Ökotox
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Flashcards
Chromatin:
Chromatin: im Zellkern und besteht zur Hauptsache aus DNA, Histonen und Nichthiston-Proteinen. Die DNA ist auf die Chromosomen verteilt, lange fädige Strukturen, die nur während der Mitose nachweisbar sind.
DNA
DNA: da drauf sind genetische Informationen enthalten. einer unverzweigten Desoxyribosephosphatkette.
vier Basen: Adenin, Cytosin, Guanin, Thymidin, Je drei Basenpaare codieren für eine bestimmte Aminosäure, die Bausteine von Proteine darstellen.
Umweltchemikalienschädgung
Umweltchemikalienschädigung:
Können einzelne Zellorganellen oder die ganze Zelle direkt schädigen. Neben strukturellen Schäden kann auch die Funktion geschädigt werden, wie z.B. die Genexpression, physiologische Prozesse oder Hormonsystem.
Wirkung von Umweltchemikalien auf die Fortpflanzung
Bei Reproduktionswirkungen spielt die Biomagnifikation persistenter lipophiler, organischer Chemikalien eine entscheidende Rolle, da vor allem Tiere an der Spitze von Nahrungsketten betroffen sind. Organochlorpestizide haben wegen ihrer hohen Persistenz und Lipophilität, gepaart mit hoher biologischer Aktivität, bedeutende ökotoxikologische Wirkungen.
Hormonaktive Stoffe:
Hormonaktive Stoffe:, die die Fortpflanzung von Tieren beeinträchtigen,haben eine hohe ökotoxikologische Bedeutung, weil sie ganze Populationen betreffen und sich auf das überleben von Arten auswirken können. Aufgrund der Verschiedenartigkeit der Organismen und dem komplexen neuroendokrinen System sind verschiedene chronische Wirkungen auf die Reproduktion von Wildtieren bekannt.
Sie reichen von der Veränderung des Reproduktionsverhalten, über Einwirkung auf das neurohormonelle System und Veränderung des Gleichgewichts von Geschlechtshormonen, bis zur Veränderung in Gehirn und Geschlechtsorganen, Verlust von Geschlechtszellen, Sterilität oder gar Geschlechtsumwandlung
DDT:
verursacht eine Verdünnung von Eischalen bei Greifvögel und ist hormonaktiv
Hormonaktive Stoffe oder "Endocrine Disruptors" Teil 2
Hormonaktive Stoffe oder "Endocrine Disruptors" sind exogene Stoffe, die durch änderung der (Geschlechts-) Hormonfunktion gesundheitliche Störungen im Organismus oder Nachkommen erzeugen. Hormonaktive Stoffe haben bei verschiedenen Tiergruppen folgende Auswirkungen:
Störung der Entwicklung und Beschaffenheit von Spermien und Eizellen, Störung der Geschlechtsdeterminierung, verändertes Reproduktions- und Brutpflegeverhalten, Fertilitätseinbussen, reduzierte Reproduktion und Geschlechtsumwandlung.
Estrogene Stoffe:
Verweiblichung von Fischen, Zwitter
- PCB:
Ursache für das Verschwinden des Fischotters
- Tributylzinn:
Vermännlichung Meeresschnecken, Fische
chronische Schädigungen von DDT
Erst etwa 15-20 Jahre nach Gebrauch sind chronische Schädigungen von DDT auf die Reproduktion bekannt geworden.
Greifvögel zeigten eine Verdünnung von Eischalen und eine Störung des Reproduktionsverhaltens. Im Vordergrund stand die Schädigung des Wanderfalken, doch fanden in den 1960er und 70erJahren auch massive Populationseinbrüche bei Falken, Sperber, Habicht, dem braunen Pelikan, Seeschwalben, Möwen und dem fischfressenden Kormoran statt, Anfang der 70er war der Wanderfalke in Skandinavien, England und den USA fast ausgestorben.
