Bioakkumulation

Grundprinzip der Anreicherung

Bioakkumulation bedeutet, dass sich eine Substanz in einem Organismus anreichert. Die Aufnahme kann aus dem umgebenden Medium, zum Beispiel Wasser oder Boden, oder über die Nahrung erfolgen. Der Begriff bezeichnet sowohl den Vorgang des Anreicherns als auch den erreichten Momentan- oder Gleichgewichtszustand.

Wichtig ist Bioakkumulation vor allem, weil Stoffe dadurch im Körper höhere Konzentrationen erreichen können als in der Umgebung. Das betrifft Schadstoffe, aber nicht nur sie: Auch notwendige Stoffe wie Vitamine oder Mineralstoffe können bioakkumulieren.

Ablauf im Organismus

Bioakkumulation kann chemische Verbindungen wie DDT, chemische Elemente wie Blei oder sehr kleine Teilchen, sogenannte Nanopartikel, betreffen. Besonders häufig tritt sie bei Substanzen mit langer biologischer Halbwertszeit auf. Das bedeutet: Sie werden im Körper weder schnell biochemisch abgebaut oder umgebaut noch schnell ausgeschieden.

Sinkt die Konzentration im Außenmedium, also in Wasser, Boden oder Nahrung, kann auch die Anreicherung im Organismus wieder abnehmen. Diese Abnahme geschieht aber oft verzögert und häufig nur unvollständig.

Ein Beispiel ohne Schadstoffbezug ist Vitamin A: Es kann sich in der Leber von Raubtieren anreichern, etwa bei Eisbären, die sich von anderen Raubtieren wie Robben ernähren.

Messung mit dem Bioakkumulationsfaktor

Der Bioakkumulationsfaktor beschreibt, wie hoch die Stoffkonzentration in einem Organismus im Vergleich zu einem Bezugsmedium ist, zum Beispiel im Vergleich zu Boden, Wasser oder Nahrung. Er ist eine dimensionslose Zahl, weil er ein Verhältnis zweier Konzentrationen angibt.

Bei der Angabe eines konkreten Bioakkumulationsfaktors muss immer auch die physikalische Bezugsgröße genannt werden. Die verglichenen Konzentrationen sollten sich möglichst auf dieselbe Messgröße beziehen, etwa Frischmasse, Trockenmasse oder Volumen. Ein volumenbezogener Bioakkumulationsfaktor von 1000 gegenüber Wasser bedeutet: Die Konzentration im Organismus ist tausendmal größer als im umgebenden Wasser, wenn beide Werte auf das jeweilige Volumen bezogen sind.

Bioakkumulationsfaktoren können auch für einzelne Organe angegeben werden. Fettreiche Organe wie die Leber enthalten bei lipophilen, also fettliebenden, Umweltschadstoffen oft höhere Konzentrationen als fettarme Organe wie Muskeln. Schwermetalle können sich an bestimmten Bindungsstellen im Körper anreichern, zum Beispiel Blei als Pb²⁺ im Knochen, weil es Calcium als Ca²⁺ verdrängt.

Aufnahmewege

Bioakkumulation wird häufig in zwei Konzepte unterteilt. Biokonzentration bedeutet die direkte Aufnahme aus der Umgebung über Körperoberflächen. Bei vielen Wasserorganismen ist dabei die Aufnahme über die Kiemen wichtig.

Biomagnifikation bedeutet die Aufnahme über die Nahrung. In der Praxis ist die Trennung dieser beiden Wege manchmal schwierig, weil sie oft gleichzeitig ablaufen, zum Beispiel bei Wasserorganismen. Die tatsächliche Höhe der Bioakkumulation hängt außerdem davon ab, wie Aufnahme, Abbau und Ausscheidung einer Substanz im Gleichgewicht stehen.

PBT-Stoffe und Sequestrierung

PBT-Stoffe sind persistente, bioakkumulierende und toxische Fremdstoffe. Sie werden als organische, persistente, bioakkumulierende Substanzen mit toxischen Eigenschaften definiert, die nachteilige Effekte auf Menschen und Umwelt ausprägen. Angaben zu PBT-Eigenschaften stehen in Sicherheitsdatenblättern.

Eine besondere Form der Bioakkumulation ist die Sequestrierung von Toxinen durch Tiere. Der Artikel nennt sie als Sonderform, führt sie aber nicht weiter aus.