Toxikologi/ekotoxikologi

Uno Wennergren

Ekolog/matematiker

Om kursenknappt halvfart

• Ekotoxikologi – – Ekologi

• Föreläsningar, seminarie, räknestuga

– Professionella metoder• Laboration, dafnier, räknestuga

• Miljöövervakning (undervisas av yrkesverksamma)

– Koppling till ekotoxikologi• Föreläsningar –Calluna, mfl

– Professionella metoder• Fält:Vattendrag -Calluna• Labmätning• Fält: Skog

Om kursenexamination

• Ekotoxikologi – – Lab rapport + seminarie– 2 seminarier– hemtenta

• Miljöövervakning– Lab rapport– 2 fält dagar– 1 dugga– hemtenta

Toxikologi kontra ekotoxikologi

• Toxikologi – – Hur påverkar en substans en

individ, • på vilket sätt (fysiologiskt)• vad blir effekten (överlevnad o dyl)

• Ekotoxikologi –– Hur påverkas de i naturen

förekommande populationerna• På vilket sätt (minskar

populationen/erna?)• Vad blir effekten (för populationerna

och ekosystemet och även för ekosystemfunktioner som ämnestransport o dyl eller störningskänslighet)

Grundfunktion - relation

• Någon typ av effekt på cellulär nivå– Oftast binder påverkar någon

molekyl som ingår i cellfysiologin

• Ekotoxikologi –– Från effekt på cellfysiologi dra

slutsatser om effekter på ekosystem nivå!!!!!

Kapitel 6Dos och konc respons

(toxikologi i första hand)• Vad är effekten hos en individ?• Dos respons relation:

– Mäts på olika sätt• Överlevnad• Tillväxt• Utveckling• Reproduktion• Morfologiska förändringar• Vävnadsförändringar• Beteende

– Vanligast är överlevnad

• Akut test (kortare tid)• Kroniskt test (helst hela

livslängden)

Akut test(fig 6.1 och 6.2)

• Vad testas:Essentiellt ämne eller icke essentiellt ämne/miljögift(obs: alla ämnen är gifter i tillräcklgt

höga konc)– Essentiell: Överlevnad som bäst vid

’medium’ koncentration– Icke essentiell: överlevnad som bäst

vid konc 0• Se fig 6.1

• Hur testas:– Oftast överlevnad i 4-5 dagar

• se fig 6.2

– Oftast testgrupper om 10 individer

Dos respons kurvaöverlevnad - LD50

• Sigmoid kurva, dvs – ingen effekt vid låga konc – Därefter ökar effekten nästan linjärt

med dos– Avslutningsvis har alla dött och

därmed planar kurvan ut

• Vid vilken koncentration har hälften av gruppen dött vid slut av test? – LD50

• Vad är den lägsta koncentration då man får statistiskt säkra effekter ?- LOEC

• Vad är den högsta koncentration då man inte har statistiskt säkra effekter? - NOEC

termer

• LD50, dos då 50% dör

• LC50 koncentration då 50% dör

• IC50 koncentration då effekten på tillväxten är 50%

• EC50 koncentration då 50% av förväntad effekt sker (dvs annat än tillväxt eller överlevndastest)

• EC50 och IC50 skall vara lägre än LD50/LC50

Hur kan dos respons kurvorna skilja sig åt?

(framför allt överlevnad)

• Respons alltid från 0-100%

• Kan luta olika mycket i ’mellanfasen’– Mer tröskeleffekt om kraftig

lutning, mer riskfullt, snabb övergång från ingen till alla döda

Komplikationer

• Kroniska test– Vad händer om utsatt hela

livslängden?

• Variation i koncentration– Vad händer om koncentrationen,

som den oftast gör, varierar kraftigt?

• Flera gifter på en gång?– Påverkar de varandra:

• Synergi – förstärker varandra• Antagonister – försvagar effekterna• Additativa – summan är lika med

delarna (neutralt) (är vanligast)

Vilka organismer gör man tester på?

• Kortlivade• Lätta att ha på lab• Lätta att föröka (gärna

jungfrufödande)• Gärna akvatiska

– Eftersom giftet kommer via vatten (andning) till skillnad från föda på terrestra. Vet hur mycket föda de får.

• Gärna finnas i recipient (utsläppsmiljön)

• Daphnia, daggmaskar, hoppstjärtar m fl

• Se även sid 108-109

Att göra tester på lab

• Kontrollera att inget annat varierar: temperatur, pH, syre, ljus mm

• Vad skall du mäta (beroende variabel)? Välj någon av de gängse, dvs överlevnad, tillväxt, reproduktion el dyl.

• Kontrollgrupper:– Negativ kontroll dvs inget ämne men i övrigt

samma– Lösningskontroll, dvs med lösningsämnet

(dock utan ’gift’)– Positiv kontroll, använd substans med känd

effekt (’kalibrering’)

• Negativ och lösningskontroll skall ha mindre än 10% mortalitet annars dålig inställning av t ex temperatur o dyl (punkt 1)

Hur tolka resultaten?

• Betyder LD50 att halva populationen kommer dö?

• Betyder det att en art som har högre LD50 än en annan att den kommer påverkas mindre i naturen?

• Betyder lågt LD50 att det blir kraftiga effekter på ekosystem nivå?

• Nästa föreläsning kommer ta upp ekotoxikologi, dvs effekter på populationer och ekosystem (så gått det går)

Hur man räknar ut dos-respons

mål: via en rät linje bestämma 50% effekt

• Omvandla data till den variabel du skall mäta. T ex räkna om antal döda till andel döda av ursprungspopulationen.