Bei allen Vögeln zeigten sich, dass die Schalendicke der gelegten Eier reduziert war und die Eier in den Nesten zerbrachen. Der Effekt stand mit dem Einsatz von DDT in Beziehung
Der ursächliche Zusammenhang mit dem DDt-Einsatz wurde durch Rückstandsanalysen bestätigt. Die Konzentration an DDE in Eiern korreliert mit der Verdünnung der Eischale. Damit wurde erstmals deutlich, dass nicht nur Habitatsveränderungen und -verluste, sondern auch Chemikalien zu massiven Populationseinbrüchen führen.
Zwischen Eischalenverdünnung und dem Populationsrückgang besteht ein enger Zusammenhang: Bei 17-18% Verdünnung sinkt die Population.
Speziesabhängigkeit: Wirkung
Speziesabhängigkeit: Greifvögel und fischfressende Vögel sind besonders empfindlich. Der Effekt von Organochlorverbindungen auf die Verdünnung der Eischale ist bis heute bei mindesten 11 Vogelfamilien aquatischer und terrestrischer ökosysteme nachgewiesen.
braune Pelikane in Kalifornien 1960-1969 nur noch kleine Population. Fortpflanzung war gering,
von 500-700 Paaren wurden nur 12 Junge produziert.
-> entweder wurden keine, praktisch schalenlose Eier oder Eier mit nur noch 50% der normalen Schalendicke gelegt.
DDT hat auch eine sehr hohe aquatische Toxizität,
DDT hat auch eine sehr hohe aquatische Toxizität, insbesondere gegenüber Intervebraten. Daphnien-> neurotoxische Reaktionen.
Fische sind auch DDT-empfindlich.
Hyperaktivität und Verhaltensänderungen
Durch Organochlorpestizide
Durch Organochlorpestizide verursachten Populationsrückgänge in Nordamerika sind auch bei Seeadlern und Fischadlern beobachten worden.
Neben der Eischalenverdünnung wurde auch eine erhöhte Embryotoxizität festgestellt.
Problematisch Test
Problematisch ist aber die Tatsache, dass die gebräuchlichen Test-Vögel(Huhn, Fasane) in der Regel relativ unempfindlich sind und bei DDT keine Eischalenverdünnung zeigen.
Umweltverhalten, Metabolismus und Speicherung einzelner PCB-Kongenere in Organismen sind verschieden.
Umweltverhalten, Metabolismus und Speicherung einzelner PCB-Kongenere in Organismen sind verschieden.
Die Verteilung der PCB-Gesamtgehalte in der Umwelt weist deutlich auf die Bioakkumulation hin. Höchste Konzentration finden sich infolge Biomagnifikation in Fischen , Vögeln, und Meeressäugern an der Spitze von Nahrungsketten. Dies gilt vor allem für höherchlorierte Kongenere, da niederchlorierte metabolisiert werden. Mit zunehmender Grösse und Alter treten bei Fischen zudem höhere PCB-Konzentrationnen auf- Auch in der Milch von Eisbären werden PCB, PCDD und PCDF in Konzentrationen gefunden, die ähnlich hoch sind wie die in der menschlichen Muttermilch Umwelt-und humantoxikologisch von Bedeutung sind coplanare Kongenere, die wie die entsprechenden Dioxine und Furane an den Ah-Rezeptor binden.
Der Fischotter
Der Fischotter gilt seit den 70er Jahren in der Schweiz als ausgestorben.
Fischotter haben natürlicherweise eine geringe Reproduktionsleistung, bringen sie doch in ihrem achtjährigen Leben erst nach 3 Jahren das erste Mal 2-3 Junge zur Welt.
Sie leben hauptsächlich von Fischen, denen sie bei Dämmerung und nachts nachstellen.
