Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
SWECO VIAK Rapport 2008 Kombinationseffekter av föroreningar
Responsible organisation
2008 (Swedish)Report (Other academic)
Abstract [sv]

I de allra flesta miljöer, med undantag för de laboratoriekosmos där toxicitetstester utförs, förekommer toxiska kemikalier tillsammans med andra, mer eller mindre toxiska kemikalier, och tillsammans med andra stressfaktorer, såsom patogener och predatorer. Frågan om det gör någon skillnad för den organism, som exponeras för en toxisk kemikalie, att den samtidigt exponeras för andra toxiska kemikalier väcktes på allvar i slutet av 1970-talet, och tester med i huvudsak binära blandningar visade att annat än kombinationseffekter var svårfunna undantag. Det stod emellertid klart att det finns åtminstone praktiska hinder för att testa toxiciteten för alla tänkbara kombinationer av kemikalier – en utvärdering av t.ex. alla kombinationer av 10 ämnen skulle kräva minst 1000 tester. I stället har forskare utvecklat olika beräkningsmodeller för toxiciteten av kombinationer av kemikalier.

Den här rapporten redovisar de vanligaste modellerna för att klassificera och beräkna toxiciteten av kemikalieblandningar, vilka antaganden modellerna bygger på, vilka styrkor och svagheter de har. Till dessa modeller räknas sådana som utgår från att a) kemikalierna är funktionellt oberoende, eller att de b) har samma verkningsmekanism, påverkar samma struktur eller funktion, eller har likartad kemisk struktur, eller att de c) interagerar med varandra genom synergier eller antagonism. Fysiologiskt baserade farmakokinetiska (PBPK) modeller är ett annat verktyg för att beskriva omsättning och toxiska mekanismer för kemikalier i blandningar. Även modeller som bygger på kvantitativa relationer mellan kemisk struktur och toxisk effekt (QSAR) har utvecklats för att förutsäga toxiciteten av en blandning vars komponenter man känner och kan representera med översiktliga kemiska egenskaper, såsom hydrofobicitet. I omfattande litteraturgenomgångar har man funnit att 75-80 % av binära, tertiära och kvartära blandningar har koncentrationsadditiva egenskaper, vilket innebär att deras bidrag till blandningens toxicitet står i proportion till deras koncentration.

Om blandningarna är komplexa och innehåller många okända ämnen från t.ex. avgaser och avlopp föreslår rapporten ett antal strategier. Den enklaste är att testa hela blandningens toxicitet vid olika koncentrationer, men ibland är det omöjligt för att den innehåller en eller flera starkt toxiska komponenter. Man kan fraktionera blandningen i olika steg, kombinera fraktioner och testa toxiciteten av fraktionerna, man kan försöka identifiera de 10 mest riskabla komponenterna i blandningen, testa deras samlade toxicitet och anta att den är representativ för hela blandningen, och man kan kombinera kemisk identifikation med multivariat effektanalys.

Eftersom det finns ett kolossalt stort antal kemiska blandningar i miljön är det viktigt att utveckla kriterier för att prioritera de blandningar som är viktigast att analysera och bedöma. Rapporten ger exempel på sådana blandningar, som har likartade komponenter, sådana som har definierad och förutsägbar sammansättning, och sådana som uppträder tillfälligt.

Olika index används för att sammanfatta risken för att en kemikalieblandning har en toxicitet som inte anses acceptabel. Index utgår från att man beräknar kvoten mellan exponeringsnivån för en komponent och den koncentration som anses som ett officiellt och säkert gränsvärde eller den koncentration som i ett experiment svarar mot ett visst lågt percentilvärde för en lägsta effekt av kemikalien. Kvoterna för de olika komponenterna adderas, och risken definieras som en sannolikhet att den summerade kvoten överstiger ett visst värde. Till sådana index räknas FI (faroindex), PODI (point of departure), MOE (margins of exposure) och TEF (toxic equivalency factor). Index är ett rationellt och transparent sätt att sammanfatta en mängd data om kemikalieblandningar men representerar samtidigt bara en punktskattning av ett dos-effektsamband och tar ingen hänsyn till den osäkerhet som finns i primärdata. Vissa index använder dessutom effektvärden för komponenterna som är dekorerade med en officiell säkerhetsfaktor, som döljer den verkliga osäkerheten och som blåser upp blandningens riskosäkerhet till orimliga proportioner.

I några avsnitt av rapporten redovisas vilka rekommendationer en del internationella och nationella organisationer och myndigheter ger för beräkning och bedömning av toxicitet och risker med kemikalieblandningar. Det är uppenbart att metodutveckling inom området tillhör prioriterade ärenden inom flera länder och organisationer.

Avslutningsvis rekommenderar rapporten den som ska bedöma toxiska risker med kemikalieblandningar att följa ett analysschema som bifogas i bilagor med olika upplösningsgrad. Analysschemat guidar bedömaren genom de olika steg och beräkningsmodeller som kan appliceras beroende på hur väl man känner sammansättningen av blandningen.

