní vědy ZS 2006-2013 Ekotoxikologie 3
Dvojsečnost technického pokroku Energie Surovina Zužitkování Výroba Odpad B&OŽP Produkt Použití Aplikace Účinky Funkce Životní cyklus chemického produku (Life cycle, LC) ZS 2006-2013 Ekotoxikologie 4
Dilema Technický a společenský pokrok zabezpečují materiální blahobyt a bezpečnost ohrožují blahobyt budoucích generací novými technickými a ekologickými riziky Novodobá rizika se odlišují v: prostorovém časovém psychologickém sociálním pohledu od rizik spojených s historicky starším způsobem lidského života: - jsou globální, zasahují celou biosféru - ohrožují současné i budoucí generace do neodhadnutelné budoucnosti - jejich složitost (komplexita) ztěžuje jejich odhalení a lokalizaci jejich zdroje - jsou často nepostřehnutelná - překračují sociální hranice, jelikož se nelze efektivně bránit před všemi riziky ZS 2006-2013 Ekotoxikologie 5
Vývoj, zavádění a používání chemikálií jejich (eko)toxikologické testování je daleko pozadu o tisících registrovaných látek nemáme žádné (eko)toxikologické informace existuje reálné nebezpečí (riziko) jejich nežádoucích negativních účinků na člověka a životní prostředí Nutnost provádění systematického (eko)toxikologického hodnocení všech látek používaných člověkem v rámci principu udržitelného vývoje a prevence Ekotoxikologické hodnocení = ekotoxikologické hodnocení rizika možných škod na zdraví člověka a životního prostředí Úkol ekotoxikologického hodnocení rizika odhad rizika potenciálního nebezpečí, že látka poškodí ŽP, ještě před jejím uvedením na trh Odhad a hodnocení rizika - relativně nové odvětví ekotoxikologie ZS 2006-2013 Ekotoxikologie 6
Bílá kniha EU o chemické politice (13.3.2001) návrh EU komise budoucí chemické politiky založené na principech udržitelného vývoje a prevence zajišťující vysoký stupeň bezpečnosti pro člověka a ŽP politická rozhodnutí musí být činěna na základě prevence, aby bylo zabráněno možným škodám, a to i pokud nejsou známy údaje o druhu a rozsahu možných škod cíle postupně stáhnout z trhu a nahradit ty nejnebezpečnější látky - rakovinotvorné, akumulující se a reprodukčně toxické sběr spolehlivých údajů o látkách jejichž účinky na zdraví člověka a ŽP nejsou známy přenos zodpovědnosti za zkoušky a testy látek ze státu na průmysl nová efektivní strategie testování látek - jak nové, tak i staré látky REACH (Registration, Evaluation and Authorization of Chemicals) ZS 2006-2013 Ekotoxikologie 7
Pojem riziko (R, risk) Chápání rizika v běžné řeči Nebezpečí, hazardní hry, napětí, apod. pozitivní a negativní atributy Technické chápání pojmu riziko pravděpodobnost možné nežádoucí budoucí události Obecně: W f T R f1 2 W pravděpodobnost události T rozsah škod Riziko = pravděpodobnost se kterou se určitá škoda vyskytne Riziko pro ŽP = pravděpodobnost projevu škody v ekosystému exponovaného určitou koncentrací látky Nebezpečí - latentní schopnost způsobit nežádoucí následky; popisuje hrozící škodu, která může nebo nemusí nastat ZS 2006-2013 Ekotoxikologie 8
Pojem riziko Odhad a hodnocení rizik jako prognóza je spojen se zbytkovými nejistotami, které se nedají odstranit stojí často v protikladu subjektivně-intuitivnímu vnímání obyvatelstva obsahuje silný společenský kontext Významnost škod (osobní, věcné, životního prostředí) je založeno na společenském hodnotovém systému, který může být v pluralistickém systému velmi rozdílný Cíl analýzy rizik produktu předvídatelně a systematicky bránit možnému vzniku škod na lidech a životním prostředí způsobených účinkem (celý životní cyklus) chemického produktu Definice společenských cílů ochrany předpoklad vědeckého hodnocení ZS 2006-2013 Ekotoxikologie 9