Fischkonsum beträgt 1 kg, weichen sonst auf Amphibien und Krebse aus
PCB Wirkung
PCB aus Anwendungen in Transformatoren, Hydraulikölen, Baufugen, Farben führt zu Populations- rückgang beim Fischotter
Mittlere PCB-Gehalte in
Fischen in CH: 0.02-0.7mg/kg
Aufgrund von Fütterungsver-
suchen beim Nerz besteht bei
0.3-1.9 mg/kg Risiko für Effekte
auf Fortpflanzung
Risiko: reduzierte Fortpflanzung
falls Wiederansiedlung
Organozinn
Tributylzinn ist das am stärksten bekannte Umweltgift für aquatische Systeme
Biozid
–Fungizid: Holzschutzmittel
–Insektizid
–Bakterizid: Wassertanks
Anti-fouling Unterwasserfarben
- wird heute v.a. in Entwicklungs-
ländern gebraucht
Organozinn-Verbindungen
Organozinn-Verbindungen haben schon nach kurzzeitiger Exposition an 4,0-18,2 mikrog/L TBT bzw TPT dosisabhängige morphologische Schäden von Elritzenlarven zur Folge. Schäden treten an Haut, Augen, Muskeln, Gehirn und Nieren auf.
Auch bei adulten Fischen werden Gewebs-und Organveränderungen verursacht. Hier stehen vor allem Wirkungen auf das Immunsystem im Vordergrund.
Tributylzinn bewirkt ebenfalls eine Schädigung von Immunzellen, wodurch die Resistenz gegen bakterielle Infektionen reduziert wird. Im weiteren treten ultrastrukturelle Veränderungen in Gehirn und Sehnerv auf.
Austern in Arcachon Bay 1980:
Schalendeformationen durch TBT-Spuren
erst 1980 entdeckt wurden.
Austern zeigten ballähnliche Schalendeformation. Sie konnten sich auch nicht mehr fortpflanzen, weil die Larven schon bei geringen Konzentration starben. Diese Tatsache führte zu einer Anwendungsbeschränkung und Verboten. Heute gelangt TBT noch aus grossen Schiffen, Kriegsschiffen, Docks und über Abwasser in die Gewässer.
Vermännlichung bei weiblichen Wasserschnecken (Imposex)
Weibchen mit Penis und Vas deferens
Weltweit zeigen über 100 marine Schneckenarten Anzeichen von Vermännlichung durch TBT. Weibchen entwickeln bei Spurenkonzentrationen von wenigen ng/L männliche Geschlechtsorgane, was zu Sterilität (=Imposex) führt. Diese Wirkung findet sic heute global in TBT-verschmutzten Küstenbereiche und wird auch bei einer Süsswasserschnecke beobachtet.
In der Folge sind in vielen anderen Ländern in stark kontaminierten Hafenbereichen Geschlechtsverschiebung und Reproduktionseffekte in Schneckenpopulationen festgestellt worden. Neben der höheren Rate vermännlichter Schnecken, finden sich in diesen Populationen auch weniger bis gar keine Jungtiere mehr.
TPT hat ähnliche Effekte.
Die Vermännlichungen der Schnecke könnte auf der Hemmung einer bestimmen Cytochrom-P450-abhängigen Monooxygenase-Form, der Aromatase beruhen. Die Hemmung dieses Enzyms, das für die Bildung des weiblichen Geschlechtshormon Estradiol aus Testosteron verantwortlich ist, führt zur Erhöhung von Testosteron , was schliesslich zur Ausbildung männlicher Geschlechtsmerkmalen führt.
TBT bewirkt Vermännlichung bei Fischen
In Flundern führt TBT zur Störung der Geschlechtsdifferenzierung: Genotypische Weibchen werden phänotypisch zu Männchen.
Fische zeigen unterhalb von gewissen Zellstoff und Papierfabriken Zeichen einer Vermännlichung. Bei Männchen wird eine verlangsamte Entwicklung der Hoden und eine Reduktion des Testeronsgehaltes in Blutplasma, bei Weibchen eine Vermännlichung, reduzierte Gonadengrösse und Eizahl sowie eine zeitliche Verzögerung der Reproduktions beobachtet.
TBT reduziert Spermienzahl und erhöht Anzahl abnormer Spermien beim Zebrafisch
TBT hat negative Wirkungen auf die Entwicklung von Fischlarven bei 1-3 ug/L
Embryonalentwicklung stören und zu Keimschädigung und Missbildungen führen. Häufig tritt eine Verzögerung oder Blockierung des Schlüpfens und eine verminderte Schlüpfrate
Häufig Deformationen des Skelettes mit Krümmung der Wirbelsäule und Verkrüppelungen. Deformationen und Missbildungen kommen auch in Herz und Dottersack vor.
