Ekotoxikologie vodních
ekosystémů
Osud látek a biodostupnost
Faktory ovlivňující biodostupnost
* Forma toxikantu
* Dostupnost formy do organismu
­ Komplexaxe/dekomplexace
­ Adsopce/ desorpce
­ pH
­ Konc. Org. látek
­ Konc. Organic/ minerálních částic
­ Teplota okolí a v organismu
­ Způsob příjmu potravy (kůže, respirace, s potravou,
membránový přenos)
Osud látek ve vodních
ekosystémech ovlivní:
* Vlastnosti chemických látek
* Vlastnosti vodního prostředí
* Biotické i abiotické interakce
* Pohyb a míchání vody (...podzemní!!!)
* Kyslíkové a redox poměry na lokalitě
* pH
* Světlo (fotolýza, autotrofní biodegradace
* Sorpce (obsah org. Látek, jílo/min. komplexy, HK
Properties of a chemicals in
environmental/hydro chemistry
* Molecular structure
* Molecular weight
* Water solubility and precipitation (a)
* Vapor pressure
* Henry's law constant
* Octanol-water partition coefficient (b)
* Sorption constants for soiLs, sediments, or atmospheric particle 
* Acid or base dissociation constant (a)
* Complexation constants (a)
* Electron transfer (redox) constant (a,b)
* Polymerization constants (a)
* Diffusion coefficients
* Light absorption spectrum and quantums yield
* Bioconcentration factor (a,b)
* Biodegradation or biotransformalion constant (b)
* Hydrolysis constants (b)
* Particle size (for solids)
--------------------------------------------------------------------
(a) Both equilibrium and rate constants are important.
(b) Primarily used for organic chemicals.
 Primarily used for inorganic chemicals.
Properties of the aquatic environment
important in predicting the fate and transport
of a chemical
Physical properties
* Surface area
* Flow, extent of mixing, and bottom scouring
* Sedimentation rate
* Solar irradiation (at surface) and irradiance as function of wavelength and water body depth
Chemical properties
* Temperature
* pH
* Eh* (for several redox couples, including oxygen)
* Suspended solids (nature and concentration)
* Hardness, salinity, ionic strength
* Concentration of major ions
* Concentration of dissolved organic matter
* Bottom sediments (nature, including organic carbon content and redox status)
Biological properties
* Microbiological populations and activity
* Trophic status
* Nutrient concentrations
*Eh = value which presents potential ot redox reactions.
The effects of a chemical on
an ecosystem can be
illustrated as casscading from
the source through individual
organisms to ecosystems
Rozdělovací koeficienty vybraných složek pohonných látek
Fields of stability for solid and
dissolved forms of iron as a function of
Eh and pH at 25°C and 1 atmosphere
(Courtesy, 1990)
Schematic overview of the most important processes for the fate of
pesticides in aquatic systems
VSTUP vs ELIMINACE
PŘÍJEM ~ ELIMINACE (rovnováha, homeostáza)
- udržování látky v organismu pod úrovní škodlivého efektu
- organismus však vynakládá energii na udržení rovnováhy
(procesy eliminace, metabolismus ...)
PŘÍJEM > ELIMINACE
- nárůst koncentrací látky v organismu
- časem překročení úrovně efektu (threshold level)
Překročení limitů homeostatických procesů
-> přechod ze stadia rezistence
do stadia pozorovatelných negativních efektů u jedince
-> škodlivé efekty na vyšších úrovních organizace
BIOLOGICKÉ SYSTÉMY V EKOTOXIKOLOGII
Příklad efektů/odpovědí toxikantů na různých úrovních organismu
molekulární
- vazba na DNA, změna struktury, aktivace ,,inaktivních proteinů"
buněčná
- změna profilu proteinů produkovaných buňkou (nové, mutace)
orgánová
- změna fyziologie (koncentrace hormonů, tlak krve)
organismální
- změny chování/zdraví, změny reprodukce, růstu -> smrt
populace
- změny demografie (staří > mladí)
společenstvo
- vymizení druhu
Na všech úrovních reparace (reparace DNA, adaptace, nahrazení druhu)
BIOLOGICKÉ SYSTÉMY V EKOTOXIKOLOGII
Conceptual view of major mass transfer processes affecting bioaccumulation in a multiphase
system; in this case the gill is used as an illustrative example. Key: (1) flow of water along
the membrane; (2) flow of blood in the organism; (3) flux of chemical across the
membrane; (4) binding and release from blood serum proteins; (5) absorption
to/desorption from blood cells; (6) transfer of chemical from blood to tissues via
perfusion of major tissues; (7) complexation /decomplexation from dissolved organic
carbon (DOC); (8) adsorption to/desorption from particulate organic carbon (POC); (9)
adsorption to/ desorption from large particulale solids plus interval diffusion within Ihese
particulates. d. diffusion distance across the membrane; h. thickness of the stagnant water
layer adjacent to membrane.