Cíl ekotoxikologického hodnocení rizik pro ŽP odhal škodlivých účinků na ekosystém při zahrnutí údajů o toxicitě a expozici Hodnocení nebezpečnosti látek - rizika pro ŽP - složeno ze dvou základních procesů: Odhad expozice (exposure assessment) jaké jsou koncentrace v ŽP? hodnoty PEC (Predicted Environmental Concentration) Analýza účinnosti (effect assessment) jaké jsou účinky? hodnoty PNEC (Predicted No-Effect Concentration) ZS 2006-2013 Ekotoxikologie 10
Hodnocení nebezpečnosti chemikálie množství Odhad expozice způsob vstupu do ŽP časový průběh, četnost, prostorové rozprostření chování v ŽP rozšíření, odbourávání, přeměny chemická analytika Analýza účinnosti fyzikálně-chemické vlastnosti toxikologické vlastnosti vztah dávka-účinek ekotoxikologické vlastnosti akutní a chronická toxicita, bioakumulace, vlivy na populace a společenstva Hodnocení nebezpečnosti Pravděpodobnost výskytu Analýza a hodnocení rizik ZS 2006-2013 Ekotoxikologie 11
Schéma průběhu analýzy rizik Praktické aspekty ekotoxikologie - Odhad a hodnocení rizik Základní koncepty analýzy rizika 1. Výchozí stav a data 2. Expoziční analýza 3. Analýza účinků 4. Popis rizik 5. Hodnocení rizik 6. Rizikomanagement 7. Kontrola a sledování (monitoring) ZS 2006-2013 Ekotoxikologie 12
Odhad a hodnocení nebezpečnosti Nebezpečnost chemikálie = schopnost ohrožovat člověka a ŽP díky svým vlastnostem Cíl odhadu nebezpečnosti určení koncentrace látky (PNEC), při němž je poškození člověka a ŽP nepravděpodobné Hodnocení nebezpečnosti zatíženo několika principiálními nejistotami druhová rozdílnost v citlivosti rozdílnost akutních a chronických účinků přenos laboratorních výsledků na ekosystém extrapolační přístup nutnost minimalizace těchto nejistot princip "worst case" bezpečnostní/extrapolační faktory (BF) pro určení hodnot BF neexistuje obecná vědecká metoda - věc společenského konsensu ZS 2006-2013 Ekotoxikologie 13
PNEC a BF BF = f (množství a kvalita ekotoxikologických údajů) PNEC účinnost (NOEC či LOEC) BF Předpoklad BF (OECD, EU) BF (ECETOX) akutní LC 50 pro 1-3 vodní či pozemní organizmy akutní LC 50 pro ryby, členovce, řasy, popř. chronické NOEC pro jednu skupinu 1000 200 100 200 chronické NOEC pro 2 skupiny 50 - chronické NOEC pro ryby, členovce a řasy (3 skupiny) 10 5 Pravidlo: s rostoucím množstvím a kvalitou údajů o ekotoxicitě klesá pravděpodobnost toxicity pro netestované organizmy může tedy klesnout i BF Při nedostatku dat - doporučení OECD - použití metod QSAR pro jejich odhad ZS 2006-2013 Ekotoxikologie 14
QSAR (Quantitative Structure-Activity Relationships) většina výpočtů/odhadů založena na korelaci s lipofilitou (log K ow ) podceňuje toxicitu specificky působících látek nutnost zavedení dalších parametrů do QSAR rovnic pro specifické příspěvky Statistické modely odhadu efektivních koncentrací v ŽP princip: pravděpodobnostní rozdělení citlivostí jednotlivých druhů určení koncentrace látky při níž je určitý podíl (např. 95%) druhů v bezpečí před jejími účinky stále je přítomna zbytková nejistota použití BF ZS 2006-2013 Ekotoxikologie 15