• Korrigera din nollnivå. T ex tag bort ’naturlig’ mortalitet, dvs den mortalitet som är kvar skall fördelas över 100%.

• Rita en sigmoid graf, enbart punkter. Avsätt dos eller koncentration på x-axeln och kumulativ respons, % av maxeffekt, på y-axeln.

• Omvandla dina mätvärden, som är i procent av maxutfallet, till nya värden som skall kunna ge en rät linje istället för sigmoid. Använd Probit tabell.

• Avsätt log konc på x axeln och dina nya probitvärden på y-axeln.

• Gör en linjär regression på log konc och probitvärden. Använd Excel eller annat statistikprogram. Du kan även använda miniräknare och kvadratsummor, se formel i bifogat material.

• Använd din ekvationen för din räta linje och bestäm koncentrationen då effekten är 50%. I probit tabellen kan du se att probitvärdet för 50% är 5.00.

• Klart!

Hur man räknar ut dos-respons

• Omvandla data till den variabel du skall mäta. T ex räkna om antal döda till andel döda av ursprungspopulationen.

Concentration (mg/l) kumulativt antal dör akut test 5 dagar. 20 från

början

andel som dör %

0 1 5%

0,06 1 5%

0,2 2 10%

0,35 4 20%

0,43 7 35%

0,64 16 80%

0,75 19 95%

1,13 20 100%

Hur man räknar ut dos-respons

• Korrigera din nollnivå. T ex tag bort ’naturlig’ mortalitet, dvs den mortalitet som är kvar skall fördelas över 100%.

Concentration (mg/l)

andel som dörKorrigerad mortalitet till

0-100% intervall

0 5% 0% =(5-5)/(100-5)

0,06 5% 0% =(5-5)/(100-5)

0,2 10% 5% =(10-5)/(100-5)

0,35 20% 16% =(20-5)/(100-5)

0,43 35% 32% =(35-5)/(100-5)

0,64 80% 79% =(80-5)/(100-5)

0,75 95% 95% =(955)/(100-5)

1,13 100% 100% =(100-5)/(100-5)

Ekvation: ursprungliga består av 5% för mycket, dvs hela intervallet är 100-5. Och det skall börja på 0, dvs 5 skall bort på alla värden.

Dos respons, sigmoid

0%

25%

50%

75%

100%

0 0,25 0,5 0,75 1 1,25

dos mg/l

res

po

ns

e d

ea

th

Hur man räknar ut dos-respons

• Rita en sigmoid graf. Avsätt dos eller koncentration på x-axeln och kumulativ respons, % av maxeffekt, på y-axeln.

Conc (mg/l)

Korrigerad mortalitet

0 0%

0,06 0%

0,2 5%

0,35 16%

0,43 32%

0,64 79%

0,75 95%

1,13 100%

????? Dos vid 50% mortalitet

Lättare om det vore en rät linje istället för en otrevlig sigmoid sak

Hur man räknar ut dos-respons

mg/l log conc korr mortalitet probit mortalitet

0 0%

0,06 -1,22 0%

0,2 -0,70 5% 3,35

0,35 -0,46 16% 4,01

0,43 -0,37 32% 4,53

0,64 -0,19 79% 5,81

0,75 -0,12 95% 6,65

1,13 0,05 100%

• Omvandla dina mätvärden, som är i procent av maxutfallet, till nya värden som skall kunna ge en rät linje. Använd Probit tabell. Omvandla dos till log conc.

 % 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0   2.67 2.95 3.12

3.25 3.35 3.44 3.52 3.59 3.66

10 3.72 3.77 3.82 3.87

3.92 3.96 4.01 4.05 4.08 4.12

20 4.16 4.19 4.23 4.26

4.29 4.33 4.36 4.39 4.42 4.45

30 4.48 4.50 4.53 4.56

4.59 4.62 4.64 4.67 4.70 4.72

40 4.75 4.77 4.80 4.82

4.85 4.87 4.90 4.92 4.95 4.98

50 5.00

5.03 5.05 5.08

5.10 5.13 5.15 5.18 5.20 5.23

60 5.25 5.28 5.31 5.33

5.36 5.38 5.41 5.44 5.47 5.50

70 5.52 5.55 5.58 5.61

5.64 5.67 5.71 5.74 5.77 5.81

80 5.84 5.88 5.92 5.95

5.99 6.04 6.08 6.13 6.18 6.23

90 6.28 6.34 6.41 6.48

6.56 6.65 6.75 6.88 7.05 7.33

Probit tabell Exempel: probitvärdet för 47 är 4.92.

Probit transformation dos respons

y = 6,5128x + 6,2874

R2 = 0,9485

0

2,5

5

7,5

-0,50 -0,25 0,00 0,25

dos log conc

pro

bit

resp

on

s

Hur man räknar ut dos-respons

• Plotta probit respons mot log conc. Gör linjär regression. Beräkna concentration vid 50% mortalitet dvs då probit är 5!

log conc

probit mortali

tet

-1,22

-0,70 3,35

-0,46 4,01

-0,37 4,53

-0,19 5,81

-0,12 6,65

0,05

Dos vid 50% mortalitet

Linjär ekvation y=6,5128x+6,2874Sätt in probit 5. Bestäm x5=6,5128x+6,2874 x=(5-6,2874 )/6,5128=-0,19767227Log konc=-0,2 ger konc =10-0,2=0,63435

Add trendline i excel

Svar LC50= 0,63 mg/l

avrunda först vid svaret. Kontrollera ditt svar mot figur och tabell

Och lite exempel

• Lite extra under föreläsningen, finns ej på power point