6. METODIKA EKOTOXIKOLOGIE
6.1. HODNOCENÍ RIZIKA
Riziko a nejistota
Nebezpečnost x riziko
Riziko a nejistota jsou spojeny s jakoukoliv lidskou aktivitou Jsou základními faktory na jakémkoliv stupni rozhodovacího procesu
Nebezpečnost Vlastnosti, které činí látku nebezpečnou: q výbušnost q hořlavost q toxicita q korozivita q dráždivost q karcinogenita q mutagenita q nebezpečnost pro životní prostředí
Nebezpečnost (Hazard): q je vlastnost látky způsobovat škodlivý účinek na zdraví člověka nebo jiných organismů q je to vlastnost „vrozená“ – látku nelze této vlastnosti zbavit q ale projeví se pouze tehdy, došlo-li k expozici
Nebezpečnost Příklady velkých chemických havárií: q1974 anglické Flixborough – výbuch cykllohexanu – 28 osob zemřelo, 89 těžce zraněno q1976 italské Seveso – únik dioxinu – 30 osob zraněno, 220 000 evakuováno, dlouhodobé následky q 1994 indický Bhopál – únik metylisokyanidu – 2000 úmrtí, 200 000 dalších postižení
1
Nebezpečnost x riziko Riziko (Risk): q je pravděpodobnost, se kterou za definovaných podmínek expozice skutečně dojde ke škodlivému účinku q numericky se pohybuje v intervalu /0; 1/ q riziko se rovná nule – pouze v případě, že expozice nenastává
Přijatelnost rizika Při určování přijatelné úrovně rizika vstupují do procesu následující podmínky: q prahová podmínka – malé riziko se ignoruje q podmínka status quo – nevyhnutelné riziko, nelze měnit q podmínka regulační – důvěryhodnost institucí určujících limity q podmínka dobrovolného zisku – riziko podstoupené s cílem určitého zisku
POSTOJ VEŘEJNOSTI K RIZIKU
ANALÝZA PROSPĚCHU A RIZIKA
Veřejnost má tendenci přeceňovat riziko v případech, když:
Koeficient přijatelnosti = společenský prospěch (b) (q) společenské riziko (r)
qse jedná o novou nebo složitější technologii (genetické inž., jader. energetika x přehrady, automobil.)
Základní varianty q
b
r
příklady
q je jednotlivcem neovlivnitelné (průmyslové znečišťování x kouření)
1
velký
velký
malé
RTG v lékařství, letecká doprava,..
2
velmi malý
velmi malý
velmi velké
zbrojní průmysl jaderné zbraně (q → 0)
q jeho rozložení je místně nespravedlivé (odpor k výstavbám spaloven)
3
malý
velký
ještě větší
tepelné a jaderné elektrárny
4
nejistý
velký
velký
genetické inženýrství
q je nedostatečná informovanost q se neberou v úvahu morální a etická hlediska
Limity Limity: q dané jednou hodnotou q dané sérií hodnot A – pozadí B – sledování C – akce q studiemi – hodnotí celkové riziko
Náklady na snižování rizika Vliv nákladů na snižování rizika
RIZIKO CELKOVÉ RIZIKO minimum
SEKUNDÁRNÍ RIZIKO
PRIMÁRNÍ RIZIKO
NÁKLADY NA SNIŽOVÁNÍ RIZIKA
2
Zásady radiační ochrany Mezinárodní komise pro radiologickou ochranu (ICRP – International Commission on Radiological Protection) 1. žádná praxe nesmí být přijata, pokud její zavedení nepovede k pozitivnímu přinosu, prokazatelně převyšujícímu negativní důsledky 2. veškeré ozáření musí být udržováno na tak nízké úrovni, jak je to rozumně dosažitelné z ekonomických a sociálních hledisek (tzv. princip ALARA) 3. dávkový ekvivalent pro jednotlivce nesmí překročit stanovené limity
6.2. ZÁKLADNÍ KLASIFIKACE METOD
Základní etapy hodnocení rizika
Klasifikace metod
Identifikace nebezpečnosti
Hodnocení expozice
Identifikace účinku(-ů)
Hlediska klasifikace metod: q taxonomické zařazení modelového organismu q biotická organizační úroveň q metody biologické disciplíny (biochemické, anatomické q místo provedení q časová náročnost q opakovatelnost q zařazení toxikantu q aj.
