Bioakkumulation

Bioakkumulation ist die Anreicherung einer Substanz in einem Organismus durch Aufnahme aus dem umgebenden Medium oder über die Nahrung. Vielfach laufen beide Wege simultan ab, insbesondere in wässrigem Milieu. Die Bioakkumulation kann sich auf eine chemische Verbindung beziehen (z. B. DDT), auf ein chemisches Element (z. B. Blei) oder auf ein Isotop (z. B. ⁹⁰Sr, das radioaktive Strontium-90). Bioakkumulationen treten vorwiegend bei Substanzen auf, die eine lange biologische Halbwertszeit besitzen, die also weder rasch biochemisch ab- oder umgebaut noch rasch ausgeschieden werden.

Der Begriff Bioakkumulation wird sowohl für den dynamischen Vorgang des Akkumulierens verwendet als auch für die Charakterisierung des jeweiligen Momentan- oder Endzustands. Geht die Konzentration im Außenmedium (Wasser, Boden, Nahrung) wieder zurück, vermindert sich die Bioakkumulation im Organismus vielfach deutlich zeitverzögert und auch häufig nur unvollständig.

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Bioakkumulationsfaktor

Die Bioakkumulation gegenüber z. B. dem umgebenden Boden, dem Wasser oder der aufgenommenen Nahrung kann dann Bioakkumulationsfaktor gekennzeichnet werden. Dieser stellt eine dimensionslose Größe dar, die das Verhältnis der Konzentrationen in den zwei Vergleichs-Kompartimenten kennzeichnet.

Konkret ist der Bioakkumulationsfaktor das Verhältnis zwischen der Konzentration im Körper und einem Bezugsmedium, z. B. dem umgebenden Boden, dem umgebenden Wasser oder der aufgenommenen Nahrung. Wird ein konkreter Bioakkumulationsfaktor angegeben, so muss auch stets die physikalische Bezugsgröße in den beiden verglichenen Kompartimenten mit angegeben werden, denn die Konzentrationen sollten sich für die beiden verglichenen Kompartimente möglichst auf die gleiche Dimension beziehen, z. B. auf Frischmasse, Trockenmasse oder auf Volumina. Ein Bioakkumulationsfaktor von 1000 gegenüber Wasser heißt dann z. B., dass die Konzentration im Organismus tausendmal größer ist als im umgebenden Wasser, bezogen auf z. B. ein Kilogramm oder auf einen Liter Volumen des Organismus bzw. des Mediums. Bioakkumulationsfaktoren können auch für einzelne Organe im Vergleich zu einem Referenzkompartiment angegeben werden. So weisen fettreiche Organe (z. B. Leber) häufig höhere Konzentrationen und damit höhere Bioakkumulationswerte an lipophilen Umweltschadstoffen auf als fettarme Organe (z. B. Muskeln). Schwermetalle reichern sich oft an bestimmten Bindungsstellen im Körper an, z. B. Blei (als Pb²⁺) durch Verdrängung von Calcium (als Ca²⁺) im Knochen.

Biomagnifikation und Biokonzentration

Vielfach wird die Bioakkumulation konzeptionell unterteilt in die Biokonzentration, die die reine Aufnahme aus der Umgebung über Körperoberflächen darstellt (Aufnahme über die Kiemen für viele Wasserorganismen wichtig) und in die Biomagnifikation, die die Aufnahme über die Nahrung darstellt. Die unterschiedliche Bedeutung dieser beiden Eintrittspfade ist in der Praxis manchmal schwer festzustellen (z. B. bei Wasserorganismen), da die Aufnahmewege häufig simultan verlaufen und die Bioakkumulation im Gleichgewicht mit dem Abbau oder der Ausscheidung der Substanz aus dem Körper steht.

Physiologische Aspekte

Nicht nur Schadstoffe zeigen Bioakkumulationen, sondern auch manche essentiellen biochemischen Verbindungen oder chemische Elemente. Ein Beispiel hierfür ist die Bioakkumulation von Vitamin A in der Leber von Raubtieren, z. B. Eisbären, die sich selber von anderen Raubtieren (Robben) ernähren.

Literatur

• Bernd Beek: Bioaccumulation – New Aspects and Developments. The Handbook of Environmental Chemistry Vol. 2. Springer, Berlin 2000.
• Karl Fent: Ökotoxikologie. Georg Thieme, 2. Auflage, Stuttgart 2003.
• Bruno Streit: Bioaccumulation of Contaminants in Fish. S. 353–387. In: Thomas Braunbeck u. a.: Fish Ecotoxicology. Birkhäuser, Basel 1998.
• Bruno Streit, Werner Stumm: Chemical properties of metals and the process of bioaccumulation in terrestrial plants. S. 31-62. In: Bernd Markert (Hrsg.): Plants as Biomonitors. Indicators for heavy metals in the terrestrial environment. VCH Publisher, Inc., Weinheim & New York 1993.