Pozostałość tkanki

Pozostałość tkankowa to stężenie substancji chemicznej lub związku w tkance organizmu lub w części tkanki organizmu. Pozostałości tkankowe są wykorzystywane w toksykologii wodnej, aby pomóc określić los chemikaliów w systemach wodnych, bioakumulację substancji lub biodostępność substancji, uwzględniają wiele dróg narażenia (połknięcie, wchłanianie, wdychanie) oraz odnoszą się do narażenia organizmu na mieszaniny chemiczne. Podejście do badania toksyczności pozostałości tkankowych jest uważane za bardziej bezpośrednią i mniej zmienną miarę narażenia na chemikalia i jest mniej zależne od zewnętrznych czynników środowiskowych niż pomiar stężenia substancji chemicznej w środowisku narażenia.

Ogólnie metody dotyczące pozostałości tkankowych stosuje się w przypadku chemikaliów ulegających bioakumulacji lub w przypadku chemikaliów ulegających bioakumulacji. Większość tych substancji to związki organiczne , które nie są łatwo metabolizowane przez organizmy i mają długą trwałość w środowisku. Przykłady takich chemikaliów obejmują polichlorowane dibenzodioksyny , furany , bifenyle , DDT i jego metabolity oraz dieldrynę .

Wykorzystanie pozostałości tkankowych w ocenie toksyczności i bioakumulacji może być również określane jako podejście oparte na pozostałościach w tkankach (TRA), krytyczne pozostałości w organizmie (CBR) lub testy toksyczności oparte na pozostałościach tkankowych.

Historia

Historycznie rzecz biorąc, testy toksyczności w środowisku wodnym koncentrowały się na podejściach opartych na wodzie, w których stężenie substancji toksycznej określa się na podstawie jej stężenia w wodzie. Chociaż wykorzystanie i koncepcje pozostałości tkanek istnieją od ponad 100 lat ze względu na zainteresowanie narkozą i znieczuleniem, nie były one szeroko stosowane w toksykologii. Pierwsze znane badanie pozostałości tkanek w toksykologii środowiskowej zostało opisane w 1912 roku przez White'a i Thomasa, którzy badali skutki narażenia ryb na miedź przy użyciu stężeń miedzi w całym ciele.

Od lat 80. XX wieku nastąpił szybki wzrost podejścia do toksykologii opartego na pozostałościach tkanek. Podejście oparte na wodzie zostało ponownie ocenione ze względu na wyzwania związane z oceną toksyczności chemikaliów ulegających bioakumulacji. Podejścia oparte na wodzie nie zawsze są dokładnym oszacowaniem stężenia substancji chemicznej ulegającej bioakumulacji w organizmie, ani też podejście oparte na wodzie nie obejmuje wielu dróg narażenia organizmu na substancję toksyczną i efektów addytywnych na tych drogach.

Zalety

Wykorzystanie pozostałości tkanek umożliwia badaczowi: uwzględnienie wielu dróg narażenia, uwzględnienie różnic toksykokinetycznych między gatunkami, uwzględnienie czynników, które zmieniają biodostępność i potencjalne narażenie organizmu na mieszaninę chemiczną. Pozostałości tkankowe mogą również reprezentować czasowe i przestrzenne narażenie organizmu, a także wyjaśniać związek przyczynowo-skutkowy chemikaliów. Zależności te są często zniekształcane przez niepewność co do biodostępności chemicznej. Mechanizm działania substancji chemicznej zależy od stężenia w tkankach wewnętrznych, dlatego pozostałości w tkankach dają naukowcom bardziej bezpośrednie oszacowanie zależności między pozostałością a efektem (dawka-reakcja). Pozostałości tkankowe są również mniej zmienne niż inne miary narażenia chemicznego.

Oprócz wyżej wymienionych zalet wykorzystania pozostałości tkankowych, Agencja Ochrony Środowiska Stanów Zjednoczonych stwierdza również, że podejście to wyraźnie uwzględnia narażenie poprzez dietę, będzie wspierać identyfikację i badanie sposobu działania substancji chemicznej, uwzględniać wpływ metabolizmu organizmu na akumulację i umożliwia eksperymentalne weryfikacja między badaniami laboratoryjnymi i terenowymi.

Niedogodności

Większość problemów z pozostałościami tkanek pojawia się podczas interpretacji danych dotyczących pozostałości tkanek. Komplikacje interpretacji mogą być spowodowane wyborem punktów końcowych, wyborem gatunku, wrażliwością na etapie życia, jakością danych i ekstrapolacją danych dotyczących toksyczności. Wybór tkanki do analizy pozostałości tkankowych również może być trudny i ma wpływ na dane dotyczące pozostałości tkankowych. Wybierając tkankę, naukowiec musi wziąć pod uwagę: tryb i mechanizm działania badanej substancji chemicznej, miejsce działania toksycznego dla badanej kombinacji substancji chemicznej i gatunku oraz siłę związku tkanka-reakcja. Brakuje również wiarygodnych powiązań pozostałości tkanek dostępnych do porównania.

Chociaż wykorzystanie pozostałości tkanek może odpowiadać za wiele dróg narażenia, nie może zidentyfikować dróg narażenia. Pozostałości tkankowe również nie mogą odpowiadać za biotransformację związków organicznych. Jeśli substancja chemiczna ulega biotransformacji, stężenie macierzystej substancji chemicznej jest niższe, ale metabolity mogą nadal być toksyczne. Podejścia oparte na pozostałościach tkankowych nie są tak przydatne w przypadku chemikaliów o krótkim okresie półtrwania, ponieważ organizm będzie narażony tylko sporadycznie. Ogólnie rzecz biorąc, pozostałości tkanek mają uzupełniać dane z metod opartych na wodzie, a nie je zastępować.

Zastosowanie w regulacji

Ameryka północna

Amerykańska Agencja Ochrony Środowiska (USEPA) uwzględniła pozostałości tkanek poprzez opracowanie modelu biotycznego ligandu, a także standardy jakości wody dla miedzi. USEPA opublikowała również niedawno projekt kryteriów selenu dla organizmów wodnych, stosując podejście oparte na tkankach. USEPA pracuje obecnie nad włączeniem pozostałości tkanek do norm dotyczących chemikaliów ulegających bioakumulacji, które zwykle są hydrofobowe z logarytmicznym współczynnikiem podziału oktanol-woda większa niż 5 (log Kow>5). Kanada formalnie wykorzystuje pozostałości tkanek w wytycznych zwanych wytycznymi dotyczącymi pozostałości tkanek (TRG), które są wykorzystywane głównie do ochrony dzikich zwierząt żywiących się organizmami wodnymi.

Europa

W Europie brakuje formalnego wykorzystania pozostałości tkanek.

Australii i Nowej Zelandii

Zarówno Australia, jak i Nowa Zelandia stosują podejścia oparte na pozostałościach tkankowych w programach biomonitoringu małży i ostryg.

Dostępne bazy danych

W Stanach Zjednoczonych dostępne są dwie obszerne bazy danych toksykologii wodnej Bazy danych toksykologii wodnej dotyczące pozostałości tkanek. Pierwszą z nich jest Baza Danych Pozostałości Toksyczności prowadzona przez USEPA. Drugim jest baza danych o skutkach pozostałości dla środowiska (ERED) prowadzona przez Korpus Inżynierów Armii Stanów Zjednoczonych. Obecnie większość dostępnych danych pochodzi z badań ostrej odpowiedzi śmiertelnej.

Aplikacje

Metale

Pozostałości tkankowe metali w organizmach ofiar bezkręgowców mogą zmniejszyć niepewność w szacowaniu narażenia z wielu dróg. Może to być szczególnie ważne we wczesnych stadiach życia organizmu lub w przypadku gatunków wymienionych w ustawie o zagrożonych gatunkach (ESA). Jednak opracowanie odpowiedniego podejścia do oceny toksyczności metali przez pozostałości tkanek jest trudne, ponieważ jakość wody może mieć duży wpływ na toksyczność metali. Z wyjątkiem związków metaloorganicznych , nie opracowano żadnych uogólnionych podejść do analizy metali w pozostałościach tkanek, chociaż z powodzeniem opracowano i zastosowano podejścia specyficzne dla miejsca i gatunku, zwłaszcza w przypadku bezkręgowców. W niedawnym artykule zbadano toksyczność pozostałości tkankowych dla miedzi i kadmu u ryb i stwierdzono niską zmienność między gatunkami dla obu metali w porównaniu z wskaźnikami toksyczności narażenia na wodę. Wyniki te wskazują, że stężenia metali w całym ciele ryb mogą być przydatne w wytycznych dotyczących jakości środowiska, ocenie kryminalistycznej i ocenie ryzyka ekologicznego. Dodatkową korzyścią jest możliwość scharakteryzowania zanieczyszczonego ekosystemu na podstawie podwyższonego stężenia metali w całym organizmie, wynikającego z aklimatyzacji.

