title: Bioaccumulation of ionic compounds - Deriving of alternative screening criteria from experimental studies
title: Bioaccumulation of ionic compounds - Deriving of alternative screening criteria from experimental studies
titleType: AlternativeTitle
Creators: name: Schlechtriem, Christian
name: Ebersbach, Ina
name: Müller, Carolin
Publisher: name: Umweltbundesamt
Year: 2021
Subjects: subject: Bioakkumulation
subject: bioaccumulation
subject: ionic substances
subject: PBT
subject: Chemicals

description: Das Ziel der vorliegenden Studie war es, die Bioakkumulation vollständig ionisierter Verbindungen experimentell zu bestimmen und Screening-Parameter zu identifizieren, die auf ein hohes Bioakkumulationspotential von ionisierbaren organischen Chemikalien (IOCs) hinweisen können. Drei Fütterungsstudien mit Regenbogenforellen (Oncorhynchus mykiss) wurden gemäß OECD TG 305 durchgeführt. Die Trennung von Leber, Magen-Darm-Trakt (GIT) und Schlachtkörper ermöglichte eine weitere Aufklärung der Gewebeverteilung der einzelnen Testsubstanzen. Die ausgewählten Chemikalien wiesen Eigenschaften auf, die sie für eine hohe Bioakkumulation verdächtig machten, und umfassten zwei Kationen (Tetrabutylphosphonium-bromid (TBP), Trimethyloctadecylammoniumchlorid (TMOA)) und vier Anionen (Benzotriazol, Tecloftalam, Pentachlorphenol (PCP), MEE-Phosphonat). Die höchsten Verteilungsfaktoren wurden für die GIT gefunden, gefolgt von der Leber. Keine der getesteten IOCs zeigte jedoch ein ausgeprägtes Biomagnifikationspotential, da die kinetischen Biomagnifikationsfaktoren (BMFk) zwischen 0,001 und 0,05 g / g lagen (Median 0,009 g / g). Die getesteten Kationen zeigten mit Ausnahme von Tecloftalam eine geringere Assimilationseffizienz (ÎÌ) (siehe OECD TG 305) als die Anionen. Im Gegensatz dazu zeigten die getesteten Anionen eine erheblich schnellere Depurationsrate (Halbwertszeit weniger als 0,5 Tage) als die Kationen (Halbwertszeit von etwa 5 Tagen). Zwanzig mögliche Screening-Parameter für das Biomagnifikationspotential ionisierter Verbindungen wurden mit verfügbaren Schätzwerkzeugen (ACD / i-Lab und COSMOmic) berechnet und mit BMF-Daten aus dieser Studie und aus der Literatur korreliert. Der COSMOmic KFisch / Wasser zeigte die höchste Korrelation zum gemessenen BMF, während die meisten anderen Deskriptoren nicht signifikant korrelierten. Das vermutete Bioakkumulationspotential der sechs IOC nach Aufnahme über die Nahrung konnte in den Fütterungsstudien mit Regenbogenforellen nicht bestätigt werden. Keiner der mehr als zwanzig Screening-Parameter zeigte eine besonders hohe Korrelation mit den Testergebnissen oder den aus der Literatur gesammelten BMF-Werten. Insgesamt kann aus dem Screening geschlossen werden, dass die Ionisierung einer Chemikalie die Tendenz zur Bioakkumulation im Vergleich zu nichtionisierten Chemikalien verringert. Eine schnelle Depuration scheint ein Hauptgrund für die beobachtete geringe Biomagnifikation ionischer Verbindungen, insbesondere der Anionen, zu sein. Aufgrund des schnellen Metabolismus oder der Konjugation geladener Verbindungen kann es zu einer schnellen Depuration kommen. Zukünftige Studien sollten diese Hypothese überprüfen. Quelle: Forschungsbericht
description: The goal of the present study was to experimentally determine the bioaccumulation of fully ionized compounds and to identify screening parameters that can indicate high bioaccumulation potential of ionic organic chemicals (IOCs). Three feeding studies with rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) were carried out according to OECD TG 305. Separation of liver, gastrointestinal tract (GIT) and carcass allowed to further elucidate the tissue distribution of the individual test substances. The chemicals chosen had characteristics that made them suspect for high bioaccumulation, and included two cations (Tetrabutylphosphonium bromide (TBP), Trimethyloctadecyl ammonium chloride (TMOA)) and four anions (Benzotriazol, Tecloftalam, Pentachlorophenol (PCP), MEE-Phosphonate). Data on the dietary biomagnification of IOCs (strong acids) were also collected from published literature. The highest distribution factors were found for the GIT, followed by liver. However, none of the tested IOCs showed a distinct biomagnification potential, as kinetic biomagnification factors (BMFk) ranged between 0.001 and 0.05 g/g (median 0.009 g/g). Cations showed lower assimilation efficiency (ÎÌ) than anions, except for Tecloftalam. In contrast, anions showed a considerably faster depuration rate (half-life less than 0.5 d) compared to cations (half-life of around 5 d). Twenty potential screening parameters for BMF were calculated with available estimation tools (ACD/i-Lab and COSMOmic) and correlated to BMF data from this study and from literature. The COSMOmic Kfish/water showed the highest correlation to measured BMF, while most other descriptors were insignificantly correlated. The suspected dietary bioaccumulation potential of the six IOCs could not be confirmed in the feeding studies with rainbow trout. None of the more than twenty screening parameters showed particularly high correlation to the test results nor to the BMF values collected from literature. Overall, it can be concluded from the screening that ionization lowers the tendency of a chemical to bioaccumulate, compared to non-ionized chemicals. Fast depuration seems to be a major reason for the observed low biomagnification of ionic compounds, in particular anions. Fast depuration may happen due to rapid metabolism or conjugation of charged compounds, and future studies should test this hypothesis. Quelle: Forschungsbericht
description: Many chemicals for which a ⁠PBT⁠ assessment is necessary are ionized in the environment. Therefore, the project aimed to find appropriate screening criteria for ionic organic chemicals (IOCs) to estimate their bioaccumulation potential. Twenty possible parameters were examined. The partitioning coefficient between water and fish calculated with COSMOmic showed the strongest correlation with experimental BMF data. The assumed high bioaccumulation potential was verified but not confirmed for six IOCs by conducting fish feeding studies (⁠OECD⁠ 305).