Registrace produku REACH Registration, Evaluation and Authorisation of Chemicals Místo přihlášení k registraci Ministerstvo ŽP Součásti přihlášky: List s bezpečnostními údaji (základ pro management rizik) - bezpečnostní údaje: testy toxicity, chování v životním prostředí, fyzikálně-chemické vlastnosti - rizika a ochranná opatření (R&S-věty) - klasifikace a značení Analýza rizik produktu ZS 2006-2013 Ekotoxikologie 16
Kroky analýzy rizik produktu (1) 1. Výchozí stav a data Formulace cílů analýzy rizik Hodnocení dostupných informací - údaje o použití a likvidaci (vstupy do životního prostředí) - údaje o účincích (jedovatost, efekty vyvolané v ŽP, fyzikálně-chemické vlivy) 2. Expoziční analýza výpočet expozice lidí a ekosystémů na základě emisí a distribuce v kompartmentech ŽP - emise vstupy do ŽP (půda, voda, vzduch) - distribuce a přeměny - expozice (lidé, ŽP, věcné hodnoty) ZS 2006-2013 Ekotoxikologie 17
Kroky analýzy rizik produktu (2) 3. Analýza účinků prozkoumání škodlivých efektů zjištění vztahu mezi dávkou, četností a účinkem, resp. odhad křivky účinnosti I. Vlivy na ŽP II. III. Humánní toxicita Fyzikálně-chemické efekty ZS 2006-2013 Ekotoxikologie 18
Kroky analýzy rizik produktu (3) 5. Popis rizik Odhad ohrožení skupin obyvatelstva a oddílů ŽP způsobeného škodlivým vlivem produktu Propojení výsledků analýz účinků expozice Koeficient rizika Q PEC Predicted Environmental Concentration předpovězená hladina expozice PNEC Predicted No Effect Concentration předpovězená hladina neúčinnosti Q Praktické aspekty ekotoxikologie - Odhad a hodnocení rizik Q žádné absolutní měřítko rizika, protože nepopisuje žádné pravděpodobnosti výskytu negativních efektů PEC PNEC rostoucí Q = pravděpodobnost výskytu efektu roste ZS 2006-2013 Ekotoxikologie 19
Kroky analýzy rizik produktu (4) 6. Hodnocení rizik Zvážení rizika vzhledem ke stavu znalostí a dat, cílů ochrany, poměru nákladů a zisku, společenské přijatelnosti, apod. Odpověď na otázku Je dané riziko zajištěné a únosné? Pokud ne snaha o doplnění dat nebo o redukci rizika 7. Rizikomanagement Souhrn organizačních, personálních a technických opatření ke snížení rizika Minimalizace zbytkového rizika 8. Monitoring včasné rozpoznání dalších změn lidského zdraví nebo ŽP získávání praktických zkušeností pro periodické hodnocení stavu rizika ZS 2006-2013 Ekotoxikologie 20
Rozdělení chemikálií do stupňů rozsahu testování podle produkovaného množství Stupeň Produkce (t/r) Celkové vyrobené množství (t) Odhadované náklady (eur/látka) Základní od 1 50 10 000 I. od 100 500 50 000 II. od 1000 5000 150 000 Celkové náklady odhadnuté na otestování starých látek během asi 11 let jsou asi 2,1 miliardy eur Q = PEC/PNEC < 1 použití látky není spojeno s rizikem nežádoucích účinků Q = PEC/PNEC > 1 provedení dalších testů a doplnění ekotoxikologických dat (snížení BF) rozhodnutí o omezení či zákazu produkce a použití ZS 2006-2013 Ekotoxikologie 21
Praktické aspekty ekotoxikologie - Odhad a hodnocení rizik 5. ECOTOXICOLIGICAL STUDIES 5.1 Effects on organisms 5.1.1 Acute toxicity for fish 5.1.2 Acute toxicity for daphnia 5.1.3 Growth-inhibition test on algae 5.1.6 Bacterial inhibitor In those cases where biodegradation may be affected by the inhibitory effect of a substance on the bacteria, a test for bacterial inhibition should be carried out prior to undertaking the biodegradation. 5.2 Degradation - biotic - abiotic If the substance is not readily biodegradable then consideration should be given to the need to carry out the following tests: hydrolysis as a function of ph. 5.3 Adsorption / desorption screening tests ZS 2006-2013 Ekotoxikologie 23