CONTROLLO DEL RISCHIO CHIMICO

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1 CONTROLLO DEL RISCHIO CHIMICO COMUNITA SCIENTIFICA PERCEZIONE DEI DANNI AMBIENTALI MONITORAGGIO BIOLOGICO RICERCA A POSTERIORI 1950 COMUNITA AMMINISTRATIVA CONTROLLO DEGLI EFFLUENTI 1950 LISTE DI PRIORITA 1965 ABOLIZIONE DELLE MOLECOLE 1970 GESTIONE DELLE SOSTANZE CHIMICHE 1975 TOXIC SUBSTANCES CONTROL ACT (USA) DIRETTIVA SULLE SOSTANZE PERICOLOSE (CEE) COMUNITA SCIENTIFICA RICERCA A PRIORI VALUTAZIONE DEL PERICOLO POTENZIALE ECOTOSSICOLOGIA PREVISIONALE

2 Tabella Tipologie di rischio ed effetti ad esse associati; sono inoltre riportati gli elementi da utilizzare nella valutazione di rischio. Target Tipologie di rischio Effetti Elementi indispensabili nella Uomo Uomo Ambiente Uomo e Ambiente Rischio a seguito di esposizione diretta (riguarda principalmente la sfera professionale di una determinata popolazione come ad es. agricoltori) Rischio a seguito di esposizione indiretta (deriva principalmente dal grado di diffusione nell ambiente della sosta inquinante e può interessare ampi strati di popolazione) Rischi immediati (riguarda il rischio per specie non target dopo un intervento fitoiatrico nell area trattata o limitrofa) Rischi differiti (riguarda il rischio perspecie non target in una scala spazio temporale più ampia rispetto al precedente) Effetti tossici immediati: tossicità acuta (orale, inalatoria, cutanea), potere irritante (occhi e pelle) potere sensibilizzante Effetti tossici differiti: sub-acuti, sub-cronici, cronici mutageni e cancerogeni riproduttivi Principalmente effetti di tipo differito Effetti tossici immediati: tossicità acuta sugli organismi non target Principalmente effetti di tipo cronico su organismi non target Rischio globale (rappresenta l insieme di quelli precedenti) Rischio da effetti fisici Effetti immediati generalmente derivanti dalle caratteristiche chimico-fisiche della sostanza (infiammabilità, potere esplosivo) valutazione 1. caratteristiche tossicologiche 2. quantità utilizzata 3. bioconcentrazione 4. dimensioni della popolazione 5. pluralità di esposizione 1. scelta di indicatori biologici 2. caratteristiche chimico-fisiche 3. quantità 4. distribuzione ambientale 5. persistenza 6. caratteristiche tossicologiche 1. potere esplodente 2. infiammabilità 3. dimensioni della popolazione 4. quantità

3 L ecotossicologia riguarda gli effetti tossici degli agenti chimici e fisici sugli organismi viventi, in particolare su popolazioni e comunità all interno di definiti ecosistemi; essa comprende anche lo studio delle modalità di diffusione di questi agenti e le loro interazioni con l ambiente. (Butler, 1978) TOSSICOLOGIA AMBIENTALE branca della tossicologia avente per oggetto lo studio degli effetti sui sistemi naturali anni target uomo anni target organismi oggi: COSA SUCCEDE AD UN SISTEMA NATURALE QUANDO SI ALTERANO I NORMALI FLUSSI DI MATERIA ED ENERGIA? ECOTOSSICOLOGIA anni 80 - significato più ampio in quanto comprende anche lo studio dei clicli biogeochimici delle sostanze xenobiotiche

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5 STUDI SUGLI EFFETTI NOEL CQ HAZARD ASSESSMENT PEC STUDI SUL DESTINO AMBIENTALE TOSSICOLOGIA UMANA MOS = NOED/PED MOS = ADI/PED ECOTOSSICOLOGIA MOS = NOEL/PEC MOS =CQ/PEC

6 La presenza di un effettivo rischio ambientale è determinata dalla concomitanza di tre diversi fattori (effetti, esposizione, sistema bersaglio) area di pericolo potenziale effetti nocivi esposizione area di rischio sistema ambientale esposto Esistono popolazioni realmente esposte al pericolo potenziale? In quale percentuale e con quale distribuzione? La stima del rischio può definirsi come la valutazione quantitativa della probabilità che si verifichi un certo effetto ambientale, come risultato dell esposizione ad una sostanza contaminante

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8 Ecological Risk Assessment Planning (Risk Assessor/ Risk Manager Dialogue Analysis Problem Formulation Characterisation of Exposure Characterisation of Ecological Effects Risk Characterisation As Necessary: Acquire Data, Iterate Process, Monitor Results Communicating Results to the Risk Manager Risk Management

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10 Problem Formulation: Assessment objectives Identification of the time-space scale scenario Identification of suitable indicators Exposure indicators: quantity (Kg/ha); bioaccumulation (Kow); environmental distribution; persistence of the chemical Effect indicators: cellular (biomarkers) organisms (toxicity tests); population and communities (microcosm, mesocosms, field studies); Risk Assessment TER or SCORE Communicating Risk

11 carichi modalità di uso e di scarico processi ambientali proprietà matrici ambientali modelli valutativi monitoraggio ambientale VALUTAZIONE DELLA ESPOSIZIONE proprietà fisico chimiche QSAR VALUTAZIONE DEGLI EFFETTI STUDI DI LABORATORIO saggi di tossicità acuta saggi di tossicità cronica saggi su popolazioni e comunità STUDI DI CAMPAGNA indici biotici bioindicatori biomarkers STUDI SUI SISTEMI BIOLOGICI A RISCHIO STIMA DEL RISCHIO dinamica di popolazioni struttura e funzioni di comunità ed ecosistemi

12 Two Different Concepts: Risk Management and Risk Assessment RISK ASSESSMENT Hazard identificazion Dose-Response Assessment Exposure Assessment Risk Characterization RISK MANAGEMENT social legal economic political technical D E C I S I O N Action priorities - research - regulation more research standards - air - water ban other

13 Studi sugli effetti PNEC Studi sulla esposizione PEC Studi sui target Valutazione dei Targets a Rischio Valutazioni Economiche Politiche Sociali Hazard Assessment Stima del Rischio CARICHI AMMISSIBILI SUL TERRITORIO NECESSITA DI INTERVENTO O PREVENZIONE TUTELA AMBIENTALE BASATA SU: GESTIONE DELLE SOSTANZE PERICOLOSE GESTIONE DEL TERRITORIO

14 LA VALUTAZIONE DEGLI EFFETTI

15 Tossicologia Ecotossicologia Organismi Test Ratto, topo, coniglio, cane, scimmia Acquatici (alghe, Daphnia, pesci) Terrestri ( piante, lombrichi, api, uccelli) Estrapolazione all UOMO ECOSISTEMA SCOPO PROTEZIONE DEL SINGOLO INDIVIDUO MANTENERE INALTERATA LA STRUTTURA E LA FUNZIONALITA DI UN ECOSISTEMA

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17 Proprietà Tossicologiche Tossicità acuta: L effetto che può essere ottenuto a seguito di una somministrazione unica di una determinata sostanza. Determinazione di una dose capace di determinare la morte della metà (DL50 o CL50) (mg/kg o mg/l) degli individui della popolazione sottoposta a sperimentazione, oppure attraverso la determinazione del potere irritante (per occhi e pelle), del potere corrosivo, e di quello sensibilizzante attraverso tre diverse vie di esposizione dell animale: orale, cutanea ed inalatoria. Tossicità subacuta, subcronica, cronica: Valutazione degli effetti derivanti dall esposizione di una popolazione all azione di una sostanza a basse dosi nel tempo (orale, inalatoria e cutanea). Le prove di tossicità subacuta in particolare simulano esposizioni ripetute per brevi periodi, viceversa quelle relative alla valutazione degli effetti cronici servono a verificare i danni che si ottengono in seguito ad esposizioni a basse dosi continuate e prolungate nel tempo. -NEL (No Effect Level) che esprime il livello senza effetti; -NOEL (No Observed Effect Level) che esprime il livello di concentrazione della sostanza al quale non è stato osservato alcun effetto; - NOAEL (No Observed Adverse Effect Level) che rappresenta il livello della concentrazione della sostanza al quale non è stato osservato alcun effetto avverso; Uso di fattori di sicurezza nell estrapolazione. Mutagenesi, Carcinogenesi, Embriotossicità: Modificazioni al corredo cromosomico umano (mutagenesi), del loro potenziale cancerogeno (Cancerogenesi), e della capacità di provocare eventuali malformazioni a livello embrionale (Embriotossicità), sono estremamente difficoltosi e poco estrapolabili al contesto umano.

18 Obiettivi dei saggi multispecie Maggiore conoscenza circa la struttura e la funzionalità degli ecosistemi Sviluppare e validare modelli previsionali per il destino ambientale degli inquinanti o per gli effetti Valutare gli standard di qualità estrapolati dai dati di tossicità in laboratorio (migliorare le tecniche di estrapolazione) Studiare la resilienza di un ecosistema in termini di tempo richiesto per ritornare alla normalità dopo uno stress chimico Ottenere dati per scopi di tipo regolatorio Scelta degli endpoints Endpoint strutturali: Gli endpoints strutturali e le specie selezionate sono numerosi. In genere sulla base dei dati ottenuti dai saggi di tossicità monospecifici si scelgono le spp. da analizzare. Gli effetti di un inquinante sulla struttura del sistema esposto sono importanti anche se all inizio non si verifica un cambio nella funzionalità di un ecosistema. Per es. un declino momentaneo dei rotiferi può avere un ruolo importante per le popolazioni di pesci se avviene nelle fasi in cui è presente lo stadio giovanile della popolazione ittica Endpoint funzionali: riguardano gli effetti sulla fotosintesi o sulla crescita in termini di biomassa Environmental Acceptable Concentration: quella concentrazione in acqua che non produce alcuna modifica alla struttura e alla funzionalità di un ecosistema

19 La previsione degli effetti: relazioni interspecifiche (QUICAR) L uso di questo approccio può essere un utile strumento per prevedere gli effetti di una sostanza da una specie all altra e per avere informazioni circa i rapporti di sensibilità (sensitivity ratio) Concettualmente questo approccio è simile a quello utilizzato dalla tossicologia umana Acute toxicity test Herbicides Fungicides insecticides/ acaricides other functions Total EC50 (96 h) on algae 104 (8) 62 (4) 68 (16) 8 (1) 242 (29) EC50 (48 h) on Daphnia 171 (43) 88 (9) 124 (6) 24 (2) 407 (60) LC50 (96 h) on rainbow trout 200 (50) 94 (6) 130 (16) 23 (1) 447 (73) LC50 (96 h) on bluegill sunfish 127 (43) 51 (5) 74 (8) 15 (0) 267 (56) LC50 (96 h) on fathead minnow 10 (3) 1 6 (1) 1 18 (4) LC50 (96 h) on catfish 24 (6) 6 (0) 11 (2) 2 (0) 43 (8) LC50 (96 h) on carp 41 (12) 34 (2) 30 (7) 4 (1) 109 (22) LC50 (96 h) on golden orfe 7 (3) 10 (0) 27 (1) 3 (0) 47 (4) Total 714 (178) 352 (28) 486 (58) 81 (5) 1633 (269)

20 Relazione interspecifica tra r. trout e b. sunfish per prodotti fitosanitari (divisi in classe) 2 Slope 1 Log LC50 96h blugill (mmol/l) ,3,5-triazine 2-(4-aryloxyphenoxy) prop. acid 2,6-dinitroanilina aryloxyalkanoic acid azole benzoylurea carbamate chloroacetanilide diphenyl ether organophosphorus pyrethroid sulfonylurea thiocarbamate urea unspecified minor classes Log LC50 96h trout (mmol/l) SSR (r.trout./b.sunfish) = 0.77 trota leggermente più sensibile SSR OPs = 1.5 Log LC50 96h on trout (mmol/l) = 0.95 * Log LC50 96h on bluegill (mmol/l) n = 199; R 2 = 0.92; S.E. = 0,44; F = 2168; Significance p < 0,0001

21 Relazione interspecifica tra r. trout e carpa per prodotti fitosanitari (divisi in classe) 1 Log LC50 96h carp (mmol/l) ,3,5-triazine 2-(4-aryloxyphenoxy) prop. acid 2,6-dinitroanilina azole carbamate chloroacetanilide diphenyl ether organophosphorus pyrethroid sulfonylurea urea unspecified minor classes Log LC50 96h trout (mmol/l) Log LC50 96h on trout (mmol/l) = 0.98 * Log LC50 96h on carp (mmol/l) 0.36 n = 65; R 2 = 0.83; S.E. = 0.54; F = 314; Significance p < 0,0001 SSR per OPs bluegill>trout>orfe>carp indica che gli OPs mostrano un meccanismo d azione specifico che produce un diverso livello di effetto per le diverse spp. di pesci

22 Relazione interspecifica tra r. trout e Daphnia per prodotti fitosanitari (divisi in classe) Eq. Generale: Log LC50 96h on trout (mmol/l) = 0,61 * Log EC50 48h on Daphnia (mmol/l) 0,65 n = 267; R 2 = 0,59; S.E. = 0,98; F = 379; Significance p < 0,0001 Log LC50 96h trout (mmol/l) ,3,5-triazine 2-(4-aryloxyphenoxy) propionic acid 2,6-dinitroanilina aryloxyalkanoic acid azole benzoylurea carbamate chloroacetanilide diphenyl ether organophosphorus pyrethroid sulfonylurea thiocarbamate urea unspecified minor classes Log EC50 48h daphnia (mmol/l) Eq. Senza OPs e Carbam.: Log LC50 96h on trout (mmol/l) = 0,82 * Log EC50 48h on Daphnia (mmol/l) 0,41 n = 206; R 2 = 0,77; S.E. = 0,75; F = 683; Significance p < 0,0001 Daphnia più sensibile dei pesci agli insetticidi, mentre SSR circa 1 per gli erbicidi e fungicidi

23 1 0 Relazione interspecifica tra pesci e alghe per prodotti fitosanitari (divisi in classe) Log LC50 96h trout (mmol/l) (4-aryloxyphenoxy) prop. acid 2,6-dinitroanilina aryloxyalkanoic acid thiocarbamate azole unspecified minor classes Log EC50 96h algae (mmol/l) Log EC50 48h daphnia (mmol/l) (4-aryloxyphenoxy) prop. acid 2,6-dinitroanilina aryloxyalkanoic acid thiocarbamate azole unspecified minor classes Relazione interspecifica tra alghe e Daphnia per prodotti fitosanitari (divisi in classe) Log EC50 96h algae (mmol/l) Nessuna relazione rilevante dal punto di vista della previsione. Gli SSR indicano che le Daphnie sono estremamente più sensibili agli insetticidi (0,00056 ), mentre le alghe sono estremamente più sensibili alle triazine (1800). Questo indica il ruolo cruciale dei meccanismi d azione

24 Alcune considerazioni: Esistono delle correlazioni tra gli effetti esercitati da una sostanza su diverse specie acquatiche Tuttavia, queste non sono generalizzabili (es alga/daphnia) Anche nel caso di una correlazione generale tra le specie (es. carpa/trota o Daphnia/trota) possono esistere delle eccezioni in funzione della classe chimica Questo potrebbe derivare da una specificità nel modo d azione

25 Un possibile criterio per definire la specificità o aspecificità d azione di una sostanza può essere la deviazione dalla baseline toxicity (Verhaar 1995). Questo criterio si basa sull assunzione che, in assenza di uno specifico meccanismo d azione, l attività biologica di una sostanza è di tipo narcotico e dipende interamente dalla sua lipofilicità (log Kow). Verhaar ha proposto un schema classificatorio degli inquinanti per quanto riguarda gli effetti: Inert chemicals: Non interagiscono con uno specifico recettore in un organismo (narcosi). L effetto narcotico è totalmente dipendente dall idrofobicità; Less inert chemicals: leggermente più tossici della loro baseline. Sono anche chiamati narcotici polari. Generalmente sono caratterizzati dalla presenza di legami H (donatori di protoni) come i fenoli o le aniline Reactive chemicals: queste sostanze reagiscono per produrre un effetto in maniera non selettiva su strutture chimiche presenti comunemente presenti nelle biomolecole (es. ipossidi che reagiscono con i gruppi sulfidrilici della cisteina); Specifically acting chemicals: reazioni specifiche con un particolare recettore molecolare

26 Struttura chimica Es. classe 1: sostanze che contengono solo H e C Calcolare la baseline toxicity con un sistema QSAR Classificare secondo lo schema Classe 1 Classe 2 Classe 3 Classe Min = 5 Max = 10 Applicare un fattore di tossicità (RF t ) Min = 10 Min = 10 Max = 10 4 Max = 10 4 Stima del range di tossicità EC baseline RF t max < Ec estimated < Ec baseline /RF t min

27 I fattori di tossicità (RF t : Range Factor of Toxicity) sono stati ottenuti attraverso uno studio statistico su diverse classi di sostanze organiche TR = LC50 baseline /LC50 exp TR = Toxic Ratio LC50 baseline = LC 50 prevista dal log Kow LC50 exp = LC 50 sperimentale

28 Applicazione del TR su alga per i prodotti fitosanitari Log EC50 96h algae (mmol/l) Log Kow 1,3,5-triazines 2-(4-aryloxyphenoxy) prop. acids 2,6-dinitroanilines aryloxyalkanoic acids azoles benzoylureas carbamates chloroacetanilides diphenyl ethers organophosphorus pyrethroids sulfonylureas thiocarbamates ureas unspecified minor classes algae 2,6-dinitroanilines chloroacetanilides 1,3,5-triazines azoles carbamates organophosphorus thiocarbamates ureas sulfonylureas Log TR

29 Applicazione del TR su Daphnia per i prodotti fitosanitari Log EC50 48h Daphnia (mmol/l) Log Kow 1,3,5-triazines 2-(4-aryloxyphenoxy) prop. acids 2,6-dinitroanilines aryloxyalkanoic acids azoles benzoylureas carbamates chloroacetanilides diphenyl ethers organophosphorus pyrethroids sulfonylureas thiocarbamates ureas unspecified minor classes diphenyl ethers Daphnia 2-(4-aryloxyphenoxy) propionic acids 2,6-dinitroanilines 1,3,5-triazines sulfonylureas thiocarbamates azoles pyrethroids chloroacetanilides carbamates ureas benzoylureas organophosphorus Log TR

30 Applicazione del TR su pesci per i prodotti fitosanitari Log LC50 96h trout (mmol/l) Log Kow 1,3,5-triazines 2-(4-aryloxyphenoxy) prop. acids 2,6-dinitroanilines aryloxyalkanoic acids azoles benzoylureas carbamates chloroacetanilides diphenyl ethers organophosphorus pyrethroids sulfonylureas thiocarbamates ureas unspecified minor classes aryloxyalkanoic acids trout 1,3,5-triazines ureas 2-(4-aryloxyphenoxy) propionic acids azoles 2,6-dinitroanilines thiocarbamates carbamates pyrethroids organophosphorus Log TR

31 Classificazione proposta per i prodotti fitosanitari narcotic -0,5 < Log TR < 0,5 less inert chemicals 0,5 < Log TR < 1,5 reactive chemicals 1,5 < Log TR < 2,5 specifically acting chemicals 2,5 < Log TR < 4 highly specifically acting chemicals Log TR > 4

32 Mechanism of action, Log calc./exp. Toxicity Ratio distribution parameters (mean, standard deviation and number of cases) and specificity of action (Specif.) of the different classes of herbicides, fungicides and insecticides on algae, Daphnia and fish, according to the text classification: narcotic (narcotic), less inert chemicals (less inert), reactive chemicals (reactive), specifically acting chemicals (specif. acting), highly specifically acting chemicals (highly specif. acting) P e s t ic id e s M e c h a n is m o f a c t io n A lg a e D a p h n ia F is h L o g T R S p e c if. L o g T R S p e c if. L o g T R S p e c if. H e r b ic id e s 1,3,5 -tr ia z in e P h o to s y n t h e tic e le c tr o n tr a n s p o r t in h ib ito r s 2 - ( 4 - a r y lo x y p h e n o x y ) p r o p io n ic a c id L ip id b io s y n th e s is in h ib ito r s 3,1 σ = ; n = 1 0-0,3 σ = ; n = d in itr o a n ili n a C e ll d iv i s io n i n h ib ito r s 0,4 σ = 0.4 ; n = 4 a r y lo x y a lk a n o ic a c id c h lo r o a c e ta n ilid e P r o te in s y n th e s is in h ib ito r s d ip h e n y l e th e r P r o to p o r p h y r in o g e n o x id a s e in h ib ito r s s u l f o n y lu r e a B r a n c h e d c h a i n a m i n o a c id s y n th e s is in h ib ito r s th io c a r b a m a te L ip id m a ta b o lis m in h ib ito r s u r e a P h o to s y n t h e tic e le c tr o n tr a n s p o r t in h ib ito r s I n s e c t ic i d e s /a c a r ic id e s c a r b a m a te C h o li n e s te r a s e in h ib ito r s 2,5 σ = 0.7 ; n = 2 2,9 σ = 0,5 4 ; n = 5 6,1 σ = ; n = 6 0,6 σ = ; n = 4 2,9 σ = ; n = 1 1 0,7 σ = 1.1 ; n = 6 o r g a n o p h o s p h o r u s C h o li n e s te r a s e 0,8 in h ib ito r s σ = 1.2 ; n = 2 8 p y r e t h r o id N e r v o u s s y s te m a c ti n g 0,4 σ = 0,3 9 ; n = 2 b e n z o y lu r e a C h i tin s y n t h e s i s in h ib ito r s F u n g ic id e s a z o le S te r o id d e m e t h y la tio n 0,8 in h ib ito r s σ = 0.9 ; n = 1 3 s p e c if. A c ti n g 0,1 3 σ = ; n = 1 2 N a r c o tic - 0,1 3 σ = ; n = 6 n a r c o tic le s s in e r t r e a c tiv e - s p e c i f. A c ti n g s p e c if. A c ti n g h ig h l y s p e c if. A c ti n g n a r c o tic le s s in e r t s p e c if. a c tin g le s s in e r t le s s in e r t le s s in e r t - 0,1 σ = ; n = 4 1,8 σ = 0.8 ; n = 2 0,2 σ = ; n = 7-0,2 σ = ; n = 4 2,0 σ = ; n = 6-0,0 0 1 σ = ; n = 7 0,2 σ = ; n = 1 2 3,5 σ = ; n = 7 3,8 σ = ; n = 4 5 1,8 σ = ; n = 2 0 1,3 σ = ; n = 5 0,1 σ = 0.7 ; n = 1 8 n a r c o tic 0,6 σ = ; n = 1 1 n a r c o tic 0,6 σ = ; n = 1 1 n a r c o tic 0,6 σ = ; n = 8 r e a c tiv e 2,0 σ = ; n = 4 n a r c o tic 1,5 σ = ; n = 3 n a r c o tic 0, r e a c tiv e 2,1 σ = ; n = 3 n a r c o tic 0,2 σ = ; n = 1 7 n a r c o tic 0,4 σ = ; n = 1 7 s p e c if. a c tin g 1,6 σ = ; n = 9 s p e c if. 1,9 a c tin g σ = ; n = 4 1 r e a c tiv e 2,3 σ = ; n = 1 6 le s s in e r t n a r c o tic 0,6 σ = ; n = 2 5 n a r c o tic - le s s in e r t n a r c o tic - le s s in e r t n a r c o tic - le s s in e r t r e a c tiv e le s s in e r t - r e a c tiv e n a r c o tic r e a c tiv e n a r c o tic n a r c o tic - le s s in e r t le s s in e r t - r e a c tiv e r e a c tiv e r e a c tiv e n a r c o tic - le s s in e r t

33 Sulle alghe i composti più specifici sono le sulfoniluree seguite da cloroacetanilidi feniluree e triazine Altre classi come le 2,6 dinitroaniline, tiocarbammati, così come fungicidi e insetticidi sono classificabili come less inert chemicals o narcotici La specificità delle sulfoniluree dipende dalla sua azione sulla sintesi degli aminoacidi. Del resto la loro specificità è evidenziata dalle basse dosi utilizzate (g/ha) Feniluree e triazine inbiscono il trasporto degli elettroni nella fotosintesi Le altre classi hanno dei meccanismi d azione meno specifici Su Daphnia e pesci gli OPs e i carbammati (insetticidi) sono le classi di composti più tossiche Su Daphnia esplicano un effetto maggiore rispetto ai pesci. Questo è probabilmente dovuto al fatto che il sito bersaglio è più facilmente raggiungibile E interessante notare che i piretroidi pur essendo più tossici degli OPs sono meno specifici (ruolo del log Kow) Erbicidi e fungicidi su queste due spp. agiscono come narcotici. Su queste basi, è possibile concludere che quando la specificità d azione nei confronti di due organismi è differente non è possibile estrapolare la tossicità da una specie all altra. D altro lato quando abbiamo un analoga specificità è possibile ottenere delle estrapolazioni adeguate anche per spp. molto distante filogeneticamente

34 Distribuzione delle sostanze nell ambiente SOSTANZA CHIMICA Aria fotolisi reazioni ozono radicali idrossilici rilascio accumulo deposizione volatilizzazione volatilizzazione precipitazione Suolo ossidazione reattività chimica accumulo rilascio accumulo Biomassa biodegradazione metabolismo rilascio accumulo drenaggio rilascio Sedimento Acqua idrolisi fotolisi ossidazione reattività chimica adsorbimento rilascio ossidazione reattività chimica

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36 Proprietà chimico-fisiche importanti per la previsione del destino ambientali di potenziali inquinanti Solubilità Tensione di Vapore Costante di Henry Coefficienti di ripartizione Fattore di Bioconcentrazione (BCF)

37 I COEFFICIENTI DI RIPARTIZIONE Il coefficiente di ripartizione n-ottanolo/acqua Il coefficiente di ripartizione suolo/acqua (Kd) o su carbonio organico (Koc) La costante di Henry (o) coefficiente di ripartizione aria/acqua (Kaw) Il coefficiente di ripartizione ottanolo/aria (Koa)

38 IL COEFFICIENTE DI RIPARTIZIONE n-ottanolo/acqua (Kow) Tabella 1 Valori di letteratura di log K OW di permetrina, 2,4D, pendimethalin, aldrin e 4,4-DDT. molecola valori di log K OW permetrina 6,50 (1) 3,48 (6) 2,4D 1,57 (2) 2,62 (7) -1,39 (10) pendimethalin 5,18 (3) 2,86 (8) aldrin 3,00 (4) 6,50 (9) 5,52 (9) 4,4-DDT 3,98 (5) 6,38 (9) 5,94 (11) 1 = Schimmel et al.,1983; 2 = Scheele, 1980; 3 = Worthing e Hance, 1991; 4 = Howard, 1991; 5 = Kapoor et al., 1973; 6 = Verschueren, 1983; 7 = Rao e Davidson, 1980; 8 = Briggs, 1981; 9 = De Bruijn et al., 1989; 10 = Martin e Edgington, 1981; 11 = Ellgehausen et al., 1981.

39 L USO DEI GIS NELLE APPLICAZIONI DI MODELLI DI RIPARTIZIONE MULTICOMPARTIMENTALE Individuare nel territorio aree omogenee relativamente alle principali driving forces dei modelli Applicare gli approcci modellistici in modo modulare in funzione della disuniformità territoriale Restituire in forma cartografica la composizione modulare della applicazione modellistica

40 Monitoring point Water streams Urbanised areas DTM Land use Reality Schematic Approach to territorial characteristic

41 The case of Lambro River Basin Chemical properties Molecular weight Water solubility Vapour pressure Kow half-life in soil Landscape description for UGU definition Soil properties: soil texture, organic carbon content, Hydrological Group maps Land use data and a.i. loads Rainfall data and Areas of the rain gauge stations Basin and sub -basins outlines Hydrographical network and river flow data I Data collection UGU map Water balance II Runoff coefficient Curve Number factor Hydrological network denseness Definition of UGU and their characterization III Application scenario Soil Properties scenario Water Input-Output scenario Definition of environmental scenarios SOILFUG PEC UGU Dilution coefficient IV PEC RIVER

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43 Uniform Geographic Units

44 Validation of the results Alachlor 0.3 Experimental Whole basin 14 subbasins concentration mg/mc Days after first treatment

45 TECHNICAL GUIDANCE DOCUMENT In principle, human beings as well as ecosystems in the aquatic, terrestrial or air compartment are to be protected. Ratio between two different concentration (PNEC/PEC) >/=/<1 For the environment the protection goals at present are limited to the following: Aquatic ecosystem; Terrestrial ecosystem; Atmosphere. Top predators (secondary poisoning); Micro-organisms in sewage treatment systems (for the exposure of the aquatic environment);

46 HISTORICAL BACKGROUND Quantitative Risk Assessment as a science and as a basis for regulatory decision making emerged about 30 years ago Progress since has been considerable and in 1992, Chapter 19 of Agenda 21 of the United Nations Conference on Environment and Development included as first recommendation expanding and accelerating the international assessment of chemical risk In the EU, environmental policy started in 1973 with the adoption of the first 5-year European Community Environmental Action Programme. Since them, the principles of prevention and risk reduction have been firmly established in many regulations of the EU Commission and with them the concepts of risk assessment and risk management of the substances With regards to new substances, i.e. substances not on the EU market in the 10 years prior of the 18 September 1981 and therefore not appearing in the European Inventory of Existing Commercial chemical Substances (EINECS) the first article of the Directive 92/32EEC requires an evalutaion of the potential hazards and risks of notified substances on the basis of a specified data set In 1993 first version of the Technical Guidance Documents (TGD)

47 TECHNICAL GUIDANCE DOCUMENT

48 TECHNICAL GUIDANCE DOCUMENT (Part II)

49 TECHNICAL GUIDANCE DOCUMENT

50 TECHNICAL GUIDANCE DOCUMENT Commission Directive 93/67/EEC and Commission Regulation (EC) No. 1488/94 require that an environmental risk assessment be carried out on notified new substances or on priority existing substances, respectively. This risk assessment should proceed in the following sequence: Hazard identification; Dose (concentration) -response (effect) assessment; Exposure assessment; Risk characterization. The risk assessment shall be carried out for all three environmental compartments, i.e. aquatic environment, terrestrial environment and air. TGD is intended to assist the competent authorities to carry out the environmental risk assessment of notified new substances and priority existing substances.

51 TECHNICAL GUIDANCE DOCUMENT TGD includes advice on the following issues: How to ca1culate PECs and PNECs and, where this is not possible, how to make qualitative estimates of environmental concentrations and effect/no effect concentrations; How to judge which of the possible administrative decisions on the risk assessment according to Article 3(4) of Directive 93/67/EEC or Article 10 of Regulation 793/93 and Annex V of Regulation 1488/94 need to be taken; How to decide on the testing strategy, if further tests need to be carried out and how the results of such tests can be used to revise the PEC and/or the PNEC Expert judgment is needed

52 TECHNICAL GUIDANCE DOCUMENT (Effect Assessment) According to Article 9(2) of Regulation 793/93, the minimum data set that must be submitted for priority substances is the base-set testing package required for notified new substances which is defined in Annex VIIA of Directive 67/548/EEC. (at least studies on short term toxicity for fish, daphnia and an algae must be available). Hence, the procedure for calculating PNEC as well as the testing strategy post baseset can use this as a starting point. For a new substance further but nevertheless limited data are foreseen at level l and level 2 (Annex VIII of Directive 67/548/EEC). For existing substances information beyond the base-set may be available of which the amount and quality of data is expected to vary widely. For the effects assessment there may be several data available on a single endpoint which give dissimilar results. Furthermore, there may be studies, in particular older studies, which have not been conducted according to current test guidelines and quality standards. Expert judgement will be needed to evaluate the adequacy of these data.

53 TECHNICAL GUIDANCE DOCUMENT (Exposure Assessment) The environmental exposure assessment is based on representative monitoring data and/or on model calculations. If appropriate, available information on substances with analogous use and exposure patterns or analogous properties is taken into account. The availability of representative and reliable monitoring data and/or the amount and detail of the information necessary to derive realistic exposure levels by modelling, in particular at later stages in the life cycle of a substance, will also vary. Again, expert judgement is needed

54 TECHNICAL GUIDANCE DOCUMENT (Risk Characterization) The risk assessment should be carried out on the basis of all data available applying the methods described in the TGD. In order to ensure that the predicted environmental concentrations are realistic, all available exposure-related information on the substance should be used. When detailed information on the use patterns, release into the environment and elimination, including information on the downstream uses of the substance is provided, the exposure assessment will be more realistic. A general rule for predicting the environmental concentration is that the best and most realistic information available should be given preference. However, it may often be useful to initially conduct an exposure assessment based on worst-case assumptions, and using default values when model calculations are applied. Such an approach can also be used in the absence of sufficiently detailed data.

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