Environmental Risk 다생물종간 시험 • 현장시험에 대한 국제적 표준화 미흡

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1 Environmental Risk 6.5.5 다생물종간 시험 • 현장시험에 대한 국제적 표준화 미흡
• 현장과 유사한 조건 또는 현장조건하에서 실험을 통한 실험적 결과의 현장적용에 대한 불확실성 감소

2 Environmental Risk 6.3 수서독성 6.3.1 노출계 • 수서 생물독성 : 외부농도로 표시
(1) 유수식(상류식) 노출시스템 ▣ 개요 • 시험물질이나 시험수가 수조에 연속적으로 들어가고 나오는 방식 • 시험수 유속 : 2 ~ 3 L/kgfish/day • 시험수의 양은 24시간 동안 95 % 이상 교체 ▣ 장점 • 시험물질, 수온, 용존산소를 일정한 농도로 유지 • 생물농축성이 높거나 휘발성 물질, 지속성이 낮은 물질에 적합 ▣ 단점 • 사용하기에 복잡 • 시험물질의 농도를 변경하는 경우 수시로 점검이 필요

3 Environmental Risk (2) 지수식 노출시스템 ▣ 개요
• 시험수조에 시험물질을 투여하고 시험대상 생물을 시험기간 동안 노출 • 96시간 이하의 급성노출시험이나 비휘발성물질 또는 분해성이 낮거나 생물농축정도가 낮은 물질에 사용 ▣ 장점 • 간단하고 비용이 저렴 ▣ 단점 • 휘발, 변형, 흡착, 생분해 또는 생물농축으로 인해 시험물질의 농도가 감소하여 정확한 노출농도를 알기가 어려움 • 시험물질의 산소요구량이 높은 경우 용존산소가 낮아짐

4 Environmental Risk (2) 반지수식 노출시스템 ▣ 개요 • 주기적으로 완전히 새로운 시험수로 옮겨짐
• 물벼룩 같은 작은 시험생물에 자주 이용 ▣ 장점 • 실험 생물종에 사료 공급이 가능하며 시험시간을 무한정 연장 가능 • 확보된 시험물질의 양이 소량으로서 장기간 시험이 가능 ▣ 단점 • 시험생물의 스트레스나 상해 가능성 • 시험물질의 농도 불균일 • 지수식보다 노동력 더 소요됨

5 Environmental Risk 6.3.2 단기간독성 • 단기독성 ↔ 급성독성 (1) 동물을 이용한 시험
• 종말점 : LC50, EC50, NOEC • NOEC : No Observed Effect Concentration ▣ 갑각류를 이용한 급성독성 실험 • 실험 종 : 갑각류(Daphnia magna, D. pulex) 또는 생애가 24시간 이하인 갑각류 • 실험기간 : 48시간 • 실험계 : 50 ~ 200 mL 시험관 또는 비이커에서 정지실험 • 먹이 : 없음 • 빛/온도 : 18 ~ 22 ℃, 16:8 명암주기 • 종말점 : 움직이지 않는 정도 • 지표 : EC50

6 Environmental Risk ▣ 어류를 이용한 급성독성 실험
• 실험 종 : 다양한 새끼 어류들; Poecilia reticulata (Guppy), Brachydanio rerio, Pimephales promelas, Oncorhyuchus mykiss • 실험기간 : 96시간 • 실험계 : 정지 및 교체(최대 하중 1.0 g 어류/L)와 순환실험 • 먹이 : 없음 • 빛/온도 : 20 ~ 25 ℃(열대어종), 13 ~ 17 ℃(냉대어종), 16:8 명암주기 • 종말점 : 사망 • 지표 : LC50

7 Environmental Risk (2) 식물을 이용한 실험 ▣ 시험 생물종
• 조류(algae), 좀개구리밥(duck-weed) ▣ 조류 성장억제 실험 • 실험종 : 단세포 조류 • 시험기간 : 72 ~ 96시간(단기간 만성실험) • 실험계 : 삼각플라스크에 100 mL 실험용액을 넣어 교반기를 이용한 정지상 실험 • 배지 : 인공적으로 영양분을 풍부하게 만든 배지 • 빛/온도 : 18 ~ 22 ℃의 온도와 일정한 빛 • 종말점 : 개체수 증가 또는 생질량 • 지표 : EC50