WWA (wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne)

Ryby są w stanie szybko metabolizować i eliminować WWA , dlatego pozostałości tkankowe związków macierzystych WWA nie dostarczą odpowiednich informacji o narażeniu organizmu. Narażenie na WWA u ryb wiąże się z upośledzeniem reprodukcji, niedoborem odporności i uszkodzeniem wątroby, a także innymi problemami zdrowotnymi. W przeciwieństwie do tego, bezkręgowce nie metabolizują i nie wydalają WWA tak wydajnie jak ryby, dlatego badacz może lepiej zrozumieć lokalizację i wzorce czasowe dostępnych biologicznie WWA na podstawie pozostałości tkankowych tych bezkręgowców.

PCB (polichlorowane bifenyle)

W przeciwieństwie do WWA, pozostałości tkankowe PCB u ryb mogą dostarczyć wiarygodnych informacji na temat narażenia i toksyczności. Pozostałości tkankowe PCB w rybach mogą dostarczyć istotnych informacji w ocenie narażenia , ponieważ ryby na ogół otrzymują PCB w wyniku narażenia za pośrednictwem sieci pokarmowej. Obecnie istnieją dwa podejścia do badań przesiewowych pod kątem PCB w rybach w oparciu o obciążenie ciała PCB.

Na miejscu

Zarówno Stany Zjednoczone, jak i Wielka Brytania mają programy monitorowania obserwacji małży. Chociaż programy te różnią się pod wieloma względami, oba wykorzystują pozostałości tkanek do ustalenia skutków biologicznych, takich jak przeżycie i stan organizmu, obecnych chemikaliów. W przeciwieństwie do pasywnego charakteru programów monitorowania małży, pozostałości tkanek zastosowano również w in situ w Stanach Zjednoczonych, Wielkiej Brytanii i Kanadzie.

Witryny Superfund

Wytyczne dotyczące pozostałości tkankowych zostały opracowane dla tributylocyny (TBT) dla lokalizacji Harbour Island Superfund, lokalizacji Lower Duwamish Superfund i lokalizacji Portland Harbor Superfund. W witrynie Harbour Island Superfund opracowano poziomy wyzwalania tkanek, aby zapewnić wskazówki dotyczące działań naprawczych. Wartość referencyjna toksyczności pozostałości tkankowych (TRV) została opracowana dla TBT w odniesieniu do śmiertelności i wzrostu w ośrodku Lower Duwamish Superfund. TRV pozostałości tkankowych zostały również opracowane dla TBT, a także wielu innych chemikaliów, do użytku w pracach na terenie Portland Harbor Superfund.

Ocena ryzyka ekologicznego

Ocena ryzyka ekologicznego ma na celu określenie źródła zanieczyszczenia w celu narażenia na punkt końcowy toksyczności. Wymaga to osoby oceniającej ryzyko w celu zidentyfikowania i oszacowania dróg narażenia. Pozostałości tkankowe to jedyne podejście, które z natury odpowiada za toksyczność spowodowaną wieloma drogami narażenia. W ocenie ryzyka istnieje również potrzeba zrozumienia bioakumulacji chemikaliów4 , a także bezpośredniego oszacowania biodostępności . Modelowanie narażenia na działanie sieci troficznej jest trudne w ocenie ryzyka i wymaga wielu założeń, ale tę niepewność można zmniejszyć dzięki pozostałościom tkanek. Pozostałości tkanek mogą również pozwolić na zapewnienie powiązania między oceną ryzyka ekologicznego a oceną ryzyka dla zdrowia człowieka.

Kwestie związane z wykorzystaniem pozostałości tkanek w ocenie ryzyka są podobne do wad wymienionych powyżej.