Niski zakres efektów i mediana zakresu efektów

W toksykologii środowiskowej niski zakres skutków (ERL) i mediana zakresu skutków ( ERM) są miarami toksyczności w osadach morskich . Są one wykorzystywane przez agencje publiczne w Stanach Zjednoczonych do formułowania wytycznych w ocenie zagrożeń toksycznością, w szczególności ze strony metali śladowych lub zanieczyszczeń organicznych.

Miary ERL i ERM są wyrażone jako określone stężenia chemiczne substancji toksycznej w osadzie. ERL wskazuje stężenie , poniżej którego efekty toksyczne są rzadko obserwowane lub przewidywane: ERM wskazuje stężenie, powyżej którego efekty są zwykle lub zawsze obserwowane. Pochodzą one z testów toksyczności biologicznej i pobierania próbek synoptycznych.

Wartości liczbowe są włączone do wytycznych dotyczących jakości osadów (SQG), które zostały opracowane przez Longa i Morgana na potrzeby programu National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) National Status & Trends jako nieformalne narzędzia do oceny, czy stężenie zanieczyszczenia w osadach może mieć wpływ toksykologiczny efekty. Wytyczne te stosuje się do badań przesiewowych osadów pod kątem metali śladowych i zanieczyszczeń organicznych. Nie są one regulacyjnymi i nie mają być stosowane jako takie.

Pochodzenie

testów toksyczności z różnymi punktami końcowymi, w tym wpływu na powszechnie badane organizmy, szczególnie na wrażliwych etapach życia. Proces ten jest uważany za „podejście ciężaru dowodów”, w którym wyniki opierają się na dużej bazie danych wcześniej przeprowadzonych badań. Wykorzystane badania obejmowały zebrane synoptycznie analizy chemiczne osadów i dane dotyczące skutków toksyczności. Korzystanie z już zebranych danych („ eksploracja danych ”) ma tę zaletę, że umożliwia szybkie i niedrogie dokonanie oceny z dużym zestawem danych, które w przeciwnym razie wymagałyby znacznie bardziej czasochłonnych i kosztownych testów toksyczności specyficznej. Skompilowane zestawy danych obejmują różne punkty końcowe, w tym śmiertelność, rozmnażanie, tempo wzrostu i przeżywalność młodocianych w zestawach danych dotyczących toksyczności osadów dla wszystkich organizmów, dla których przeprowadzono testy. Badania są sprawdzane i tylko te testy, które wykorzystują wystandaryzowane metody i dają znaczące efekty, są wykorzystywane do określenia wytycznych ERL/ERM.

Podsumowując, kluczowymi powiązaniami między skompilowanymi badaniami są testowanie określonego analitu – stosowane testy toksyczności dotyczą osadu i należy określić znaczący wpływ. Dane są uporządkowane poprzez uporządkowanie stężeń od najniższego do najwyższego. Po uszeregowaniu, zarówno 10., jak i 50. percentyl stężenia są określane w zakresie stężeń końcowych. 10. percentyl uszeregowanych danych jest określany jako ERL i jest uważany za wskaźnik stężeń, poniżej których działania niepożądane (względnie) występują rzadko. 50. percentyl uszeregowanych danych jest identyfikowany jako ERM i wskazuje stężenia, powyżej których (względnie) często występują działania niepożądane.

Wykorzystanie agencji rządowej

Wytyczne dotyczące jakości osadów (SQG) są używane przez agencje federalne Stanów Zjednoczonych, agencje stanowe i firmy konsultingowe ds. Środowiska do charakteryzowania toksycznych poziomów chemikaliów w osadach morskich i słodkowodnych . Poniżej znajduje się podsumowanie, w jaki sposób wytyczne ERL/ERM są stosowane przez National Oceanic and Atmospheric Administration , United States Geological Survey (USGS) oraz United States Environmental Protection Agency (EPA).

NOAA

Naukowcy NOAA wykorzystują SQG jako sposób na oszacowanie, czy stężenie zanieczyszczenia w próbce osadu może mieć skutki toksykologiczne . Pierwotnym zamiarem wykorzystania SQG było uszeregowanie obszarów, które mogą wymagać dalszych badań toksykologicznych i potencjalnych substancji chemicznych budzących obawy. W całych Stanach Zjednoczonych NOAA wykorzystała te wytyczne w badaniach regionalnych w celu określenia stopnia zanieczyszczenia w stosunku do innych obszarów oraz określenia, czy stężenie substancji chemicznej przekracza wytyczne, co wskazuje na możliwy niekorzystny wpływ.

