Biokonzentration

Biokonzentration ist die Anreicherung einer Substanz in einem aquatischen Organismus durch direkte Aufnahme aus dem umgebenden Wasser. Im Gegensatz zum Begriff der Bioakkumulation wird der Aufnahmepfad über die Nahrung unberücksichtigt gelassen. Die Biokonzentration und der daraus abgeleitete Biokonzentrationsfaktor (BCF) sind wichtige Prüfgrößen in der Ökotoxikologie. Die Aufnahme in den Körper eines Fisches oder eines anderen Wasserorganismus erfolgt über die Kiemen oder über andere permeable Körperoberflächen, die insbesondere bei weichhäutigen Organismen für viele lipophile Stoffe gut durchlässig sind.

Der Begriff Biokonzentration wird sowohl für den dynamischen Vorgang der allmählichen Konzentrierung des Stoffs im Organismus verwendet als auch für die Charakterisierung des jeweiligen Momentan- oder des Endzustands (Gleichgewichtszustands). Geht die Konzentration im Wasser wieder zurück, vermindert sich die Biokonzentration im Organismus meist gemäß einer zunächst stärker und später schwächer ablaufenden Exponentialkurve. Je nach Fettlöslichkeit der Verbindung und Größe des Organismus wird die Abnahme aber unterschiedlich schnell und manchmal nur partiell ablaufen.

Biokonzentrationsfaktor (BCF)

Die Biokonzentration gegenüber dem Wasser kann als Biokonzentrationsfaktor gekennzeichnet werden. Dieser stellt eine dimensionslose Größe dar, die das Verhältnis der Konzentrationen im Organismus im Vergleich zum Wasser darstellt. Die Kinetik der Aufnahme- oder Abnahmegeschwindigkeit der Biokonzentration und damit auch des BCF entspricht der Kinetik der Ein-, Zwei- oder Mehr-Kompartimentmodelle.

In ökologischen Fischtests ist der BCF definiert als Verhältnis zwischen der Konzentration der Prüfsubstanz im Versuchsfisch (c_f) und der Konzentration in Versuchswasser (c_w):

$ BCF={\frac {c_{f}}{c_{w}}} $,

wobei der Wert unter Gleichgewichtsbedingungen gemessen wird, wenn also die Aufnahmerate durch Diffusion über Körperoberflächen gleich der Eliminationsrate (Exkretion, Auswärtsdiffusion oder Abbau) entspricht.

Der BCF einer Substanz kann außer im Tierversuch näherungsweise auch aus dem Oktanol-Wasser-Verteilungskoeffizienten berechnet werden. Er entspricht dort weitgehend dem K_ow-Wert.

Biokonzentration im Vergleich zu Bioakkumulation und Biomagnifikation

Bei Untersuchungen mit Wasserorganismen wird die Biokonzentration vielfach als nur einer von zwei möglichen Aufnahme- und Akkumulationspfaden gesehen, die zur Gesamt-Bioakkumulation beitragen, denn neben der direkten Aufnahme aus dem Wasser ist die Aufnahme über die Nahrung mitzuberücksichtigen (Biomagnifikation). Diese konzeptionelle Unterteilung ist in der Praxis allerdings oft schwer nachzuweisen, da die verschiedenen Aufnahmewege in den Körper häufig simultan verlaufen und die Bioakkumulation in einem komplexen dynamischen Gleichgewicht zwischen dieser Aufnahme und den verschiedenen Formen der Elimination (Abbau oder Ausscheidung der Substanz aus dem Körper) steht. Zudem ist insbesondere bei kleinen weichhäutigen Wasserorganismen (wie sie häufig zu Testzwecken verwendet werden) und bei lipophilen Substanzen die Biokonzentration der schnellere und damit bedeutsamere Aufnahmemechanismus im Vergleich zur Biomagnifikation.

Literatur

• Bernd Beek: Bioaccumulation. New Aspects and Developments. The Handbook of Environmental Chemistry Vol. 2. Springer, Berlin 2000
• Thomas Braunbeck, David E. Hinton, Bruno Streit: Fish Ecotoxicology. Birkhäuser, Basel 1998.
• Karl Fent: Ökotoxikologie. Georg Thieme, Stuttgart 2003.