Charakterizace rizika
Interpretace
Klasifikace metod BIOSYSTÉM Rozdělení podle použití modelových nebo reálných modelový přirozený systémů modelový TOXIKANT
přirozený
A toxikologické testy C transplant. pokusy
B terénní pokusy D terénní studie bioindikace
6.3. EKOTOXIKOLOGICKÉ TESTY
3
Příklad standardizovaného testu Řasový test toxicity ISO 8692 (ČSN EN 28692) q metoda stanovení toxických účinků sloučenin na růst planktonních sladkovodních řas Postup: q vzorek je po sterilizaci naočkován zkušebním organismem a potřebnou dobu kultivován q modelové organismy: Raphidocelis subcapita, Chlorella kessleri, Scenedesmus subspicatus, S. quadricauda, Chlamydomonas reinhardtii q testuje se koncentrační řada zkoumané látky a inokulum q inhibice se měří jako snížení růstu nebo růstové rychlosti v poměru ke kontrolní kultuře za stejných podmínek q s použitím probitové analýzy se stanoví hodnota EC50
Typy křivek dávka-odpověď Typ I – Hormesis model, počáteční stimulace, bez adaptace
ÚČINEK
bazální
Typy křivek dávka-odpověď Typ II – Hormesis model, počáteční stimulace, mírné přizpůsobení organismu
ÚČINEK
nízká
vysoká
saturovaná
DÁVKA
Typy křivek dávka-odpověď Typ III – pozitivní vliv v nízkých i vysokých dávkách, může se jednat o adaptaci, nebo špatný design testu
ÚČINEK
bazální
VZTAH DÁVKA X ÚČINEK
bazální
nízká
vysoká
saturovaná
DÁVKA
Typy křivek dávka-odpověď Typ IV – sigmoidní křivka, nejčastější typ v testech, z části mezi nízkými a vysokými koncentracemi lze odhadnout EC50
ÚČINEK
nízká
vysoká
saturovaná
DÁVKA
bazální
nízká
vysoká
saturovaná
DÁVKA
4
Typy křivek dávka-odpověď Typ V – reakce málo citlivého biologického systému
ÚČINEK
bazální
Typy křivek dávka-odpověď Typ VI – příklad změny mechanismu účinku v závislosti na koncentraci účinné látky
ÚČINEK
nízká
vysoká
saturovaná
DÁVKA
bazální
Typy křivek dávka-odpověď Typ VII – toxický účinek při nízkých dávkách, ? špatný design testu
nízká
vysoká
saturovaná
DÁVKA
Kumulativní křivka Základní metodický přístup – vyhodnocení kumulativních křivek dávka - odpověď KUMULATIVNÍ ÚČINEK (%) 100
ÚČINEK
LD = letální dávka LD50 = dávka, při které uhyne 50 % exponovaných jedinců
50
analogicky: LC letální koncentrace LD50
0 bazální
nízká
vysoká
saturovaná
DÁVKA
0
5
10
DÁVKA (mg/kg/den)
Kumulativní křivka Další pojmy: EC – efektivní koncentrace NOEL NOAEL
No-observed-effect level No-observed-adverse-effect-level
LOEC
Lowest-observable effect-concentration
6.4. TERENNÍ POKUSY
5
Terénní pokusy Toxikant – modelový Biosystém – přirozený Experimenty v přírodních podmínkách q pokusná pole (vodní nádrže) s různými dávkami toxikantů
6.5. TRANSPLANTAČNÍ POKUSY
Transplantační pokusy Toxikant – reálný Biosystém – modelový Experimenty v přírodních podmínkách q přenesení organismů do prostředí s různou kontaminací
6.6. TERÉNNÍ STUDIE
Terénní studie
Analýza území
Toxikant – reálný Biosystém – reálný
S M-N
Akumulace podzemních vod
Kvě tnatá
Analýza v přírodních podmínkách q sledování vlivu toxikantů v reálných podmínkách - chemické analýzy toxikantů v různém prostředí - vyhodnocení odpovídajících reakcí biosystémů
Přírodní subsystém (N)
bučina
Mapa přírodních poměrů
q zvláštním případem jsou bioindikační metody
SM-S
pole
les
Ekonomický subsystém (S)
osídlení
Mapa využití úze mí
6
Odhad potenciálů území
Vzorkovací plán
S M-K
SM-R K1
R2
K2
Odhad expozice (K)
K3
K2
CHARAKTERIZACE RIZIKA
K1
R1
R3
Mapa odhadu expozice
Mapa odhadu rizika
SM-A
SM-E E1
Odhad účinků (E)
E3
VZORKOVACÍ PLÁN E2
Mapa odběrových míst
Mapa odhadu účinků
LIŠEJNÍKY
PŘÍPADOVÁ STUDIE LIŠEJNÍKY
= MODELOVÉ ORGANISMY PRO HODNOCENÍ IMISNÍ ZÁTĚŽE
CHARAKTERISTIKA MODELOVÉHO ORGANISMU
Průřez stélkou
fykobiont + mykobiont
7
PŘÍČINY CITLIVOSTI K IMISÍM
PŘEDMĚT LIŠEJNÍKOVÉ ANALÝZY = integrace imisní zátěže
(1) Zvýšený přístup imisí (2) Anatomická stavba stélky (3) Vodní režim
a) látková b) koncentrační c) časová
(4) Intenzita metabolismu (5) Symbiotická podstata lišejníků
HLAVNÍ METODICKÉ POSTUPY 1) Metody fyziologické
1) Metody fyziologické (a) pokles intenzity fotosyntézy, produkce,
dýchání
a
čisté
(b) snížení obsahu chlorofylu a přítomnost feofytinu,
2) Metody morfologicko – anatomické
(c) stanovení pH a vodivosti lišejníkové stélky,
3) Metody floristické – chorologické
(d) redukce fosfatázové aktivity,
4) Metody fytocenologické
(e) metabolismus aminokyselin.
5) Metody chemicko-analytické
2) Metody morfologicko - anatomické
Parmelia sulcata
VITALITA 1,0
stélky normálně vyvinuté
0,8
stélky zakrnělé, případně mírně poškozené
0,6
stélky s výraznými stopami poškození
0,4
stélky z velké části odumřelé
0,2
stélky zcela odumřelé
8
3) Metody floristické – chorologické
Lecanora conizaeoides
• mapování rozšíření indikačních druhů • stupnice citlivosti indikačních druhů
Parmelia exasperulata Hypogymnia physodes
Parmelia caperata
Pseudevernia furfuracea
9
Ramalina fraxinea
Usnea sp.
Rozšíření druhů v Liberecké kotlině Skupina Citlivost k imisím I silně toxitolerantní II
málo citlivé
III
středně citlivé
IV
velmi citlivé
Druh Lecanora conizaeoides Lepraria sp. Bacidia chlorococca Lecidea scalaris Hypogymnia physodes Lecanora subfusca sp. agg. Parmelia sulcata Parmelia saxatilis Parmeliopsis ambigua Parmelia exasperatula Plastismatia glauca Parmeliopsis hyperopta Cetraria chlorophylla Lecanora varia Pseudoevernia furfuracea Evernia prunastri Ramalina farinacea
Hypogymnia physodes - značně toxitolerantní druh
Rozšíření indikačních druhů v Liberecké kotlině
Rozšíření indikačních druhů v Liberecké kotlině
Parmelia saxatilis – středně citlivý druh
Pseudevernia furfuracea - velmi citlivý druh
10
4) Metody fytocenologické
(a) index IAP (Index of Atmospheric Purity)
výpočty syntetických indexů
Σ 1n (Q . f) IAP =
-------------10
n-
celkový počet nalezených druhů lišejníků na daném stromě
Q - ekologický index každého druhu lišejníku, udávající průměrný počet doprovodných druhů na všech stanovištích, kde se nacházel f - hodnota abundance nebo frekvence podle odhadové stupnice
Index L
(b) Index L
0 - 10
Σ1m q . f .v
10 - 50 30 - 50 0 - 30
m - počet indikačních druhů nalezených na daném stromě q - ekologický index citlivosti druhu k imisím (vyšší q = vyšší citlivost) f - kvantitativní zastoupení druhu podle odhadové stupnice 30 - 90
v - vitalita druhu podle odhadové stupnice
c) indikační kapacity
Rozsah indexu L v horských smrčinách v našich pohraničních pohořích v 80. letech 20. století.
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Jizerské hory Krkonoše Orlické hory Kralický Sněžník Novohradské hory
11
Etapy ústupu: 1. snižování vitality 2. snižování abundance 3. snižování počtu druhů
Definice jednotlivých lišejníkových indikačních kapacit v f q
Indikační za stoupe ní abundance k apa cita druhů (m ,q) (f) m odelové mode lo vé CI
C = Σ 1m q . f . V
CJ
reálné
mode lo vé
CK CL
reálné reálné
reálné reálné
m - počet indikačních druhů na daném stromě
vitalita chara kteristik a (v) mode lo vé „p ůvo dní stav be z imisí“, stav bez dlouho dobých vlivů mode lo vé stav bez krátko- a střed nědob ých vlivů mode lo vé stav bez krátkod obých vlivů současný stav, reálné CL je toto žná s ind exem L
q - ekologický index citlivosti každého indikačního druhu k imisím f - hodnota určující kvantitativní zastoupení druhu v - hodnota určující vitalitu druhu
Modelové příklady dynamiky ústupu lišejníků
Modelové příklady dynamiky ústupu lišejníků
100
100
80
80
60
60
40
40
20
20
0
0 CI
CJ
CK
CL
CI
CJ
CK
CL
rovnoměrný ústup
dlouhodobý ústup
*současný ústup na úrovni druhů, abundance i vitality
*převažuje ústup na úrovni druhů *předpoklad dlouhodobého působení imisí
Modelové příklady dynamiky ústupu lišejníků
Modelové příklady dynamiky ústupu lišejníků
100
100 80 60 40 20 0
80 60 40 20 0
CI
CJ
CK
CL
střednědobý ústup *převažuje ústup na úrovni abundance
CI
CJ
CK
CL
krátkodobý ústup *převažuje ústup na úrovni vitality *předpoklad náhlého zvýšení imisní zátěže v nedávné době
12
Koncentrace Pb (mg/kg suš.) v lišejníku Hypogymnia physodes
5) Metody chemicko-analytické lišejníky jako materiál pro chemickou analýzu
LOKALITY 1
Kamenec
2
Zadní Plech
3
Medvědín
4
Přední Žalý
5
Přední Planina
6
Rejdiště
7
Liščí jáma
8
Kulová hora
9
Prostřední hora
10
Černá hora
11
Kraví hora
12
Rýchory
M 1:150 000
STANDARDIZACE PODMÍNEK (1) Životní podmínky pro lišejníky a) substrát b) světelné poměry c) dostupnost vody
(2) Přístup imisí k lišejníkům
13