NOAA zgłasza również ERL i ERM, wraz z innymi wytycznymi, w tabelach znanych jako karty Screening Quick Reference Tables (SQuiRT). Tabele te przedstawiają wartości, które można wykorzystać we wstępnym badaniu osadów lub innych mediów pod kątem zagrożeń toksycznych.

USGS

USGS korzysta zarówno z ERL, jak i ERM w indywidualnych przypadkach. Podczas badania stężenia metali ciężkich, pestycydów i półlotnych związków organicznych w osadach strumienia rzeki Schuylkill w Narodowym Parku Historycznym Valley Forge , USGS wykorzystało ERL i ERM do określenia lokalizacji, które mogą potencjalnie stanowić zagrożenie dla organizmy żywe. USGS zintegrował również wartości ERL i ERM w Tabeli Przedziałów Ostrzegawczych, tabeli zawierającej zakresy stężeń zanieczyszczeń, które przewidują prawdopodobieństwo wystąpienia niepożądanych skutków w organizmach bentosowych w dorzeczu jeziora Pontchartrain w Luizjanie . Zarówno ERL, jak i ERM okazały się użytecznymi wartościami wytycznymi do przewidywania toksyczności podczas badań prowadzonych przez USGS.

EPA

EPA wykorzystuje wartości ERL i ERM jako rodzaj „wzorcowych” osadów. Definiują one wskaźnik referencyjny jako stężenie, którego przekroczenie może potencjalnie spowodować szkodę lub znaczące zagrożenie dla ludzi lub zwierząt w środowisku. EPA wykorzystała również wartości ERL i ERM do badań zanieczyszczenia osadów. Kategorie oceny określające stan pobranych próbek osadów były stosowane przez EPA w przeszłości. Kategorie zostały scharakteryzowane jako „dobre” dla zerowych przekroczeń ERL, „pośrednie”, jeśli występują przekroczenia ERL, ale zerowe przekroczenia ERM, oraz „złe” dla jakichkolwiek przekroczeń ERM. EPA uznaje ERL i ERM za wartościowe punkty odniesienia, które pomagają w zapewnieniu jednolitego kontekstu do oceny poziomów zanieczyszczeń w ujściach rzek .

Niezawodność

Long i współpracownicy, korzystając zarówno z danych „skutków”, jak i „braku skutków”, określili miary dokładności wytycznych, obliczając procentową częstość występowania skutków występujących w zakresach wyznaczonych przez ERL/ERM. Procentową częstość występowania skutków obliczono, dzieląc liczbę wpisów dotyczących efektów przez całkowitą liczbę wpisów i mnożąc przez 100.

W przypadku metali śladowych wytyczne dotyczące miedzi , ołowiu i srebra były najdokładniejsze – poniżej stężenia ERL częstość występowania skutków była mniejsza niż 10%. Zaobserwowano stały wzrost między stężeniami ERL i ERM, a powyżej ERM częstość występowania skutków była większa niż 83%.

Wytyczne dotyczące zanieczyszczeń organicznych również okazały się bardzo dokładne dla wszystkich klas wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) i większości poszczególnych WWA. Częstość występowania skutków wynosiła 25% lub mniej, gdy stężenia były poniżej odpowiedniej wartości ERL, z wyjątkiem fluorenu , podczas gdy częstość występowania skutków wynosiła 75% lub więcej przy stężeniach powyżej odpowiedniego ERM, z wyjątkiem dibenzo(a,h )antracen, p,p'-DDE, całkowity dichlorodifenylotrichloroetan ( DDT ) i całkowite polichlorowane bifenyle (PCB). Co ważne, stuprocentowe efekty zaobserwowano w stężeniach powyżej ERM dla acenaftylenu , 2-metylonaftalenu i niskocząsteczkowej masy WWA, a dziewięćdziesiąt procent lub więcej efektów w tym zakresie zaobserwowano w przypadku chromu , ołowiu, srebra, benz(a)antracenu i fluorantenu .

Zanieczyszczenia, które zostały zgłoszone jako mające niską dokładność, obejmowały nikiel , rtęć , chrom, całkowite PCB, p,p'-DDE i całkowite DDT.

Porównanie z innymi SQG (studia przypadków)

Przeprowadzono wiele studiów przypadków w celu porównania różnych wytycznych dotyczących jakości osadów (SQG) i ich zdolności do przewidywania toksyczności osadów. Pierwotnym zamiarem NOAA przy opracowywaniu ERL / ERM było stworzenie systemu rankingowego toksyczności osadów w celu porównania jednego miejsca z drugim. Chociaż nie było to pierwotnym zamiarem, wytyczne te porównano z innymi SQG, aby ocenić ich zdolność do przewidywania toksyczności osadów w różnych organizmach.