Hormonaktive Stoffe
•Heute sind über 200 Stoffe bekannt, bei denen verweiblichende Effekte in vitro und in vivo gezeigt wurden
•Weitere hormonaktive Stoffe in Gewässern
–androgene Stoffe: Testosteron, Fungizid, Trenbolon
–anti-estrogene Stoffe
–anti-androgene Stoffe: Weichmacher (Phthalate)
–Stoffe, die auf das Schilddrüsensytem wirken
Bei Exposition im Adultstadium: Störung der Hormonwirkung Im Embryonalstadium: irreversible Effekte auf Geschlechts- entwicklung
Einige estrogene Chemikalien in Gewässern
Stoffe, die die Fortpflanzung von Tieren beeinträchtigen, haben eine hohe ökotoxikologische Bedeutung, weil sie ganze Populationen betreffen und sich auf das Überleben von Arten auswirken können.
Aufgrund der Verschiedenartigkeit der Organismen und dem komplexen neuroendokrinen System sind verschiedene chronische Wirkungen auf die Reproduktion von Wildtieren bekannt.Sie reichen von der Veränderung des Reproduktionsverhaltens, über Einwirkung auf das neurohormonelle System und Veränderung des Gleichgewichts von Geschlechtshormonen, bis zu Veränderung im Gehirn und Geschlechtsorganen, Verlust von Geschlechtszellen, Sterilität oder gar Geschlechtsumwandlung
Hormonaktive Stoffe
Hormonaktive Stoffe oder "Endocrine Disruptor"sind exogene Stoffe, die durch Änderung der (Geschlechts-) Hormonfunktion gesundheitliche Störungen im Organismus oder seinen Nachkommen erzeugen.Hormon aktive Stoffe haben bei verschiedenen Tiergruppen folgende Auswirkungen:
Störung der Entwicklung und Beschaffenheit von Spermien und Eizellen,
Störung der Geschlechtsdeterminierung, verändertes Reproduktions- und Brutfpflegeverhalten, Fertilitätseinbussen, reduzierte Reproduktion und Geschlechtsumwandlung
Hormonaktive Chemikalien können in verschiedener Weise in den Geschlechtshormonstoffwechsel einwirken.
Je nach Zeitpunkt der Exposition im Lebenszyklus haben sie verschiedene Konsequenzen:
1. In der Embryonalentwicklung können sie die Geschlechtsausbildung stören (irreversibler Effekt)
2. In der Adultphase können sie die Wirkung von Geschlechtshormonen hemmen oder nachahmen
Hormonaktive Stoffe Adulstadium.
Adulstadium. Im Vergleich zur Embryonalphase haben Steroidhormone im ausgewachsenen Stadium andere und reversible Wirkungen. Geschlechtshormone sind nicht nur für die Entwicklung der Keimzellen, sondern auch für das Fortpflanzungsverhalten und die Brutpflege von Tieren wichtig.
Hormonaktive Stoffe Wirkungen
1. Störung der Geschlechtsdeterminierung in der Embryonalphase mit irreversiblen Effekten auf Geschlechtsdrüsen und -organe, sowie Gehirn.
2. Störung der Steroidhormongleichgewicht mit Auswirkung auf Geschlechtsorgane, Fortpflanzungsverhalten und Brutpflege
3. Störung der Biosynthese und des Abbaus von Steroidhormonen durch Hemmung resp. Induktion entsprechender Enzyme (Aromatase, Hydroxysteroiddehydrogenasen)
4. Imitation von Geschlechtshormonen durch Bindung der Chemikalien an Hormon-Rezeptoren. Sie wirken als Agonisten resp. Anatagonisten
Hormonaktive Stoffe Embryonalentwicklung
In der frühen Embryonalentwicklung können Umweltchemikalien die Geschlechtsdeterminierung resp-ausbildung stören. Denn Geschlechtshormone ( männliches Testosterun und weiblichen Estradiol)
beeinflussen in entscheidenden, sensiblen Phasen der Embryonalentwicklung die genetisch determinierte Geschlechtsausbildung. Sie lenken die Entwicklung der inneren und äusseren Geschlechtsorgane sowie die Gehirnausbildung entweder in weibliche oder männliche Richtung. die irreversiblem Prozesse werden streng durch Geschlechtshormone kontrolliert und störende Einflüsse in dieser Entwicklungsphase haben bleibende Auswirkungen auf den Organismus
Geschlechtsdeterminierung
Geschlechtsdeterminierung. Das Geschlecht von Tier und Mensch wird primär genetisch bestimmt. Zusätzlich spielen auch weitere Einflüsse eine Rolle.Mensch und Säuger werden frühembryonal weiblich angelegt, die männlichen Charakteristika müssen in einem frühen Stadium nach einem strikten Entwicklungsprogramm speziell determiniert werden.
Der Hypothalamus reguliert auch bei Fischen den Geschlechtshormonstoffwechsel:
Der Hypothalamus reguliert auch bei Fischen den Geschlechtshormonstoffwechsel: Synthese und Ausschüttung von Hormonen, welche die Geschlechtsorgane und Reproduktion beeinflussen, werden über die Hypothalamus-Hypophysen-Gonaden -Achse kontrolliert.
Im Hypothalamus wird Gonadotropin Releasing Hormon (GRH) gebildet,welches die Ausschüttung des Hypophysenhormons Gonadotropin stimuliert.
Gonadotropine sind für die Stimulation der Synthese von Steroidhormone verantwortlich, welche die Geschlechtsausbildung, Garnetenentwicklung , Reproduktion und das Sexualverhalten reguliert. Die Hypothalamus-Hypophyse-Gonaden-Achse ist über ein Feedbacksystem kontrolliert. Beispielweise können Estrogene, die durch das Ovar gebildet werde, je nach Konzentration in positiver oder negativer Weise auf Hypothalamus, Hypophyse oder Gonaden wirken
Estradiol
Estradiol gelant über das Blut in den Körper und bindet an Estrogen-Rezeptoren, welches als Transkriptionsfaktoren schliesslich zur Expression spezifischer Gene führt.
Ethinylestradiol:Antibabypille
30mg in einer einzigen Tablette
Konzentration hormonaktiver Stoffe in Oberflächengewässer
Treten die auf im Abwasser oder nicht und was sind die Konzentrationen
Generell steigen Belastung und Effekte mit dem Anteil Abwasser . Abwasserinhaltstoffe gelangen über die Klärschlamm-Düngung auch auf Böden. Zudem enthält die Gülle ebenfalls Steroidhormone( Estrogene, Progesteron, Androgene) aus Nutztieren, die in die Gewässer geschwemmt werden können.
bis zu 5 ng/L
gering
andere sind höher
Wirkung:
Aktivitiät: unter Tabelle.
AP ist 25 mal wirksamer als andere.
Antibabypillenhormone:
Ethinylestradiol und Gestagene: Gleiche Wirkung bei Fischen
1 Pille enthält: Drospirenon, 3 mg Ethinylestradiol, 30 Mikrogramm
Risiko Thrombose:
50 pro 100 000 Frauen
EE2 und E2
Welche Wirkungen haben synthetische Steroidhormone und hormonaktive Stoffe bei Fischen?
Adulte: - Negative Wirkung auf die Fekundität und Fertilität - Negative Wirkung auf Reproduktion (geringere Anzahl Nachkommen) - Vitellogenin-Induktion bei Männchen und Jungtieren Juvenile: - Negative Beeinflussung der Geschlechtsentwicklung und des Geschlechterverhältnisses - Zwittergonaden: Reduktion von Spermien
Bei Fischen zeigen sich folgende Wirkungen durch estrogenes Abwasser, welche sich alle in Genexpressionsänderung, reduzierter Fertilität und reduzierter Reproduktion auswirken:
- Expositionen während Embryonalentwicklung: Geschlechtsumwandlung,Ovotestis
-Exposition im Adultstadium: Vitellogenin-Induktion, Veränderungen des Hormonspiegels