Rapporten lägger också fram ett förslag till handlingsplan för Naturvårdsverkets hantering av kemikalieblandningars toxicitet. Vi rekommenderar primärt verket att verka för att alla kemikaliebedömningar görs med utgångspunkt från att en kemikalie ingår som en komponent i en blandning och att det är blandningens toxicitet som ska beräknas i första hand och inte den enskilda komponentens. Vidare rekommenderar vi verket att ordna utbildning och träning i riskbedömning av kemikalieblandningar, att formalisera en stödjande expertgrupp för komplicerade bedömningar, att låta utarbeta en manual och handledning förbedömning av blandningseffekter, att ge forskarsamhället i uppdrag att modernisera och kvalificera riskanalysmetoder för kemikalieblandningar och att låta göra detaljanalyser av kombinationseffekter av grupper av strukturellt heterogena kemikalier, t.ex. läkemedelssubstanser.

 

Abstract [en]

This report addresses the challenges associated with the calculation of the toxicity of mixtures of chemicals and the estimation of environmental and health risks of those mixtures. It is obvious that practical limitations precludes toxicity testing of all possible combinations of chemicals and concentrations – for instance, testing the toxicity of all combinations of only 10 individual chemicals would require at least 1000 separate assays. As an alternative, the evaluation of mixture toxicity and risk is based on mathematical and statistical modelling.

The reader is introduced to the most common models to classify and calculate mixture toxicity. Included are models assuming that 1) the chemicals act independently of each other in the organisms; 2) the chemicals have the same mechanism of toxicity, affect the same endpoint, or have the same chemical structure; 3) the chemicals interact with each other in synergistic or antagonistic ways. Physiologically based pharmacokinetic (PBPK) models describing metabolism and toxicity of mixtures are briefly presented, and new approaches to use quantitative structure-activity relationships (QSAR) to estimate toxicity of mixtures from predicted chemical characteristics of the mixtures are reviewed. Reviews of the scientific literature shows that the toxicity of 75-80 % of known mixtures of two to four chemicals can be safely calculated by concentration addition, which means that the contribution of each component to the mixture toxicity is proportional to its concentration in the mixture.

Schematic decision trees are constructed in the report to help the assessor to evaluate the toxicity and risk of complex mixtures of more or less unknown composition. Whole mixture toxicity test at different concentrations is the simplest approach, although sometimes cumbersome if one or several components are very toxic. Mixtures can be fractionated based on successive bioassays, fractionated and recombined, fractionated in combination with identification and toxicity testing of the 10 most risky components, and chemically identified in combination with a multivariate effects analysis. Since the number of complex mixtures in the environment is just formidable, the report reviews efforts to develop criteria to prioritise among them and presents list of prioritised mixtures containing similar components, mixtures of known and predictable composition, and mixtures of occasional composition or appearance.

The environmental and health risk of mixtures is often expressed by an index by which the exposure to an individual component is compared to a guideline or regulatory value of the component or to a specific percentile value of the lowest effect level for the component in a dos-response assay. The ratios for the individual components are added to a mixture index, and the risk is estimated as a probability that the mixture index exceeds a specific value. The report presents some common risk indices, viz. HI (hazardous index), PODI (point of departure index), MOE (margins of exposure), and TEF (toxic equivalency factor).

The common practices of mixture toxicity and risk assessment by a number of national and international organisations are briefly reviewed, as well as the legal bases of mixture toxicity assessment in Sweden. The current knowledge about assessment methodology of certain common groups of chemicals, such as metals, biocides, detergents, dioxines, PAHs, and endocrine disruptors, is summarized, and a commented list of representative scientific publications of mixture studies is included in the report.

The authors recommend the Environmental Protection Board to encourage the application of mixture toxicity and risk assessment methodology to all kinds of chemical mixtures and all kinds of environments where chemicals will appear in mixtures. To achieve this, a training and educational programme on risk assessment of chemical mixtures should be established, as well as a group of supporting experts advising on complex cases. A manual for mixture toxicity and risk assessment should be prepared; the board may initiate some steps towards a focussed research programme on analyses of risks of complex mixtures; and the board may request evaluations of combination effects of groups of chemicals that are structurally heterogeneous, such as endocrine disruptors.

Place, publisher, year, edition, pages
2008. , 66 p.
Series
SWECO VIAK Rapport 2008
National Category
Environmental Sciences
Research subject
Finance, National; Miljöövervakningens programområden, Toxic; Toxic, Screening; Environmental Objectives, A Non-Toxic Environment
Identifiers
URN: urn:nbn:se:naturvardsverket:diva-2256OAI: oai:DiVA.org:naturvardsverket-2256DiVA: diva2:781793
Available from: 2015-01-19 Created: 2015-01-19 Last updated: 2015-01-19

Open Access in DiVA

fulltext(385 kB)76 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 385 kBChecksum SHA-512
0f5679e41e782e1c26c72bee15b7e6923018cbfb49ea7fe87ef13346ddbe8c326f172914dcb139ab2f8e880b7bf2efaacb4e554d5b799f948a0a61f4513db492
Type fulltextMimetype application/pdf

Environmental Sciences

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 76 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 62 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf