Voedsel- en milieuchemie
Als we het hebben over toxicanten hebben we het over alles wat op de één of andere
manier toxisch kan zijn voor dier of mens. In deze context spreken we uiteraard over een
toxicant die zelfs op lagere concentraties een bepaald effect in een organisme kan
veroorzaken. Elke stof is bij een bepaalde (hoge) concentratie een toxicant, ook al noemen
we deze stof op zichzelf geen toxicant. De term ‘toxicant’ verwijst naar een giftige stof die
wordt geproduceerd door of is een bijproduct van door de mens gemaakte activiteiten.
Er is een hele brede range aan toxische effecten mogelijk. Toxische effecten hebben te
maken met de gezondheid. Deze effecten treden op na blootstelling aan een bepaalde
toxicant. Een toxisch symptoom is elk gevoel of teken dat wijst op de aanwezigheid van een
gif in het lichaam. Het uiterste effect is mortaliteit. Echter is niet elk effect direct zichtbaar.
Deze zullen gemeten moeten worden. Een specifieke dosis van een bepaalde stof zal leiden
tot een specifiek effect.
De toxiciteit van een bepaalde stof is afhankelijk van allerlei parameters: chemische
structuur, toedieningsweg (dermaal, ingeslikt, geïnhaleerd, geïnjecteerd, enz.), tijd / duur van
blootstelling (ook bijvoorbeeld wanneer in zwangerschap), aantal blootstellingen (enkele
(acute) of meervoudige (chronische) doses), fysieke vorm van de toxische stof, gezondheid
en genetische samenstelling van het individu, etc.
De snelste toedieningsweg van een stof is door middel van een injectie. De stof komt op
deze manier direct in de bloedbaan terecht. Ook inhalatie is een redelijk snelle manier, maar
bevat één stap meer dan een injectie. De stof moet ingeademd worden en naar de longen
getransporteerd worden. Om de stof te kunnen inademen moet de concentratie van deze
stof in de lucht hoog genoeg zijn. Ook moet de stof natuurlijk gasvormig zijn (bijv. kleine
moleculen zoals formaldehyde).
De huid heeft een bepaalde structuur. Om een stof dermaal toe te kunnen brengen, moet de
stof lipofillische eigenschappen hebben. Lipofiliciteit is gebaseerd op de partitie tussen
octanol en water (log Kow). Log Kow is de concentratie van de stof in octanol gedeeld door
de concentratie van de stof in water. De waarde die we bekomen, vertelt ons hoe de stof
zich verdeeld over beide delen.
Bij lipofiele stoffen hebben we een log Kow > 5. De Kow is dan 105. Dit wil zeggen dat de
concentratie in octanol heel veel hoger is dan de concentratie in water. De stof moet
voldoende lipofiel zijn om door de huid te kunnen penetreren. Anders blijft de stof op het
oppervlak van de huid liggen. Om dit te verbeteren worden bijvoorbeeld vettige crèmes
gebruikt.
Orale blootstelling is een langere / langzamere toedieningsweg. De stof moet ten eerste
afbreekbaar zijn. Vervolgens moet de stof opgenomen worden en dus niet afgebroken
worden door de maag of de lever.
Het concept ‘voedselveiligheid’ is afhankelijk van de tolerable daily intake. Hierbij komen
bepaalde waarden kijken.
,Dosisdrempel – minimale hoeveelheid van een stof die schadelijk is voor de
gezondheidseffecten
NO(A)EL – geen waargenomen nadelig effect
niveau: de hoogste dosis, niet nadelige
(toxische) effecten veroorzaken. Dit is de
basiswaarde die wordt gebruikt om te berekenen
TDI (aanvaardbare dagelijkse inname) rekening
houdend met veiligheidsfactoren
LO(A)EL – laagst waargenomen (nadelige)
effectniveau – de laagste dosis een
waarneembaar effect veroorzaken
De tolerable daily intake is de norm van een bepaalde stof. Deze normen zijn berekend door
het Europese agentschap voor voedselveiligheid, EFSA. De berekening van de normen is
gebaseerd op de NOAEL. Hierbij zien we (nog) geen effect. Op een bepaald moment treedt
er wel een effect op. Op dat moment hebben we te maken met de LOAEL. Met deze
waarden en met bijkomende veiligheidsfactoren kunnen normen bepaald worden. Bij
concentraties onder deze normen verwachten we geen (negatieve) gezondheidseffecten. In
een experiment moet het gezondheidseffect zorgvuldig gekozen worden anders wordt deze
misschien gemist. We moeten het meest gevoelige effect vinden voor een bepaald toxicant.
Er zijn heel veel verschillende voedings toxicanten:
- metalen: Pb, Cd, Hg, Zn, Cu, As, etc (inclusief radioactieve elementen Sr, I, Pu)
- organometalen: methyl Hg, alkyl Pb, butyl- en fenyl-Sn, enz
- persistente organische polluenten:
a. Organische chloorverbindingen (PCB's, OC-pesticiden, dioxines,
PCB-metabolieten en vele anderen)
b. Organobromine verbindingen (PBDE's, PBB's, andere BFR's)
c. Organofluor verbindingen (PFOS, PFOA, andere PFC's)
- niet-persistente organische polluenten:
a. pesticiden
b. hormoonontregelaars: ftalaten, bisfenol-A, triclosan, enz.
c. geneesmiddelen, hormonen
- andere voedsel toxische stoffen:
a. zeevruchten toxines
b. endogene plantentoxines
c. polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK's)
d. migranten uit voedselverpakkingen
e. acrylamide
Er zijn ook heel veel verschillende agentschappen die zich bezighouden met deze voedings
toxicanten en dus met de voedselveiligheid. De Europese legalisatie is gebaseerd op de
EFSA (European Food Safety Agency) en de JECFA (Joint Expert Committee on Food
Additives). In de rest van de wereld wordt er gewerkt met de US FDA (US Food and Drug
Administration). De WHO (World Health Organization) speelt ook een belangrijke rol. Zij
hebben onder andere een aparte sectie voor richtlijnen van lucht- en drinkwaterkwaliteit.
,Persistente organische polluenten
In 2001 werd de ‘Stockholm conventie’ ingevoerd. Veel landen hebben toen toegestemd om
bepaalde acties in te voeren in verband met de persistente organische polluenten. Er werd
een lijst van twaalf chemische stoffen opgesteld. Het gaat hier om stoffen die allemaal veel
chloor bezitten. Bijna alle organische stoffen met halogenen zijn ongewoon voor het
menselijke lichaam. De eerste acht van de lijst zijn organochloor pesticiden (OCPs).
Sommige van deze moleculen bezitten tot tien chlooratomen.
The dirty 12:
1. Aldrin 2. Chlordane 3. Dieldrin 4. Endrin 5. Heptachlor 6. Mirex 7. Toxaphene 8. DDT 9.
Polychlorinated biphenyls (PCBs) 10. Hexachlorobenzene 11. Polychlorinated
dibenzo-p-dioxins (PCDDs) 12. Polychlorinated dibenzofurans (PCDFs)
Er werd voor het eerst bewust gedacht over milieucontaminanten in het begin van de jaren
zestig. Dit gebeurde als gevolg van een boek geschreven door een bioloog. Door hevige
contaminatie met voornamelijk DDT vond er een verdunning van de eischaal plaats. De
kuikens kwamen hierdoor te vroeg en stierven omdat ze niet voldoende gegroeid waren. In
de jaren vijftig / zestig zagen we als gevolg een massale afname van populaties van vogels.
Søren Jansen was de eerste die gegevens publiceerde in Europa over contaminatie met
DDT en PCBs (1962). Tussen de jaren zestig en 2000 is er heel veel data geaccumuleerd.
Het duurde bijna veertig jaar om bovenstaande chemicaliën op mondiaal niveau te
verbannen. Dit komt doordat er buiten de wetenschap nog heel veel andere zaken een rol
spelen als het gaat om het maken van beslissingen hierover.
Tussen 2001 en 2009 is er nog meer informatie verzameld en zo zijn er nog een aantal
stoffen bijgekomen op de ‘Stockholm conventie’ lijst en dus verbannen. Opnieuw vinden we
veel stoffen die chloor bevatten. Echter zijn er nu ook stoffen bij gekomen die broom
bezitten. Deze stoffen met broom werden gebracht als vlamvertragers.
9 nieuwe persistente organische polluenten:
1. Chlordecone 2. α-hexachlorocyclohexane (α-HCH) 3. β-hexachlorocyclohexane (β-HCH)
4. γ-hexachlorcyclohexane (γ-HCH – lindane) 5. Pentachlorobenzene (PeCBz) 6.
Hexabromobiphenyl (HexaBB) 7. Tetrabromodiphenyl ether and pentabromodiphenyl ether
(TeBDE and PeBDE) 8. Hexabromodiphenyl ether and Heptabromodiphenyl ether (HxBDE
and HpBDE) 9. Perfluorooctanesulfonic acid (PFOS), its salts and perfluorooctanesulfonyl
fluoride
Er werden nog meer stoffen toegevoegd tussen 2011 en 2017. Zo komen we nu op een
totaal van 28 persistente organische polluenten. Om een stof in deze lijst te krijgen moet één
land een voorbereidend dossier aanmaken. Hierin moeten voldoende gegevens staan die
erop wijzen dat deze stof toegevoegd moet worden aan de Stockholm conventie.
7 nieuwe persistente organische polluenten:
1. Endosulfan 2. Pentachlorophenol (PCP) 3. Short chain chlorinated paraffins (SSCPs) 4.
Polychlorinated naphthalenes (PCNs) 5. Hexachlorobutadiene 6. Hexabromocyclododecane
(HBCD) 7. Decabromodiphenyl ether (deca-BDE)
, Algemene eigenschappen van persistente organische polluenten
* lange tijd persistentie in het milieu en de organismen vanwege hoge weerstand tegen
chemische en biologische afbraak
Persistente organische polluenten degraderen niet, zelfs als er gewerkt wordt met hele
sterke zuren. De chemische stoffen met chloor, broom en fluor zijn ongewoon voor het
menselijk lichaam en het enzymatische systeem herkent deze stoffen niet. We hebben
hiervoor niet de juiste enzymen. Hierdoor worden ze dus ook in het menselijk lichaam niet
afgebroken.
Persistentie is afhankelijk van de halfwaardetijd. Voor bijvoorbeeld een paracetamol is de
halfwaardetijd twee à drie uur. Als we het hebben over DDT in het lichaam gaat dit om zeven
jaar. DDT in de grond heeft zelfs een halfwaardetijd van vijftien jaar.
* (bio)accumulatie in vetweefsel, waardoor hun biomagnificatie in de hogere trofische
niveaus van de voedselketen
Bioaccumulatie wilt zeggen dat de stoffen na inname of
blootstelling gaan accumuleren in het lichaam, vooral in
vettige weefsels, en deze blijven blijven hier zitten. Als deze
stoffen persistente organische polluenten zijn, zullen deze
zich in de vorderende voedselketen gaan opstapelen. De
predatoren hebben zo te maken met hogere concentraties
persistente organische polluenten. Dit wordt voor +/- 50%
ook doorgegeven aan eventuele jongeren.
Als we kijken naar leeuwen zijn we erachter gekomen dat de concentraties persistente
organische polluenten onverwacht laag zijn in deze (wilde) gebieden. In mariene gebieden
liggen deze concentraties veel hoger. We hebben dus te maken met hoge concentraties bij
bijvoorbeelde de orka en de ijsbeer. In bijvoorbeeld dierentuinen liggen de concentraties ook
wat hoger bij de leeuwen.
Het menselijke dieet is heel gevarieerd. We consumeren ook vele producten die geen
persistente organische polluenten bevatten. Hierdoor hebben wij dus niet te maken met (te)
hoge concentraties.
* kan toxiciteit en nadelige gezondheidseffecten veroorzaken bij mensen en dieren in het
wild
Alle persistente organische polluenten kunnen toxiciteit en dus schadelijke effecten
veroorzaken bij lage concentraties. Het gaat hierbij om heel specifieke gezondheidseffecten.
* potentieel voor transport over lange afstand in het milieu (detectie in afgelegen gebieden
zonder bekende bronnen - Arctisch, Antarctisch)
Persistente organische polluenten kunnen overleven over hele lange afstanden. Dit komt
grotendeels door de persistentie van deze stoffen. Zo komen de stoffen bijvoorbeeld terecht
bij de orka’s en ijsberen.