8 Environmental Risk ▣ 식물의 독성 평가 주요 지표
• 광합성량 측정 : O2 측정, 14CO2 유입, 광합성 색소농도, ATP 생산, 세포계수 • 성장개체 평가법 : 세포 및 엽록체 계수, 생물체 총중량, 세대기간 ▣ 성장억제율 측정 • % 억제율 = (1 – rc/r0) X 100 rc ; 화학물질농도 C에서의 성장률 r0 ; 대주군의 성장률

9 Environmental Risk (3) 미생물을 이용한 실험 ▣ 화학물질에 의한 미생물의 기능적 변화관찰
• 화학물질이 탄소순환에 미치는 영향 • 유기물의 완전산화 • 질소순환과정 : 질소고정, 암모니아화, 질소화, 탈질화 등 ▣ 활성슬러지의 분해억제실험 • 실험종 : 호기성 슬러지에서 채취한 균 • 실험기간 : 3 시간 • 실험계 : BOD병에서 정지상 실험 • 배지 : 합성배지(무기영양분, 펩톤, 육류추출물, 요소) • 빛/온도 : 20 ℃에서 빛 없음 • 종말점 : 호흡율의 억제정도(미생물의 산소소비 mg O2/Lㆍh) • 지표 : EC50 (호흡율 50 % 억제)

10 Environmental Risk 6.3.3 장기간독성 • 만성독성시험의 목적 : 화학물질에 장기간 노출되었을 경우,
생태계에 나타나는 독성 검토 • 만성독성시험의 지표 : 치사율, 개체의 성장, 기형발생, 부화시간, 생식기능 또는 행위독성 등 ▣ 만성독성의 형태 • 전생애시험 : 시험생물의 한 세대 또는 그 이상의 세대에 걸쳐 번식, 성장, 생존 등에 미치는 화학물질의 영향을 시험 • 민감기시험 : 시험생물의 생애 중 화학물질에 가장 민감한 시기( 예, 어류의 경우 수정란 또는 치어 단계)에 생존이나 성장에 미치는 화학물질의 영향을 시험 • 기능시험 : 시험생물 개체의 생화학적 또는 생리학적 기능에 미치는

11 Environmental Risk (1) 전생애시험 • 시험생물군을 한 세대 혹은 그 이상에 화학물질에 노출
• 시험기간 : 수정란 → 유어 → 치어 → 성어 → 번식 • 농도 : 무 영향 농도 ~ 치사, 성장, 생식에 영향을 주는 농도 • 시험동물 : 실험실에서 전생애를 마찰 수 있는 생물종 (2) 물벼룩(Daphnia)를 이용한 시험 ▣ 물벼룩의 장점 • 담수계에 널리 분포 → 넓은 서식처 • 먹이사슬의 중요한 연결고리 • 전생애가 짧으며 실험실 배양이 용이 • 대다수의 수계오염물질에 대해 민감 • 적은 시험수의 양과 실험공간

12 Environmental Risk ▣ 물벼룩 생식실험
• 실험종 : 태어난 지 하루가 안된 갑각류((Daphnia magna, D. pulex) • 실험기간 : 21일 • 실험계 : 50 ~ 80 mL 실험용액이 있는 100 mL 비이커에서의 정지-교체실험(일주일에 3번 교체) • 먹이 : 실험실에서 배양된 단세포 녹조류 • 빛/온도 : 18 ~ 22 ℃의 일정온도에서 16:8tlrksdml 명암주기 • 종말점 : 사망률과 생식률(어린 것들의 총수) • 지표 : 반치사농도, 반유효농도, 비관찰유효농도

13 Environmental Risk ▣ Ceriodaphnia dubia 생식실험(미국) • 실험기간 : 7일
• 3대가 3, 5, 7일에 정상적으로 생산됨 • 생태학적으로 보다 연관성이 높은 시험종 사용 • 배양이 용이 • 짧은 노출기간

14 Environmental Risk (3) 민감기시험
• 어류를 이용한 민감기 실험 : 생애초기단계(Early Life Stage) 실험 ▣ ELS 실험의 종류 • AEF시험 : 방금 수정된 수정란을 대상, 배아, 유아, 치어 단계에 적용 • EA시험 : 배아기와 부화 후 단계, 배아발생과 치어 단계에 적용 • E시험 : 배아 발생단계에서 화학물질에 노출된 물고기의 치사율, 성장율, 최기형성 등을 검색 (4) 기능시험 • 치사량 이하의 독성물질의 노출 • 혈액생화학, 조직학, 유영패턴, 회피반응, 호흡, 효소활성, 감각기관의 인식능력, 면역반응 등