Long i współpracownicy przeprowadzili również metaanalizę , wykorzystując 1068 testów toksyczności osadów, aby ocenić zdolność predykcyjną wytycznych dotyczących jakości osadów ERL / ERM, PEL (poziom przewidywanych skutków) i TEL (poziom efektów progowych). Odkryli, że ERL najdokładniej przewidywał toksyczność niepowodującą skutków dla bentosowych . Ponadto wykazano, że wraz ze wzrostem liczby przekroczeń SQG wzrosła również wynikająca z tego toksyczność osadu, dostarczając mocnych dowodów na to, że SCG są przydatne w przewidywaniu toksyczności osadów. Zauważono jednak, że gdy chemikalia występowały w mieszaninach, toksyczność osadów wzrastała, prawdopodobnie przy stężeniach niższych niż ERL i TEL.

Vidal i Bay wykazali, że ERM działał lepiej niż AET (próg widocznego efektu) i EqP (podział równowagi) w przewidywaniu nietoksycznego stężenia osadu i ogólnie był bardziej konserwatywny w swoich szacunkach niż SQGQ1 (wskazówka dotycząca jakości osadu iloraz) i MECq (stężenie o umiarkowanych efektach). Celem ich badania było porównanie powszechnych SQG używanych do oceny miejsc w Kalifornii. Oba te badania sugerowały użycie wielu SQG i dały wskazówki dotyczące wyboru najlepszej metody w oparciu o charakterystykę terenu i zanieczyszczenia stanowiące zagrożenie.

Wady podejścia ERL/ERM

ERL i ERM należy używać ostrożnie. Przecenianie zdolności tych wartości do sygnalizowania, czy osad może być toksyczny, może prowadzić do podejmowania złych decyzji. Należy wziąć pod uwagę pewne kwestie i zrozumieć słabe strony tych wartości, aby właściwie stosować poziomy przesiewowe ERL i ERM.

ERL i ERM nie są wartościami progowymi służącymi do określenia, czy wystąpi toksyczność – są to zależności między masowymi stężeniami substancji chemicznych a skutkami toksyczności, które są wyrażone wzdłuż kontinuum. Nie ma stężenia, powyżej którego wystąpi toksyczność i poniżej którego toksyczność nie wystąpi. Fakt ten może zostać przeoczony przez niektórych użytkowników ERL/ERM, co może wprowadzić w błąd proces decyzyjny.

Wyprowadzenie ERL i ERM może również powodować dalsze nieporozumienia – ponieważ do określenia ERL/ERM wykorzystywane są wyłącznie dane dotyczące skutków, istnieją również nakładające się stężenia, w przypadku których nie występuje współwystępowanie toksyczności . Stężenia, które nie wywołały znaczącego efektu, są pomijane w obliczeniach przy określaniu wartości 10. i 50. percentyla (odpowiednio ERL i ERM). Dlatego w zakresach wyznaczonych przez wartości ERL i ERM istnieją stężenia, które nie mają istotnego wpływu biologicznego.

Wiele substancji uznanych za bardzo toksyczne nie ma przypisanych SQG. Zdolność SQG do przewidywania toksyczności w przypadku obecności innych substancji bez SQG jest obecnie nieznana.

Wielkość cząstek również odgrywa ważną rolę w stężeniach chemicznych, a czynnik ten jest ignorowany przy obliczaniu ERL i ERM. Używając tych wartości do przesiewania zanieczyszczonego osadu, prawdopodobne jest, że ERL będzie przekraczany częściej, gdy osad zawiera większą część materiału drobnoziarnistego. Wynika to z odwrotnej zależności między stężeniem substancji chemicznej a wielkością cząstek. Ze względu na to, że stężenia osadów są mierzone w przeliczeniu na suchą masę , nie uwzględnia się innych czynników geochemicznych osadów, które mogą również wpływać na biodostępność zanieczyszczeń.

bioakumulacji dla dzikich zwierząt i ludzi nie są uwzględniane w pomiarach ERL i ERM.

Ponadto Vidal i Bay zauważyli, że użycie ERM, gdy obecny jest DDT, skutkowało mniej dokładnym poziomem przewidywania. Autorzy zasugerowali, że dostarcza to dowodów na to, że inne metody mogą okazać się bardziej ochronne w przypadkach, gdy obecne są mieszaniny substancji organicznych .