PNEC導出における種の感受性分布の役割とその簡易推定⽅法の探索
2021年度⽇化協LRI研究報告会
産業技術総合研究所
安全科学研究部⾨
加茂将史、岩崎雄⼀、内藤航

⽣態影響評価では• 予測無影響濃度 (PNEC)を⽤いて、評価を⾏う• PNECが環境中濃度よりも低ければ、リスクなし• 既存の⽅法• 有害性データ(無影響濃度: NOEC)を集める• ⼀番低いNOECを選ぶ• 不確実係数 (AF)で割る• PNECとする• たくさんの⽣物種がいる• メダカのNOECとミジンコのNOECは⽐べられるのか

種の感受性分布 (SSD)• ⽣物の感受性はばらつく（種ごとに違う）• どんな⾵にばらつくんだろう？
• そのばらつきの分布がSpecies Sensitivity Distribution• この分布を⽤いて評価しよう• 95%の⽣物種が守れる濃度 (HC5)が管理⽬標（議論あり）

問題点• ⺟集団が何• 正規分布？ワイブル？ロジスティック？

• データ（有害性値）がたくさん必要• どれぐらい「たくさん」であれば⼗分に「たくさん」と⾔えるのか？

• などなど、ぼんやりとした不安• 評価に定量性を持たせ、これらの不安を解消

前提• SSDは正規分布• 正確には対数正規分布• 有害性値のLog10を取れば、正規分布を扱うことに• 管理⽬標は95%の種が保護できる濃度：HC5• ⺟集団のHC5• 観測値（有害性データ）は、⺟集団からのランダムサンプルと⾒なす
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⺟集団の平均や標準偏差は、わからないデータから推定する推定した分布からHC5を求める
推定したHC5からPNECを導出する推定したHC5は⺟集団のHC5とは異なる• PNECをこの濃度以下に設定できれば、管理は成功

研究の⽬的• 課題1: 化学物質の物性値（その他もろもろ）から分布のパラメータを推定する• 正規分布は⼆つのパラメータ、平均と標準偏差、を持つ• これらを推定するモデルはできないか• 課題2: 管理の成功（失敗）を定量的に評価する• このPNECであれば、確率○%で管理が成功します！

課題1:分布のパラメータ推定• 有害性の強さ（弱さ）は何で決まるのか• 物性値や分⼦記述⼦が関与しているだろう• それらを説明変数にして、回帰モデルを構築• 推定誤差は⼤きかった• 先⾏研究でもそのことは報告されている(Hoondertet al. 2019)アイディア• 代表的な３つの⽣物グループ（藻類，甲殻類，⿂類）から抽出した３種の平均と標準偏差を推定し、それをSSDの予測に使う
全種で推定

標
準偏
差

移動の⽅向を記述⼦で推定

代表種だけで推定

平均

結果（急性毒性）

n = 60• 信頼性評価済みの急性データ（環境リスク初期評価）• 多くの場合で誤差0.5未満の範囲で推定可能
R2 = 0.96

Pyridine

過⼩評価
過⼤評価
点線は±0.5●はテストデータ
SSDの平均値（予測）Best model ~ SD_3sp + Class 4 + log VP

SSDの標準偏差（実測）SSDの平均値（実測）Best model ~ Mean_3sp + Class 4

R2 = 0.70

点線は±0.5

SSDの標準偏差（予測）Iwasaki Y, and Sorgog K. 2021. Estimating species sensitivity distributions on the basis of readily obtainable descriptors
and toxicity data for three species of algae, crustaceans, and fish. PeerJ 9:e10981. 10.7717/peerj.10981

慢性毒性でもできるか？
• 予測モデルを構築できるほど毒性データがなかった• 3種の慢性毒性データが揃う状況⾃体がそもそも少ない• モデル作りは断念、その代わり・・・• 急性のSSDから慢性のSSDを予測すればいい• 急性毒性値でSSDを推定• 慢性毒性値でSSDを推定• 平均、標準偏差をそれぞれ⽐較する

急性/慢性⽐• 慢性SSDの平均とHC5は，平均的には急性の0.1倍• 急性SSDの標準偏差 = 慢性SSDの標準偏差 （だいたい同じ）
平均

標準偏差

Hiki K, and Iwasaki Y. 2020. Can we reasonably predict chronic species sensitivity distributions from acute species
sensitivity distributions? Environmental Science & Technology 54:13131–13136. 10.1021/acs.est.0c03108