15 Environmental Risk 6.3.4 개체군변이(population dynamics : 집단동력학)
▣ 개체군 변이 연구 • 독성물질이 생태계에 미치는 영향 • 독성물질에 노출된 후 생태게 복원 ▣ 개체군 독성시험 • 시험종 : 조류, Orchesella cincta, Daphnia magna • 독성물질이 개체군 성장에 미치는 영향을 연구 6.3.5 다생물종 연구(multi-species studies) ▣ 단생물종 시험의 장점 • 신속한 시험으로 경제적임 • 표준화가 용이 • 재현하기가 비교적 용이 • 규제안 마련이 용이 • 의미있는 검색기법임

16 Environmental Risk • 결정을 내리는데 이용될 수 있음
• 치사, 성장, 번식, 행동 및 생물체의 다양한 특성에 미치는 영향을 결정하는 적당한 방법 ▣ 단생물종 시험의 단점 • 유전학적으로 같은 실험용 보관 개체의 사용 • 실험대상종들의 개체반응을 평균한 것의 이하 • 인공적인 서식지의 사용 • 간접독성의 영향을 무시 • 분포와 퇴화과정의 무시 • 생태게의 회복과정을 무시 • 다중스트레스의 축적에 관한 영향을 무시

17 Environmental Risk ▣ 디생물종 실험의 요건 • 농도와 영향간에 뚜렷한 관계가 성립해야 한다.
• 신뢰할만한 다수 생물종의 NOEC를 구해야 한다. • 자연 생태계내에 있는 분류학적으로 몇 개의 생물군들에 대하여 적어도 하나의 실험농도에 장기간 노출시켜야 한다. • 각 실험은 적어도 대조군과 두 게 이상의 농도군으로 실험하여야 한다. • 각 실험농도는 적어도 한 생물종의 두 개체 이상에 적용하여야 한다. • 실험화학물질의 농도는 실험하는 동안 몇 번 측정하여야 한다. • 수소이온농도와 온도와 경도 같은 물리화학적인 변수도 측정하여야 한다. • 집다닐도나 생물량과 같은 변수들 뿐만 아니라 생물다양성과 생물풍요도 같은 보다 높이 통합된 수준에 영향을 주는 변수들도 측정하여야 한다.

18 Environmental Risk ▣ 다생물종 실험의 단점 • 비용 • 표준화 • 인과관계 • 변수들의 총괄 • 빠른 분화성
• 노출농도의 안정성 • 적응 • 재현성 (1) 다생물종 시험의 여러 가지 유형 ① 소규모시험법 • 시험종 : 15종 이상의 생물체(크기가 작은 조류, 침전물 혹은 심해 무척추동물)로 구성된 여러 영양단계의 군집 • 시험계 : 인공매질과 모래기질이 들어 있는 일련의 3 L 유리병, 정적상태

19 Environmental Risk • 시험기간 : 63일 • 노출 : 전체 6개의 처치군으로 나누어 각 처치군마다 3개의 시료
• 종말점 : 영양물질의 이동, 화학물질의 거동, 조류와 무척추동물의 번식 ② 중간규모시험법 • 인공연못 (10 m X 5 m X 1 m) • 조류, 큰 수서식물, 무척추동물, 어류 서식 • 연구기간 : 5개월 • 종말점 : 화학물질의 거동, 용존산소, 조류의 생물량, 무척추동물 및 플랑크톤의 조성과 풍부도, 달팽이 번식 성공률, 어류생존 및 성장 등 ③ 현장연구 • 생물종의 민감도나 노출에 영향을 미치는 환경요인을 규명하는데 중요한 역학 • 필요조건 : 시험물질의 생체이용율, 중요한 여러 생물종의 민감성 분포

20 Environmental Risk 6.6 독성에 영향을 주는 인자 6.6.1 무생물학적 인자
• 생물체의 특징이나 특정 화학물질의 독성에 영향을 미칠 수 있는 환경인자 6.6.1 무생물학적 인자 (1) 산소농도 (2) 산화환원력 (3) 온도 (4) 수소이온농도 (5) 경도 (6) 음이온과 양이온의 교환능 (7) 진흙과 유기물 (8) 염분

21 Environmental Risk 6.6.2 생물학적 인자
• 시험 생물종 그 자체 ☜ 종에 따라 화학물질에 대한 민감성의 차이 • 생물종의 민감성 영향 요인 : 생리적 차이, 노출경로, 생육단계, 크기, 표면적/부피의 비율, 증가의 본질적인 비율 등

22 Environmental Risk 6.7 혼합물 독성 ▣ 단위독성(Toxicity Unit)
• C/LC50 (화학물질의 농도/LC50) ▣ 혼합독성의 분류 • M = ΣCi/LC50i • MIT(mixture toxicity index) = 1 – (log M / log n) M값 MIT값 독성작용의 가능성 n < 0 길항작용 비상가작용 1 ~ n 0 < < 1 부분적인 상가작용 1 상가작용 < 1 > 1 초상가작용

23 Environmental Risk 6.8 PNECs ▣ 위해성평가 단계 및 단계별 필요한 자료
• 예비평가 : 단기독성시험에서 얻은 LC50, EC50, QSARs에서 얻은 추정자료로 평가 가능 • 정밀평가 : 만성독성시험에서 NOEC값이 얻어질 경우에만 가능 악영향무관찰도(NOEC) ☞ 만성독성 중 노출-반응 시험에서 노출군과 대조군 간 악영향의 발현 수준에 통계적 유의성이 없는 최고 시험농도 ☞ NOEC 값이 높을수록 해당물질의 만성독성 수준은 낮아짐 • 포괄평가 : 현장연구 및 다생물종간 독성연구 결과가 얻어질 때만 가능 구분 단계 자료 1단계 예비 및 초기평가 단계 단기독성 2단계 정밀평가단계 만성독성 3단계 포괄평가단계 현장평가

24 Environmental Risk ▣ 예측무영향농도(predicted-no-effect-concentration, PNEC)
• 인간 이외의 생태계에 서식하는 생물에게 유해한 영향이 나타나지 않는다고 예측되는 환경 중 농도 • 장기간 연속노출 시 해당 매체에 서식하는 생물에 유해반응이 나타나지 않는 최고 농도 ☞ 생태위해성평가의 기준 • PNEC 도출 : OECD SIDS 지침서와 국립환경과학원 관련 지침의 평가계수법 사용 PNEC = Lowest LC50 또는 NOAEL AF

25 Environmental Risk ▣ 수서효능평가에서 적용하는 평가인자 이용가능한 정보 평가인자
적어도 조류(algae), 갑각류, 어류를 포함하는 일련의 실험결과에서 구한 최소 만성 NOEC 혹은 QSARs 추정치 10 구한 최소 급성 L(E)50 혹은 QSARs 추정치 100 하나 또는 두 개의 수중 생물종을 포함하는 일련의 실험결과에서 구한최소 급성 L(E)50 혹은 QSARs 추정치 1000

26 Environmental Risk 6.8.3 이차중독 • 먹이사슬을 통한 화학물질의 축적으로 인한 독성
▣ 야생 포유류나 조류에 대한 독성자료의 확보가 어려울 때 • NOAELdiet = NOAEL/F NOAELdiet : 먹이에 들어 있는 화학물질 농도(mg/kg) NOAEL : 실험동물의 아만성독성 측정치(mg/kg) F : 일일 먹이의 소비율(kg먹이/kg체중) • 먹이내 화학물질의 농도 < NOAEL이어야 함 • 조류와 포유동물의 2차중독 평가시 PNECs값 환산에 필요한 평가인자 유용한 정보 최저값에 적용되는 평가인자 적어도 세 가지 종에 대한 NOECs 10 세 가지 종 미만에 대한 NOECs 적어도 세 가지 종에 대한 급성 LC50 100 세 가지 종 미만에 대한 급성 LC50 1000

27 Environmental Risk ▣ 어떤 화학물질의 알 경우 • NOECpred = NOAEL/BCF
NOECpred : 조류 혹은 포유류에 독성작용이 관찰되지 않는 농도(mg/L) BCF : 먹이 내 지방량(L/kg) ▣ 이차독성의 판단 • 조류나 포유류에 대한 NOEC < PNEC