HC5は？
• 95%の物質でHC5の差（の絶対値）は約0.7未満• 実測値から推定されたHC5の95%信頼区間にほぼ収まる

8種以上の試験データが得られた60物質

n = 60●：毒性試験データから算出●：予測モデルから推定
エラーバーは，実測の毒性データから推定されたHC5の95%信頼区間。

HC5（mg/L：常⽤対数変換値）

ここまでのまとめ• 急性毒性のSSDは予測できそう• 平均と標準偏差を物性値などから直接推定するのは難しい• ⽣物種3種の毒性データで推定したSSDと全データで推定したSSDとの「ずれ」を予測すればいい• 慢性毒性のSSDは• SSDの急性・慢性⽐を考えれば、それなりの精度は保証できる課題2:信頼度の定量化• 推定したHC5は⺟集団のHC5から、どれだけずれているんだ？
• ⺟集団が正規分布の場合は、⺟集団の平均と分散がわからなくても、検定ができる• t検定• 推定した平均値が⺟集団の平均値から有意にずれているか• 平均値（50%ile値）での議論を5%ile値でできるように拡張すればいいAldenburg and Jaworska (2000)• 95%の確度で⺟集団のHC5を下回るPNECを導出する、不確実係数の⼤きさを求めている• が、彼らは、PNEC>HC5が避けられればそれで良い• PNEC>HC5だとしても、⼗分に近ければそれでよい、という考え⽅もあるだろう

SSDにおける不確実係数• 推定したHC5は、⺟集団のHC5とは異なる• 推定したHC5を不確実係数で割ってPNECにしよう• 不確実係数の⼤きさは• 1から5

不確実係数の⼤きさは• 推定した標準偏差によって変えないと、保護できる⽣物の割合が変わってしまいますよ• Sorgog and Kamo (2019) Quantifying the precision of ecologicalrisk: Conventional assessment factor method vs. species sensitivity
distribution method. Ecotoxicol. Environ. Saf. 183. 109494• この論⽂、t分布を正しく理解していないことによる⼤きな間違いがあります• 次の論⽂も参考にしてください• Belanger and Carr (2020) "Quantifying the precision of ecologicalrisk: Misunderstandings and errors in the methods for assessmentfactors versus species sensitivity distributions” Ecotoxicol. Environ.
Saf. 183:109494• Kamo and Sorgog (2021) Response to: Quantifying the precision of
ecological risk: Misunderstandings and errors in the methods forassessment factors versus species sensitivity distributions by Drs.
Scott E. Belanger and Gregory J. Carr. Ecotoxicol. Environ. Saf.
207:111542.

知りたいこと• ⺟集団のHC5と推定したHC5がどれぐらいずれているか

推定値

⺟集団の値
推定値
⺟集団の値

: 標準正規分布の5%ile値

⾮⼼t分布に従う変数n: データ数

この変数は、灰⾊の範囲に90%確率で存在する

t0.05
t0.95

95%ile値以下であって欲しい

整理すると1/10〜10倍とする
必要なサンプル数と推定した標準偏差の関係がわかる

限界標準偏差ここまでまとめ• Aldenberg and Jaworska (2000)の⾮⼼t分布を使えば• データ数が○個で、推定した標準偏差が○であった• その時、推定したHC5は⺟集団のHC5とどのぐらいずれている可能性があるかが定量的に⽰せる• ⼿持ちデータの信頼性チェック• ずれが⼤きい値は、SSDを推定するのに適切でない• ⼩さいものは、適切であるまとめ2• ずれの⼤きさ• データの数で変わる• データが多ければ、ずれは⼩さい• 推定した標準偏差でも変わる• 標準偏差が⼩さければ、ずれは⼩さい• SSDを推定するのに適切な、データ数は⼀概には決められない既存の⽅法でどのぐらい守れてる• 最⼩のNOECを不確実係数で割って、PNECを導出するという⽅法で、HC5が守れない確率

まとめ• SSDを推定できるか• できる• この⽅法で万全かについては、議論が必要• スクリーニングレベルなら⼗分と考えている• SSDを⽤いて評価を⾏えば• 評価が定量的になる• リスク評価においては定量性が⼤事なのである• 既存の⽅法では• ⼗分に保全できていることもあれば、できていないこともある• 最⼩のNOECを⽤いて評価しているから⼤丈夫は妄想

参考：岩崎雄⼀, 加茂将史. 2021. 最⼩の毒性値に不確実性係数を⽤いて導出される予測無影響濃度の限界を意識することのススメ. 環境毒性学会誌 24:43–47. 10.11403/jset.24.43

急性/慢性⽐• 慢性SSDの平均とHC5は，平均的には急性の0.1倍• 急性SSDの標準偏差 = 慢性SSDの標準偏差 （だいたい同じ）
平均

標準偏差HC5